Методы и технологии промышленной переработки зерна озимой ржи с целью эффективного использования в хлебопекарной, комбикормовой, крахмалопаточной и других отраслях промышленности

Аграрная наука Евро-Северо-Востока, № 1 (32), 2013 г. УДК 633.14:001.5

Методы и технологии промышленной переработки зерна озимой ржи с целью эффективного использования в хлебопекарной, комбикормовой, крахмалопаточной и других отраслях промышленности*

Василий Алексеевич Сысуев, академик Россельхозакадемии, директор, руководитель конкурсного проекта III МНТП «Рожь», Лидия Ивановна Кедрова, доктор с.-х. наук, зав. отделом, Елена Игоревна Уткина, кандидат биол. наук, зав. лабораторией, Нина Кузьминична Лаптева, кандидат с.-х. наук, зав. лабораторией ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии, г. Киров, Россия

E-mail: niish-sv@mail.ru

В статье изложены основные результаты исследований по расширению сферы переработки зерна озимой ржи. К наиболее значимым разработкам относятся хлебобулочные и мучные кондитерские изделия с использованием ржаного сырья. Предложены способы подготовки зерна ржи к скармливанию для увеличения норм ввода в рационы до 30% птице и 70% крупному рогатому скоту. Усовершенствованы технологические приемы возделывания озимой ржи для получения зерна высокого качества.

Ключевые слова: озимая рожь, хлебобулочные, мучные кондитерские изделия, солод, крахмал, кормовое использование, технологические приемы

В России катастрофически сокращаются посевы и объемы валового сбора зерна озимой ржи. Сокращение площадей происходит даже в северных регионах страны, где рожь является наиболее приспособленной культурой для сложных условий земледелия. Сводятся к минимуму посевы зерновой культуры универсального назначения, без которой на протяжении веков невозможно представить существование человека. Рожь с полным основанием можно отнести к числу стратегических культур в формировании продовольственной безопасности страны.

Для того чтобы поднять статус озимой ржи, увеличить площади ее посева, расширить сферу переработки зерна и, особенно, увеличить объемы производства ржаного хлеба Президиумом Россельхоза-кадемии была утверждена межотраслевая научно-техническая программа «Рожь» на 2004-2011 гг. «Разработать методы и технологии промышленной переработки зерна озимой ржи с целью эффективного использования в хлебопекарной, комбикормовой, крахмалопаточной и других отраслях промышленности». НИИСХ Северо-Востока является ответственным за выполнение конкурсного проекта.

Цель исследований - разработать новые технологии промышленной переработки зерна ржи, позволяющие в широком ассортименте получать хлебобулочные и мучные кондитерские изделия, продукты с использованием ржаного сырья, производство крахмала, корма для сельскохозяйственных животных и птицы.

Материал и методы. Исследования проведены совместно с ведущими научно-исследовательскими институтами страны с использованием районированных и перспективных сортов озимой ржи НИИСХ Северо-Востока. Оценка хлебопекарных и солодовых свойств, физико-химические показатели качества ржаной муки и солода, кислотность определялись в соответствии с ГОСТ. Лабораторные выпечки хлеба из ржаной муки проводились по методикам С-Пб филиала ГосНИИХП, ВНИИЗ и ВИР [1]. Содержание пентозанов в зерне определяли косвенно -по содержанию золы.

Опыты по определению эффективности фермента Ксибитен-цел в комбикормах для кур, содержащих повышенный уровень ржи, проводили в экспериментальном хозяйстве ВНИТИП на курах кросса Радонеж, начиная со 150-дневного возраста в течение 6 месяцев продуктивного периода.

* Работа удостоена Диплома Россельхозакадемии за лучшую разработку 2012 г. в области АПК России по Отделению растениеводства Россельхозакадемии

Для оценки зерна озимой ржи на корм крупному рогатому скоту была проведена серия лабораторных и научно-производственных опытов на базе ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии, племзавода «Кировская лугоболотная опытная станция» ГНУ ВИК Россельхозакадемии, в ряде сельскохозяйственных предприятий Кировской области в период 2003-2010 гг. В качестве способов подготовки зерна ржи к скармливанию были избраны экструдирование, плющение или размол сухого зерна с последующим внесением ферментного препарата, а также разработанная в НИИСХ Северо-Востока технология плющения и консервирования зерна ржи восковой спелости [2, 3, 4].

Плющение сухого зерна и зерна восковой спелости осуществляли на трехвальцо-вой плющилке - ПЗД-3 [5], которая была оборудована насосом-дозатором для внесения консервирующих составов. В лабораторных условиях по утвержденным методикам изучали качество и питательную ценность опытных кормов.

При проведении исследований по усовершенствованию технологии производства высококачественных объемных кормов и зернофуража из растительного сырья озимой ржи пользовались общепринятыми методами испытаний, используемыми в растениеводстве для проведения агрохимических и биохимических анализов растительных образцов.

Технологические опыты по изучению коэффициентов высева, сроков посева, влияния сроков и способов уборки на величину и качество урожая, биологической и экономической эффективности биопрепаратов нового поколения в технологии возделывания озимой ржи и озимой тритикале закладывались по чистому пару на опытном поле НИИСХ Северо-Востока. Наблюдения, оценки и учет урожая в опытах проведены в соответствии с методиками Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур.

Результаты и их обсуждение. Впервые в условиях Нечерноземья России проведены комплексные исследования по расширению сферы переработки зерна озимой ржи в пищевой, крахмалопаточной промышленности и кормопроизводстве по завершающей схеме: от создания и выявления сортов ози-

мой ржи целевого назначения до увеличения спектра переработки зерна этой культуры.

Учитывая то, что основное направление использования зерна озимой ржи - пищевое, проводились исследования, направленные на улучшение хлебопекарных свойств производимого зерна и ржаной муки, а также на расширение ассортимента хлебобулочных и мучных кондитерских изделий с использованием ржаного сырья.

Одним из способов улучшения хлебопекарных свойств зерна озимой ржи является совершенствование фракционной технологии подработки зерна. Установлено, что во все годы число падения (ЧП) и высота амилограммы практически у всех сортов озимой ржи были выше у средней фракции зерна - толщина зерновки от 2,0 до 2,5 мм. В среднем за пять лет ЧП у средней фракции зерна составило 209 с (1 класс качества), у крупной и мелкой - соответственно 177 и 192 с (2 класс качества). Аналогичная закономерность между фракциями зерна прослеживается и по высоте амилограммы.

Результаты оценки качества лабораторных образцов хлеба (пористость, удельный объем, формоустойчивость) подтвердили данные состояния углеводно-амилазного комплекса различных фракций зерна сортов Вятка 2 и Фалёнская 4.

Хлеб и хлебобулочные изделия - наиболее доступные, усвояемые и традиционные продукты питания. При ежедневном их употреблении можно корректировать пищевую ценность рациона человека. В связи с этим повышение качества хлеба, совершенствование его ассортимента за счет увеличения доли ржаных и ржано-пшеничных сортов, производство мучных кондитерских изделий с использованием ржаного сырья и разработка хлебобулочных изделий функционального назначения способствуют реализации современной концепции здорового питания [6].

Одним из путей решения данной задачи является усиление функциональных свойств хлебобулочных изделий, содержащих ржаную муку, за счет введения в рецептуру ржаного ферментированного солода, повышающего пищевую ценность продуктов.

В числе разработок НИИСХ Северо-Востока - нормативная документация на три

сорта пшенично-овсяного хлеба: «Алексеев-ский», «Андреевский» и «Никольский». Особенность данных сортов хлеба - использование в их рецептуре ржаного солода, который повышает кислотность теста и способствует снижению заболеваемости хлеба картофельной болезнью в жаркий период. В рецептуру сортов «Андреевский» и «Никольский» кроме того входит семя льна.

Разработан и утвержден Стандарт организации на изделия хлебобулочные из смеси ржаной и пшеничной муки, в который включены сорта хлеба: «Кировский», «Вятский крупяной», ржано-пшеничный «Любительский», «Особый» и пшенично-ржаной «Новый».

В состав хлеба «Кировский» входит крупа ячневая, в хлеб «Вятский крупяной» -пшеничная крупка, что позволяет повысить содержание пищевых волокон до 5,8и 5,9% соответственно.

В рецептуре хлеба «Любительский» высокое (75%) содержание ржаного сырья

(муки обдирной и солода). Калорийность 100 г составляет не более 220 ккал, а содержание пищевых волокон достигает 7,4.

Хлеб пшенично-ржаной «Новый» благодаря наличию ржаного ферментированного солода, семян подсолнечника и льна имеет приятный аромат, вкус, высокую пищевую ценность, а по содержанию пищевых волокон (4,8%) превосходит многие пшеничные и пшенично-ржаные сорта хлеба.

Хлеб «Особый» выпускается из смеси ржаной обойной и пшеничной муки с добавлением дробленого зерна тритикале, поверхность отделана пшеничными отрубями.

Все разработанные ржано-пшеничные и пшенично-ржаные сорта хлеба отличаются высоким (0,42-0,66%) содержанием витамина В1, минеральных веществ, а по содержанию пищевых волокон можно отнести к функциональным, т.к. они покрывают более 30% (от 32,1 до 55,3%) суточной потребности человека при употреблении их в количестве 200 г/сутки (табл.).

Таблица

Характеристика хлебобулочных изделий с использованием ржаного сырья по содержанию пищевых волокон

Наименование изделий Содержание пищевых волокон в 200 г хлеба, г Покрытие потребности при использовании в питании 200 г/сут, %

Хлеб ржано-пшеничный. - Кировский 11,5 38,2

- Вятский крупяной 12,0 39,9

- Любительский 14,7 49,0

- Особый 16,6 55,3

Хлеб пшенично-ржаной: - Новый 9,6 32,1

Хлеб пшенично-овсяный. - Алексеевский 6,6 22,0

- Андреевский 6,8 22,8

- Никольский 6,8 22,7

Примечание: Среднесуточная физиологическая потребность человека в пищевых волокнах по СанПиН 2.3.2.1078-01 составляет 30 г

Использование ржаного сырья перспективно и в производстве мучных кондитерских изделий. В НИИСХ Северо-Востока разработаны нормативные документации на четыре сорта кексов: «Дымок», «Загадка», «Вечерний» и «Янтар-

ный», пряники «Русский сувенир», пирожные песочные трех наименований: «Дубок», «Крепыш», «Бодрость» и печенье сдобное пшенично-ржаное «Полюшко» и «Дебют» (рис. 1, 2). Все виды мучных кондитерских изделий отличаются от анало-

гов, имеющихся в производстве, повышенным

Рис. 1. Печенье сдобное «Полюшко»

Научное обеспечение производства и переработки ржаного солода. Актуальной проблемой остаётся производство высококачественного ржаного солода. Одним из путей её решения является выявление наиболее перспективных сортов озимой ржи для использования в солодовом производстве.

Проводились исследования внесённых в Государственный реестр и перспективных сортов озимой ржи селекции НИИСХ Северо-Востока по показателям качества для переработки на солод и оценка солода, произведенного из зерна этих сортов в лабораторных условиях. В 2005-2007 гг. изучены сорта Вятка 2, Фалёнская 4, Рушник, Флора и популяция Фалёнская 4 х Ильмень, выращенные в конкурсном сортоиспытании. Установлено, что сорт Флора и популяция Фа-лёнская 4 х Ильмень по солодовым свойствам не уступают стандартам Вятка 2 и Фа-лёнская 4, а по экстрактивности ферментированного солода при холодном экстрагировании имеют лучшие показатели. Сорт Рушник имеет низкую натуру зерна, поэтому его рекомендуется использовать для производства солода только в годы, благоприятные для налива и созревания зерна.

Проведены исследования по выявлению оптимальных режимов ферментации зерна ржи сортов Вятка 2 и Фаленская 4 при производстве солода.

Выявлено, что лучший солод, отвечающий требованиям I класса качества, по-

энергетической ценностью - это в настоящее время является наиболее актуальным для правильного питания.

Рис. 2. Печенье сдобное пшенично-ржаное «Дебют»

лучается при режиме ферментации, когда зерно в первые сутки нагревается до температуры +50°С, во вторые - до +75°С и в третьи - до +80°С. Результаты изучения режимов ферментации зерна использованы при составлении Технологической инструкции (ТИ 22940614-012) по производству солода ржаного сухого ферментированного.

Технологическая оценка зерна перспективных сортов ржи как сырья для производства крахмала. Для производства крахмала и его гидролиза с целью получения сахаристых продуктов наиболее пригодны сорта ржи с высоким содержанием крахмала и низким - протеина и пентозанов.

За 2002-2008 гг. исследовано более 140 сортообразцов озимой ржи. Зерно каждого сорта с помощью набора лабораторных решёт по толщине разделено на 3 фракции: крупную (от 2,5 до 3,0 мм), среднюю (от 2,0 до 2,5 мм) и мелкую (от 1,7 до 2,0 мм). Результаты анализов показали, что во все годы исследований у большинства сортов озимой ржи содержание крахмала возрастало прямо пропорционально увеличению размеров зерна и наоборот. В среднем за годы изучения в крупной фракции зерна содержание крахмала составило 57,73% (на абс. сух. в-во), в средней - 56,31%, в мелкой - 53,92%. Следовательно, в крахмалопаточ-ном производстве необходимо использовать зерно озимой ржи крупных и средних фрак-

ций, что позволит увеличить содержание крахмала в сырье до 4%.

Для целей фракционирования зерна в НИИСХ Северо-Востока разработана воздушно-решетная фракционная машина АЗМ-10/5-ВРФ.

Во ВНИИ крахмалопродуктов аналогичные исследования проводили на лабораторной установке «завод на столе», имитирующей процесс получения крахмала и зернового сырья в производственных условиях.

Учеными ВНИИ крахмалопродуктов разработана также современная технология глубокой переработки зерна ржи, предусматривающая предварительное извлечение белка. Получены образцы белково-углевод-ного концентрата с содержанием белка 25-32%, имеющего сбалансированный состав незаменимых аминокислот, комплекс витаминов и минеральных веществ. Полученные образцы использованы в ГосНИИХП в качестве белковой добавки при выпечке хлебобулочных изделий. Результаты испытаний показали улучшение качества хлеба по структуре, цвету и запаху по сравнению с контрольной выпечкой.

Использование зерна ржи на кормовые цели. В России на кормовые цели используется всего 8-12% от общего производства зерна ржи, при этом в комбикормовой промышленности доля использования зерна ржи составляет 3-5%. Несмотря на высокую энергетическую и протеиновую питательность зерно ржи не находит пока у нас широкого применения из-за специфических особенностей химического состава.

Приоритетным направлением исследований конкурсного проекта является расширение использования зерна ржи в кормлении сельскохозяйственных животных и птицы. Проведены производственные опыты по использованию экструдиро-ванного, ферментированного, плющенного зерна ржи и вико-ржаной зерносмеси.

Результаты исследований, проведенных во ВНИИ птицеводства, показали, что зерно ржи в сочетании с ферментами можно использовать в комбикормах для кур до 30%. При этом повышается яйценоскость кур на 2,3%, масса яиц на 2,39%, за счет добавок фермента в яйцах увеличилось содер-

жание витамина А на 33,58%, Е - на 18,27%, В2 - на 15,45%, каротиноидов - на 17,30%, снизились затраты корма на 10 яиц.

Совместными исследованиями с Кировской лугоболотной опытной станцией ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса доказано, что зерно озимой ржи в экструдированном виде может быть использовано в кормлении животных до 70% от общего количества концентратов.

Изучено влияние плющения и консервирования зерна ржи повышенной влажности на его сохранность, химический состав и питательную ценность. Установлено, что консервирование свекловичной патокой высоковлажного плющеного зерна ржи способствует повышению переваримости сухого вещества in vitro на 42,8%. Однако после вскрытия емкостей корм быстро портился и плесневел, поэтому в дальнейшем в качестве консерванта использовали пропионовую кислоту. Наивысшая питательность в сухом веществе плющеного консервированного пропионовой кислотой корма после хранения в течение 3 месяцев отмечена при толщине хлопьев 1,35 мм. При скармливании подготовленной ржи в составе рациона в количестве 60 % от зерновой части концентрированных кормов дойным коровам получена прибыль 566 руб., что составляет 42% произведенных затрат. Исследования показали положительное значение озимой ржи не только в кормлении, но и при воспроизводстве стада крупного рогатого скота. Последующий сервис-период был короче на 23 дня.

Впервые при консервировании плющеного высоковлажного зерна использована новая биологическая закваска. При ее внесении достигнуты наиболее высокие результаты сохранности корма. Сравнительный анализ эффективности новой биологической закваски в сравнении с химическим консервантом «АИВ 2000 плюс» показал преимущества по большинству показателей сохранности корма. Питательность корма и его переваримость in vitro были выше, чем в зерне с химическим консервантом на 1,3 и 4,3% соответственно. Количество молока от одной коровы в сутки в группе, получавшей рожь с новой закваской, надоено больше на 2,4 кг, в группе с консервантом АИВ - на 0,9 кг.

Для подготовки зерна ржи к скармливанию животным по усовершенствованной технологии в НИИСХ Северо -Востока изготовлены двухступенчатые плющилки ПЗД-3 и ПЗД-6 различной производительности, соответствующие мировому уровню.

Усовершенствована технология производства высококачественных объемистых кормов и зернофуража из растительного сырья озимой ржи в смеси с озимой викой. Завершен полный цикл производства вико-ржаной зерносмеси от подбора сортов (озимая рожь Фаленская 4 и озимая вика Луговская 2) и технологии возделывания до использования ее в рационах сельскохозяйственных животных. Впервые изучена эффективность скармливания вико-ржаной зерносмеси в процентном соотношении 1:2 откормочному молодняку крупного рогатого скота. Среднесуточный прирост в опытной группе составил 829 г, что на 15% выше контроля. На основе полученных результатов разработаны и изданы «Рекомендации по выращиванию озимой ржи в смеси с озимой викой на корм».

Получены экспериментальные данные для установления оптимального соотношения компонентов вико-ржаной зерносмеси и лучших сроков ее уборки для заготовки полноценного зерносенажа. Наибольший сбор сухого вещества вико-ржаной смеси (7,8 т/га) обеспечен в фазу молочно-воско-вой спелости при наименьшей норме высева вики, равной 20%. Использование озимой ржи в кормлении крупного рогатого скота и птицы актуально, отличается новизной и практической значимостью. Подготовлены к печати «Рекомендации по способам подготовки зерна озимой ржи в кормлении крупного рогатого скота и птицы».

Опираясь на научные рекомендации, некоторые хозяйства Кировской области успешно применяют зерно ржи в кормлении крупного рогатого скота. В ОАО «Октябрьский» Куменского района Кировской области для кормления крупного рогатого скота используется 58,7% валового сбора зерна ржи от общего количества фуражного зерна в хозяйстве. Надои молока на корову в 2006-2007 гг. составили 6904-7137 кг.

Убедительным примером положительного использования экструдированного зерна ржи является хозяйство «Демо» Вятско-Полянского района (южная зона Кировской области). В условиях резкого дефицита зернофуража яровых культур, как следствие засухи 2010 г., здесь активно использовали экструдированное зерно ржи в кормлении крупного рогатого скота в течение 6 месяцев. Тем самым был сохранен потенциал крупного рогатого скота в количестве 940 голов. Экструдированное зерно ржи вводили даже в рацион молодняка, начиная с 20-дневного возраста, постепенно увеличивая ежедневную норму до 1,8 кг. Дойным коровам давали ежедневно от 1,5 до 9,5 кг экструдиро-ванного зерна, в зависимости от результатов раздоя. При этом надой на корову в 2010 г. составил 4914 кг молока, что выше по сравнению с 2009 г. на 539 кг.

Завершены исследования по разработке рекомендаций по агроэкологически однотипным территориям для размещения сортов озимой ржи с заданными показателями качества.

Для получения высококачественного зерна озимой ржи, соответствующего первому и второму классам, рекомендована территория южной части Удмуртской Республики, административные районы центральной и южной части Кировской области, основная территория Республики Марий Эл, правобережная часть Нижегородской области и вся территория Республики Мордовия. Площадь выделенного ареала составляет около 260 тыс. га, а предполагаемый валовой сбор зерна высокого качества составит более 300 тыс. тонн.

С целью получения стабильных урожаев зерна озимой ржи, особенно в условиях изменяющегося климата, проводятся комплексные исследования по отработке элементов технологии этой культуры.

По результатам анализа гидрометеорологических условий Кировской области за последние 30 лет, сентябрь и октябрь характеризуются повышением температуры. Потепление осенних месяцев привело к смещению сроков прекращения осенней вегетации растений, за последние 7 лет они

сдвинулись на 5-10 дней в сравнении со средними многолетними данными. Это приводит к усилению развития снежной плесени на посевах ржи. По предварительным данным установлены рекомендуемые сроки посева озимой ржи в условиях центральной зоны Кировской области - 25-30 августа, что на 5-10 дней позднее ранее установленного оптимального срока. Рекомендованная норма высева для условий региона - 5-6 млн всхожих семян на га. Снижение до 4 млн допустимо для ускоренного размножения перспективных сортов.

Комплексные исследования по совершенствованию технологии возделывания озимой ржи продолжаются.

Таким образом, результаты научных исследований по проблемам производства и переработки зерна озимой ржи, как стратегической культуры в продовольственном комплексе страны, а также необходимой культуры для укрепления кормовой базы, имеют важное значение для расширения сферы ее использования и формирования здорового питания населения.

Результаты исследований легли в основу проекта «Биотехнологический потенциал увеличения производства и расширения переработки зерна озимой ржи для обеспечения продовольственной безопасно-

сти страны», удостоенного Золотой медали на XIV Российской агропромышленной выставке «Золотая осень 2012».

Список литературы

1. Оценка хлебопекарных свойств образцов мягкой пшеницы, ржи и тритикале. Методические указания. 1985. 31 с.

2. Сысуев В., Савиных П., Русаков Р., Заболотских И. Технология плющения ржи // Комбикорма. 2004. № 6. С. 20-21.

3. Сысуев В.А., Савиных П.А., Русаков Р.В. и др. Результаты исследований технологии двухступенчатого плющения и консервирования зерна озимой ржи // Научное обеспечение реализации направления «Ускоренное развитие животноводства»: Сб. науч. тр. Подольск, 2006. Т.16. Ч.3. С. 23-33.

4. Озимая рожь. Возделывание, использование на пищевые, кормовые и технические цели. Проблемы и решения. М.: ФГНУ «Ро-синформагротех», 2007. 172 с.

5. Рекомендации по заготовке и использованию высоковлажного фуражного зерна /Под ред. Ю.Ф. Лачуга. М: Россельхозакаде-мия, 2006. 130 с.

6. Тарасова В., Матвеева И., Нечаев А. Хлебобулочные изделия функционального назначения // Хлебопродукты. 2009. № 6. С. 54-55.

Methods and technologies of industrial processing of winter rye grain for effective usage in bakery, mixed feed, starch-and-molasses, and other branches of industry

Sysuev V., Kedrova L., Utkina E., Lapteva N.

The main results of researches on expansion of sphere of winter rye's grain processing are stated in the article. The most important elaborations are bakery and floury confectionary products with use of rye raw material. The ways of preparation of rye grain for animal feeding for the purpose of increasing of norms of input up to 30% for poultry and 70% for large horned cattle are offered. The technological receptions of cultivation winter rye for obtaining of a high quality grain are advanced.

Key words: winter rye, bakery, floury confectionery products, malt, starch, fodder use, technological receptions