CC BY
18РАЗДЕЛ 1. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
УДК 664.788.8 (045)
ВЛИЯНИЕ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА ОВСА НА ЕГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
В.А. Марьин, А.Н. Блазнов, Р.Б. Ермаков, И.Н. Павлов
Актуальность работы заключается в исследовании гидротермической обработки зерна различных крупяных культур в пропаривателе непрерывного действия. Целью работы является исследование влияния температурной обработки на физико-химические свойства зерна овса и сравнение с зерном гречихи. Исследуемые образцы зерна овса и гречихи обрабатывали перегретым паром при температуре 80-200 °С в течение 8 минут и определяли температуру нагрева зерна. Выявлено, что в сравнении с зерном гречихи, температура нагрева зерна овса на 2-3 °С ниже, при одинаковых условиях обработки. Для зерна овса и гречихи после всех режимов обработки определены влажность по ГОСТ 26312.7-88; белок по ГОСТ 10846-91; пищевые волокна по ГОСТ 13496.2-91; жир по ГОСТ 29033-91; зольность по ГОСТ 26312-84, углеводы по разнице показателей. Выявлено, что в результате обработки зерна овса в исследованном диапазоне температур с увеличением температуры обработки уменьшается массовая доля влаги на 17 %, массовая доля определяемого жира увеличивается на 17 %, возможно вследствие гидролиза и окисления при высокой температуре, массовая доля белка увеличивается на 9,5 %. Массовая доля зольности и пищевых волокон зерна овса при увеличении температуры обработки не изменяется. В гречихе массовая доля влаги в результате тепловой обработки снизилась на 17,8 %, массовая доля белков уменьшилась на 7,6 %, массовая доля жиров увеличилась на 14,2 %, углеводов - на 6 %. На основании экспериментальных данных, рекомендована оптимальная температура гидротермической обработки в пропаривателе непрерывного действия в диапазоне 120-140 °С при времени обработки зерна до 8 минут.
Ключевые слова: пропариватель непрерывного действия, гидротермическая обработка, зерно, овес, гречиха, физико-химический состав
ВВЕДЕНИЕ
Зерно овса имеет большое значение в питании человека: оно больше, чем другие злаки, содержит жиров, витаминов, богато белком, крахмалом, щелочными солями, ка-медями, эфирными маслами, холинами и другими полезнейшими веществами [1]. Вышеуказанные свойства определили широкое использование овса в медицине, пищевой промышленности и парфюмерии.
Белок, углеводы, липиды, витамины и другие биологически активные соединения определяют питательную ценность зерна. Химические вещества в зерне распределены в различных частях семени неравномерно и их содержание зависит от сорта, условий произрастания, агротехники, условий уборки, хранения зерна и т.д.
Опыт работы и проведенные исследования доказывают, что гидротермическая обработка (ГТО) зерна перед шелушением улучшает его технологические свойства, питательную ценность и потребительские достоинства вырабатываемой из этого зерна крупы, при этом увеличивается выход целого ядра, а дробленого уменьшается. Однако ис-
пользование температурной обработки может приводить к изменению структурно-механических и физико-химических свойств зерна.
Кроме того, использование ГТО может повышать и биологическую ценность готового продукта, сохраняя витамины и минеральные вещества, присутствующие в верхних слоях ядра. Эти вещества обычно теряются в результате шелушения, однако при нагревании и увлажнении значительная часть нутриентов мигрирует с периферийных цветочных оболочек в ядро [2].
Выбор способа ГТО зависит от строения зерна, ассортимента продукции, воздействия режима обработки на изменение внешнего вида крупы и т.д. Наиболее распространенным способом ГТО является использование пропаривания, сушки и охлаждения. Его применяют при переработке гречихи, овса и гороха. Особенность его заключается в высокой (более 100°С) температуре нагрева зерна. Пропаривание производят при избыточном давлении, которое может достигать 0,6
МПа, а температура теплоносителя для сушки зерна - до 140 °С.
Так как потребление продуктов переработки зерна овса в последние годы непрерывно увеличивается (что обусловлено тем, что по пищевой ценности овес во многих отношениях превосходит другие зерновые культуры [3]), актуальным является исследование влияния гидротермической обработки на его физико-химические свойства.
Целью настоящей работы является исследование влияния гидротермической обработки на физико-химические свойства зерна овса и сравнение с результатами обработки гречихи, полученными ранее.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали партии зерна овса «Корифей», собранного в 2017 году в предгорной части Алтайского края. Благодаря высокому потенциалу продуктивности (низкой пленчатости и высокому содержанию ядра), сорт получил широкое распространение во всех районах края.
Все исследования проводились в 3 - 4-х кратной повторяемости. В экспериментальной части приведены средние значения показателей. В качестве сравнения используются аналогичные показатели зерна гречихи.
Партии зерна овса, из которых отбирали образцы для исследований, по показателям качества и безопасности соответствовали требованиям нормативной документации.
Для исследования влияния гидротермической обработки на физико-химические свойства зерна овса использовалось зерно овса с показателями качества, представленными в таблице 1.
Таблица 1 - Показатели качества зерна овса, используемого для исследования
Анализ таблицы 1 позволяет утверждать, что зерно соответствует требованиям нормативной документации и может быть использовано для исследований и выработки готового продукта.
Для исследования влияния гидротермической обработки на физико-химические свойства зерна овса была предложена технологическая схема, в которой используется пропариватель непрерывного действия [5]. Технологический процесс обработки зерна в таком пропаривателе обеспечивает предварительный подогрев, пропаривание и сушку зерна в одном аппарате в режиме непрерывного действия.
В соответствии с принятой технологией, глубина гидротермической обработки зерна может регулироваться за счет изменения температуры пара, степени заполнения про-паривателя и оборотов вала ворошителя с расположенными на нем пластинами разгрузочного устройства. Конструкция пропарива-теля обеспечивает возможность проведения ГТО зерна при различных влажностно-тепловых режимах [6].
Особенности и условия работы лабораторной установки по термообработке зерна представлены в работах [7, 8].
В работе представлены результаты обработки зерна овса, при которой температура его нагрева изменялась от 20 до 92 °С, что не противоречит технологическому регламенту и позволяет получить готовую продукцию по качеству, отвечающую требованиям нормативной документации.
Параметрами, которые определяют режимы обработки зерна в указанной установке, являются температура газовоздушной смеси и продолжительность обработки. Общее время температурной обработки зерна во всех испытаниях составляла 8 мин, температура газовоздушной смеси, при которой обрабатывалось зерно, изменялась от 20 до 200 °С. Указанный диапазон исследуемых температур определен техническими параметрами применяемого оборудования, технологическими режимами обработки зерна [9] и органолептическими параметрами крупы овсяной.
В соответствии с указанными режимами обработки, были исследованы шесть образцов зерна овса, полученные на лабораторной установке. Параметры гидротермической обработки и температура нагрева зерна овса представлены в таблице 2. Здесь же для сравнения приведены данные по нагреву зерна гречихи, полученные в работе [9].
Показатели качества зерна Качество зерна по требованиям нормативной документации Гост 28673-90 [4] Фактическое качество зерна
Влажность, % не более 13,5 13,2-14,6
Натура, г/л не менее 520 520-552
Массовая доля ядра, % 63,0 61,8-65,5
Массовая доля лузги, % не нормируется 26,6-29,2
Сорная примесь, % не более 3,0 1,9-3,0
Зерновая примесь, % не более 7,0 4,6-6,5
Как следует из таблицы 2, при увеличении температуры теплоносителя, возрастает температура нагрева зерна. Температура нагрева зерна овса и гречихи при одинаковых условиях разная, как следует из данных таблицы 2. Зерно овса нагревается на 2-3 °С ни-
же, чем гречихи, при одинаковых условиях.
Под общим временем обработки подразумевается время нахождения зерна в про-паривателе от момента загрузки до момента его выгрузки.
Таблица 2 - Параметры гидротермической обработки исследуемых образцов
№ п/п Режим обработки зерна Температура ГВС, °С Температура нагрева зерна овса, °С Температура нагрева зерна гречихи, °С Общее время ГТО, мин
1 Без термообработки 0 20 20 0
2 Нагрев ГВС 80 42 45 8
3 Нагрев ГВС 140 63 65 8
4 Нагрев ГВС 160 72 75 8
5 Нагрев ГВС 180 81 82 8
6 Нагрев ГВС 200 92 95 8
Примечание: сокращение ГВС - газовоздушная смесь
Для определения возможного влияния параметров ГТО на изменение физико-химического состава зерна овса в исследуемых образцах, были определены следующие показатели согласно нормативным требованиям: влажность по ГОСТ 26312.7-88; белок по ГОСТ 10846-91; пищевые волокна по ГОСТ 13496.2-91; жир по ГОСТ 29033-91; зольность по ГОСТ 26312-84, углеводы по разнице показателей. Все исследования проводили в Бийском технологическом институ-
те. Физико-химические показатели зерна овса, обработанного при различных температурных режимах в пропаривателе непрерывного действия, представлены в таблице 3. Для сравнения в таблице 3 приведены результаты исследований физико-химического состава зерна гречихи, обработанной в тех же условиях, по данным работы [9] (взяты средние значения определяемых показателей.
Таблица 3 - Физико-химический состав зерна овса и гречихи, обработанных при различных темпера-
№ п/п Массовая доля показателей для зерна овса, % / Массовая доля показателей для зерна гречихи, %
Влажность Белки Углеводы Пищевые волокна Жиры Зольность
1 13,5 / 14,0 11,5 / 13,1 56,0 / 58,2 12,2 / 10,4 4,1 / 2,1 2,7 / 2,1
2 12,9 / 13,3 11,8 / 13,0 56,2 / 58,9 12,1 / 10,5 4,2 / 2,2 2,8 / 2,0
3 12,6 / 12,9 12,1 / 12,9 56,3 / 59,5 12,0 / 10,3 4,3 / 2,3 2,7 / 2,1
4 12,2 / 12,4 12,2 / 12,5 56,4 / 60,0 12,1 / 10,6 4,4 / 2,2 2,8 / 2,2
5 11,6 / 11,8 12,4 / 12,3 56,4 / 61,0 12,3 / 10,5 4,6 / 2,3 2,7 / 2,1
6 11,2 / 11,5 12,6 / 12,1 56,5 / 61,7 12,1 / 10,5 4,8 / 2,4 2,8 / 2,0
Анализ таблицы 3 позволяет утверждать, что в результате обработки зерна овса в исследованном диапазоне температур с увеличением температуры обработки уменьшается массовая доля влаги на 17 %, массовая доля определяемого жира увеличивается на 17 %, возможно вследствие гидролиза и окисления при высокой температуре, увеличение массовой доли белка на 9,5 %. Массовая доля зольности и пищевых волокон зерна при увеличении температуры обработки не изменяется, что
не противоречит ранее проведенным исследованиям [9]. В гречихе массовая доля влаги в результате тепловой обработки снизилась на 17,8 %, массовая доля белков уменьшилась на 7,6 %, массовая доля жиров увеличилась на 14,2 %, углеводов - на 6 %. Массовая доля белка овса при увеличении температуры обработки в отличие от зерна гречихи увеличивается, возможно, такое различие связано с тепловой денатурацией белка, которая характерна для двух групп белков, альбуминов и глобулинов, при этом
необходимо отметить, что по фракционному составу белок овса значительно отличается от зерна гречихи. Преобладающими фракциями у овса являются глютелины, проламины и глобулины у гречихи глобулины и альбумины.
В сравнении с зерном гречихи, в овсе содержится большее количество пищевых волокон и жиров и меньше углеводов, при сопоставимом количестве белка. Анализ таблиц 2 и 3 позволяет сделать вывод, что зерно разных крупяных культур по-разному реагирует на тепловые режимы обработки. Такие изменения возможно связаны с разной структурой зерна овса и гречихи. В целом из условия сохранения витаминов и допустимом нагреве зерна 60 °С, для обработки гречихи и овса можно рекомендовать режим ГТО с температурой нагрева газовоздушной смеси до 140 °С в течение 8 минут.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, гидротермическая обработка зерна овса в исследованном температурном диапазоне при использовании пропа-ривателя непрерывного действия приводит к изменению его физико-химического состава. Чем выше температура газовоздушной смеси, тем более интенсивно протекает процесс гидротермической обработки в пропаривате-ле. С целью сохранения питательных свойств и витаминов зерна овса рекомендуется нагрев его в процессе гидротермической обработки и сушки не выше 60 °С, что обеспечивается при температуре газовоздушной среды не выше 140 °С в исследованном нами временном режиме. Результаты исследований согласуются с данными, полученными при обработке зерна гречихи в тех же режимах. На основании результатов выполненных экспериментов, может быть рекомендована оптимальная температура для гидротермической обработки зерна овса и гречихи в пропа-ривателе непрерывного действия, в диапазоне 120-140 °С при времени обработки зерна до 8 минут.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Администрации Алтайского края в рамках научного проекта «Научно-методические основы технологии непрерывной гидротермической обработки зерна» № 17-48-220378-р_а.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Химический состав российских пищевых продуктов / Под ред. членкор. МАИ проф. И.М.
Скурихина и акад. РАМН проф. В.А. Тутельяна. -М.: ДеЛи принт, 2008. - 276 с.
2. Sedej, I., Sakac, M., Mandic, A., Misan, A., Tumbas, V. and Canadanovic-Brunet, J. (2012), Buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) Grain and Fractions: Antioxidant Compounds and Activities. Journal of Food Science, 77: C954-C959. doi: 10.1111/j.1750-3841.2012.02867.x
3. Хосни Р.К. Зерно, зернопереработка / К.Р.Хосни; пер.с англ.под.общ.ред. Н.П. Черняева.
- СПб: Профессия, 2006. - 336с., ил - (Серия; Научные основы и технологии).
4. ГОСТ 28673-90 Овес Требования при заготовках и поставках. - М.: Стандартинформ, 2010. - С. 34-40
5. Пат. РФ № 2555142. Способ гидротермической обработки зерна и пропариватель для гидротермической обработки зерна / Р. Б. Ермаков, А.Н. Блазнов, В.А. Марьин. Заявл. 09.01.2014, № 2014100659/13; опубл. 10.07.2015, бюл. № 19.
6. Ревякин П.С. Технология и оборудование гидротермической обработки зерна в непрерывном режиме / П.С. Ревякин, И.Н. Павлов, В.А. Марьин, А.Н. Блазнов, Р.Б. Ермаков - В сборнике: Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности. Материалы X Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. - 2017. - С. 483489.
7. Ермаков, Р.Б. Экспериментальное исследование процесса непрерывного пропаривания зерна гречихи / Р.Б. Ермаков, В.А. Марьин, А.Н. Блазнов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2014. - № 3 (113). - С. 114-119.
8. Павлов, И.Н. Экспериментальная установка для исследования процесса непрерывного пропаривания зерна / И.Н. Павлов, П.С. Ревякин, А.Н. Блазнов, Р.Б. Ермаков, В.А. Марьин // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием (20-22 мая 2015 г., г. Бийск). - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2015.
- С. 511-513.
9. Марьин В.А. Влияние параметров обработки на физико-химические состав зерна гречихи / В.А. Марьин, А.Н. Блазнов, Р.Б. Ермаков, И.Н. Павлов - Южно-Сибирский научный вестник.
- 2015. - № 4 (12). С.56-59.
Марьин Василий Александрович -
к.т.н., доцент, Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова», e-mail: [email protected]
Блазнов Алексей Николаевич - д.т.н., доцент, профессор кафедры Машины и ап-
параты химических и пищевых производств Бийского технологического института (филиала) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова»,), (3854) 43-52-99, [email protected]
Ермаков Роман Борисович - соискатель, Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государ-
ственный технический университет имени И.И. Ползунова», e-mail: [email protected]
Павлов Игорь Николаевич - к.т.н., доцент, доцент кафедры Машины и аппараты химических и пищевых производств Бийского технологического института (филиала) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова»,), (3854) 43-52-99, [email protected]
