Глава 7. Определение технологических параметров комплексной обработки крупяного сырья при производстве хлопьев

Плющение крупы, обработанной теплом и водой, в пищеконцентратной промышленности является основным приемом получения продукта, не требующего варки. Механическое воздействие на крупу, подвергнутую гидротермической обработке и высушенную до влажности ниже 10 %, меняет технологические свойства продукта (набухание, развариваемость и др.) [34].

Нами исследовалось влияние режимов инфракрасной обработки крахмалосодержащего крупяного сырья (перловой, гречневой и рисовой круп) на характеристику хлопьев.

При производстве хлопьев мы ограничивали интенсивную инфракрасную обработку крупяного сырья максимальной температурой, предшествующей разрушению структуры зерновок (рис. 4.2.2.).

Скорость нагрева крупы при мощности облучения 32 – 34 кВт/м² составляет 3 – 4°С в секунду, поэтому процесс обработки заканчивали за 2 – 3 секунды до момента разрушения структуры при температуре 115°С, 125°С, 130°С для рисовой, гречневой и перловой круп, что позволило нам избежать разрушения структуры, а самое главное сохранить влажность горячих круп на уровне 13%, 14%, 16% соответственно, и, следовательно, их пластичность как важнейший фактор выработки качественных хлопьев (плющенных продуктов). На графике видно характерное снижение температуры крупы при разрушении и выбросе пара из зерновки, которое составляет 3 – 5°С, а влажность крупы уменьшается на 8 – 9%. После этого скорость обезвоживания крупы возрастает, что связано со снижением теплоемкости крупы, потерявшей значительное количество воды.

Горячий полуфабрикат помещали в теплоизолированную емкость, где его темперировали в течение 1 – 6 минут при температуре 102 – 103°С, 104 - 106°С, 108 – 110°С для рисовой, гречневой и перловой крупы. После темперирования полуфабрикаты увлажняли вторично внесением 2 – 3% воды в герметичном теплоизолированном шнеке при постоянном перемешивании в течение 3 – 6 минут, где крупа пропаривалась в среде насыщенного пара, клейстеризовалась и пластифицировалась. При этом температура снижалась с 96 – 98°С до 60 - 65°С. После 8 -10 минут отволаживания ее плющили до хлопьев толщиной 0,4 – 0,45 мм.

Параметры процесса подготовки крупы к плющению были определены по плану полного факторного эксперимента.

Исследования показали, что на характеристику хлопьев основное влияние оказывает влажность крупяного полуфабриката, длительность его пропаривания и темперирования.

Для оптимизации параметров указанных факторов гидротермической обработки использовали методы математического планирования эксперимента [31].

В таблицах 7.1. – 7.3. приведены уровни факторов, единицы измерения и их кодированное обозначение для перловых, гречневых и рисовых хлопьев.

Таблица 7.1. Уровни факторов планирования эксперимента ПФЕ-2³ для перловых хлопьев

Факторы	Единица измерения	Кодированное название	Уровни факторов			Шаг варьиро-вания
			верхний	основной	нижний
Влажность крупы перед плющением	%	Х1	16	15	14	1
Длительность темпериро-вания	мин	Х2	9	6	3	3
Длительность пропари-вания	мин	Х3	5	4	3	1

Таблица 7.2. Уровни факторов планирования эксперимента ПФЕ-2³ для гречневых хлопьев

Факторы	Единица измерения	Кодированное название	Уровни факторов			Шаг варьиро-вания
			верхний	основной	нижний
Влажность зерна перед плющением	%	Х1	15	14	13	1
Длительность темпериро-вания	мин	Х2	9	6	3	3
Длительность пропари-вания	мин	Х3	4	3	2	1

Таблица 7.3. Уровни факторов планирования эксперимента ПФЕ-2³ для рисовых хлопьев

Факторы	Единица измерения	Кодированное название	Уровни факторов			Шаг варьиро-вания
			верхний	основной	нижний
Влажность зерна перед плющением	%	Х1	18	17	16	1
Длительность темпериро-вания	мин	Х2	2	1	0	1
Длительность пропари-вания	мин	Х3	6	5	4	1

Оценку эффективности процесса проводили по такому параметру, как выход крошки и мучки, % (У₁ – для перловых хлопьев, У₂ – для гречневых, У₃ – для рисовых). В таблице 7.4 – 7.6. представлены матрицы планирования эксперимента и результаты определений.

Таблица 7.4. Матрица планирования эксперимента и результаты определений для перловых хлопьев

№ опыта	Х1	Х2	Х3	Х1·Х2	Х2·Х3	Х1·Х3	У1^’	У1^’’	У1^’”	У1 ср
1	+	+	+	+	+	+	6,0	6,1	6,2	6,1
2	+	+	-	+	-	-	5,4	5,6	5,6	5,5
3	+	-	-	-	+	-	5,2	5,0	5,3	5,2
4	-	-	-	+	+	+	5,0	4,8	4,6	4,8
5	-	+	+	-	+	-	5,8	5,6	5,7	5,7
6	-	-	+	+	-	-	4,9	5,0	4,8	4,9
7	+	-	+	-	-	+	3,6	3,7	3,5	3,6
8	-	+	-	-	-	+	6,2	6,4	6,3	6,3

Таблица 7.5. Матрица планирования эксперимента и результаты определений для гречневых хлопьев

№ опыта	Х1	Х2	Х3	Х1·Х2	Х2·Х3	Х1·Х3	У2^’	У2^’’	У2^’”	У2 ср
1	+	+	+	+	+	+	8,0	7,9	8,1	8
2	+	+	-	+	-	-	7,6	7,8	7,7	7,7
3	+	-	-	-	+	-	7,9	7,8	7,7	7,8
4	-	-	-	+	+	+	6,1	5,9	5,8	5,9
5	-	+	+	-	+	-	5,8	5,9	6,1	5,9
6	-	-	+	+	-	-	4,2	4,6	4,8	4,5
7	+	-	+	-	-	+	3,8	3,9	3,9	3,9
8	-	+	-	-	-	+	5,6	5,8	5,7	5,7

Таблица 7.6. Матрица планирования эксперимента и результаты определений для рисовых хлопьев

№ опыта	Х1	Х2	Х3	Х1·Х2	Х2·Х3	Х1·Х3	У3^’	У3^’’	У3^’”	У3 ср
1	+	+	+	+	+	+	10,0	10,5	9,5	10,0
2	+	+	-	+	-	-	9,6	9,4	9,5	9,5
3	+	-	-	-	+	-	9,2	9,0	9,0	9,1
4	-	-	-	+	+	+	8,1	7,8	7,9	7,9
5	-	+	+	-	+	-	7,6	7,8	7,8	7,7
6	-	-	+	+	-	-	5,2	5,4	5,0	5,2
7	+	-	+	-	-	+	5,4	5,2	5,2	5,3
8	-	+	-	-	-	+	6,0	6,1	5,8	6,0

Уравнения регрессии, полученные после обработки результатов, имеют следующий вид:

У₁ = В₀ + В₁· Х₁ + В₂· Х₂ + В₃· Х₃ + В₄· Х₁Х₂ + В₅· Х₂Х₃ + В₆· Х₁Х₃

В₀ = 5,2625

В₁ = - 0,1625

В₂ = 0,6375

В₃ = - 0,1875

В₄ = 0,0625

В₅ = 0,1875

В₆ = - 0,0625

У₁ = 5,2625 – 0,1625·Х₁ + 0,6375·Х₂ – 0,1875·Х₃ + 0,0625·Х₁Х₂ + + 0,1875·Х₂Х₃ – 0,0625·Х₁Х₃

У₂ = В₀ + В₁· Х₁ + В₂· Х₂ + В₃· Х₃ + В₄· Х₁Х₂ + В₅· Х₂Х₃ + В₆· Х₁Х₃

В₀ = 6,175

В₁ = 0,675

В₂ = 0,650

В₃ = - 0,600

В₄ = 0,350

В₅ = 0,725

В₆ = - 0,300

У₂ = 6,175 + 0,675·Х₁ + 0,650·Х₂ – 0,600·Х₃ + 0,350·Х₁Х₂ + 0,725·Х₂Х₃ – - 0,300·Х₁Х₃

У₃ = В₀ + В₁· Х₁ + В₂· Х₂ + В₃· Х₃ + В₄· Х₁Х₂ + В₅· Х₂Х₃ + В₆· Х₁Х₃

В₀ = 7,5875

В₁ = 0,8875

В₂ = 0,7125

В₃ = - 0,5375

В₄ = 0,5625

В₅ = 1,0875

В₆ = - 0,2875

У₃ = 7,5875 + 0,8875·Х₁ + 0,7125·Х₂ – 0,5375·Х₃ + 0,5625·Х₁Х₂ + + 1,0875·Х₂Х₃ – 0,2875·Х₁Х₃

По окончании реализации плана ПФЭ-2³ и расчета коэффициентов в уравнениях регрессии по критерию Стьюдента определяли их значимость.

Полученные уравнения были проверены на адекватность по критерию Фишера. Было установлено, что все уравнения адекватно описывают исследуемый технологический процесс.

Качественная характеристика полученных хлопьев представлена в таблице 7.7.

Таблица 7.7. Характеристика полученных хлопьев

Наиме-нование хлопьев	Время настаивания, мин	Толщина, мм	Выход крошки и мучки, %	Степень клейсте-ризации, %	Степень декстри-низации, %	Влаж-ность, %
Перловые	5	0,40	4,9	32	8,4	12,8
Гречневые	5	0,45	5,2	34	3,2	12,7
Рисовые	5	0,45	7,7	36	2,1	12,9

В результате проведенной оптимизации параметров водно-тепловой обработки мы установили режимы процесса производства хлопьев, не требующих варки: влажность крупы перед плющением составляет 14%, 15%, 16% для перловой, гречневой и рисовой круп, длительность темперирования в теплоизолированном бункере 1 – 3 минуты, длительность пропаривания в шнеке 4 – 6 минут. Выход крошки и мучки составляет 4,9 % для перловых хлопьев, 5,2 % - для гречневых и 7,7 % - для рисовых.

Проведенные исследования позволили нам разработать схему производства хлопьев из крахмалосодержащего крупяного сырья, которая представлена на рис. 7.1.

Рисунок 7.1. Схема получения хлопьев, не требующих варки, из крахмалосодержащего крупяного сырья