Наукові основи технологій виробництва пшеничного борошна і крупи підвищеної харчової цінності

Размещено на http://www.allbest.ru

Одеська державна академія харчових технологій

Спеціальність: 05.18.02 - Технологія зернових, бобових, круп'яних

продуктів та комбікормів

Автореферат дисертації на здобуття

наукового ступеня доктора технічних наук

Наукові основи технологій виробництва

пшеничного борошна і крупи

підвищеної харчової цінності

Моргун Валентина Олексіївна

Одеса - 1999

Размещено на http://www.allbest.ru

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії харчових технологій Міністерства освіти України.

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор

Мерко Іван Тимофійович, Одеська державна академія харчових технологій, професор кафедри технології переробки зерна,

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Мельников Євген Михайлович, Московський державний університет харчових виробництв, професор кафедри тех-нології переробки зерна;

доктор технічних наук, професор

Лисюк Галина Михайлівна, Харківська державна академія технології та організації харчування, завідуюча кафедрою загальної технології харчових виробництв;

доктор хімічних наук, професор,

Дудкін Мар Сергійович, Одеська державна академія харчових технологій, професор кафедри органічної хімії.

Провідна установа: Український держав-ний університет харчових технологій, кафедра технології хліба, кондитерських, макаронних виробів, харчоконцентратів і зерна, Міністерство освіти України, м. Киів

Захист відбудеться “ 28 ” травня 1999 року о 10.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.088.01. Одеської державної академії харчових технологій за адресою: 270039, м. Одеса, вул. Канатна, 112.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеської державної академії харчових технологій за адресою: 270039, м. Одеса, вул. Канатна, 112.

Автореферат розісланий “ 27 ” квітня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

д.т.н., професор Л.М. Пилипенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для переважної більшості людей, що населяють нашу планету, хліб є основним і незамінним продуктом харчування. Цінність хліба як основного продукту харчування утворювалася віками і не втратила свого значення і до сьогоднішнього дня. Таке визначення ролі і значення хліба для людей обумовлено його високою поживною цінністю, а також тим, що виробництво хлібопродуктів є найдешевим способом отримання харчових продуктів.

Основна зернова культура України - пшениця. Зернівка пшениці вміщує в своєму складі весь набір поживних речовин, необхідних для зростання і розвитку живого організму. Це білки, вуглеводи, ліпіди, мінеральні і баластні речовини, вітаміни і ферменти. За традиційною технологією переробки зерна пшениці в сортове (біле) борошно, що склалася понад 200 років тому, значна частина фізіологічно важливих і біологічно активних речовин (вітаміни, ферменти, мінеральні і баластні речовини та ін.) відділяється від зерна і направляється у кормовий продукт - висівки, збіднюючи тим самим харчову цінність сортового борошна.

Виникла проблема, як, не порушуючи суттєво традиційної технології виробництва сортового борошна, повернути до його складу біологічно активні речовини, що були вилучені із зерна при його сортовому помелі і направлені у висівки? Ця проблема частково вирішується виробництвом борошна низьких сортів на борошномельних заводах, а на хлібопекарських підприємствах - шляхом використання різноманітних збагачувачів і поліпшувачів, які забезпечили розширення асортименту хлібних виробів і підвищення їх якості. Однак, для забезпечення масового виробництва хліба високої харчової цінності слід налагодити виробництво борошна відповідної якості.

На борошномельних заводах України виробляється біля 94% сортового борошна (вищого, першого і другого сортів), асортимент якого залишається незмінним з 1925 року і обмеженим, у той час як в інших країнах він досягає від 5 до 12 сортів. У зв'язку з цим виникла необхідність і актуальність підвищення харчової цінності сортового борошна і крупи із пшениці шляхом повернення до них біологічно активних речовин, що знаходяться у периферичних частинах зерна.

Для вирішення цієї проблеми необхідно розробити наукові основи ефективного використання периферичних частин зерна в суміші із сортовим борошном і створити технології для виробництва із пшениці нових сортів борошна і круп'яних продуктів підвищеної якості. Така розробка буде сприяти збільшенню загального виходу сортового борошна і круп'яних продуктів за рахунок часткового використання оболонкових продуктів, покращанню їх біологічної цінності, розширенню асортименту хлібопродуктів, підвищенню рівня харчового використання найціннішої зернової культури - пшениці і забезпеченню населення України вітчизняними високоякісними продуктами харчування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана по напрямку науково-дослідницьких робіт Одеської державної академії харчових технологій (ОДАХТ) згідно: наказу Державного комітету України з питань науки і технологій від 03.08.1993 р. “Створення нових енерго- і ресурсозберігаючих технологій переробки і збереження сільськогосподарської сировини”, а також за темами: “Розробка наукових основ і методів поліпшення якості пшеничного борошна на основі підвищення вмісту білка і інших біологічно цінних харчових речовин” (1986, Держреєстрація № 01.86. 0084167); “Розробити технологію виробництва нових харчових продуктів із зерна” (1995, Держреєстрація № 01954003453) та п'яти госпдоговірних робіт з ДАКом “Хліб України”: “Розробити технологію виробництва борошна типу оббивного при сортовому помелі пшениці” (Держреєстрація № 01.82.5060824), “Розробка нового сорту борошна з підвищеним вмістом оболонок при багатосортних помелах” (1986, Держреєстрація № 01860101578), “Розробити технологію виробництва борошна і крупи із озимої твердої пшениці” (1995, Держреєстрація № 0195400345) і інші теми.

Мета і задачі дослідження. Мета дослідження - розробити наукові основи ефективного використання периферичних частин зерна пшениці для виробництва нових сортів борошна і круп'яних продуктів підвищеної харчової цінності. Для досягнення поставленої мети визначені такі задачі дослідження:

- провести порівняльний аналіз хімічного складу зерна та його анатомічних частин, біохімічних і технологічних властивостей пшениць, що перероблюються на борошномельних заводах різних регіонів України;

- визначити закономірності змін якості зерна і продуктів його переробки на борошномельних заводах різних регіонів України для обгрунтування єдиних технологічних принципів використання периферичних частин зерна при збагаченні борошна і крупи;

- визначити і обгрунтувати вплив різних потоків із периферичних частин зерна пшениці на біохімічні і хлібопекарські властивості їх суміші із сортовим борошном;

- вивчити і узагальнити характер впливу різних анатомічних частин зерна на інтенсивність і направленість ферментативних процесів, що обумовлюють зміну структури клейковинних білків, їх властивостей і технологічну якість борошна;

- науково обгрунтувати вибір різних потоків із периферичних частин зерна і їх доцільне співвідношення в суміші із сортовим борошном для формування нових сортів борошна з підвищеними харчовими і високими хлібопекарськими властивостями;

- розробити на основі аналізу отриманих результатів дослідження технології виробництва нових сортів борошна і круп'яних продуктів підвищеної харчової цінності з використанням усіх анатомічних частин зерна пшениці;

- обгрунтувати характеристику показників якості і харчову цінність нових сортів борошна і круп'яних продуктів;

- розробити нормативно-технічну документацію на нові види борошна і крупи, впровадити їх у виробництво і визначити економічну ефективність.

Аналіз фундаментальних робіт відомих зернових біохіміків Казакова Є.Д., Кретовича В.Л., Козьміної Н.П., Роменського М.В., Нечаєва О.П., Токаревої Р.Р., а також робіт Пучкової А.І., Поландової Р.Д., Дробот В.І., Дорохович А.М., Дудкіна М.С., Капрельянця Л.В., Карнаушенко Л.І., Черно Н.К., Скорикової А.І., Козлова Г.Ф., Циганової Т.Б., Швецової І.О. та інших дає можливість зробити висновок, що найбільш важливим і перспективним напрямком підвищення біологічної цінності харчових продуктів є використання природних збагачувачів, які вміщують функціонально важливі і біологічно активні біополімери. На підставі розглянутих робіт розроблені такі наукові гіпотези, що підлягають подальшому науковому обгрунтуванню:

- існуюче протиріччя між споживчими властивостями сортового борошна, крупи і їх харчовою цінністю може бути усунено шляхом доцільного використання в певному співвідношенні усіх анатомічних частин зернівки пшениці, які вміщують різні природні біополімери;

- харчова цінність пшеничного борошна і крупи обумовлена взаємодією природних біополімерів, що входять до складу зерна і їх співвідношенням в одержаних зернових продуктах;

- зміна структури клейковинних білків і хлібопекарської якості борошна з підвищеним вмістом периферичних частин зерна обумовлена інтенсивністю і направленістю ферментативних процесів.

Наукова новизна одержаних результатів. При вирішенні важливої народногосподарської задачі забезпечення населення України вітчизняними високоякісними хлібопродуктами шляхом розробки технологій виробництва нових сортів борошна і круп'яних продуктів на основі доцільного і ефективного використання периферичних частин зерна отримано нові наукові результати, які можуть бути використані для подальшого удосконалення технології переробки зерна і підвищення якості хлібопродуктів. До них відносяться:

- концепція доцільності використання периферичних частин зерна пшениці, які мають високу біологічну цінність, для збагачення сортового борошна і круп'яних продуктів;

- особливості хімічного складу зерна пшениці і його анатомічних частин і закономірності змін біохімічних і технологічних властивостей продуктів переробки пшениці на борошномельних заводах різних регіонів України, які дали можливість обгрунтувати єдині технологічні принципи використання периферичних частин зерна у суміші із сортовим борошном;

- обгрунтування впливу периферичних частин зерна у суміші з сортовим борошном на зростання в них протеолітичної і супероксиддисмутазної активності ферментів, зменшення високомолекулярних малорухливих і збільшення більш рухливих фракцій гліадіну при незмінній його якості;

- наукове обгрунтування вибору ефективних потоків периферичних частин зерна, їх дисперсного складу, доцільного співвідношення в суміші із сортовим борошном, що дозволяє відновити потенціал природної взаємодії різних біополімерів зерна;

- наукове обгрунтування структури технологічних процесів, режимів обробки зерна на різних системах і етапах при виробництві борошна і круп'яних продуктів підвищеної біологічної цінності;

- визначення харчової цінності нових сортів пшеничного борошна і круп'яних продуктів з підвищеним вмістом периферичних частин зерна.

Практичне значення одержаних результатів:

- розроблені і по більшості впроваджені у виробництво рекомендації по доцільному використанню природних ресурсів зерна пшениці шляхом виробництва нових сортів борошна і крупи із пшениці з підвищеним вмістом оболонкових продуктів; якість зерно клейковинний борошно

- визначені і обгрунтовані норми введення оболонкових продуктів до борошна першого сорту залежно від кількості і якості його клейковини для забезпечення високих хлібопекарських властивостей суміші;

- розроблені і затверджені технічні умови України на борошно з підвищеним вмістом висівок - ТУУ 46.22.ТК-008-95, на борошно “Одеське” - ТУУ 46.22.064-96, на крупу подрібнену нешліфовану із твердої пшениці VI типу - ТУУ 46.22. ТК-0009-95, із м'якої пшениці IV типу - ТУУ 46.22. ТК-004-94, на пластівці із лущеної пшениці VI типу - ТУУ 46.22. ТК-012-95;

- розроблені технології виробництва нових сортів борошна, перевірені і впроваджені у виробництво на Київському борошномельному заводі №3, Кіровоградському, Куліндорівському і Одеському комбінатах хлібопродуктів, а також на борошномельних заводах Львівської, Чернівецької і інших областей України;

- матеріали дисертаційної роботи використані при виданні монографій, учбово-методичних посібників для вузів, увійшли до Правил організації і ведення технологічних процесів на борошномельних заводах.

Економічна ефективність виробництва борошна з підвищеним вмістом оболонкових продуктів при сортових помелах складає (4,0…6,0) грн на 1 т виробленої продукції.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці основної концепції роботи, виборі і обгрунтуванні теми, розробці методики дослідження, проведенні аналітичних і експериментальних досліджень у лабораторних і виробничих умовах. Здобувачу належить аналіз і узагальнення одержаних даних, розробка запропонованих технологій і нормативно-технічної документації на виробництво нових сортів борошна і крупи. У матеріалах, що опубліковані в співавторстві з колегами і використані у дисертаційній роботі, усі теоретичні розробки належать дисертанту.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на міжнародних наукових і науково-практичних конференціях: VII міжнародний конгрес по хлібу, 1982, Прага; міжнародна науково-технічна конференція “Розробка та впровадження нових технологій і обладнання у харчову та переробну галузі АПК”, 1993, Київ; друга міжнародна конференція “Современное состояние мукомольно-крупяного производства и перспективы его развития”, 1997, Москва; міжнародний симпозіум “Науково-технічний прогрес у борошномельній та хлібопекарській промисловостях”, 1999, Галац (Румунія). На Всесоюзних науково-технічних конференціях: “Научно-технический прогресс в зерноперерабатывающей промышленности”, 1977, Одесса; “Новые источники пищевого белка и их применение”, 1980, Ташкент; “Разработка и совершенствование технологических процессов машин и оборудования для производства, хранения и транспортирования продуктов”, 1987, Москва; “Проблемы индустриализации общественного питания”, 1989, Харьков; “Пути повышения качества зерна и зернопродуктов, улучшение ассортимента крупы, муки, хлеба”, 1989, Москва; “Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья”, 1990, Москва. На Республіканських конференціях: “Химия, медико-биологическая оценка и использование пищевых волокон”, 1986, Одесса; “Хлібопродукти - 94”, 1994, Одесса; “Хлібопродукти - 97”, 1997, Одесса. На засіданнях технічної ради Комітету хлібопродуктів України, 1986, 1994, 1995, Київ, а також на наукових конференціях викладацького складу Одеської державної академії харчових технологій, 1983…1998.

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані у 45 роботах, в тому числі у 2 монографіях; 22 статтях, з яких 10 у наукових журналах, 12 у збірниках наукових праць; у 1 огляді в оглядовій інформації; у 18 тезах доповідей на конференціях; у 2 авторських свідоцтвах.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 6 розділів, висновків, бібліографій і додатків. Зміст роботи викладено на 443 сторінках, включаючи: 32 рисунки (26 стор.), 94 таблиці (64 стор.), 9 додатків (120 стор.). Список використаних бібліографічних джерел включає 391 найменування (37 стор.).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дослідження і вказані основні напрямки його проведення.

У першому розділі наведені результати аналізу хімічного складу і харчової цінності різних анатомічних частин пшениці, а також продуктів, що з неї виробляються. Виробництво пшениці в Україні складає біля 70 % загального збору зернових, що свідчить про високе її значення як основної продовольчої культури. Проведений аналіз структури харчування людей в Україні показує, що на долю зернових продуктів (хліб, макаронні вироби, крупи, печиво) припадає біля 40 % від загального раціону. Харчова цінність продуктів із пшениці обумовлена вмістом основних поживних компонентів, їх калорійністю і засвоюваністю. Проаналізовані наукові праці вітчизняних і зарубіжних вчених свідчать про те, що для збагачення борошна і крупи із пшениці біологічно активними речовинами доцільно використовувати периферичні частини зерна, які вилучаються із харчових зернопродуктів при сучасних технологіях виробництва сортового борошна і шліфованої крупи. Повернення цих збагачувачів до складу борошна і крупи дасть можливість виробляти нові харчові продукти пониженої калорійності і підвищеної харчової цінності, що відповідає сучасним вимогам доцільного харчування. На підставі аналізу наукової і науково-технічної літератури, а також реальних технологічних процесів виробництва борошна і крупи сформульовані наукові гіпотези, мета і задачі дослідження, розроблена програма їх проведення, яка приведена на рис. 1.

У другому розділі визначені науково-методичні основи проведення досліджень, експериментальна база і об'єкти. Наведені результати характеризують біохімічні і фізико-технологічні властивості пшениць, що перероблювались на борошномельних заводах різних регіонів України, якість борошна і висівок, одержаних в лабораторних умовах та із систем технологічного процесу діючих заводів, які вибрані як об'єкти досліджень, а також санітарно-гігієнічну оцінку зерна і висівок.

Для характеристики якості зерна, проміжних продуктів його переробки, борошна і висівок використовували комплекс показників, що визначають їх фізичні, біохімічні і технологічні властивості. Методи визначення прийнятих показників були як загальноприйняті, стандартизовані, так і спеціальні. До спеціальних показників відносяться: загальний вихід проміжних продуктів у крупоутворюючому процесі, ступінь вимелу оболонкових продуктів, якість борошна 70%-ного виходу, фізичні властивості тіста по валориграфу, газооутворююча і сахароутворююча здібність борошна, пробна випічка хліба та ін.

При дослідженні фракційного складу білків зерна і борошна, жирнокислотного складу їх ліпідів, вмісту вітамінів, макро- і мікроелементів, а також при вивченні деяких властивостей ферментних білків використовували комплекс класичних і сучасних методів: атомно-сорбційну спектрофотометрію, мікрокалориметрію, електрофорез, рідинну, газорідинну хроматографії. Амінокислотний склад білків зерна, борошна і висівок визначали на амінокислотному аналізаторі ААН-881. Результати досліджень обробляли з використанням методів математичної статистики і обчислювальної техніки. Експериментальні помели пшениці здійснювали на лабораторних млинах “Нагема” і МЛУ-202.

Результати дослідження якості пшениць, вирощених у різних регіонах України: Одеській, Херсонській, Миколаївській, Донецькій, Луганській, Кіровоградській, Київській, Сумській областях, і виробленого з них борошна і висівок наведені в табл.1. Наведені результати відносяться до 1994…1997 років. У порівнянні з даними попередніх років відзначено зменшення у пшениці вмісту білка з (14,0…15,0) % до (11,0…13,2) % при одночасному зменшенні мінеральних речовин і підвищенні кількості вуглеводів, насамперед крохмалю, що свідчить про погіршення якості пшениць. Хімічний склад пшениці по різних регіонах коливається в незначних межах (±10…15) %. Серед продуктів, вироблених із пшениці, найменше білка у борошні вищого сорту - 10,4 %, а найбільше у висівках - 15,8 % та зародку - 36,7 %. Основу фракційного складу білків зерна складають спирто- і лугорозчинні фракції, у білках зерна вони складають біля (64...66) %, у борошні - (76...78) %, а у висівках - (31…35) %. Найбільша кількість амінокислот, в тому числі лімітуючих якість пшеничного білка (лізин, треонін, триптофан), знаходиться у висівках , а найменша - у сортовому борошні. Розрізненість за фракційним і амінокислотним складом білків пшениць різних регіонів незначна.

Основу вуглеводів зерна складає крохмаль - 65,8 %. Відхилення по регіонах незначні і знаходяться у межах (3...8) %. Окрім крохмалю вуглеводний склад зерна оцінювали за вмістом сахарів, клітковини, геміцелюлози, лігніну, пектину. Вміст ліпідів у зерні пшениці складає (1,98...2,24) %, у борошні 70 %-ного виходу - (1,14...1,36) %, а у висівках - (3,85...4,23) %. Оскільки ліпіди і вітаміни в основному зосереджені в зародку і алейроновому шарі, то більша їх частина при виробництві борошна потрапляє у висівки. Незалежно від якості зерна і регіону його вирощування така закономірність залишається незмінною. У борошні сортового помелу кількість вітамінів найменша (мг/100 г продукту): вітаміну В1 - 0,17...0,19; В2 - 0,07...0,09; В6 - 0,17...0,27; РР - 2,03...2,15; а у висівках вітамінів: В1 - 1,21...1,30; В2 - 0,22...0,26; В6 - 1,10...1,53; РР - 12,8...14,1.

Таблиця 1

Хімічний склад зерна пшениці, борошна і висівок по

різних регіонах України (опосереднені показники)

Вміст мінеральних речовин у пшеницях різних регіонів України змінюється незначно ( мг/100 г продукту): калій 301...364, кальцій 49...55, магній 92...112, фосфор 293...350, залізо 4,9...6,0. Велика частина мінеральних речовин при сортовому помелі направляється у висівки, і тому хліб з борошна сортового помелу пшениці потребує збагачення вказаними мінеральними речовинами.

Хлібопекарські властивості зерна і борошна помітно змінюються залежно від кліматичних умов вирощування, що спостерігалось по різних роках. У 1994-1997 роках відзначалось зменшення у зерні клейковини: найменша її кількість була у Київській області (21,2...23,4) %, а найбільша - у Кримській області (23,7...26,2) %. По якості клейковина відноситься до II групи, а питомий об'єм хліба для усіх пшениць складав (370...460) см3. Найвищі показники якості хліба у пшениць південних областей: Одеської, Кримської, Херсонської.

Дослідження по вивченню виходу і якості проміжних продуктів, борошна і висівок на різних етапах технологічного процесу сортового помелу пшениці проведені у виробничих умовах борошномельних заводів, що знаходяться в Києві, Одесі, Донецьку, Луганську, Кіровограді, Сімферополі.

Встановлено, що кількість білка, вітамінів, мінеральних речовин, клітковини збільшується від перших до останніх систем, як у драному, так і у розмельному етапах. Борошно, що одержується на первинному етапі здрібнювання (драний процес), вміщує на (10...20) % більше білка ніж на етапі тонкого здрібнювання (розмельний процес), оскільки на етапі первинного здрібнювання руйнування зерна здійснюється в основному по білкових прошарках, які при цьому викришуються і потрапляють у борошно.

На наступних етапах технологічного процесу спостерігається руйнування зернових продуктів не тільки по білкових прошарках, але й по крохмальних зернівках. Про це свідчать дані про пошкодження крохмальних зернівок на різних етапах виробництва борошна. Найменше їх пошкодження на етапі крупоутворення (3,2...4,4) %, на наступних етапах воно зростає від (7,0...8,1) %, на перших розмельних системах, до (10,2...12,4) % на системах вимелу оболонкових продуктів через низькі режими здрібнювання.

В процесі здрібнювання зернових продуктів значно змінюється хімічний склад і технологічна характеристика усіх отриманих продуктів. У табл. 2 приведені середньостатистичні дані якості потоків проміжних продуктів (дунстів), зародкового продукту та висівок з різних систем технологічного процесу борошномельних заводів сортового помелу пшениці, що працюють на сучасному комплектному обладнанні. Найбільшу кількість білка вміщують висівки драних систем і сходові продукти систем вимелу на бичових машинах (16,5…16,9) %, у них найвища зольність (5,71…6,01) %, найбільший вміст целюлози, пектину і фітину. Найвищу якість серед усіх зернових продуктів має зародковий продукт, що вилучається на 4 розмельній системі. Він вміщує ( % ): 22,8 білка; 11,3 ліпідів; 22,2 геміцелюлози і найвищу кількість вітамінів (токоферолів) - 13,9 мг%.

Білки висівок по амінокислотному складу більш повноцінні у порівнянні з сортовим борошном. Вміст в них лізину на (50…70) % більше, триптофану - на (40…42) %, валіну і треоніну - на (10…15) %, ніж у сортовому борошні. Співвідношення вуглеводів з білками у висівках збалансовано краще: у висівках (3,0…3,5) : 1, а у борошні (6,0…7,0) : 1. Дунсти з периферичних частин зерна по хімічному складу незначно відрізняються від висівок і також можуть бути використані для збагачення сортового борошна.

Одержана характеристика різних потоків борошна і висівок дає можливість зробити висновок, що сортове борошно, вироблене на борошномельних заводах з комплектним обладнанням, має вищу дисперсність у порівнянні з борошном, виробленим на заводах з традиційним обладнанням. Середній розмір часток борошна вищого сорту на першій групі заводів складає (52...56) мкм, першого сорту (55...59) мкм, на другій групі заводів - відповідно (60...64) мкм і (62...68) мкм. Середній розмір часток висівок, одержаних на різних етапах і системах сортових помелів пшениці, коливається від 280 до 850 мкм. Найкрупніші оболонкові продукти (висівки) одержані з вимелюючих систем драного процесу на усіх борошномельних заводах, їх середній розмір складає (600...900) мкм, висівки розмельних систем мають розміри в межах (280...450) мкм, що пов'язано із збільшенням циклів подрібнювання оболонок на розмельних системах.

Для вирішення можливості використання висівок при збагачуванні сортового борошна визначали вміст у них тяжких металів (міді, ртуті, свинцю, кадмію, миш'яку), мікотоксинів і мікрофлору. Встановлено, що вміст металів у висівках менше гранично допустимих концентрацій, наведених у ТУ 8-22-47-87 “Отруби пшеничные диетические”. Мікотоксинів не виявлено, мікрофлора висівок свідчить про їх нормальний стан. Все це підтверджує можливість їх використання для збагачення сортового борошна.

Таблица 2

Хімічний склад різних потоків висівок, дунстів вимелюючих систем і зародкового продукту

У третьому розділі наведені результати науково-теоретичного і експериментального обгрунтування взаємодії продуктів з різних анатомічних частин зерна для забезпечення їх доцільного вибору і оптимального співвідношення в суміші. В процесі виробництва сортового борошна, яке складається, в основному, з мучнистого ядра ендосперму, периферичні частини зерна відділяються і направляються у висівки, що порушує потенціал природної взаємодії різних анатомічних частин зерна в складних біохімічних процесах його використання. Аналогічні процеси відбуваються і при виробництві крупи. Теоретично і експериментально обгрунтований вибір таких периферичних частин зерна, які в суміші з сортовим борошном у найбільшій мірі відновлюють потенціал їх природної взаємодії, не порушуючи істотно існуючої технології виробництва сортового борошна.

Для обгрунтування доцільного співвідношення в суміші сортового борошна і периферичних частин зерна вивчали вплив кількості висівок, одержаних з різних систем технологічного процесу, дунстів з вимелюючих систем, зародкового продукту з 4 розмельної системи в суміші з борошном вищого, першого і другого сортів на зміну їх біохімічних, хлібопекарських показників, деяких ферментних і запасних білків, які впливають на якість клейковини і хліба. Кількість висівок і дунстів у сумішах складала (1…25) %, зародкового продукту (1…9) %. Встановлено, що при змішуванні висівок в межах (1…14) % з борошном вищого і першого сортів, що мають клейковину першої і другої групи якості, об'ємний вихід хліба із суміші зростав на (5…10) % , поліпшувалися його структурно-механічні властивості і смакові якості. Подібні результати отримані при змішуванні борошна з дунстами вимелюючих систем (1…9) % і зародковим продуктом (1…5) %. Покращання хлібопекарських властивостей в найбільшій мірі виявляється в суміші периферичних частин з борошном першого сорту за рахунок підвищеного в ньому вмісту клейковини високої якості у порівнянні з борошном вищого сорту. Тому при виробництві борошна з підвищеним вмістом периферичних продуктів рекомендовано в суміші використовувати борошно першого сорту.

Добавки периферичних частин зерна до сортового борошна приводять до зміни якості клейковини і хлібопекарських властивостей отриманої суміші.

Дослідженнями Вакара О.Б., Кретовича В.Л., Козьміної Н.П., Токаревої Р.Р., Левицького А.П., Проскурякова Н.І. встановлено, що на якість клейковини значний вплив проявляють ліпіди і ферменти, однак у сортовому борошні їх кількість і ефективність невисока. Вони містяться, в основному, в периферичних частинах зерна. У формуванні клейковини значну роль відіграють відновлювально-окисні реакції. Якщо вплив гідролітичних ферментів на зміну реологічних властивостей тіста і властивостей клейковини вивчено достатньо повно, то можливість впливу вільних радикалів і ферментних систем на інтенсивність протікання вільнорадикальних процесів при формуванні технологічних властивостей борошна ще не вивчалась. Супероксиддисмутаза (СОД) є однією з основних ферментних систем, що регулює інтенсивність вільнорадикальних процесів. Тому виникла необхідність визначити в периферичних частинах зерна жирнокислотні компоненти, активність протеолітичних і амілолітичних ферментів, інгібіторів протеаз, активність ферментної системи СОД.

У табл. 3 наведені дані жирнокислотного складу ліпідів у дунстах вимелюючих систем, зародковому продукті і в оболонкових продуктах різних потоків. Кількість насичених жирних кислот у продуктах із периферичних частин зерна складає (14,2...16,3) %. Ліпіди вказаних продуктів - це, в основному, ненасичені жирні кислоти (83,7...85,8) %. Жирнокислотний склад вище вказаних продуктів майже однаковий, найбільший вміст припадає на лінолеву кислоту (52,2…58,8) %. Кількість периферичних частин зерна в суміші з борошном першого сорту змінювалась у таких межах: оболонкові продукти (2…23) %, зародковий продукт (1…9) %, дунсти (5…30) %. Простежується тісний взаємозв'язок між вмістом ліпідів у сумішах із хлібопекарськими властивостями борошна.

Аналіз валориграм тіста свідчить про те, що збільшення вмісту ліпідів у суміші до (1,85...1,95) %, в якій клейковина борошна відноситься до другої групи якості, призводить до підвищення часу утворення тіста, його пружності, стійкості. Подальше збільшення вмісту ліпідів викликає значне зниження стійкості тіста і його пружності, що можна пояснити зростанням часу на заміс тіста. Для борошна з клейковиною третьої групи якості покращання хлібопекарських властивостей спостерігається тільки при вмісті ліпідів у суміші в межах (1,40...1,50) %.

Таблиця 3

Жирнокислотний склад ліпідів у висівках, дунстах і зародковому продукті (% від загальної кількості ліпідів)

Встановлено, що периферичні частини зерна характеризуються значно вищою активністю протеолітичних ферментів (рис. 2), а також СОД (рис. 3), ніж зерно і борошно. Активність інгібіторів протеаз і амілолітичних ферментів у різних потоках висівок значно нижча, ніж у борошні (рис. 4), (рис. 5). Добавки висівок до борошна першого сорту в кількості від 5 до 20 % викликають збільшення протеолітичної активності на (11...56) % - (рис. 6.), супероксиддисмутазної активності на (14...46) % - (рис. 7), при одночасному зниженні активності інгібіторів на (11...36) %, (амілазна активність практично не змінювалась.

Аналіз електрофоретичних спектрів гліадінів, виділених із суміші борошна із загальними висівками і висівками із сортировки 4, а також розмельних систем у співвідношенні 10:90 % і 20:80 % дає підставу стверджувати, що фракційній склад гліадінів якісно не відрізняється один від одного, але при добавленні до борошна периферичних частин зерна в суміші більше 10 % знижується вміст високомолекулярних, менш рухливих, і підвищується вміст низькомолекулярних, більш рухливих, фракцій гліадіну. При цьому закономірність змін кількості і якості різних фракцій гліадіну при добавленні різних периферичних частин зерна залишається незмінною.

Одержані результати взаємодії ферментних систем при змішуванні оболонкових частин зерна із сортовим борошном дають підставу стверджувати, що з підвищенням в суміші периферичних частин зерна зростає інтенсивність гідролітичних процесів, змінюється фракційний склад клейковинних білків, що негативно впливає на реологічні властивості тіста. Одночасно підвищується антиоксидантна активність (токофероли, супероксиддисмутаза), супероксиддисмутаза сприяє зниженню інтенсивності вільнорадикальних процесів і тим самим забезпечує зміну активності цілого ряду ферментів, які сприяють протіканню біохімічних процесів при тістоведенні.

На хлібопекарські властивості борошна значно впливає його дисперсний склад. Оскільки частки оболонкових продуктів, що входять до складу висівок, крупніші за частки сортового борошна, то при вивченні цього питання висівки здрібнювали на вальцовому верстаті до розмірів часток (200...250) мкм і на кульовому млині до розміру часток (162...167) мкм. Подрібнені висівки добавляли до борошна першого сорту в різних співвідношеннях. Встановлено, що зменшення крупності висівок до (162…167) мкм впливає на підвищення водопоглинальної здібності тіста на 10 %, час утворення зменшується з 6 до 4 хв., а його розрідження збільшилось з 110 до 150 ЕV. Надмірна деструкція висівок негативно впливає на об'ємний вихід хліба. Найкращі результати одержані при крупності часток висівок у межах від 200 до 400 мкм. Висівки, одержані на розмельних системах сортових помелів пшениці, мають приблизно таку крупність.

Для обгрунтування якості нового сорту борошна проведені дослідження впливу крупності висівок і зольності одержаної суміші на її хлібопекарські властивості - рис.9. Розмір висівок коливався (160…450) мкм, а зольність (0,90…1,70) %. Найвищий об'ємний вихід хліба одержано при зольності суміші (0,90…0,95) % і крупності висівок (200…400) мкм. Підвищення зольності до 1,50 % призводить до зниження об'ємного виходу хліба на (8…10) %, а при подальшому підвищенні зольності суміші до 1,70 % спостерігається значне зниження об'ємного виходу хліба, тому при виробництві суміші борошна з висівками його зольність не повинна перевищувати 1,50 %.

Дослідженнями встановлено, що потоки висівок, які виробляються на борошномельних заводах, неоднорідні як по крупності, так і по якості. Найкрупнішими є висівки драних систем, для їх здрібнювання потрібно встановлювати допоміжне обладнання. Тому доцільно використовувати в суміші із сортовим борошном потоки висівок з сортировок вимелюючих і останніх розмельних систем, які мають меншу крупність (280…450) мкм і не потребують допоміжного здрібнювання. Вони вміщують (3,86…4,62) % золи, (34,2…35,9) % баластних речовин, мінімальну кількість фітину і максимальну кількість вітамінів групи В. Інші показники їх якості збігаються з якістю висівок драних систем.

Кількість висівок, що направляється в суміш з сортовим борошном, обумовлена насамперед кількісно-якісними показниками клейковини вихідного борошна.

Таблиця 4

Залежність кількості добавлених висівок від вмісту і якості клейковини вихідного борошна (в чисельнику - % висівок, в знаменнику - об'єм хліба,см3 )

Оскільки на борошномельних заводах перероблюється пшениця з різною кількістю і якістю клейковини, то необхідно з'ясувати, як впливають кількісно-якісні показники клейковини борошна на кількість добавлених до нього висівок. Для визначення цього впливу використали метод планування експерименту і встановили (табл. 4): чим вище вміст клейковини у вихідному борошні і краще її якість, тим більше висівок можна добавляти в таке борошно для забезпечення максимального об'ємного виходу хліба. Отримані дані дають можливість визначати доцільну кількість висівок, яку можна добавляти до борошна певної якості і тим самим забезпечувати високі показники виходу і якості хліба.

У четвертому розділі наведені результати розробок і апробації технологій виробництва борошна з підвищеним вмістом периферичних частин зерна (висівок і дунстів низької якості) при сортових помелах пшениці. При розробці цих технологій враховували такі вимоги: технологія повинна бути універсальною, придатною для будь-якого борошномельного заводу сортового помелу; із існуючих потоків різних периферичних частин зерна слід вибирати і направляти в суміш з борошном такі потоки, які найефективніше відновлюють у суміші природний потенціал зерна і забезпечують високу якість хліба; потоки борошна і висівок, що змішуються повинні бути стабільними за якістю.

Для обгрунтування можливої універсальності технології, що розробляється, були вивчені існуючі технології сортових помелів пшениці і якість борошна, що виробляється на передових борошномельних заводах у різних регіонах України. Результати цього дослідження представлені у другому розділі, на основі яких вдалося зробити висновок, що основні принципи побудови структури, характеристика і режим її систем на більшості заводів сортових помелів пшениці ідентичні, що дає підставу вважати за можливе створення універсальної технології виробництва борошна з підвищеним вмістом периферичних частин зерна.

На основі аналізу балансів помелу і якості борошна, оболонкових продуктів, дунстів вимелюючих систем на Одеських, Київському, Кіровоградському, Донецькому та інших борошномельних заводах встановлено, що висівки із сортировок вимелу і останніх розмельних систем забезпечують одержання найбільш ефективних сумішів. Тому вказані потоки висівок були використані при розробці принципової схеми виробництва борошна з підвищеним вмістом висівок - рис. 10. У цій схемі передбачено змішування борошна першого або другого сортів з контрольних розсівів (1) з висівками вказаних систем (5). Борошно і висівки накопичуються в окремих бункерах (2, 6), а потім за допомогою дозувачів (3) подаються у змішувач (4), а далі в бункер (8) і через автоматичні ваги (9) - на вибій. Співвідношення борошна першого сорту (80…82) % до (18…20) % вказаних висівок, а для борошна другого сорту - (93…94) % до (6…7) % висівок.

Апробація технології виробництва борошна з підвищеним вмістом висівок проведена на Київському борошномельному заводі № 3 і Куліндорівському комбінаті хлібопродуктів, а випічка хліба - на Одеському хлібозаводі № 5. Хімічний склад одержаного хліба: вода - 40,3 %, білок - 8,9 %, ліпіди - 1,6 %, вуглеводи засвоювані - 37,0 %, баластні речовини - 9,7 %, енергетична цінність 100 г хліба - 204 ккал, вітаміни: В1 - 0,32; В2 - 0,07; В6 - 0,50 мг на 100 г продукту. У порівнянні з борошном втрати вітамінів при випічці хліба склали (10…26) %. Хліб з борошна з підвищеним вмістом висівок має понижену калорійність, підвищений вміст білка, вітамінів, мінеральних і баластних речовин.

Борошно “Одеське” формується з потоків борошна, вилучених на розмельних системах першої якості в драному і розмельному процесах, а також з потоків останніх розмельних систем (10, 11, 12), IV драної, сортировок вимелу, на яких прохід сита № 35 складає (30…35) %. Режим інших систем здрібнювання повинен відповідати “Правилам”. Борошно “Одеське” можливо виробляти при сортових помелах пшениці в кількості від 10 до 30 %. Рекомендована якість борошна “Одеське”: вологість - не більше 15,0 %. вміст клейковини - не менше 23 %, не нижче ІІ групи якості, зольність - не більше 0,95 %, крупність: залишок на ситі № 27 - не більше 5,0 %, прохід через шовкове сито № 38 - не менше 60 %. Розроблені можливі види сортових помелів пшениці при виробництві борошна “Одеське”. В табл. 5 наведені деякі варіанти формування виходу сортового борошна “Одеське”.

Дослідження і розробка технологій виробництва борошна з підвищеним вмістом периферичних частин зерна пшениці підтвердили технічну можливість і доцільність одержання такого борошна при сортових помелах пшениці шляхом використання різних потоків висівок: з систем сортування продуктів вимелу та останніх розмельних систем, а також дунстів з систем вимелу.

Таблиця 5

Варіанти формування виходу сортового борошна при виробництві борошна “Одеське”

У п'ятому розділі наведені результати вивчення і розробок нових технологій виробництва крупи нешліфованої і пластівців із пшениці IV і VI типів з метою розширення асортименту круп'яних продуктів високої якості.

При розробці технології виробництва крупи пшеничної нешліфованої обгрунтована структура технологічного процесу, характеристика і режими його систем, а також режими кондиціювання зерна. Для виробництва крупи необхідно використовувати м'яку пшеницю IV типу скловидністю не менше 50 % або тверду пшеницю VI типу. При холодному кондиціюванні зерна режими такі: його вологість на першій системі здрібнювання для м'якої пшениці - (15,5…16,0) %, час відволоження - 4…6 годин; для твердої пшениці - (16,0…16,5) %, час відволоження 7...8 годин відповідно.

При переробці м'якої скловидної пшениці доцільно передбачити в структурі технологічного процесу чотири системи основного здрібнювання (драний процес) та дві допоміжні системи (розмельні) для здрібнювання проміжних продуктів розмелу зерна, які дають можливість одночасно з виробництвом крупи виробляти ще й борошно “Одеське”. Структура такого технологічного процесу показана на рис. 11. Окрім вказаних систем здрібнювання зернових продуктів в структурній схемі передбачено збагачення крупок: крупних - на аспіраторі А1-БДА, дрібних на ситовіяльній машині А1-БСО, а також контроль борошна “Одеське” у розсіві. Для забезпечення попадання дрібних оболонкових продуктів у борошно “Одеське” на останніх драних і розмельних системах сита слід розріджувати до №№ 32, 35. Характеристика систем наведена в структурній схемі, режим систем високий: на І драній системи прохід сита № 1,0 - (15…20) %, на ІІ драній системи прохід сита № 1,0 - (45…50) %, на ІІІ драній системи прохід сита № 080 - (40…45) %, інші системи повинні забезпечувати максимальний вихід борошна (50…60) %. При цьому помелі можливо виробляти до 50 % крупи пшеничної нешліфованої (30 % крупної фракції зольністю - не більше 1,50 % і 20 % дрібної фракції зольністю - не більше 1,30 %), а також 28 % борошна “Одеське”, зольністю - не більше 0,95 %.

При переробці твердої пшениці VI типу в крупу одержують тільки дві фракції крупи: крупну і дрібну, із загальним виходом 68 %. Структура технологічного процесу виробництва крупи складається із чотирьох систем послідовного здрібнювання зернових продуктів. Одержані на них проміжні продукти у вигляді крупок направляються залежно від їх розмірів на аспіратор чи ситовіяльну машину для збагачування. Режим здрібнювання твердої пшениці високий, що забезпечує можливість одержання 38 % крупної фракції крупи (прохід сит № 1,6…1,8, схід з сит 1,0…1,2 мм, зольність - не більше 1,60 %) і 30 % дрібної фракції крупи (прохід сит 1,2…1,0 і схід сит № 056…040 мм, зольність - не більше 1,40 %).

Нешліфована пшенична крупа має високу харчову і споживчу цінність. Каша, що приготовлена із крупи твердої пшениці, має приємний жовтуватий колір, напіврозсипчасту консистенцію, час варіння крупної фракції крупи - 27 хв., дрібної - 22 хв. Коефіцієнт розварюваності: 3,1 і 2,6 відповідно для крупної і дрібної фракції. Каша із крупи м'якої пшениці має трохи нижчі показники, але для неї скорочується час варіння на (15…20) %.

Розроблена технологія виробництва пшеничних пластівців. Технологією передбачається виробництво пластівців із лущеного зерна пшениці як IV, так і VI типів. Принципова схема технологічного процесу виробництва пшеничних пластівців включала такі технологічні операції: зважування зерна на автоматичних вагах АД-50-3Э, очистку зерна від домішок у сепараторі А1-БІС-12, вилучення мінеральних домішок у каменевідбірній машині РЗ-БКТ, коротких і довгих домішок - у дискових трієрах, сепарування в магнітних сепараторах У1-БМЗ. Зволожування зерна - в машинах А1-БШУ-2 до вологості 15...16 %, відволоження - в бункерах протягом 3-х годин. Лущення підготовленого зерна проводили в машинах А1-ЗШН-3 одно- або дворазово. Загальна кількість знятих при лущенні плодових, насіннєвих оболонок і зародку повинна скласти (5...6) % від маси зерна. Після лущення передбачене дозволоження зерна до (18...20) % і відволоження протягом 2-х годин з метою підготовки його до пропарювання. Пропарювання зерна проводили у пропарювачі А9-БПБ при режимах: тиск насиченої пари - 0,25 МПа, час пропарювання - 5 хв. Після пропарювання вологість зерна підвищується на (2,5…3,0) %. Пропарене зерно для завершення релаксаційних процесів направляється в термоізольований бункер, в якому знаходиться 20...30 хв, а потім до зерносушарки ВР-10-49, де зерно підсушується до (19...20) % вологості.

Після воднотеплової обробки зерна здійснюється його плющення на вальцьовому верстаті з мікрошорохуватими вальцями, колова швидкість вальців - 4 м/с, а їх співвідношення - 1,0. Одержані пластівці направляються спочатку в сушарку для доведення вологості до 13 %, а потім в аспіраційну колонку БКА для охолодження до температури (25…30) °С. Відсів дрібної фракції із пластівців проводили на ситовому сепараторі з решітним ситом, діаметром отворів 5 мм. Одержані пластівці мають добрі споживчі властивості: приємний запах і смак, високу харчову цінність через наявність у них периферичних частин зерна. Час варіння пластівців (3...5) хвилин.

Нові сорти твердої пшениці VI типу, що з'явилися недавно, представляють значний інтерес для переробки їх у макаронне борошно через недостатню кількість твердої пшениці II типу, яка є основною сировиною для виробництва макаронного борошна. З метою використання пшениці VI типу для виробництва макаронного борошна вивчені режими її воднотеплової обробки як основного фактора, що впливає на технологію її переробки, у порівнянні з пшеницею ІІ типу. Встановлені і обгрунтовані такі режими: вологість зерна - (16,0…17,0) %, час відволоження - (9…12) годин.

Одержані макарони з пшениць VІ типу мають високу якість і добрі споживчі властивості: вміст білка перевищує на (1,5...2,0) % його кількість у пшениці ІІ типу, висока міцність макаронів. Смакові властивості цих макаронів не поступаються макаронам із твердої пшениці II типу.

У шостому розділі представлено хімічний склад та харчову цінність борошна, крупи і пластівців з підвищеним вмістом периферичних частин (табл. 6), втрати вітамінів при випічці хліба і приготуванні каші, а також зміни хімічного складу, споживчих і хлібопекарських властивостей нових видів зернових продуктів при їх зберіганні.

Особливість хімічного складу зернових продуктів з підвищеним вмістом периферичних частин зерна у порівнянні з борошном першого сорту полягає в збільшенні золи, білка, клітковини, ліпідів, пентозанів і вітамінів групи В при значному зменшенні крохмалю. Оскільки вказані продукти вміщують підвищену кількість речовин, які характеризуються як баластні, то їх калорійність значно понижена і складає (200…225) ккал на 100 г хліба чи каші, хоча баластні речовини, як доведено фізіологічною наукою, відіграють важливу роль в обмінних процесах організму людини.

Харчова цінність борошна, крупи і пластівців визначалась при вигодуванні ними білих пацюків (табл. 7). Харчова цінність нових зернових продуктів перевищує харчову цінність борошна першого сорту в (1,5…2,3) рази, що обумовлено збільшенням у їх складі кількості незамінних амінокислот (лізину на 28 %,

Таблиця 6

Хімічний склад борошна, крупи і пластівців з підвищеним вмістом периферичних частин зерна

триптофану на 40 % та ін.), вітамінів групи В - в (1,3…2,3) рази, токоферолів - у (2,1…4,6) рази, мінеральних речовин - в (1,3…2,3) рази, а також покращанням смаку і аромату хліба і каші. Незначне зниження переварюваності білків пояснюється підвищеним вмістом баластних речовин.

При випічці хліба і приготуванні каші із крупи пшеничної нешліфованої втрати вітамінів групи В складають (8…15) % і (7,0…9,2) % відповідно.