Введение к работе
Актуальность темы. Твердая пшеница, Tritikum durum - является наилучшим видом сырья для получения высококачественных макаронных изделий. Макаронные изделия являются социально значимым продуктом питания для большинства населения страны. Среди многообразия продуктов питания макаронные изделия занимают исключительно важное место, доля которых постоянно возрастает в рационе питания населения нашей страны. Это положение обусловлено высокими потребительскими свойствами макаронных изделий и минимальными затратами времени на их приготовление. За последние 10 лет производство макаронных изделий в России увеличилось почти на 50%. По данным Росстата, в 2010 году на предприятиях выработано около 1 млн. т макаронных изделий. Такая же тенденция сохраняется и в настоящее время. Однако увеличение производства макаронных изделий происходит за счет увеличения использования хлебопекарной муки из мягких сортов пшеницы.
Причина такой тенденции объясняется значительным уменьшением посевных площадей под твердую пшеницу II типа и снижением ее качества. Только за период с 1992 по 2010 года производство зерна уменьшилось в 2,5 раза. Это связано, в первую очередь, с ухудшением культуры земледелия. Кроме того, одной из основных причин снижения качества твердой пшеницы II типа является наличие примесей трудноотделимых зерен мягкой белозерной пшеницы III типа и зерен с «черным зародышем», которые понижают технологический потенциал зерна. Характерной особенностью этого заболевания является темно-коричневая окраска оболочек, вызванная поражением зерновок грибами гельминтоспориум (Helminthosporium) и альтернария (Alternaria). Наличие в партии зерна твердой пшеницы зерен с черным зародышем» существенно ухудшает качество муки для макаронных изделий и выработанных из них макарон.
Все эти негативные последствия стали причиной того, что основная масса производимого зерна твердой пшеницы относится к 3, 4 и 5 классам, а зерно 1 и 2 классов практически отсутствует. Зерно 4 класса обладает пониженным технологическим потенциалом и обеспечивает меньший выход муки и более низкое качество макаронных изделий в сравнении с зерном 3, 2 и 1-го классов.
Таким образом, задача обеспечения высококачественной макаронной крупкой заключается не только в росте производства объемов, но и в повышении качества зерна твердой пшеницы.
Получение высококачественных макаронных изделий возможно только из муки для макаронных изделий, выработанной из зерна твердой пшеницы, что является чрезвычайно актуальным в связи с вступлением РФ во Всемирную Торговую Организацию и обеспечения конкурентоспособности макаронных изделий отечественного производства.
Вопросам технологии переработки твердой пшеницы при производстве макаронных изделий посвящены работы: Айзиковича Л.Е., Ауэрмана Л.Я., Беркутовой Н.С., Братухина А.М., Бурова Л.А., Дулаева В.Г., Егорова Г.А., Казакова Е.Д., Казенновой Н.К., Козьминой Н.П., Кретовича В.Л., Куприца Я.Н., Максимчука Б.М., Мамбиша И.Е., Медведева Г.М., Мерко И.Т., Талалаева А.С., Трисвятского Л.А., Швецовой И.А., Шнейдер Т.И., Dexter J.E., Matsuo R.R., Doust M.A., Raciti C.N., Lombardo G.M., Clark F.R., Marchilo B.A., Schlichting L.M. и другие.
Следует отметить, что большинство исследований было посвящено проблемам собственно производства макаронных изделий, а вопросам переработки твердой
пшеницы и, прежде всего, извлечению трудноотделимых примесей, уделялось недостаточное внимание.
Цель и задачи исследований. Рациональное использование зерна твердой пшеницы II типа, характеризуемое уровнем, как выхода, так и качества макаронной муки, может быть обеспечено за счет совершенствования технологии подготовки зерна к помолу. Достигнуть этого можно, в первую очередь, обеспечив высококачественную очистку зерна перед помолом.
Поэтому, целью настоящего исследования являлась разработка технологических решений извлечения трудноотделимых примесей из твердой пшеницы II типа при подготовке к макаронному помолу, таких как зерна с «черным зародышем» и мягкая белозерная пшеница III типа.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
исследовать возможность извлечения трудноотделимых примесей из зерна твердой пшеницы II типа с применением вибропневматического оборудования;
исследовать эффективность процесса шелушения при подготовке твердой пшеницы II типа, содержащей зерна с «черным зародышем»;
изучить структурно-механические свойства зерна твердой пшеницы II типа и мягкой белозерной пшеницы III типа и выявить их влияния на процесс крупообразования;
выявить влияние содержания белозерной пшеницы III типа на выход и качество муки для макаронных изделий из зерна твердой пшеницы II типа различных классов и разработать рекомендации по допустимому их содержанию при переработке;
выявить возможность выделения мягкой белозерной пшеницы III типа из твердой пшеницы II типа на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1;
разработать методику, рекомендации и инструкцию по рациональному использованию и промышленной переработке партий зерна твердой пшеницы II типа, содержащей белозерную пшеницу и зерна с «черным зародышем».
Научная новизна.
Установлено, что зерно твердой пшеницы существенно отличается от мягкой пшеницы характером развития деформации и образованием внутренних разрушений при измельчении в вальцовом станке, что объясняет различия их в способности крупообразования. При этом на процесс крупообразования при измельчении влияет также и класс твердой пшеницы.
Вибропневматический метод сепарирования неэффективен для разделения твердой и мягкой белозерной пшеницы и малоэффективен для извлечения зерен с «черным зародышем».
Установлено, что абразивное шелушение зерна твердой пшеницы зерен с удалением не менее 5% оболочек позволяет удалить «черный зародыш». При этом снижается прочность зерновки, что способствует увеличению выхода макаронной крупки и улучшению ее качества.
Показана возможность и эффективность применения метода фотоэлектронного сепарирования зерна твердой и мягкой белозерной пшеницы для их разделения.
Практическая значимость.
На основании проведенных исследований, предложена модель технологической схемы и параметры переработки зерна твердой пшеницы, позволяющая в лабораторных условиях воспроизвести реальный технологический процесс мукомольного завода в полном объеме.
Установлены режимы шелушения твердой пшеницы с «черным зародышем» при использовании абразивного шелушителя.
Разработаны технологическая схема подготовки зерна твердой пшеницы к помолу с использованием фотоэлектронного сепаратора и абразивного шелушителя.
Разработана методика, рекомендации и инструкция комплексной оценки потенциальных мукомольных и макаронных свойств твердой пшеницы по рациональному использованию и промышленной переработке товарных партий зерна твердой пшеницы.
Внесены предложения в ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия» в части уточнения содержания примеси мягкой белозерной пшеницы III типа в зерне твердой пшеницы II типа.
На основе разработанной технологической схемы создана и построена на производственном объединении «Завод Пензтекстильмаш» мельница для переработки твердой пшеницы II типа в муку для макаронных изделий производительностью 1000 кг/ч с базисными выходами: макаронная крупка – не менее 50%, мука второго сорта – не менее 20%.
Положения, выносимые на защиту.
Результат исследования фракционирования зерна твердой пшеницы II типа на вибропневматических машинах.
Модель процесса размола зерна твердой пшеницы II типа на лабораторных установках и мельницах малой производительности.
Результат исследования влияния белозерной пшеницы III типа и зерен с «черным зародышем» на выход и качество муки для макаронных изделий.
Гипотеза о связи крупообразующей способности с характером развития деформаций при разрушении зерна в вальцовом станке.
Результат исследования влияния белозерной пшеницы III типа в твердой пшенице II типа на потребительские свойства макаронных изделий.
Результат исследования извлечения белозерной пшеницы III типа из твердой пшеницы II типа на фотоэлектронном сепараторе Ф 20.1.
Технология подготовки к помолу зерна твердой пшеницы II типа, содержащей мягкую белозерную пшеницу III типа и зерна с «черным зародышем».
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на V Юбилейной школе-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации» по направлению «Теория и практика создания функциональных продуктов питания с учетом требования нутрициологии и диетологии» (МГУПП, г. Москва, 2007г.); « Разработка технологии муки из твердой пшеницы для производства функциональных продуктов». Принципы пищевой комбинаторики – основа моделирования поликомпонентных пищевых продуктов (Углич, ГНУ ВНИИМС Россельхозакадемии. 2010 г.).
По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных литературных источников и приложений. Диссертационный материал изложен на 143 страницах основного текста, включает 56 рисунков и 51 таблицу. Список литературы состоит из 167 источников российских и зарубежных авторов и 6 приложений.
