ШАЗЗО Адам Асланович РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЗАРОДЫШЕЙ ЗЕРНА КУКУРУЗЫ И ИЗУЧЕНИЕ
реклама
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 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Бутина Елена Александровна Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Красина Ирина Борисовна кандидат технических наук Багалий Татьяна Михайловна 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 по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2. Автореферат разослан 26 ноября 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент М.В.Филенкова 3 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. 4 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 01200956355. 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, 5 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 фракционирования очищенной влияние предварительного 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 технологическая экспериментально линия выделения обоснована зародыша технология зерна кукурузы и с максимальным сохранением физиологически ценных свойств. Впервые установлена меньшая значимость влияния влаготепловой обработки крупки использовании в кукурузного зародыша на выход масла при 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 6 кукурузное масло, показателям пищевой шрот и фосфолипидный комплекс по 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 технология с выделением зародыша комплексной сухим переработки способом. зародыша Разработана 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. использованию БАД «Кукурузка-плюс» в Рекомендации по 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 7 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 научнопрактической конференции ресурсосберегающих «Инновационные технологий пути производства в и разработке 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 13634-90 «Кукуруза. Технические условия» и СанПиН 2.3.21078-01. Определение регламентируемых показателей зерна кукурузы и промежуточных 8 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 необходимых и планированием достаточных для количества достижения экспериментов, 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 СевероКавказском 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, исследований, что образцы соответствуют зерна кукурузы, требованиям отобранные ГОСТ для 13634-90, предъявляемым к кукурузе, направляемой на переработку в крупу и муку, и по своему качеству относятся ко второму классу. Между тем, в зерновой 9 Таблица 1 – Химический состав гибридов зерна кукурузы Наименование показателя Массовая доля, % на сухое вещество: белка масла крахмала клетчатки золы Содержание каротиноидов, мг/кг сухого вещества Значение показателя гибрид РОСС 209МВ 410 МВ гибрид Краснодарский 291 500 507 АМВ АМВ АМВ 8,9 12,0 72,3 1,5 1,1 9,2 10,4 71,3 1,7 1,3 10,1 12,6 64,8 1,5 1,4 9,8 13,6 69,2 2,2 1,2 9,6 12,9 62,6 1,0 1,0 9,0 11,8 70,1 1,3 1,3 3,2 2,4 4,6 4,2 5,0 2,6 415 МВ Таблица 2– Характеристика зерна кукурузы Характеристика и значение показателя Наименование показателя Цвет и форма Преимущественно желтый, форма от округлой до продолговатоудлиненной с преимущественно вдавленной верхушкой Влажность, % Сорная примесь, %, в том числе: испорченные зерна кукурузы минеральная примесь в числе минеральной примеси: галька, руда, шлак вредная примесь Зерновая примесь, %, в том числе: проросшие зерна поврежденные зерна кукурузы Зараженность вредителями 12,2-13,5 0,72-1,94 0,50-0,88 0,16-0,27 0,05-0,08 0,08-0,17 4,8-6,7 0,95-1,36 0,58-0,75 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 10 включает узел подготовки зерна кукурузы к переработке, сепараторами, укомплектованный скальператором, ситовоздушными камнеотборником, увлажнительным аппаратом отволаживания, узел и отделения зародыша и от емкостью зерна для 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- 11 Рисунок 1 – Технологическая линия подготовки зерна кукурузы к переработке: 1 - приемная емкость для зерна кукурузы; 2- скальператор; 3 – ситовоздушный сепаратор; 4 – камнеотборник; 5, 7 – надсепараторный бункер; 6 – фотоэлектронный сепаратор марки PUBU; 8 – фотоэлектронный сепаратор марки NANTA ACE 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 12 Таблица 3 – Сравнительная оценка эффективности очистки зерна кукурузы по традиционной и разработанной технологиям Значение показателя Зерно до Зерно после очистки по очистки технологии традициразраонной ботанной Наименование показателя Массовая доля сорной примеси, %, в том числе: зерно, поврежденное болезнями испорченное зерно минеральная примесь, в том числе: галька, частицы руды и шлака вредная примесь, в том числе: спорынья и головня Степень очистки зерна от сорной примеси, % Массовая доля зерновой примеси, % Степень очистки зерна от зерновой примеси,% 2,00 1,00 0,50 0,30 0,10 0,20 0,15 1,37 0,69 0,25 0,25 0,08 0,18 0,12 0,08 0,02 0,01 0,03 отсутствие 0,02 0,04 2,00 69,0 0,80 96,0 0,10 - 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. Для разработки целостности технологических отделяемого зародыша решений по повышению изучали параметрические характеристики очищенной зерновой массы. Результаты исследований представлены на рисунке 2. Следует отметить высокую степень дисперсии результатов в объеме выборки, что свидетельствует о значительной разнородности массы зерна кукурузы, как по площади поверхности, так и по форме. Полученные данные свидетельствуют технологическую линию о целесообразности отделения зародыша включения в фотоэлектронных сепараторов, осуществляющих последовательное разделение очищенной массы зерна кукурузы по площади поверхности и по форме. 13 Удельное содержание фракции, % к массе зерна Рисунок 2 – Параметрические характеристики очищенной массы зерна кукурузы (диаметр или ширина): 1- крупные зерна; 2 – средние зерна; 3 – мелкие зерна Разработанная технологическая линия выделения зародыша сухим способом представлена на рисунке 3. В таблице 4 представлены результаты сравнительной оценки показателей качества зародыша, выделенного по традиционной и разработанной технологиям. Показано, что разработанная технология и ее аппаратурное оформление позволяет существенно повысить качество выделяемого зародыша, в том числе значительно снизить массовые доли эндосперма (в 3 раза) и оболочки (в 2 раза). Следует отметить более высокое содержание в выделенном по разработанной технологии зародыше масла с меньшей степенью окисленности и с более низким содержанием неомыляемых липидов. 2.4 Разработка технологии комплексной переработки зародыша с получением физиологически ценного масла и БАД. В целях разработки эффективной технологии комплексной переработки зародыша, выделенного сухим способом по разработанной технологии, изучали его химический состав и пищевую ценность в сравнении с зародышем, полученным по традиционной технологии (таблица 5). 14 Рисунок 3 –Технологическая линия отделения зародыша от зерна кукурузы: 1 –увлажнительный аппарат ; 2 – бункер для отволаживания; 3, 5 – надсепараторный бункер; 4 - фотоэлектронный сепаратор марки PUBU; 6 –фотоэлектронный сепаратор марки NANTA ACE; 7, 12 – магнитный сепаратор; 8 – буферная емкость; 9 – шлифовальная машина; 10 – аспирационная система; 11, 14 – рассев; 13 – вальцевый станок; 15 - сушилка 15 Таблица 4 – Характеристика зародыша, выделенного сухим способом Наименование показателя Значение показателя Традиционная технология Разработанная технология 8,6-9,6 10,5-11,4 10,0-12,0 3,0-3,5 2,0-3,0 1,2-1,5 7,5-8,1 10,0-10,8 29,7-32,7 33,5-36,1 3,8-4,9 1,9-2,4 2,9-7,3 1,2-2,3 3,7-5,5 1,2-1,9 2,30-2,50 1,85-1,97 0,10-0,15 следы Выход зародышевой фракции, % к исходному сырью Массовая доля эндосперма (мучки) в зародыше, % к массе зародыша Массовая доля оболочки в зародыше, % к массе зародыша Выход чистого зародыша, % к исходному сырью Массовая доля масла, выделенного из зародыша, % на сухое вещество Кислотное число масла, выделенного из зародыша, мг КОН/г Перекисное число масла, выделенного из зародыша, ммоль активного кислорода/кг Анизидиновое число масла, выделенного из зародыша Массовая доля неомыляемых липидов в масле, выделенном из зародыша, %, в том числе: восков и воскоподобных веществ Из данных таблицы 5 видно, что основное отличие зародыша зерна кукурузы, выделенного по разработанной технологии, заключается в значительно меньшем (более, чем в 3,5 раза) содержании крахмала и в большем (более, чем на 2,5%) содержании масла. Следует также отметить большее содержание витаминов, особенно витамина Е, в зародыше, выделенном по разработанной технологии. Анализ производственной практики извлечения масла из кукурузного зародыша, выделенного сухим способом, показал низкую эффективность отжима масла на традиционных шнековых прессах. В связи с этим нами предложено осуществлять прямую экстракцию масла при оптимизации предварительной подготовки экстрагируемого материала. 16 Таблица 5 – Химический состав и пищевая ценность зародыша, выделенного из зерна кукурузы сухим способом Значение показателя Наименование показателя Массовая доля, %: влаги и летучих веществ масла белка крахмала целлюлозы пентозанов водорастворимых углеводов золы Содержание витаминов, мг/100г: Е В1 (тиамин) В4 (холин) В6 (пиридоксин) В9 (фолиевая кислота) РР (ниацин) Н (биотин) β-каротин (провитамин А) Традиционная технология Разработанная технология 8,3 31,2 18,8 9,5 5,2 3,9 7,5 7,5 8,3 34,8 19,3 2,7 5,0 3,7 8,2 7,7 16,40 0,33 60,32 0,42 22,18 2,87 17,45 0,23 23,21 0,40 68,15 0,47 25,20 3,10 18,64 0,34 Детальные исследования влияния режимов подготовки зародыша к извлечению из него масла проводились Н.М.Минасян, Е.П.Кошевым и В.М.Копейковским. Однако, учитывая существенную разницу в составе гидрофильной части отделенного ботанических зародыша, характеристик обусловленную, исходного сырья, как так изменением и влиянием разработанной технологии, уточняли режимы влаготепловой обработки зародыша. При этом, учитывая высокую физиологическую ценность зародыша, одновременно с извлечением физиологически ценного масла, решали задачу получения пищевого шрота с последующим его использованием в качестве сырья для производства БАД. В связи с этим, в качестве экстрагента было предложено использовать этанол с объемной долей этилового спирта 96,2%. Для сравнения осуществляли экстракцию 17 углеводородным растворителем нефрасом марки П1-65/75, как одним из наиболее используемых в масложировой отрасли экстрагентов. При оптимизации режимов влаготепловой обработки варьировали влажность материала (w, от 8 до 14%) и температуру (t, от 60 до 90оС). Продолжительность влаготепловой обработки на первом этапе экспериментов была принята постоянной и составляла 60 минут. В качестве функции отклика использовали выход масла (Q) и степень его окисления, выражаемую числом Тотокс (T). Степень измельчения сырья во всех опытах была постоянной, средний диаметр частиц, согласно имеющимся рекомендациям, составлял 0,4-0,5 мм. Экстракцию осуществляли методом настаивания в кассетах при температуре 55 оС. Математическая обработка результатов эксперимента с использованием прикладных программ «Statistica 6.0» и «Matchcad 12» позволила получить следующие уравнения регрессии. Для экстракции нефрасом: Q =2,7105-0,2709w-0,0234t+0,0083w2+0,0009wt+0,0001t2 Т=13,7111-2,304w-0,0083t+0,1516w2+0,0014wt+0,0008t2 Для экстракции этанолом: Q =1,0191-0,0998w-0,0049t+0,0048w2+0,0001wt Т=37,142-3,6143w-0,4358t+0,1797w2+0,0075wt+0,0031t2 Анализ коэффициентов представленных уравнений свидетельствует о существенно меньшем влиянии параметров влаготепловой обработки на выход масла при экстракции этанолом. Это можно объяснить разрушающим действием этанола, как полярного растворителя, на липопротеиновые комплексы, в результате которого происходит высвобождение связанных липидов. Взаимовлияние температуры и влажности на выход масла незначимо для обоих экстрагентов. Влияние параметров влаготепловой обработки на извлечение экстрагентом продуктов окисления более значимо для этанола, при этом особое влияние оказывает температура процесса. В результате максимизации выхода масла при ограничении числа Тотокс и при варьировании длительности процесса были получены 18 следующие режимы влаготепловой обработки крупки зародыша зерна кукурузы: - для экстракции нефрасом: влажность материала 10%; температура 90оС; продолжительность 60 минут; - для экстракции этанолом: влажность материала 8%; температура 60оС; продолжительность 40 минут. Следует отметить, что осуществление влаготепловой обработки по указанным режимам обеспечивает достижение требуемых технологических свойств материала: коэффициент фильтрации на уровне 1,2-1,3; доля удерживаемого материалом растворителя - 39%. В таблице 6 представлены данные по влиянию режимов влаготепловой обработки на выход и показатели качества извлеченного масла. Для сравнения проводили экстракцию зародыша без влаготепловой обработки (контроль). Таблица 6 – Влияние режимов влаготепловой обработки на выход и показатели качества масла Наименование показателя Значение показателя Без влаготепловой С влаготепловой обработки обработкой (контроль) нефрас этанол нефрас этанол Выход масла за 2 часа экстракции, % к исходному 65,7 60,1 87,9 70,0 Кислотное число, мг КОН/г 2,40 2,30 2,95 2,35 0,60 0,90 0,54 0,95 0,32 0,66 0,26 0,67 20,8 0,30 5,5 22,7 0,23 5,8 17,8 0,28 10,0 22,9 0,22 7,9 Массовая доля фосфолипидов, %, в том числе фосфатидилхолинов Содержание, мг/100г: токоферолов каротиноидов Число Тотокс Как видно из представленных данных, использование в качестве экстрагента этанола обусловливает более низкий выход масла при его более высокой пищевой ценности. Последнее можно объяснить 19 селективностью этанола по отношению к сопутствующим физиологически активным липидам, а также мягкими режимами влаготепловой обработки. Учитывая полученные результаты, на следующем этапе решали задачу повышения выхода физиологически ценного кукурузного масла при использовании в качестве экстрагента этанола. Основными факторами, влияющими на эффективность экстракции в системе «крупка зародышей кукурузы – этанол», являются температура, продолжительность процесса эксрагирования, гидродинамические режимы и соотношение экстрагент : экстрагируемый материал. Экстракцию осуществляли в лабораторном экстракторе специальной конструкции, при этом предварительными экспериментами было установлено, что создание гидродинамического режима, соответствующего критерию Рейнольдса более 10000, обеспечивает, при прочих равных условиях, максимальную интенсификацию массообменных процессов без изменения гранулометрического состава экстрагируемого материала. Для выявления влияния температуры на эффективность экстрагирования проводили экстракцию при варьировании температуры в диапазоне от 30 до 70оС, и соотношении экстрагент: экстрагируемый материал, равном 5:1 (рисунок 4). Рисунок 4 – Кривые экстракции кукурузного зародыша при соотношении этанол: материал 5:1 при температуре: 1 – 30оС; 2 – 40оС; 3 – 50 оС; 4 – 60 оС; 5 – 70 оС 20 Показано, что повышение температуры существенно интенсифицирует процесс экстракции, при этом проведение экстракции при температуре 60 оС обусловливает наступление равновесия за 35 минут, а при температуре 70оС – за 25 минут. Результаты влияния температуры экстракции на выход и показатели качества получаемых продуктов: кукурузного масла и шрота представлены в таблице 7. Таблица 7 – Влияние температуры экстрагирования на выход и показатели качества кукурузного масла и шрота Значение показателя Наименование показателя 30оС 40оС 50оС 60оС 70оС 9,6 12,9 0,97 1,10 70 61 2,20 0,23 0,25 3,54 0,24 0,27 78 80 26,5 26,8 25,3 7,2 46,1 20,8 15,5 6,2 49,2 29,1 Кукурузное масло Число Тотокс 5,3 7,2 8,1 Массовая доля фосфолипидов, % 0,85 0,89 0,92 Массовая доля фосфатидилхолинов, % к сумме фосфолипидов 76 74 72 Массовая доля, %: меланоидиновых соединений 0,88 1,12 1,45 токоферолов 0,20 0,22 0,23 каротиноидов 0,18 0,20 0,22 Выход масла,% к исходному содержанию в материале 60 70 75 Шрот кукурузного зародыша Массовая доля белка %: 24,4 25,6 26,1 Фракционный состав белка, % к сумме: водорастворимый 33,2 29,6 28,7 солерастворимый 8,1 8,0 7,8 щелочерастворимый 40,2 43,3 43,9 нерастворимый 18,6 19,1 19,6 Как видно из представленных данных, увеличение температуры экстракции приводит к повышению выхода масла, а также увеличению содержания в нем фосфолипидов, токоферолов и каротиноидов. Однако, наряду с этим, происходит повышение степени окисленности масла, 21 накопление меланоидиновых соединений, а также снижение содержания в извлекаемом фосфолипидном комплексе фосфатидилхолинов за счет повышения растворимости в этаноле других групп фосфолипидов. Указанные негативные изменения интенсифицируются при повышении температуры экстракции более 60оС. Повышение температуры более 60оС также неблагоприятно сказывается на качестве шрота, так как приводит к снижению содержания водорастворимых и солерастворимых белков при возрастании содержания щелочерастворимых и нерастворимых фракций. Таким образом, полученные данные обусловливают целесообразность проведение экстракции кукурузных зародышей этанолом при температуре 60оС. На следующем этапе исследовали влияние соотношения экстрагент : материал и числа ступеней экстракции на эффективность процесса при минимизации расхода растворителя (рисунок 5). Рисунок 5 – Влияние соотношения экстрагент : материал и числа ступеней экстракции на эффективность процесса: 1 – первая ступень; 2 – вторая ступень; 3 – третья ступень; 4 – четвертая ступень 22 Показано, что требуемая эффективность экстракции, характеризуемая остаточной масличностью шрота не более 0,8% (qi/qo=0,023) обеспечивается проведением экстракции в 3 ступени при соотношении экстрагент: материал 4:1 или в 4 ступени при соотношении 3:1. С учетом технологической целесообразности предлагается проведение экстракции в 3 ступени при соотношении экстрагент : материал 4:1. Удаление этанола из мисцеллы осуществляли в две стадии, первая из которых включала охлаждение мисцеллы до температуры 10оС и ее разделение на масло с содержанием этанола не более 7%, слабую мисцеллу, содержащую спирторастворимые фосфолипиды, и осадок нерастворимых в холодном этаноле фосфолипидов с последующим выделением указанных фосфолипидных комплексов. На второй стадии из масла и шрота удаляли этанол под вакуумом (0,005 МПа) при температуре 60оС до достижения регламентированных показателей содержания влаги и летучих веществ. 2.5 Оценка потребительских свойств кукурузного масла и шрота. Реализация разработанной технологии комплексной переработки зародыша зерна кукурузы на опытной установке в условиях Учебнонаучно-производственного комплекса института пищевой и перерабатывающей промышленности ФГБОУ ВПО КубГТУ позволила выработать опытные партии кукурузного масла, шрота, фосфолипидного комплекса, содержащего фосфолипидного комплекса фосфатидилинозитолов, более с 70% фосфатидилхолинов, преимущественным и содержанием фосфатидилэтаноламинов и фосфатидилглицеринов. Оценка показателей безопасности полученных продуктов показала их соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01. Результаты оценки физико-химических показателей и пищевой ценности кукурузного масла представлены в таблице 8, а показатели качества кукурузного шрота - в таблице 9. Показано, что кукурузное масло, полученное по разработанной технологии, отличается высокой пищевой и физиологической ценностью. Следует отметить высокое содержание в кукурузном масле витаминов 23 Таблица 8 – Показатели качества кукурузного масла Наименование показателя Значение показателя Кислотное число, мг КОН/г Перекисное число, ммоль активного кислорода/кг Анизидиновое число Массовая доля фосфолипидов, %, Массовая доля неомыляемых липидов, %, в том числе: стерины токоферолы каротиноиды сквален воски и воскоподобные вещества Выход масла, % к исходному содержанию 1,2-2,5 1,5-2,5 1,3-1,9 0,05-0,07 1,57-1,98 0,82-0,94 0,25-0,30 0,23-0,27 0,023-0,032 отсутствие 97,0-97,7 Таблица 9 –Показатели качества кукурузного шрота Наименование показателя Массовая доля, %: белка масла целлюлозы крахмала влаги и летучих веществ Содержание витаминов, мг/100г: В1 (тиамин) В4 (холин) В6 (пиридоксин) В9 (фолиевая кислота) РР (ниацин) Н (биотин) Содержание незаменимых аминокислот, % Относительная биологическая ценность (ОБЦ), % Значение показателя 29,0-29,5 0,7-0,9 7,59 3,52 3,5-4,2 0,54 98,57 0,72 38,71 4,75 28,54 43,4 265-270 и физиологически ценных нутриентов. Это позволяет рассматривать полученное масло как физиологически ценный продукт функционального назначения. Оценка показателей качества кукурузного шрота (таблица 9) свидетельствует о его высокой физиологической и биологической 24 ценности. Полученные результаты позволяют зародышей кукурузы позиционировать шрот как сырье для производства БАД. БАД из кукурузного шрота получали путем его измельчения при температуре 2025оС в роторно-валковом дезинтеграторе (степень измельчения - 98,9% частиц с размерами менее 35 мкм). Разработанной БАД присвоено наименование «Кукурузка–плюс». БАД «Кукурузка-плюс» может быть рекомендована для непосредственного употребления в пищу, как дополнительный источник белка, витаминов и других микронутриентов. Оценка технологически функциональных свойств БАД «Кукурузка-плюс» показала наличие выраженных влагоудерживающих, жироудерживающих и эмульгирующих свойств, что позволяет рекомендовать ее стабилизатора при производстве в качестве эмульгатора- продуктов функционального и специализированного назначения. Анализ показателей безопасности и качества спирторастворимого фосфолипидого комплекса показал его соответствие требованиям СанПиН 2.3.21078-02 к БАД растительного происхождения, а также требованиям европейских стандартов к фракционированным лецитинам, обогащенным фосфатидилхолинами. Медико-биологические исследования выделенного фосфолипидного комплекса мембранопротекторных и выявили проявление им гипохолестеринемических выраженных свойств, что позволяет позиционировать этот комплекс как фосфолипидную БАД. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Эффективным критерием сепарирования массы зерна кукурузы является сочетанное использование признаков: цвет и размер при сужении границ интервала варьирования задаваемых параметров. На основании этого предложено использования техническое последовательно решение данного работающих подхода путем фотоэлектронных сепараторов. 2. Предварительное фракционирование очищенной зерновой массы кукурузы по площади поверхности и по форме с использованием фотоэлектронных сепараторов оказывает положительное влияние на 25 эффективность выделения и целостность зародыша, а также на показатели качества содержащихся в нем липидов. Разработанные 3. инновационная технология и линия комплексной переработки зерна кукурузы позволяют существенно повысить качество выделяемого зародыша, в том числе значительно снизить массовые доли эндосперма (в 3 раза) и оболочки (в 2 раза), обеспечить более высокое содержание масла с меньшей степенью окисленности, повышенным содержанием витаминов и отсутствием восков и воскоподобных веществ. Параметры влаготепловой обработки оказывают существенно 4. меньшее влияние на выход масла при использовании в качестве экстрагента этанола по сравнению с углеводородным растворителем – нефрасом, что связей объясняется снижением прочности межмолекулярных в липопротеиновых комплексах под влиянием полярного растворителя - этанола 5. В результате максимизации выхода масла при ограничении числа Тотокс и при варьировании длительности процесса влаготепловой обработки установлены следующие эффективные режимы подготовки зародыша к извлечению масла методом прямой экстракции с использованием в качестве экстрагента этанола: влажность материала 8%; температура 60оС; продолжительность 40 минут. 6. Повышение температуры экстракции приводит к увеличению выхода масла, а также к увеличению содержания в нем фосфолипидов, токоферолов и каротиноидов. Однако, наряду с этим, происходит повышение степени окисленности масла, накопление меланоидиновых соединений, а также снижение содержания в извлекаемом фосфолипидном комплексе фосфатидилхолинов за счет повышения растворимости в этаноле других групп фосфолипидов. Это обусловливает целесообразность проведения экстракции кукурузных зародышей этанолом при температуре 60оС. 7. остаточной Требуемая эффективность масличностью шрота экстракции, не более характеризуемая 0,8% (qi/qo=0,023), 26 обеспечивается проведением экстракции при температуре 60 о С в 3 ступени при соотношении экстрагент : материал 4:1. 8. Кукурузное масло, полученное по разработанной технологии, отличается высокой пищевой и физиологической ценностью, содержит значительное количество нутриентов, что витаминов и физиологически ценных позволяет позиционировать его как физиологически ценный продукт функционального назначения. 9. Шрот разработанной зародыша зерна технологии, кукурузы, отличается физиологической ценностью, что позволяет полученный высокой пищевой по и позиционировать его как сырье для производства БАД. Разработанной БАД из кукурузного шрота присвоено наименование «Кукурузка–плюс». БАД «Кукурузка-плюс» может быть рекомендована для непосредственного употребления в пищу, как дополнительный источник белка, витаминов и других микронутриентов, а также для производства продуктов функционального и специализированного назначения. 10. Медико-биологические фосфолипидного комплекса мембранопротекторных и выявили исследования проявление выделенного им гипохолестеринемических выраженных свойств, что позволяет позиционировать этот комплекс как фосфолипидную БАД. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах: 1. Научно-практическое обоснование применения продуктов переработки зародышей кукурузы в производстве диетических эмульсионных продуктов / Шаззо Ад. А., Корнена Е.П., Мхитарьянц Л.А., Щипанова А.А., Смычагин О.В. Краснодар: Издательский дом–Юг, 2010. – 112с. 2. Пищевая ценность и физиологическая активность кукурузных масел / Шаззо Ад. А., Бутина Е.А., Корнена Е.П. // Известия вузов. Пищевая технология, №1, 2009. С.16-19. 3. Биологически активные добавки комплексного назначения в составе функциональных пищевых продуктов / Шаззо Ад. А., Бутина Е.А., Попов В.Г., Войченко О.Н // Новые технологии. Вып.1. – Майкоп: изд-во ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. – С.16-22. 4. Исследование качества и пищевой ценности БАД «Кукурузка» / Щипанова А.А., Шаззо Ад.А., Фукс Р.С., Бутина Е.А., Корнена Е.П. // Новые технологии. Вып.4– Майкоп: изд-во ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. – С.62-64. 5. Существующие и перспективные направления комплексной переработки зерна кукурузы / Шаззо Ад.А., Бутина Е.А., Герасименко Е.О // 27 Новые технологии. Вып.2– Майкоп: изд-во ГОУ ВПО «МГТУ», 2011. – С.5458. 6. Разработка экспресс-методов оценки качества жировых продуктов / Герасименко Е.О., Сонин С.А., Шаззо Ад.А., Корнена Е.П. // Специализированный журнал «масла и жиры», Москва, 2008. - № 10. -С. 4-5. 7. Исследование химического состава и пищевой ценности кукурузных масел / Шаззо Ад.А., Бутина Е.А. // Материалы Международной научнотехнической конференции «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство», г. Воронеж, 1-4 октября 2008г.- С. 15-18. 8. Совершенствование технологии переработки зародыша зерна кукурузы / Шаззо Ад.А., Бутина Е.А. // Материалы Всероссийской конференции аспирантов и студентов «Пищевые продукты и здоровье человека», КемТИПП, 23.04.2008г.- С.122-123 9. Применение продуктов переработки зародыша зерна кукурузы для создания БАД / Шаззо Ад.А., Бутина Е.А. // Материалы I Межведомственной научно-практической конференция «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров», МГУПП, 24-25.04.2008г.С. 80-82. 10. Разработка экспресс- методов оценки качества жировых продуктов / Герасименко Е.О., Сонин С.А., Шаззо Ад.А., Корнена Е.П. // Материалы 5 Международной конференции «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития», г. Москва, Международная промышленная академия, 2-4 июня 2008г.-С. 15-17 11. Шаззо Ад.А. Пищевой функциональный продукт / Шаззо Ад.А., Корнена Е.П., Казанцев А.В., Косинкова И.А., Рудась П.Г., Клиндухов В.П. // Патент РФ № 2335914 РФ по заявке №2007110611 Опубл. 20.10.2008, Бюл. № 29. 12. Шаззо Ад.А. Фосфолипидная биологически активная добавка к пище, обладающая мембранопротекторными свойствами / Шаззо Ад.А., Бутина Е.А., Герасименко Е.О., Брикота Т.Б. // Патент РФ №2366297 по заявке №2008111030 от 10.09.2009, Бюл. №25. 13. Шаззо Ад.А. Фосфолипидная биологически активная добавка к пище, обладающая гипохолестеринемическими свойствами / Шаззо Ад.А., Бутина Е.А., Герасименко Е.О., Першакова Т.В., Брикота Т.Б. // Патент РФ № 2366295 по заявке №2008111027 Опубл. 10.09.2009, Бюл. №25. 14. Шаззо Ад.А. Линия отделения зародыша от зерна кукурузы / Шаззо Ад.А., Бутина Е.А., Корнена Е.П. // Решение о выдаче патента РФ по заявке № 2011145184 от 07.11.2011. 15. Шаззо Ад.А. Линия получения масла из зародышей кукурузы / Шаззо Ад.А., Бутина Е.А., Корнена Е.П. // Решение о выдаче патента РФ по заявке № 2011145183 от 07.11.2011.
