Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы 10
1.1 Анализ современного состояния применения семян арахиса и продуктов их переработки в пищевой промышленности 10
1.2 Аналитический обзор способов и аппаратуры для термообработки сельскохозяйственного сырья 27
2 Объекты и методы исследований 36
2.1 Объекты исследований 36
2.2 Методы исследований 36
2.2.1 Методы исследования химического состава, качественных показателей семян арахиса и белковой арахисовой массы 36
2.2.2 Методы исследования основных показателей качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции хлебопекарного производства. 44
2.3 Структурная схема исследований 46
3 Экспериментальная часть 49
3.1 Исследование основных характеристик семян новых сортов арахиса, районированных в Краснодарском крае 49
3.2 Исследование закономерности процесса ИК-термообработки семян арахиса и совершенствование стендовой установки с ИК-энергоподводом 55
3.2.1 Исследование закономерности процесса ИК-термообработки семян арахиса 55
3.2.2 Усовершенствование стендовой ИК-установки 56
3.2.3 Разработка методики проведения эксперимента на усовершенствованной стендовой ИК-установке 58
3.2.4 Экспериментальные исследования процесса ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению 58
3.2.5 Оптимизация параметров процесса ИК-термообработки семян арахиса 72
3.2.6 Развитие методики инженерного расчета установки для ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению 73
3.2.7 Разработка ИК-установки для термообработки семян арахиса 75
3.3 Экспериментальное обоснование применения термомодифицированной белковой арахисовой массы в качестве добавки при создании хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности 77
3.3.1 Влияние'температурных режимов при ИК-обработке на функциональные свойства белков арахиса 77
3.3.2 Исследование химического состава и качественных показателей полученной белковой арахисовой массы 81
3.3.3 Исследование влияния белковой арахисовой массы на хлебопекарные свойства пшеничной муки 85
3.3.4 Исследование влияния белковой арахисовой массы на структурно-механические и реологические свойства пшеничного теста . 91
3.3.5 Влияние белковой арахисовой массы на качество готового хлеба и обоснование ее оптимальной дозировки 93
3.3.6 Влияние способа приготовления теста и способа внесения белковой арахисовой массы на качество готовых хлебобулочных изделий 98
3.3.7 Влияние термомодифицированной белковой арахисовой массы на сроки сохранения свежести хлеба 102
3.4 Разработка рецептур и технологических режимов производства хлебобулочных изделий, обогащенных белковой арахисовой массой, оценка их пищевой и биологической ценности 105
3.4.1 Разработка рецептур и технологических режимов производства хлебобулочных изделий, обогащенных белковой арахисовой массой . 105
3.4.2 Оценка пищевой и биологической ценности хлеба, обогащенного белковой арахисовой массой 111
3.5 Оценка экономической эффективности разработанных новых тех нологических решений 114
Выводы 117
Список литературы 120
Приложение 131
- Анализ современного состояния применения семян арахиса и продуктов их переработки в пищевой промышленности
- Аналитический обзор способов и аппаратуры для термообработки сельскохозяйственного сырья
- Методы исследования химического состава, качественных показателей семян арахиса и белковой арахисовой массы
- Исследование закономерности процесса ИК-термообработки семян арахиса и совершенствование стендовой установки с ИК-энергоподводом
Введение к работе
Проблема повышения пищевой и биологической ценности продуктов питания, в том числе хлебобулочных изделий, показывает целесообразность улучшения их химического состава, устранения дефицита отдельных компонентов, обогащения полноценными белками, витаминами, минеральными веществами и пищевыми волокнами. Эффективным путём решения данной проблемы является использование в качестве добавок высокобелковых продуктов растительного происхождения, в частности, продуктов переработки семян арахиса.
Арахис - одна из основных белково-масличных культур, имеет хорошую урожайность и устойчивость к сельскохозяйственным заболеваниям. Семена арахиса содержат около 50% жирного масла и более 35% полноценного белка с высоким содержанием основных незаменимых аминокислот, витаминов, минеральных веществ и пищевых волокон.
Как известно, традиционный способ термического воздействия на семена арахиса продолжителен, что приводит к гидролизу, содержащегося в них жира, частичному разрушению некоторых аминокислот, а также потере растворимости белка, а, следовательно, и снижению его питательной ценности и функциональных свойств. Кроме этого, семена арахиса покрыты тонкой семенной плёнкой (кожицей), в которой находятся вещества, придающие получаемым продуктам тёмный цвет и горький привкус.
Решение этих проблем возможно путём применения новой технологии переработки семян арахиса с использованием предварительной ИК-термообработки.
При ИК-термообработке благодаря кратковременности, высокой скорости нагрева поверхности семянки и малому градиенту температур происходит подсушивание и разрушение семенной плёнки семянки арахиса, что приводит к её эффективному, практически полному отделению. При этом происходит частичная денатурация белков, инактивация антипитательных
5 веществ семянки арахиса, за счёт чего повышается их водопоглотительная способность, пищевая и биологическая ценность.
В связи с этим, открываются новые возможности использования высо-коочищенных семян арахиса, подвергнутых ИК-обработке, при производстве хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности.
Поэтому научные исследования по совершенствованию технологии и процесса производства хлебобулочных изделий, обогащенных продуктами переработки семян арахиса и процесса их термообработки ИК-облучением, позволяющими получить новые сорта качественных хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности, являются актуальными.
Целью данной работы явилось совершенствование технологии и процесса производства хлебобулочных изделий, обогащенных продуктами переработки семян арахиса.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
провести систематизацию и анализ отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы по теме исследования;
исследовать основные характеристики семян новых сортов арахиса, районированных в Краснодарском крае, и обосновать возможность их использования в качестве сырья для получения белково-липидной добавки при производстве хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности;
исследовать закономерности процесса ИК термообработки семян арахиса при подготовке их к шелушению и дальнейшей переработке;
разработать статистические модели процесса ИК термоподготовки семян арахиса к шелушению, определить оптимальные конструктивно-технологические параметры и усовершенствовать стендовую установку с ИК-энергоподводом;
- исследовать влияние температурных режимов ИК-обработки на
функциональные свойства белков семян арахиса;
- разработать ИК-установку для термической обработки семян арахиса;
- определить температурные режимы ИК-обработки семян арахиса,
обеспечивающие получение белковой арахисовой массы (БАМ) с необходи
мыми для технологии хлебопечения функциональными свойствами;
разработать технологию получения БАМ;
исследовать химический состав и качественные показатели БАМ;
исследовать влияние БАМ на хлебопекарные свойства пшеничной муки, структурно-механические, реологические свойства теста и качество готовых хлебобулочных изделий;
исследовать процесс тестоприготовления с использованием термомо-дифицированной белковой арахисовой массы;
разработать технологии и рецептуры приготовления хлебобулочных изделий, обогащенных БАМ;
оценить пищевую и биологическую ценность хлебобулочных изделий, обогащенных БАМ;
провести опытно-промышленную апробацию новых технологий получения хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности;
провести дегустационную оценку новых сортов хлебобулочных изделий;
разработать и утвердить комплекты технической документации на БАМ и новые сорта хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности;
оценить экономическую эффективность разработанных технологических решений.
Научная новизна работы заключается в следующем. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и высокая эффективность применения белковой арахисовой массы, получаемой из семян арахиса, подвергнутых ИК-обработке, в качестве добавки при создании новых
7 сортов хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности.
Усовершенствована стендовая установка с ИК-энергоподводом.
Исследованы закономерности процесса ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению.
Разработаны статистические модели процесса ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению, которые использованы для определения оптимальной термообработки и конструктивно-технологических параметров установки с ИК-энергоподводом.
Разработана и запатентована ИК-установка для термообработки семян арахиса.
Установлено, что ИК-обработка семян арахиса позволяет повысить питательные и функциональные свойства белков арахиса, определяющие целесообразность их дальнейшего технологического использования в хлебопечении.
Экспериментально установлены температурные режимы ИК-обработки семян арахиса, влияющие на характер изменений химического состава БАМ; произведена оценка БАМ как биологически ценного сырья.
Разработана технология получения БАМ из семян арахиса.
Исследован процесс тестоприготовления с использованием термомо-дифицированной белковой арахисовой массы.
Доказано, что применение БАМ, полученной из семян арахиса, подвергнутых ИК-термообработке, оказывает дифференцированное влияние на хлебопекарные свойства пшеничной муки, структурно-механические, реологические свойства теста и качество готовых хлебобулочных изделий.
Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены рекомендуемая дозировка БАМ и способы приготовления теста с ее внесением.
Новизна разработанных технологических решений подтверждена двумя патентами РФ: на изобретение №2287279 от 20,11.2006 г. «Способ приго-
8 товления хлебобулочного изделия» и на полезную модель №72385 от 20.04.2008 г. «ИК-установка для термообработки семян».
Практическая значимость работы. Усовершенствована технология получения хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности на основе использования БАМ. Результаты проведённых исследований апробированы и внедрены в условиях промышленного производства ОАО «Лабинский хлебозавод» Краснодарского края. Разработан комплект технической документации на БАМ, включающий технические условия, технологический регламент и технологическую инструкцию.
На основе проведённых исследований разработан и запатентован спо
соб приготовления новых хлебобулочных изделий с использованием белко
в—вой арахисовой массы. ;" _— /-"4, -
Разработаны и утверждены четыре комплекта технической документации для промышленного производства обогащенных БАМ хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности: хлеб «Лабинский», удостоенный бронзовой медали и диплома 111-й степени на 7-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (г. Москва, 2005 г.), а также золотой медали и диплома на Российско-американской выставке (г. Вашингтон, 2008 г.), хлеб «Михайловский», рожки обсыпные «Лабинские» и булочку сдобную «Арахисовая» (приложение 13, 14 и 15).
На защиту выносятся следующие положения:
результаты теоретического и экспериментального обоснования возможности использования семян новых сортов арахиса, районированных в Краснодарском крае, в качестве сырья для получения белково-липидной добавки при производстве хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности;
выявленные закономерности процесса ИК термообработки семян арахиса при подготовке их к шелушению и дальнейшей переработке;
разработанные статистические модели процесса ИК термоподготовки семян арахиса к шелушению, установленные оптимальные конструктивно-технологические параметры и усовершенствованная стендовая установка с ИК-энергоподводом;
установленные температурные режимы ИК-обработки семян арахиса, обеспечивающие получение белковой арахисовой массы с необходимыми для технологии хлебопечения функциональными свойствами;
установленное влияние температурных режимов ИК-обработки на функциональные свойства белков семян арахиса;
разработанную ИК-установку для термообработки семян арахиса;
разработанную технологию получения БАМ;
результаты исследований химического состава и качественных пока-зателей полученной БАМ; -^ <
установленное влияние БАМ на хлебопекарные свойства пшеничной муки, структурно-механические, реологические свойства теста и качество готовых хлебобулочных изделий;
результаты исследований процесса тестоприготовления с использованием термомодифицированной белковой арахисовой массы;
разработанные рецептуры и технологии приготовления хлебобулочных изделий, обогащенных БАМ;
результаты оценки пищевой и биологической ценности хлеба, обогащенного БАМ;
результаты опытно-промышленной апробации новых технологий получения хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности;
разработанные комплекты технической документации на БАМ и на новые сорта хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности;
- результаты оценки экономической эффективности разработанных
технологических решений.
Анализ современного состояния применения семян арахиса и продуктов их переработки в пищевой промышленности
Арахис — однолетнее невысокое травянистое растение семейства бобовых, влаголюбивая и теплолюбивая культура. Имеет кустовые и стелющиеся формы. Растение это резко отличается от других видов семейства бобовых (сои, фасоли или гороха) устройством цветка и особенностью образования плода. Биологической особенностью культурного арахиса, или земляного ореха, является то, что после опыления его завязь разрастается и превращается в плодоносный побег - гинофор, который сначала растет вверх, а затем меняет направление к почве. Достигнув ее и углубившись до влажного слоя, гинофор формирует плод, который развивается в почве [51].
Плоды арахиса - бобы различной формы и величины. Плодовая оболочка боба желтовато-коричневая, рыхлая, ломкая, с внутренней стороны гладкая, с наружной — сетчатая. В бобе содержится семян 1-5, чаще 2-3. Содержание плодовой оболочки 21-25%. Семена арахиса удлиненной или несколько округлой формы, иногда цилиндрические, покрытые тонкой семенной оболочкой, желтоватой или ярко-красной. Содержание семенной оболочки составляет 3-4% массы семян [110].
Культура арахиса известна с давних времен. Он происходит из Южной Америки и возделывается во всех странах тропического и субтропического климата. На территории нашей страны арахис появился в 1792 г. В настоящее время его возделывают в Краснодарском крае, где впервые посевы арахиса появились в 1894 г [51]. Мировое производство арахиса постоянно растет, увеличиваются посевные площади, совершенствуются технологии возделывания, обеспечивающие прирост урожайности. Арахисом ежегодно засевают около 20-25 млн. гектаров земли, с которых собирают около 25-30 млн. тонн арахиса (при урожайности от 7 до 30 центнеров с гектара). Около 65% всего объема производства приходится на страны Азии (Индия, Китай, Индонезия, Вьетнам), 25% - на африканские (Нигерия, Судан, Сенегал), 6% - на страны Северной и Центральной Америки и 4% - Южной Америки (Аргентина и Бразилия). Ведущими экспортерами арахиса являются Аргентина, Индия, Китай и США [13,П].
Из семян арахиса получают пищевое масло для салатов и пальмитин для производства маргарина. Семя (ядро) арахиса добавляют в кондитерские изделия, из него получают арахисовое «молоко» и «сливочное масло». Значительную часть семян арахиса используют непосредственно в пищу. Оболочку бобов и семян используют на корм скоту и в химической промышленности. Шроты применяют в производстве пищевых концентратов и белков [13,11,19].
В арахисовых шротах, особенно хранившихся при неблагоприятных условиях, возможно наличие токсичных продуктов жизнедеятельности микрофлоры - афлатоксинов, поэтому иногда необходимо проводить детоксика-цию белковых продуктов. Для этого используют физические (экстракция афлатоксинов смесью полярных растворителей типа метанол : вода : хлороформ), химические (окисление хлором, фосфорной кислотой, NaOH, Н2О2 и др.) и микробиологические методы. К сожалению эти методы не нашли пока промышленного применения.
По влажности (%) бобов арахиса различают: сухие (до 8 включительно), средней сухости (от 8 до 11 включительно), влажные (от 11 до 13 включительно) и сырые (свыше 13). По засоренности бобы арахиса могут быть чистые (содержание сорной пррімеси до 1,0; масличной до 2 %), средней чистоты (содержание сорной примеси до 1,0 до 3,0 и масличной до 2,0 до 6 %) и сорные (содержание сорной примеси свыше 3,0 % и масличной свыше б %)
В промышленном производстве культивируются четыре основных сорта арахиса: Спэниш, Раннер, Вирджиния и Валенсия. Они могут называться по-другому в различных странах - производителях арахиса [11].
Спэниш - имеет некрупные ядра, покрытые розово-коричневой оболочкой, используется в основном для приготовления арахиса в сахаре, соленых орешков и арахисовой пасты (масла). В ядрах этого сорта содержится наибольший процент жира, по сравнению с другими сортами. Сорт «Спэниш» имеет множество производных сортов в разных странах: в Южной Африке - «Натал» и «Селли», в Китае - «Гуан Донг», в Парагвае — «Парагвай кенел», в Аргентине - «Лайтскин» и «Манфреди», в Индии — «Ява».
Ядра Вирджинии имеют наибольший размер и используются в основном целиком. Этот сорт очень широко распространен по всему миру, в Египте его называют «Египтиан Гиаит», в Китае - «Ладж Сайз». Раннер - это гибрид Спэниша и Вирджинии, ядра его больше чем ядра Спэниша и более продолговатые. Арахис этого сорта широко используют для приготовления арахисового масла (пасты). В Индии производные этого сорта называются «Бомбей болд», в Китае - «Хсю-джи», в Судане «Ашфорд».
Спэниш, Раннер и Вирджиния имеют светлую оболочку. В отличие от них сорт Валенсия имеет ярко-красную оболочку, за что его называют еще «Редскин». Этот сорт широко распространен в Аргентине, Бразилии, Мексике и Китае.
Сортам Вирджиния и Спэниш требуется около 150 дней для полного созревания, благодаря достаточно короткому периоду роста и созревания эти сорта хорошо приживаются в областях, подверженных заморозкам. Раннеру же требуется около 200 дней для полного созревания, в связи с чем, Раннер культивируется в областях неподверженных заморозкам. Четыре основных сорта арахиса подразделяются также на несколько типов в зависимости от калибра ядер (количество ядер на 1 унцию, 28,3 г). Так Спэниш и Валенсия имеют максимальный калибр 50/60 ядер на унцию, Раннер — 38/42, Вирджиния 21/25 ядер на унцию [13].
В семенах арахиса обнаружены многие витамины и биологически активные вещества. Среди них (мг/кг): биотин - 0,34 - 1,10; холин - 1650-1740; фолиевая кислота- 88-200; пантотеновая кислота —25-35.
Аналитический обзор способов и аппаратуры для термообработки сельскохозяйственного сырья
Для обеспечения качества пищевой продукции, усваиваемости, повышения пищевой ценности применяют различные способы термоподготовки сырья и полуфабрикатов: термическую обработку, пропаривание, экструзию, инфракрасное излучение и СВЧ нагрев.
Широкое применение ИК-обработки в перерабатывающей промышленности, обусловлено возможностью проникновения электромагнитных волн в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука, семена и т.д. на глубину до 7 мм [27, 28, 45, 55, 80]. Величина проникновения излучения зависит от терморадиационных свойств материала и частотной характеристики ИК-ламп [57, 63]. Специфическое воздействие ИК-излучения на пищевые продукты и зерновое сырье связано с интенсификацией процессов биохимических превращений вследствие резонансного воздействия поглощаемой энергии на связи атомов в молекулах, частоты колебаний которых совпадают или кратны частоте потока ИК-излучения. Как известно, электромагнитная волна определенного частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (крахмал, белок, липиды) [67, 74, 62].
Таким образом, одним из перспективных и рентабельных методов термообработки сельскохозяйственного сырья и пищевых материалов является ИК - обработка, позволяющая значительно интенсифицировать процессы сушки, инактивировать антипитательные вещества и т.п. ИК-обработка способствует повышению качественных показателей продуктов, позволяет получить нетрадиционные продукты питания, стойкие к развитию микрофлоры. Поэтому у таких продуктов значительно вырастают сроки хранения. Кроме этого термообработка продуктов инфракрасным излучением позволяет сохранить содержание витаминов и других биологически активных веществ в сухом продукте на уровне 80-90% от исходного сырья. Применение продуктов, высушенных на инфракрасных сушильных установках, в молочной, кондитерской, хлебопекарной промышленности дает возможность расширить ассортимент пищевой продукции со специфическими вкусовыми свойствами. Инфракрасная обработка дает продукты, не содержащие консервантов и других посторонних веществ, эти продукты не подвергаются воздействию вредных электромагнитных полей и излучений. Само инфракрасное излучение, применяемое в сушильном оборудовании безвредно для окружающей среды и человека [27, 28, 45].
При ИК-обработке происходят глубокие и необратимые изменения структуры и свойств зерновых и бобовых. В результате микроструктура эндосперма претерпевает глубокие изменения, происходит частичная или пол 29 ная денатурация белков, практически без потери ими растворимости, клей-стеризация и декстринизация крахмала. Происходит гидролиз клетчатки, ге-мицеллюлозы, пектиновых веществ, пентозанов (слизей) и других углеводов, из которых образованы стенки клеток и межклеточные перегородки, и ослабления в связи с этим прочности межклеточных перегородок. Позитивной стороной является применение ИК-облучения с целью подготовки зернового сырья к дальнейшей эффективной переработке [92, 94, 49]. Обработанное сырье имеет высокие органолептические показатели, пористую структуру. Прочность снижается в 4-6 раз, происходит практически полная его стерилизация. Удельные энергозатраты при обработке составляют 120-170 кВт/т [22]. Под действием ИК-нагрева продукт приобретает приятный вкус и запах, содержание протеина в сухом веществе и аминокислотный состав не изменяются. Остается постоянным и содержание витаминов, а содержание водорастворимых углеводов по сравнению с необработанным зерном увеличивается на 22 - 43%. Образование декстрина придает сладковатый вкус и приятный запах. Питательные вещества (белки, углеводы) зерна в процессе микрониза-ции подвергаются практически таким же структурным изменениям, как и при гидротермической и баротермической обработках. При микронизировании зерна происходит расщепление крахмала до Сахаров, на 3-5% увеличивается количество щелочерастворимых белков, что способствует их лучшей перевариваемое и усвоению. После термообработки полностью пропадают про-теолитические бактерии, плесневые грибы, значительно снижается зараженность амбарными вредителями. Дезинсекция зараженного зерна дает положительный результат при использовании некондиционного зерна. Гибель вредителей происходит за счет их перегрева, вследствие того, что лучи поглощаются ими в большей степени, чем зерном [38, 40, 92].
ИК-обработка дает возможность целенаправленно изменять биохимические, физико-технологические и органолептические свойства продукта. При изменении таких параметров обработки как исходная влажность материала, продолжительность облучения, конечной температуры обрабатывавмого сырья, плотности потока облучения можно прогнозировать количество декстринов и степень клейстеризации крахмала, проводить мягкий гидролиз белков практически без потери их растворимости, с минимальными потерями сохранить витаминный комплекс зерна, инактивировать ферментную систему (соя), улучшить микробиологические показатели и увеличить сорбцион-ные свойства и набухаемость зерна, а также значительно снизить его прочность. При ИК-обработке влажных продуктов практически полностью можно использовать подведенную энергию облучения. Молекулы воды поглощают инфракрасные лучи, что является отличительной особенностью от всех других видов сушки. Поэтому достигается высокое КПД сушильного оборудования с ИК-энергоподводом. При таком подводе теплоты нет необходимости значительно повышать конечную температуру обрабатываемого продукта, что позволяет вести процесс при температуре 40-60С [15, 23, 24].
Особенности конструктивного оформления оборудования с ИК-энергоподводом обусловлены спецификой терморадиационной обработки растительного сырья. Например, ИК-установки марки "Микроницер" [1] и фирмы «Micronizing LTD» [4] предназначены для обработки зернового сырья, соответственно при времени обжарки 8-10 минут и 1,5-2 минуты и длине волны 6-8 мкм, что способствовало изменению структуры крахмала в зерне, повышало его усвояемость и микробиологические показатели.
Теоретические и практические исследования [40] положены в основу разработки отечественной установки с ИК-энергоподводом для термообработки зернового сырья. Как было установлено [23, 27, 28, 40] наиболее эффективны при обработке зернового сырья лампы инфракрасного излучения марки КГТ-220-1000, которые дают максимум потока излучения в области 0,8-2,0мкм. Такие излучатели позволяют быстро прогревать слой зерна в 3-4мм до температур, которые необходимы для осуществления заданных технологических операций.
Методы исследования химического состава, качественных показателей семян арахиса и белковой арахисовой массы
При изучении химического состава семян арахиса определяли массовую долю влаги и летучих веществ, клетчатки, липидов, минеральных элементов, качественный и количественный состав белков, углеводов, фосфоли-пидов, токоферолов, каротиноидов, а также массовую долю токсичных элементов и хлорорганических пестицидов по известным методикам [75, 59, 60, 61,82,83].
Массовую долю влаги в семенах арахиса и белково-арахисовой массе определяли путём высушивания до постоянной массы при температуре 105С [50].
Для определения массовой доли клетчатки использовали метод, основанный на гидролизе легкорастворимых углеводов смесью концентрированных кислот, состоящей из 10 объемов 80%-ной уксусной кислоты и 1 объема 80%-ной азотной кислоты, из расчета 1:17 к сухому продукту [75].
Качественный анализ Сахаров осуществляли методом распределительной бумажной хроматографии в системе н.бутиловый спирт- ледяная уксусная кислота-вода (4:1:5).
Восстанавливающие и невосстанавливающие сахара проявляли бензи-диновым реактивом, кетосахара - резорцином [107].
Определение массовой доли моно- и дисахаридов проводили хромато-графическим методом на жидкостном хроматографе высокого давления в смеси ацетонитрил - вода (77:23) [75].
Массовую долю крахмала определяли также хроматографическим методом. Для этого осадок, оставшийся после экстракции моно- и дисахаридов, гидролизуют 10%-ной НС1 в течение 1 часа при 100 С, после этого гидроли-зат охлаждают и нейтрализуют гидроксидом натрия, полученный раствор очищают на колонках с анионитом и катионитом, а затем анализируют на хроматографе. Массовую долю крахмала рассчитывают по количеству глюкозы, используя коэффициент 0,9 [75, 59]. Содержание макро- (калия, кальция, магния, серы) и микроэлементов (железа, цинка, меди) определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на анализаторе AAS-1 фирмы Цейс (Германия) [3].
Массовую долю фосфора определяли молибдено-ванадиевым методом, который заключается в сухой минерализации пробы, растворении минерализата, проведении цветной реакции с молибдено-ванадиевым реактивом и измерении интенсивности жёлтого окрашивания раствора. Измерения проводили на спектрофотометре в кюветах с расстоянием между рабочими гранями 10 мм при длине волны 436 нм [44].
Безопасность семян арахиса и продуктов его переработки определяли с использованием современных методов [81] и оценивали по содержанию массовой доли токсичных элементов, таких как свинец, кадмий, ртуть и мышьяк.
Микробиологическую характеристику продуктов оценивали по следующим показателям: МАФАМ (мезофильные аэробные факультативно-анаэробные микроорганизмы), БГКП (бактерии группы кишечной палочки), ПЭБ/SALMONELLA/ (патогенные энтеробактерии), стафилококки, дрожжи и плесени, ESHERJHIA COLI, В. cereus.
Массовую долю белка определяли по количеству азота на приборе «Кьельдаль-Фос-Автоматик», который в- автоматическом режиме осуществляет базовую методику Кьельдаля [35].
Сущность метода сводится к нагреванию навески продукта в специальной тугоплавкой колбе с концентрированной серной кислотой при слабом кипячении, при этом углерод и водород органических соединений полностью окисляются до ССЬ и Н20 кислородом, получающимся в результате разложения серного ангидрида; азот же, освобождаемый в виде аммиака, даёт с серной кислотой сульфат аммония.
Для выделения аммиака сульфат аммония разлагают концентрированным гидроксидом натрия.
По ГОСТ 25011 проводится сжигание навески исследуемого образца в кислоте, охлаждение пробы, разбавление дистиллированной водой, нейтрализация кислоты и отгонка аммиака с последующим титрованием кислотой его водного раствора.
По автоматически фиксированному количеству кислоты, пошедшей на титрование, микропроцессор прибора осуществляет пересчёт массовой доли белка, результаты которого высвечиваются на дисплее. Каждый раз перед началом работы на приборе осуществлялась его калибровка, предусматривающая сжигание 10 мл 3%-ного раствора сульфата аммония в 25 мл концентрированной серной кислоты в присутствии трёх таблеток ртутного катализатора. Последующее проведение анализов предусматривало тщательную гомогенизацию образцов, взвешивание их на беззольной бумаге (масса навески 50 мг) с точностью до 2-10" г, заворачивание навески в эту бумагу и опускание образца в одну из шести колб, размещённых в «стартовой» зоне прибора, после чего результат выдавался на цифровом дисплее.
Аминокислотный состав белков определяли хроматографическим методом на автоматическом анализаторе «Jeol» (Япония) [111]. Фракционирование белков проводили методом Осборна [104].
Учитывая, что одним из важных компонентов семян арахиса является масло, определялась массовая доля масла в семенах по методике, разработанной ВНИИЖиров, основанной на исчерпывающей экстракции гексаном в аппарате Сокслета [111].
Жирнокислотный состав липидов определяли методом газожидкостной хроматографии их метиловых эфиров. Получение метиловых эфиров осуществляли по методике [84, 44]. Чистоту метилирования контролировали методом тонкослойной хроматографии (ТСХ).
Анализ метиловых эфиров проводили на газо-жидкостном хроматографе «Газохром 101», используя в качестве газа - носителя - гелий, твердого носителя - хромотой, жидкой фазы - диэтиленгликольсукцинат [64, 41]. Идентификацию жирных кислот проводили путем определения эквивалентной длины цепи и сравнения ее со справочной литературой, а также используя стандартные вещества [17]. Для количественного расчета содержания жирных кислот использовали вычисления площадей пиков на хроматограм-мах [106]. Определение перекисного и кислотного чисел липидов, выделенных из семян арахиса, проводили, руководствуясь методиками [53].
Исследование закономерности процесса ИК-термообработки семян арахиса и совершенствование стендовой установки с ИК-энергоподводом
Как известно семена арахиса, поступающие на переработку, покрыты семенной пленкой (кожицей 3-4% от массы семян), которая содержит грубые пищевые волокна, замедляющие расщепление не только белков, но и крахмала. Кроме того, окраска семенной пленки обусловлена красящим веществом, включающим соли железа, что придает конечным белковым продуктам не только тёмный цвет, но и горький привкус [85]. Поэтому удаление семенной пленки с семян арахиса является важным технологическим приемом, обеспечивающим высокое качество получаемого продукта.
Как показал ранее проведенный анализ научно-технических источников, процессы ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению до сих пор не изучены.
Использование ИК-обработки, как эффективного метода термоподготовки семян арахиса для удаления семенной пленки, позволяет с одной стороны быстро подсушить семенную пленку, как поверхностный слой материала, и ее затем легко отделить. С другой стороны избежать высокотемпературного прогрева всей семянки арахиса, со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями, ухудшающими качество получаемой продукции.
Объектом исследования были семена арахиса урожая 2003-2007 гг., новых сортов, районированных в Краснодарском крае - Краснодарец-13 и Краснодарец-14.
Экспериментальные исследования осуществляли на усовершенствованной стендовой ИК-установке для обработки масличных семян, созданной в КубГТУ на кафедре процессов и аппаратов пищевых производств.
Исследование процесса ИК-облучения семян арахиса проводилось на усовершенствованной нами стендовой установке кафедры процессов и аппаратов пищевых производств Кубанского государственного технологического университета, схема, которой представлена на рисунке 3.1. Усовершенствованная стендовая установка представляет собой металлическую камеру (1) с крышкой (2). Камера (1) установлена на опорах (5). Внутренняя поверхность камеры (1) и крышки (2) экранированы алюминиевым листом (3) и теплоизоляцией (4). Камера (1) дополнительно снабжена аспирационным патрубком (14), через который отводятся пары влаги. Внутри камеры (1) установлено съемное корыто (7) на подвижном поддоне (6), которое при вращении штурвала (13) можно перемещать вверх или вниз. Поддон (б) соединен со стрелочным указателем (8). На внутренней стороне крышки (2) установлен паро-болический отражательный алюминиевый экран (10) и РЖ-лампы (11), присоединенные к электрической сети посредством переключателя (12). На одной из опор (5) установлена линейка (9). Расстояние между поддоном (6) (слоем материала) и ИК-лампами (11) фиксировали по положению указателя (8) по соответствующим делениям на линейке (9). В качестве ИК-излучателей применяли галогенные лампы типа КГТ-220-1000. ИК-лампы в количестве трех штук установлены в типовом блоке. Электрическая схема включения ламп выполнена таким образом, что позволяет включать при необходимости нужное количество ламп. 58
Семена арахиса помещали на съемное корыто (7) в один слой, которое устанавливали на подвижный поддон (6). Использовался набор съемных корыт с различными размерами по ширине. Расстояние от слоя материала до ИК-ламп фиксировали по положению указателя (8). После этого включали блок ИК-ламп (11) и по секундомеру засекали время первого облучения. Затем отключали ИК-лампы и фиксировали время отлежки. Далее проводили второе облучение семян арахиса, продолжительность которого также фиксировали по секундомеру. После завершения облучения семена арахиса помещали в термоизолированный контейнер с ртутным термометром и определяли их температуру с точностью 0,5 С. Семена арахиса прошедшие две стадии облучения и отлежку помещали в эксикатор. Остывшие семена взвешивали и производили шелушение семян арахиса на лабораторном барабанном шелушителе в течение 5 минут. Отделенную семенную пленку семян арахиса взвешивали на аналитических весах марки ХР-2003 SDR с точностью до 0,01 г. Затем рассчитывали степень шелушения каждой партии семян арахиса, как процентное отношение количества свободной семенной пленки к общей массе семенной пленки (сумма масс свободной семенной пленки и прилипшей к ядру семян арахиса).
Ошибка воспроизводимости эксперимента была оценена по трем параллельным опытам в центре плана. В таблице 3.1 приведены точки эксперимента в центре плана под номерами 22 — 24, которые не включали в расчет коэффициентов модели, а служили для вычисления ошибки воспроизводимости эксперимента.
