Введение к работе
Актуальность темы
В условиях реформирования сельского хозяйства многие негативные процессы, сложившиеся на начальном его этапе и приведшие к спаду производства продукции растениеводства, сохраняются и в настоящее время. Сократилось количество активных защитных мероприятий, что привело к ухудшению фитосанитарного состояния сельскохозяйственных угодий.
В результате среднегодовые потери зерна составляют 10...30% в зависимости от погодных условий. В то же время используемые в целях защиты растений пестициды способствовали значительному полиморфизму микроорганизмов, расширению их адаптивных свойств и повышению токсикогенного потенциала.
В настоящее время устойчиво сохраняется тенденция к нарастанию численности и распространению большинства возбудителей болезней зерновых культур в послеуборочный период.
Среди возбудителей болезней, вызывающих явные и скрытые потери зерна, наиболее опасны микроскопические грибы и выделяемые ими микотоксины. Последние существенно влияют на безопасность зерна, продуктов его переработки и хлеба.
Наряду с микроскопическими грибами большую опасность для хлебобулочных изделий представляют спорообразующие бактерии рода Bacillus, вызывающие картофельную болезнь хлеба.
Сложившаяся ситуация диктует необходимость более пристального внимания к физическим и биологическим методам воздействия на микрофлору зерна. Кроме того, для отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности необходимы такие приемы, которые наряду с эффективным обезвреживанием токсикогенных микроорганизмов обеспечат сохранение должных техно-логических свойств белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов зерна и продуктов его переработки, улучшат физико-химические показатели продукции и обеспечат микробиологическую безопасность зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
Потребность в разработке современных технологий привентивного действия привела к необходимости создания эффективных физического (электротермическое воздействие энергией СВЧ-поля) и биологического (использование сухих биоконцентратов) методов обработки.
Разработке новых технологий, способствующих получению качественного зерна, посвящены работы Р.Б. Кондратьева, И.Ф. Бородина, Н.В. Цугленка, Г.И. Цугленок, Л.Г. Прищепа. Значительный вклад в решение проблемы качества и безопасности зерна муки и хлеба внесли В.А.Бутковский, А.П.Берестов, Е.Д.Казаков, Н.П. Козьмина, И.В. Матвеева, Р.Д. Поландова, О.А. Ильина, Л.И. Пучкова, Т.В. Цыганова, Л.Н. Шатнюк, Л.А. Шевелева, Л.С. Львова, Л.А. Трисвятский.
Цель работы. Обеспечить микробиологическую безопасность зерновых культур в технологиях производства муки и хлебобулочных изделий для улучшения их качественных показателей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ информационных источников о фитосанитарном состоянии зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
2. Провести систематизацию существующих методов деконтоминации зерновых культур, обеспечивающих микробиологическую безопасность продукции на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
3. Разработать систему методов и методики исследования взаимодействия физических и биологических факторов воздействия с биологическими системами и структурами зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
4. Экспериментально обосновать систему обеспечения микробио-логической безопасности зерновых культур в послеуборочный период на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств, базирующуюся на использовании физического метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля.
5. Экспериментально обосновать закономерности ответной реакции зерновых культур в послеуборочный период на электротермическое воздействие энергии СВЧ-поля на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств.
6. Разработать сухие бактериальные концентраты на основе кислотообразующих бактерий, экспериментально установить бактерицидные свойства и дозировки, позволяющие обеспечить микробиологическую безопасность зерновых культур на стадии хлебопекарного производства.
Объект исследования. Технологические процессы обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур электротермическими и биологическими методами при производстве муки и хлебобулочных изделий.
Предмет исследования. Закономерности взаимодействия параметров СВЧ-энергии и биологических препаратов на процессы обеззараживания и качественные показатели муки и хлебобулочных изделий.
Научная новизна:
- разработаны система превентивных мероприятий, основные принципы обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур. Обоснованы области рационального использования метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля и биологических средств, влияющих на состав и численность микрофлоры, снижающих уровень вредоносности микроорганизмов, обеспечивающих микробиологическую безопасность и качество продукции на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- разработаны методы и методики исследования взаимодействия физических и биологических факторов воздействия с биологическими системами и структурами зерновых культур в послеуборочный период, обеспечивающие микробиологическую безопасность на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- установлена взаимосвязь эффективных входных параметров СВЧ-нагрева, соответствующих обеззараживающим режимам электротермического воздействия, с технологическими свойствами зерна, муки и показателями качества хлебобулочной продукции;
- для улучшения технологических свойств зерна и муки определены значимые качественные показатели и потребительские характеристики хлебобулочных изделий и входные параметры электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на зерновые культуры и микроорганизмы на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- установлены зависимости, отражающие влияние параметров электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на различные группы микроорганизмов зерновых культур на стадии мукомольного производства, выражающееся в снижении численности спорообразующих микроорганизмов бактериальной и грибной этиологии;
- установлены бактерицидные свойства разработанных биоконцентратов (сухие закваски для пшеничного хлеба) на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий, базирующиеся на использовании их биосинтетического потенциала;
- обосновано использование биоконцентратов на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий на стадии тестоприготовления и установлены зависимости их бактерицидных свойств от вносимых доз.
Практическая ценность полученных результатов:
- по результатам исследований разработаны рекомендации по усовершенствованию существующих технологий обеспечения микробиологической стабильности и безопасности зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств; рекомендации приняты к внедрению на зерноперерабатывающих и пищевых предприятиях, в Государственной хлебной инспекции при Правительстве Российской Федерации по Челябинской области;
- разработана, утверждена и широко используется в промышленности нормативная документация, методические материалы по применению сухих биоконцентратов на основе пропионокислых и ацидофильных бактерий;
- разработаны сухие биоконцентраты на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий с бактерицидными свойствами по отношению к возбудителям картофельной болезни хлеба;
- определены концентрации и дозы внесения биоконцентратов и установлена стадия технологического процесса, позволяющие получить обеззараживающий эффект от их применения;
- результаты исследования используют в учебном процессе высших учебных заведений: Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия им. К.А.Тимирязева, Красноярский ГАУ, Челябинский ГАУ, Челябинский государственный университет, Южно-Уральский государственный университет, Российский государственный торгово-экономический университет - при подготовке специалистов: биоэкологов, товароведов-экспертов, технологов по переработке зерна и производству пищевых продуктов, а также научных сотрудников. Часть материалов диссертации опубликована в книге “Методы и математические модели процесса обеззараживания зерна и продуктов его переработки”, допущенной Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов сельскохозяйственных высших учебных заведений.
На защиту выносятся:
- система обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств, базирующаяся на использовании метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля и биологических средств, предотвращающих развитие микроорганизмов порчи готовой продукции;
- закономерности ответных реакций биологических объектов на электротермическое воздействие энергией СВЧ-поля и биологических средств;
- области рационального использования метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля и биологических средств, влияющих на состав и численность микрофлоры, снижающих уровень вредоносности микроорганизмов, обеспечивающих микробиологическую безопасность и качество продукции зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- методология исследования основных принципов обеспечения микробиологической безопасности зерновых культур на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств;
- метод электротермического воздействия энергией СВЧ-поля и теоретические положения, полученные на основе анализа регрессионных моделей. Режимы, обеспечивающие микробиологическую стабильность зерновых культур и безопасность продуктов первичной переработки;
- взаимосвязи эффективных входных параметров, соответствующих обеззараживающим режимам электротермического воздействия, с технологическими свойствами зерна и муки и показателями качества хлебобулочной продукции;
- значимые режимы СВЧ-поля для формирования качества муки и хлеба и обеззараживания микроорганизмов и закономерности, отражающие влияние параметров электротермического воздействия энергией СВЧ-поля на различные группы микроорганизмов зерновых культур на стадиях: первичной переработки продукции, товарного и мукомольного производств;
- результаты экспериментальных исследований, подтверждающие бактерицидные свойства разработанных биоконцентратов (сухие закваски для пшеничного хлеба) на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий, базирующиеся на использовании их биосинтетического потенциала;
- зависимости бактерицидных свойств биоконцентратов на основе пропионовокислых и ацидофильных бактерий, используемых на стадии тестоприготовления, от вносимых доз.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на ежегодных научно-технических всероссийских, региональных и международных конференциях, совещаниях и семинарах: НИИ защиты растений (ВИЗР) (г. Ленинград, 1985 г.); ВНИИ ТВЧ (г. Ленинград, 1983-1985 гг.); МИИСП / МГАУ (г. Москва); ЧИМЭСХ / ЧГАУ (г. Челябинск); КСХИ / КрасГАУ (г. Красноярск, 1983-2004 гг.); Российский государственный торгово-экономический университет (г. Челябинск, 2003-2004 гг.); Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск, 2003-2004 гг.); ВИЭСХ (г. Москва, 2003 г.); МГАУ (г. Москва, 2006 г.); МПА (г. Москва, 2007-2009 гг.); ГНУ ВНИИМС Россельхозакадемии (г. Углич, 2008 г.); ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова (г. Москва, 2008 г.); МПА – Экспоцентр на Красной Пресне (Москва, 2009 г.); РГАУ – МСХА им К.А. Тимирязева (г. Москва, 2009 г.); ГНУ НИИСХ Юго-Востока (г. Саратов, 2009 г.).
Публикации по теме диссертации: 59 работ, в том числе пять монографий, четыре патента на изобретения, 12 работ в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы, включающего 310 наименований, и приложения. Работа изложена на 302 страницах, содержит 98 рисунков, 54 таблицы.
Похожие диссертации на Обеспечение микробиологической безопасности зерновых культур в технологиях производства муки и хлебобулочных изделий
