СПОСОБ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА КАЧЕСТВА ЗЕРНА, ШРОТА И МУКИ ПУТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ АГРЕГАЦИИ КЛЕЙКОВИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR RAPID ANALYSIS OF QUALITY OF GRAIN, EXTRACTION CAKE AND FLOUR BY MEASURING GLUTEN AGGREGATION AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к способу экспресс-анализа качества зерна, шрота и муки путем измерения агрегации клейковины.
В своей статье «Описание качества муки для бездрожжевой выпечки высшего сорта» (Botterbrodt, Hanneforth, Lewandrowski und Brümmer „Qualitätsbeschreibung von Mehlen für nicht hefegelockerte feine Backwaren“, „Getreide, Mehl und Brot“, 52 (1998), 2) авторы утверждают, что при описании качества муки на переднем плане стоят вопросы о том, какие показатели характеризуют качество и какие показатели являются информативными для сферы потребления. Такие показатели, как качество муки, например содержание протеинов, сырой клейковины, а также результаты опытов хлебопечения, как например, смешанного экспресс-анализа (Rapid-Mix-Test (RMT), являются на этот счет известными параметрами.
В статье для экспресс-анализа муки предлагается, так называемый, тест „Knock-out-Test“ («анализ на скорую руку»), впервые описанный еще в 1997 г. (Hannefoth, Zwingelberg und Gebhard „Getreide, Mehl und Brot“, Ausgabe 51). В этом тесте, известном также как тест на агрегацию клейковины, наблюдается агрегатное состояние суспензии муки с водой при соотношении 1:1,2-1:1,5 с использованием дистиллированной воды. Исследуемое зерно доводится до определенной температуры и отвешивается в насадку стандартного миксера (например, 110 г). Вода нагревается до температуры 23°С и также добавляется в миксер (например, 132 г).
Миксер включается на среднюю скорость вращения (примерно 4500 об/мин) примерно на 20 с. После этого насадка миксера очищается, а затем миксер еще раз включается на 20 с в том же режиме. Затем миксер на короткое время останавливается, и начинается собственно измерение, причем миксер работает с большей скоростью вращения (например, 6250 об/мин). Результат измерения записывается с учетом промежутка времени между началом и концом измерений. Измерение считается законченным, когда потребление тока достигнет максимума 2а. Целью этого анализа является подтверждение соответствия представленных партий пшеницы (например, групп Е и А пшеницы) названию с использованием соответствующих агрегатных состояний.
Для определения момента максимального образования клейковины подключаются амперметр и смеситель. При образовании в массе сетки клейковины миксер испытывает увеличение сопротивления, вызывающее повышение потребления тока и, тем самым, увеличение показываемого количества ампер.
Однако отрицательным в этом способе является тот факт, что в различных приборах никогда не может быть идентичных электродвигателей, так что разные приборы регистрирует различные величины потребления тока, поскольку разные обмотки создают также разные термические краевые условия.
Кроме того, использование дистиллированной воды подходит не для любой пробы, поскольку установлено, что у некоторых проб, так называемой, «слабой» муки агрегации не происходит. Отрицательным фактором является также необходимость относительно большого количества пробы. Еще одним недостатком, имеющим решающее значение, является также большая продолжительность анализа, причем подготовительные этапы работы до начала собственно измерения являются обстоятельными и требуют много времени.
Поэтому в основу изобретения положена задача проведения экспресс-анализа вышеуказанного типа таким образом, чтобы более точные результаты достигались независимо от прибора при минимизированном количестве пробы и даже при «слабой» муке.
Изобретение решает эту задачу с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. Другие предпочтительные формы выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения, причем для осуществления способа предлагается особое специализированное устройство.
Решающее новшество способа согласно изобретению по сравнению с уровнем техники усматривается в том, что непосредственно измеряется возникающее усилие, необходимое для деформации, которое при агрегации постепенно увеличивается, достигая максимума. Тем самым достигается независимость от тепловых эффектов, которые могут исказить результаты измерения. Скручивающие усилия, оказываемые во время измерений со стороны пробы, например, на электродвигатель лопасти мешалки, установленный с возможностью вращения, с помощью рычага с определенной длиной плеча передаются на измерительное устройство, работающее с тензометрическими датчиками. Программа, управляющая процессом измерения, по силе и известной длине плеча рычага рассчитывает соответствующий крутящий момент.
В порядке альтернативы измерение силы может также осуществляться непосредственно по оси или по закручиванию пробоотборного сосуда, установленного в качестве альтернативы с возможностью вращения.
На диаграмме 2 показаны процессы измерения для трех различных сортов муки, причем, тестировались так называемые, «сильная», «слабая» и «средняя» мука.
Как видно из диаграммы, «сильная» мука достигает максимума уже через 480 с, в то время как «слабая» мука достигает максимума агрегации лишь примерно через 900 с.
Таким образом, с помощью метода согласно изобретению различные сорта муки можно дифференцировать по их максимумам.
На диаграмме 1 показано, что с помощью метода согласно изобретению путем использования раствора минеральных солей и кислот/щелочей можно верифицировать агрегатное состояние даже «слабой» муки, причем максимум в этом случае достигается за время агрегации порядка 430 с. В противоположность этому диаграмма для той же «слабой» муки в дистиллированной воде (как в уровне техники) не показывает агрегатного состояния.
Подводя итоги, можно сказать, что с помощью способа согласно изобретению можно с уверенностью тестировать самые разные сорта муки, шрота, зерна, а также смесей для выпечки на предмет их агрегатного состояния.
При этом в отличие от уровня техники необходимо лишь незначительное количество пробы. Опыты показали, что при соотношении тестируемого материала и раствора пробы между 1:1,2 и 1:1,25 достаточным количеством пробы являются 10-20 г примерно в таком же количестве растворителя.
Согласно п.5 формулы изобретения суспензионная среда должна иметь электропроводность более 5 мкСм, а величину pH от менее 2 до 13.
Согласно п.3 формулы изобретения предусмотрено, что число оборотов измерительной лопасти не должно превышать 6000 об/мин. С одной стороны, этот режим является щадящим для пробы, а с другой, для прибора.
Число оборотов, которое может быть существенно ниже, чем 6000 об/мин (между 1000 и 6000), задается программой и автоматически корректируется путем постоянного сравнения фактического значения с заданным.
При анализе учитывается также постоянная запись температуры.
Предпочтительное устройство для осуществления вышеупомянутого способа представлено в п.6 формулы изобретения. Речь идет о приборе, в котором привод и измерительная лопасть установлены над пробоотборным сосудом, так что измерительная лопасть может вводиться в пробоотборный сосуд сверху. Электродвигатель, служащий приводом измерительной лопасти, установлен с возможностью вращения и соединен с помощью плеча рычага с динамометром. Динамометр работает с тензометрическими датчиками. Скручивающее усилие, оказываемое со стороны пробы на измерительную лопасть, а через нее на электродвигатель, с помощью плеча рычага передается на тензометрические датчики. Затем программа по произведению силы на плечо рычага рассчитывает крутящий момент. Особенно предпочтительной является новая геометрия пробоотборного сосуда и измерительной лопасти, формы которых оптимально соответствуют друг другу. Измерительный пробоотборный сосуд является гладкостенным и выполнен в виде цилиндра. Контуры измерительной лопасти прямоугольные и, по существу, соответствуют продольному сечению гладкостенного смесительного пробоотборного сосуда. В продольных боковых стенках измерительной лопасти предусмотрены открытые снаружи выемки, пропускающие размешиваемую пробу. Выемки предусмотрены и на внутренней поверхности измерительной лопасти.
Столь просто устроенный пробоотборный сосуд, предпочтительно, удерживается в приборе с помощью байонетного соединения и может быть изготовлен из стального листа с покрытием или из пластмассы.
Измерительная лопасть отличается также своей простой экономичной конструкцией.
В качестве привода предлагается бесщеточный электродвигатель с электронной стабилизацией числа оборотов, в то время как в соответствии с уровнем техники применяются электродвигатели переменного тока, у которых число оборотов приходится устанавливать вручную с помощью потенциометра, и поэтому контролируемая регулировка числа оборотов во время измерения путем подгонки фактических значений под заданные невозможна.
Измерение может начинаться сразу без подготовительных действий, описанных выше, как только придет в движение измерительная лопасть.
На фиг.1 схематически изображено устройство для осуществления способа согласно изобретению,
фиг.2 - блок-схема осуществления способа согласно изобретению,
фиг.3 - диаграмма 1, на которой показано дифференцирование типов муки с помощью суспензионных сред, и
фиг.4 - диаграмма 2, на которой показано дифференцирование типов муки на основании их пиков GPT.
Позицией 1 обозначен гладкостенный цилиндрический пробоотборный сосуд, в котором вращается мешалкоизмерительная лопасть 2. Измерительная лопасть 2 приводится во вращение электродвигателем (здесь не показан), располагающимся над пробоотборным сосудом 1. Этот электродвигатель установлен с возможностью вращения и соединен рычагом 3 с динамометром 4, оснащенным тензометрическими датчиками. Усилие, измеряемое тензометрическими датчиками, является скручивающим усилием, которое создается за счет сопротивления, оказываемого измерительной лопасти со стороны пробы. Программа рассчитывает по этой силе, воздействующей на тензометрические датчики, и по определенной длине рычага 3 соответствующий крутящий момент и показывает его на диаграмме в зависимости от продолжительности работы.
На первом этапе в пробоотборный сосуд 1 вводится суспензионная среда (водный раствор солей, щелочей, кислот). Количество составляет, например, около 15 г. На втором этапе в пробоотборный сосуд 1 добавляются тестируемые мука, шрот, смесь для выпечки. Количество составляет, например, около 12,5 г. На третьем этапе включением измерительной лопасти 2 при скорости вращения, например, 2500 об/мин, начинается измерение. Измеряется сила, по ней рассчитывается соответствующий крутящий момент, и на четвертом этапе результаты представляются графически. Это происходит по программе, заложенной в компьютер 5.