CC BY
24
УДК 664.641.1:663.1(075.8)
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ СЫРЬЯ
ДЛЯ КОМБИКОРМОВ
Г.Г. Юсупова, Р.Х. Юсупов, В.И. Пахомов
Разработан метод электротермического воздействия энергией СВЧ - поля для обработки зерна и продуктов его переработки, обеспечивающий эффективное обезвреживание токсикогенных микроорганизмов и сохранение должных технологических свойств, улучшает физико-химические показатели продукции и обеспечивает микробиологическую безопасность на стадиях переработки и хранения.
Ключевые слова: микробиологическая безопасность, токсикогенные микроорганизмы, обезвреживание, СВЧ - поле.
В условиях реформирования сельского хозяйства многие негативные процессы, сложившиеся на начальном его этапе и приведшие к спаду производства продукции растениеводства, сохраняются и в настоящее время. Сократилось количество активных защитных мероприятий, что привело к ухудшению фитосанитарного состояния сельскохозяйственных угодий. В результате среднегодовые потери зерна составляют 10-30% в зависимости от погодных условий. В то же время используемые в целях защиты растений пестициды способствовали значительному полиморфизму микроорганизмов, расширению их адаптивных свойств и повышению токсикогенного потенциала.
В настоящее время устойчиво сохраняется тенденция к нарастанию численности и распространению большинства возбудителей болезней зерновых культур в послеуборочный период. По данным мониторинга качества зерна, проведенного в ЮФО, в среднем более 60% его заражено фитопатогенами (табл. 1).
Таблица 1. Зараженность зерна фитопатогенами (по данным мониторинга в ЮФО)
Вид зерна Количество проб % проб, содержащих фитопатогены
аспер-гилус фуза-риум аль- терна- рия пенци- лиум мукор трехо-дерма ризо-риус кладе-нори- ум
Ячмень 26 96 31 - 56 - - 18 9
Пшеница 18 74 21 - 68 22 - - 20
Кукуруза 21 74 33 - 72 - - - -
Соя 6 50 48 - 82 - - - -
Среди возбудителей болезней, вызывающих явные и скрытые потери зерна, наиболее опасны микроскопические грибы и выделяемые ими микотоксины. Последние существенно влияют на безопасность зерна, продуктов его переработки и кормов для животных (табл. 2).
Таблица 2. Зараженность зерна микотоксинами (по данным мониторинга в ЮФО)
Вид зерна Количество проб % проб с превышением МДУ по отдельным микотоксинам
Т-2 токсин Афлатоксин А, В1 Охратоксин А1 Фумонизин В1 Зеараленон
Кукуруза 26 35 18 28 50 17
Ячмень 30 46 15 46 4 4
Горох 4 100 50 33 0 0
Соя 7 25 50 50 0 50
Пшеница 20 14 7 36 7 7
Сложившаяся ситуация диктует необходимость более пристального внимания к физическим и биологическим методам воздействия на микрофлору зерна. Кроме того, для отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности необходимы такие приемы, которые наряду с эффективным обезвреживанием токсикогенных микроорганизмов обеспечат сохранение должных технологических свойств белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов зерна и продуктов его переработки, улучшат физико-химические показатели продукции и обеспечат микробиологическую безопасность зерновых на стадиях переработки. Потребность в разработке современных технологий превентивного действия привела к необходимости создания эффективного физического (электротермическое воздействие энергией СВЧ-поля) метода обработки.
Инновационным способом борьбы с микроорганизмами является метод электротермического воздействия энергией СВЧ-поля. Это комбинированный метод, в котором сочетается воздействие двух полей - электромагнитного и теплового. Данный метод безопасен и технологичен. Явления, наблюдаемые при воздействии энергией СВЧ-поля на живые ткани, имеют в основном тепловой характер.
Электротермический метод воздействия энергией СВЧ-поля обладает следующими преимуществами по сравнению с обычным температурным нагревом: тепловая безынерционность; высокий КПД преобразования электрической энергии в тепловую (90%); возможность избирательного, равномерного, быстрого нагрева; экологическая чистота нагрева; фунгицидное и бактерицидное действие. Эти особенности позволяют отнести метод к новому виду энергосберегающей электротехнологии.
Электротермическую обработку энергией СВЧ-поля целесообразно совмещать с общепринятыми в технологии методами на стадии стабилизации влажности по нескольким причинам:
1) зерно уже очищено от большинства примесей (пыли, сечки, дробленого зерна), что благоприятно повлияет на эффективность обеззараживания;
2) зерно полностью обработано водой и находится в стадии стабилизации и отволаживания, имея благоприятную для данного вида обработки влажность 15,5-16,5%;
3) возможность совмещения процессов отволаживания и электротермической обработки зерна энергией СВЧ-поля;
4) предприятию не требуется значительных дополнительных материальных затрат на переоборудование технологической линии.
Анализ имеющихся данных показал целесообразность использования электротермического воздействия энергией СВЧ-поля для обеззараживания зерна, прошедшего этапы первичной и вторичной очистки, гидротермической обработки и находящегося на стадии стабилизации влажности (таблица 3). Использование методов электротермического обезвреживания микроорганизмов должно войти в разрабатываемую комплексную систему подготовки продовольственного и фуражного зерна к переработке.
Установлено, что существующая технологическая система подготовки зерна к помолу не снижает зараженности зерна и продуктов его переработки. В результате контаминация микроорганизмами превышает допустимые пределы.
Таблица 3. Обеззараживание зерна энергией СВЧ-поля
Стадия технологического производственного процесса Общее микробное число, 1109 КОЕ/г Споровые бактерии, 1105 КОЕ/г Плесневые грибы, 1105 КОЕ/г
До обработки СВЧ После обработки СВЧ До обработки СВЧ После обработки СВЧ До обработки СВЧ После обработки СВЧ
Перемешивание 56,3 56,1 47 47 69 69
Выделение металломагнит-ной примеси 57,0 56,0 46 45 69 69
Подогревание до 15°С 66,0 56,0 46 45 53 53
Ситовоздушный сепаратор 63,0 56,0 45 45 49 48
Камнеотделительная машина 50,0 56,0 45 45 49 48
Триеры-куколеотборники 49,3 55,3 44 44 48 48
Триеры-овсюгоотборники 45,1 55,3 44 44 48 48
Очистка поверхности зерна 45,0 49,0 42 42 47 47
ГТО 57,3 0,0 49 0 51 0
Отволаживание 20-30 мин 69,0 0,0 51 0 58 0
Показано, что электротермическое воздействие энергией СВЧ-поля целесообразно совмещать с процессом отволаживания в бункере перед подачей зерна на помол, поскольку зерно на этом этапе прошло все стадии очистки, в том числе гидротермическую обработку, и имеет влажность 15,5-16,5% (рис. 1).
Рис. 1. Влияние СВЧ-энергии на грибную инфекцию помольных партий зерна пшеницы
В помольных партиях зерна преобладающее распространение имеют гельминтоспориозно-альтернариозно-фузариозные инфекции. Анализ 93 образцов, отобранных от различных помольных партий, показывает, что зерно повсеместно заражено грибами родов Fusarium - 54, Alternaria - 89, Bipolaris - 85, Stachybotrys - 17, Trichotecium Aspergillus - 43, Pénicillium - б7, Mucor - 79, а также спорообразующими бактериями р. Bacillus - 93 обр. [2,3].
При электротермическом воздействии энергией СВЧ-обеззараживания денатурация белка в зависимости от влажности зерна, интенсивности нагрева, температуры, длительности воздействия имеет разную степень выраженности. В зависимости от изменений, вызванных электротермическим воздействием энергией СВЧ-поля, в зерне и муке можно выделить три стадии качественных изменений клейковины [2]:
I - при сочетании минимальных и средних значений экспозиции (х=30-б0 с) и скорости нагрева (V = 0,4-0,боС/с) наблюдаются незначительное повышение температуры (t = 33-45оС) и первые признаки денатурации, которые проявляются в ослаблении растяжимости клейковины;
II - при повышении температуры до 60оС (экспозиция t=60 с, скорость нагрева V = 0,боС/с) наблюдается дальнейший процесс денатурации. Клейковина зерна укрепляется, и по показателю ИДК зерно переходит из второй группы (удовлетворительное и слабое качество) в первую (хорошее качество клейковины).
III - при нагреве до температуры 75оС (экспозиция х=б0-90 с, скорость нагрева V = 0,б-0,8оС/с) происходит дальнейшее укрепление клейковины, она становится крошащейся и часто не отмывается совсем. Хлебопекарные свойства муки, полученной из такого зерна, снижаются.
Сочетание методов гидротермической обработки и электротермического обеззараживания с учетом энергии СВЧ-поля, исходного качества зерна и состояния его клейковины позволяет дифференцированно использовать режимы. В зависимости от области применения муки появляется возможность изменения ее реологических свойств.
Таблица 4. Влияние СВЧ-энергии на зараженность продуктов переработки зерна
пшеницы возбудителями рода Fusarium
Номер варианта Режим Температура t,°C Зараженность, кое/г х 102
экспозиция т,с скорость нагрева V, оС/с отруби мука 1 с. мука в/с
1 90 0,8 80 0 0 0
2 90 0,4 60 10 7 3
3 30 0,8 45 22 10 5
4 30 0,4 30 22 11 10
5 60 0,8 70 0 0 0
6 60 0,4 50 17 8 7
7 90 0,6 68 0 0 0
8 30 0,6 48 18 9 6
9 60 0,6 65 0 0 0
10 Контроль 21 12 8
Отруби, полученные из обработанной пшеницы по вариантам таблицы 4, были использованы для приготовления комбикормов. В образцах вариантов 1, 5, 7, 9 нарастания численности грибов рода Fusarium не выявлено. При хранении образцов в течение трех месяцев проводились микробиологические исследования опытных образцов с интервалом в один месяц. В результате исследований патогенные для человека и животных не обнаружены. Таким образом, следует сделать вывод, что режимы вариантов 1, 5, 7, 9 и температура нагрева зерна уничтожают фузариозную инфекцию полностью (рис. 2).
8,00
7,00
iE 4,00
0,4 0,44 0,48 0,52 0,56 0,6 0,64 0,68 Скорость нагрева, 0С/сек
0,72
0,76
0,8
Рис. 2. Влияние скорости нагрева СВЧ-энергией на зараженность отрубей пшеничных возбудителями рода Fusarium
С целью изучения эффективности обеззараживания комбикормовой продукции в план эксперимента дополнительно введены варианты переработки отрубей - методом экспандирования и гранулирования.
6,00
30
5,00
45
60
СО 3,00
75
2,00
90
1,00
0,00
Экспандирование проводится при очень жестких режимах, температура нагрева продукта составляла 98оС при давлении пара 14 атм. Эти режимы не оставляют возможности выживания для микроорганизмов, в то же время споры грибов при этом остаются жизнеспособными. Исследования влияния режимов грануляции показали, что споры грибов рода Fusarium при температуре 57-68оС сохраняют жизнеспособность, хотя первоначальная зараженность была в три раза выше, чем после процесса гранулирования.
Заключение
Проведенные экспериментальные исследования и полученные результаты подтверждают возможность использования метода электротермического воздействия энергией СВЧ-поля для обработки зерна и продуктов его переработки в технологическом процессе производства мукомольной и комбикормовой продукции. Метод обеспечивает эффективное обезвреживание токсикогенных микроорганизмов и способствует сохранению должных технологических свойств, улучшает физико-химические показатели продукции и обеспечивает микробиологическую безопасность на стадиях переработки и хранения зерна и продуктов его переработки.
Литература:
1. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Юсупова Г.Г. Комплексная система обеззараживания зерна и продуктов его переработки. Красноярск, 2004.
2. Юсупова Г.Г. Обеспечение микробиологической безопасности зерновых культур в технологиях производства муки и хлебобулочных изделий: автореф. дис. д-ра с.-х. наук. Красноярск, 2010. 36 с.
3. Юсупова Г.Г., Юсупов Р.Х. Обеспечение микробиологической безопасности муки и хлеба энергией СВЧ-поля // Вестник МГАУ им. В.П. Горячкина. 2009. №1. С. 20-22.
Юсупова Галина Георгиевна, доктор сельскохозяйственных наук Юсупов Рамзан Хабибрахманович, доктор технических наук МГАУ им. В.П. Горячкина Тел. 499 976 36 40 E-mail: [email protected]
Пахомов Виктор Иванович, доктор технических наук, директор ГНУ СКНИИМЭСХ Тел. 86359 4 22 80 E-mail: [email protected]
The method of electrothermal effects of microwave fields for grain and its products, providing effective defuses toxicogenic microorganisms and maintain the proper technological properties, improves the physical and chemical characteristics of products and ensuring microbiological safety at the stages of processing and storage was developed.
Keywords: microbiological safety, toxicogenic microorganisms, defuse, microwave field.
