Статья: Разработка техники и технологии в переработке зерновых культур для создания продуктов питания повышенной ценности

Размещено на http: //www. allbest. ru/

ТарГУ им. М.Х. Дулати, г. Тараз

Разработка техники и технологии в переработке зерновых культур для создания продуктов питания повышенной ценности

Горбатовская Н.А.

Дальнейший рост уровня производительности, интенсификации сельского хозяйства в значительной степени зависят от технической оснащенности, инновационных технологий переработки сельскохозяйственного сырья, в том числе зерновых культур, являющихся источником производства основных продуктов питания массового потребления.

Решение государственной задачи, с учетом поставленных приоритетных направлений, позволит стабилизировать продовольственный рынок страны, расширить ассортимент мучных и крупяных продуктов, обеспечить население качественными отечественными продуктами питания повышенной пищевой ценности, Для этого необходимо совершенствовать существующую технику и технологию переработки зерна, которое является дорогим сырьем для перерабатывающих предприятий различного типа и в структуре затрат на производство продукции занимает около 94%, а количественный выход и качественные показатели готовой продукции не всегда оправдывают сырьевые и энергетические затраты.

Это связано с недостаточно высокой эффективностью работы технологического оборудования, сложностью технологических процессов подготовки сырья и его переработки, отсутствием унификации и гибкости процессов, что не позволяет на одном и том же оборудовании осуществлять заменяемость перерабатываемых культур с учетом получения готовой продукции заданного качества, спроса и специфики на ее дальнейшее использование для продуктов питания массового спроса, продуктов функционального и лечебно-профилактического назначения, отличающихся высокой пищевой и биологической ценностью.

Сегодняшний уровень развития технологии муки и крупы соответствует в большей степени традиционным классическим вариантам, и это не всегда позволяет эффективно решать вопросы о разработке нового ассортимента, предназначенного для удовлетворения различных запросов потребителей.

Существующие, согласно стандартам, сорта пшеничной и ржаной хлебопекарной муки ограничивают возможности производства мучных кондитерских изделий с направленным изменением качества. Необходим расширенный ассортимент муки, располагающий особыми свойствами: высокобелковая, крахмалистая, с повышенным содержанием пищевых волокон или биологически важных органических и минеральных веществ, мука из других зерновых и бобовых культур (ячменная, рисовая, гороховая, овсяная, кукурузная и др.), используемых для составления композитных смесей муки при создании продуктов питания функционального и лечебно-профилактического назначения, для расширенного ассортимента хлебобулочных и мучных кондитерских изделий [1,2,3].

Анализ существующих технологических процессов по производству крупы показывает высокую сложность технологий и использование большого количества технологического оборудования подобранного для переработки одной зерновой культуры. При этом выход готовой продукции и ее качество по пищевой ценности не всегда реализуют потенциальные возможности, заложенные в зерне при использовании основной сырьевой части - ядра [4].

Эффективность шелушения крупяных культур зависит от правильного подбора технологического оборудования, предварительного сортирования зерна на фракции по крупности, режимов гидротермической обработки отдельных культур. Однако коэффициент шелушения при этом не превышает 80-85 % за один пропуск зерна через шелушильную машину, в связи с этим устанавливается несколько систем шелушения (от 3-х до 4-х). Применение дополнительных операций, для повышения эффективности шелушения, многократность шелушения, приводящее к дроблению целого ядра - все это вместе приводит к увеличению расхода энергии, снижению выхода целой крупы и другим нежелательным факторам [3].

Следовательно, разработка эффективного оборудования, ресурсосберегающих технологий переработки зерна и использование полученной готовой продукции для создания расширенного ассортимента новых продуктов питания с направленным изменением химического состава по количеству белка, микроэлементов, пищевых волокон и других нутриентов является актуальной задачей.

В связи с этим, одной из главных задач исследований, проводимых в ТарГу им. М.Х. Дулати, явилась разработка техники и ресурсосберегающих технологий переработки зерновых культур в муку с направленным изменением качества и крупы повышенной пищевой ценности, которые могут быть полноценной основой продуктов нового поколения: хлебопродуктов, мучных и сахарных кондитерских изделий, национальных кисломолочных напитков на зерновой основе.

Выбор направлений исследований исходил из анализа существующих технологий переработки зерна в муку, крупы, где объектом переработки представлены зерновые культуры: пшеница, ячмень, овес. Основными технологическими операциями выделены:

- обработка поверхности зерна в мукомольном производстве;

- шелушение зерна в крупяном производстве.

Исходя из анализа существующих в настоящее время устройств по обработке поверхности (шелушению) зерновых культур, следует отметить, что, несмотря на большое разнообразие конструкций для обработки поверхности зерна (шелушению), существуют положения, объединяющие все устройства: ресурсосберегающий крупа переработка зерновой

1.При обработке поверхности (шелушении) зерна в обоечных, щеточных, моечных машинах на зерно воздействует удар и трение зерна о зерно, и рабочую поверхность барабана (деки).

2.Силу удара рабочих органов о зерно и зерна о рабочую поверхность определяют следующие факторы:

- модуль упругости материала рабочих органов машины;

- модуль упругости обрабатываемого материала;

- геометрическая характеристика зерна;

- форма рабочих органов машины;

-скорость соударения зерна с рабочими органами (бичами, барабаном).

3. Эффективность обработки поверхности зерна (шелушения) от загрязнений и наружных покровов в значительной мере зависит от кинематических параметров машин: скорости вращения рабочих органов, расстояния от кромки бичей до рабочей поверхности, нагрузки на машину, времени обработки, а также от качества зерна и его технологических особенностей.

На основании общих положений, объединяющих эти устройства, можно сделать следующие выводы:

- необходима разработка конструкции машины для интенсивной обработки поверхности зерна при допустимой норме прироста битых зерен и без излишнего травмирования зерна;

- конструкция устройства должна обеспечивать возможность применения ее при сортовых помолах пшеницы и шелушения крупяных культур с последующим упрощением технологии производства муки, крупы, что позволит обеспечить ресурсосбережения при высоких технико-экономических показателях предприятия.

Для обработки поверхности (шелушения) зерновых культур была разработана экспериментальная установка УИД-2 (рис.1), позволяющая обрабатывать поверхность (шелушить) зерновые культуры в условиях динамического нагружения. При динамическом нагружении живая сила ударяемого тела мгновенно превращается в потенциальную силу энергии деформации в деформируемом теле и вызывает в нем значительно большие внутренние напряжения, чем при статическом нагружении тела той же силы.

В установке зерно подвергается нескольким видам деформаций: удару и истиранию с последующим отделением внешних покровных тканей (цветковой или плодовой оболочек).

Новизна выбранной конструкции заключается в использовании бичевого ротора: на вал насажаны съемные кольца с ввинченными в них бичами.

Рис. 1 Экспериментальная установка УИД-2

Это позволяет менять количество бичей, их конструкцию (пластинчатые, цилиндрические), изменять расстояние (шаг между бичами) [5].

Обработка поверхности (шелушение) зерна происходит в условиях динамического нагружения, когда критическая скорость удара бичей не превышает прочностных свойств зерна.

Принятая конструкция позволяет обеспечить интенсивное шелушение зерновых культур за один пропуск при правильно подобранной скорости бичевого ротора и продолжительности обработки продукта.

В результате проведенных исследований, математического моделирования процесса и оптимизации параметров, влияющих на эффективность об-работки поверхности (шелушения) зерна установлено:

1. Необходимость увлажнения зерна перед обработкой с целью повышения влажности оболочек и отслоения их от ядра (эндосперма). Выбран способ увлажнения зерна - поверхностный, только для оболочек, т.е. прирост влаги на 1-1,5% при увлажнении зерна и кратковременном отволаживании.

2. Число оборотов при обработке: пшеницы- 840об/мин. или 9,2м/с; ячменя - 880 об/мин. или 9,6 м/с; овса- 840 об/мин или 9,2 м/с. Предполагается посредством сменных шкивов изменять число оборотов бичевого ротора.

3. Продолжительность обработки поверхности зерна пшеницы - 10 с; шелушение ячменя - 20 с; овса -15 с.

4. Радиальный зазор 15 мм.

5. Количество бичей - 42 цилиндрических и 6 в виде лопастей.

6. Диаметр рабочего цилиндра 0,22 м, длина 1,0 м.

7. Нагрузка составляет для:

- пшеницы - 441 кг/м 2·с;

- ячменя - 396 кг/м 2·с;

- овса - 512 кг/м 2·с.

8. Производительность опытно-экспериментальной установки 250 кг/ч - 300 кг/ч.

Интенсивная обработка поверхности зерна пшеницы, ржи (при снижении зольности зерна на 0,09 - 0,11 % за один пропуск, при норме прироста битых зерен не более 1,0 %), шелушение пленчатых крупяных культур (при коэффициенте шелушения за один пропуск равным 90 - 95 %) на разработанной экспериментальной установке, с учетом проведения операции предвари-тельного увлажнения (мойки) зерна и кратковременного отволаживания в зависимости от вида зерновой культуры: пшеница - 3-5 минут, овес - 6-8 минут, ячмень - 10-15 минут, предназначенного только для ослабения связи оболочки с ядром, позволили разработать структурную модель технологического процесса подготовки зерновых культур к переработке с применением нетрадиционного оборудования.

Созданная экспериментальная установка для шелушения зерна пшеницы, овса, ячменя в условиях динамического нагружения дает возможность обрабатывать их на оной машине (при различной продолжительности обработки, в зависимости от культуры, степени связи оболочек с ядром, прочности ядра), и позволяет использовать ее в технологии муки и круп. Составлена унифицированная принципиальная технологическая схема подготовки зерновых культур, по которой в озможна подготовка пшеницы, ржи, овса, ячменя (рис.2)

Рис. 2 Технологическая схема подготовки зерновых культур к переработке (взаимозаменяемая схема)

Разработанные ресурсосберегающие технологии переработки зерновых культур с применением экспериментальной установки предназначены в основном для получения мучных и крупяных продуктов для расширения ассортимента, рассчитанного на запросы потребителей по производству хлебобулочных, мучных, сахарных изделий и сухих концентратов для национальных кисломолочных напитков на зерновой основе повышенной пищевой ценности.

Муку, полученную по ресурсосберегающей технологии и имеющую направленное изменение качества, исследовали на химический состав и пищевую ценность по показателям: содержание белка, жира, углеводов, витаминов (В1, В2, РР), минеральных веществ (К, Ca, Mg, P) (табл.1).

Таблица 1 Химический состав муки с направленным изменением качества (на 100 г продукта)

Анализ данных показывает, что мука,полученная нетрадиционным способом, имеет повышенную пищевую ценность по минеральному составу и витаминам по сравнению с традиционной [6].

Результа ты и сс лед ований пока зыва ют , что кр уп ы п о химическом у составу отличаются от полученных традиционным способом повышенным содержанием белка, пищевых волокон, витаминов и минеральных веществ (табл.2).