CC BY
28
DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11223 УДК 664.258:544.016
Способ получения сухого углеводно-белкового продукта и его свойства
в. в. ананских, л. д. шлеина
Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов - филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, ул. Некрасова, 11, пос. Красково, Люберецкий р-н, Московская обл., 140051, Российская Федерация
резюме. В процессе производства мальтодекстрина из кукурузной муки после ферментативного гидролиза крахмала и фильтрации остается осадок - углеводно-белковый продукт (УБП). Он представляет собой смесь некрахмальных примесей, находящихся в кукурузной муке с раствором мальтодекстрина, влажностью 70 % и имеет липкую кашеобразную консистенцию. Из-за высокой влажности использовать такой осадок в сыром виде нельзя, поскольку он быстро портится, трудно дозируется и транспортируется. Поэтому УБП требуется сушить до сыпучего состояния. Для оптимизации этого процесса необходимо определить влажность, при которой продукт становится сыпучим. При изменении влажности от 0 до 30 % объемная масса УБП уменьшается с 716 до 536 кг/м3, угол естественного откоса находится в пределах 33,7о, угол обрушения увеличивается с 48,0 до 69,9 о, а критерий сыпучести снижается с 0,128 до 0,020 ед. При более высокой величине этого показателя продукт остается липким и плохо подвижным, поэтому определить его сыпучесть и углы обрушения не представлялось возможным. Максимальная влажность УБП, при которой его можно направить в сушилку, составляет 30 %. Для снижения влажности осадок смешивают с рециркулируемым УБП влажностью 4 %, образовавшимся после сушки. При исходной влажности осадка 70 % его соотношение с УБП, высушенным до 4 %, составляет 1,00:1,54. На основании результатов исследований разработаны способ производства сухого УБП и конструкторская документация на оборудование для его реализации.
ключевые слова: углеводно-белковый продукт, концентрация сухих веществ, смешивание, сушка, гранулирование, критерий сыпучести.
Сведения об авторах: В. В. Ананских, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: vniik@arrisp.ru); Л. Д. Шлеина, старший научный сотрудник.
для цитирования: Ананских В. В., Шлеина Л. Д. Способ получения сухого углеводно-белкового продукта и его свойства // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 12. С. 107-109. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11223.
A Method for Obtaining Dry Carbohydrate Protein Product and its Properties
V. V. Ananskikh, L. D. Shleina
All-Russian Research Institute of Starch Products, branch of the Gorbatov Federal Science Center of Food Systems, Russian Academy of Sciences, ul. Nekrasova, 11, pos. Kraskovo, Lyuberetskii r-n, Moskovskaya obl., 140051, Russian Federation
Abstract. The production of maltodextrin from cornmeal implies disengagement of a precipitate - a carbohydrate-protein product (CPP) - after enzymatic hydrolysis of starch and filtration. It is a mixture of non-starch impurities found in cornmeal with a solution of maltodextrin with 70% humidity. It is sticky and porridge-like. Due to the high humidity, it is impossible to use such a precipitate in its raw form, since it quickly deteriorates; it is difficult to dose it and it is poorly transportable. Therefore, CPP needs to be dried to a loose state. To optimize this process, it is necessary to determine the humidity, at which the product becomes loose. With a change in humidity from 0 to 30%, the bulk density of CPP decreased from 716 kg/m3 to 536 kg/m3; the angle of repose was within 33.7 degrees; spatula angle increased from 48.0 degrees to 69.9 degrees; the flowability criterion decreased from 0.128 to 0.020 units. With a higher value of this indicator, the product remained sticky and poorly mobile, therefore, it was not possible to determine its flowability and spatula angles. The maximum humidity of CPP, at which it could be fed into the dryer, was 30%. To reduce humidity, the precipitate was mixed with recycled CPP with 4% humidity, formed after drying. When the initial moisture content of the precipitate was 70%, its ratio to CPP, dried to 4%, was 1.00:1.54. Based on the study results, a method for the production of dry CPP and design documentation for the production equipment were developed.
Keywords: carbohydrate protein product; dry matter concentration; mixing; drying; granulation; flowability criterion.
Author Details: V. V. Ananskikh, Cand. Sc. (Tech.), leading research fellow (e-mail: vniik@arrisp.ru); L. D. Shleina, senior research
fellow.
For citation: Ananskikh V. V., Shleina L. D. A Method for Obtaining Dry Carbohydrate Protein Product and its Properties. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2019. Vol. 33. No. 12. Pp. 107-109 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11223.
При производстве мальтодекстрина из кукурузной муки образуется вторичный продукт в виде осадка, состоящего из таких твердых включений, находящихся в муке, как белок, клетчатка, жир, пентозаны, зольные элементы и большое количество углеводов [1, 2]. Он представляет собой высококалорийный углеводно-белковый продукт (УБП), который можно использовать при производстве пищевых продуктов (добавки к мучным изделиям) или кормов для животных [3]. Но из-за высокой влажности (около 70 %) УБП быстро портится, трудно дозируется и транспортируется. Поэтому его необходимо сушить.
Цель исследования - разработать способ получения сухого углеводно-белкового продукта и изучить его свойства для создания конструкторской документации на оборудование по производству УБП.
условия, материалы и методы. Для разработки конструкторской документации на питатели, смесители и сушилки необходимо изучить такие физико-
химические свойства УБП, как насыпная масса, сыпучесть, углы откоса и обрушения в зависимости от влажности материала. Кроме того, для подготовки УБП к высушиванию требуется определить влажность материала и его количество, подлежащее смешиванию. Эксперименты проводили на созданных в лабораторных условиях модельных образцах УБП влажностью от 0 до 40 %.
Определение коэффициента сыпучести, угла обрушения и объемной массы модельных образцов нового продукта разной влажности проводили на приборе в виде воронки, созданном во ВНИИ крахмалопродуктов. Воронка представляет собой усеченный конус высотой 125 мм с диаметром верхнего основания 80 мм, нижнего - 50 мм, полный объем - 0,42 дм3. Ее днище снабжено кольцом с внутренним отверстием 18 мм, которое прикрывается откидной заслонкой. Воронка крепится к штативу на высоте 120 мм от нижнего основания [4].
рисунок. Влажный осадок - УБП.
Для определения физико-химические свойства УБП воронку заполняли до верхнего уровня и взвешивали, затем её укрепляли на штативе и открывали заслонку. Продолжительность истечения материала фиксировали секундомером. Объёмную массу продукта определяли отношением массы УБП в воронке к её объёму (0,4210-3 м3).
Чем больше критерий сыпучести (Ксып),тем лучше сыпучесть продукта. Рассчитывали величину этого показателя по формуле:
КСЫП=А.В-^,
где Ксып - критерий сыпучести материала; А - постоянная прибора (воронки), см3/кг; В - коэффициент полноты истечения; т - объемная масса, кг/м3; Т - продолжительность истечения массы материала,с.
Коэффициент полноты истечения В рассчитывали по формуле:
В=М1/М,
где М1 - масса истечения материала, кг; М - масса материала, содержащегося в полном объеме воронки, кг.
Постоянную прибора определяли из формулы критерия сыпучести или истечения для воды, который приравнивается к единице (М = М1; Ксып = 1; т = 1000 кг/м3):
К -Т т
_ сып. в _ а
Компонент I Массовая доля, % СВ осадка
Белок 14,5
Зола 2,0
Пентозаны 1,3
Клетчатка 12,0
Жира 4,4
Углеводы 65,8
влажностью около 70 %, состоящий из твердой и жидкой фаз (см. рисунок).
Технология производства УБП в сухом гранулированном виде предусматривает смешение влажного осадка с рециркулируемым после сушки углеводно-белковым продуктом, влажностью 4 %, последующую сушку смеси в пневматической сушилке и гранулирование.
Количество и состав осадка зависят от качества кукурузной муки, условий гидролиза и фильтрования. В составе УБП, который изучали в лабораторных условиях, доля примесей, не относящихся к углеводам, составляет 34,2 % (табл. 1). Один из наиболее важных показателей, как пищевых, так и кормовых продуктов - содержание белка [5]. В изученном образце оно находилась на уровне 14,5 %, тогда как в кукурузной муке величина этого показателя не превышает 7,0 % [6, 7]. Увеличить содержание белка можно путем снижения количества углеводов, находящихся в жидкой фазе осадка. Если их содержание снизить на 5 %, то доля белка возрастет до 16,6 %, что повысит питательную ценность УБП.
При влажности более 30 % УБП теряет подвижность, поэтому определить величины критерия сыпучести, углов естественного откоса и обрушения невозможно (табл. 2). Таким образом, максимальная влажность УБП, при которой его можно направить на сушилку, составляет 30 %. При этом угол естественного откоса для продукта с различной влажностью постоянный и составляет 33,7°, а угол обрушения растет по мере повышения влажности. Объемная масса УБП при увеличении его влажности до 30 % снижается, а после этого уровня начинает возрастать. Критерий сыпучести сухого (влажность 0 %) УБП составляет 0,128 ед., при влажности 30 % - 0,02 ед., то есть сыпучесть резко снижается.
Таблица 2. Физико-химические характеристики углеводно-белкового продукта
Вт 1000'
где Тв - продолжительность истечения воды из прибора, с.
На основании экспериментальных данных продолжительность истечения воды из прибора (воронки) составляет 2,2 с, следовательно, постоянная прибора будет равна 0,0022.
Содержание сухих веществ, золы, белка, углеводов, а также величину рН определяли по методикам, принятым в технохимконтроле при производстве крахма-лопродуктов.
результаты и обсуждение. Образующийся при производстве мальтодекстрина УБП представляет собой липкий осадок кашеобразной консистенции,
Таблица 1. качественные показатели углеводно-белкового продукта
Влажность продукта, % Объемная масса, кг/м3 Угол естественно-го откоса, град. Угол обрушения, град. Критерий сыпучести (Ксып>
0,0 716,0 33,7 48,0 0,128
10,0 680,0 33,7 52,8 0,092
15,0 630,0 33,7 57,0 0,073
20,0 585,0 33,7 60,0 0,054
25,0 555,0 33,7 64,0 0,038
30,0 536,0 33,7 69,9 0,020
35,0 600,0 - - -
40,0 630,0 - - -
Таким образом, прежде чем направить осадок в сушилку необходимо довести его влажность до 30 %. Эта задача решается путем добавления рециркулируемого высушенного УБП влажностью 4 %. Технологическая схема сушки УБП предусматривает наличие питателя для подачи влажного (70 %) осадка и сухого УБП (4 %), смеситель и питатель для подачи УБП влажностью 30 % в пневматическую сушилку. После сушилки одна часть сухого УБП возвращается на смешение, а вторая часть выводится на гранулирование. Путем несложных арифметических расчетов можно определить, что для получения 1 кг/ч сухого УБП потребуется 3,2 кг/ч влажного осадка и 4,92 кг/ч рециркулируемого УБП. Количество УБП влажностью 30 %, направляемое в смеситель перед сушилкой, составит 8,12 кг/ч.
Используя объемную массу УБП, можно определить габариты оборудования для его производства. Например, с учетом того, что объемная масса УБП при влажности 30 % равна 536 кг/м3 объем смесителя производительностью 8,12 кг/ч будет равен 0,015 м3. На основании этого можно разработать конструкцию смесителя с учетом коэффициента заполнения.
выводы. На основании изученных свойств углеводно-белкового продукта разработан способ получения сухого УБП и получены данные, позволяющие
разработать конструкторскую документацию на оборудование для его производства. УБП становится сыпучим при критерии сыпучести 0,02 ед. и влажности не более 30 %. При влажности УБП 30 % объемная масса составляет 536 кг/м3, угол обрушения - 69,9о, а угол естественного откоса не меняется от влажности и составляет 33,7о. Влажность смеси УБП может быть уменьшена, однако тогда необходимо увеличить количество рециркули-руемого УБП, что приведет к увеличению габаритов оборудования для получения сухого УБП.
Литература.
1. Ананских В. В., Шлеина Л. Д. Мальтодекстрины из крахмалсодержащего сырья //Хранение и переработка сельхозсырья. 2015. № 11. С. 31-34.
2. Ананских В. В., Шлеина Л. Д. Оптимизация параметров получения мальтодекстрина и кормового продукта из кукурузной муки //Достижения науки и техники АПК. 2017. Т 31. № 11 С. 91-93.
3. Зерновые композиты с комплементарным аминокислотным составом для пищевых и кормовых целей / В. В. Колпакова, Р. В. Уланова, Д. С. Куликов и др. // Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2. С. 301-311.
4. Блинов Ю. М., Ведерников В. М. Исследования физико-химических свойств сыпучих материалов пищеконцентратной промышленности //Консервная и овощесушильная промышленность. 1976. № 6. С. 40-42.
5.SolidOState Protein-Carbohydrate Interactions and Their Application in the Food Industry/ N. Soltanizadeh, L. Mirmoghtadaie, F. Nejati, et al. // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014. 13 (5). Рр. 860-870. doi: 10.1111/15414337.12089.
6. Kumar D., Singh V. Improving the efficiency of dry fractionated fermentation of corn by adding to it germ and macaroni feed from agri-food industries// Cereal Chemistry. 2019. Vol. 96, No. 2. Pp. 243-251. doi: 10.1002/cche.10114.
7. Kokkinidou S., Peterson D., Bloch T. The Important Role of Carbohydrates in the Flavor, Function, and Formulation of Oral Nutritional Supplements // Nutrients. 2018. Vol. 10. Pp.742-752.
References
1. Ananskikh VV, Shleina LD. [Maltodextrins from starch-containing raw material]. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya. 2015;(11):31-4. Russian.
2. Ananskikh VV, Shleina LD. [Optimization of the parameters for obtaining maltodextrin and feed product from cornmeal]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2017;31(11):91-3. Russian.
3. Kolpakova VV, Ulanova RV, Kulikov DS, et al. [Grain composites with complementary amino acid composition for food and feed purposes]. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv. 2019;49(2):301-11. Russian.
4. Blinov YuM, Vedernikov VM. [Studies of the physicochemical properties of bulk materials in the food concentrate industry]. Konservnaya i ovoshchesushil'naya promyshlennost'. 1976;(6):40-2. Russian.
5. Soltanizadeh N, Mirmoghtadaie L, Nejati F, et al. SolidOstate protein-carbohydrate interactions and their application in the food industry. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014;13(5):860-70. doi: 10.1111/1541-4337.12089.
6. Kumar D, Singh V. Improving the efficiency of dry fractionated fermentation of corn by adding to it germ and macaroni feed from agri-food industries. Cereal Chemistry. 2019;96(2):243-51. doi: 10.1002/cche.10114.
7. Kokkinidou S, Peterson D, Bloch T. The important role of carbohydrates in the flavor, function, and formulation of oral nutritional supplements. Nutrients. 2018;10:742-52.
требования к оформлению статей в журнале «достижения науки и техники АПк»
В статье должно быть кратко изложено состояние дел по изучаемой проблеме со ссылками на публикации (желательно не менее трех ссылок). Затем указаны цели, задачи, условия и методы исследований. Подробно представлены результаты экспериментов и их анализ. Сделаны выводы и даны предложения производству. В статье следует по возможности выделять следующие блоки: введение; цель и задачи исследований; условия, материалы и методы исследований; результаты исследований; выводы.
Вместе со статьей должны быть представлены перевод названия на английский язык; аннотация (200-250 слов) на русском и английском языках; ключевые слова на русском и английском языках; полные почтовые адреса всех учреждений, в которых работают авторы, на русском и английском языке; ученые степени и должности авторов на русском и английском языке код УДК; библиографический список.
В тексте ссылка на источник отмечается соответствующей цифрой в квадратных скобках в порядке цитирования. В списке литературы приводятся только те источники, на которые есть ссылка в тексте. Использование цитат без указания источника информации запрещается.
Материал для подачи в журнал набирается в текстовом редакторе Word версия не ниже 97 файл с расширением *.rtf.
Объем публикации 12-16 стр. машинописного текста набранного шрифтом Times New Roman, размер кегля 14 с полуторным интервалом. На 2,5 страницы текста допускается не более 1 рисунка или таблицы.
Статьи необходимо направлять с сопроводительным письмом с указанием сведений об авторах (фамилия, имя, отчество -полностью, ученая степень, место работы и занимаемая должность) на русском и английском языке, контактных телефонов и адреса электронной почты для обратной связи.
На публикацию представляемых материалов необходимо письменное разрешение и рекомендация руководства организации, на средства которой проводились исследования. Его вместе с одним экземпляром рукописи, подписанным авторами, и статьей в электронном виде нужно отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166, ООО «Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК». Для ускорения выхода в свет материалы в электронном виде можно направлять по адресу: agroapk@mail.ru.
Плата с аспирантов за публикацию рукописей не взимается.
Несоответствие статьи по одному из перечисленных пунктов может служить основанием для отказа в публикации.
Все рукописи, содержащие сведения о результатах научных исследований, рецензируются, по итогам рецензирования принимается решение о целесообразности опубликования материалов.
