Твердозерность пшеницы как фактор регулирования потребительских свойств макаронных изделий

Размещено на http://www.allbest.ru//

Твердозерность пшеницы как фактор регулирования потребительских свойств макаронных изделий

Медведев П.В., д-р техн. Наук

Улучшение технологий хранения, переработки сырья и производства высококачественных и безопасных продуктов питания - актуальная проблема пищевой промышленности. Один из путей ее решения заключается в совершенствовании систем контроля за качеством промежуточных продуктов и зернопродуктов с целью оперативного вмешательства в технологический процесс. Системы контроля включают использование аппаратных и программных средств, работу оператора.

Применение ручного труда характеризуется высокими погрешностями. Для их снижения предназначены различные аппаратные и программные средства. Некоторые технологические показатели невозможно получить без достаточно сложного измерительного обеспечения (хим. состав, реологические показатели и т.д.). Измерения показателей стекловидности зерна, количества и качества клейковины, качества хлеба и макарон можно производить как ручным способом, так и с использованием измерительной аппаратуры - автоматическом способом [1].

Представляет интерес повышение точности и снижение трудоемкости определения важных показателей качества зерна и зернопродуктов. Поставленной цели помогает добиться исследования взаимосвязей технологических свойств зерна со структурными ее особенностями. Например, различия морфологического, анатомического, микроскопического строения и химического состава зерна пшеницы в зависимости от типа, сорта и условий произрастания, а также от подготовки ее к помолу и режимов измельчения влияют на структуру получаемой муки. Величина клеток и количественное соотношение крахмала и белка, а следовательно и прочностные свойства слоев эндосперма пшеницы, неодинаковы. Наличие белковых прослоек в крахмалистом ядре эндосперма твердой и мягкой пшеницы со стекловидной консистенцией обусловливает большую прочность связей белковой прослойки с крахмалом.

Изучение муки с помощью методов оптического микроскопирования показывает, что она состоит из агломератов - клеток крахмалистого ядра и алейронового слоя эндосперма, свободных гранул крахмала, фрагментов промежуточного белка, семенных плодовых оболочек и зародыша. Размер одиночных клеток варьирует в диапазоне от 50 до 250 мкм, крахмальных гранул - от 0,5 до 55 мкм, фрагментов белка - от 1 до 20 мкм, отрубей - от 40 до 250 мкм [2].

Неоднородность микроскопического строения и химического состава отдельных анатомических частей зерновки обусловливает различия их физико-механических свойств, что необходимо учитывать при подготовке пшеницы к помолу и переработке. Структурно-механические свойства зерна характеризуются прочностью, твердостью и реологическими признаками.

Твердость зерна может быть оценена показателей микротвердости. Диапазон значений твердозерности (в кг/ммІ): низкотвердозерного - менее 10 кг/ммІ, среднетвердозерного - от 10 до 15 кг/ммІ, высокотвердозерного - от 15 до 20 кг/ммІ, сверхвысокотвердозерного - больше 20 кг/ммІ. Микротвердость определялась по способности зерна сопротивляться вдавливанию. Оценка микротвердости проводилась на микротвердомере ПМТ-3, с помощью которого производились измерения следов от вдавливания алмазной квадратной пирамидки с нагрузкой около 2 Н. По размерам отпечатка от вдавливания судят о т.н. числе твердости - отношению нагрузки к площади отпечатка.

Для сравнения степень твердозерности пшеницы также оценивали методом Беркутовой и Швецовой по показателю индекса размера частиц - массе прохода сита №0071 70 % выхода муки (в % к навеске). Диапазон значений составляет - для твердозерных сортов пшеницы от 16 до 34 %, для мягкозерных сортов пшеницы - от 34 до 45 % [3].

Микроскопирование поверхностей среза пшеницы с разной твердозерностью показали различия в структуре зерновки (рисунки 1, 2, 3). Белковая матрица состоит в основном из запасных белков, формирующих клейковину. Получаемые при размоле твердозерного зерна гранулы крахмала удерживают до 5 % прикрепленного белка от их массы. Слой белка на гранулах крахмала из мягкозерной пшеницы значительно тоньше. Под микроскопом видно, что поверхность раздела гранулы крахмала и запасного белка содержит остаток мембраны - амилопласта - прочно связанный с поверхностью раздела белка.

Использование современных информационных технологий также позволяет снизить трудоемкость измерений, разработать методики проведения экспресс-анализов, нивелировать субъективные погрешности оценки показателей качества, автоматизировать процесс определения показателей качества.

В качестве объектов анализа использовали образцы частиц размола зерна. В основе разработанных методов лежит фрактографический анализ (от «фрактал» - дроблёный, сломанный) - методы исследования поверхностей излома после размола. Для графического анализа данных оптической микроскопии - с помощью библиотеки алгоритмов компьютерного зрения OpenCV - разработаны соответствующие программные средства: «Программный комплекс оценки качества продукции зерноперерабатывающей отрасли с использованием результатов зернового анализа» (свидетельство о регистрации ПО № 2016660583), «Программное обеспечение для прогнозирования потребительских свойств макаронных изделий на основе данных гранулометрического анализа» (свидетельство о регистрации ПО № 2016660501). Интерфейс подобной программы представлен на рисунке 4.

Рисунок 1. Поверхность среза высокотвердозерного зерна

(увеличение в 100 000 раз)

Рисунок 2. Поверхность среза среднетвердозерного зерна

(увеличение в 100 000 раз)

Рисунок 3. Поверхность среза низкотвердозерного зерна

(увеличение в 100 000 раз)

Рисунок 4. Интерфейс программы для оптической микроскопии

Разработанные способы позволяют с высокой точностью - с погрешностью не более 5 % в сравнении с определением твердозерности референтным способом по показателю микротвердости на приборе ПМТ-3. Для пищевой промышленности ценно использование твердозерности в качестве критерия качества зерна и производимых из него зернопродуктов - крупы, муки, а также продуктов макаронного и хлебопекарного производства.

Выявлены значимые связи твердозерности и показателей водопоглотительной способности муки, времени образования теста, устойчивости теста (таблица 1).

Амилолитическая активность пшеницы, оцененная по показателю «числу падения», у различных сортов отличается незначительно, тесно сопряжена с показателем водопоглотительной способности и степенью разжижения получаемого при замесе теста.

Изображения, полученные путем оптической микроскопии размола зерна, обработанные алгоритмами компьютерного зрения, также могут быть использованы для оценки макаронных свойств зерна пшеницы. Техническими средствами (USB-микроскоп, библиотека OpenCV) получены статистические характеристики размола зерна - средневзвешенный размер частиц Х и коэффициент неровности частиц К. На основе выбранных характеристик установлены зависимости потребительских качеств макаронных изделий с данными фрактографического анализа зерна при различных типах замеса макаронного теста (таблицы 2, 3).

При замесе макаронного теста предпочтения использования влажностно-температурных режимов замеса формируются на основе рекомендаций, установленных в макаронной промышленности многолетним опытом. Многочисленные экспериментальные данные позволили сформировать алгоритм, по которому может осуществляться выбор типов замеса макаронного теста по влажности и температуре для достижения оптимального качества макаронных изделий (рисунок 5).

мука зерно потребительский

Таблица 1 - Результаты регрессионного анализа зависимости реологических свойств теста от показателя твердозерности Х, кг/ммІ

Результаты фрактографического анализа позволяют уточнить параметры влажностно-температурного режима замеса с целью получения макаронных изделий с лучшими потребительскими качествами.

Таблица 2 - Графики связи потребительских качеств макаронных изделий с данными фрактографического анализа зерна в связи с режимами замеса теста (тип замеса: 1 - твердый, 2 - средний, 3 - мягкий)

Таблица 3 - Графики связи потребительских качеств макаронных изделий с данными фрактографического анализа зерна в связи с режимами замеса теста (тип замеса: 1 - горячий, 2 - теплый, 3 - холодный)

Рисунок 5. Алгоритм выбора типа замеса макаронного теста на основе анализируемых факторов

Список литературы

1. Федотов, В.А. Факторы формирования потребительских свойств зерномучных товаров / В. А. Федотов // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2011. - № 4.

2. Калачев, М.В. Малые предприятия для производства хлебобулочных и макаронных изделий / М. В. Калачев. - М. : ДеЛи принт, 2008. - 288 с.

3. Медведев, П.В. Влияние твердозерности зерна на его макаронные свойства / П. В. Медведев, В. А. Федотов, И. А. Бочкарева // Международный научно-исследовательский журнал. - 2015. - № 11 (42).

Размещено на Allbest.ru