СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЗЕРНА К ПОМОЛУ
METHOD FOR GRAINS PREPARATION TO MILLING

Изобретение относится к мукомольно-крупяной промышленности, в частности к способам подготовки зерна к переработке.
Основным этапом подготовки зерна к помолу является его гидротермическая обработка и кондиционирование [1]. В процессе увлажнения и последующего отволаживания в зерне происходят физико-химические процессы, в результате которых облегчается отделение оболочек от тела зерна при незначительных потерях эндосперма. Основной тенденцией современных исследований в этой области технологии является подбор параметров процесса отволаживания зерна (времени, температуры, влажности) в сочетании с промежуточными стадиями энергетических воздействий с целью достижения таких структурно-механических свойств зерна, при которых обеспечиваются минимальные потери ценных составляющих зерна при последующем размоле с сохранением качества продуктов помола на высоком уровне.
Традиционно на мельницах применяют три метода гидротермической обработки зерна: холодное, горячее и скоростное кондиционирование [2]. При существующих технологиях достигаемый выход муки высоких сортов колеблется в пределах 68÷78% в зависимости от качества исходного зерна. Время, затрачиваемое на кондиционирование зерна, 8÷36 часов. Отдельно стоит подчеркнуть, что при соблюдении условий низкой зольности (высокой белизны) продуктов помола с оболочками зерна теряется наиболее ценный с биологической точки зрения алейроновый слой (содержание которого в зерне колеблется в пределах 6,0÷13,0%), обогащенный фенольными кислотами, антоцианами, ответственными за его антиоксидантные свойства, микроэлементами, каротиноидами, витаминами группы B, токоферолами [3,4].
Предложены и другие способы кондиционирования зерна - вакуумное (пат.2465048), поверхностное (пат.2456081), а также обработка зерна насыщенным паром (пат.2246989), воздействие ИК-излучением (пат.2336702), СВЧ-излучением (пат.2019998), ультразвуком (пат.2405629), однако они не нашли распространения на мельницах из-за высокой энергоемкости, сложности ведения технологического процесса и дороговизны применяемого оборудования при оснащении зерноперерабатывающих предприятий.
Таким образом, задача изобретения состоит в повышении эффективности гидротермической обработки зерна перед помолом, что позволит с минимальными эксплуатационными затратами повысить производительность мукомольного предприятия, качество и биологическую ценность получаемых помольных продуктов.
-1
3
Поставленная задача решается принципиально отличным от перечисленных выше биохимическим методом, а именно воздействием на оболочки зерна, состоящие на 25% из водонерастворимых некрахмальных полисахаридов и на 70% из гемицеллюлоз (арабиноксиланов), технологическим вспомогательным средством (ТВС), состоящим из ферментных препаратов - целлюлаз (эндоглюканазы (1,4-β-глюкан-4-глюканогидролазы, КФ 3.2.1.4) и экзоглюканаз - целлобиогидролазы (1,4-β-0-глюканцеллобиогидролазы, КФ 3.2.1.91) и/или экзо-1,4-β-глюкозидазы (1,4-β-D-глюканглюкогидролазы, КФ 3.2.1.74)) и ксиланаз (гемицеллюлаз (эндо-1,4-β-ксиланазы, КФ 3.2.1.8 и/или α-L-арабинофуранозидазы, КФ 3.2.1.55)) в количестве 10÷10 единиц стандартизованной активности на кг сухих веществ (с.в.) зерна при температуре воды, подаваемой на гидротермическую обработку, 10÷50°C.
Предлагаемые в изобретении ферменты предпочтительно использовать совместно вследствие синергизма их действий. Целлобиогидролаза открывает волокна целлюлозы, гидролизуя молекулы целлюлозы с невосстанавливающего конца полисахарида с образованием целлобиозы, и далее эндоглюканаза гидролизует связи в молекуле целлюлозы неупорядоченным способом, образуя набор поли- и олигомерных фрагментов различной длины. Частичное разрушение этих волокон дает возможность β-ксиланазам гидролизовать арабиноксиланы, в результате чего высвобождаются связанные с ними ковалентными связями белки клейковины.
1
4
Выделяющиеся в процессе ферментативного гидролиза оболочек зерна окрашенные пигменты (каротиноиды и хлорофилл), влияющие на белизну муки, осветляются введением в технологическое вспомогательное средство дополнительно пищевых добавок - пероксида кальция (E930) и пропионатов натрия (E281), и/или кальция (E282), и/или калия (E283) и/или ацетатов натрия (E262), и/или кальция (E263), и/или калия (E261) до 100%, расход технологического вспомогательного средства составляет при этом 0,001÷0,05% к массе св. зерна, а ферментативная активность (ФА) входящих в его состав вышеперечисленных ферментных препаратов находится в пределах 10÷10 единиц.
В результате биохимического частичного разрушения оболочек зерна повышается проницаемость тела зерна для влаги при кондиционировании, ослабляются связи между разделяемыми оболочками и эндоспермом, быстрее происходит разрыхление структуры эндосперма и зерно приобретает свойства упругопластичного или пластичного тела, что в целом приводит к оптимизации технологических свойств зерна и сокращению времени кондиционирования. В результате помола подготовленного таким образом зерна повышается выход муки высшего сорта при одновременном увеличении общего выхода муки при сортовых помолах, повышается ее биологическая ценность, возрастает количество клейковины за счет попадания в помольный продукт периферийных частей крахмалистого эндосперма и улучшается ее качество. Кроме того, ферментативный гидролиз оболочек зерна позволяет снизить количество тяжелых металлов в продуктах помола вследствие протекания при солюбилизации структур оболочек процессов десорбции ионов металлов, связанных с некрахмальными полисахаридами [5].
Поставленная задача решается также тем, что обработка зерна технологическим вспомогательным средством совмещается с гидротермической обработкой и встраивается в действующие на мельницах технологические схемы с использованием стандартных емкостей и дозаторов, применяемых в мукомольной промышленности, без лишних капиталовложений и дополнительного расхода воды.
1
4
Установленные экспериментальными исследованиями предельные значения расхода технологического вспомогательного средства 0,001÷0,05% к массе сухих веществ зерна при содержании в их составе вышеуказанных ферментных препаратов в количестве в пределах 10÷10 единиц ФА являются оптимальными для цели заметного повышения производительности мукомольных предприятий. Превышение указанных пределов приводит к чрезмерному гидролизу оболочек зерна, что может вызвать агрегацию зерен. Выход за границы нижнего предела расхода ТВС не влияет существенно на эффективность гидротермической обработки зерна. Температурный диапазон воды, подаваемой на гидротермическую обработку, обусловлен температурными пределами эффективного действия ферментов, при выходе за пределы которых быстро теряется их активность.
Увлажнение зерна пшеницы и отволаживание одно- или двухэтапное, в зависимости от комплектации мельниц, можно проводить любым из существующих на мукомольных заводах способом, что иллюстрируется схемами 1 и 2 обработки зерна технологическим вспомогательным средством (см. фиг.1 и 2).
Способ 1.
Данный способ характерен для мельниц, оборудованных накопительной емкостью (схема 1), которую возможно использовать для предварительного растворения технологического вспомогательного средства на стадии первичного увлажнения и первичного отволаживания, и осуществляется следующим образом.
Технологическое вспомогательное средство растворяют в предварительной накопительной емкости с мешалкой (3). После промывания зерна на моечной машине его подают на первичное увлажнение в шнек (1) параллельно с предварительно подготовленным раствором технологического вспомогательного средства при температуре 10÷50°C. Шнек перемещает зерно, равномерно обработанное раствором технологического вспомогательного средства, в бункер (2) для прохождения стадии первичного отволаживания, при этом время этого этапа гидротермической обработки сокращается с 8÷18 часов до 4÷6 часов.
Способ 2.
Данный способ характерен для мельниц, не оборудованных накопительной емкостью (схема 2), которую возможно использовать для предварительного растворения технологического вспомогательного средства, и осуществляется следующим образом.
После промывания зерна на моечной машине его подают на первичное увлажнение в шнек (1) параллельно с водой при температуре 10÷50°C и сыпучим технологическим вспомогательным средством, которое подается равномерно через дозатор. Шнек перемещает зерно, воду и технологическое вспомогательное средство, равномерно перемешивая, в бункер (2) для прохождения стадии первичного отволаживания, при этом время этого этапа гидротермической обработки сокращается с 8÷12 часов до 4÷6 часов.
Способ 3.
Данный способ характерен для мельниц, оборудованных накопительной емкостью (схема 1), которую возможно использовать для предварительного растворения технологического вспомогательного средства на стадии повторного увлажнения и повторного отволаживания, и осуществляется следующим образом.
Технологическое вспомогательное средство растворяют в предварительной накопительной емкости с мешалкой (3). Зерно, прошедшее стадии первичного увлажнения и первичного отволаживания, подают на повторное увлажнение в шнек (1) параллельно с предварительно подготовленным раствором технологического вспомогательного средства при температуре 10-50°C. Шнек перемещает зерно, равномерно обработанное раствором технологического вспомогательного средства в бункер (2) для прохождения стадии повторного отволаживания, при этом время этого этапа гидротермической обработки сокращается с 8÷24 часов до 4÷6 часов.
Способ 4.
Данный способ характерен для мельниц, не оборудованных накопительной емкостью (схема 2), которую возможно использовать для предварительного растворения технологического вспомогательного средства, и осуществляется следующим образом.
Зерно, прошедшее стадии первичного увлажнения и первичного отволаживания, подают на повторное увлажнение в шнек (1) параллельно с водой при температуре 10-50°C и сыпучим технологическим вспомогательным средством, которое подается равномерно через дозатор. Шнек перемещает зерно, воду и технологическое вспомогательное средство, равномерно перемешивая, в бункер (2) для прохождения стадии повторного отволаживания, при этом время этого этапа гидротермической обработки сокращается с 8÷24 часов до 4÷6 часов.
После этого чистое зерно поступает на размольную стадию в драную систему.
Предлагаемый способ исключает попадание технологического вспомогательного средства в муку и, следовательно, в готовые изделия.
Предлагаемый способ поясняется примерами, приведенными ниже.
В исследованиях использовалось зерно двух партий IV типа со стекловидностью 76 и 64% 3-й и 2-й групп качества. Зерно предварительно подвергалось сухой обработке в обоечных машинах и поступало на гидротермическую обработку одним из вышеописанных способов.
Применялись ферментные препараты производства компании DSM Food Specialties B.V. торговой марки BakeZyme, полученные с использованием микробиальных и грибных продуцентов: целлюлазы Х-Cell из штамма Trichoderma longibrachiatum, WholeGain, Concreate и Ryght из отобранных штаммов Trichoderma reesei, ксиланазы ВХР из биотехнологически улучшенного штамма Bacillus subtilis, HSP, Х-Pan из отобранных штаммов Aspergillus niger, Real-X из штамма Trichoderma viride.
Помол зерна после гидротермической обработки осуществлялся на лабораторной мельничной установке «Нагема». Так как основными показателями при проведении помолов являются нагрузка на работающую пару вальцов и извлечение промежуточных продуктов и муки (или только муки), то перед проведением лабораторных помолов устанавливались нагрузка и режимы по отдельным системам, исходя из норм, приведенных в «Правилах организации и ведения технологического процесса на мельницах». При сортовом помоле работу выполняли для трех вариантов с различными величинами рабочего зазора между вальцами. По каждому варианту в приемный бункер I драной системы засыпали 3 кг зерна и измельчали его при установленном зазоре между вальцами и положении питающей заслонки. Верхний сход предыдущей системы направляли на следующую драную систему, включая III драную. Продукты, полученные после просеивания в рассеве на каждой системе в отдельности, взвешивали и определяли общее извлечение.
Исследование показателей качества полученной муки проводилось с использованием приборов: Глютоматик 2200 Perten Instruments (определение массовой доли (м.д.) клейковины), ИДК-5 (определение качества (индекса деформации) клейковины), белизномер БЛИК-3, Falling Number 1300 (анализатор числа падения).
Полученные результаты приведены в таблице.
ПРИМЕР 1 (контроль). Гидротермическая обработка зерна 3-й группы качества осуществлялась по Способу 1, при этом температура воды при первичном увлажнении составляла 25°C, расход воды до оптимальной влажности 16,5%, время первичного отволаживания зерна составляло 18 часов.
ПРИМЕР 2. Аналогично Примеру 1, но гидротермическая обработка зерна проводилась водным раствором технологического вспомогательного средства состава BakeZyme X-Cell в количестве 8750 ед. ФА, BakeZyme WholeGain в количестве 150 ед. ФА, BakeZyme Real-X в количестве 750 ед. ФА, пероксид кальция-пропионат натрия в соотношении 3:1 - до 100% при соблюдении расхода 0,01% к массе сухих веществ зерна, а время первичного отволаживания зерна в вышеуказанном растворе ТВС составляло 6 часов.
ПРИМЕР 3. Аналогично ПРИМЕРУ 2, но температура воды при первичном увлажнении 50°C.
ПРИМЕР 4. Аналогично ПРИМЕРУ 2, но гидротермическая обработка зерна проводилась водным раствором технологического вспомогательного средства состава BakeZyme Ryght в количестве 1560 ед. ФА, BakeZyme Concreate в количестве 60 ед. ФА, BakeZyme HSP в количестве 200 ед. ФА, пероксид кальция-ацетат натрия-пропионат калия в соотношении 3:1:1 - до 100% при соблюдении расхода 0,05% к массе сухих веществ зерна, температура воды при первичном увлажнении 10°C, а время первичного отволаживания зерна в вышеуказанном растворе ТВС составляло 4 часа.
ПРИМЕР 5 (контроль). Гидротермическая обработка зерна 2-й группы качества осуществлялась по Способу 3, при этом температура воды при вторичном увлажнении составляла 25°C, расход воды до оптимальной влажности 16,5%, время отволаживания зерна составляло 24 часа.
ПРИМЕР 6. Аналогично ПРИМЕРУ 5, но гидротермическая обработка зерна проводилась водным раствором технологического вспомогательного средства состава BakeZyme X-Cell в количестве 10000 ед. ФА, BakeZyme WholeGain в количестве 300 ед. ФА, BakeZyme ВХР в количестве 750 ед. ФА, пероксид кальция-пропионат натрия в соотношении 3:1 - до 100% при соблюдении расхода 0,01% к массе сухих веществ зерна, а время вторичного отволаживания зерна в вышеуказанном растворе ТВС составляло 6 часов.
ПРИМЕР 7. Аналогично ПРИМЕРУ 6, но расход технологического вспомогательного средства составлял 0,001%, температура воды при вторичном увлажнении 50°C.
ПРИМЕР 8. Аналогично ПРИМЕРУ 6, но гидротермическая обработка зерна проводилась водным раствором технологического вспомогательного средства состава BakeZyme Ryght в количестве 1040 ед. ФА, BakeZyme X-Cell в количестве 500 ед. ФА, BakeZyme Х-Pan в количестве 180 ед. ФА, пероксид кальция-пропионат натрия-пропионат калия в соотношении 4:0,5:1 - до 100% при соблюдении расхода 0,05% к массе с.в. зерна, температура воды при вторичном увлажнении 50°C, а время отволаживания зерна в вышеуказанном растворе ТВС составляло 4 часа.
Таблица
Результаты опытов по гидротермической обработке зерна по примерам 1-8
№примера
Условия гидротермической обработки
Результаты
Температура, °C
Время, ч
Расход ТВС, % к массе св. зерна
Выход муки, %
Показатели качества муки
Белизна, усл. ед.
М.д. клейковины, %
ИДК, усл. ед.
Число падения, с
Зерно 3-й группы качества, гидротермическая обработка по Способу 1
1
25
18
-
63,0
51,7
27,0
80
200
2
25
6
0,01
69,5
53,6
34,2
75,3
221
3
50
6
0,01
70,2
54,8
34,5
75,0
216
4
10
4
0,05
68,7
55,2
32,9
76,1
218
Зерно 2-й группы качества, гидротермическая обработка по Способу 2
5
25
24
-
69,9
53,1
28,0
78
260
6
25
6
0,01
75,6
55,4
36,0
70,2
265
7
50
6
0,001
72,0
54,3
32,6
72,3
270
8
50
4
0,05
73,8
57,9
34,1
70,9
263
1
4
Как видно из приведенных в таблице данных, предельные значения расхода технологического вспомогательного средства 0,001÷0,05% к массе сухих веществ зерна при содержании в их составе вышеуказанных ферментных препаратов в количестве 10÷10 единиц ФА при температуре 10÷50°С являются достаточными для заметного повышения эффективности гидротермической подготовки зерна к помолу в течение всех процессов увлажнения и отволаживания зерна на первом и/или втором этапе.
Лабораторные выпечки из полученной муки зерна, прошедшего гидротермическую обработку с использованием ТВС, демонстрируют значительное увеличение объемного выхода (до 20%) и увеличение упругой деформации хлеба, лучшую формоустойчивость, более развитую и равномерную структуру пористости мякиша, длительное сохранение свежести.
Предлагаемый способ был отработан в промышленном масштабе в условиях предприятий ОАО «Мельник» (гидротермическая обработка по Способу 1) и ООО «Карталинский элеватор» (гидротермическая обработка по Способу 4) и продемонстрировал прирост выхода муки высоких сортов до 4% по сравнению с традиционно применяемыми на указанных предприятиях технологиями при сокращении времени отволаживания в 2-3 раза.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности гидротермической подготовки зерна к помолу, выражаемой в сокращении времени отволаживания зерна и повышении выхода муки с одновременным улучшением хлебопекарных качеств муки и повышением ее биологической ценности.
Источники информации
1. Бутковский В.А., Галкина Л.С., Птушкина Г.Е. Современная техника и технология производства муки. - М.: ДеЛи принт, 2006.-319 с.: ил.
2. Петриченко В.Я.
3. Nutritional aspects of cereals/McKevith Brigid// Nutrition Bulletin. - 2004. 29, №2, c.111-142. Англ.
4. Fenolic acid composition of sprouted wheats by ultra-performance liquid chromatography (UPLC) and their antioxidant activities. /Hung Pham Van, Hatcher David W., Barker Wendy// Food Chem. - 2011. 126, №4, c.1896-1901. Англ.
5. Накопление тяжелых металлов в зерновых культурах и пути снижения их содержания/ Кузнецова Е.А.// Гигиена и санитария. - 2007. №4, с.50-53.