Разработка рациональных режимов экструдирования ячменной крупы

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 633.1:664.6/7

ТОО «КазНИИ переработки сельскохозяйственной продукции», г. Астана

Разработка рациональных режимов экструдирования ячменной крупы

Горбатовская Н.А.,

ТарГУ им. М.Х. Дулати, г. Тараз

Жанабаев А., Чаканова Ж.

В Послании Президента страны к народу Казахстана «Новое десятилетие - новый экономический подъем - новые возможности Казахстана» отмечено, что к 2014 году более 80% внутреннего рынка продовольственных товаров должны составлять отечественные продукты питания [1]. растениеводческий сельскохозяйственный зерно экструдер

В настоящее время в общем объеме производства сельскохозяйственной продукции РК доля растениеводческой продукции составляет 57%, из них порядка 80% - производство зерновых культур, что и определяет ведущую роль зерноперерабатывающей отрасли в АПК. Несмотря на потенциальную сырьевую базу, развитие перерабатывающего сектора агропромышленного комплекса республики не в полной мере отвечает требованиям рынка, о чем свидетельствуют данные Агентства РК по статистике, доля переработки произведенных зерновых в 2010 году составила 43%, что говорит о необходимости активизации отрасли переработки зерновых [2].

Основным сырьем для производства крупяных продуктов питания является зерно злаковых и зернобобовых культур.

Второй по значимости зерновой культурой после пшеницы в республике является ячмень (13% площадей посева зерновых культур). Ячмень если учесть, что кукурузу и рис сеют на юге страны, то в основных зерновых областях сеют две культуры - пшеницу и ячмень.

Продукты переработки зерна ячменя составляют неотъемлемую часть рациона питания человека и в значительной мере удовлетворяют потребности организма в питательных веществах.

Ячмень имеет достаточно сбалансированный химический состав, отличается высоким содержанием растительного крахмала, белка, благоприятным минеральным составом (по содержанию калия, кальция, кобальта, кремния превышает пшеницу) и витаминами группы В, отличается также достаточно высоким содержанием водорастворимых веществ, пищевых волокон и слизей, улучщающих пищеварение [3].

Валовой сбор ячменя в республике в 2011 году составил 2,6 млн. тонн.

На сегодняшний день в рационе питания населения резко возросла роль продуктов быстрого приготовления (готовых к употреблению) на основе зерновых культур, и, хотя рынок продуктов быстрого приготовления (как требующих, так и не требующих варки) развивается достаточно быстро, также растет и спрос населения на такой вид продукции.

В современных условиях одним из путей интенсификации пищевой промышленности является внедрение новых технологий. Это предполагает повышение степени и полноты переработки сельскохозяйственного сырья с более полным извлечением из него полезных компонентов

На сегодняшний день в рационе питания населения резко возросла роль продуктов быстрого приготовления (готовых к употреблению) на основе зерновых культур, а также диетических, лечебно-профилактических. При получении полуфабрикатов быстрого приготовления из круп ячменя применяются как традиционные, так и различные современные технологии, такие как экструзия [4].

Экструдирование представляет собой процесс, при котором происходит обработка различных материалов при высоких значениях давления и температуры. Давление создается в толстостенном корпусе аппарата посредством винтового конвейера - шнека, корпус экструдера имеет обогрев. При сжатии помещенного в корпус экструдера материала в пределах 15-50 МПа и разогреве до 150-180°С материал переходит в вязкотекучее состояние и легко формуется посредством продавливания через матрицу в виде пластин, тяжей, трубочек, гранул и т.п., в зависимости от формы отверстий матрицы [5].

Для проведения исследований шелушенное зерно ячменя подвергали увлажнению до 16% с последующим дроблением на лабораторной дробилке зерна ДЗ-1А (рис. 1) до параметров идентичных крупе перловой №5 (сход сита Ш1,5).

Рис. 1. Дробилка зерна ДЗ-1А

Рис. 2. Пресс-экструдер РТ-ПМ-21

В основе экструзионной обработки продуктов лежат два явления: механофизическая деформация исходного материала и формирование пенообразной структуры готовых изделий за счет большой разницы давлений в экструдере и атмосфере, поэтому при выходе из матрицы продукт вспучивается.

Гомогенизация продукта в экструдере позволяет формировать композиции самого разнообразного состава, вводить растительные добавки, а также различные биологически активные вещества: витамины, микроэлементы, незаменимые аминокислоты.

В результате сложного механического и термического воздействия происходит деструкция макромолекул биополимеров, поэтому все физические и химические свойства продукта резко изменяются. Экструзионная обработка позволяет эффективно использовать малоценную дробленую крупу, а также мучку, низкие сорта муки, зерно со слабой клейковиной, отруби и т.п.

В качестве критерия эффективности процесса удобно использовать коэффициент экструзии, представляющий отношение разности плотностей исходного продукта (с₀₎ и экструдата (с₁₎ к плотности последнего:

. (1)

Этот показатель определяет относительное изменение плотности материала в процессе производства экструдата, т.е. степень разрыхленности последнего, по сравнению с исходным состоянием.

Далее было изучено влияние влажности ячменной крупы на структуру экструдатов. Установлено, что экструзионная обработка ячменной крупы с исходной влажностью 18-20% способствует достижению наибольшей пористости и степени вспучивания экструдатов (рис. 3).

Из данных рисунка видно, что увеличение содержания влаги в сырье от 20 до 25% приводит к снижению этих показателей и наряду с этим вызывает существенное возрастание прочности экструдатов, что влечет за собой ухудшение их качества.

1 - ячменная крупа (сорт «Байшешек») y = -0,1798x² + +1,9131x - 1,4286; R² = 0,9434; 2 - ячменная крупа (сорт «Сауле») y= -0,1893x² + 1,9714x - 1,5714; R² = 0,9601.

Рис. 3. Изменение объема экструдата, в зависимости от влажности исходных продуктов

Полученный экструдат подвергали подсушке при температуре 50-60°С в сушильном шкафу ШС-1 (рис. 4).

Рис. 4. Сушильный шкаф ШС-1

После кратковременной сушки экструдата до содержания влаги 15%, его подвергали измельчению на дробилке (проход сита Ш3). Полученную экструдированную крупку подвергли определению водопоглотительной способности (рис. 5).

Рис. 5. Водопоглотительная способность экструдированной крупы

Как видно из рисунка 5 наибольшей водопоглотительной способностью обладает экструдированная крупа из сорта «Байшешек», у которого число набухания - 2,03. Разница числа набухания между исследуемыми образцами сортов составляет - 0,53 единицы. Наибольшая водопоглотительная способность наблюдается впервые 5 минут. Далее в период от 10 до 30 минут продолжается интенсивный рост числа набухания на 0,6 единицы, тогда как у сорта «Сауле» динамика роста, угасающая и за этот же период, число набухания составило 0,1 единицы. Данное поведение водопоглотительной способности объясняется различием в пористости структуры экструдатов.

Для изучения влияния частоты вращения шнека f экструдера на пищевую ценность крупы и расход электроэнергии N_уд был проведен эксперимент с образцами исследуемых продуктов.

Величина частоты вращения шнека f варьировалась от 250 до 400 об/мин с интервалом в 50 об/мин.

На рисунке 6 представлена зависимость влияния частоты вращения шнека f экструдера на пищевую ценность и удельные затраты электроэнергии. Как видно из приведенных данных рисунка 6, содержание углеводов в экструдированной ячменной крупе равномерно уменьшается с увеличением частоты вращения шнека f с 71,7 до 67,8 г / 100 г.

Данное обстоятельство объясняется тем, что из-за усиления механического воздействия разрушаются не только крахмальные зерна, но и матрица пищевых волокон, в результате чего освобождается часть макрофибрилл целлюлозы.

Они выстраиваются вдоль ламинарного потока в шнеке и фильере экструдера и сближаются с молекулами крахмала. Полисахариды пищевых волокон, имея большое количество активных центров, при повышенной температуре соединяются перекрестными связями с молекулами крахмала, образуя новые агрегатные структуры и вызывая изменение физико-химических свойств биополимерной массы.

1 - углеводы y = 0,0071x² - 1,0729x + 72,86; R² = 0,989; 2 - белок y = -0,1929x² + 1,7971x + 9,37; R² = 0,9935; 3 - жир y = 0,09x² - 0,768x + 2,472; R² = 0,9899;4 - удельный расход электроэнергии y = -0,0043x2 + 0,0977x -- 0,072; R² = 0,9217.

Рис. 6. Зависимость влияния частоты вращения шнека f экструдера на пищевую ценность продукта и удельные затраты электроэнергии

Содержание белка при частоте работы шнека экструдера до 350 об/мин увеличивается с 11 до 13,6 г/100 г при относительно низких удельных затратах электроэнергии N_уд (0,16 - 0,2 кВт/кг). Дальнейшее незначительное увеличение содержание белка сопровождается стремительным ростом удельных затрат электроэнергии N_уд на 50%.

Данное поведение процесса можно объяснить тем, что белок, как компонент, чувствительный к теплу и сдвигу, вступает в реакцию с различными составляющими продукта. Влажная температурная обработка и механическое воздействие вызывают структурное разворачивание молекулы белка с разрывами ионных, дисульфидных и водородных связей естественной третичной структуры. Денатурация белка приводит к увеличению количества пептидов и свободных аминокислот, как следствие этого процесса - увеличение содержания белка.

При увеличении частоты вращения шнека f экструдера происходит снижение содержания жира в 2 раза (от 1,8 до 0,84 г/100 г). Данное обстоятельство объясняется тем, что происходит разрыв стенок жировых клеток, вследствие чего повышается энергетическая ценность продукта. Повышается стабильность жиров, благодаря тому, что такие ферменты, как липаза, вызывающие прогоркание масел, разрушаются в процессе экструзии, а лецитин и токоферолы, являющиеся природными стабилизаторами, сохраняют полную активность. Сырьё находится под воздействием максимальных температур до 7-8 сек, а для окисления требуется гораздо более высокая температура и более длительная тепловая обработка.

Полученные экспериментальные данные позволяют рекомендовать рациональный режим частоты вращения шнека эструдера на уровне 300-350 об/мин, в связи с тем, что при большей частоте не наблюдается существенного изменения основных нутриентов и увеличивается удельный расход электроэнергии, который можно объяснить более тесным сближением частиц экструдируемого материала и образованием связей.

Таким образом, проведенные исследования позволяют рекомендовать рациональные режимы экструдирования ячменной крупы, приведенные в таблице.

Таблица. Рациональные режимы экструдирования ячменной крупы

Литература

1. Назарбаев Н.А. Казахстан на пути ускоренного экономического, социального и политического обновления: послание Президента Республики Казахстан Нурсултана Назарбаева народу Казахстана // Казахстанская правда. - 11.04.2012. - № 97(26916).

2. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Республике Казахстан и Перечень перспективных сортов сельскохозяйственных растений, утвержденный приказом Министра сельского хозяйства РК от 30.07.09 г. №434 (с изм. внесенными приказом от 26.04.10 г. №291.

3. Егоров Г.А., Мартыненко Я.Ф., Петренко Г.П. Технология и оборудование мукомольной, крупяной и комбикормовой промышленности. - М.: Изд-во «Комплекс МГАПП», 1996.

4. Егоров Г.А. Управление технологическими свойствами зерна. - М.: Изд-во «Комплекс МГАПП», 2005. - 292 с.

5. Касьянов Г.И., Бурцев А.В., Грицких В.А. Технология производства сухих завтраков: учебное пособие. Сер.: технология пищевых производств. - Ростов н/Д.: Изд. центр «Март», 2002. - 66 с.

Размещено на Allbest.ru