Разработка нового способа обработки соевых бобов на основе инфракрасного энергоподвода - umotnas.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Влияние способа параметризации на эффективность нейросетевого детектирования... 1 206.2kb.
Комбинированные методы обработки сейсмической информации для решения... 1 86.46kb.
Методы автоматизированной обработки криомикроскопических препаратов 1 46.2kb.
Стратегия эффективного использования нового качества человеческого... 1 170.5kb.
Книга Первого Знакомства, составленная на основе более капитальных... 1 151.52kb.
Техническое задание на выполнение исследовательского проекта «Разработка... 1 93.18kb.
"Педагогическая психология" 1 20.6kb.
11 августа, воскресенье 1 53.92kb.
Разработка геоинформационной технологии построения 3 d моделей объектов... 1 201.02kb.
Разработка обучающего модуля системы защиты информации на основе... 1 29.16kb.
Бриф (творческое задание) Общая информация 1 22.61kb.
Подготовлено Южным филиалом фгбу «Специализированный центр учета... 1 66.05kb.
Викторина для любознательных: «Занимательная биология» 1 9.92kb.

Разработка нового способа обработки соевых бобов на основе инфракрасного энергоподвода - страница №1/1


На правах рукописи


Стребков Владимир Борисович


РАЗРАБОТКА нового способа ОБРАБОТКИ СОЕВЫХ БОБОВ

на основе иНФРАКРАСНОГО ЭНЕРГОПОДВОДА
Специальность 05.18.01 - «Технология обработки, хранения и

переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства»


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств».

Научных руководитель: кандидат технических наук, доцент

Кирдяшкин Владимир Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор



Карпиленко Геннадий Петрович

ГОУ ВПО «Московский государственный

университет пищевых производств»

кандидат технических наук



Степанищева Нина Михайловна

ВНИИ консервной и овощесушильной

промышленности

Ведущая организация: Московский государственный



университет технологий и управления
Защита состоится «26» июня 2008 года в 1200 часов, аудитория 229 на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11.

Просим Вас принять участие в заседании Совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП.

Автореферат разослан « » ____________ 2008 г.


Ученый секретарь Совета, к.т.н., доц. Белявская И.Г.



Общая характеристика работы

Актуальность темы

Проблема обеспечения населения животным белком остро стоит во всем мире, в том числе и в России. Альтернативное решение – создание продуктов с высоким содержанием протеина на основе растительного сырья. Среди перспективных сырьевых ресурсов учеными в последние десятилетия выделяется соя.

Однако, несмотря на высокие пищевые достоинства соевых бобов, они требуют специфического технологического подхода при использовании для пищевых и кормовых целей, так как семена сои, в отличие от других сельскохозяйственных культур, содержат в своем составе ряд природных антипитательных веществ.

Главным образом, это ингибиторы протеазы и гемагглютенины (лектины, сапонины), а также вещества, вызывающие аллергические, эндокринные и рахитические расстройства.

Классические методы снижения антипитательных веществ основаны на длительной высокотемпературной обработке соевых бобов, предварительно прошедших стадии увлажнения, измельчения, либо при использовании цельных бобов – процесс варки.

Данным способам присущи существенные недостатки, связанные, во-первых, с использованием парового хозяйства, и как следствие с большими энергозатратами и повышенными требованиями к безопасности производства, во-вторых, со снижением питательной ценности готового продукта.

Исходя из вышеперечисленного исследования по разработке рациональных технических решений, основанных на методе инфракрасной обработки сои, позволяющих получать продукт с высокой биологической ценностью и низким (допустимым) содержанием антипитательных веществ, являются, несомненно, актуальными и перспективными.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является разработка нового способа обработки соевых бобов на основе инфракрасного энергоподвода, позволяющего получать продукты для пищевой и комбикормовой промышленности с высокими физико-химическими и функционально-технологическими свойствами.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие конкретные задачи:

– исследовать кинетику нагрева соевых бобов при ИК-обработке, в том числе, установить поверхностную температуру нагрева соевых бобов и средневзвешенную;

– выбрать продолжительность ИК-обработки соевых бобов, обеспечивающую достижение необходимой средневзвешенной температуры нагрева зерновой массы без превышения поверхностной температуры нагрева;

– разработать предложения по аппаратурному оформлению процесса термообработки;

– подобрать оптимальные режимы технологических операций: нанесение поверхностной воды перед ИК-обработкой и последующее темперирование;

– изучить влияние режимов термообработки на содержание ингибиторов трипсина и белковый комплекс соевых бобов;

– определить влияние параметров микронизации и темперирования на липидный комплекс соевых бобов, а также их микробиологическую обсемененность;

– разработать аппаратурно-технологические схемы получения продуктов из соевых бобов, прошедших стадию термообработки, и определить их качественные показатели и функциональные свойства;

– провести опытно-промышленную проверку разработанного способа обработки соевых бобов, прошедших стадию термообработки.

Научная новизна

Впервые осуществлен анализ поэтапного изменения технологических свойств соевых бобов при их тепловой обработке и показано преимущество метода ИК-нагрева по сравнению с применяемыми в настоящее время для обработки зернобобовых культур.

Экспериментально доказаны различия в теплофизических свойствах злаковых и бобовых культур, на основании которых впервые предложены конструктивные доработки серийно выпускаемой ИК-установки для термообработки зерна марки УТЗ-4.

Установлено влияние влажности и температуры ИК-обработки соевых бобов на скорость их нагрева, активность уреазы, растворимость протеина и ферментативную атакуемость белка.

Научно обоснована необходимость включения в технологический процесс термообработки стадии темперирования и установлено влияние ее продолжительности на биохимические показатели соевых бобов.

На основании комплекса выполненных исследований разработан новый способ обработки соевых бобов, прошедших стадию ИК-нагрева с последующим темперированием, защищенный Патентом РФ № 2313226.



Практическая ценность

Разработан способ обработки соевых бобов на основе ИК-энергоподвода, позволяющий:

- снизить содержание ингибиторов трипсина до безопасного уровня (не более 0,2 ед. рН по показателю активности уреазы);

- увеличить ферментативную атакуемость белка в 2,5-3,0 раза;

- стабилизировать липидный комплекс за счет инактивации липолитических ферментов соевых бобов;


  • повысить микробиологические показатели конечного продукта;

  • получить продукты (цельные соевые бобы, соевая мука и крупа) с высокими показателями качества.

Предложен новый метод оценки равномерности прогрева сырья на основе определения его поверхностной и средневзвешенной температуры.

Установлены рациональные режимы основных операций разработанного способа: степень увлажнения соевых бобов (4-6%), продолжительность ИК-обработки (50-60 с) и длительность темперирования (5-7 мин).

Разработанный способ обработки соевых бобов на основе ИК-нагрева и темперирования апробирован в условиях промышленного производства ООО «ПК Старт» (г. Долгопрудный) с получением Паспорта качества № 19 на линию термообработки сои.

Разработанный способ внедрен на действующем предприятии ООО "Август-Агро" (г. Саратов), выпускающем 9,6 т/сутки соевой муки.

Экономическая эффективность от внедрения разработанного способа составила для предприятия ООО "Август-Агро" 2,4 млн. руб. при сроке окупаемости капитальных затрат 10 мес.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на II Всероссийской научно-технической конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2004 г.), на III Юбилейной международной выставке-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2005 г.).

Результаты настоящей работы демонстрировались на XI и XII международной специализированной торгово-промышленной выставке «Зерно-комбикорма-ветеринария» (г. Москва, ВВЦ, 2005-2006 гг.), на выставке «Соя в национальных проектах России» (г. Москва, ВВЦ, 2007 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 7 публикациях, включая 4 статьи и 1 Патент РФ.



Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной и экономической частей, выводов, списка литературы из 194 наименований и приложений. Основное содержание работы изложено на 128 страницах машинного текста, содержит 18 рисунков и 25 таблиц.



1. Обзор литературы

В обзоре литературы приведена общая характеристика, ботаническая классификация и химический состав соевых бобов. Приведены данные о существующих современных методах термовлажностной обработки зернового сырья и их влиянии на изменение его технологических свойств.

Подробно рассмотрен процесс ИК-обработки сырья, изменений в нем и обоснована его перспективность для внедрения на предприятиях пищевой промышленности.

2. Экспериментальная часть

2.1. Материалы и методы исследования

Исследования осуществляли в лабораторных и промышленных условиях на базах ГОУ ВПО МГУПП и ООО «ПК Старт». Объектом исследования являлись соевые бобы сорта «Соната», выращенные в Краснодарском крае в период 2003-2005 гг.

Анализ соевых бобов проводили в соответствии с ГОСТ 17110-71 «Соя (промышленное сырье)». Влажность определяли по ГОСТ 10856-96; примеси, запах и цвет – по ГОСТ 10854-88; зараженность вредителями – по ГОСТ 10853-88.

Анализ биохимических показателей исходных и соевых бобов, прошедших термообработку, проводили с использованием: метода Къельдаля по ГОСТ 10846-91 для определения общего белка; ГОСТ 13979.3-68 для анализа сырого и растворимого протеина; метода Лоури для определения водорастворимого белка; метода формольного титрования для определения содержания аминного азота; ГОСТ 13979.9-69 для определения активности уреазы; титрометрического метода с потенциометрической индикацией по ГОСТ 5476-80 для определения кислотного числа соевого масла; метода Кауфмана по ГОСТ 5475-69 для определения йодного числа соевого масла. Аминокислотный состав определяли на анализаторе марки Хитачи.

Контроль микробиологического состояния сои осуществляли путем идентификации и подсчета бактериальной и грибной микрофлоры при высеве на чашки Петри с селективными питательными средами по ГОСТ 26668, ГОСТ 26670; общей обсемененности - на сухую питательную среду по ГОСТ 26672-86.

Показатели, характеризующие качество и функционально-технологические свойства, полученных продуктов проводили по общепринятым методикам во ВНИИ мясной промышленности им. В.М. Горбатова и испытательном центре ГНУ Всероссийского научно-исследовательского технологического института птицеводства (ВНИТИП).

Для экспериментального исследования ИК-обработки партии соевых бобов была применена серийно выпускаемая ООО «Производственная компания Старт» установка для термообработки зернового сырья УТЗ-4.

2.2. Результаты исследований и их обсуждение

2.2.1. Исследование кинетики микронизации соевых бобов и разработка предложений по аппаратурному оформлению процесса

Инфракрасная обработка зерна относится к одному из перспективных и активно развивающемуся способу изменения исходных технологических свойств сырья и достаточно широко используется при производстве ряда продуктов. Однако, имеющихся сведений по применению данного способа для целенаправленного изменения исходных свойств соевых бобов не достаточно, чтобы обосновать рациональные режимы, учитывающие специфику вида сырья.

Эксперименты по обработке соевых бобов с использованием ИК-энергоподвода проводили на нескольких пробах зерна, которые получали путем увлажнения исходного с W=9,0% до W=12,0%; 15,0%; 18,0%. ИК-нагрев вели на установке УТЗ-4 при мощности лучистого потока Е=22-24 кВт/м2. Температуру нагрева семян сои контролировали при помощи бесконтактного пирометра RayTeck Mini Temp FS.

Кинетика нагрева соевых бобов в зависимости от их исходной влажности представлена на рисунке 1.



W=9,0% W=12,0% W=15,0% W=18,0%

Рис.1. Кинетика нагрева соевых бобов на ИК-установке УТЗ-4 в зависимости от исходной влажности сырья

Установлено, что с увеличением влажности сои, закономерно возрастает продолжительность ИК-обработки. Так, к примеру, для прогрева зерна с влажностью 12,0% до температуры 100 ºС требуется 60 с, а с влажностью 18,0% - 80 с. Также можно отметить, что обработка сои методом ИК-энергоподвода требует большего времени нагрева в среднем 1,5-2 раза, чем обработка злаков.

Для научного обоснования влияния структурно-механической и капиллярно-пористой структуры отдельных видов зерна были проведены исследования по определению поверхностной и «внутренней» (средневзвешенной) температуры. Для этого использовали соевые бобы и зерно пшеницы с влажностью 15,0%, микронизацию вели до температуры нагрева поверхности сырья 120-130 °С (рис. 2).



Рис.2. Кинетика нагрева соевых бобов и зерна пшеницы

Установлено, что характер изменения поверхностной и средневзвешенной температур семян сои и зерна пшеницы имеет существенные различия. Так, разница между температурами для пшеницы составляет 3-7 ºС, для сои – 10-30 ºС.

То есть, ИК-обработка соевых бобов характеризуется большей неравномерностью прогрева внешних и внутренних слоев, по сравнению со злаковыми культурами. Данный факт должен учитываться при разработке рациональных режимов микронизации семян сои.

Кроме того, приведенные данные показывают, что за указанный период времени прогрева семена сои достигают средневзвешенной температуры на 60-70 ºС меньше, чем образцы пшеницы. Вместе с тем, известно, что ингибитор трипсина семян сои выдерживает прогрев при температуре 100 °С в течение 15 минут без снижения своей активности.

В связи с этим можно сделать вывод, что рекомендованные для злаковых культур режимы ИК-нагрева не могут быть использованы для обработки сои.

Показано (рис. 3), что сухое зерно с влажностью 9,0%, за 80 с достигает средневзвешенной температуры на уровне 115-120 ºС, достаточной для инактивации ингибитора трипсина. Образцы с более высокой влажностью не прогреваются до необходимой температуры.

W=9,0% W=12,0% W=15,0% W=18,0%

Рис.3. Кинетика средневзвешенной температуры ИК-нагрева семян сои в зависимости от исходной влажности сырья

Таким образом, конструктивные особенности существующей установки УТЗ-4 не позволяют применить ее для получения соевых бобов, с заданными качественными показателями.

Поэтому в работе предложено модернизировать существующую установку. В основу модернизации был положен осциллирующий режим, основанный на последовательности чередования периодов облучения и периодов отлежки. Такой режим позволяет минимизировать перепад температур на поверхности и внутри прогреваемого материала, что особенно актуально для довольно крупных по своим размерам зерен бобовых культур.

Поэтому далее была проведена модернизация УТЗ-4 и разработана установка УТЗ-4М для микронизации зернобобовых культур, в частности сои.

В модернизированной установке эффективность передачи энергии обеспечивается определенным размещением и количеством галогенных ИК-излучателей в тепловых блоках. Интенсификация продолжительности ИК-нагрева идет за счет уменьшения расстояния между цоколем ИК-излучателей и обрабатываемым продуктом, а также благодаря изменению параметров осциллирующего режима.

На рисунке 4 представлена кинетика нагрева сои на модернизированной установке в зависимости от их исходной влажности сырья. Установлено, что прогрев соевых бобов на установке УТЗ-4М характеризуется снижением на 25-30% продолжительности ИК-обработки.

W=9,0% W=12,0% W=15,0% W=18,0%

Рис.4. Кинетика средневзвешенной температуры нагрева соевых бобов на установке УТЗ-4М в зависимости от их исходной влажности



2.2.2. Исследование кинетики нагрева соевых бобов с нанесением поверхностной влаги

В работе выдвинуто предположение, что на инактивацию ингибитора трипсина в соевых бобах могли влиять не только достижение сырьем определенной средневзвешенной температуры, но и величина внутрикапиллярного давления, определяемая наличием свободной влаги, которая, в свою очередь, зависит от исходной влажности материала, а также длительность пребывания сырья в заданных условиях.

Процесс нанесения поверхностной влаги в работе осуществлялся с помощью увлажняющего шнекового транспортера, снабженного распылительной форсункой, которая позволяла нанести воду на поверхность материала в виде мелкодисперсной «пыли» для равномерности увлажнения соевых бобов.

В литературе отсутствуют данные об оптимальной влажности соевых бобов, предназначенных к ИК-обработке. Поэтому в работе был поставлен эксперимент, заключающийся в следующем: на образцы соевых бобов с влажностью 9,0%, 12,0%, 15,0% и 18,0% была нанесена вода в количестве 2,0%, 4,0%, 6,0% и 8,0% и смоделирован процесс перемешивания в шнековом транспортере и отлежки в приемном бункере ИК-установки. Далее образцы были подвергнуты ИК-нагреву в течение 50 с и определены значения средневзвешенной температуры (табл. 1).


Таблица 1. Влияние исходной влажности семян сои и количества наносимой поверхностной воды на изменение средневзвешенной температуры

при ИК-нагреве сырья



Количество поверхностной воды, %

Средневзвешенная температура ИК-нагрева, ºС

W=9,0%

W=12,0%

W=15,0%

W=18,0%

Без нанесения

130

125

118

110

2

120

115

112

108

4

118

115

101

100

6

112

105

100

100

8

107

105

100

95

Для каждой исходной влажности соевых бобов установлено оптимальное количество задаваемой поверхностной влаги (W=9,0%; 12,0%; 15,0% и 18,0% соответственно количество вносимой воды 4-6%; 2-4%; 2% и не более 2%).

Таким образом, предложенное аппаратурное оформление позволяет достичь температуры на уровне 120 °С за более короткий промежуток времени. Причем, за счет стадии нанесения поверхностной влаги на семена сои снижается разница между поверхностной и средневзвешенной температурой до 5-10 °С, что в свою очередь исключает обгорание поверхностных слоев сырья.



2.2.3. Влияние режимов термообработки на показатель активности уреазы

Для выявления влияния режимов термообработки на активность уреазы использовали четыре образца соевых бобов (W=9,0%, 12,0%, 15,0% и 18,0%) с поверхностно нанесенной в оптимальных количествах водой. Полученные образцы подвергали ИК-нагреву в течение 40 с, 50 с, 60 с, 70 с и 80 с. В качестве контроля использовали образцы соевых бобов, не прошедших стадию ИК-обработки (табл. 2).

Таблица 2. Изменение активности уреазы в зависимости от исходной влажности соевых бобов и продолжительности ИК-нагрева

Время ИК-обработки, с

Активность уреазы, ед. рН

W=9,0%

W=12,0%

W=15,0%

W=18,0%

Без обработки

1,87

1,75

1,90

1,92

40

1,61

1,55

1,74

1,71

50

0,53

0,45

0,48

0,50

60

0,33

0,30

0,36

0,31

70

0,15

0,22

0,34

0,30

80

0,05

0,10

0,10

0,12

Установлено, что с увеличением продолжительности ИК-обработки активность уреазы соевых бобов падает. По ГОСТ активность уреазы не должна превышать 0,2 ед. рН. Такому требованию соответствуют образцы, прошедшие ИК-нагрев в течение 70-80 с.

Вместе с тем, микронизация сырья в течение 60 с, позволяющая достичь средневзвешенной температуры соевых бобов на уровне 115-120 °С, не снижает активность уреазы до требуемых значений. Вероятно, сказывается кратковременность процесса нагрева. А, следовательно, только микронизацией проблему снижения уровня активности уреазы решить не удается.

Поэтому далее в работе рассматривался вариант с последующим темперированием ИК-обработанной массы соевых бобов.

Для этого подготовленные образцы проходили стадию микронизации в течение 60 с и 50 с, а далее подвергались темперированию в теплоизолированной емкости в течение 3 мин, 5мин, 7мин и 10 мин (табл. 3).

Время темперирования,

мин


Активность уреазы в образцах ИК-обработанной сои , ед. рН

Время обработки 60 с

Время обработки 50 с

W=9%

W=12%

W=15%

W=18%

W=9%

W=12%

W=15%

W=18%

Без темперирования

0,33

0,30

0,36

0,31

0,53

0,45

0,48

0,50

3

0,21

0,20

0,23

0,20

0,33

0,30

0,32

0,37

5

0,18

0,15

0,17

0,16

0,20

0,20

0,19

0,22

7

0,12

0,11

0,14

0,12

0,16

0,15

0,17

0,17

10

0,05

0,04

0,05

0,05

0,09

0,10

0,09

0,09
Таблица 3. Влияние продолжительности темперирования на активность уреазы
Установлено, что дополнительное темперирование ИК-обработанных образцов сои (микронизация в течение 60 с – время темперирования 3-5 мин; в течение 50 с – не менее 5-7 мин), позволяет достичь заданного уровня остаточной активности уреазы.

Таким образом, в результате исследований были установлены этапы термической обработки сырья на основе метода ИК-энергоподвода, осуществляемого на модернизированной установке УТЗ-4М и обоснованы их режимы, которые позволили получать соевые бобы с показателем активности уреазы, не превышающим нормативного значения.



2.2.4. Влияние режимов термообработки на белковый комплекс соевых бобов

На первом этапе работ данного раздела исследований было определено в содержание в соевых бобах общего белка, растворимого и водорастворимого в зависимости от исходной влажности сырья при выбранных, на основании исследований предыдущего раздела, режимах термообработки.

Показано (рис. 5), что общее содержание белка в соевых бобах, прошедших стадии ИК-обработки и темперирования, не снижается. Вместе с тем, термообработка при выбранных режимах сопровождается существенным уменьшением растворимого и водорастворимого белка. Однако, снижение растворимости белков сырья само по себе не снижает их биологической ценности, но может сказаться на ферментативной атакуемости.

Рис.5. Влияние влажности соевых бобов на изменение белкового комплекса зерна при ИК-нагреве до температуры 140 °С


В настоящей работе ферментативная атакуемость белка соевых бобов оценивалась по накоплению в пробе, состоящей из измельченной сои и воды, аминного азота. При этом выдержку пробы проводили при температуре 50-55 °С с введением в среду ферментного препарата протеолитического действия Алкалазы в количестве 0,25 ед. ПС на 1 г белка сырья (табл. 4).

Таблица 4. Влияние режимов термообработки на ферментативную атакуемость белков соевых бобов




Образец зерна

Процент к контролю, %

20 мин

40 мин

60 мин

Контроль (без обработки)

100

100

100

Опыт 1

(W=9,0%, пов. влага 4%, t=120-125 °С, τ=5-7 мин)



155

177

213

Опыт 2

(W=12,0%, пов. влага 4%, t=115-120 °С, τ=5-7 мин)



175

280

304

Опыт 3

(W=15,0%, пов. влага 2%, t=115-120 °С, τ=5-7 мин)



168

256

293

Опыт 4

(W=18,0%, пов. влага 2%, t=115-120 °С, τ=5-7 мин)



149

197

211
Выявлено, что лучшими вариантами по показателю ферментативной атакуемости белков сои являются Опыт 2 и Опыт 3. В них данный показатель возрастает в 2,5-3,0 раза по сравнению с пробой, не прошедшей термообработки. Данный факт следует считать положительным, так как с повышением ферментативной атакуемости возрастает ценность продуктов в связи с улучшением их усвояемости в организме человека и животных.

На последнем этапе данного раздела исследований был определен аминокислотный состав контрольного образца и двух опытных (табл. 5).

Установлено, что ИК-обработка и последующее темперирование соевых бобов при выбранных режимах обработки, не сказываются негативно на аминокислотном составе белков сырья. Общее содержание аминокислот в опытных образцах находятся на уровне контроля, идет некоторое перераспределение между отдельными аминокислотами.

2.2.5. Влияние режимов ИК-обработки соевых бобов на липидный комплекс сои

Кислотное число, отражая содержание свободных жирных кислот в масле, является одной из основных характеристик его качества и пригодности на пищевые цели. Накопление в масле свободных жирных кислот свидетельствует об ухудшении его качества, так как наличие этих кислот объясняется в основном протеканием процесса расщепления молекул триацилглицеринов под влиянием неблагоприятных условий хранения, либо вследствие ферментативного гидролиза под действием липазы.


Таблица 5. Аминокислотный состав белков соевых бобов, г/100 г белка

Аминокислота

Контрольный образец

(соя без обработки)



Опытные образцы

ИК-обработка

ИК-обработка +темперирование

Треонин

2,33

2,08

2,17

Серин

2,21

2,72

2,19

Глютаминовая кислота

5,54

5,50

5,55

Пролин

1,65

1,95

1,50

Глицин

1,98

2,00

2,02

Аланин

1,79

1,85

1,33

Цистин

0,48

0,60

0,56

Валин

1,34

1,12

1,80

Метионин

0,57

0,55

0,50

Изолейцин

2,82

2,59

2,28

Лейцин

2,25

2,33

2,80

Тирозин

1,10

0,71

0,47

Фенилаланин

0,49

0,25

1,13

Лизин

2,40

2,01

2,34

Гистидин

0,62

1,01

0,58

Аргинин

2,71

2,54

2,80

Сумма аминокислот

30,28

29,81

30,02

При исследовании липидного комплекса соевых бобов использована партия семян сои с W=9,0% и кислотным числом 0,4 мг КОН/г соевого масла. Были поставлены модельные опыты: соевые бобы увлажняли до W=15,0% и подвергали ИК-обработке при температурах 80 °С, 100 °С, 120 °С, 140 °С и 160 °С (определялась поверхностная температура).

Были получены соответственно образцы: контрольный (без ИК-обработки) и опытные двух серий: О1, О2, О3, О4 и О5, подвергнутые микронизации, и О1*, О2*, О3*, О4* и О5*, подвергнутые микронизации и темперированию в течение 5-7 мин. Далее полученные образцы закладывали на хранение в течение 1 месяца при температуре около 25 °С. Цель – установить уровень снижения активности липазы соевых бобов в зависимости от режимов термообработки.

Выявлено, что при хранении увлажненного образца соевых бобов в сырье протекают ферментативные процессы гидролиза жира под действием липазы, в результате которых накапливаются свободные жирные кислоты. Кислотное число в контрольном образце повышается с исходных 0,4 мг КОН/г масла до 1,2 мг КОН/г масла (рис. 6).



О1, О2, О3, О4, О5 О1*, О2*, О3*, О4*, О5*

Рис.6. Влияние температуры ИК-обработки семян сои на

кислотное число масла
Также показано, что ИК-обработка сои при температуре не выше 80 °С (О1) сопровождается некоторым повышением кислотного числа, против контроля. Вероятнее всего, это может быть связано с активацией липазы семян сои при кратковременном ИК-воздействии в «мягких» температурных режимах (средневзвешенная температура в данном случае составляет порядка 55-60 °С).

Оптимальными опытными образцами являются пробы соевых бобов, ИК-обработанные при температуре 120-140 °С, в которых нарастание кислотного числа в процессе хранения не наблюдалось. Более жесткий режим обработки сырья (t=160 °С) приводит к возрастанию кислотного числа, однако данный факт не может быть связан с активностью липазы. При высоких температурах активируется окислительная порча соевого масла, имеющего высокое содержание ненасыщенных жирных кислот.

Дополнительное темперирование сои существенно не меняет характер кривой. Однако, абсолютные значения кислотного числа в зависимости от температур ИК-нагрева, имеют тенденцию к уменьшению, либо увеличению.

Об изменении активности липоксигеназы сои в работе судили по йодному числу, которое дает представление о содержании в жире ненасыщенных жирных кислот. Активирующего действия, ранее обнаруженного для липазы при «мягком» режиме ИК-обработки, для липоксигеназы не выявлено. Микронизация сырья при t=120 °С и выше, в том числе, с последующим темперированием, позволяла полностью инактивировать липоксигеназу.

Таким образом, рекомендованные режимы микронизации с последующим темперированием позволяют стабилизировать липидный комплекс сои.

2.2.6. Влияние режимов ИК-обработки соевых бобов на микробиологические показатели сырья

В работе проведены исследования по влиянию режимов ИК-нагрева соевых бобов на их микробиологическую характеристику. Контролем в работе служили пробы соевых бобов без обработки и подвергнутых конвективному нагреву.

Установлено (табл. 6), что при конвективном нагреве большая часть микроорганизмов сохраняется, в то время как ИК-нагрев приводит к их существенному снижению (частично остаются только спорообразующие).

Таблица 6. Влияние ИК-нагрева соевых бобов на микрофлору зерна



Способ

нагрева


ОМЧ,

тыс. КОЕ/г



Бактерии, тыс. КОЕ/г

Грибы, тыс. КОЕ/г




Кокки

Неспоро-образующие

Спорооб-

разующие


Без обработки

677

136

274

206

61

Конвективный нагрев

187



25

142

20

ИК-нагрев

10





10




2.2.7. Пути использования соевых бобов, прошедших термообработку

В настоящее время соевые бобы используются в ряде отраслей пищевой промышленности, а также в кормопроизводстве. Получение продуктов из сои предусматривает предварительную термическую обработку, ввиду повышенного содержания антипитательных веществ в нативных соевых бобах.

Принципиальная схема получения продуктов из соевых бобов на основе разработанного способа термообработки представлена на рисунке 7.


Соевые бобы




Термообработка



(поверхностное нанесение воды в количестве 1-6%,

ИК-обработка при t=120-130 ºС, темперирование в течение 5-7 мин)


Соевые бобы термообработанные






Охлаждение


Охлажденные соевые бобы






На фасовку Измельчение и выделение фракций


Соевая мука и крупа из соевых бобов термообработанных



Цельные

соевые бобы термообработанные

Рис.7. Принципиальная схема получения продуктов из соевых бобов термообработанных



2.2.8. Показатели качества и функциональные свойства продуктов из соевых бобов, прошедших термообработку

По разработанным аппаратурно-технологическим схемам были выработаны продукты из соевых бобов термообработанных, которые далее проанализировали по ряду показателей, характеризующих их качество (табл. 7).

Было установлено, что данные продукты значительно превосходят показатели качества исходных соевых бобов. Так, активность уреазы в них снизилась до остаточного значения 0,02-0,05 ед. рН; перевариваемость белка увеличивалась в 3,5-4,0 раза; содержание рафинозы и стахиозы снижается в 1,5-2,5 раза.

Исследование функционально-технологических свойств соевой муки контрольного (текстурированная мука) и опытного образцов показало (табл. 8), что основные показатели последнего находятся на уровне контроля, по ряду – его превосходят.

Таблица 8. Функционально-технологические свойства соевой муки из соевых бобов термообработанных

Наименование

Контроль (текстурированная мука)

Соевая мука из

соевых бобов термообработанных



Влагосвязывающая способность, %

350

400

Жиросвязывающая способность, %

150

140

Жироэмульгирующая способность, %

60

100

Стабильность эмульсии, %

100

118

Способность к гелеобразованию с дистиллированной водой,

г на 100 мл



45,0

31,0

Вместе с тем, предлагаемый способ с аппаратурно-технологической точки зрения проще, чем при производстве текстурированной муки.


Таблица 7. Характеристика продуктов, полученных из соевых бобов, прошедших стадию термообработки

Наименование показателей

Исходные соевые бобы

(без обработки)



Продукты, полученные из соевых бобов, прошедших термообработку (по разработанному способу)

Цельные соевые бобы

Соевая мука

Соевая крупа

Цвет

Светло-желтый

Светло-коричневый

Запах

Нейтральный

Приятный, слабо-ореховый

Форма

Шаровидная

Шаровидная

Порошок

Порошок

Активность уреазы, ед. рН

1,91

0,11

0,05

0,02

Растворимый протеин, %

97,68

41,5

40,0

40,9

Перевариваемый белок, %

25,4

95,2

96,3

96,0

Жир, %

17,2

17,1

18,5

17,9

Кислотное число масла, мг КОН/г

0,40

0,39

0,37

0,40

Йодное число масла, г J2/100г

125,0

124,5

125,0

125,0

Олигосахариды, %:

Рафиноза


Стахиоза

1,452


4,863

1,134


2,912

0,897

1,734


0,901

1,695


Выводы

1. В ходе работы нами выявлены различия в характере термообработки злаковых и бобовых культур, заключающиеся в большей неравномерности прогрева сои в отличие от пшеницы при ИК-обработке сырья на ИК-установке УТЗ-4.

2. Показано, что обработка соевых бобов на существующей ИК-установке УТЗ-4 не позволяет достичь требуемой средневзвешенной температуры без «обгорания» поверхности сырья, необходимой для снижения содержания антипитательных веществ сои до безопасного уровня.

3. На основании проведенных нами комплексных исследований, учитывающих специфику при термообработке соевых бобов, разработана новая модель ИК-установки УТЗ-4М.

4. Исследовано влияние влажности соевых бобов и температур ИК-обработки на модернизированной ИК-установке на изменение биохимических характеристик сои и определены оптимальные режимы ИК-нагрева сырья.

5. Показано, что включение в технологический процесс термообработки сои только стадии ИК-нагрева не позволяет снизить содержание уреазы до нормативного значения. Нами предложена дополнительная стадия – темперирование и обоснована ее продолжительность.

6. Установлен режим термообработки (нанесение поверхностной воды в количестве 4,0-6,0%, температура ИК-нагрева 120-130 ºС, темперирование в течение 5-7 минут), который позволяет повысить в 2,5-3,0 ферментативную атакуемость белков сои, что ведет к лучшему усвоению готовых продуктов; стабилизировать липолитический комплекс сырья, в частности, снизить активность липазы и липоксигеназы.

7. Установлено, что метод ИК-обработки соевых бобов является эффективным способом повышения микробиологической чистоты сырья, так как позволяет существенно снизить (в десятки раз) содержание в них посторонней микрофлоры.

8. Разработаны аппаратурно-технологические схемы получения продуктов из соевых бобов, прошедших стадии ИК-обработки и темперирования.

9. Проведен сравнительный анализ продуктов из соевых бобов, по комплексу качественных характеристик, включая определение функционально-технологических свойств для соевой муки, по разработанному способу в сравнении с существующими.

10. Разработан принципиально новый способ обработки соевых бобов с помощью инфракрасного энергоподвода для получения различных соевых продуктов и использования их в пищевой и комбикормовой промышленностях, защищенный Патентом РФ № 2313226.

11. Разработанный нами способ внедрен на действующем предприятии ООО "Август-Агро" (г. Саратов), выпускающем 9,6 т/сутки соевой муки. Экономическая эффективность от внедрения составила 2,4 млн. руб. при сроке окупаемости капитальных затрат 10 мес.



Список работ, опубликованных по результатам диссертации

1. Стребков В.Б., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В. Изменение некоторых биохимических свойств семян сои при различных режимах водно-тепловой обработки/Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации.-Матер. II всеросс. научн.-техн. конф.-выст. – М. – 2004. – С. 83-86

2. Стребков В.Б., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В. Инфракрасная обработка соевых бобов и оценка качества обезжиренной соевой муки, полученной при различных видах обработки/Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации. – Матер. 3 юбил. межд. выст.-конф. – М. – 2005. – С. 108-112

3. Стребков В.Б., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В., Елькин Н.В. Инфракрасная техника в пищеконцентратной промышленности// Хлебопродукты. – 2006. – № 5. – С. 56-57

4. Елькин Н.В., Стребков В.Б., Кирдяшкин В.В., Андреева А.А. Теория и практика инфракрасной обработки зерна и крупы//Хранение и переработка зерна. – 2006. – № 4 (82). – С. 26-30

5. Елькин Н.В., Стребков В.Б., Кирдяшкин В.В. Инфракрасная обработка зерна//Комбикорма. – 2006. – № 4. – С. 27–28

6. Стребков В.Б., Андреева А.А., Кирдяшкин В.В., Елькин Н.В. Современная техника для пищеконцентратной промышленности/Технологии и продукты здорового питания. Часть II. – М. – 2006. – С. 104-109

7. Стребков В.Б., Кирдяшкин В.В., Елькин Н.В. Способ обработки полножирных соевых бобов. Патент РФ № 2313226. Приор. от 20.06.2006. Публ. 27.12.2007. Бюл. № 36.