3 Экспериментальная часть

3. 1 Разработка лабораторной схемы получения муки из проросшего зерна ячменя

Нами была разработана лабораторная технологическая схема получения муки из проросшего зерна ячменя. Схема представлена на рисунке 3.1.

сушилка

бункер для зерна

t = 60°C

W = 9,0%

легкие примеси

4

вальцевой станок

сепаратор

1,620

рассев

мелкие примеси

моечная машина

крупные примеси

отходы

067

27

сход не более 2%

38

t = 20°C

 = 3 суток

растильни

мука не менее 60%

Рисунок 3.1 – Лабораторная технологическая схема получения муки из проросшего зерна ячменя

Зерно ячменя, очищенное от сорной примеси на сепараторе и промытое на моечной машине, проращивали при температуре 20°С в течение 1, 2, 3 и 4 суток, периодически увлажняя. Затем высушивали при температуре от 40-100°С. Высушенное зерно размалывали на лабораторной мельнице до крупности детской и диетической муки по ГОСТ 27168 «Мука для детского питания. Технические требования»: сход с сита № 27 – не более 2%, проход с сита № 38 – не менее 60%.

3. 2 Исследование процесса проращивания зерна

Для выявления оптимальных параметров процесса проращивания и установления его общих закономерностей было исследовано влияние длительности проращивания и температуры сушки зерна ячменя на содержание редуцирующих сахаров и водорастворимых веществ.

3.2.1 Влияние длительности проращивания и температуры сушки на содержание водорастворимых веществ зерна ячменя

Содержание водорастворимых веществ характеризует пищевую ценность и усвояемость продукта. Состав водорастворимых веществ разный, но в среднем, на долю минеральных веществ приходится 4-18%, на белки 11-51%, на углеводы 39-82%.

Содержание водорастворимых веществ может служить объективным показателем качества муки и изменений углеводного комплекса при проращивании и сушке.

На рисунках 3.2 и 3.3 представлены графики зависимости содержания водорастворимых веществ от длительности проращивания и температуры сушки зерна ячменя.

Отмечено, что с увеличением длительности проращивания содержание водорастворимых веществ увеличивается, а при увеличении температуры сушки – снижается.

Водорастворимые вещества при прорастании увеличиваются в результате распада в эндосперме высокомолекулярных веществ до низкомолекулярных растворимых веществ при участии влаги и под действием ферментов. Снижение водорастворимых веществ с ростом температуры агента сушки является следствием денатурации белка, а редуцирующие сахара вступают в реакцию меланоидинообразования.

Область варьирования для температуры сушки может быть принята от 40°С до 100°С. При температуре сушки ниже 40°С значительно увеличивается длительность сушки, поэтому использование более низких температур экономически не целесообразно. При увеличении температуры сушки выше 100°С содержание водорастворимых веществ снижается, так как идет процесс карамелизации свободных сахаров.

Длительность проращивания составила от 2 до 4 суток. При прорастании зерна 1 сутки и менее гидролитические процессы не проявляются, а идет набухание высокомолекулярных соединений, в этот период, видимо, идет расходование водорастворимых веществ на возрастающее интенсивное дыхание. При длительности проращивания более 4 суток происходит сильное разжижение эндосперма зерна, а большие размеры корешков и ростков снижают выход муки.

Исследовав накопление водорастворимых веществ в муке из проросшего зерна ячменя, был поставлен и спланирован полный факторный эксперимент ПФЭ 2². Условия планирования ПФЭ приведены в таблице 3.1.

План проведения ПФЭ 2² представлен в таблице 3.2. Всего было поставлено 4 эксперимента по плану ПФЭ 2² в двух повторностях и для проверки адекватности – один эксперимент в центре, так же в двух повторностях.

Таблица 3.1–Уровни факторов при планировании эксперимента ПФЭ 2²

Фактор	Единицы измерения	Кодовое обозначение	Уровни			Шаг варьирования
			верхний	основной	нижний
Длительность проращивания	сут.	Х1	4	3	2	1
Температура сушки	°С	Х2	100	70	40	30

По результатам двухфакторного эксперимента можно составить уравнение регрессии, в котором помимо линейных членов будет член, учитывающий эффект парного межфакторного воздействия.

У=А₀+А₁·Х₁+ А₂·Х₂+ А₁₂·Х₁·Х₂ (1)

Таблица 3.2-План проведения ПФЭ 2² по накоплению водорастворимых веществ в муке из проросшего зерна ячменя

Номер опыта	Факторы		Результаты эксперимента
	Х1	Х2	У1	У2
1 2 3 4 0	- + - + 3 сут.	- - + + 70°С	6,09 29,82 4,40 25,63 23,26	6,11 29,98 4,48 25,77 22,74	6,1 29,9 4,44 25,70 23,0

Проведя опыт в центре эксперимента получили, что , то есть разность значима, необходимо переходить к уравнению второго порядка (таблица 3.3). Уравнение, включающее значимые коэффициенты, имеет вид:

У=22,38+11,34·Х₁-2,06·Х₂-0,64·Х₁·Х₂-4,64·Х₁²-1,39·Х₂²

Перебор вариантов показал, что максимальный выход водорастворимых веществ в муке из проросшего зерна ячменя (У_max=29,9), предсказываемый уравнением имеем при Х₁ =+1 и Х₂=-1 или в натуральном выражении – длительность проращивания 3 суток, температура сушки 60°С.

Таблица 3.3 – План проведения ПФЭ второго порядка по накоплению водорастворимых веществ зерна ячменя

Номер опыта	Х1	Х2	У1	У2
1 2 3 4 5 6 7 8 9	- + - + -R +R 0 0 0	- - + + 0 0 -R +R 0	6,09 29,82 4,40 25,63 5,9 28,84 23,87 17,35 22,94	6,11 29,98 4,48 25,77 5,9 28,96 23,93 17,45 23,06	6,1 29,9 4,44 25,70 5,9 28,9 23,9 17,4 23,0

3.2.2 Влияние длительности проращивания и температуры сушки на содержание редуцирующих сахаров зерна ячменя

Было исследовано влияние длительности проращивания и температуры сушки на содержание редуцирующих сахаров зерна ячменя.

На рисунках 3.4 и 3.5 представлены графики зависимости содержания редуцирующих сахаров от длительности проращивания и температуры сушки зерна ячменя.

Можно отметить, что с увеличением длительности проращивания содержание редуцирующих сахаров повышается – в результате ферментативного распада крахмала до мальтозы и декстринов. Увеличение содержание суммы восстанавливающих сахаров обусловлено преимущественно мальтозой. Молекула мальтозы состоит из двух молекул глюкозы. В нормальном непроросшем зерне мальтоза содержится в незначительном количестве, она накапливается лишь при прорастании. Но с увеличением температуры сушки накопление редуцирующих веществ снижается. Это, по видимому, происходит в результате того, что редуцирующие сахара взаимодействуют с аминокислотами и пептидами, образуя комплексные соединения – меланоидины, придающие проросшему зерну темный цвет, специфический вкус и аромат.

Уровни факторов при планировании эксперимента ПФЭ 2² представлены в таблице 3.1. План проведения ПФЭ по накоплению редуцирующих веществ в муке из проросшего зерна ячменя приведен в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - План проведения ПФЭ по накоплению редуцирующих веществ зерна ячменя

Номер опыта	Факторы		Результаты эксперимента
	Х1	Х2	У1	У2
1 2 3 4 0	- + - + 3 сут.	- - + + 70°С	11,68 15,90 9,08 14,02 14,48	11,82 16,90 9,22 14,18 14,62	11,75 16,40 9,15 14,10 14,55

Уравнение, описывающее процесс накопления редуцирующих веществ при прорастании зерна ячменя, имеет вид:

У=12,85+2,4·Х₁-1,23·Х₂+0,08·Х₁·Х₂

Проведенный в центре эксперимента в двух повторностях опыт показывает, что необходимо переходить к уравнению второго порядка (таблица 3.5).

Таблица 3.5 - План проведения ПФЭ второго порядка по накоплению редуцирующих сахаров зерна ячменя

Номер опыта	Х1	Х2	У1	У2
1 2 3 4 5 6 7 8 9	- + - + -R +R 0 0 0	- - + + 0 0 -R +R 0	11,68 15,90 9,08 14,02 10,38 15,00 14,97 12,62 14,48	11,82 16,90 9,22 14,18 10,48 15,10 15,11 12,98 14,62	11,75 16,40 9,15 14,10 10,43 15,05 15,04 12,80 14,55

Окончательное уравнение имеет вид:

У=14,25+2,37·Х₁-1,19·Х₂+0,08·Х₁·Х₂-1,34·Х₁²-0,16·Х₂²

Анализ уравнения показывает, что оптимальными значениями факторов в исследованном интервале варьирования являются длительность проращивания 3 суток, температура сушки 60°С.