Дослідження кінетики сушіння підготовленого борошна пшеничного

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження кінетики сушіння підготовленого борошна пшеничного

Хомічак Л.М.¹, член-кореспондент НААН, професор, д.т.н, заступник директора з науково-організаційної роботи,

Кузнецова І.В.¹, д.с.-г.н., с.н.с., заст. зав. відділу,

Висоцька С.І.², асп., м.н.с.

Ткаченко С.В.¹, к.т.н., с.н.с.

¹Институт продовольчих ресурсів НААН, м. Київ, Україна

²Національна академія аграрних наук України, м. Київ, Україна

Анотація

Вступ. Переробка зернової сировини із впливом на крохмаль або білки шляхом застосування термічного оброблення створює різноманітність функціональних властивостей продукту і є перспективним в сучасних умовах життєдіяльності людини. Методи та методика досліджень. В дослідженні використовували борошно отримане з пшениці м'якої сорту Асканійська і з борошна пшениці м'якої сортів: Софійка ("sweet wheat"), Білява (soft) і Чорноброва (збагащений мікро- і макроелементами). Термічну модифікацію зразків борошна проводили конвективним способом. Контрольним зразком для визначення якісних показників є отримане в промислових умовах екструдоване борошно пшеничне вироблене ТОВ "АС груп, ЛТД". Результати досліджень. Отримана кінетична залежність показує поступову втрату вологи зразками із різною швидкістю, що відповідно впливає на тривалість сушіння. Вологовміст сушильного агенту найбільше впливає на інтенсивність на початковій стадії постійної швидкості сушіння. За збільшення вологовмісту теплоносія період постійної сушки збільшується і кількість випареної вологи в цей період зростає. Із подальшим вилученням вологи із сировини ступінь впливу цього параметру на інтенсивність знижується. Характер кривих сушіння є однаковим і рекомендованим для отримання модифікованого борошна є тривалість процесу 300 хв або 5 годин. Мікроскопічно було визначено, що зразки сушеного борошна пшеничного мають цілі та частково зруйновані крохмальні гранули і аморфізацію біокомпозитних матеріалів. На основі даних з кінетики сушіння зразків борошна розраховано кінетичні коефіцієнти та значення критично граничного вологовмісту для сушіння борошна пшеничного, яке становить 1,18-1,30 %. Визначено, що за оргонолептичними показниками отримані зразки мають показники властиві сортовим особлдивостям пшениці, з якої було отриимано борошно. За фізико-хімічними показниками зразки борошна модифікованого пшеничного не поступається відомому промисловому зразку екструдованого борошна. Висновки. Використання борошна, отриманого з пшениці із різним співвідношенням амілози й амілопектину, позитивно впливає на технологічний процес та дозволяє розширити асортимент модифікованих крохмалепродуктів, і відповідно, харчових продуктів. Досліджено кінетику конвективного сушіння зразків борошна. Дослідження показали, що отримане фізичномодифіковане борошно із різних сортів пшениці м'якої непоступається за показниками якості екструдованому борошну пшеничному. борошно пшениця сушіння

Ключові слова: пшениця, крохмальні гранули, набухаємість, модифіковане борошно

RESEARCH OF DRYING KINETICS OF PREPARED WHEAT FLOUR

Introduction. Processing of grain raw material with influence on starch or albumens by application of heat treatment creates the variety of functional properties of a product and is perspective in the modern terms vital functions of man. Research methods and methods. The flour obtained from wheat of the Ascanian wheat and from wheat of the soft varieties: Sophia ("sweet wheat"), Blond (soft) and Chornobrova (enriched with micro- and macronutrients) were used in the study. Thermal modification of flour samples was carried out in a convective manner. The control sample for determining the quality indicators is obtained in industrial conditions, extruded wheat flour produced by LLC "AS groups, LTD". Research results. The obtained kinetic dependence shows the gradual loss of moisture standards with different speed which accordingly influences on duration of drying. The moisture content of the drying agent most affects the intensity at the initial stage of the constant drying rate. With an increase in the moisture content of the coolant, the period of constant drying increases and the amount of evaporated moisture increases during this period. With the subsequent removal of moisture from raw materials, the degree of influence of this parameter on the intensity decreases. The nature of the drying curves is the same and the recommended process for obtaining modified flour is the process duration of 300 minutes or 5 hours. It was determined microscopically, that the samples of dried wheat flour have a purpose and are partially destroyed by starch granules and amorphization of biocomposite materials. Based on the data on the kinetics of drying flour samples, the kinetic coefficients and values of the critical moisture content for drying wheat flour were calculated, which is 1.18-1.30 %. It was determined that for the sensorial indicators the obtained samples have indicators characteristic of the varietal characteristics of wheat, from which the flour was taken. In terms of physical and chemical parameters, the modified wheat flour samples are not inferior to the well-known industrial sample of extruded flour. Conclusions. Use of flour, obtained from the wheat with different correlation of amilose and amylopectin, positively influences on a technological process and allows to extend the assortment of modified starch products, and accordingly, food products. Kinetics of the convective drying standards of the flour is investigated. Researches showed that a it is physically modified flour obtained from the different sorts of the soft wheat is not inferior in quality to the extruded wheat flour.

Keywords: wheat, starch granules, swelling, modifiedflour

Вступ

Із впровадженням сучасних технологій вирощування зернових культур та в умовах зміни клімату, все більше постає питання якості отриманого зерна пшениці. Це сприяє розвитку напряму виробництва харчових інгредієнтів, з яких провідну роль займають модифіковані продукти отримані шляхом використання Бюлерової системи екструзії. Новим і маловідомим на ринку крохмалепродуктів є борошно модифіковане, яке отримують із борошна зернових культур. Його застосування сприяє покращенню смакових і структурних властивостей борошняних виробів, подовжує термін їх зберігання.

Відомими в дослідженні технологічних особливостей отримання модифікованих крохмалепродуктів є праці вчених провідних науково-дослідних установ світу: Інституту переробки зерна, Центрального інституту харчування Академії наук Німеччини, НВО з крохмалопродуктів, а також науково-дослідних інститутів Чехії, Швейцарії і Японії. Вивченню процесів модифікації крохмалю та їх застосуванню у виробництві харчових продуктів присвячені праці багатьох вчених: Adzahan N. M. [1], Hung P. V., Maeda T., Morita N. [2, 3], Jeon Y. J., Vasanthan T., Temelli F., Song B. K. [4], Abbas K. A., Sahar K. Khalil, Anis Shobirin Meor Hussin [5], Perry P.A. [6], Ковбаси В.М. [7], Штангеєвої Н.І., Грабовської О.В., Кузнєцової І.В. [8] та інших. Водночас мало присвячено досліджень процесу термічного оброблення крохмалю в сировині, а саме в борошні пшеничному. Переробка зернової сировини із впливом на крохмаль або білки шляхом застосування термічного оброблення створює різноманітність функціональних властивостей продукту і є перспективним в сучасних умовах життєдіяльності людини.

Метою роботи було дослідження кінетики термічного оброблення зразків борошна пшеничного шляхом конвективного сушіння.

Методика досліджень. В дослідженні використовували борошно отримане з пшениці м'якої сорту Асканійська і борошно отримане з пшениці м'якої сортів селекції Селекційно-генетичного інституту - Національного центру насіннєзнавства: Софійка (рис. 1а), Білява (рис. 1б) і Чорноброва (рис. 1в).

а б в

Рис. 1. Зерно пшениці м'якої: а - Софійка, б - Білява і в - Чорноброва

Здійснювали підготовку зразків борошна способом заварювання і сушили на експериментальному стенді конвективної сушарки в Інституті технічної теплофізики НАН України. Визначення критичної вологості, тривалості та коефіцієнта сушіння здійснювали графічно-аналітичним методом, запропонованим А.В. Ликовим.

Дослідження фізико-хімічних показників зразків модифікованого борошна пшеничного здійснювали за допомогою загальноприйнятих стандартизованих методик, а саме вміст: гігроскопічної води - прискоренним методом [9], крохмалю - методом Еверса [10], золи - методом озолення без прискорювача [10], вміст білка - методом К'єндаля [10], вміст жиру - методом відстоювання за допомогою діетилового ефіру [11], вміст клітковини - [9]. Контрольним зразком для визначення показників якості є отримане в промислових умовах екструдоване борошно пшеничне вироблене ТОВ "АС груп, ЛТД" (Київська обл.).

Результати досліджень. Підготовлені зразки борошна способом заварювання сушили в конвективній сушарці. Кінетика конвективного сушіння підготовлених зразків борошна пшеничного із різною структурою крохмальних гранул представлено на рис. 2.

Рис. 2. Кінетика сушіння підготовлених зразків борошна

Отримана кінетична залежність показує поступову втрату вологи зразками із різною швидкістю, що відповідно впливає на тривалість сушіння. Вологовміст сушильного агенту найбільше впливає на інтенсивність на початковій стадії постійної швидкості сушіння. За збільшення вологовмісту теплоносія період постійної сушки збільшується і кількість випареної вологи в цей період зростає. Із подальшим вилученням вологи із сировини ступінь впливу цього параметру на інтенсивність знижується. З рис. 1 видно, що сушіння відбувається у три етапи (табл. 1).

Таблиця 1 Етапи конвективного сушіння зразків борошна

І етап починається для кожного зразка є різним і відносно тривалим та характеризує період прогрівання сировини з вилученням основної маси вільної вологи. Швидкість сушіння зростає і досягає максимально можливого значення. ІІ період є коротким періодом і наближається до максимального значення швидкості сушіння, що характеризує швидкість зовнішньої дифузії. В цей же період зростає швидкість руху внутрішньої вологи до поверхні часток борошна. Граничний перехід з ІІ до ІІІ періоду (точка від якої знижується швидкість сушіння) характеризує внутрішню дифузію вологи та рівномірність процесу. Завершення ІІІ періоду сушіння характеризується видаленням частини вологи з капілярів часток борошна. Внутріклітинна волога приходить в рух і в цей час стінки клітин мають високу проникність для вологи або водяного пару. Тобто в цей період можливий процес адсорбції певної кількості вологи з перенасиченого повітря поверхнею часток борошна [12]. За експериментальними даними отримано поліномінальні рівняння, що описують процес сушіння (табл. 2).

Таблиця 2

Поліномінальні рівняння кінетики сушіння підготовленого борошна пшеничного

Всі зразки мають наближене значення коефіцієнта апроксимації, що свідчить про однаковий зв'язок між тривалістю вилучення вологи із рослинної сировини та її вмістом. Характер кривих сушіння є однаковим і рекомендованим для отримання модифікованого борошна є тривалість процесу 300 хв або 5 годин. Мікроскопічно було визначено, що зразки сушеного борошна пшеничного мають цілі та частково зруйновані крохмальні гранули і аморфізацію біокомпозитних матеріалів. Результати досліджень з визначення критичної вологості, тривалості та коефіцієнта сушіння (рис. 3) подано як графічну залежність:

Lg(W-Wr)= f(i).

Рис. 3. Логарифмічна залежність кінетики сушіння БМП

За графічною залежністю визначили кінетичний коефіцієнт ln(a), коефіцієнт а як тангенс кута нахилу прямої до абсциси [13] та розрахували критичний граничний вологовміст (С, %). Таким чином, кінетичні коефіцієнти та критичний вологовміст сушіння крохмальної суспензії мають значення, які представлені в таблиці 3.

Таблиця 3

Кінематичні коефіцієнти сушіння та критичний граничний вологовміст борошна модифікованого пшеничного

Після обрахунку визначено, що критично граничним вологовмістом для сушіння борошна пшенияного є 1,18-1,30 %, після чого починається процес згорання рослинної тканини. На рис. 4 представлено отримані зразки борошна пшеничного після конвективного сушіння. Відмінними за кольором були зразки із зміненою структурою крохмале-білкової матриці і борошна, отриманого з пшениці типу ''Ваксі".

Рис. 4. Зрази борошна пшеничного після конвективного сушіння, отриманих з сортів пшениці м'якої: а - Асканійське, б - Софійка, в - Білява, г - Чорноброва

Органолептичні показники отриманих зразків борошна модифікованого пшеничного (БМП) представлено в таблиці 4.

Таблиця 4

Органолептичні показники БМП

Такі зразки мали вищий показник ступеня набухання (13,6-15,8 см ³/г), що свідчить про перспективність застосування такого борошна в рецептурі борошняних виробів кондитерського напряму.

Частково визначення фізико-хімічних показників якості отриманих зразків борошна модифікованого нами вивчалась раніше [14], проте більш повний аналіз представлено в таблиці 5.

Таблиця 5 Фізико-хімічні показники якості зразків борошна пшеничного

Відмінним сортом є Білява вітчизняної селекції кондитерського напряму (soft). Вміст крохмалю на 4-10% вищий, ніж у пшениці сортів Софійка і Чорноброва. Вищий вміст крохмалю й в борошна модифікованого отриманого з цього сорту на 4-9 %. Невисокий вміст крохмалю (52,4%) борошна модифікованого з сорту пшениці м'якої Чорноброва в поєднанні з високим умістом антиоксидантів, вітамінів та мінералів у зерні сприяє застосуванню такого фізично модифікованого борошна у виробництві низькокалорийних борошняних виробів підвищеної біологічної цінності.

За фізичної модифікації найменше знижується показник крохмалю в борошні з пшениці сорту Чорноброва (на 3,61 %) і найбільше з сорту Білява (на 4,5 %). Наближеними є значення золи в зразках борошна до і після термооброблення. Водночас більший вміст золи мають зразки борошна отриманого із сортів пшениці Асканійське та Чорноброва. Незначно змінюються значення показників вмісту білка, жиру та клітковини, що пояснюється частковим розкладанням за термічного оброблення зразків борошна.

Висновки

Використання борошна, отриманого з пшениці із різним співвідношенням амілози й амілопектину, позитивно впливає на технологічний процес та дозволяє розширити асортимент модифікованих крохмалепродуктів, і відповідно, харчових продуктів. Досліджено кінетику конвективного сушіння зразків борошна та визначено, що для отримання борошна модифікованого необхідно здійснювати конвективне сушіння підготовлених зразків за конвективним принципом за двох стадійного температурного режиму - за темпаратури 110-120 °С впродовж 30-45 хв та за температури до 60-65 °С до отримання продукту - борошно модифіковане із вмістом сухих речовин 6-10 %. Визначено кінетичні коефіцієнти процесу сушіння та граничний вологовміст продукту, що для зразків БМП становить 1,18-1,30 %. За показниками якості, отримані зразки БМП не поступаються екструдованому.

Бібліографія