CC BY
47
степени обеспеченности рабочего места средствами защиты. По предложенной методике можно определить
такую периодичность проведения повторных инструктажей, при которой производственный травматизм и производственно-обусловленная заболеваемость работников предприятия будут минимальны.
Литература
1. Зайнишев А.В., Горшков Ю.Г., Юсупов Р.Х. Пути снижения производственно-обусловленной заболеваемости и травматизма работников АПК: моногр. - Челябинск, 2009.
2. Чепелев Н.И. Методы и технические средства повышения безопасности операторов при технологических отказах сельскохозяйственной техники: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Красноярск, 2004. - 33 с.
3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - 5-е изд. - М.: Высш. шк., 1998. - 576 с.
4. Агеев Л.Е., Шкрабак B.C., Моргулис-Якушев В.Ю. Сверхмощные тракторы сельскохозяйственного назначения. - Л.: Агропромиздат, 1986. - 415 с.
5. Юсупов Р.Х., Горшков Ю.Г., Зайнишев А.В. Моделирование производственного травматизма // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2005. - № 2. - С. 27-28.
6. Горшков Ю.Г., Юсупов Р.Х., Зайнишев А.В. Информационный подход к анализу производственного травматизма в АПК // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2005. - № 6. - С. 24-26.
7. Зайнишев А.В. Использование результатов аттестации рабочих мест при моделировании системы "Человек - Машина - Среда" // Достижения науки - агропромышленному производству: мат-лы 28-й междунар. науч.-техн. конф. - Челябинск: ЧГАУ, 2009. - Ч. 3. - С. 70-75.
8. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда. P 2.2.2006-05.
9. Методические указания по оценке травмобезопасности рабочих мест для целей их аттестации по условиям труда. - М., 2006.
10. Организация обучения безопасности труда. Общие положения - ГОСТ 12.0.004-90. - М.: Изд-во стандартов, 1991.
---------♦-----------
УДК 664.655:621.365.5 Г.Г. Юсупова, Р.Х. Юсупов
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭНЕРГИЕЙ СВЧ-ПОЛЯ КАК ФАКТОР, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ КАЧЕСТВО И БЕЗОПАСНОСТЬ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
В связи с ежегодным накоплением инфекции в почве, воздухе и семенах, появилась тенденция к нарастанию большого перечня заболеваний пшеницы, ржи, кукурузы, риса и других сельскохозяйственных культур. В статье рассматривается способ обработки семян сельскохозяйственных культур, обеспечивающий их безопасность, а также повышение качества хлебопекарных изделий.
Ключевые слова: семена, продовольственное зерно, инфекции, хранение, переработка, мука, хлебобулочные изделия, электромагнитное поле, сверхвысокая частота.
G.G. Yusupova, R.Kh. Yusupov ELECTROTHERMAL INFLUENCE BY ENERGY OF THE MICROWAVE FIELD AS THE FACTOR PROVIDING QUALITY AND SAFETY OF BAKERY PRODUCTS
In connection with annual infection accumulation in soil, air and seeds, there is a tendency to increase of the big list of diseases of wheat, rye, corn, rice and other agricultural crops. The way of processing the agricultural crop seeds, providing their safety and bakery product quality increase is considered in the article.
Key words: seeds, food grain, infections, storage, processing, flour, bakery products, electromagnetic field, microwave frequency.
В условиях, когда из года в год происходит накопление инфекции в почве, воздухе и семенах, появилась тенденция к нарастанию большого перечня заболеваний пшеницы, ржи, кукурузы, риса и других сельскохозяйственных культур из числа особо вредоносных: альтернариозных, гельминтоспориозно-фузариозных инфекций, головневых, бактериозов и др. Возникла реальная угроза наряду с потерями до 30-40% урожая получения продовольственного зерна, не отвечающего требованиям стандарта по уровню инфицированности и наличию в нем токсинов, продуцируемых многими фитопатогенными грибами, а также спороносными бактериями из p. Bacillus, оказывающих влияние на качество зерна, муки и хлеба.
Полноценные продукты из сельскохозяйственного сырья возможно получать путем направленного изменения его технологических и физико-химических свойств в процессе хранения и переработки. В связи с поступлением на элеватор зерна пшеницы, зараженного инфекцией, актуальна задача его обеззараживания прежде, чем оно поступит на дальнейшую переработку.
Трудность борьбы с инфекционными агентами зерна пшеницы состоит в том, что они представлены споровыми формами возбудителей, имеющими высокую устойчивость к температурному фактору. Задача оздоровления продовольственного зерна требует коренного изменения приоритетов. Химические соединения, несмотря на их высокую эффективность, продолжительность действия на вредоносную биоту, универсальность, не могут быть использованы. Причиной этому является способность химических соединений накапливаться в продовольственном зерне и продуктах его переработки.
Альтернативой химическим методам является прием, способный наряду с уничтожением патогенной микрофлоры обеспечить сохранность белкового комплекса, количество и качество клейковины, а также улучшить весь комплекс физико-химических показателей, определяющих хлебопекарные свойства муки. Этим требованиям отвечают электрофизические методы [1].
Потребность в комбинированном методе физического воздействия привела к разработке высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) воздействия на инфицированный объект с целью его оздоровления. Метод СВЧ-обеззараживания объединяет воздействие двух полей электромагнитного и теплового, показывая высокую эффективность как в повышении качества сырья, так и в освобождении его от комплекса патогенных микроорганизмов грибной, бактериальной и вирусной этиологии.
В настоящее время результаты многолетних исследований и производственных испытаний однозначно подтвердили преимущества метода, зарекомендовав его как наиболее безопасный, экологичный из всех существующих.
Более того, в силу сложившихся обстоятельств, когда фитосанитарное состояние посевов повсеместно достигло уровня эпифитотий, на фоне которых получаемая продукция имеет зараженность, многократно превышающую ПДК, авторами метода расширен спектр сельскохозяйственных культур, для которых продолжают экспериментально разрабатываться оптимальные параметры обеззараживания.
Установленные экспериментальным путем параметры предусматривают наряду со снижением инфекции зерна и разрушения микотоксинов сохранение и даже улучшение технологических и хлебопекарных качеств зерна, продуктов его переработки и являются достаточно эффективными, экологичными, энерго- и трудосберегающими.
Исследования проводились по методике активного планирования, которая позволяла минимизировать необходимый объем эксперимента, сохранить удовлетворительные статистические характеристики, а также сократить материальные затраты на проведение опытов.
Согласно этой методике использовались двух- и трехфакторные планы [2]. Оценка эффективности обеззараживания зерна и продуктов его переработки на сочетание режимных параметров (экспозиции и скорости нагрева) в электромагнитном поле СВЧ проводилась по снижению уровня зараженности грибной и бактериальной инфекции, а также по сохранению и улучшению биохимического состава.
Статистическая обработка полученных экспериментальных данных, проведенные регрессионный и дисперсионный анализы позволили получить адекватные модели взаимосвязи между режимными параметрами СВЧ-технологического воздействия и основными характеристиками состояния зерна, продуктов его переработки и комплекса микроорганизмов. Полученные уравнения позволили оценить степень влияния факторов воздействия на количественные и качественные характеристики процессов, происходящих с живыми объектами в СВЧ-поле [3].
Необходимо отметить высокий процент зараженности грибной инфекцией сырья, отобранного для производства продуктов потребления. В контрольных образцах он составлял от 50 до 78%.
В ходе анализа фитопатогенного комплекса продовольственного зерна был установлен его родовой состав. Наиболее часто встречаются возбудители родов Alternaria, Bipolaris, Fusarium, Mucor, Penicillium, Aspergillus, Bacillus (табл. 1).
Из анализа табл. 1 вытекает, что среди почвенных инфекций преобладают виды родов Memaria, Bi-polaris, при выращивании на различных питательных средах грибы быстро образуют обильный мицелий в случае, если температурный ингредиент невысок при кратковременном воздействии ЭПМ СВЧ в течение 40 с. Это связано с активизацией слабым температурным воздействием ростовых ферментов спор грибов. При дальнейшем росте нагрузок СВЧ-энергии и температуры до 60-65 °С споры грибов и бактерий теряют способность к прорастанию. Зараженность возбудителями этого рода сводится к нулю. Наблюдается устойчивый обеззараживающий эффект по этому виду полевой инфекции при воздействии на нее энергии СВЧ-поля.
Таблица 1
Влияние СВЧ-энергии на фитопатогенный комплекс
Объект исследования Температу- ра,^ Зараженность, 110 КОЕ/г
Alternaria Aspergillus Penicillium Bacillus
Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт Конт- роль
Кукуруза 64 0 9 0 25 0 17 0 132
Кукурузная крупа 62 0 6 0 13 0 3 0 117
Кукурузная мука 61 0 5 0 10 0 2 0 127
Кукурузный жир 67 0 9 0 8 0 3 0 14
Пшеница 65 0 19 0 37 0 37 0 96
Мука в/сорта 62 0 5 0 3 0 1 0 73
Мука I сорта 62 0 6 0 5 0 1 0 97
Мука II сорта 61 0 8 0 7 0 2 0 119
Фузариозная инфекция также сохраняется на зерне после прохождения всех стадий очистки перед процессом переработки и в производстве пищевых продуктов [3]. Грибы рода Fusarium считаются устойчивыми, что объясняется нетребовательностью к условиям окружающей среды, способностью утилизировать различные субстраты благодаря мощному ферментативному аппарату. Тем не менее воздействие ЭМП СВЧ на фузариозную инфекцию эффективно и может считаться одним из способов снижения уровня загрязнения пищевых продуктов фузариотоксинами. При нагреве продукции от 60°С инфекция сводится к нулю.
Группа плесневых грибов представлена возбудителями родов Mucor, Penicillium, Aspergillus. Из полученных данных следует, что грибы рода Mucor проявляют чрезвычайную устойчивость к температурному воздействию. Выбранные режимы не позволяют полностью освободится от данной инфекции, а лишь снижают зараженность на 18-19%.
Их клеточные стенки представлены хитозаном, нерастворимым в воде, что может быть причиной их устойчивости к воздействию ЭМП СВЧ. Кроме того, бесполовое размножение мукоровых не нуждаются в предварительном периоде покоя, они прорастают, образуя мицелий, одноклеточные, ветвящиеся гифы, которые быстро осваивают субстрат. Однако тенденция к снижению заспоренности при воздействии СВЧ-энергии наблюдается и у этих грибов. При увеличении экспозиции до 6 мин и снижении скорости нагрева при температуре 65°С зараженность видами рода Mucor снижается до нуля.
Помимо мукоровых на пищевых продуктах и сырье нередко фиксируются плесневые грибы рода Penicillium. Виды этого рода восприимчивы к воздействию ЭМП СВЧ при температуре от 60°С. Эта инфекция иллюминирована полностью.
Грибы рода Aspergillus встречаются на всех видах продовольственного зерна и продуктах его переработки. Эффект полного обеззараживания наблюдается при температуре 60-65°С.
Биологические эффекты действия СВЧ-поля сказываются не только на состоянии грибного патогенного комплекса, но и на биологическом составе зерна, процессах, происходящих в нем, и продуктах его переработки.
Умеренное тепловое воздействие создает для зерна условия, совпадающие с тем, при которых зародыш начинает расти. Это приводит к активизации его ферментных систем, к началу расщепления высокомолекулярных веществ.
Биохимические процессы в зерне и зародыше усиливаются при нагревании до 43-65°С. Температура нагрева свыше 70°С вызывает потерю всхожести вследствие денатурации белков, что является нежелательным эффектом, влияющим на качественные показатели зерна и хлебопекарные свойства муки.
Исследование влияния режимов СВЧ-обеззараживания на показатели биохимического состава зерна и хлебопекарные свойства муки привели к следующим результатам.
Одним из основных показателей технологических достоинств зерна является количество и качество клейковины. В результате проведенных исследований влияния обеззараживающих режимов на белковоклейковинный комплекс зерна и муки установлено, что задаваемые параметры вызывают изменения качества клейковины (табл. 2).
В зависимости от условий, вызванных воздействием СВЧ-энергии, в зерне и муке можно выделить три стадии качественных изменений (табл. 3, рис.).
Первая стадия характеризуется воздействием мягких режимов (рис., вариант 3). При сочетании минимальных и средних значений экспозиции и мощности создается невысокая температура 33-45°С. Наблюдаются первые признаки денатурации белков, проявляющиеся в виде изменения растяжимости клейковины. Показатель ИДК (деформация клейковины) превышает 100 единиц; такая мука может использоваться в кондитерском производстве.
Таблица 2
Влияние СВЧ-энергии на хлебопекарные свойства зерна и муки
Температура, оС Показатель ИДК, ед
Зерно Мука в/сорта Мука I сорта Мука II сорта
62 73,3 75,9 73,3 70,1
85 Разрушено Разрушено Разрушено Разрушено
33 93,5 97,6 100,1 99,7
Контроль 85,7 87,8 89,2 83,7
Таблица 3
Результаты пробной лабораторной выпечки хлеба
Вариант Масса, г Удельный объем Кислотность Пористость
Контроль 500 3,56 1,8 82
1 500 3,56 1,6 79
2 500 3,56 1,6 80
3 500 3,56 1,6 81
На второй стадии при повышении температуры до 60°С (рис., вариант 2) наблюдается дальнейший процесс денатурации, улучшаются хлебопекарные свойства муки, отмечается хороший удельный объем хлеба в пробной выпечке который характеризуется разрыхленной пористой структурой мякиша, поверхностная корочка имеет характерный цвет.
Для третей стадии характерно дальнейшее укрепление клейковины (рис., вариант 1). При нагреве зерна и муки до 75°С клейковина становится крошащейся и неотмывающейся. Хлебопекарные свойства заметно снижаются, корочка хлебобулочных изделий остается бледной, что свидетельствует об отсутствии реакции меланоидинообразования, мякиш уплотнен, пористость слабо выражена.
Таким образом, СВЧ-обработка дает возможность направленно изменять белковый комплекс зерна пшеницы в сторону их улучшения и тем самым повышать технологические (хлебопекарные) показатели сырья, а, следовательно, и потребительские достоинства готовой продукции.
Углеводы являются необходимым источником питания и важнейшим опорным материалом, обеспечивающим прочность растительных клеток.
От состояния углеводов также зависит газообразующая способность муки. При возрастании активности амилолитических ферментов качество зерна и муки ухудшается, поэтому хлеб, полученный из муки такого зерна, не соответствует установленным требованиям.
Результаты пробной лабораторной выпечки хлеба
Экспериментальные данные показывают, что при обеззараживании зерна пшеницы, кукурузы наблюдаются незначительные колебания качества крахмала (табл. 4).
При нагреве зерна в пределах 60°С содержание крахмала снижается на 12% при скорости нагрева 0,6 и
0,8°С/с и экспозиции 60 и 30 с; на 16% - при скорости нагрева 0,4 °С/с и экспозиции 90 с; на 11% - при скорости нагрева 0,6°С/с и экспозиции 30 с; на 4% - при скорости нагрева 0,4°С/с и экспозиции 60 с.
Реакции гидролиза крахмала идут при участии амилолитических ферментов с образованием декстринов, затем мальтозы и глюкозы. Содержание в зерне крахмала и глюкозы таким образом взаимосвязано.
Таблица 4
Влияние СВЧ-поля на углеводный комплекс зерна
Режимы СВЧ-поля Температура нагрева, 1, С Содержание углеводов, г/100 г сухого вещества
Экспозиция, т, с Скорость нагрева, Уі,°С/с Крахмал Сахароза Глюкоза
90 0,8 85 46,8 1,35 0,21
30 0,4 34 60,0 0,95 0,12
60 0,6 60 52,8 1,56 0,17
Контроль 23 60,0 0,97 0,11
При увеличении величины воздействия СВЧ-поля на зерно наблюдается рост процентного содержания глюкозы. Причем максимальных значений этот показатель достигает при экспозиции 90 с; в вариантах со скоростью нагрева 0,4-0,8°С/с содержание глюкозы увеличивается в 1,9 раза.
В процессе негидролитического распада полисахаридов без участия амилаз образуется сахароза, максимально возрастая количественно при тех же режимах обработки СВЧ-полем, что и редуцирующие сахара. При значениях экспозиции 75-90 с и умеренной скоростью нагрева (0,4-0,6°С/с) наблюдается также рост амилазной активности зерна; с увеличением скорости нагрева до 0,8 °С/с происходит ее резкий спад.
При увеличении активности а-амилаз и количества редуцирующих сахаров, а также инвертных сахаров, произойдет возрастание интенсивности спиртового брожения в период созревания теста, полученного из обработанного ЭМП СВЧ сырья.
Таким образом, при воздействии СВЧ-поля со скоростью нагрева 0,4-0,6°С/с и экспозицией 60 с наблюдается обеззараживающий эффект при сохранении, а по некоторым позициям и улучшение продовольственных качеств зерна и продуктов его переработки.
Литература
1. Юсупова Г.Г., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И. Использование СВЧ-энергии при разработке технологии диетических сортов хлеба // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2004. - № 2. -С. 16-17.
2. Пен Р.З. Статистические методы моделирования и оптимизации процессов целлюлозно-бумажного производства: учеб. пособие. - Красноярск: Изд-во КГУ, 1982. - 192 с.
3. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И, Юсупова Г.Г. Методы и математические модели процесса обеззараживания продовольственного зерна. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2004. - 250 с.
УДК 631.531.1 Г.И. Цугленок, Р.А. Зубова
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЭСПАРЦЕТА И КОЗЛЯТНИКА
В статье представлены результаты предпосевной обработки семян козлятника и эспарцета полем сверхвысокой частоты. Получены уравнения регрессии по зараженности, всхожести и температуре семян. Определены эффективные режимы обработки семян.
Ключевые слова: предпосевная обработка семян, сверхвысокая частота, эспарцет, козлятник.
G.I. Tsuglenok, R.A. Zubova RESEARCH OF THE MODES OF PRESOWING PROCESSING OF THE HOLY CLOVER AND GOAT’S RUE SEEDS
The results of presowing processing of the holy clover and goat's rue seeds by the microwaves field are given in the article. The regress equations on contamination, germination and seeds temperature are received. Effective modes for seed processing are determined.
Key words: presowing seed processing, microwave frequency, holy clover, goat's rue.
Для успешного развития животноводства необходимо создание прочной кормовой базы, основу которой составляют растительные корма, доля которых в общем кормовом балансе более 90 %. Основной источник этой группы кормов - полевое кормопроизводство; оно дает более 70 % общего объема кормов.
Увеличение производства кормов с полевых земель должно происходить за счет повышения продуктивности полевых культур и более производительного использования каждого гектара пашни.
Предметом нашего изучения являются многолетние бобовые кормовые культуры, характеризующиеся специфическими положительными особенностями. Например:
