Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В настоящее время одним из направлений в развитии технологии переработки зернового сырья являются производство новых видов продуктов, не требующих длительной обработки. Это продукты детского и диетического питания, готовые завтраки. В производстве таких продуктов особенно перспективно использование ИК-обработки - экологически безопасного, ресурсосберегающего, позволяющего получить хорошо усвояемые, гермостерилизованные продукты.
До недавнего времени считалось, что периферические части зерновки, имеющие в своем составе большое количество клетчатки, гемицеллюлоз, лигнина, устойчивых к гидролитическому действию ферментов пищеварительного гракта, являются излишними компонентами продуктов питания, поэтому в процессе производства от них стремились освободиться.
Отсутствие технологий, позволяющих сохранить природные свойства зерна пшеницы и увеличить их ценность, приводило к стремлению очистить пищевые продукты от периферийных слоев зерна, снижало содержание балластных веществ, микроэлементов в рационе питания огромных групп населения. Недостаток пищевых волокон в питании снижает сопротивляемость организма, способствует появлению таких болезней, как сахарный диабет, атеросклероз, шпемическая болезнь сердца, снижение перистальтики кишечника. Физиологическое воздействие балластных веществ, содержащихся в пшеничных отрубях, значительно выше, чем действие балластных веществ плодов и овощей.
Поэтому крупа и хлопья из целого зерна обогатят рацион питания большой группы людей, и позволят организовать питание в соответствии с требованиями медицинской науки. Выпуск такой продукции позволит ослабить давление на мукомольно-крупяную промышленность, в результате использования зерна непригодного для хлебопечения.
Получаемые при ИК-обработке быстроразвариваемая крупа и хлопья могут быть использованы при производстве первых и вторых блюд, хрустящих хлебцев, в кондитерской промьшшенности и др. Крупа и хлопья представляют собой прекрасный субстрат, на основе которого можно изготовлять сухие зав-граки (мюсли) с добавлением фруктов, овощей, масляничных семян, орехов, сухого молока и др., что дает биологически активный продукт, обладающий целебными свойствами.
Таким образом, расширение ассортимента новых видов продуктов является актуальным.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящего исследования является разработка и апробация новой технологии производства быстроразва-риваемой крупы и хлопьев из целого зерна пшеницы профилактического назначения с повышенным содержанием пищевых волокон на основе целенаправленного использования энергии ИК-излучения, позволяющего обеспечить сохране-
ниє питательных веществ, получить продукт с высокими диетическими свойствами.
Для реализации поставленной цели задачами исследования были приняты:
установление влияния режимов ИК-обработки, температуры, влажности на скорость нагрева зерна пшеницы;
влияние влажности на время экспандирования зерна пшеницы;
определение экспозиции ИК-обработки и ее влияние на натуру;
изменения прочностных свойств зерна пшеницы от режимов обработки;
определение влияния режимов ИК-обработки на изменение химического состава зерна пшеницы, фракционного состава белков, изменение физико-химических свойств крахмала, содержание витаминов и микрофлоры;
влияние ИК-обработки на атакуемость крахмала и белков зерна пшеницы пищеварительными ферментами, потребительские достоинства быстроразва-риваемой крупы;
оптимизация процесса плющения зерна пшеницы и выбор рациональных режимов ИК-обработки при производстве хлопьев;
определение биохимических и качественных показателей пшеничных хлопьев, изменения при хранении экспандированной крупы и хлопьев, биологическая ценность и потребительские достоинства пшеничных хлопьев;
обоснование технологического процесса производства быстроразвариваемой крупы и хлопьев из целого зерна пшеницы с использованием ИК-излучения и его экономическая эффективность.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Научно обоснована технология производства быстроразвариваемой крупы и хлопьев из целого зерна пшеницы профилактического назначения с использованием ИК-излучения.
Установлены влияние влажности, температуры в зависимости от режимов ИК-обработки на скорость нагрева зерна пшеницы в спектре излучения 0,8 - 2,0 мкм.
Определена оптимальная влажность и время обработки при различной величине потока излучения.
Влияние выравненности и крупности зерна.
Установлена экспозиция ИК-обработки и ее влияние на натуру зерна пшеницы.
Исследована прочность зерна пшеницы при различных режимах.
Изучены изменения химического состава и качественные изменения зерш пшеницы, обработанного ИК- излучением.
Проведено микроскопическое исследование ИК-обработанного зерш крахмальных гранул и определен их размерный состав.
Исследования изменения вязкости крахмального геля на Амилотесте AT 97 подтвердили модификацию крахмала и показали, что данный прибор може: служить объективным экспресс-методом степени оценки термообработки зерна.
Установлено, что при оптимальных режимах ИК-обработки повышаете! атакуемость крахмала и белков крупы и хлопьев амилолитическими и протеоли
тическими ферментами, улучшаются потребительские достоинства, сокращается время варки крупы.
Методом математического планирования эксперимента исследовано комплексное влияние влажности зерна перед плющением, температуры экспан-дированного зерна перед плющением, зазора между валками на выход хлопьев, время варки, влажность после плющения, количество декстринов и степень клейстеризации.
Определены биохимические и качественные показатели пшеничных хлопьев, биологическая ценность и потребительские достоинства.
Установлено, что оптимальные режимы ИК-обработки крупы и хлопьев способствуют длительности хранения и не вызывают изменений в химическом составе в течение года.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Для практического использования разработанной технологической схемы была создана совместно с КБТМ Российского космического агентства (РКА) опытно-промышленная установка для термообработки зернового сырья ИК-излучением ЗФ-КМЗ.
По разработанной и утвержденной КБТМ и МГУ 1111 документации подготовлена "Инструкция по эксплуатации установки ЗФ-КМЗ, для термообработки инфракрасным излучением зернового сырья для комбикормов".
Аппарат прошел Государственные испытания и зарегистрирован Госстандартом РФ (per. № 200/013002 от 29.08.96), рекомендован к серийному производству.
В 1997 г. на Рязанском заводе торфяного машиностроения изготовлена опытная партия аппаратов в количестве 6 шт. для использования в опытно-промышленных хозяйствах России.
Аппарат ЗФ-КМЗ включен в линию переработки зернового сырья для кормления сельскохозяйственных животных на что разработаны и утверждены ТУ и ТИ 10. 04. 18. 165-96 "Зерно злаковых культур, термообработашюе (ИК) инфракрасным излучением".
Опытно-промышленная проверка показала, что установка характеризуется высокой надежностью и однородностью обработки при соблюдении инструкции. Это дало возможность при некоторой модернизации использовать ЗФ-КМЗ в качестве основного теплового оборудования для включения его в линию получения экспандированного зерна и хлопьев для человека, на что получено заключение ВНИИПП и СПТ.
На ЗФ-КМЗ получен Гигиенический сертификат Госсанэпидемнадзора Рязанского областного центра, с заключением, что использование аппарата дает возможность отказаться от "острого" пара, высоких давлений до 0,5 МПа, применяемых в настоящее время для получения быстроразвариваемых круп и хлопьев и безопасен при эксплуатации.
Разработано "Технико-экономическое обоснование на производство продуктов из пшеницы и ржи диетического назначения с использованием ИК-энергоподвода".
Разработаны "Исходные требования на процесс производства и технологическую линию для получения продуктов из пшеницы и ржи".
Разработан "Технологический регламент на производство зерновых хлопьев из пшеницы и ржи термообработанных инфракрасным излучением".
Разработаны и утверждены ТУ и ТИ 9196-165-04605473-97 "Хлопья быстрого приготовления из зерна злаковых культур (пшеница, рожь), термообра-ботанного инфракрасным (ИК) излучением".
В экономической части составлен бизнес-план инновационного проекта для цеха по выработке пшеничных хлопьев производительностью 1 т/ч. Рентабельность составит 20 %, срок окупаемости 1 год 3 мес, затраты на 1 руб. товарной продукции 0,83 руб.
Весь объем теоретических и практических исследований в диссертационной работе выполнен автором самостоятельно. Автор является одним из разработчиков всей научно-технической документации, ТУ и ТИ.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научно-технической конференции, посвященной 65 - летаю МГАПП (1996, г. Москва), Международной научно-технической конференции "Энергосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья" (1996, г. Минск), Конференции "Научное наследие д. т. н., проф. Э. И. Каухчешвили" (1997, г. Москва). По теме диссертации опубликовано 11 статей.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 177 стр. машинописного текста, содержит 31 рис., 32 табл. Состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, описания объектов и методов исследования, выводов, библиографического указателя из 223 наименований, имеет приложения на 72 стр.