Красноярский край, Россия
Россия
Россия
Цель исследования – повышение энергетического дохода технологии производства текстурированной муки за счет применения пророщенной кукурузы, разработанного и запатентованного оборудования. Задачи: разработка технологии производства текстуратов на основе нативной пшеницы и зерна пророщенной кукурузы и оценка ее энергетического дохода. Объекты исследования – технология и оборудование производства текстуратов на основе зерна пшеницы Новосибирская 15 и пророщенной кукурузы Россо 140. Экспериментальные исследования по сравнительной оценке технологий получения текстурированной муки были организованы в Инжиниринговом центре ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет». Сравниваемые технологии основывались на получении текстуратов из нативной пшеницы влажностью 8,5–9,0 % и из смеси нативной пшеницы и пророщенного зерна кукурузы влажнос¬тью 15–16,5 %. Проращивание зерна кукурузы осуществлялось на запатентованной установке, позволяющей получать пророщенное зерно до 2 мм в течение 48 ч. В экструдированных смесях на основе зерна пшеницы и пророщенной кукурузы, в расчете на сухое вещество, выявлено наибольшее содержание клетчатки – 8,64 % (10 % кукурузы), крахмала – 40,67 % (20 % кукурузы); БЭВ – 78,5–78,74 % (15–25 % кукурузы). Обменная энергия экструдата из пшеницы и экструдата с включением пророщенной кукурузы (25 %) составляла соответственно 12,78 и 12,95 МДж/кг. Несмотря на увеличение затрат на производство экструдата в технологии с проращиванием зерна кукурузы по сравнению с технологией получения экструдата из пшеницы на 0,013 МДж/кг, энергетический доход увеличился на 0,16 МДж/кг.
пшеница, кукуруза, пророщенное зерно, текстурированная мука, технология, оборудование, проращивание, экструзия, энергетический доход
Введение. Совершенствование существующих и создание новых технологий переработки зерновых культур является актуальной задачей для обеспечения сохранности и эффективного использования урожая, решение которой возможно в процессе экструзии, который позволяет изменить физико-механические и биохимические свойства зерна [1–4].
Перспективным направлением для формирования качества пищевых систем является использование пророщенного зерна как компонента, позволяющего обогатить готовую продукцию биологически активными веществами [5–8].
Представляет интерес с научной и практической точки зрения использование зерна кукурузы в экструзионных технологиях, так как оно применяется в качестве сырья для производства крупы, муки, масла, крахмала, спирта и имеет высокое содержание углеводов. Кукурузное зерно используют также при изготовлении аскорбиновой и глютаминовой кислот.
Недостатками, снижающими эффективность проращивания зерна, являются высокие энергетические затраты, продолжительность и материалоемкость применяемого для этих целей оборудования.
В связи с этим актуальными являются исследования, направленные на повышение энергетического дохода применяемых технологий, использование разработанного и запатентованного оборудования в линии производства экструдатов на основе зерновых культур и пророщенных компонентов.
Объект и методы. Объектом исследования являлась не только технология производства текстуратов на основе зерна пшеницы, но и используемое в технологическом процессе разработанное и запатентованное оборудование. Экспериментальные исследования проводились в Инжиниринговом центре ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет». Текстурированную муку получали из нативной пшеницы сорта Новосибирская 15 влажностью 8,5–9 % и из смеси нативной пшеницы и пророщенного зерна кукурузы сорта Россо 140 влажностью 15–16,5 %.
Проращивание зерна кукурузы осуществлялось на запатентованной установке, позволяющей получать пророщенное зерно до 2 мм в течение 48 ч [9]. Исходное сырье и текстураты исследовались по аккредитованным методикам в НИИЦ Красноярского ГАУ и ФГБУ ГЦАС «Красноярский». Для оценивания энергетического дохода определяли энергосодержание продукта, совокупную энергию, расходуемую электрическую энергию, трудовые затраты согласно [10].
Результаты и их обсуждение. Технология производства текстурированной муки на основе нативного зерна пшеницы и пророщенного зерна кукурузы заключается в следующем (рис. 1).
Зерно пшеницы и кукурузы отделяется от примесей. Зерно кукурузы замачивается и проращивается в устройстве для проращивания зерна.
Дозированная масса нативной пшеницы и пророщенной кукурузы подается в смеситель, где осуществляется процесс смешивания компонентов.
Рис. 1. Схема технологического процесса производства текстурированной муки
с предварительным проращиванием зерна кукурузы
Смесь нативного зерна пшеницы и пророщенной кукурузы подается в экструдер ЭК-100. После процесса экструзии продукт с температурой 110–120 °C транспортируется в охладитель и далее в измельчитель. Готовая текстурированная мука упаковывается и поступает на хранение или в производство.
Перечень и характеристики оборудования, применяемого в технологии получения текстурата на основе зерна нативной пшеницы и пророщенной кукурузы, представлены в таблице.
Химический состав исходного сырья и экструдата в зависимости от соотношения нативного и пророщенного компонентов представлен на рисунке 2, а изменение обменной энергии на рисунке 3.
Анализ химического состава исходного сырья и экструдата позволяет сделать вывод, что при увеличении содержания пророщенной кукурузы в смеси отмечается рост содержания сахаров, крахмала, БЭВ и каротина в готовой продукции. Количество сырого протеина и сырой клетчатки, напротив, незначительно уменьшается.
В расчете на сухое вещество экструдированные смеси на основе зерна пшеницы и пророщенной кукурузы содержали наибольшее количество клетчатки – 8,64 % в варианте с использованием в смеси 10 % кукурузы, крахмала – 40,67 % (20 % кукурузы); БЭВ – 78,5–78,74 % (15–25 % кукурузы).
Перечень и характеристики оборудования линии производства текстурированной муки
Оборудование |
Марка |
Кол-во, шт. |
Производительность, т/ч |
Установленная мощность, МДж |
Нория |
Н-3 |
2 |
3 |
4,0 |
Бункер |
БГП-5 |
2 |
3,85 |
– |
Шнековый транспортер |
ТШ-100 |
7 |
3,85 |
4,0 |
Дозатор |
УРЗ-1 |
3 |
0,7 |
1,0 |
Сепаратор зерна |
МС-4/2 «Алмаз» |
1 |
4 |
7,9 |
Проращиватель зерна |
Пат. 2769803 |
1 |
0,2 |
4,0 |
Лопастной смеситель |
Пат. №192831 |
1 |
1,25 |
5,4 |
Экструдер |
ЭК-100 |
1 |
0,1 |
40,1 |
Отсекатель стренга экструдата |
– |
1 |
0,1 |
2,7 |
Охладитель |
СО-1 |
1 |
0,1 |
4,0 |
Молотковая дробилка |
«МОЛОТ 200» |
1 |
0,1 |
4,0 |
Мельница жерновая |
AKITAJP akdmjp-40 |
2 |
0,07 |
10,8 |
Машина фасовочноупаковочная |
МФДШ НОТИС-1,0 |
1 |
1,44 |
4,3 |
Рис. 2. Химический состав исходного сырья и экструдата (на сухое вещество)
Рис. 3. Обменная энергия исходного сырья и экструдата (на сухое вещество)
Обменная энергия экструдата с включением пророщенной кукурузы увеличивалась прямо пропорционально увеличению доли пророщенного зерна кукурузы в нем. Наибольшее количество обменной энергии отмечено в варианте, содержащем 25 % пророщенной кукурузы. Обменная энергия экструдата из пшеницы и экструдата с включением пророщенной кукурузы (25 %) составляла соответственно 12,78 и 12,95 МДж/кг.
Наиболее энергоемкими операциями технологического процесса производства текстурата являются экструдирование и измельчение готового продукта, на долю которых приходится соответственно 51,3 и 41,7 % энергозатрат.
Причем при использовании технологии производства текстурата на основе пшеницы и пророщенной кукурузы (25 %) энергозатраты за счет применения дополнительного оборудования увеличиваются на 0,013 МДж/кг. Графические зависимости энергетических показателей производства текстуратов для сравниваемых технологий представлены на рисунке 4.
Рис. 4. Кумулятивные кривые энергонасыщения текстурата в процессе его производства, МДж/т:
1 – технология производства текстурата на основе пшеницы; 2 – технология производства текстурата на основе пшеницы и пророщенной кукурузы
Ломаные линии, проведенные через средние точки циклов операций, представляют собой кумулятивные кривые энергонасыщения текстурированной муки. Несмотря на увеличение затрат на производство экструдата в технологии с проращиванием зерна кукурузы по сравнению с технологией получения экструдата из пшеницы на 0,013 МДж/кг, энергетический доход увеличился на 0,16 МДж/ кг.
Заключение. Проведенное исследование показало, при увеличении в смеси содержания пророщенной кукурузы в готовой продукции возрастает количество сахаров, крахмала, БЭВ и каротина, а количество сырого протеина и сырой клетчатки незначительно уменьшается. Обменная энергия из экструдата с включением 25 % пророщенной кукурузы возросла по сравнению с экструдатом из пшеницы на 0,17 МДж/кг. Экструдирование и измельчение экструдата являются наиболее энергоемкими операциями, на долю которых приходится соответственно 51,3 и 41,7 % энергозатрат. Несмотря на увеличение затрат на производство экструдата в технологии с проращиванием зерна кукурузы по сравнению с технологией получения экструдата из пшеницы на 0,013 МДж/кг, энергетический доход увеличился на 0,16 МДж/ кг.
1. Филатов О.К. Гуманитас. Humanitas. Т. 3. История российской пищевой промышленности. М.: МГУТУ, 2006. 272 с.
2. Совершенствование технологии производства текстурированной муки / В.В. Матюшев [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2023. № 5. С. 240–245.
3. Оценка эффективности производства экструдированных кормов на основе смеси зерна и растительных компонентов / В.В. Матюшев [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2015. № 11. С. 140–145.
4. Использование корнеклубнеплодов в экструдированных кормах / В.В. Матюшев [и др.] // Сельский механизатор. 2017. № 4. С. 24–25.
5. Околелова Т.М. Повышение ценности зерна проращиванием // Комбикорма. 1999. № 2. С. 36–37.
6. Матюшев В.В., Чаплыгина И.А., Семенов А.В. Использование пророщенного зерна пшеницы в экструзионных технологиях // Вестник КрасГАУ. 2020. № 11. С. 184–189.
7. Matyushev V.V., Chaplyginna I.A., Seme-nov A.V. Method of increating the mixed fodder nutritional and energy value // IOP Conf Agribusiness Environmental Engeneering and Biotechnologies. Vol. 421. Krasnoyarsk, 2019. P. 62033.
8. Химический состав и питательность зерна пшеницы, ячменя и кукурузы в зависимости от способов подготовки их к скармливанию / Н.Н. Швецов [и др.] // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015. № 12 (134). С. 101–106.
9. Пат. № 2769803 C2 Российская Федерация, МПК A01C 1/02. Устройство для проращивания зерна / Матюшев В.В., Невзоров В.Н., Семенов А.В. [и др.]; заявитель Красноярс¬кий ГАУ. № 2020131218; заявл. 21.09.2020; опубл. 06.04.2022.
10. Матюшев В.В. Энергосберегающая технология и технические средства производства растительных, экологически безопасных кормов в условиях Красноярского края: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Красноярск, 2005. 36 с.