ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И РЕЖИМОВ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПШЕНИЧНОГО ЗЕРНА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОДГОТОВКИ К ПОМОЛУ НА СОРТОВУЮ МУКУ

АННОТАЦИЯ

В статье анализируются методы гидротермической обработки пшеницы в процессе производства муки, их влияние на технологические процессы и эффективность. Гидротермическая обработка направлена на улучшение физико-химических свойств пшеницы, оптимизацию процессов измельчения и дробления, повышение качества муки и снижение энергозатрат.

Результаты анализа показывают, что применение технологий гидротермической обработки способствует улучшению качества муки, обеспечению оптимального распределения влаги в зерне и повышению эффективности производства. Кроме того, энергоэффективность и экологическая безопасность данных методов подтверждают актуальность их внедрения в мукомольную промышленность.

ABSTRACT

The article analyzes the methods of hydrothermal treatment of wheat in the flour production process, their impact on technological processes, and their efficiency. Hydrothermal treatment aims to improve the physicochemical properties of wheat, optimize grinding and milling processes, enhance flour quality, and reduce energy consumption.

The analysis results show that the application of hydrothermal treatment technologies contributes to improving flour quality, ensuring optimal moisture distribution in the grain, and increasing production efficiency. Additionally, the energy efficiency and environmental sustainability of these methods confirm their relevance for implementation in the flour milling industry.

Ключевые слова: Гидротермическая обработка, переработка пшеницы, качество муки, технологические процессы, энергосбережение, физико-химические свойства, распределение влаги, эффективность производства.

Keywords: Hydrothermal treatment, wheat processing, flour quality, technological processes, energy saving, physicochemical properties, moisture distribution, production efficiency.

Введение.

Пшеница является основным сырьем для международной пищевой промышленности, играет важную роль не только в производстве муки, но и в изготовлении других видов продуктов. Для улучшения качества пшеничного зерна применяются различные технологические методы, одним из которых является гидротермическая обработка. Гидротермическая обработка представляет собой один из важнейших процессов, влияющих на качество муки, выход готового продукта и энергозатраты в мукомольной промышленности. Ее основная цель – доведение содержания влаги в зерне до оптимального уровня, что улучшает его физические свойства для дальнейшего измельчения и дробления, а в некоторых случаях также повышает хлебопекарные качества полученной муки. Процесс гидротермической обработки включает насыщение зерна водой или, наоборот, удаление избыточной влаги в зависимости от исходного уровня влажности. Успех обработки во многом определяется такими параметрами, как температура, продолжительность выдержки и равномерность распределения влаги в зерне. Эти факторы оказывают значительное влияние на активность ферментов и физико-химические изменения в зерне. Существует три основных фактора, определяющих эффективность гидротермической обработки: влага, температура и время воздействия. Этот процесс не только сокращает временные затраты, но и оптимизирует физические характеристики зерна, снижает энергопотребление и повышает качество конечного продукта. Гидротермическая обработка состоит из двух ключевых этапов. Первый – доведение влажности зерна до необходимого уровня. Второй – выдержка зерна, необходимая для равномерного распределения влаги и активации биохимических процессов. Оптимальный уровень влажности зерна при гидротермической обработке составляет от 5% до 8%. Однако для твердых сортов пшеницы такое увлажнение невозможно осуществить за один этап. Поэтому в мукомольной промышленности процесс увлажнения и транспортировки зерна выполняется в два этапа, достигая конечной влажности 15–17%. Если этот процесс не учитывать, объем бункеров для кондиционирования должен быть увеличен вдвое, что приведет к увеличению времени обработки, количества технологических единиц, а также затрат на персонал, техническое обслуживание и инвестиции. В данной статье рассматривается эффективность технологии холодной гидротермической обработки пшеничного зерна и ее влияние на качество зерна. Основной целью исследования является определение влияния данного метода на содержание белка, структуру крахмала и срок хранения обработанного зерна.

Литературный анализ (обзор).

Структурные характеристики пшеничного зерна и его качественные показатели играют важную роль в процессе производства муки. Пшеничное зерно состоит из трех основных частей: оболочки (перикарпа), зародыша (эмбриона) и эндосперма. Оболочка защищает зерно от внешних воздействий и включает три слоя, содержащие лигнин и хитин, которые придают ей прочность. В процессе переработки она преимущественно удаляется в виде отрубей. Зародыш является жизненно важной частью зерна, так как содержит значительное количество жиров, ферментов, минеральных веществ и витаминов. Однако из-за высокого содержания липидов зародыш имеет ограниченный срок хранения, что оказывает влияние на стабильность и качество муки. Эндосперм, являющийся крупнейшей частью зерна, служит основным сырьем для производства муки. Его ключевые компоненты – крахмал и клейковина, которые определяют технологические свойства муки, особенно в хлебопекарном и кондитерском производстве [1]. 

Согласно данным FAOSTAT, площадь посевов пшеницы превышает 214 млн га, что подтверждает ее статус одной из важнейших продовольственных культур. Основными показателями пищевой ценности пшеницы являются содержание белка (12–15%), крахмала (49–73%) и жира (1,5–3,2%) [2]. В 2020 году урожай зерновых в республике составил около 8 млн тонн. Мука является ключевым сырьем для производства различных продуктов питания. Пищевая ценность продуктов определяется их химическим составом и наличием необходимых соединений, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность организма человека [3]. 

Гидротермическая обработка изменяет физико-химические свойства зерна, улучшая его всхожесть и устойчивость к хранению. Основными параметрами, подлежащими контролю, являются температура, влажность, время и физико-химические изменения. Температура влияет на внутреннюю структуру зерна и ферментативную активность. Влажность определяет процессы набухания зерна и интенсифицирует биохимические реакции, а время обработки является ключевым фактором, определяющим эффективность процесса [4]. 

Гидротермическая обработка пшеничного зерна приводит к значительным биохимическим изменениям. В ходе исследования изучалось влияние влажности и температуры на активность ферментов, а также возможность управления свойствами клейковины с помощью гидротермической обработки. Установлено, что ферментативная активность достигает максимума при температуре 45–55°C. Кроме того, гидротермическая обработка способствует изменению эластичности и растяжимости клейковины, улучшая ее физико-химические характеристики [5]. 

В данной работе проведен сравнительный анализ классических и современных технологий гидротермической обработки пшеницы. Отмечено, что традиционный метод замачивания в холодной воде требует значительного времени и повышает энергозатраты. В то же время современные технологии, такие как обработка теплой и горячей водой, паровая обработка, микроволновая и ультразвуковая обработки, обеспечивают более быстрое и равномерное распределение влаги в зерне, что делает процесс более эффективным.

Цель работы: Анализ классических и современных методов гидротермической обработки зерна пшеницы и изучение влияния гидротермической обработки на биохимический свойства пшеницы.

Методология исследования. В исследовании изучались методы гидротермальной обработки и анализ их преимуществ и недостатков, а также влияние гидротермальной обработки на биохимические свойства зерна пшеницы

Методы исследования

1. Стандартный анализ ГОСТа
2. Лабораторные анализы
3. Анализ результатов-обработанные образцы сравнивали с обычной пшеницей.

Результаты и обсуждение.

1. Классический метод: обработка холодной водой

Гидротермическая обработка холодной водой проводится при температуре окружающей среды (20–25°C) и может длиться от 24 до 72 часов. В этом методе пшеница достигает необходимой влажности за относительно короткое время, но равномерное распределение воды внутри зерна занимает длительный период. В связи с этим возникает необходимость в дополнительных бункерах для выдержки, что увеличивает технологические затраты. Исследования показывают, что после обработки холодной водой оболочка зерна становится более жесткой, а эндосперм – мягким. Это снижает выход муки и усложняет процесс измельчения. Поэтому классический метод реже используется в промышленных масштабах.

2. Обработка теплой и горячей водой

При обработке теплой водой температура составляет 30–46°C, что способствует быстрому проникновению влаги внутрь зерна. Результаты исследований показывают:

Время распределения влаги внутри зерна сокращается до 1–1,5 часов,

При гидротермической обработке при температуре около 23–25 °C скорость проникновения воды в различные части зерна значительно различается. Согласно исследованиям, вода сначала проникает в эндосперм мертвака за 10–30 минут, в центральную часть зерна — за 15–40 минут, а в верхнюю волосистую часть — за 20–50 минут [6; 512–513 с]. Снижение температуры замедляет скорость проникновения воды, а повышение температуры ускоряет процесс.

Обработка горячей водой проводится при температуре 46–60°C и позволяет регулировать ферментативную активность. Например, снижение активности протеолитических ферментов способствует улучшению качества глютена. При этом оболочка становится более прочной, а эндосперм – мягким, что облегчает процесс измельчения. Если температура превышает 70°C, возможно разрушение глютена и других белков. Поэтому горячая гидротермическая обработка применяется для снижения активности ферментов или улучшения свойств слабой пшеницы. Установлено, что при повышении температуры время выдержки сокращается:

27°C – 2 4 часа, 40°C – 8 часов, 60°C – 2 часа, 80°C – 40 минут. На рис. 1.

Рисунок 1. Диаграмма, показывающая взаимосвязь между температурой и временем замачивания

3. Обработка паром

Обработка паром – это современный метод, позволяющий ускорить и оптимизировать гидротермическую обработку зерна. Проникновение пара в зерно происходит в течение 20–30 секунд, при этом конденсация 1% влаги на поверхности зерна повышает его температуру на 10°C.

В сравнении с теплой обработкой парообработка требует меньше энергии, поскольку:

Процесс занимает минимальное время, повышается выход муки.

Качество муки остается стабильным или выше по сравнению с другими методами.

Время обработки паром варьируется от 20 до 60 секунд, что позволяет сохранить качество глютена. Однако активность α-амилазы снижается, что может негативно сказаться на хлебопекарных свойствах муки.

Таблица 1.

Обработка паром

В таблице 1 представлен процесс обработки паром зерна пшеницы.

4. Обработка микроволнами

Микроволновые технологии широко применяются в пищевой промышленности и позволяют эффективно обрабатывать зерно. Исследования показали, что микроволновая обработка:

Повышает выход муки, снижает содержание золы, улучшает процесс отделения оболочки от эндосперма.

Эксперименты показали, что обработка микроволнами увеличивает выход муки на 10%. Однако чрезмерное воздействие микроволн может негативно повлиять на физико-химические свойства зерна. Например, установлено, что обработка более 270 секунд приводит к повреждению белков.

Таблица 2.

Влияние микроволновой обработки на зерно

В таблице 2 показано влияние микроволновой обработки зерна пшеницы на качество муки.

5. Обработка ультразвуком

Ультразвуковая технология является новым подходом в гидротермической обработке зерна, поскольку она ускоряет проникновение воды внутрь зерна и значительно сокращает время увлажнения. Исследования показали:

Проникновение воды в зерно увеличивается на 7–8%, Снижается время увлажнения,

Метод может применяться в солодовом производстве.

Кроме того, ультразвуковая обработка позволяет сократить двухэтапный процесс увлажнения до одного этапа, что делает метод более эффективным для промышленного применения.

Таблица 3.

Ультразвуковая обработка зерна

В таблице 3 кратко показан процесс ультразвуковой обработки зерна пшеницы.

Заключение: Исследование проанализировало различные методы гидротермической обработки пшеницы и их влияние на качество зерна. Получены следующие основные выводы:

Обработка холодной водой требует много времени и менее эффективна для промышленного применения.

Теплая и горячая обработка улучшает физико-химические свойства зерна и является оптимальным методом для производства муки. Обработка паром – энергоэффективный и быстрый метод, обеспечивающий высокое качество муки.

Микроволновая обработка увеличивает выход муки и снижает содержание золы, но чрезмерное воздействие может ухудшить белковую структуру. Ультразвуковая обработка ускоряет впитывание воды и сокращает время увлажнения, что делает ее перспективной для промышленных технологий. Полученные результаты важны для оптимизации гидротермической обработки и внедрения современных технологий в промышленное производство. Дальнейшие исследования могут быть направлены на автоматизацию процессов и улучшение энергоэффективности этих методов.

Список литературы:

1. Электронный ресурс https://www.nano-lab.com.tr/uz/blog/detail/bugdoyning-kimyoviy-tarkibi
2. Matin, Ana, et al. Effect of Hydrothermal Treatment on the Improvement of Wheat and Triticale Grain Properties. Vol. 86, no. 3, 30 Sept. 2021, pp. 243–250. Accessed 20 Mar. 2025.
3. Узоков Юсуф Ахролович, Пардаев Зафар Темирович, Бахтиярова Марджона Бахтияровна, Хафизов Шохрух Гафуржонович, Абдуллаев Лазиз Мусирмонович (2025). ОБОСНОВАНИЕ СТОИМОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МУКИ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН. Universum: технические науки, 6 (6 (135)), 28-32.
4. Palvan Kalandarov. “Set of Measture Control in Hydrotermic Convertation of Seeds and Products of Their Convertation.” ResearchGate, vol. 11, no. 244, 14 Nov. 2020, pp. 16, 21, www.researchgate.net/publication/347342921. Accessed 19 Mar. 2025.
5. Жабборова Д.Р., Мажидов К.Х., Хужакулова Н.Ф. Влияние гидротермической обработки на биохимические свойства зерна пшеницы // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 7 (76). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/9993
6. Cоzma, Danuta & Ţenu, Iоan Zapоdeanu, Cezara. (2014). Influence оf Hydrоthermal Treatment оn Wheat fоr Milling. Applied Mechanics and Materials. 659. 511-514. 10.4028/www.scientific.net/AMM.659.511.