CC BY
153
УДК 664.94,636.5/.6
ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СУХИХ ПРОРОЩЕННЫХ ЗЕРЕН ПШЕНИЦЫ И РЖИ
Н. О. Бурова, Н. А. Кислицина, Ф. И. Грязина, Н. В. Ельчанинова
Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола
PECULIARITIES OF PRODUCTION OF DRY SPROUTED GRAINS OF WHEAT AND RYE
N. O. Burova, N. A. Kislitsina, F. I. Gryazina, N. V. Elchaninova
Mari State University, Yoshkar-Ola
В последние несколько десятилетий среди населения широко распространилась тенденция употребления в пищу пророщенных семян, обладающих полезными свойствами. Особый интерес представляют пророщен-ные зерна пшеницы и ржи, так как именно эта культура повсеместно выращивается на территории России. Зерна с проростками длиной не более 5 мм содержат достаточное количество антиоксидантов, которые в малых концентрациях замедляют или предотвращают окислительные процессы. Кроме того, в процессе проращивания в зерне активизируются ферментные системы и происходит расщепление сложных пищевых веществ до более простых, легко усвояемых организмом человека. При этом, из-за отсутствия современной технологии получения пророщенных зерен, которые могут храниться длительное время без ущерба для их уникальных свойств, промышленность не в полной мере удовлетворяет спрос населения в этих продуктах. Хранение в сухом виде позволило бы решить эту проблему, но существующая технология конвективной сушки пророщенных зерен требует применения высоких температур, что отрицательно сказывается на содержании полученных при проращивании веществ в высушенном продукте. Сушка пророщенных зерен при низких температурах конвективным способом устранила бы этот недостаток, но при этом создаются благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры. Технология сушки пророщенных зерновок ржи и пшеницы в вакуумной сушильной установке с инфракрасными излучателями наиболее перспективна, так как она позволяет полностью высушить продукт при достаточно низких температурах, сохранив в нем полезные вещества.
Ключевые слова: сушка, пророщенное зерно, рожь, пшеница, датчик
In the past few decades, there was a tendency among the population to eat sprouted seeds that have useful properties. Sprouted grains of wheat and rye are of particular interest, since it is the crop that is grown throughout the territory of Russia. Grains with sprouts no more than 5 mm in length contain enough antioxidants, which in small concentrations prevent or retard oxidative processes. Further, in the grain during its sprouting, enzymatic systems are activated and complex substances are broken down into simpler, easily digestible by the human body. In this case, due to the lack of modern technology of sprouted seeds, which can be stored a long time without losing their unique properties, the industry does not fully satisfy the demand of the population in these products. Store in a dry form would solve this problem, but the existing technology of convective drying of sprouted seeds requires the use of high temperatures, which affects the content of the substances obtained in sprouting of the dried product. Drying of sprouted seeds at low temperatures by the convective method could eliminate this defect, but it creates favorable conditions for the development of pathogenic organisms. The technology of drying of sprouted seeds of rye and wheat in vacuum drying installation with infrared emitters is the most perspective as it allows to dry up completely a product at rather low temperatures, retaining useful substances therein.
Keywords: drying, sprouted grains, rye, wheat, sensor
Продукты питания, вырабатываемые из зерна злаковых растений, являются важнейшей составной частью пищи человека. Огромное значение в жизни человека имеют зерна и семена злаковых, бобовых и масличных культур и при производстве пищевых продуктов. Рожь - вторая культура,
мука из которой идет на приготовление хлеба. Она относится к важнейшим хлебным культурам, особенно в районах с ограниченным возделыванием пшеницы. По вкусовым качествам, перева-риваемости и усвояемости, хлеб, приготовленный из ржи, уступает только пшеничному. Место
© Бурова Н. О., Кислицина Н. А., Грязина Ф. И., Ельчанинова Н. В., 2016
Серия «Сельскохозяйственные науки. Экономические науки»
ржаного хлеба в рационе большинства населения нашей страны закреплено вековыми традициями. Проросшее зерно ржи (красный ржаной солод) используют в качестве вкусовой добавки при производстве некоторых сортов ржаного хлеба. Рожь почти исключительно озимая культура, яровую высевают в незначительных количествах. Эта культура менее требовательна к условиям произрастания, по сравнению с пшеницей, она вызревает далеко на севере, где пшеница не растет. Среднее содержание белка (12 %) несколько меньше и с более узкими границами колебаний (10-17 %), чем в зерне пшеницы. Вместе с тем, наиболее дефицитных для злаковых культур незаменимых аминокислот лизина и треонина в зерновке ржи примерно в 1,5 раза больше, чем в пшеничной [2].
Значительное изменение физических и биохимических, а следовательно, и мукомольных свойств происходит при прорастании зерна. В проросшем зерне размер зародыша увеличивается, появляется зародышевый корешок, зерно окрашивается в коричневый цвет. К физическим признакам такого зерна относятся увеличение объема зерновки, снижение сыпучести зерновой массы, уменьшение вязкости разогретой водно-мучной суспензии. При прорастании масса зерна уменьшается вследствие значительного повышения интенсивности его дыхания. В процессе прорастания, сложные запасные вещества семени расщепляются на более простые, которые легко усваиваются. В пророщенных зернах существенно увеличивается количество антиоксидантов (витаминов, био-флавоноидов) и микроэлементов. Эффективность пророщенных зерен, как оздоровительного средства, обусловлена именно совместным действием всех содержащихся в них компонентов [1].
Все витамины и микроэлементы, все питательные вещества и ферменты, которые содержатся в прорастающих семенах, необходимы для жизнедеятельности организма человека. Синтетические препараты, состоящие из набранных по отдельности макро- и микроэлементов и искусственно полученных витаминов, не могут оказать на организм такого действия [6].
Учеными Марийского государственного университета совместно с ООО «Интех» были проведены исследования по производству сухих измельченных пророщенных зерен пшеницы и ржи в вакуумной сушильной установке ВДСУ-2М, разработанной и изготовленной ООО «Интех» (г. Йошкар-Ола). Давление внутри сушильной камеры в процессе сушки поддерживалось на уровне 15 кПа. Температура инфракрасных нагревателей и слоя пророщенной пшеницы контро-
лировалась с помощью термопреобразователей сопротивления медных с кабельным выводом ДТС 014-50М. В3.20/3, установленных соответственно на нагревателях и в центре зернового слоя. Согласно техническим характеристикам, диапазон измерения температур от -50 °С до +150 °С, погрешность измерения ±0,25 °С.
Во всех экспериментах и опытных работах зерно подвергалось очистке от минеральных и органических примесей путем промывки в проточной воде, а также от металломагнитных включений с помощью магнита. Основным показателем качества влажных пророщенных зерен было принято наличие зародышевого корешка длиной не более 5 мм у 90 % семян.
Получение сухих пророщенных зерен пшеницы и ржи осуществляли следующим образом. Отобранные и промытые зерна помещали на поддоны, расположенные на полках сушильной установки. Толщина слоя высушиваемого материала не превышала 3 см. Затем семена заливали фильтрованной питьевой водой до верхнего уровня слоя (по объему). Процесс проращивания осуществляли в сушильной камере при атмосферном давлении и заканчивали его при появлении у 90 % семян зародышевых корешков длиной не более 5 мм. Затем включали вакуумный насос и инфракрасные нагреватели. В камере устанавливали давление 15-20 кПа. Контроль температуры осуществляли с помощью датчиков, установленных соответственно внутри зернового слоя материала и непосредственно на нагревательных элементах. В процессе сушки испаряемая из продукта влага конденсировалась на конденсаторных трубах и самотеком сливалась в нижний патрубок, а затем в герметичную емкость с мерным стеклом.
Особенностью процесса проращивания пшеницы в данном исследовании является его осуществление в самой сушильной камере установки, что упрощает технологию производства, снижает энерго- и трудозатраты. Проращивание производилось при температуре инфракрасных нагревателей 40 °С, продолжительность процесса составляла 24 часа, при этом температура во всех измеряемых точках зерновой массы достигала 25 °С. В результате у 95 % зерен были получены зародышевые корешки длиной не более 5 мм. После этого приступали к процессу сушки [4].
При сушке зерна в неподвижном слое температура агента сушки должна быть строго ограничена и не должна превышать определенной величины. В связи с этим процесс сушки протекает длительно. Кроме того, из литературных источников
известно, что белки эндосперма (глиадин и глю-тенин) начинают изменяться при температуре нагрева зерновки 50 °С [2]. Немаловажное значение имеет также влажность зерна, так как сырые и влажные семена теряют всхожесть при их нагреве до 50 °С. Границы нулевой степени денатурации белка являются основополагающими при выборе режимов сушки. Таким образом, температура слоя пророщенного зерна пшеницы или ржи при сушке не должна превышать 50 °С. Проведенные исследования показали, что сушку необходимо проводить в несколько этапов, постепенно снижая температуру нагревателей, для того чтобы недопустить повышение температуры выше 50 °С.
Известно, что при любом способе сушки можно выделить три периода: период прогрева материала, период постоянной скорости сушки и период падающей скорости сушки. Однако определение границ этих периодов посредством измерения влажности высушиваемого материала возможно для сушильных установок, работающих при атмосферном давлении, что подтверждают многочисленные исследования, отраженные в литератур-
Датчик состоит из двух электродов, разделенных между собой диэлектрическими стойками. Нижний электрод - сплошной, верхний - сетчатый. Сетчатый электрод позволяет беспрепятственно удаляться парам влаги из материала. Датчик устанавливается в пророщенные зерна пшеницы, верхний электрод должен быть полностью закрыт пророщенными зернами. К разъемам на верхнем и нижнем электродах крепятся провода, которые в свою очередь через кабельный разъем выведены из сушильной камеры к измеритель-
ных источниках. Когда же речь заходит о вакуумных сушильных установках с инфракрасным нагревом, то возникает проблема непрерывного измерения влажности высушиваемого зернового материала при его неподвижном положении в условиях вакуума из-за отсутствия необходимых датчиков [3].
Таким образом, в части опытов вместо влажности зернового слоя измеряли его электрическое сопротивление при помощи специального датчика и строили графики его зависимости от времени сушки. Так как электрическое сопротивление материала пропорционально его влажности, то по построенным графикам этой зависимости можно найти этапы сушки, соответствующие классическим периодам.
Известно множество датчиков различной конструкции для определения сопротивления, но все они не приспособлены для использования в условиях вакуумной сушки зернистых материалов с инфракрасным нагревом. Такую возможность дает специально разработанный для проведения исследований датчик оригинальной конструкции, схема которого показана на рисунке 1.
К измерительному блоку
Сплошная пластина
ному блоку. При изменении влажности высушиваемого слоя пророщенных зерен происходит соответствующее изменение его электрического сопротивления [5].
Слой пророщенного зерна пшеницы имеет достаточно высокую влажность, поэтому его активное электрическое сопротивление можно легко измерить с помощью предложенного датчика. В процессе сушки электрическое сопротивление слоя будет увеличиваться пропорционально уменьшению его влажности. При исследовании
Диэлектрическая стойка ^^ Сетчатая пластина
Рис. 1. Схема датчика измерения электрического сопротивления зернового слоя
Серия «Сельскохозяйственные науки. Экономические науки»
процесса сушки пророщенных зерен пшеницы задавали температуру инфракрасных нагревателей и непрерывно контролировали температуру зернового слоя, а также изменение его активного электрического сопротивления в зависимости от времени сушки R = f (т). После построения соответствующих графиков определяли моменты начала испарения свободной и связанной влаги из высушиваемых пророщенных зерен пшеницы.
На рисунке 2 показаны графики изменения температуры и электрического сопротивления слоя пророщенных зерен пшеницы и ржи в зависимости от времени сушки. На рисунке 2 отмечены две точки, показывающие границы заданных этапов. Точка «1» отмечает окончание начального и начало основного этапов сушки пророщен-ного зерна, точка «2» указывает на окончание основного и начало заключительного этапов.
1300
1200
1100
1000
900
Я
о
и 800
P4
700
600
500
400
300
200
100
0
«О
JJT j
/
i
t = f( т) / r --
t>
В = f (т) < t --
6
I А t
и *
4 У
О -О о ■с о
55
О
20
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Рис. 2. Изменение температуры и электрического сопротивления слоя пророщенных зерен пшеницы с течением времени сушки по этапам изменения температуры инфракрасных нагревателей
Таким образом, использование оригинального продукт высокого качества с заданными харак-датчика во время вакуумной сушки пророщенных теристиками. зерен пшеницы и ржи позволит получить готовый
0
2
4
6
8
т, ч.
Литература
1. Корзунова А. Н. Проростки злаков. М.: Эксмо, 2006.
2. Кретович В. Л. Биохимия зерна. М., 1984. 125 с.
3. Лыков А. В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 471 с.
4. Сташкова Н. О., Блинов В. М. Особенности технологии получения проростков пшеницы в вакуумной сушилке с инфракрасными излучателями // Хранение и переработка сельхозсырья. 2009. № 8. С. 58-60.
5. Сташкова Н. О. Способ определения периодов сушки в вакуумных сушильных установках // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2010. № 4. С. 54-57.
6. Шаскольская Н. Д., Шаскольский В. В. Еще раз о проростках пшеницы // Будь здоров! № 10. 2003. С. 10-15.
References
1. Korzunova A. N. Prorostki zlakov. M.: Jeksmo, 2006.
2. Kretovich V. L. Biohimija zerna. M., 1984, 125 p.
3. Lykov A. V. Teorija sushki. M.: Jenergija, 1968, 471 p.
4. Stashkova N. O., Blinov V. M. Osobennosti tehnologii poluchenija prorostkov pshenicy v vakuumnoj sushilke s infrakrasnymi izluchateljami. Hranenie ipererabotka selhozsyr'ja. 2009, no. 8, pp. 58-60.
5. Stashkova N. O. Sposob opredelenija periodov sushki v vakuumnyh sushil'nyh ustanovkah. Agrarnaja nauka Evro-Severo-Vostoka. 2010, no. 4, pp. 54-57.
6. Shaskol'skaja N. D., Shaskol'skij V V Eshhe raz o prorostkah pshenicy. Bud'zdorov! No. 10, 2003, pp. 10-15.
Статья поступила в редакцию 25.04.2016 г.
Submitted 25.04.2016.
Для цитирования: Бурова Н. О., Кислицина Н. А., Грязина Ф. И., Ельчанинова Н. В. Особенности производства сухих пророщенных зерен пшеницы и ржи // Вестник Марийского государственного университета. Серия «Сельскохозяйственные науки. Экономические науки». 2016. № 3 (7). С. 10-14.
Citation for an article: Burova N. O., Kislicina N. A., Grjazina F. I., El'chaninova N. V. Peculiarities of production of dry Sprouted grains of wheat and rye. Vestnik of the Mari State University. Chapter "Agriculture. Economics ". 2016, no. 3 (7), pp. 10-14.
Бурова Наталья Олеговна,
кандидат технических наук, доцент, Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола, thppr@marsu.ru
Кислицина Надежда Ананьевна,
преподаватель, Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола,
Лррг@та^и. ги
Грязина Фаина Ивановна,
кандидат сельскохозяйственных наук, заведующая кафедрой, Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола, thppr@marsu.ru
Ельчанинова Наталья Вадимовна,
преподаватель, Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола,
thppr@marsu. т
Burova Natalya Olegovna,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Mari State University, Yoshkar-Ola,
thppr@marsu. ru
Kislitsina Nadezhda Ananyevna,
teacher, Mari State University, Yoshkar-Ola,
thppr@marsu. ru
Gryazina Faina Ivanovna,
Candidate of Agricultural Sciences, Mari State University, Yoshkar-Ola, thppr@marsu.ru
Elchaninova Natalya Vadimovna,
teacher, Mari State University, Yoshkar-Ola,
thppr@marsu. ru
