Развитие системы оценки хлебопекарных свойств зерна пшеницы при его производстве и переработке

Актуальность проблемы. Ключевыми показателями продовольственной безопасности страны — основной составной части государственной безопасности, являются состояние зернового производства и рынка зерна, которые характеризуются количественными (валовой сбор, объемы купли-продажи, импорта-экспорта) и качественными показателями (технологические свойства сырья по целевому назначению). Валовой сбор пшеницы по России удовлетворяет потребности промышленности и населения, но решить вопрос обеспечения страны стандартным по качеству хлебом без учета качественных признаков зерна и муки, которые обеспечивают технологические свойства сырья и тесно взаимосвязаны с его пищевой ценностью, невозможно. Вместе с тем, существует устойчивая тенденция к понижению технологических свойств зерновых ресурсов, выражающаяся в снижении производства пшеницы высших классов и увеличении в валовом сборе доли зерна 4-го и 5-го классов.

Вопрос обеспечения качества зерна, его технологических свойств, имеет социально-экономическую значимость. В нашей стране хлеб и хлебобулочные изделия занимают особое место как традиционные, ничем не заменимые продукты питания повседневного спроса, доступные всем слоям общества, а производство качественных зерна и муки из пшеницы — это основа надежного обеспечения населения хлебобулочными изделиями.

Отмечаемое в современных условиях снижение качественного потенциала основной зерновой культуры вызывает необходимость решения зернопере-рабатывающими и хлебопекарными предприятиями проблемы выработки продукции стандартного и стабильного качества. Экономический аспект проблемы низкого технологического качества зерна пшеницы для мукомольных заводов состоит в возникновении затруднений для добросовестных производителей и наличии преимуществ для предприятий, сбывающих некачественную продукцию по заниженным ценам. В 2004 г. из всех отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности только две не имели прибыли — и одна из них — му-комольно-крупяная.

Актуальность получения качественного зерна и продуктов его переработки со временем будет возрастать еще больше, поскольку существует экологический аспект проблемы вследствие ограниченности ресурсов, в то время как пшеница высокого качества служит улучшителем слабой, привлекая на продовольственные цели дополнительные зерновые ресурсы.

Достичь необходимого уровня показателей технологических свойств зерна и зернопродуктов возможно, с одной стороны, повышением качества, а с другой стороны, рациональным и эффективным использованием пшеницы по её целевому назначению.

Создавшаяся ситуация в зерновом хозяйстве России, при которой селекционеры создают сильные и ценные по качеству сорта, в то время как в товарном производстве высококачественная пшеница практически отсутствует, делает актуальной задачу мониторинга качества пшеницы на всех этапах ее производства и переработки.

В настоящее время в России контроль хлебопекарных свойств пшеницы проводится на конечной стадии её переработки, когда уже затрачены значительные средства и усилия на получение готового продукта и остается мало возможностей влиять на его качество. В связи с этим важной задачей является переход от контроля качества готовой продукции к предварительному контролю на стадии ее производства — по всему технологическому циклу — «семеназерно — мука — хлеб», позволяющему существенно снизить затраты на проведение исследований и прогнозировать качество конечного продукта, а также регулировать свойства промежуточных продуктов в нужном направлении. Ключевым условием решения этой задачи является создание единой системы оценки хлебопекарных свойств зерна и муки.

В рамках этой системы до сих пор не определены показатели качества зерна и муки, обеспечивающие при их минимальном количестве объективную и экспрессную характеристику хлебопекарного достоинства пшеницы. В связи с этим актуальной задачей является совершенствование методологии оценки качества. Это также обусловлено необходимостью гармонизации критериев и методов качественной оценки, существующих на разных стадиях производства и переработки зерна и муки из пшеницы.

Вследствие недостатка пшеницы высоких классов возникает необходимость изыскания резервов в имеющемся потенциале путем выявления новых путей использования и свойств самого сырья, которые позволили бы более рационально и эффективно использовать пшеницу по своему основному предназначению — обеспечению страны хлебом.

В связи с этим важным направлением являются исследования технологических свойств зерна с целью выявления закономерностей их взаимосвязей и трансформации, позволяющих научно обосновать необходимые требования для получения хлебобулочных изделий высокого качества. Решение этой задачи на высоком научном уровне требует проведения моделирования хлебопекарных свойств зерна и муки из пшеницы, начиная с ранних этапов её создания и производства, с использованием современных компьютерных средств и программ. Разработке моделей качества хлеба посвящены исследования Н. П. Козьминой, И. Е. Казаковой, Е. А. Немчиновой, Ю. И. Новокшонова, Е. Farrand, N. Dodds и др., которые ограничивались показателями качества только зерна или муки. Созданные математические модели представляют либо системы парных линейных уравнений регрессии и содержат биохимические показатели (Н. П. Козь-мина) или характеристики реологических свойств теста, являющихся мульти-коллинеарными (Т. В. Горпинченко, В. Е. Тихонов и др.), либо при факторном анализе сложны и объединяют большое количество показателей — до 11 (И. Е. Казакова и др.).

Составляющими зависимости качества хлеба от технологических свойств зерна и муки являются показатели, характеризующие состояние белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов пшеницы: число падения, массовая доля и качество клейковины, объемный выход и формоустойчивость хлеба и др. с учетом типового и сортового состава зерна, сортов и типов муки. Отсутствие норм по большинству этих показателей сдерживает осуществление объективной оценки хлебопекарных свойств пшеницы. Разработка таких норм может быть решена только в рамках системного подхода, включающего мониторинг качественного потенциала зерна и муки из пшеницы, оценку взаимосвязи факторов на основе широкомасштабного информационного поля (по регионам страны, сортам, типам зерна, муки, репродукции семян и др.) и, как результат, получение оптимального варианта математической модели качества конечной продукции — хлеба.

Актуальным для практического внедрения нормированных показателей хлебопекарных свойств пшеницы являются разработка методологического и приборного их обеспечения.

Для решения проблемы гарантированного обеспечения уровней нормированных показателей качества муки при переработке зерна как сырья со «стохастическими» свойствами перспективным является применение пищевых добавок — улучшителей. В хлебопекарной промышленности накоплен опыт применения улучшителей с определенными функциональными свойствами для регулирования и стабилизации хлебопекарных свойств муки. Исследованиями Л. Я. Ауэр-мана, Н. П. Козьминой, JI. И. Пучковой, Р. Д. Поландовой, А. П. Нечаева, И. В. Матвеевой, Г. Н, Дубцовой и др. показана эффективность использования для этих целей ферментных препаратов, окислителей, минеральных солей, комплексных улучшителей, а также сухой клейковины. Несмотря на имеющийся положительный опыт применения пищевых добавок на мельничных предприятиях за рубежом (Франция, США, Великобритания и др.), улучшители на отечественных мукомольных заводах не используются, и соответственно научно-практические основы их применения не разработаны.

В связи с вышеизложенным для повышения качества, рационального и эффективного использования зерна и зернопродуктов по целевому назначению актуальным является решение фундаментальной проблемы разработки принципиальных основ и развития единой системы оценки хлебопекарного достоинства пшеницы на всех стадиях её производства и переработки с установлением научно-обоснованных критериев и характеристик и созданием средств регулирования и стабилизации технологических свойств муки в условиях мукомольных заводов.

Актуальность выбранных направлений исследований подтверждается их проведением в рамках: Межотраслевой координационной программы «Научные основы формирования и функционирования эффективного агропромышленного производства», заданий научно-технических программ Россельхозакадемии: «Разработать модели взаимоувязанных показателей качества зерна пшеницы, определяемые на этапах семеноводства и товарного производства с учетом биологических и генетических свойств зерна» (1999;2005 гг.), «Провести оценку потенциальных технологических свойств товарных партий пшеницы и ржи нового урожая из основных регионов производства зерна и разработать рекомендации по его рациональному использованию и промышленной переработке» (1999;2005 гг.), «Разработать усовершенствованную товарную классификацию зерна мягкой пшеницы с учетом ее типового состава с целью увеличения ресурсов товарного зерна пшеницы для производства хлеба и хлебобулочных изделий» (1997;2000 гг.), «Разработать методы контроля и классификационные показатели качества ржаной и пшеничной муки» (20 022 005 гг.).

Цель работы и задачи исследований. Цель работы — создание научно-практических основ единой системы оценки хлебопекарных свойств зерна и муки по всем технологическим процессам производства и переработки с гармонизацией критериев, методов и приборного обеспечения качественной оценки, выявлением свойств и путей рационального и эффективного использования пшеницы по основному целевому назначению на основе дифференцированного нормирования показателей, а также обеспечения стандартного уровня нормированных показателей разработкой методологии регулирования хлебопекарного качества муки с использованием пищевых добавок — улучшителей в условиях мукомольного производства. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• провести анализ и систематизацию хлебопекарных свойств зерна и муки на стадиях первичного и промышленного семеноводства, товарного, мукомольного и хлебопекарного производств с выявлением основных закономерностей формирования качественного потенциала зерновых ресурсов пшеницы за весь период существования России как самостоятельного государства;

• выявить наиболее значимые показатели хлебопекарных свойств зерна и муки и установить закономерности их связи с качеством хлеба на основе разработки алгоритма математического моделирования и создания баз данных по технологической и ботанико-физиологической оценке мягкой пшеницы с учетом её характеристик (форм, типов, сортов, репродукций) и целевого назначения, во взаимосвязи с внешними факторами, а также по технологическим свойствам муки с учетом сортов и типов;

• создать универсальную математическую модель формирования основных показателей качества хлеба, включающую единый комплекс показателей хлебопекарных свойств зерна и муки из пшеницы для всех стадий их производства и переработки;

• усовершенствовать нормативную базу: установить для зерна и муки из пшеницы нормы показателей качества хлеба — объёмного выхода и формо-устойчивостимаксимальные предельные значения показателя числа падениядля пшеничной муки с учетом сортов и типов — минимальные предельные значения числа падения и максимальные предельные значения показателя кислотностидля зерна сильной пшеницы — классификационные диапазонные предельные значения показателей массовой доли и качества клейковины, минимальные предельные значения объёмного выхода и формоустойчивости хлеба по разработанному методу пробной лабораторной выпечки;

• провести исследования по совершенствованию методов и средств оценки хлебопекарных свойств зерна и муки с разработкой метода пробной лабораторной выпечки хлеба, обеспечивающего высокую дифференциацию сильной пшеницы, и созданием комплекса лабораторного оборудования и приборов для определения показателей качества хлеба;

• разработать концепцию и основные направления регулирования технологических свойств пшеничной муки для гарантированного обеспечения уровней разработанных нормированных показателей качества хлеба с использованием по целевому назначению пищевых добавок — улучшителей в условиях мукомольного производства.

Научная концепция. Решение проблемы повышения качества и рационального, эффективного использования зерновых ресурсов пшеницы, требует системного и комплексного подхода к современному зерновому хозяйству как единому системообразующему процессу создания продуктов питания из зерна, состоящему из множества технологически самостоятельных этапов (включая селекцию, систему государственного сортоиспытания и сортового контроля семян, первичное и промышленное семеноводство, товарное производство зерна, принципы его стандартизации, а также промышленную переработку зерна в муку и производство из нее готовых изделий), ключевым условием объединения которых является создание единой системы оценки хлебопекарных свойств пшеницы по всему технологическому циклу, базирующейся на обоснованных с применением математического моделирования принципах непрерывности и единства контроля по дифференцированно нормированным для разных стадий производства и переработки пшеницы единым показателям с установлением граничных условий, позволяющих прогнозировать и регулировать качество зерна и зернопродуктов с использованием новых технологий, в том числе, муки — с применением пищевых добавок — улучшителей в условиях мукомольных предприятий.

Научные положения:

Непрерывность и единство оценки хлебопекарных свойств на разных стадиях производства и переработки зерна пшеницы, обусловливающей объединение множества технологических процессов в единую целостную систему создания продуктов питания из зерна, обеспечивают:

— применение теоретически и экспериментально обоснованных наиболее важных и общих показателей технологических свойств, их минимального комплекса с выявлением закономерностей взаимосвязей методом математического моделированиядифференцированное нормирование единых показателей хлебопекарных свойств (комплексного критерия оценки качества хлеба для метода ГОСТ 27 669–88 и разработанного метода определения силы пшеницы с помощью пробной лабораторной выпечки, массовой доли и качества клейковины для сильной пшеницы, числа падения для зерна и муки, кислотности муки), на основе учета особенностей и целевого назначения зерна и зернопродуктов на каждом этапе;

— теоретические и практические основы регулирования хлебопекарного качества муки, в том числе, с использованием пищевых добавок — улучшителей в условиях мукомольного производства, обеспечивающих корректировку нормированных показателей на стадии переработки зерна в муку.

Научная новизна. Впервые установлены основные закономерности формирования качественного потенциала зерновых ресурсов пшеницы Российской Федерации за 1991; 2004 гг. с учетом репродукции семян, типов, классов зерна, а также сортов и типов муки.

Разработаны концепция и основные принципы создания единой системы оценки хлебопекарных свойств пшеницы, обеспечивающие объединение технологически самостоятельных стадий производства и переработки зерна пшеницы в единый процесс на основе единого критерия — качества конечного продукта с подчинением единой цели — рациональному использованию по целевому назначению основной зерновой культуры страны и повышению её качественного потенциала.

Выявлены наиболее значимые для формирования качества хлеба характеристики зерна и муки и с применением разработанных критериев определён минимальный комплекс показателей, обеспечивающий объективную и экспрессную оценку хлебопекарных свойств для всех технологических процессов производства и переработки пшеницы, с установлением закономерностей их взаимосвязей на основе разработанного алгоритма математического моделирования.

Создана универсальная математическая модель связи технологических свойств зерна, муки и качества хлеба, включающая единый комплекс показателей хлебопекарного достоинства пшеницы, для всех стадий ее производства и переработки.

Установлены научно обоснованные минимальные предельные уровни комплексного критерия оценки качества пшеничного хлеба — по объемному выходу и формоустойчивости в соответствии с методом ГОСТ 27 669–88, обеспечивающие оценку хлебопекарных свойств пшеницы с учетом целевого использования, товарных классов зерна, а также сортов и типов зерна и муки.

Определены закономерности взаимосвязи показателя числа падения с состоянием углеводно-амилазного комплекса и хлебопекарными свойствами муки в зависимости от уровня активности амилолитических ферментов, научно обосновывающие диапазонные предельные значения числа падения для зерна и муки, в рамках которых обеспечиваются стандартные хлебопекарные свойства.

Выявлена отрицательная связь кислотности муки с качеством пшеничного хлеба по показателю объемного выхода и с применением математического моделирования научно обоснованы её максимальные предельные значения для сохранения стандартных хлебопекарных свойств муки разных сортов и типов.

Определены биохимические особенности зерна и муки из сильной пшеницы, связанные с высоким содержанием клейковины и проявляющиеся в дисбалансе соотношения свойств белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов муки, снижающем хлебопекарное достоинство пшеницы. На основе биохимических и технологических исследований, а также с применением математического моделирования научно обоснованы максимальные предельные значения массовой доли клейковины в зерне (28%) для обеспечения стандартных хлебопекарных свойств муки Выявлены на основе разработанного сокращенного метода пробной лабораторной выпечки хлеба различия^сильной (с массовой долей клейковины 32 — 35% I группы качества) и сверхсильной пшеницы (с массовой долей клейковины 36% и более I группы качества) по хлебопекарным свойствам, в том числе по смесительной ценности, на основе комплексного критерия оценки качества хлеба по объемному выходу и формоустойчивости.

Установлены особенности технологических свойств зерна и муки из пшеницы разных типов, выражающиеся в более высоких хлебопекарных достоинствах IV типа по сравнению с I, а также их синергическое взаимодействие при смешивании зерна в помольной партии, обеспечивающее получение муки с более высокими хлебопекарными свойствами по сравнению с мукой, выработанной из зерна одного типа.

Разработана концепция применения пищевых добавок на мукомольных предприятиях, заключающаяся во взаимосвязи исходных характеристик муки и функциональных свойств используемого улучшителя с конечной целью корректировки и стабилизации хлебопекарных достоинств мукиустановлены основные принципы, базирующиеся на соответствии муки с введенным улучши-телем целевому назначению, требованиям ГОСТ Р 52 189−2003 и технологических процессов на мукомольном и хлебопекарном производствах во взаимосвязи с дозой, способом ввода, возможностью контроля в условиях мукомольного предприятия и узконаправленным действием улучшителя на вещества муки, которые обуславливают необходимость регулирования ее качестваопределены основные направления эффективного управления в условиях мукомольно-крупяной отрасли промышленности с помощью пищевых добавок — улучшителей целевого назначения (ферментных препаратов а-амилазы, пентозаназы, глюкозооксидазы и липазы, а также сухой пшеничной клейковины, аскорбиновой кислоты и минеральных солей) качественными характеристиками — массовой долей и качеством клейковины, числом падения, определяющими на основе вскрытых закономерностей соответствие хлебопекарных свойств муки разработанной нормативной базе.

Практическая ценность работы. На основании полученных результатов исследований разработаны и утверждены «Рекомендации по совершенствованию оценки технологических свойств зерна пшеницы на этапе семеноводства» с предложениями о включении показателей массовой доли и качества клейковины и числа падения в ГОСТ 10 467–76, что позволяет связать разрозненные в настоящее время технологические процессы этапов семеноводства и товарного производства в единую систему с единой целью повышения качества и рационального использования зерновых ресурсов пшеницы по целевому назначению.

Определены классификационные нормы для следующих показателей:

— качества хлеба — объемного выхода и формоустойчивости для стандартизованного метода пробной лабораторной выпечки (ГОСТ 27 669−88) во взаимосвязи с целевым назначением пшеницы, товарным классом (ГОСТ 9353−90) и типом зерна (I и IV), сортом и типом муки (ГОСТ Р 52 189−2003), а также для разработанного метода пробной лабораторной выпечки хлеба, дифференцирующего сильную и сверхсильную пшеницу для составления помольных партий;

— числа падения муки во взаимосвязи с ее сортом и типом, а также его максимальные предельные значения для зерна пшеницы;

— кислотности пшеничной муки с учетом её сорта и типа, что позволяет объективно оценивать и контролировать хлебопекарные свойства зерна и муки на разных стадиях их производства и переработки с возможностью прогнозирования качественных характеристик хлеба и выявления эффективных путей их регулирования.

Выделен класс сверхсильной пшеницы (с массовой долей клейковины 36,0% и более, I группы качества хорошей, при числе падения более 200 с), имеющей смесительную ценность выше сильной, что позволяет использовать на продовольственные цели дополнительное количество зерна с пониженным содержанием клейковины, смешивая его со сверхсильной пшеницей в помольной партии и получая муку стандартного качества.

Разработан сокращённый метод пробной лабораторной выпечки хлеба с повторным промесом теста, обеспечивающий оценку потенциальных хлебопекарных свойств зерна и муки из пшеницы-улучшителя и дифференцирующий сильную и сверхсильную пшеницу, в том числе по улучшающей способности, в соответствии с которой определяется процент подсортировки высококачественного зерна в помольной партии.

Создан комплекс приборов и лабораторного оборудования для определения хлебопекарных свойств зерна и муки из пшеницы по показателям качества хлеба, в том числе, объемомер OXJI и прибор для определения пористости мякиша КП-101 (совместно с ООО «КИП»), прибор для определения влажности теста и мякиша хлеба ПСЛ1−180 (совместно с ОАО «БФА»), объемомер ОХЛ-1М (совместно с ООО «Мототех»), измерители формоустойчиво-сти хлеба У1-ЕИХ (совместно с ЦКТБ ГНУ ВНИИЗ), ИФХ (совместно с ООО «КИП»), применение которых сокращает продолжительность проведения анализов, облегчает труд обслуживающего персонала и повышает точность определения соответствующих показателей.

Разработаны требования к пищевым добавкам, вводимым в муку в условиях мукомольного производства с учетом его специфики, на основе которых регламентировано использование улучшителей (сухой пшеничной клейковины, ферментных препаратов а-амилазы, пентозаназы, глюкозооксидазы и липазы, а также минеральных солей, аскорбиновой кислоты) для регулирования хлебопекарных свойств пшеничной муки на мукомольных заводах, что создает базу для выделения из хлебопекарных — улучшителей целевого использования для муко-мольно-крупяной отрасли промышленности.

Разработаны методы контроля ввода в муку сухой пшеничной клейковины, аскорбиновой кислоты, минеральных солей, ферментных препаратов а-амилазы, липазы по стандартизованным показателям качества в соответствии с ГОСТ Р 52 189−2003 на основе систем определения количества и качества клейковины МОК и активности амилолитических ферментов муки ПЧП, а также по реологическим свойствам теста на приборах апьвеограф Шопена, вапориграф, амилограф Брабендера, что обеспечивает контроль за вводом улучшителей в условиях мукомольных заводов.

Созданы методы оценки технологических свойств сухой пшеничной клейковины в условиях мукомольных и хлебопекарных предприятий с применением механизированной системы определения количества и качества клейковины МОК, что позволяет экспрессно определять и прогнозировать эффективность применения сухой клейковины.

Усовершенствован регламент получения сухой пшеничной клейковины в части выбора схемы 80% - ного помола муки с определением требований к зерну, муке и сухой клейковине, обеспечивающих при максимальном выходе высокие технологические свойства клейковины для обогащения муки в условиях мукомольного производства.

Реализация и внедрение результатов работы. Впервые введены в национальный стандарт на пшеничную муку ГОСТ Р 52 189−2003 «Мука пшеничная. Общие технические условия»:

— новый показатель — число падения, а также нормы по его минимальным предельным значениям для муки экстра, высшего, крупчатки, первого, второго сортов, обойной, типов М 45−23, М 55−23, МК 55−23, М 75−23, МК 75−23, М 10 015, М 125−20, М 145−23 — п. 4.7, табл. 2 и 3;

— определение хлебопекарных свойств пшеничной муки по объемному выходу и формоустойчивости хлеба — п. 4.6;

— определение показателя кислотности муки — п. 4.6;

— обогащение муки сухой клейковиной и ввод хлебопекарных улучшителей в условиях мукомольных предприятий — п. 3.4.

Выделен высший класс зерна и установлены нормы по массовой доле и качеству клейковины для зерна 1-го и высшего классов в ГОСТ 9353–90.

Согласованы и утверждены ГНУ ВНИИЗ, ГосНИИХП и Российским Союзом пекарей нормы объемного выхода и формоустойчивости хлеба для метода ГОСТ 27 669–88, кислотности муки, диапазонные предельные значения числа падения для зерна и муки, которые включены в «Предложения по внесению изменений в ГОСТ 27 669–88 «Мука пшеничная хлебопекарная. Метод пробной лабораторной выпечки хлеба», «Предложения по внесению изменений в ГОСТ 27 676–88 «Зерно и продукты его переработки. Метод определения числа падения», «Предложения по внесению изменений в ГОСТ 27 493–87 «Мука и отруби. Метод определения кислотности по болтушке».

Внедрено в серийное производство новое лабораторное оборудование и приборы, разработанные с участием автора: OXJI, OXJI-1M, ПСЛ1−180, КП-101,.

У1-ЕИХ, ИФХ, с широким практическим применением на аграрных, хлебоприёмных, мукомольных и хлебопекарных предприятиях.

Введено изменение № 2 в ГОСТ 27 669−88 «Мука пшеничная хлебопекарная. Метод пробной лабораторной выпечки хлеба» по определению высоты и диаметра подового хлеба с помощью измерителя марки У1-ЕИХ.

Включен в сборник «Методы и приборы для определения качества заготовляемого и поставляемого в переработку зерна» (М., 1992) сокращенный метод пробной лабораторной выпечки хлеба с повторным промесом теста.

Утверждена и применяется нормативная документация по вводу в муку пищевых добавок — улучшителей в условиях мукомольных заводов России:

— ТУ 9293−048−932 169−02 «Мука из мягкой пшеницы, обогащенная сухой пшеничной клейковиной»;

— Технологическая инструкция по обогащению муки из мягкой пшеницы сухой пшеничной клейковиной на предприятиях мукомольной промышленности;

— Опытный технологический регламент производства муки из мягкой пшеницы, обогащенной сухой пшеничной клейковиной в условиях мукомольного завода;

— Рекомендации по внесению в пшеничную хлебопекарную муку сухой пшеничной клейковины (СПК) из зерна пшеницы 3-го класса (происхождение Рязанской области) — а также Технические условия, Технологическая инструкция, Опытный технологический регламент и Рекомендации по вводу в муку из мягкой пшеницы ферментных препаратов а-амилазы, пентозаназы, глюкозооксидазы, липазы, в условиях мукомольных заводов России.

Личный вклад соискателя. Обоснование актуальности постановки исследований по теме диссертацииформирование научной концепциипланирование и постановка экспериментаразработка методик исследований, анализ, обобщение, математическая обработка результатов исследованийнепосредственное участие в экспериментальных исследованиях, в разработке, создании и испытаниях экспериментальных, опытных и серийно выпускаемых образцов лабораторного оборудования и приборовпроведение биохимических анализовпроведение производственных испытанийразработка предложений в стандарты ГОСТ 9353–90, ГОСТ Р 52 189−2003, ГОСТ 27 669–88, ГОСТ 10 467–76, ГОСТ 27 493–87, ГОСТ 27 676–88- разработка нормативной документации.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на Международном симпозиуме «Основные направления развития научно-технического прогресса в мукомольной, хлебопекарной и макаронной промышленности» (Москва, 1989), 1-й, 2-й Международных конференциях «Качество зерна, муки и хлеба» (Москва, 1998, 2002), 2-й Международной научной конференции «Управление свойствами зерна в технологии муки, крупы и комбикормов» (Москва, 2000), научной сессии «Научное обеспечение устойчивого развития сельскохозяйственного производства в засушливых зонах России» (Саратов, 2000), 1-м, 3-м Всероссийских Конгрессах зернопере-работчиков и хлебопеков «Нивы России» (Барнаул, 2001, 2005), Юбилейной конференции, посвященной 80-летию специальности «Технология хранения и переработки зерна» (Москва, 2002), Всероссийской научно-теоретической конференции Россельхозакадемии (Углич, 2003), III Международной конференции «Мельница-2003» (Москва, 2003), III Международной конференции «Современное хлебопечение-2003» (Москва, 2003), III Международной конференции «Управление технологическими свойствами зерна» (Москва, 2005), VIII Всероссийском конгрессе «Оптимальное питание — здоровье нации» (Москва, 2005), Всероссийской конференции «Научное обеспечение и тенденции развития производства пищевых добавок в России» (С-Пб., 2005), Jubilee Conference 1955;2005 «Cereals-the Future Challenge» (Vienna, Austria, July 3−6, 2005), I международном конгрессе «Зерно и Хлеб России» (С.-Пб., 2005).

Результаты научных разработок экспонировались на семинарах-выставках «Лаборатория — для предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности» (Москва, 2000, 2001, 2002), годовых отчетных собраниях РАСХН (Москва, 2000, 2003), годовых отчетных собраниях Госхлебинспекции РФ (Москва, 2000, 2001), «Празднике хлеба на ВВЦ» (Москва, 2000), IV съезде мукомолов (Москва, 2000), Научно-практической конференции «Актуальные проблемы и пути повышения качества зерна, муки и хлеба» (Москва, 2000), IV конференции «Стандартизация, сертификация и безопасность пищевых продуктов» (Москва, 2000), IV Торгово-промышленной выставке «Пекарня-2001» (Москва, 2001), Годовом собрании Союза мукомольных и крупяных предприятий (Москва, 2001), Конференции РАСХН по проблемам метрологии и аналитического приборостроения в отраслях АПК (С.-Петербург, 2001), Международной конференции «Машиностроители-предприятиям отрасли хлебопродуктов» (Москва, 2001), 2-й Международной конференции «Качество зерна, муки и хлеба» (Москва, 2002), Международной выставке «Современное хлебопечение и пищевые ингредиенты» (Москва, 2002), Всероссийской конференции «Россия-зерновая держава» (Москва, 2003), II Международной конференции «Хранение зерна-2003» (Москва, 2003), Международной выставке «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2003).

Материалы работы докладывались на секции «Зерновое хозяйство, муко-мольно-крупяная и хлебопекарная промышленность» Отделения хранения и переработки сельхозпродукции Россельхозакадемии (2005 г.), на Ученых советах и семинарах ГНУ ВНИИЗ и ГосНИИХП.

Публикации. Основные научные положения диссертации опубликованы в 64-х работах, в том числе в 14-и отдельно изданных работах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, десяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 323-х страницах учитываемого машинописного текста, содержит 148 таблиц, 69 рисунков.

Список литературы

включает 374 наименования, в т. ч. 55 иностранных источников. В 47-и приложениях приведены таблицы результатов, схемы, нормативная документация на разработанные виды муки с хлебопекарными улучшителями, паспорта на созданное лабораторное оборудование и приборы, акты производственных испытаний и другие документы, подтверждающие практическое использование результатов исследований. Результаты диссертационной работы являются обобщением научных исследований, проведенных с 1986 по 2005 гг. лично автором или при его непосредствен.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Выполнено комплексное исследование, направленное на развитие оценки хлебопекарных свойств зерна пшеницы на всех стадиях его производства и переработки, обеспечивающее единство и неразрывность технологических процессов на основе дифференцированного нормирования единых показателей, определяемых едиными методами с единым приборным обеспечением, и позволяющее контролировать, прогнозировать и регулировать хлебопекарные свойства зерна и муки для повышения качества, рационального и эффективного использования продовольственных ресурсов и выпуска муки и хлеба стандартного, стабильного качества. Проведенные экспериментальные и теоретические исследования позволили получить следующие наиболее значимые результаты:

1. Основные закономерности формирования качественного потенциала зерна и муки из российской пшеницы за последние 10−15 лет заключаются в устойчивой тенденции понижения технологических свойств, которая выражается в негативном изменении соотношения и снижении качественных показателей классов зерна, сильных и ценных по качеству сортов, муки, главным образом, за счет уменьшения массовой доли клейковины. Снижение хлебопекарных свойств пшеницы подтверждено разработанной математической моделью.

Для зерна и муки из различных регионов в результате повсеместного понижения массовой доли клейковины и укрепления ее качества, в основном, при высоком числе падения (низкой активности амилолитических ферментов) в течение последнего десятилетия характерно постепенное сглаживание различий в хлебопекарных свойствах.

Соотношение озимой и яровой пшеницы в валовом сборе зерна за последнее десятилетие изменилось на прямо противоположное — до 70% составляет пшеница IV типа, которая характеризуется лучшими показателями качества хлеба, чем I тип, несмотря на более высокие показатели технологических свойств зерна последнего, что также подтверждено разработанной математической моделью хлебопекарных свойств зерна с учётом типового состава.

Отрицательные изменения качественных характеристик муки, связанные со снижением технологических свойств зерна, тем сильнее, чем ниже сорт или тип муки. Для оценки хлебопекарных свойств муки высшего сорта и типа М 55−23 наиболее значимыми являются число падения и массовая доля клейковиныпервого сорта и типа М 75−23 — качество клейковины и число падениявторого сорта и типа М 125−20 — качество клейковины и её массовая доля.

Семенное и товарное зерно пшеницы в соответствии с экспериментальными данными характеризуется одинаково невысоким уровнем технологических свойств, что свидетельствует о необходимости усиления взаимодействия селекционеров, семеноводов и зернопроизводителей для обеспечения стандартного качества готового продукта в соответствии с требованиями мукомольно-крупяной и хлебопекарной отраслей промышленности.

2. Основными положениями, обеспечивающими единство системы оценки хлебопекарных свойств зерна пшеницы, являются наличие важных и общих показателей хлебопекарных достоинств зерна и зернопродуктов, дифференцированно нормированных с учетом свойств, особенностей и целевого назначения конечной продукции каждой стадии производства и переработки с возможностью их корректировки и стабилизации.

Требованиям к единым показателям хлебопекарного качества для всех стадий производства и переработки пшеницы (объективная и экспрессная оценка свойств продукции — семян, зерна и мукинебольшое количество (масса) образцастандартизованные методы проведения анализа, обеспеченные серийно выпускаемыми отечественными прибораминемультиколлинеарность) удовлетворяют выявленные на основе разработанного алгоритма математического моделирования показатели массовой доли и качества клейковины, а также числа падения.

3. Теоретической и практической основой неразрывности и единства системы оценки хлебопекарных свойств зерна и муки из пшеницы на разных стадиях производства и переработки является созданная на основе исследований свойств зерна семенной, товарной пшеницы и товарной пшеничной муки разных сортов и типов универсальная математическая модель:

Y= В1Х1 + В2Х2 + В3Х3 + А, где Y — показатель качества хлеба (объемный выход, см3/100 г муки, или формоустойчивость) — Вь В2, В3 — коэффициентыА — свободный член уравненияXi — массовая доля клейковины, %- Хг — качество клейковины, ед. ИДКХз — число падения, с.

Полученные зависимости вскрывают закономерности взаимосвязи качественных показателей зерна и зернопродуктов, подтвержденных экспериментальными исследованиями и производственными проверками.

4. Тип зависимости между отдельными качественными показателями зерна и продуктов его переработки является полиномиальным 2-й степени, что обеспечивает объективное выявление закономерностей взаимосвязей между отдельными качественными характеристиками. Подтверждением и проверкой этого являются рассчитанные диапазонные предельные значения показателей технологических свойств зерна, при которых качество хлеба ниже стандартного уровня: при массовой доле клейковины — менее 18 и более 32%, её качествеменее 16 и более 97 ед. ИДК, числе падения — менее 150 и более 400 с. Значения показателей хлебопекарных свойств зерна, соответствующие максимальным значениям комплексного критерия качества хлеба, составляют по массовой доле клейковины — 23 — 28%, качеству клейковины — 60 — 70 ед. ИДК и числу падения — 250 — 340 с. Установленные зависимости согласуются с действующими нормами по показателям массовой доли и качества клейковины в ГОСТ 9353–90 и ГОСТ Р 52 189−2003, а также с «Правилами организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах» (М., 1991).

Массовая доля клейковины в муке, при которой объёмный выход хлеба имеет максимальные значения, составляет для высшего сорта — 28%, первого сорта — 29% и второго сорта — 25%, что соответствует требованиям стандарта на пшеничную муку ГОСТ Р 52 189−2003.

5. Выявленные закономерности обеспечивают дифференцированное нормирование показателей, включенных в математическую модель, с учетом целевого использования конечной продукции для разных этапов производства и переработки пшеницы, что способствует совершенствованию оценки качества и повышению его уровня, а также эффективности использования пшеницы по своему назначению. В зависимости от целевого использования зерна пшеницы (семенной, товарной), его сорта, типа, класса, а также в зависимости от сорта и типа пшеничной муки объёмный выход хлеба и формоустойчивость, определяемые методом ГОСТ 27 669–88, имеют минимальные предельные значения от 300 до 450 см3/100 г муки и от 0,25 до 0,35 соответственно.

6. Определенные на основе математического моделирования закономерности изменения показателя числа падения, подтвержденные исследованиями углеводно-амилазного комплекса муки и данными пробных лабораторных выпечек хлеба, определяют верхний уровень этого показателя, обусловленный понижением хлебопекарных свойств муки. Установленные предельные значения числа падения, дифференцированные в зависимости от сорта и типа муки: для высшего сорта, типа М 55−23 — от 185 до 375 спервого сорта, типа М 75−23 — от 180 до 360 свторого сорта, типа М 125−20 — от 160 до 340 с, а также для семенного и товарного зерна от 150 до 340 с, обеспечивают получение хлеба стандартного качества.

7. Применение максимальных предельных значений показателя кислотности, дифференцированных в зависимости от сорта и типа муки от 3,0 град, до 4,5 град., на стадиях мукомольного и хлебопекарного производств обеспечивает стандартный уровень хлебопекарных свойств муки и качества хлеба при соответствии остальных показателей требованиям стандарта.

8. Выявленные математическим моделированием и подтвержденные практическими исследованиями особенности хлебопекарных свойств зерна и муки из сильной пшеницы, обусловленные несбалансированным взаимодействием углеводно-амилазного и белково-протеиназного комплексов, и дифференцирование сильной пшеницы на высший, 1-й и 2-й классы с нормированием показателя массовой доли клейковины с помощью разработанного метода пробной лабораторной выпечки с повторным промесом теста и классификационных норм к нему по качеству хлеба обосновывают ее раздельное размещение на элеваторах и хлебоприемных предприятиях, рациональное и эффективное использование при подсортировке в помольные партии на мукомольных заводах в соответствии со смесительной ценностью, что повышает эффективность использования такой пшеницы как улучшителя и способствует привлечению на продовольственные цели дополнительного количества зерновых ресурсов.

9. Установленное на основе математического моделирования и экспериментальных исследований различие мягкой пшеницы разных типов по хлебопекарным свойствам, а также синергизм яровой пшеницы I типа и озимой IV типа при смешивании в помольных партиях, подтвержденные производственной проверкой, обуславливают дифференцированный подход к хлебопекарным достоинствам пшеницы разных типов, начиная с этапов семеноводства и товарного производства, и завершая его рациональным и эффективным использованием продовольственных ресурсов зерна на стадии мукомольного производства.

10. Разработанный метод пробной лабораторной выпечки хлеба обеспечивает более высокую дифференциацию пшеницы по силе при меньшей продолжительности анализа по сравнению с методом ГНУ ВНИИЗ с повторным промесом теста, что позволяет применять его для определения смесительной ценности пшеницы-улучшителяа разработанная методика оценки реологических свойств на приборах матурограф, офентрибгерет Брабендера и зимотахи-граф (реоферментометр) Шопена позволяет выявлять факторы, влияющие на свойства теста во время брожения и выпечки и находить способы их регулирования как для научных, так и практических целей.

11. В соответствии с принципами единой системы оценки хлебопекарных свойств пшеницы разработанный и усовершенствованный комплекс лабораторного оборудования и приборов ОХЛ, ОХЛ-1М, КП-101, У1-ЕИХ, ИФХ, ПСЛ1−180 позволяет обеспечить единое приборное обеспечение для определения показателей качества хлеба на разных стадиях производства и переработки зерна и муки при хорошей точности, безопасности проведения анализов, сокращении их продолжительности, простоте и удобстве в эксплуатации.

12. Разработанные концепция применения на мукомольных предприятиях пищевых добавок, заключающаяся во взаимосвязи свойств муки и улучшителя с конечной целью корректировки и стабилизации технологических свойств муки, обеспечивает грамотное, целенаправленное регулирование хлебопекарных свойств муки в условиях мукомольных предприятий и обосновывает необходимость создания класса улучшителей для мукомольного производства, учитывающих его специфику. При использовании улучшителей в условиях мукомольного предприятия руководствуются основными принципами: соответствие муки с введенным улучшителем целевому назначению, требованиям ГОСТ Р 52 189−2003 и технологических процессов на мукомольном и хлебопекарном производствах во взаимосвязи с дозой, способом ввода, возможностью контроля в условиях мукомольного предприятия и узконаправленным действием улучшителя на вещества муки, свойства которых необходимо регулировать.

Влияние ферментных препаратов на свойства муки зависит от способа ввода — в свежесмолотую муку (в размольном отделении на стадии помола зерна) или в муку, прошедшую стадию созревания (на складе бестарного хранения готовой продукции), а также от уровня улучшаемого показателя качества — чем значительнее отклонение улучшаемого показателя от оптимального значения, тем эффективнее воздействие улучшителя. Ввод пищевых добавок — улучшителей проводится на мукомольных заводах двумя методами — с применением весового или объемного дозирования.

Контрольным методом ввода улучшителей в муку является пробная лабораторная выпечка хлеба в соответствии с ГОСТ 27 669–88. Для сокращения продолжительности оценки рекомендуется использовать разработанные методики определения ввода сухой пшеничной клейковины — по массовой доли клейковиныаскорбиновой кислоты — по качеству клейковиныминеральных солей — по числу паденияферментных препаратов: липазы — по качеству клейковиныа-амилазы — по числу падения, а также проводить испытания теста по реологическим свойствам на приборах альвеограф Шопена, валориграф и ами-лограф Брабендера в соответствии с разработанной нормативной документацией.

13. Результаты исследований уже сегодня обеспечивают создание единой системы оценки хлебопекарных свойств зерна пшеницы на всех стадиях его производства и переработки, т.к. установлены единые показателимассовая доля, качество клейковины и число падения, по которым на основе выявленных математическим моделированием закономерностей и дифференцированных норм обеспечивается прогнозирование и контроль качества хлеба на каждом этапе, в том числе, прямым методом — выпечкой, с использованием единых стандартизованных для каждого показателя методов (ГОСТ 13 586.1−68, ГОСТ 27 859-<88, ГОСТ 27 676–88, ГОСТ 27 669–88) и единых комплексов приборов и лабораторного оборудования (системы МОК, ПЧП, комплекса для оценки показателей качества хлеба). Выявленные показатели и закономерности их взаимосвязей позволяют целенаправленно регулировать хлебопекарные свойства зерна и муки при их производстве и переработке, например, при семеноводстве и товарном производстве — подбором необходимых удобрений и средств защиты растений, на мукомольных заводах — корректировкой свойств муки применением пищевых добавок — улучшителей. Таким образом, единая система оценки обеспечивает прогнозирование, контроль и регулирование хлебопекарных свойств при всех технологических процессах производства и переработки зерна и муки из пшеницы.

14. Расчётный экономический эффект при создании системы единой оценки хлебопекарных свойств пшеницы формируется из повышения валового сбора зерна более высоких классов и лучшего качества: увеличение производства пшеницы более высокого качества в каждом классе только на 1% с переходом в более высокий класс может дать прибыль по стране в размере 140,2 млн руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К ГЛАВЕ 10.

В результате проведенного исследования по сухой пшеничной клейковине решена задача повышения качества вырабатываемой пшеничной муки из зерна 3-го — 4-го классов с пониженными показателями массовой доли и качества клейковины в условиях мукомольного производства путем ввода сухой пшеничной клейковины. Решение этого вопроса позволяет получить экономический эффект за счет рационального и эффективного использования зерновых ресурсов страны, а также социальный эффект — за счет улучшения качества и повышения пищевой ценности муки и выпекаемых из нее хлебобулочных изделий.

Экономическая эффективность применения ферментных препаратов для регулирования и стабилизации хлебопекарных свойств пшеничной муки обусловлена: снижением затрат на сырье и основные материалы за счет использования зерна пшеницы более дешевого вследствие несоответствия какого-либо показателя требованиям, заявленным потребителемнапример, при использовании пшеницы 4-го класса взамен зерна 3-го класса при условии, что зерно 4-го класса по всем показателям, за исключением одного, соответствует требованиям 3-го классаповышением конкурентоспособности производимой муки за счет ее гарантированного стандартного и стабильного качестваувеличением объемов продаж муки за счет повышения спроса на нее вследствие увеличения ее конкурентоспособности.

В результате проведенных исследований:

— разработаны концепция, основные принципы, направления и требования к применению пищевых добавок — улучшителей на мукомольных предприятиях с целью корректировки и стабилизации хлебопекарных свойств пшеничной муки;

— определён перечень рекомендуемых видов пищевых добавок — улучшителей для ввода в пшеничную муку в условиях мельничных предприятий;

— исследовано влияние ввода пищевых добавок — сухой клейковины, минеральных солей, ферментных препаратов амилазы, глюкозооксидазы, пентозаназы, липазы и аскорбиновой кислоты на технологические свойства пшеничной муки по ГОСТ Р 52 189−2003;

— установлены реологические свойства теста, на которые влияют рекомендуемые виды хлебопекарных улучшителей — сухая пшеничная клейковина, аскорбиновая кислота, минеральные соли, ферментные препараты липазы, пентозаназы, глюкозооксидазы и амилазы;

— определены: дозы ввода улучшителей в пшеничную муку на мукомольных заводах по главному критерию — качеству хлеба, а также качество муки, корректируемое рекомендуемыми видами хлебопекарных улучшителей;

— выявлены показатели и разработаны методы контроля ввода пищевых добавок — улучшителей в пшеничную муку на мукомольных предприятиях с использованием серийно выпускаемого отечественного лабораторного оборудования, в частности, метод контроля ввода минеральных солей и ферментных препаратов а-амилазы — по числу падения на системе ПЧПсухой пшеничной клейковины — по массовой доле клейковины на системе МОКлипазы и аскорбиновой кислоты — по качеству клейковины на системе МОК;

— установлено, что эффективность действия ферментных препаратов зависит от способа ввода в муку — во время помола или после него;

— разработаны требования к качеству сухой пшеничной клейковины, зерну и муке как сырью для ее получения;

— проведена производственная проверка регулирования хлебопекарных свойств муки с помощью ферментных препаратов;

— рассчитан экономический эффект от применения сухой пшеничной клейковины и других улучшителей — ферментных препаратов для мукомольных и хлебопекарных предприятий;

— разработана и утверждена нормативная документация (8 наименований) по применению пищевых добавок — улучшителей — сухой пшеничной клейковины и ферментных препаратов в условиях мукомольных предприятий.

2SS.