ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОХРАННОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ

УДК 664.71:633.11

Аннотация

В статье представлены результаты экспериментального исследования, направленного на оценку сохранности минеральных веществ при переработке зерна пшеницы и разработку технологических решений по снижению их потерь. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения пищевой ценности муки в условиях обеспечения продовольственной безопасности и роста потребительского спроса на функциональные продукты питания. Проанализировано влияние режимов гидротермической обработки (температуры воды 20–40 °C, влажности зерна 14,0–16,5%, продолжительности отволаживания 6–10 часов) и интенсивности помола на изменение содержания микро- и макроэлементов (Fe, Zn, Mg) на различных этапах технологического процесса. Содержание элементов определялось методом атомно-абсорбционной спектроскопии после кислотного озоления проб; общая зольность — методом сухого озоления при температуре 600–650 °C. Установлено, что наибольшие потери минералов (35–40%) происходят при удалении оболочечных слоёв зерна на стадии помола и просеивания. Экспериментально доказано, что оптимизация режимов гидротермической обработки способствует более равномерному распределению минералов между эндоспермом и оболочечными слоями и снижению их потерь на 12–15% по сравнению с традиционными режимами. Предложен оптимальный технологический режим (влажность 16,0–16,5%, температура 35–40 °C, продолжительность 8–10 часов), а также обоснована эффективность частичного возврата отрубей (5–10%) в состав муки для повышения её пищевой ценности на 18–22%. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании технологии мукомольного производства и разработке продуктов функционального назначения.

Abstract

The article presents the results of an experimental study aimed at assessing the preservation of mineral substances during wheat grain processing and at developing technological solutions to reduce their losses. The relevance of the work is determined by the need to enhance the nutritional value of flour in the context of ensuring food security and the growing consumer demand for functional food products. The influence of hydrothermal treatment regimes (water temperature 20–40 °C, grain moisture content 14.0–16.5%, tempering duration 6–10 hours) and grinding intensity on the changes in micro- and macroelement content (Fe, Zn, Mg) at various stages of the technological process has been analyzed. The content of individual elements was determined by atomic absorption spectroscopy following acid digestion of samples; total ash content was determined by dry ashing at 600–650 °C. It has been established that the greatest mineral losses (35–40%) occur during the removal of the outer grain layers at the milling and sifting stages. Experimental results have shown that optimization of hydrothermal treatment regimes contributes to a more uniform distribution of minerals between the endosperm and the outer layers and reduces their losses by 12–15% compared with conventional regimes. An optimal technological regime has been proposed (moisture content 16.0–16.5%, temperature 35–40 °C, duration 8–10 hours), and the effectiveness of partial reintegration of bran (5–10%) into the flour composition has been substantiated, which increases its nutritional value by 18–22%. The obtained results can be used to improve flour milling technology and to develop functional food products.

Ключевые слова: зерно пшеницы, переработка зерна, минеральные вещества, микроэлементы, макроэлементы, гидротермическая обработка.

Keywords: wheat grain, grain processing, mineral substances, microelements, macroelements, hydrothermal treatment.

Введение. В современных условиях обеспечения продовольственной безопасности особое значение приобретает сохранение биологически ценных компонентов зерна при его переработке. Минеральные вещества играют важную роль в формировании пищевой ценности продуктов питания [5], однако при производстве муки их значительная часть теряется вследствие удаления оболочечных слоёв зерна.

Традиционные технологии переработки ориентированы на получение продукции с высокими технологическими свойствами, что часто сопровождается снижением содержания микро- и макроэлементов [4]. В связи с этим возникает необходимость разработки научно обоснованных технологических решений, направленных на снижение потерь минеральных веществ.

Целью исследования является количественная оценка потерь минеральных веществ при переработке зерна пшеницы и разработка эффективных способов их снижения.

Методология исследования

В рамках данного исследования оценка сохранности минеральных веществ при переработке зерна пшеницы проводилась с использованием экспериментального подхода с трехкратной повторяемостью. Объектом исследования являлись партии продовольственной пшеницы со стабильными показателями качества (влажность 14,0–16,5%, натура 750–780 г/л, содержание белка 12–13%, клейковины 24–28%).

Перед проведением экспериментов зерно очищалось от примесей на лабораторном сепараторе с набором сит и аспирационной системой и разделялось на фракции. Гидротермическая обработка (ГТО) проводилась путём увлажнения зерна водопроводной водой с последующим отволаживанием в лабораторных увлажнительных ёмкостях; режимы варьировались следующим образом: температура воды 20–40 °C, влажность зерна 14,0–16,5%, продолжительность отволаживания 6–10 часов. Контроль влажности зерна осуществлялся влагомером.

После обработки зерно подвергалось помолу на лабораторной вальцовой мельнице с последующим просеиванием на лабораторном рассеве и разделением на муку и отруби. Для оценки влияния технологических параметров были отобраны пробы на следующих этапах: исходное зерно, после ГТО, после помола и в готовой муке [1, 2].

Общее содержание минеральных веществ определялось по зольности проб путём озоления в муфельной печи при температуре 600–650 °C до постоянной массы. Содержание отдельных элементов (Fe, Zn, Mg) определялось методом атомно-абсорбционной спектроскопии на атомно-абсорбционном спектрофотометре после кислотного озоления проб. Взвешивание проводилось на лабораторных аналитических весах. Результаты обрабатывались с использованием методов математической статистики, рассчитывались средние значения и относительные потери минералов (%).

Все результаты получены при трехкратной повторяемости (n=3), статистическая погрешность составила ±3%.

Результаты и обсуждение

Проведённые исследования показали, что сохранность минеральных веществ существенно зависит от режимов гидротермической обработки и интенсивности помола. Полученные экспериментальные данные представлены в таблице.

Таблица 1. Изменение содержания минеральных веществ на этапах переработки

Анализ результатов показал, что наибольшие потери минеральных веществ происходят на стадии помола и просеивания, что связано с удалением оболочечных слоёв зерна. Контрольный вариант соответствовал следующим условиям: влажность зерна 14% и температура обработки 20 °C.

Установлено, что повышение влажности до 16,5% и температуры обработки до 40 °C способствует снижению потерь минералов на 10–15%. Различия статистически значимы (p<0,05). Как видно из таблицы 1, основное снижение содержания Fe, Zn и Mg происходит на стадиях помола и просеивания: если после ГТО потери составляют 8–10%, то в готовой муке они достигают 35–40%. Это связано с тем, что повышение влажности и температуры обработки способствует перераспределению минеральных веществ между оболочечными слоями и эндоспермом зерна. По данным дополнительных измерений зольности отдельных фракций помола, при увеличении влажности зерна до 16,5% и температуры обработки до 40 °C содержание минералов в эндосперме увеличилось на 8–12% по сравнению с контрольным вариантом (14% влажности и 20 °C). Это свидетельствует о частичном переходе минеральных компонентов из оболочечных слоёв во внутренние части зерна [3].

Оптимальный режим гидротермической обработки. На основе проведённых экспериментов предложен оптимальный режим гидротермической обработки зерна: влажность 16,0–16,5%, температура 35–40 °C и продолжительность 8–10 часов.

Данный режим позволяет снизить потери минеральных веществ в среднем на 12–15% по сравнению с традиционными условиями обработки.

Также установлено, что частичное возвращение отрубей (5–10%) в состав муки позволяет дополнительно увеличить содержание минералов на 18–22%, что согласуется с современными представлениями о пищевой ценности продуктов из цельного зерна [6].

Заключение. В результате проведённых исследований установлено, что потери минеральных веществ при переработке зерна пшеницы в основном связаны с удалением оболочечных слоёв и зародыша. Оптимизация режимов гидротермической обработки и снижение интенсивности помола позволяют существенно уменьшить потери микро- и макроэлементов. Предложенные технологические решения обеспечивают повышение пищевой ценности муки без ухудшения её технологических свойств.

Список литературы:

1. Егоров Г.А., Козьмина Н.П. Технология муки и крупы. — Москва: КолосС, 2017.
2. Пономарева Е.И., Алехина Н.Н. Технология переработки зерна. — Санкт-Петербург: ГИОРД, 2019.
3. Кретов И.Т., Калашников В.В. Биохимия зерна и продуктов его переработки. — Москва: ДеЛи плюс, 2016.
4. Гаврилова Н.Б., Шевченко В.В. Современные технологии переработки зерновых культур. — Москва: Пищевая промышленность, 2021.
5. Shewry P.R., Hey S.J. (2015). The contribution of wheat to human diet and health. Food and Energy Security, 4(3), 178–202.
6. Fardet A. (2010). New hypotheses for the health-protective mechanisms of whole-grain cereals. British Journal of Nutrition, 103(10), 1531–1538.
7. Мерко И.Т. Технология мукомольного и крупяного производства. — Москва: Агропромиздат, 2018. — 384 с.
8. Дулаев В.Г., Бутковский В.А. Гидротермическая обработка зерна пшеницы // Хлебопродукты. — 2019. — № 4. — С. 42–46.
9. Панкратов Г.Н., Мелешкина Е.П., Витол И.С., Кандроков Р.Х. Влияние режимов гидротермической обработки на технологические свойства зерна пшеницы // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2020. — № 2. — С. 78–86. DOI: 10.36107/spfp.2020.235.
10. Норматов А.М., Шахриддинов Ф.Ф. Совершенствование технологии переработки зерна пшеницы с целью повышения пищевой ценности муки // Universum: технические науки. — 2022. — № 10 (103). — С. 45–49.
11. Hemery Y., Rouau X., Lullien-Pellerin V., Barron C., Abecassis J. Dry processes to develop wheat fractions and products with enhanced nutritional quality // Journal of Cereal Science. — 2007. — Vol. 46, Iss. 3. — P. 327–347. DOI: 10.1016/j.jcs.2007.09.008.
12. Piñeiro-Lago L., Franco I., Tomás M.C., Moreira R. Effect of tempering moisture and time on milling performance and rheological properties of wheat flour // LWT – Food Science and Technology. — 2021. — Vol. 138. — Art. 110718. DOI: 10.1016/j.lwt.2020.110718.

References:

1. Egorov G.A., Kozmina N.P. [Technology of flour and groats]. Moscow, KolosS Publ., 2017. (In Russ.).
2. Ponomareva E.I., Alekhina N.N. [Technology of grain processing]. Saint Petersburg, GIORD Publ., 2019. (In Russ.).
3. Kretov I.T., Kalashnikov V.V. [Biochemistry of grain and grain processing products]. Moscow, DeLi plyus Publ., 2016. (In Russ.).
4. Gavrilova N.B., Shevchenko V.V. [Modern technologies of grain crops processing]. Moscow, Pishchevaya promyshlennost Publ., 2021. (In Russ.).
5. Shewry P.R., Hey S.J. The contribution of wheat to human diet and health. Food and Energy Security, 2015, vol. 4, no. 3, pp. 178–202. DOI: 10.1002/fes3.64.
6. Fardet A. New hypotheses for the health-protective mechanisms of whole-grain cereals. British Journal of Nutrition, 2010, vol. 103, no. 10, pp. 1531–1538. DOI: 10.1017/S0007114510000292.
7. Merko I.T. [Technology of flour and groats production]. Moscow, Agropromizdat Publ., 2018. 384 p. (In Russ.).
8. Dulaev V.G., Butkovskii V.A. [Hydrothermal treatment of wheat grain]. Khleboprodukty, 2019, no. 4, pp. 42–46. (In Russ.).
9. Pankratov G.N., Meleshkina E.P., Vitol I.S., Kandrokov R.Kh. [Influence of hydrothermal treatment regimes on the technological properties of wheat grain]. Khranenie i pererabotka selkhozsyrya, 2020, no. 2, pp. 78–86. (In Russ.). DOI: 10.36107/spfp.2020.235.
10. Normatov A.M., Shakhriddinov F.F. [Improvement of wheat grain processing technology for enhancing the nutritional value of flour]. Universum: tekhnicheskie nauki, 2022, no. 10 (103), pp. 45–49. (In Russ.).
11. Hemery Y., Rouau X., Lullien-Pellerin V., Barron C., Abecassis J. Dry processes to develop wheat fractions and products with enhanced nutritional quality. Journal of Cereal Science, 2007, vol. 46, iss. 3, pp. 327–347. DOI: 10.1016/j.jcs.2007.09.008.
12. Piñeiro-Lago L., Franco I., Tomás M.C., Moreira R. Effect of tempering moisture and time on milling performance and rheological properties of wheat flour. LWT – Food Science and Technology, 2021, vol. 138, art. 110718. DOI: 10.1016/j.lwt.2020.110718.