CC BY
70
ПРОИЗВОДСТВО ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
УДК 664.788:664.733.1
Способ получения крахмалистых хлопьев и муки из зерна амаранта
A method of producing starchy flakes and flour from amaranth grain
Доцент H.A. Шмалько,
(Кубанский государственный технологический университет) кафедра технологии зерновых, хлебных, пищевкусовых и субтропических продуктов, тел. 8(861)255-15-98 E-mail: na.shmalko@yandex.ru
зам. директора по научной работе С.О. Смирнов (Научно-исследовательский институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии - филиал ФГБУН «ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи»), тел. 8(495)549-34-57 E-mail: sts_76@bk.ru
Associate Professor N.A. Shmalko, (Kuban state technological university) chair of technology of grain, bread, food and subtropical products, tel. 8(861)255-15-98 E-mail: na.shmalko@yandex.ru
Deputy Director on scientific work O. S. Smirnov (Research Institute food concentrates industry and special food technology - a branch of the Federal information center of food biotechnology and food safety), tel. 8(495)549-34-57 E-mail: sts_76@bk.ru
Реферат. Представлен способ получения крахмалистых хлопьев п муки из зерна амаранта, предназначенных для применения в пищевых целях. Согласно предложенному способу зерно очищают, увлажняют и отволаживают, разделяют на компоненты путём плющения ядер и шелушат оболочки. Перед увлажнением зерно выдерживают при температуре + 18-20 °С до содержания в зерновой массе влаги 14-15 мае. %. После осуществляют пропуск зерна между гладкими вальцами для обеспечения плющения ядра, разрыва плодовых оболочек и зародыша с нарушением связи между ними и между зародышем и ядром, а также выкрашивания зародыша. Затем осуществляют последовательный пропуск полученной зерновой смеси между вращающимися с различными скоростями шероховатыми вальцами установленных последовательно вальцовых систем для обеспечения каждой из них одновременного плющенпя ядра, шелушения оболочек и размола зародыша с отделением его от ядра. На установленных после каждой вальцовой системы ситах осуществляют сортировку с выделением на всех её этапах крупки зародыша и смеси крупки зародыша и отрубей и на последнем этапе -крахмалистых хлопьев, из которых путём размола получают крупяную муку, а смесь мучки зародыша п отрубей разделяют на ситах с получением кормовых зернопродуктов. Подобная технологическая схема позволяет осуществить в одном технологическом цикле качественное разделение зерновки амаранта на анатомические части с целью получения зернопродуктов заданного состава. Выход продукции из 100 % зерна амаранта составляет: хлопья крахмалистые - 53-56 %, крупка зародыша - 28-35 %, мучка отрубей - 6 %, мучка зародыша - 4 %, отходы - остальное. Выход крупяной муки колеблется от 82 до 88 % от исходного продукта (крахмалистых хлопьев).
Summary. The article presents a method of producing a starchy flakes and flour amaranth grain, is intended for use in food purposes. According to the proposed method the grain is cleaned, moistened, softened and separated into components by way of kernel flattening and hulling. Prior to moistening, grain is maintained at a temperature of + 18-20 °C until their moisture content is 14-15 wt %. Then carry out a sequential pass of the received grain mixture between rotating at different speeds rough rollers arranged in row roller systems to ensure each of them simultaneously crushing the kernel peeling shells and grinding germ separating it from the from the nucleus. On installed after each roller system city implement a grading allocation at all stages of germ and grits of mixture of germ and bran grits and at the last stage -starchy flakes, of which by milling get flaked flour, and mixture of germ and bran sharps is separated on sieves with obtaining feed grain products. Such technological scheme allows in a single technological cycle quality separation of grains of amaranth on the anatomical part with the aim of obtaining a given grain composition. The yield of 100 % of the amaranth grain grinding products is a starchy flakes - 53-56 %, germ grits - 28-35 %, bran sharps - 6 %, mixture of germ and bran sharps - 4 %, millrun - the rest. The yield of flaked flour ranges from 82-88 % of the original product (starchy flakes).
©Шмалько H.A., Смирнов С.О., 2018
Ключевые слова: зерно амаранта, плющение, шелушение, измельчение, сортирование, крахмалистые хлопья, крупяная мука.
Keywords: amaranth grain, flattening, hulling, milling, grading, starchy flakes, flaked flour.
На мукомольных предприятиях для переработки зерна в зависимости от ассортимента вырабатываемой готовой продукции применяют простое или избирательное измельчение, называя процесс в первом случае «простой помол», а во втором - «сложный помол».
При выработке сортовой муки применяют сложный помол, основанный на использовании различий структурно-механических свойств эндосперма и оболочек зерна. При измельчении хрупкий по свойствам эндосперм разделяется на части, а более пластичные оболочки измельчаются в меньшей мере, становясь хлопьевидными, легко отделяемыми от частиц эндосперма, что предусматривает проведение процесса с минимальным дроблением оболочек [1].
Специалистами ВНИИЖ предложена технология получения сортовой муки из зерна амаранта, предназначаемой для применения в экстракционном производстве для извлечения масла. Схема получения муки включает этапы приёмки зерна, его подготовки, гидротермической обработки, размола, упаковки, маркировки, транспортирования и хранения. Очистку зерна производят от посторонних примесей и загрязнения на воздушно-ситовых сепараторах типа ЗСМ, щёточных машинах горизонтального типа, магнитных сепараторах, моечной машине типа ЗКМ-60, снабжённой отжимной колонкой. Очищенное от примесей увлажнённое зерно поступает для тепловой обработки в воздушно-водяной кондиционер шахтного типа, где оно нагревается и подсушивается.
Процесс размола зерна может осуществляться на вальцовых станках различной конструкции (типа ЗМ, ВМП, БВ и др.). Ассортимент продукции включает сортовую муку (I, II, III сортов), цельносмолотую муку с отбором и без отбора отрубей (табл. 1). Для повышения выхода сортовой муки оптимальным вариантом гидротермической обработки зерна является кратковременное прогревание зерновой массы острым паром в течение 10 мин с последующим его высушиванием при температуре + 100-105 °С до влажности 9 %.
Таблица 1
Фракционный состав продуктов размола зерна амаранта [2]
Массовая доля, %, в пересчёте на абсолютно сухое вещество Мука цельносмолотая Мука I сорта Мука II сорта Мука III сорта Отруби
Протеин 18,2 13,6 15,5 17,2 23,9
Жир 8,5 6,5 7,1 8,8 11,4
Клетчатка 3,2 1,5 1,9 2,5 8,0
Недостатком указанного способа является получение высокозольных продуктов размола зерна амаранта с повышенным содержанием жира, нестойкого к окислению при хранении, что предусматривает применение данной продукции только в качестве промежуточного сырья кратковременного хранения при производстве масла амаранта.
Для подготовки сырья к извлечению масла амаранта предложено и другое техническое решение с применением очистительных установок для «сухой» очистки зерновой массы. Очищенное от загрязнений зерно амаранта поступает в сушилку непрерывного действия с закрученными потоками сушильного агента, где высушивается до относительной влажности 12 % для обеспечения при дальнейшем прессовании сырья максимального выхода масла [3].
Недостатком предложенного способа является проведение очистки зерна амаранта до и после высушивания в установке, содержащей нижнее выходное сито с размером ячеек 0,8 мм, что может стать причиной недобора сырья за счёт удаления нормально выполненного зерна в виде более мелкой фракции в отходы.
Дополнением к указанному способу является техническое решение получения муки с добавлением амарантового обогатителя, предусматривающее традиционное увлажнение и отволаживание зерна пшеницы перед помолом с последующим измельчением в мучной продукт, её смешивание с обогатителем, в качестве которого используют смесь крахмальной фракции и жмыха холодного проходного прессования зародыша и оболочек зерновок амаранта [4].
Недостаток подобного способа - перевод качественного товарного зерна пшеницы в категорию некондиционного зерна, проявляющего свойства проросшего зерна с повышенной ферментативной активностью.
В промышленности освоен способ получения муки из зерна амаранта путем шлифования зерновок на абразивных жерновах-поставах, ударных молотковых и дисковых мельницах [5] с обязательным охлаждением зерновой массы.
Недостатком способа является выявление недоброкачественности I[редукции за счёт наличия в пищевой муке из зерна амаранта промежуточных по крупности продуктов измельчения (полупродуктов), представляющих собой дунсты с размерной характеристикой от 160-250 мкм и крупки с размерной характеристикой от 306-421 мкм, что относит подобную продукцию к сходовым продуктам. Такие фракции должны быть или выведены из процесса и направлены на контроль, или подвергнуты дополнительной обработке в соответствии с требованиями к качеству продукта [1].
В практической технологии мукомольного производства учитывается общее анатомическое строение, форма и особенности свойств частей зерна, подлежащих разделению, степень связи между анатомическими частями, подлежащими разделу, особенности расположения зародыша и глубина его проникновения в эндосперм, наличие, глубина и конфигурации бороздки у зерновок злаковых. В силу того что в процессе технологии происходит разделение главных анатомических частей зерна, результат переработки определяется их массовым соотношением [6].
С этой точки зрения целесообразным является проведение размола зерна амаранта с учётом анатомического строения его зерновки, для чего осуществляется выбор и линия силового комбинированного воздействия сжатия для отделения оболочек, зародыша и эндосперма, расплющиваемого в состояние хлопьев [7].
Микроструктура зародыша в зерновке амаранта, находящейся в состоянии покоя, отличается тем, что данная область представляет собой многослойный конгломерат запасных веществ из отдельных вмонтированных гранул крахмала, слоёв белковых пластин и прослоек липидных сферосом, изолированный от других анатомических частей слоями пентозанов и гемицеллюлоз. В случае попадания в зерновку влаги и достижения ею состояния насыщения активно происходит набухание структурных компонентов зародыша и их пластификация [2].
Учитывая соотношение анатомических частей в зерновке амаранта (табл. 2), следует отметить, что в ней в наибольшем количестве содержится крахмалистый перисперм - до 54,6-58,7 %, а на долю зародыша приходится не более 27,4-29,6 %, что обусловливает разработку способа получения целевого продукта - крахмалистых хлопьев из зерна амаранта [6].
Стендовые испытания показали ступенчатость характера разрушения зерновок амаранта при плющении гладкими валками. Целостность эндосперма в зерновке сохраняется при усилии сжатия с относительной деформацией от 80 до 90 %, в результате чего повреждается семенная оболочка и зародыш при сохранении связи между анатомическими частями зерна. Наряду с этим измельчение перисперма зерна амаранта характеризуется вязким разрушением с образованием при
сплющивании хлопьев. Увлажненная до 15 % зерновка амаранта в течение 6 ч при одной и той же величине относительной деформации испытывает напряжение сжатия в 1,5 раза меньше, чем зерновка, увлажненная до 9,5 %, и в 1,3 раза, чем зерновка, увлажненная до 12 % [8].
Таблица 2
Соотношение анатомических частей в зерновке амаранта [6]
Сход с сита, № мм Толщина оболочки с алейроновым слоем, мкм Содержание, %
Перисперм Эндосперм Зародыш Оболочки
плодовые семенные алейроновый слой
1,6 35 58,7 3,4 27,4 2,6 2,2 5,7
1,4 34 57,8 3,6 27,9 2,8 2,0 5,9
1,2 31 56,7 4,1 28,5 3,0 1,6 6,1
1,0 31 56,3 4,5 28,8 3,0 1,1 6,3
0,85 28 55,4 4,9 29,2 3,2 0,8 6,5
0,67 25 54,6 5,2 29,6 3,3 0,6 6,7
Изучение микроструктуры хлопьев из зерна амаранта показало, что они представляют собой конгломерат частиц эндосперма в виде пластин с плотной монолитной многослойной структурой белково-крахмально-липидного комплекса, в который вмонтированы как отдельные нативные гранулы крахмала, покрытые прикреплённым белком, так и гранулы крахмала, повреждённые в ходе механической обработки. В структуре хлопьев имеется сравнительно мало углублений от выпавших гранул крахмала, воздушных полостей и микротрещин наряду с присутствием большого количества оболочек зерна [9].
Нами предлагается способ получения крахмалистых хлопьев и муки из зерна амаранта, предназначенных для применения в пищевых целях. Согласно предложенному способу зерно подвергают комплексной очистке от примесей с внедрением фотосепарирования на участке вторичной очистки зерновой массы, калиброванной по размеру [10], увлажнению и отволаживанию, разделению на компоненты путём плющения ядер и шелушения оболочек. Перед увлажнением зерно выдерживают при температуре + 18-20 °С до содержания в зерновой массе влаги 14-15 мае. %. После осуществляют пропуск зерна между гладкими вальцами для обеспечения плющения ядра, разрыва плодовых оболочек и зародыша с нарушением связи между ними и между зародышем и ядром, а также выкрашивания зародыша. Затем осуществляют последовательный пропуск полученной зерновой смеси между вращающимися с различными скоростями шероховатыми вальцами установленных последовательно вальцовых систем для обеспечения каждой из них одновременного плющения ядра, шелушения оболочек и размола зародыша с отделением его от ядра. На установленных после каждой вальцовой системы ситах осуществляют сортировку с выделением на всех её этапах крупки зародыша и смеси крупки зародыша и отрубей и на последнем этапе - крахмалистых хлопьев, из которых путём размола получают крупяную муку, а смесь мучки зародыша и отрубей разделяют на ситах с получением кормовых зернопродуктов.
Подобная технологическая схема позволяет осуществить в одном технологическом цикле качественное разделение зерновки амаранта на анатомические части с целью получения зернопродуктов заданного состава. Выход продукции из 100 % зерна амаранта составляет: хлопья крахмалистые - 53,0-56 %, крупка зародыша -28-35 %, мучка отрубей - 6 %, мучка зародыша - 4 %, отходы - остальное. Выход крупяной муки, получаемой при измельчении крахмалистых хлопьев, колеблется от 82 до 88 % от исходного продукта. Массовая доля крахмала в хлопьях и крупяной
муке достигает 70,4-72,5 %при содержании не более 6,6-6,8 % белка и 1,7-1,9 % жира, что обусловливает их стойкость к прогорканию и, тем самым, применение в составе продуктов питания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ганыч, Л.И. Критерий эффективности процесса измельчения зерна амаранта при получении пищевой муки [Текст] / Л.И. Ганыч, Ю.Е. Ларченко, Н.А. Шмаль-ко // Матер. XI Всерос. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса».- 2017. - С. 917-918.
2. Уажанова, Р.У. Амарант - продовольственная культура (происхождение, систематика, морфология, физиология, интродукция, возделывание, химический состав, сушка, хранение, переработка, применение) [Текст] / Р.У. Уажанова, Ю.Ф. Росляков, И.М. Жаркова, Н.А. Шмалько. - Краснодар, 2016. - 348 с.
3. Журавлев, А.В. Системное проектирование ресурсосберегающей машинной технологии переработки семян амаранта [Текст] / А.В. Журавлев, А.С. Марухин, А.В. Кирносов / / Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК -продукты здорового питания. - 2016. - № 6. - С. 61-68.
4. Патент РФ № 2399208. Способ получения муки [Текст] / Кадыров С.В. -2009.
5. Уажанова, Р.У. Ресурсосберегающие технологии продуктов из амаранта [Текст] / Р.У. Уажанова, А.И. Изтаев, Т.К. Кулажанов. - Алматы, 2013. - 298 с.
6. Шмалько, Н.А. Технологические свойства зерна амаранта для переработки в муку [Текст] / Н.А. Шмалько, С.О. Смирнов // Матер. V Междунар. науч.-практ. конф. «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века».- 2017. - С. 99-102.
7. Смирнов, С.О. Научно-практические основы переработки зерна амаранта [Текст] / С.О. Смирнов, С.А. Урубков, А.С. Дронов // Хранение и переработка зерна. - 2015. - № 2 (191). - С. 39-43.
8. Шмалько, Н.А. Методика изучения структурно-механических свойств зерновки амаранта при измельчении в межвальцовом зазоре [Текст] / Н.А. Шмалько, С.О. Смирнов // Матер. V Междунар. науч.-практ. конф. «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века».- 2017,- С. 169-176.
9. Шмалько, Н.А. Особенности микроструктуры и химического состава продуктов переработки зерна амаранта [Текст] / Н.А. Шмалько / / Техника и технология пищевых производств. - 2011.- Т. 20.- № 1. - С. 57-63.
10. Шмалько, НА. Способ очистки зерна амаранта от примесей [Текст] / Н.А. Шмалько, С.О. Смирнов // Техника и технология пищевых производств. - 2017,Т. 46-№ 3.-С. 114-120.
REFERENCES
1. Ganych L.I., Larchenko Ju.E., Shmal'ko N.A. Kriterij jeffektivnosti processa iz-mel'chenija zerna amaranta pri poluchenii pishhevoj muki [The criterion of efficiency of process of crushing of amaranth grain in obtaining flour] Nauchnoe obespechenie ag-ropromyshlennogo kompleksa: materialy XI Vserossijskoj konferencii molodyh uchen-yh, Krasnodar, 2017, pp. 917-918 (Russian).
2. Uazhanova R.U., Rosljakov Ju.F., Zharkova I.M., Shmal'ko N.A. Amarant -prodovol'stvennaja kul'tura (proishozhdenie, sistematika, morfologija, fiziologija, intro-dukcija, vozdelyvanie, himicheskij sostav, sushka, hranenie, pererabotka, primenenie) [Amaranth is a food crop (origin, systematics, morphology, physiology, introduction, cultivation, chemical composition, drying, storage, processing, application)], Krasnodar: Izd. FGBOU VO «KubGTU», 2016, 348 pp. (Russian).
3. Zhuravlev A.V., Maruhin A.S., Kirnosov A.V. Sistemnoe proektirovanie resur-sosberegajushhej mashinnoj tehnologii pererabotki semjan amaranta [System design of resource saving machine technologies of processing of amaranth seeds] Tehnologii pishhevoj i pererabatyvajushhej promyshlennosti APK-produkty zdorovogo pitanija,
2016, No 6. - pp. 61-68. (Russian).
4. Kadyrov S.V. [i dr.] Sposob poluchenija muki, Patent RF № 2399208. - 2009.
5. Uazhanova R.U., Iztaev A.I., Kulazhanov T.K. Resursosberegajushhie tehnologii produktov iz amaranta [Resource-saving technologies of products from amaranth], Almaty: Izdatel'stvo «Lem», 2013, 298 pp. (Russian).
6. Shmal'ko N.A., Smirnov S.O. Tehnologicheskie svojstva zerna amaranta dlja pererabotki v muku [Technological properties of amaranth grain for processing into flour] Hlebobulochnye, konditerskie i makaronnye izdelija HHI veka: materialy V Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvjashhennoj 100-letiju so dnja obrazovanija FGBOU VO «Kubanskij gosudarstvennyj tehnologicheskij universitet»,
2017. - pp. 99-102. (Russian).
7. Smirnov S.O., Urubkov S.A., Dronov A.S. Nauchno-prakticheskie osnovy pererabotki zerna amaranta [Scientific and practical bases of processing of amaranth grain] // Hranenie i pererabotka zerna, 2015, No 2 (191). - pp. 39-43. (Russian).
8. Shmal'ko N.A., Smirnov S.O. Metodika izuchenija strukturno-mehanicheskih svojstv zernovki amaranta pri izmel'chenii v mezhval'covom zazore [The methodology for the study of structural-mechanical properties of amaranth grains during grinding in the roller gap] Hlebobulochnye, konditerskie i makaronnye izdelija HHI veka: materialy V Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvjashhennoj 100-letiju so dnja obrazovanija FGBOU VO «Kubanskij gosudarstvennyj tehnologicheskij universitet», 2017, pp. 169-176. (Russian).
9. Shmal'ko N.A. [i dr.] Osobennosti mikrostruktuiy i himicheskogo sostava produktov pererabotki zerna amaranta [Features of the micro structure and chemical composition of products of processing of amaranth grain] Tehnika i tehnologija pish-hevyh proizvodstv, 2011, No 1, Vol. 20. - pp. 57-63. (Russian).
10. Shmal'ko N.A., Smirnov S.O. Sposob ochistki zerna amaranta ot primesej [Method of purification of amaranth grain from impurities] Tehnika i tehnologija pish-hevyh proizvodstv, 2017. No 3, Vol. 46. - pp. 114-120. (Russian).
