Диэлектрическая стойка

К измерительному блоку

Сплошная пластина

Рис. 3. Схема датчика измерения электрического сопротивления зер­нового слоя

В связи с тем, что границы нулевой степени денатурации белка являются основополагающими при выборе режимов сушки, температура слоя пророщенного зерна пшеницы при сушке не должна превышать 50 ºC. Максимальное значение температуры нагревательных элементов составляло 100 ºC, так как чем больше влаги в материале (пророщенное зерно пшеницы имеет расчетную влажность 50 %), тем материал более стоек к воздействию высокой температуры сушильного агента или инфракрасных нагревателей.

В части исследований температура инфракрасных нагревателей имела постоянное значение. При этом она составляла соответственно 100 ºC, 90 ºC, 80 ºC, 70 ºC и 60 ºC , при давлении внутри сушильной камеры 15 кПа. Как видно из рисунка 4, в первых четырех случаях температура слоя пророщенного зерна поднялась выше 50 ºC через 3 – 14 часов после начала сушки. Температура в пророщенном зерне не поднималась выше предельно допустимого значения только при сушке пророщенного зерна при температуре инфракрасных нагревателей 60 ºC. При дальнейшей сушке при этой температуре нагревателей температура зернового слоя достигла 50 ºC через 41 час.

Рис. 4. Термограмма влияния температуры инфракрасных нагревателей на температуру пророщенного зерна пшеницы

Полученные данные позволили сделать вывод, что сушку нужно осуществлять, только задавая температуру инфракрасных нагревателей в несколько этапов.

Для этого определялись оптимальные диапазоны и этапы изменения температуры инфракрасных нагревателей при сушке пророщенного зерна пшеницы. В этом исследовании технологии сушки, пророщенное зерно пшеницы располагалось на восьми поддонах на средней полке. По полученным термограммам определили следующую программу сушки. В течение 2 часов сушки температура инфракрасных нагревателей поддерживали на уровне 100 ºС, далее температуру на инфракрасных нагревателях снизили до 70 ºС и в течение 10 часов (с 2 до 12 часов сушки) сохраняли неизменной, затем с 12 до 32 часов сушки планировали температуру инфракрасных нагревателей установить равной 60 ºС. Значение давления на протяжении всего времени сушки было 15 кПа. Температура зерна перед сушкой была 25 ºС. Общая продолжительность сушки составила 24 часа.

Таким образом, в изучаемом процессе были выделены 3 этапа: первый - начальный, второй - основной и третий - заключительный, каждый из которых соответствует определенной температуре инфракрасных нагревателей. На начальном этапе температура зернового слоя повышалась медленно, а на основном этапе она выросла до 39,2 ºC . На заключительном этапе температура зернового слоя к 24 часам сушки достигла 50,7 ºC , поэтому сушку на этом этапе закончили. Влажность высушенного пророщенного зерна, определенная по ГОСТ 13586.5–93, составила 4,1 %. Органолептическая оценка высушенного пророщенного зерна определила нецелесообразность пересушивания зерна.

Далее была проведена корректировка режимов сушки, так как одной из задач исследования является получение сухого пророщенного зерна пшеницы за такое минимально короткое время сушки, которое, тем не менее, позволяло бы обеспечить сохранение тех биологически активных веществ, которые были получены при проращивании. Поэтому, учитывая ранее полученные результаты, режимы сушки для дальнейших исследований были скорректированы следующим образом. На начальном этапе температура нагревателей в течение 4 часов поддерживалась на уровне 80 ºC, на основном этапе продолжительностью 8 часов - 70 ºC. На заключительном этапе, который длился 16 часов, температура инфракрасных нагревателей составляла 60 ºC. Давление в сушильной камере не изменялось и составляло 15 кПа. Общая продолжительность сушки составила 28 часов. Влияние поэтапного изменения температуры нагревателей на температуру зернового слоя отображено на рисунке 5.

1

2

1

2

Рис. 5 Влияние поэтапного изменения температуры нагревателей на температуру зернового слоя в вакуумной сушильной установке (а – начальный опыт, б – заключительный опыт)

Точка 1 на рисунках 5-а и 5-б показывает границу между начальным и основным этапами, точка 2 – начало заключительного этапа. Таким образом, было определено, что для сушки пророщенного зерна пшеницы в вакуумной сушильной установке оптимальная температура инфракрасных нагревателей будет на первом этапе 80 ºC, на втором этапе 70 ºC и на третьем этапе 60 ºC.

Однако, определение температуры высушиваемого пророщенного зерна в процессе сушки не позволяет в целом представить картину процессов, происходящих внутри сушильной установки, и регулировать технологические параметры по периодам кривой сушки.

Для того, чтобы перейти на промышленное производство новой продукции, нужно исследовать технологию сушки пророщенного зерна пшеницы при полной загрузке сушильной камеры. В этом случае температура зернового слоя на полках, расположенных на разном уровне, может отличаться друг от друга. Поэтому возникла необходимость установки датчиков измерения температуры не в одной средней полке, как это происходило ранее, а в нескольких. Общее количество полок было разделено на три равнообъемных части, тем самым, в дальнейших опытах были выделены три зоны сушки: 1 - нижняя, 2 – средняя, и 3 - верхняя.

Значение электрического сопротивления слоя пророщенного зерна пшеницы измерялось с помощью специального датчика, который уже был описан выше. Датчик был установлен в средней зоне. В связи с полной загрузкой сушильной камеры (150 кг зерна пшеницы) возможны некоторые отклонения от предыдущих данных, поэтому для выяснения влияния режимов сушки на параметры пророщенного зерна, режимы не корректировались и сушка проводилась при тех же параметрах, что и сушка с неполной загрузкой сушильной камеры. Затем, время сушки сократили на один час за счет уменьшения длительности третьего этапа сушки. Температура инфракрасных нагревателей изменялась поэтапно следующим образом. На начальном этапе, продолжительностью 4 часа температура инфракрасных нагревателей была 80 ºC, затем их температура снижалась до 70 ºC, основной этап длился 8 часов, на заключительном этапе температуру инфракрасных нагревателей 60 ºC поддерживали в течение 13 часов. Давление составляло 15 кПа на протяжении всего процесса сушки, то есть в течение 25 часов. Совмещенный график на рисунке 6 демонстрирует характер изменения температуры и электрического сопротивления слоя пророщенного зерна в процессе сушки.

Проведенная статистическая обработка полученных данных показала коэффициент корреляции между температурой инфракрасных нагревателей и температурой высушиваемого пророщенного зерна r=0,904 и между температурой пророщенного зерна и временем сушки r=0,932, что свидетельствует об имеющейся связи между данными.

1

2

Рис. 6 Изменение электрического сопротивления слоя пророщенного зерна пшеницы по этапам изменения температуры инфракрасных нагревателей

Подробное рассмотрение кривой изменения сопротивления по этапам изменения температуры инфракрасных нагревателей показывает, что электрическое сопротивление зернового слоя первые три часа сушки растет плавно, и этот этап можно считать этапом прогрева (первый этап сушки). Точку изменения формы кривой можно назвать первой критической точкой (точка 1), после четырех часов сушки линия электрического сопротивления становится прямой, и она продолжается примерно до десятого часа с начала сушки. Этот этап можно назвать этапом постоянной скорости роста электрического сопротивления (второй этап сушки), а точку перехода – второй критической точкой (точка 2).После десяти часов, как видно из рисунка 7 кривая R=f(τ) растет сначала по экспоненте, а затем асимптотически приближается к своему максимальному значению. Такой этап можно назвать этапом падающей скорости роста электрического сопротивления (третий этап сушки).

С целью окончательной отработки технологических режимов сушки пророщенного зерна пшеницы, в дальнейшем температура инфракрасных нагревателей задавалась не произвольно, а по выявленным этапам сушки, зависящим от изменения величины электрического сопротивления с течением времени сушки. Поэтому продолжительность этапа прогрева была установлена 3 часа и оставалась неизменной, при этом изменялась продолжительность второго этапа сушки с 7 до 5 часов.

Технологические режимы сушки, полученные в результате проведения серии опытов:

• давление в сушильной камере – 15 кПа;

• 1 этап – температура нагревателей 80 ^°С в течение 3 часов;

• 2 этап - температура нагревателей 70 ^°С в течение 5 часов;

• 3 этап - температура нагревателей 80 ^°С в течение 15 часов;

• общее время сушки – 23 часа.

Проведенная по указанным выше технологическим режимам сушка определила следующие зависимости электрического сопротивления и температуры слоя пророщенного зерна пшеницы от времени сушки (рис.7).

Рис. 7 Зависимость электрического сопротивления и температуры слоя пророщенного зерна пшеницы от времени сушки

Проведенная статистическая обработка полученных данных показала среднюю обратную зависимость между температурой инфракрасных нагревателей и температурой высушиваемого пророщенного зерна r=-0,796, и высокую зависимость между температурой пророщенного зерна и временем сушки r=0,997, что свидетельствует о наличии связи между данными.

Кривые t=f(t) и R=f(t) на рисунке 7 позволяют проанализировать характер происходящих процессов. Температура в пророщенном зерне поднималась постепенно, в то время как, начиная с восьмого часа сушки, происходят значительные изменения величины электрического сопротивления.

На рисунках 8 и 9 показаны кривые изменения электрического сопротивления в процессе сушки, которые позволяют поэтапно показать происходящие с влажным пророщенным зерном процессы.

Рис. 8 Изменение электрического сопротивления зернового слоя на первых двух этапах изменения температуры нагревателей

Из графика видно, что электрическое сопротивление зернового слоя на начальном этапе изменяется медленно. Затем, на основном этапе кривая имеет линейный характер. Прямая линия на этом рисунке выражается уравнением: у = 4,39х – 12,13, величина достоверности аппроксимации R² = 0,995.

Рис. 9 Экспоненциальный рост электрического сопротивления зернового слоя на третьем этапе

Для третьего этапа сушки уравнение регрессии имеет вид y=17,094е^0,3428Х. Величина достоверности аппроксимации для этой кривой R² = 0,9983.

Температура пророщенного зерна пшеницы в конце сушки не превысила 40 ºC, тем самым в сухом зерне сохраняются все полезные вещества. Влажность сухого зерна – 10,6 %. Для оценки органолептических свойств сухого пророщенного зерна пшеницы была разработана методика дегустационной оценки, позволяющая оценить качество сухого пророщенного зерна по 5 балльной системе. Дегустационная комиссия оценила новый продукт на 5 баллов.

В таблице 2 представлена сводная ведомость проведенных исследований процесса вакуумной сушки пророщенного зерна пшеницы.

Таблица 2

Сводная ведомость проведенных исследований

№ опыта	1 этап		2 этап		3 этап		продолжительность сушки, ч.	качество продукта
	температура нагревателей, 0С	длительность этапа, ч.	температура нагревателей, 0С	длительность этапа, ч.	температура нагревателей, 0С	длительность этапа, ч.		влажность, %	дегустация, балл
частичная загрузка сушильной камеры
1	100	2	70	12	60	18	32	4,1	3,0
2	90	2	70	11	60	17	30	6,3	3,0
3	80	4	70	10	60	14	28	8,7	3,5
частичная загрузка сушильной камеры
4	90	2	70	11	60	14	26	8,9	З,75
5	80	4	70	10	60	12	26	9,1	4,0
полная загрузка сушильной камеры
6	80	4	70	10	60	12	26	9,3	4,25
7	80	4	70	9	60	12	25	9,5	4,25
отработка режимов
8	80	3	70	7	60	15	25	9,8	4,75
9	80	3	70	6	60	15	24	10,0	5,0
10	80	3	70	5	60	15	23	10,6	5,0

Серия проведенных опытов позволила определить схему производства сухого пророщенного зерна пшеницы (рис.10).

Очистка зерна в соответствии с требованиями ГОСТ,

мойка зерна в проточной воде в моечных ваннах

Проращивание при t = 40 °С и атмосферном давлении внутри сушильной установки

Сушка на трех режимах

Основной период. Продолжительность 5 часов. Температура нагревателей 70 °С, давление 15 кПа.

Заключительный период. Продолжительность 15 часов. Температура нагревателей 60 °С,

давление 15 кПа.

Начальный период. Продолжительность 3 часа. Температура нагревателей 80 °С, давление 15 кПа.

Лабораторный контроль

сухого продукта

Упаковка

и маркировка

Транспортировка

и хранение

Рис. 10. Структурная схема производства сухого пророщенного зерна пшеницы

Разработанная технология производства сухого пророщенного зерна пшеницы подтверждена Патентом № 2412615 Российская Федерация, МПК A23B 9/08 A23L 1/172 на «Способ консервации проростков пшеницы» / Арсентьев А. А. (Россия), Блинов В.М. (Россия), Иванов Б.В. (Россия), Сташкова Н.О.(Россия); заявитель ООО «Интех» – № 2009112959/13, заявлено 04 мая 2009 года.

После сушки в вакуумной сушильной установке у пророщенного зерна пшеницы значительно увеличивается срок хранения. Предлагаемый способ сушки пророщенного зерна пшеницы позволяет увеличить сроки хранения пророщенного зерна до 1,5 лет. Об этом говорят результаты опыта по определению длительности хранения готового продукта.

Готовое пророщенное зерно пшеницы, высушенное до определенных значений влажности (5,4 %, 10,8 %) помещалось в полиэтиленовый пакет, герметично запаивалось и хранились до появления признаков порчи. Отдельные образцы вскрывались через 6, 12, 18, 24 месяца, и определялась способность прорастания зерен. В каждом образце было по 500 зерен (табл. 3).

В результате этих исследований была установлена оптимальная влажность для сухого пророщенного зерна пшеницы в 10,8 %, срок хранения пророщенного высушенного зерна – 18 месяцев.

Таблица 3

Влияние продолжительности хранения на качество

сухого пророщенного зерна пшеницы

Показатель качества	Продолжительность хранения, мес.
	6 месяцев		12 месяцев		18 месяцев		24 месяца
Влажность, %	5,4	10,8	5,4	10,8	5,4	10,8	5,4	10,8
Цвет	Свойственный пророщенному зерну
Запах	Свойственный пророщенному зерну
Вкус	Свойственный пророщенному зерну
Степень прорастания, %	95	98	93	95	91	92	70	83

Для определения показателей качества исходного образца и готового продукта (в целом и измельченном виде) были определены основные показатели качества (табл. 4).

Таблица 4

Основные показатели зерна пшеницы и пророщенного зерна пшеницы

Показатель	Варианты
	1	2	3	4	5
Цвет	Свойственный здоровому зерну пшеницы	Свойственный пророщенному зерну пшеницы
Запах	Свойственный здоровому зерну пшеницы	Свойственный пророщенному зерну пшеницы
Вкус	-	Свойственный пророщенному зерну пшеницы
Влажность, %	11,6	5,4	10,8	5,4	10,8
Число падения, с.	284	65	64	60	60
Стекловидность, %	35	34	36	-	-
Массовая доля сырой клейковины, %	20	неотмывающаяся
Общая деформация, ед.пр.ИДК	80	-	-	-	-
Суммарное содержание антиоксидантов , мг /100 г	17,0	-	36,0	-	37,0

Варианты:

1- зерно пшеницы до проращивания, влажность 14 %

2- зерно пророщенное сухое целое, влажность 5,4 %

3- зерно пророщенное сухое целое, влажность 10,8 %

4- зерно пророщенное сухое измельченное (проход через сито d=1,5мм – 96 %, остаток на сите с круглыми отверстиями d=1,5 мм, не более 4 %), влажность 5,4 %

5- зерно пророщенное сухое измельченное (проход через сито d=1,5мм – 96 %, остаток на сите с круглыми отверстиями d=1,5 мм, не более 4 %), влажность 10,8 %

Полученное сухое пророщенное целое и измельченное зерно пшеницы, благодаря высоким показателям, может быть рекомендовано для употребления в качестве самостоятельного продукта для обеспечения населения не только пищевыми волокнами, но и биологически активными веществами, образовавшимися в результате проращивания.

В четвертой главе приведены рекомендации по использованию сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы при производстве хлебобулочных изделий. Из ассортимента хлебобулочных изделий выбрали группу диетических хлебобулочных изделий. Употребление в пищу диетических сортов хлеба оказывает существенное влияние на качественный и количественный состав рациона питания человека, но при этом, ассортимент этой группы недостаточно обширен в части изделий с повышенным содержанием пищевых волокон, которые рекомендуются для употребления больными, страдающими атонией кишечника.

Для исследований возможности использования сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы за основу была взята рецептура зернового хлеба.

С учетом преимущества зерна пшеницы пророщенного и измельченного по отношению к муке пшеничной высшего сорта, проводились пробные выпечки с заменой дробленого зерна пшеницы на сухое измельченное пророщенное зерно пшеницы в различных соотношениях (таблица 5).

Расчетная влажность теста составляла 45%. Технологическая схема приготовления теста для зернового хлеба включала следующие этапы: очистка и шелушение зерна, замачивание зерна, диспергирование зерна, приготовление теста. Очищенное зерно смачивалось водой в течение 15 минут и поступало в шелушильную машину для очистки поверхности зерна. Зерно замачивалось в чистой водопроводной воде с температурой 20 C для получения набухшего зернового полуфабриката. Продолжительность замачивания очищенного зерна составляла 12 часов. После диспергирования зерна производился замес теста. Тесто готовилось безопарным способом. Перед замесом теста предварительно подготавливалось сырье. Соль растворялась в расчетном количестве воды и отфильтровалась. Дрожжи добавлялись в тесто в виде дрожжевой суспензии при соотношении дрожжей и воды 1 : 3 с температурой воды 38 C. Мука просеивалась через сито, как пшеничная высшего сорта, так и зерно пшеницы пророщенное измельченное (для II – V вариантов). Тмин просеивался через сито с круглым отверстием 1,5 мм. Замес теста проводился вручную в течение 5 минут. Продолжительность брожения теста составляла 120 минут, температура 30 – 32 °С. Затем осуществлялась обминка. После обминки тесто бродило еще 10 минут. Готовность теста определялась по кислотности не более 3,0 град, по увеличению объема и по упругости. Для II – V вариантов технология замеса теста другая – все ингредиенты смешивались, так как дробленое зерно пшеницы в рецептуре отсутствовало, соответственно не было необходимости проводить замачивание зерна. Измельченное пророщенное зерно пшеницы добавлялось в сухом виде.

Таблица 5

Рецептура зернового хлеба для проведения пробных выпечек

Наименование сырья	Расход сырья на 100 кг муки по вариантам, кг
	1	2	3	4	5
Мука пшеничная хлебопекарная в/с	40,0	40,0	90,0	80,0	70,0
Дробленое зерно пшеницы	60,0	-	-	-	-
Сухое измельченное пророщенное зерно пшеницы	-	60,0	10,0	20,0	30,0
Соль поваренная пищевая	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
Дрожжи прессованные хлебопекарные	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
Яйцо куриное	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Тмин	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1

Округленные тестовые заготовки формовались и отправлялись на предварительную расстойку в течение 5 минут. Расстойка проводилась на разделочном столе при температуре воздуха помещения. Сформованное тесто укладывалось на листы или формы и отправлялось в шкаф окончательной расстойки. Окончательная расстойка происходила в атмосфере влажного и тёплого воздуха при температуре 30 С и относительной влажности 75 %. Продолжительность расстойки составляла 30 минут. Выпечка осуществлялась в пекарной камере с пароувлажнением при температуре 210 С в течение 18 минут.

После проведения пробных выпечек были получены готовые изделия по каждому варианту, которые существенно отличались от контроля по органолептическим показателям. Для оценки органолептических показателей применялся описательный анализ. При графическом отображении этой группы показателей использовали пятибалльную шкалу для оценки отдельных признаков. Полученные результаты с тремя пробами муки отражены на рисунке 11. Физико-химические показатели по вариантам с тремя пробами муки представлены в таблице 6.

Таблица 6

Значения физико-химических показателей хлебобулочных изделий по вариантам

Вариант	Влажность, %			Кислотность, град.
	1	2	3	1	2	3
I	40,4	43,2	45,8	2,2	2,4	2,0
II	41,4	42,8	44,4	3,6	3,4	3,6
III	42,8	44,0	45,2	2,0	1,8	2,2
IV	41,4	43,6	44,8	2,4	2,2	2,4
V	42,2	43,2	44,6	2,6	2,6	2,4

проба 1 проба 2

проба 3

Рис. 11 Органолептическая оценка готовых хлебобулочных изделий по вариантам

По результатам проведенных выпечек максимальную оценку дегустационной комиссии получили варианты № III и IV. Ниже представлена рецептура для производства диетического хлеба «Энергия жизни» с использованием сухого измельченного пророщенного зерна пшеницы (таблица 7).

Таблица 7

Унифицированная рецептура хлеба диетического «Энергия жизни»

Наименование сырья	Количество, кг
Мука пшеничная в/с	80,0
Зерно пшеницы пророщенное измельченное	20,0
Соль поваренная пищевая	0,75
Дрожжи прессованные хлебопекарные	2,0
Яйцо куриное	0,8
Тмин	0,1

Структурная схема производства нового хлеба показана на рисунке 12. Для диетического хлеба «Энергия жизни» в диссертационной работе представлен проект технических условий. Также разработан проект технических условий для производства сухого пророщенного зерна пшеницы. По предложенному варианту технических условий разработаны и внедрены ТУ 9719-002-4800088-06 «Зерно пшеницы пророщенное», которое используются при производстве пророщенного зерна пшеницы на предприятии ООО «ИНТЕХ» (г. Йошкар-Ола). На предприятии ООО «Универсал» (Хлебозавод №1, г. Йошкар-Ола) внедрено производство хлеба диетического «Энергия жизни».

Рис. 12. Структурная схема производства диетического хлеба «Энергия жизни»