Исследование способов гидротермической обработки зерна овса без пропаривания Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

664.785.04

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА ОВСА БЕЗ ПРОПАРИВАНИЯ

Л.В. АНИСИМОВА

Алтайский государственный технический университет им. И.И, Ползунова

Традиционные технологии с пропариванием зерна при гидротермической обработке ГТО на крупозаводах малой мощности, приближенных к источникам сырья, нередко использовать сложно из-за отсутствия или недостатка пара. Поэтому возникла потребность в разработке новых или развитии уже известных способов ГТО зерна, исключающих операцию пропаривания.

Установлено [1,2], что в равновесном состоянии влага в зерне распределена неравномерно. Например, равновесная влажность цветковых пленок проса и овса ниже равновесной влажности ядра (при одинаковых условиях окружающей среды). В связи с этим вызывает интерес изучение способов ГТО зерна, позволяющих использовать естественную разницу во влажности его анатомических частей для улучшения технологических свойств.

Нами исследованы два способа ГТО зерна овса, исключающие операцию пропаривания и позволяющие использовать неравномерное распределение влаги в зерне:

способ 1 — с увлажнением и отволаживанием зерна;

способ 2 — с увлажнением, отволаживанием и сушкой зерна.

Опыты проводили на зерне овса рядового (Алтайский край) урожая 1995 г. с начальной влажностью 10,5 (способ 1) и 8,2% (способ 2), натурой 527 г/л, пленчатостью 28,8%, массой 1000 зерен 32,5 г. Шелушили зерно на лабораторном центробежном шелушителе, увлажняли вручную, сушили на лабораторной сушилке в потоке нагретого воздуха.

Изучали комплексное влияние основных параметров исследуемых способов ГТО на эффективность шелушения зерна, которую оценивали по коэффициентам шелушения Кш, цельности ядра К (целое ядро — сход сита с отверстиями размером 1,4x20 мм)и Ка'я (целое ядро — сход сита с отверстиями (1 2 мм) и выходу дробленого ядра [3].

Для отыскания оптимальных условий ведения ГТО применили математические методы планирования экспериментов [4].

В качестве варьируемых факторов при исследовании 1-го способа ГТО выбрали влажность зерна после увлажнения и длительность отволажива-ния гптв. Основной уровень и интервалы варьирования факторов приведены в табл. 1.

Математическую модель процесса получили на основе плана полного факторного эксперимента ПФЭ 2г, При этом выход процесса оценивали по

трем показателям: у,, — К , %; уи — К ; у№ —

*иЛ

После реализации плана эксперимента и статистической обработки опытных данных получили уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс ГТО (способ 1):

уг = 81,7 - 3,6л:, + 1,1х2; (1)

уи = 0,87 + 0,09л:, + 0,03х2 - 0,02х,х2; (2)

уш = 0,96 + 0,03х, + 0,01х2. (3)

Из уравнений регрессии видно, что с ростом

влажности зерна К снижается, а и К '

* ш д.я ц.я

возрастают. Увеличение длительности отволажи-вания приводит к росту эффективности шелушения по всем рассмотренным критериям.

' ~ ' ‘ ’ Таблица 1

Фактор Кодовое обозна- чение Уровни факторов Интер-

нижний основ- ной верхний вал варьи- рования

Влажность зерна после увлажнения, % ■ <? х. 13,0 16,2 •У' - |Д' 19,4 3,2

Длительность отволаживания, ч Х2 2 7 12 5

В связи с тем, что влажность зерна оказывает противоположное влияние на Кш и Кця (Кпя'), проведение оптимизации процесса по методу Бокса-Уилсона становится невозможным. Поэтому оптимальные условия данного способа ГТО находили графическим методом (путем построения линий равного выхода на плоскости). Анализ полученного изображения позволил отыскать следующие оптимальные условия процесса ГТО (способ 1):

= 15-16%; готв = 10-12 ч.

При исследовании 2-го способа ГТО изучали влияние на эффективность шелушения влажности зерна после увлажнения №,, температуры агента сушки Гас и времени сушки тс. Интервалы варьирования указанных факторов (табл. 2), а также длительность отволаживания готв (данный фактор поддерживали на постоянном уровне готв = 12 ч) назначили с учетом результатов предварительно проведенных однофакторных экспериментов. Во всех опытах, кроме того, определяли влажность зерна, направляемого на шелушение (влажность зерна после сушки).

Математическую модель процесса при исследовании 2-го способа ГТО получили на основе плана

ПФЭ приня, Ура зации щие п

У\

+ 1,5л:

-$Ьс

Вел

ниях

НЫХ Ц( ния <| симме Это д поиск

Фаі

Влажш

зерн

поел

увла

ния,

Темпер

агент

суш*

Время

суш*

Ана регрес факто] увлаж Наобо и врел нию К При тов фі быть о в НИХ ] нения моделі ГТО. тех же процес находї на пло Так тора, г из фа» не.

Пол

давши:

И*>я стабил нях, ГИ услови 12 ч; I При дуемы: средни же прі ектш ТО) і

>4.785.04

і. я * Ут

и стати-юлучили .шающие

(!)

ххх2; (2)

(3) : ростом

, и к;

гволажи-

шелуше-

Таблица 1

Интер-

вал

варьи-

рования

3,2

5

(азывает

)•

оду Бок-тому оп-аходили

! ЛИНИЙ

1ученно-)щие оп-1):

изучали шности ,1 агента >1 варьи-з также фактор = 12 ч) ительно тов. Во ажность зжность

«хледо-!е плана

ПФЭ 23. В качестве критериев оптимальности приняли: уг — Кш,%; уи — К^я.

Уравнения регрессии, полученные после реализации плана эксперимента, адекватно описывающие процесс ГТО (способ 2), имеют вид

у1 = 86,7 - 2,7х, + З,2х3 + 4,5х4 + 1,3л, х3 +

+ 1 ,5аг.л:4; (4)

у,т = 0,930 + 0,022х, - 0,025*, - 0,032х4 -- 0,005л,Хз - 0,023х3х4 - 0,005х1х,,х4. (5)

Величины линейных коэффициентов в уравнениях (4) и (5) свидетельствуют об удачно выбранных центре эксперимента и интервалах варьирования факторов, так как оба уравнения близки к симметричным относительно линейных членов. Это должно обеспечить наиболее эффективный поиск оптимальных условий ГТО.

Таблица 2

Фактор Кодовое обозна- чение Уровни факторов Интер-

нижний основ- ной верхний ВАЛ варьиро- вания

Влажность зерна после увлажнения, % х, 15,0 18,5 22,0 3,5

Температура агента сушки, С Хз 90 120 150 30

Время сушки, мин х4 2 4 6 2

Анализ линейных коэффициентов уравнений регрессии показывает, что в изученных диапазонах факторов с повышением влажности зерна после увлажнения снижается Кш, но возрастает Кпя. Наоборот, увеличение температуры агента сушки и времени сушки приводит к росту Кш и уменьшению кпя.

При проверке значимости квадратичных эффектов факторов получили, что процесс ГТО может быть описан уравнениями (4) и (5) без включения в них квадратичных членов. Поэтому данные уравнения использовали в качестве математической модели при оптимизации исследуемого способа ГТО. Из-за противоположного влияния одних и тех же факторов на Кшч Кия оптимальные условия процесса, как и при изучении 1-го способа ГТО, находили путем построения линий равного выхода на плоскости с последующим анализом графиков.

Так как на результат процесса влияют три фактора, при построении графиков на плоскости один из факторов фиксировали на определенном уровне.

Полный анализ уравнений (4) и (5), сопровождавшийся построением графиков зависимостей Кш и К от различного сочетания пар факторов при стабилизации третьего фактора на разных уровнях, позволил подобрать следующие оптимальные условия процесса ГТО (способ 2): 18-20%; готв

12 ч; ?а_с 150-160°С; гс 3-5 мин.

При полученных оптимальных режимах исследуемых способов ГТО провели две серии опытов, средние результаты которых свели в табл. 3. Здесь же приведены показатели, характеризующие эффективность шелушения исходного зерна овса (без ГТО) и зерна, прошедшего ГТО с пропариванием

в соответствии с ’’Правилами организации и ведения технологического процесса на крупяных предприятиях” (давление пара 0,1 МПа; время пропаривания 5 мин; влажность зерна после сушки 11,5%). В табл. 3 также указана влажность зерна, ядра и цветковых пленок перед шелушением (влажность зерна и ядра определяли стандартными методами путем сушки навесок в сушильном шкафу, влажность цветковых пленок рассчитывали исходя из весового соотношения анатомических частей зерна овса). „ , ч- ;

\ >'• ■

Таблица 3

Способ ГТО Влажность перед шелушением, % Коэффици- енты цельности ядра Вы- ход дроб-

зерна ядра цвет- ко- вых пле- нок о/ /о Кц.я лено- го ядра, %

Исходное зерно (без ГТО) 10,5 11,0 9,3 81,5 0,80 0,92 3,9

Увлажнение, отвола- живание 15,9 16,0 15,7 80,8 0,92 0,97 1,0

Увлажнение, отвола- живание, сушка 11,0 12,4 7,5 91,8 0,95 0,97 1,0

Пропаривание, сушка (по ’’Правилам..;’) 11,5 13.0 7,8 93,0 0,86 0,93 3,6

Сравнивая эффективность шелушения зерна, прошедшего ГТО, и исходного зерна овса, можно сделать следующие заключения:

при использовании способа ГТО, включающего увлажнение и отволаживание зерна, повышаются К, = и К ’ без снижения К, что обеспечивается

д. я ц. я ш

достаточной для распределения внесенной в зерно влаги длительностью отволаживания; при этом ядро приобретает несколько большую влажность, чем цветковые пленки;

усиление неравномерности распределения влаги в зерне при способах ГТО, включающих операцию сушки, приводит к росту не только коэффициентов цельности ядра, но и коэффициента шелушения; следует также отметить, что в исследованных режимах рассматриваемых способов ГТО цветковые пленки и ядро в зерне перед шелушением находятся е неравновесном по влажности состоянии; поэтому отволаживание зерна после сушки нежелательно, так как неизбежное при этом перераспределение влаги может ухудшить его технологические свойства;

технологические свойства зерна овса, обработанного по способу с увлажнением, отволажива-нием и сушкой, несколько превосходят технологические свойства зерна, подвергнутого ГТО с пропариванием и сушкой (в соответствии с ’’Правилами ...”), что проявляется прежде всего в уменьше-

нии выхода дробленого ядра; кроме того, при использовании способа ГТО, включающего увлажнение, отволаживание и сушку, существенно снижается содержание расколотых ядер (часть продукта, получаемого проходом через сито с отверстиями размером (1,4*20) мм и сходом сита с отверстиями й 2 мм) в общем выходе целого ядра, что способствует улучшению качества готовой крупы.

ВЫВОД

Оба исследованных способа ГТО позволяют повысить эффективность шелушения зерна овса. При этом если способ ГТО, включающий увлажнение и отволаживание зерна, приводит к увеличению коэффициентов цельности ядра и соответственно снижению выхода дробленого ядра, то способ ГТО с увлажнением, отволаживанием и сушкой — к росту и коэффициентов цельности ядра при одно-

временном снижении выхода дробленого ядра, и

коэффициента шелушения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анисимова Л.В.Анализ изотерм сорбции паров воды зерном гречихи и проса / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1997. — № 6. — С. 49-51.

2. Анисимова Л.В., Захарова Е.В., Свистунова Е.А. Гигроскопические свойства анатомических частей зерна проса // Тр. Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова. Вып. 6:

■ Техника и технология зерна и плодов / Алт, гос. тех. ун-т им. И.И.Ползунова. — Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 1996. —-С. 21-25.

3. Мельников Е.М. Технология крупяного производства. — М.: Агропромиздат, 1991. — 207 с.

4. Грачев Ю.П, Математические методы планирования экспериментов. — М.: Пищевая прсм-сть, 1979. — 200 с.

Кафедра технологии хранения и переработки зерна

Поступила 26.01.99 г.

664.665.002.2

КИНЕТИКА ЭКСТРУЗИОННОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ХРУСТЯЩИХ ХЛЕБНЫХ ПАЛОЧЕК

А.Н. ОСТРИКОВ, О.В. АБРАМОВ, А.С. РУДОМЕТКИН

Воронежская государственная технологическая академия

Исследование влияния условий экструзионной обработки крошки из черствого и деформированного хлеба ЧДХ с добавкой свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката на характер экс-трудирования и качество готового продукта позволяет глубже понять и оценить физику данного процесса.

С этой целью была проведена серия экспериментов при рациональных параметрах экструзионного процесса (температура смеси перед матрицей 433-453 К, влажность 12—15%, скорость вращения шнека 4,95-6,28 с ‘, массовая доля добавки свекольно-паточного порошка 3-5%), определенных путем оптимизации параметров экструдирования методом "крутого восхождения”. Полученные результаты оформили в виде табличных данных 11]. Эксперименты проводили в 3-, 5-кратной повторности. В таблицах были показаны средние значения из серии определений, по которым построили графические зависимости (рис. 1-4).

Во всех случаях была выбрана массовая доля добавки свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката 4%, так как при доле добавки 3 и 5% характер кривых практически аналогичен. Графики зависимости температуры продукта от времени нахождения его в экструдере при разлладьх значениях скорости вращения шнека, температуры в предматрице (I — 443 К, II — 453 К), фиксированном значении начальной влажности 12% и массовой доле добавки свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката 4% (рис. 1) свидетельствуют, что разогрев продукта в рабочей камере экструдера происходит гораздо интенсивнее с повышением скорости вращения шнека. При высоких скоростях пищевая смесь находится меньше времени в рабочей камере, что снижает вероятность разложения термолабильных питательных веществ при возрастании температуры в предмат-ричной зоне экструдера. Последующее падение ее обусловлено выходом экструдата из формующего канала матрицы. Повышение начальной влажности смеси также приводило к увеличению скорости протекания процесса экструзии.

Рас рабоч вращ< резки вплот темпе време выхо; ется , вьют вода когда за счб го кол перат умен! При I обусл течен данш равнс так ! экстр распл ность Из: си с рабоч попа; ния, но вы 10-21 Пр

перат зоны нить ход п свекс рикат дуем( СТИК1 удель во хр