CC BY
3705.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства (технические науки) DOI: 10.25712^Ш2072-8921.2019.03.004 УДК 664.76 664.788
ТЕХНОЛОГИЯ СМЕШИВАНИЯ КОМПОЗИЦИЙ БЕЗГЛЮТЕНОВЫХ МУЧНЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ КВИНОА
Т. В. Щеколдина
В статье рассмотрены вопросы технологии смешивания композиций безглютеновых смесей из рисовой, кукурузной и гречневой муки на основе муки семян квиноа. В качестве нетрадиционного безглютенового сырья предложена квиноа, отличающаяся отсутствием глю-тена, высоким содержанием белка, полиненасыщенных жирных кислот, витаминов. Структурная схема исследований технологии смешивания компонентов безглютеновой смеси основана на изучении физико-химических характеристик компонентов смеси (влажность, белизна, объемная масса, плотность, крупность помола) и разработке метода анализа однородности безглютеновой смеси с использованием в качестве маркера поваренной соли, количественное значение которой определяли экспериментальным путем. Для формирования безглютеновых мучных смесей предложены ленточный смеситель и смеситель «пьяная бочка», представлены характеристики технических параметров смесителей. Проведены исследования зависимости коэффициента неоднородности (качества смешивания) от коэффициента загрузки смесителей и времени их работы. Для получения однородной композиции безглютеновых мучных смесей на основе квиноа рекомендован смеситель «пьяная бочка» с коэффициентом загрузки 0,7 и временем смешивания до 10 минут.
Ключевые слова: целиакия, глютен, мучные смеси, квиноа, технология смешивания, коэффициент однородности, смеситель.
В настоящее время продолжает увеличиваться число аллергических заболеваний, в том числе связанных с расстройствами пищеварительной системы. Одним из таких заболеваний является целиакия - непереносимость белка (глютена) некоторых злаковых культур и в первую очередь пшеницы, вследствие чего человек вынужден соблюдать строгую пожизненную диету, исключив из рациона питания хлебобулочные, макаронные и кондитерские изделия и продукты, где может содержаться скрытый глютен (соусы, кетчупы и т. д). Целиакия является наследственным заболеванием, может проявиться в любом возрасте и не лечится медикаментозно. К тому же в России пока еще нет большого опыта точной диагностики заболевания, так как часто оно маскируется гастритом, дисбактериозом и другими расстройствами ЖКТ [1].
Отечественный рынок безглютеновых продуктов представлен в основном иностранными производителями, которые реализуют свою продукцию по очень высокой цене, если рассматривать их ассортимент как ежедневный, а российских производителей на рынке очень мало. Приобрести безглютеновую продукцию можно только в крупных гипермарке-тах или интернет-магазинах, что весьма затруднительно для жителей небольших населенных пунктов нашей огромной страны. Таким образом, для родителей маленьких детей
и взрослых с диагнозом целиация рациональнее купить большую партию готовой отечественной безглютеновой мучной смеси и выпекать любимые булочки или печенье дома.
Известны рецептуры безглютеновых мучных смесей на рисовой, гречневой, кукурузной или амарантовой муке и крахмале. Однако они обладают недостаточной пищевой и биологической ценностью. Поэтому в качестве нетрадиционного безглютенового сырья используют семена квиноа [1-2].
Квиноа - очень древняя зерновая культура родом из Южной Америки, «золотое» зерно инков. ООН провозгласила 2013 год годом квиноа как уникального растения, способного решить мировую проблему дефицита белка и голода в развивающихся странах. Химический состав квиноа отличается высоким содержанием белка (до 20 %), жиров (до
9.1 %), крахмала (до 51 %), сахара и около
1.2 % пектина, обладающего радиопротекторными свойствами [3-4].
Важной операцией в разработке композиций безглютеновых мучных смесей для выпечки на основе квиноа является технология смешивания компонентов смесей и равномерное распределение их по всей массе.
В связи с этим разработана структурная схема исследований, включающая теоретическую (поисковую) часть и экспериментальную часть и представленная на рисунке 1.
Рисунок 1 - Структурная схема исследований
Под смешиванием сухих материалов понимают механический процесс, когда изначально находящиеся раздельно компоненты равномерно распределяются в смешиваемом объеме материала и образуют однородную смесь.
Качество смешивания компонентов композиций мучных смесей оценивают случайной величиной, условно предполагая, что она является двухкомпонентной. В этом случае для качественной оценки результата смешивания используют такой показатель, как однородность получаемой смеси, а для количественной оценки - коэффициент неоднородности.
Однородной можно считать мучную смесь, в которой содержание ее компонентов в любом объеме не отличается от заданного содержания всей смеси. Для установления степени однородности мучной смеси можно выделить один основной компонент, а остальные отнести к условному компоненту. В этом случае, если основной компонент мучной смеси будет распределен равномерно, то и все остальные компоненты тоже можно считать равномерно распределенными.
Вопросам оценки качества смешивания сыпучих пищевых материалов посвящено много отечественных и зарубежных работ [58]. К наиболее известным способам можно отнести оптический, весовой и ситовый на рассевах. Оптический способ оценки качества основан на определении концентрации основного компонента по его способности поглощать, отражать или преломлять свет. Весовой
и ситовый на рассевах методы оценки качества основаны на различии компонентов смеси по весу или размеру. Однако все указанные способы имеют свои недостатки, среди которых можно отметить трудоемкость и большие затраты времени на проведение анализа.
Во время перемешивания мучной композиции образуется множество вариантов взаимного расположения ее компонентов, в результате чего соотношение компонентов в любой точке мучной композиции можно считать случайной величиной. Таким образом, в большинстве своем оценка качества однородности композиций сыпучих смесей сводится к методам статистического анализа с последующей математической обработкой результатов.
Наиболее известным критерием принят коэффициент неоднородности (вариации). Коэффициент неоднородности смеси представляет собой отношение содержания основного компонента к его средней массовой доле в смеси. Чем меньше значение коэффициента неоднородности, тем равномернее смесь и эффективнее работа смесителей.
Требования к однородности сыпучей смеси представлены в таблице 1.
Таким образом, на основании анализа данных научно-технической и патентной литературы был выбран статистический метод расчета однородности композиций безглюте-новый мучных смесей на основе квиноа с использованием коэффициента неоднородности (вариации).
Поэтому на следующем этапе для подбора типа смесителя и параметров смешивания, а также для выбора основного компонента для статистического метода расчета од-
нородности смесей были исследованы физико-химические характеристики компонентов, входящих в рецептуру смесей.
Таблица 1 - Требования к однородности смеси
Кс, % Оценка однородности смешивания Корректирующие действия
<10 Отличный Нет
10-15 Хороший Увеличить время смешивания на 25-30 %
15-20 Удовлетворительный Увеличить время смешивания на 50 %; проверить состояние оборудования; исключить недогрузу и перегрузку; изменить последовательность загрузки компонентов
>20 Плохой Возможна комбинация выше названных проблем. Выявить технические причины, произвести ремонт и настройку
Влажность определяли методом высушивания на приборе КВАРЦ, белизну с помощью прибора Р3-БПЛ, плотность расчетным способом по формуле путем деления разности масс пустого и заполненного мукой цилиндра на его
объем, крупность помола - ситовым анализом путем вычисления остатков компонентов на номерном сите.
Результаты исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Физико-химические характеристики компонентов мучных безглютеновых смесей на основе квиноа
Наименование компонентов Физико-химические показатели компонентов
Влажность, % Белизна, у.е. Р3-БПЛ Плотность, г/см3 Крупность помола, %
Рисовая мука 13,3±0,01 61,2±0,01 1,42 Остаток на сите №43 не более 1,7
Кукурузная мука 13,1±0,01 12,8±0,02 1,44 Остаток на сите №23 не более 2
Гречневая мука 13,0±0,01 -83,5±0,02 1,47 Остаток на сите №43 не более 1,5
Мука квиноа (из светлых семян) 12,8±0,01 13,9±0,01 1,45 Остаток на сите №43 не более 1,8
Мука квиноа (из красных семян) 12,9±0,01 -8,1±0,01 1,42 Остаток на сите №43 не более 1,9
Мука квиноа (из черных семян) 12,7±0,01 -14,3±0,02 1,43 Остаток на сите №43 не более 1,8
Крахмал кукурузный 13,1±0,01 55,4±0,01 1,56 Остаток на сите №23 не более 1,1
Установлено, что компоненты разрабатываемых смесей имеют практически одинаковую влажность и плотность, крупнота помола отличается только у кукурузной муки (которая заявлена производителем как мука тонкого помола в соответствии с требованием ГОСТ 14176-69 "Мука кукурузная. Технические условия) и кукурузного крахмала").
Отмечено, что показатели белизны компонентов смесей имеют различные значения: гречневая мука и мука из красных и черных семян квиноа отличаются отрицательными показателями белизны. Кукурузная мука и мука из белых семян квиноа, а также рисовая мука и
кукурузный крахмал имеют приблизительно одинаковые показатели белизны: 12,8-13,9 и 61,2-55,4 у. е. Р3-БПЛ соответственно.
С учетом особенностей химического состава киноа - различного цвета семян (красные, черные и кремового цвета), желтого цвета кукурузной муки, коричневого цвета гречневой муки - определение степени однородности смеси по показателю белизны не целесообразно. Поэтому можно предположить, что основой смесей для выпечки белых видов хлеба и хлебобулочных изделий может быть рисовая мука и/или кукурузный крахмал, для темного хлеба - сочетание гречневой муки и
муки из красных или черных семян квиноа, для мучных кондитерских и макаронных изделий -кукурузная мука и/или мука из светлых семян квиноа.
Так как значения влажности и плотности компонентов не имеют больших численных различий и практически одинаковы между собой, то можно сделать вывод о целесообраз-
Процесс смешивания в ленточных смесителях характеризуется двумя основными параметрами: однородностью смеси и временем смешивания, которое требуется для достижения необходимой однородности. Рабочим органом ленточного смесителя является вал с лентами спирального или геликоидного типа, определяющих процесс смешивания продуктов с волнообразным сдвигом и перемещением продукта слоями.
На основании литературных данных разработан и впервые применен способ оценки качества смешения компонентов смеси на основе вводимого в рецептуру маркера, выполняющего роль основного компонента, количественное значение которого можно определить экспериментальным путем без особых затрат. Таким маркером послужила поваренная соль сорта экстра, имеющая гранулометрический состав до 0,8 мм включительно.
Таким образом, определяющим признаком степени однородности мучной смеси будет группа чисел, определяющая количество поваренной соли в отобранной пробе согласно вносимой концентрации. С каждого
ности единого подбора типа смесителя и параметров смешивания (так как влажность компонентов и их плотность, безусловно, влияет на тип смесителя и время перемешивания смеси).
На основании литературных данных предложены два вида смесителя: ленточный и смеситель типа «пьяная бочка» (рисунок 2).
Смеситель «пьяная бочка» состоит из емкости, закрепленной под наклоном на цилиндрической таре. Перемешивание загруженных компонентов в такой смеситель происходит за счет вращения емкости вокруг оси, продукт при этом перемещается из одного конуса в другой и перемешивается.
Сравнительная характеристика технических параметров смесителей представлена в таблице 3.
участка по всей длине смесителей было взято не менее 7 проб массой не менее 30 г. Чем больше масса пробы, тем достовернее значение коэффициента Кс. Далее в отобранных пробах определяли содержание хлорида натрия аргенометрическим методом согласно ГОСТ 15113.7-77.
Для обоснования выбора смесителя и установления оптимальных параметров смешивания компонентов были проведены исследования влияния коэффициентов загрузки смесителя и режимных параметров его работы (время смешивания) на качество смешивания (коэффициент неоднородности). Результаты представлены на рисунках 3-4.
Рисунок 2 - Смесители: а) ленточный смеситель; б) смеситель «пьяная бочка»
Таблица 3 - Сравнительная характеристика технических параметров смесителей
Технические характеристики Ленточный смеситель Смеситель «пьяная бочка»
Вместимость, л 150-6000 35-230
Частота вращения, об/мин до 35 до 28
Мощность, Вт 1,1-7 1,1-3
Масса, не более кг 220-750 180-280
Режим работы цикличный
с К
с о
н д
о р
о
н д
о е н т н е
ф ф
э о К
25
20
15
10
24
17
4,8
0,3
0,5
13,8
ЖШЗ
¡¡¡И
0,7 0,9
Коэффициент загрузки
«ленточный смеситель ^смеситель "пьяная бочка"
Рисунок 3 - Зависимость коэффициента неоднородности (качества смешивания) от
коэффициента загрузки смесителя
с К
с о
н д
о р
о
н д
о е н т н е
18 16 14 12 10 8 6
ф ф
э о К
О ленточный смеситель
8 10 Время смешивания, мин
смеситель "пьяная бочка"
Рисунок 4 - Зависимость коэффициента неоднородности от времени работы смесителя
В результате анализа рисунков 3 и 4 установлено, что коэффициент загрузки и тип смесителя влияют на степень неоднородности смеси. При заполнении ленточного смесителя до половины (коэффициент загрузки 0,3 и 0,5) оценка неоднородности смешивания (Кс) находилась в пределах "удовлетворительно",
при полном заполнении (0,9) - "хорошо". Лучший коэффициент неоднородности (Кс 4,8 %) отмечен при средней загрузке смесителя, что, вероятно, объясняется конструктивными особенностями геликоидных лент, способных хорошо перемешивать смесь при загрузке смесителя на 70 %.
5
0
4
2
0
2
4
6
Совершенно другие показатели коэффициента неоднородности получены при различной загрузке смесителя «пьяная бочка». Так, при полной загрузке смесителя установлена плохая однородность смешивания (Кс 23 %). При заполнении смесителя до половины отмечен наилучший коэффициент неоднородности, что, вероятно, связано со сложным перемешиванием загружаемых компонентов за счет вращения самой емкости вокруг оси и перемещения компонентов из одного конуса в другой.
В результате анализа рисунка 4 установлена линейная зависимость коэффициента неоднородности от времени смешивания компонентов в смесителе: с увеличением продолжительности смешивания однородность смеси повышается.
Таким образом, смесь будет наиболее однородной в ленточном смесителе при заполнении его на 70-90 %, а в смесителе «пьяная бочка» - при загрузке его до 70 %. Если анализировать технические характеристики смесителей, то целесообразней использовать ленточный смеситель: у него широкий диапазон геометрического объема емкости смешивания, больше частота вращения ротора, мощность и устойчивость по массе и габаритным размерам, чем у смесителя «пьяная бочка». Однако стоимость ленточного смесителя объемом 340 л составляет 620 тыс. рублей, а смеситель «пьяная бочка» объемом 300 л стоит в 3 раза дешевле - 230 тыс. рублей.
Таким образом, для получения однородной композиции мучных безглютеновых смесей на основе квиноа предпочтителен смеситель «пьяная бочка» с коэффициентом загрузки до 0,7 и временем смешивания до 10 минут.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Щеколдина, Т. В. Использование квиноа в производстве мучных кондитерских изделий для людей, страдающих целиакией / Т. В. Щеколдина, А. Г. Христенко, Е. А. Черниховец // Технология и
товароведение инновационных пищевых продуктов, № 5 (34), 2015. - С. 54-59.
2. Черниховец, Е. А. Химический состав квиноа (Chenopidiumquinoa) / Е. А. Черниховец, Т. В. Щеколдина // Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. 2015. Т. 1. №8. С. 343-346.
3. Христенко, А. Г. Перспективные виды сырья для повышения биологической ценности мучных кондитерских изделий / А. Г. Христенко, Е. В. Клешнева, Т. В. Щеколдина // Научное обеспечение агропромышленного комплекса, 2012. - С. 264-265
4. Красноселова, Е. А. Современное состояние и перспективы развития производства продуктов функционального назначения / Е. А. Красносе-лова, Т. А. Серикова // Сборник статей по материалам III научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 95-летию Кубанского государственного аграрного университета. 2017. С. 783-789.
5. Бобков, В. Анализ однородности мучных композитных смесей по показателю белизны / В. Бобков // Хлебопродукты. - 2009. - №5. - С. 57-59
6. Воронин, В. В. Критерии и способы оценки качества смешивания сыпучих материалов / В. В. Воронин, К. А. Адигамов, С. С. Петренко, Р. А. Си-зякин // Инженерный вестник Дона. - 2012. - №5. -С. 25-29.
7. Сибиль, А. В. Разработка технологии смесей для полуфабрикатов мучных изделий / А. В. Сибиль, И. Ю. Резниченко, И. А. Бакин // Ползуновский вестник. - 2012. - №2/2. - С. 153-157.
8. Сибиль, А. В. Разработка аппаратурного оформления для получения сухих композитных мучных смесей / А. В. Сибиль, И. А. Бакин // Ползуновский вестник. - 2012. - №2/2. - С. 122-126.
Щеколдина Татьяна Владимировна,
к.т.н., доцент кафедры технологии хранения и переработки растениеводческой продукции ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Труби-лина», 350044, г. Краснодар, ул. Калинина 13, e-mail: [email protected], тел.: 8(909)45-46-355
