Разработка технологии переработки зародышей зерна кукурузы и изучение потребительских свойств получаемых продуктов и БАД (стр. 1 )

На правах рукописи

Шаззо Адам Асланович

РАЗРАБОТКА технологии переработки зародышей зерна кукурузы и изучение потребительских свойств получаемых продуктов и БАД

Специальность 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар – 2011

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор кандидат технических наук

Ведущая организация: Краснодарский НИИ хранения и переработки

сельскохозяйственной продукции

Россельхозакадемии

Защита состоится 27 декабря 2011 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.03 при Кубанском государственном технологическом университете .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета: .

Автореферат разослан 26 ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

1 Общая характеристика работы

1.1 Актуальность темы. В настоящее время качество и безопасность являются стратегической целью производства продуктов питания. В этих условиях особую важность приобретают разработка и внедрение прогрессивных наукоемких технологий, а также автоматизированных методов контроля и управления технологическими процессами комплексной глубокой переработки продовольственного сырья и производства пищевых продуктов, обеспечивающих максимальную сохраняемость эндогенных нутриентов и заданных потребительских свойств готовой продукции.

Кукуруза является перспективной многоцелевой физиологически ценной зерновой культурой. В товарном производстве большое значение имеет зерно кукурузы, которое является исходным сырьем для получения более 150 продовольственных и технических продуктов. К наиболее важным продуктам переработки зерна кукурузы относятся крупа, мука, кукурузные хлопья, крахмал, патока, спирт, а также физиологически ценное масло, вырабатываемое из зародыша.

Выделение зародыша зерна кукурузы является одной из наиболее важных технологических операций, так как ее эффективность оказывает существенное влияние на показатели качества всего спектра получаемых продуктов.

Кукурузные зародыши выделяют в качестве вторичного продукта при переработке зерна кукурузы в мукомольно-крупяном, пищеконцентратном и крахмало-паточном производствах. Необходимость максимального отделения зародыша обусловлена высокой активностью и лабильностью содержащихся в нем соединений, следствием чего, например, является высокая окисляемость и гидролизуемость липидного комплекса. Это, в свою очередь, обусловливает снижение качества получаемых муки, крупы и крахмалопродуктов.

Анализ существующих технологий переработки зерна кукурузы показал, что ни одно из имеющихся технических и технологических решений не обеспечивает сохранение целостности и качества отделяемых зародышей.

Учитывая изложенное, разработка эффективной технологии переработки зародышей зерна кукурузы и изучение потребительских свойств получаемых продуктов и БАД является актуальной.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по теме «Разработка комплексных экологически безопасных ресурсосберегающих технологий переработки растительного сырья с применением физико-химических и биотехнологических методов», № Госрегистрации .

1.2 Цель работы. Целью работы является разработка эффективной технологии переработки зародышей зерна кукурузы и изучение потребительских свойств получаемых продуктов и БАД.

1.3 Основные задачи исследования.

- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;

- обоснование выбора объектов исследования;

- разработка инновационной технологии и рекомендаций по комплектации линии подготовки зерна кукурузы к выделению зародыша сухим способом;

- разработка инновационной технологии и рекомендаций по комплектации линии выделения зародыша зерна кукурузы с максимальным сохранением физиологически ценных свойств;

- научное и экспериментальное обоснование способа извлечения кукурузного масла с использованием в качестве экстрагента этанола;

- разработка способа подготовки зародыша зерна кукурузы к извлечению масла этанолом;

- разработка технологии получения физиологически ценного масла и пищевого шрота из зародыша зерна кукурузы с использованием в качестве экстрагента этанола;

- оценка потребительских свойств кукурузного масла и шрота;

- научное и экспериментальное обоснование использования кукурузного масла и шрота, полученных по разработанным технологиям, для непосредственного употребления в пищу, а также в качестве сырья для производства фосфолипидных и белковых БАД;

- научное и экспериментальное обоснование использования фосфолипидной и белковой БАД, полученных при переработке зародыша зерна кукурузы по разработанным технологиям, при производстве продуктов функционального и специализированного назначения.

1.4 Научная новизна. Выявлено, что эффективным критерием сепарирования массы зерна кукурузы является сочетанное использование критериев: цвет и размер при сужении границ интервала варьирования задаваемых параметров, на основании этого предложено техническое решение данного подхода путем использования последовательно работающих фотоэлектронных сепараторов.

Впервые выявлено положительное влияние предварительного фракционирования очищенной зерновой массы кукурузы по площади поверхности и по форме с использованием фотоэлектронных сепараторов на эффективность выделения и целостность зародыша, а также на показатели качества содержащихся в нем липидов.

Научно и экспериментально обоснована технология и технологическая линия выделения зародыша зерна кукурузы с максимальным сохранением физиологически ценных свойств.

Впервые установлена меньшая значимость влияния влаготепловой обработки крупки кукурузного зародыша на выход масла при использовании в качестве экстрагента этанола по сравнению с углеводородным растворителем нефрасом.

Показано, что использование в качестве экстрагента этанола обусловливает получение кукурузного масла повышенной физиологической ценности, что можно объяснить селективностью этанола по отношению к сопутствующим физиологически активным липидам, а также мягкими режимами влаготепловой обработки.

Научно и экспериментально обоснована технология получения физиологически ценного масла и пищевого шрота из зародыша зерна кукурузы. Выявлено, что полученные по разработанной технологии кукурузное масло, пищевой шрот и фосфолипидный комплекс по показателям качества и физиологической ценности могут быть позиционированы как продукты функционального назначения и БАД.

Новизна работы защищена 3 патентами РФ на изобретения и 2 решениями о выдаче патентов РФ на изобретения.

1.5 Практическая значимость. Разработаны инновационные технология и технологическая линия комплексной переработки зерна кукурузы с выделением зародыша сухим способом. Разработана технология комплексной переработки зародыша с получением физиологически ценного масла и БАД. Разработан технологический регламент на выделение зародыша зерна кукурузы. Разработан проект технологического регламента получения кукурузного масла и пищевого шрота с использованием в качестве экстрагента этанола. Разработаны комплекты технической документации, включающие ТУ и ТИ на производство БАД «Кукурузка-плюс» и фосфолипидной БАД.

1.6 Реализация результатов исследования. Разработанные технология и линия выделения зародыша зерна кукурузы внедрены в условиях научно-производственной фирмы «Новтэкс» в III квартале 2011 года. Технология подготовки зародыша к экстракции и последующая экстракция этанолом с получением физиологически ценных масла и БАД приняты к внедрению в условиях Учебно-научно-производственного комплекса института пищевой и перерабатывающей промышленности ФГБОУ ВПО КубГТУ во II квартале 2012 года. Рекомендации по использованию БАД «Кукурузка-плюс» в производстве пищевых продуктов функционального и специализированного назначения приняты к внедрению в условиях научно-производственной фирмы «Росма-Плюс» в III квартале 2012 года.

1.7 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные автором доложены и обсуждены на: Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство», 1-4 октября 2008 г., г. Воронеж; V Международной конференции «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития», 2-4 июня 2008 г., г. Москва; I Межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров», МГУПП, 24-25 апреля, 2008г., г. Москва; Всероссийской конференции аспирантов и студентов «Пищевые продукты и здоровье человека», КемТИПП, 23 апреля 2008г., г. Кемерово; Международной научно-практической конференции «Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции», 17-18 июня 2010 г., г. Волгоград.

1.8 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 15 научных работ, в том числе 1 монография, 5 научных статей, в том числе 4 научные статьи в журналах, рекомендуемых ВАК, 4 материала конференций, получено 3 патента РФ на изобретения и 2 решения о выдаче патентов РФ на изобретения.

1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературных источников и приложений. Работа изложена на 118 страницах, содержит 21 рисунок и 17 таблиц. Список литературных источников включает 112 наименований.

2 Экспериментальная часть

2.1 Методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовали современные методы физико-химического анализа: Ик-, Уф - и атомно-абсорбционную спектроскопию, газожидкостную и высокоэффективную жидкостную хроматографии, хромато-масс-спектрометрию, фотоколориметрию, инверсионную вольтамперометрию.

Исследование качества и безопасности зерна кукурузы современных гибридов проводили по показателям регламентируемым, ГОСТ «Кукуруза. Технические условия» и СанПиН 2.3.. Определение регламентируемых показателей зерна кукурузы и промежуточных

продуктов его переработки осуществляли с использованием методов, рекомендуемых ВНИИжиров, а также в соответствии с методами, приведенными в нормативной документации.

Безопасность сырья и разработанных продуктов определяли с использованием современных методов и оценивали по содержанию токсичных элементов, микробиологическим и радиологическим показателям.

Оценку результатов и их статистической достоверности проводили с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений и с применением программных пакетов «Statistica 6,0», «Matchcad 12» и «Microsoft Exel». Достоверность данных достигалась планированием количества экспериментов, необходимых и достаточных для достижения надежности в технологических разработках Р=0,85-0,90 при доверительном интервале Δ=(+10%).

2.2 Характеристика объектов исследования. Учитывая, что максимальное сохранение физиологически ценных веществ зародыша обеспечивается только при сухом способе его отделения, который реализуется в мукомольно-крупяном производстве, в качестве объектов исследования использовали зерно кукурузы современных гибридов селекции Краснодарского НИИСХ, широко районированных в Северо-Кавказском регионе, применяемое в производстве крупы (таблица 1).

Данные, представленные в таблице 1, свидетельствуют об отсутствии отличий в химическом составе гибридов, принципиальных для разработки технологии отделения зародыша. Учитывая это, дальнейшие исследования проводили на производственных смесях указанных гибридов семян кукурузы (таблица 2).

Показано, что образцы зерна кукурузы, отобранные для исследований, соответствуют требованиям ГОСТ , предъявляемым к кукурузе, направляемой на переработку в крупу и муку, и по своему качеству относятся ко второму классу. Между тем, в зерновой
Таблица 1 – Химический состав гибридов зерна кукурузы

Наименование показателя	Значение показателя
гибрид РОСС 209МВ	гибрид Краснодарский
410 МВ	291 АМВ	500 АМВ	507 АМВ	415 МВ
Массовая доля, % на сухое вещество:
белка	8,9	9,2	10,1	9,8	9,6	9,0
масла	12,0	10,4	12,6	13,6	12,9	11,8
крахмала	72,3	71,3	64,8	69,2	62,6	70,1
клетчатки	1,5	1,7	1,5	2,2	1,0	1,3
золы	1,1	1,3	1,4	1,2	1,0	1,3
Содержание каротиноидов, мг/кг сухого вещества	3,2	2,4	4,6	4,2	5,0	2,6

Таблица 2– Характеристика зерна кукурузы

Наименование показателя	Характеристика и значение показателя
Цвет и форма	Преимущественно желтый, форма от округлой до продолговато-удлиненной с преимущественно вдавленной верхушкой
Влажность, %	12,2-13,5
Сорная примесь, %, в том числе:	0,72-1,94
испорченные зерна кукурузы	0,50-0,88
минеральная примесь	0,16-0,27
в числе минеральной примеси:
галька, руда, шлак	0,05-0,08
вредная примесь	0,08-0,17
Зерновая примесь, %, в том числе:	4,8-6,7
проросшие зерна	0,95-1,36
поврежденные зерна кукурузы	0,58-0,75
Зараженность вредителями	Отсутствует

массе содержатся практически все виды сорной и зерновой примеси, что делает актуальным решение задачи их комплексного удаления для последующего эффективного отделения зародыша.

2.3 Разработка инновационной технологии и рекомендаций по комплектации линии выделения зародыша зерна кукурузы. Традиционная линия выделения кукурузного зародыша сухим способом включает узел подготовки зерна кукурузы к переработке, укомплектованный скальператором, ситовоздушными сепараторами, камнеотборником, увлажнительным аппаратом и емкостью для отволаживания, и узел отделения зародыша от зерна кукурузы, укомплектованный двухроторной дробилкой, дежерминатором, сушилкой, рассевами, аспираторами, пневмосортировальными столами и сушилкой.

Анализ результатов исследования зародыша, выделенного сухим способом по традиционной технологии, показал низкий выход зародышевой фракции, высокое содержание в выделенном зародыше эндосперма (мучки) и оболочки, и, как следствие, низкий выход чистого зародыша. Кроме того, высокие значения кислотного, перекисного и анизидинового чисел масла, выделенного из зародыша, наряду с его низким выходом, свидетельствуют о достаточно глубоких процессах окислительной порчи, обусловленной низкой эффективностью очистки зерна кукурузы и высокой степенью повреждения зародыша в результате его отделения от эндосперма.

Результаты исследования исходной зерновой массы кукурузы по основным параметрам выделения сорной и зерновой примеси: геометрическим размерам и аэродинамическим свойствам показали, что 0,5 % зерновой и 0,9 % сорной примесей имеют аналогичные зерну кукурузы геометрические размеры, а 0,3% зерновой и 0,5% сорной примесей – аналогичные аэродинамические свойства, что не обеспечивает их эффективное отделение с использованием существующего технологического оборудования.

Анализ исходной массы зерна кукурузы с целью выявления эффективного критерия сепарирования показал, что решение может быть найдено путем сочетанного использования критериев: цвет и размер при сужении границ интервала варьирования задаваемых параметров. Техническим решением указанного подхода является использование фотоэлектронных сепараторов Южно-Корейской фирмы DAEWON-GS1 CO моделей PUBU (сепарирование по цвету) и NANTA ACE (тонкое сепарирование по геометрическим размерам).

На рисунке 1 приведена разработанная технологическая линия подготовки зерна кукурузы к переработке. Результаты опытно-

 

производственных испытаний разработанных технологии и линии подготовки зерна кукурузы к переработке представлены в таблице 3.

Показано, что разработанные технология и линия обеспечивают повышение степени очистки массы зерна кукурузы в среднем на 35%.

Перспективным подходом к решению задачи увеличения целостности отделяемого зародыша и снижения содержания в зародышевой фракции эндосперма и оболочки является замена традиционных зародышеотделительных мельниц – дежерминаторов на шлифовальные машины, которые позволяют при соответствующей предварительной

Таблица 3 – Сравнительная оценка эффективности очистки зерна кукурузы

по традиционной и разработанной технологиям

Наименование показателя	Значение показателя
Зерно до очистки	Зерно после очистки по технологии
традици-онной	разра-ботанной
Массовая доля сорной примеси, %, в том числе:	2,00	1,37	0,08
зерно, поврежденное болезнями	1,00	0,69	0,02
испорченное зерно	0,50	0,25	0,01
минеральная примесь, в том числе:	0,30	0,25	0,03
галька, частицы руды и шлака	0,10	0,08	отсутствие
вредная примесь, в том числе:	0,20	0,18	0,02
спорынья и головня	0,15	0,12	0,04
Степень очистки зерна от сорной примеси, %	-	69,0	96,0
Массовая доля зерновой примеси, %	2,00	0,80	0,10
Степень очистки зерна от зерновой примеси,%	-	60,0	95,0

подготовке зерновой массы максимально удалить оболочки с поверхности зерна кукурузы, что в последующем обеспечивает более низкое содержание оболочки в целевом продукте – в зародыше.