Математическая модель закономерности содержания белка в смеси текстурата из нативного и пророщенного зерна и муки

Введение. Совершенствование технологий Например, ранее авторами [9] проведена переработки зерновых культур за счет целенаправленного изменения физико-механических и биохимических свойств зерна является актуальной задачей. В связи с этим перспективным решением данной задачи является применение экструзионных технологий трансформации растительного сырья [1]. Для улучшения качественных характеристик экструдата или текстурированной муки, помимо основного компонента (пшеница, ячмень, овес), используют различные добавочные ингредиенты [2, 3], позволяющие повысить пищевую и энергетическую ценность готового продукта.

Известны исследования по использованию двух- и многокомпонентных смесей в пищевых системах (кормопроизводстве и продуктах питания) [4, 5].

В дополнение к основному сырью в зависимости от назначения используется измельченный картофель, белково-витаминный коагулят, жимолость, брусника, малина, чеснок, торф, вермикулит и др. В пищевых системах также целесообразно обогащать сырье и продукты питания биологически активными веществами путем использования биоактивированного (пророщенного) зерна [6–8].

оценка энергетического дохода технологии производства текстурированной муки на основе пшеницы и пророщенной кукурузы. Исследования показали, что увеличение доли пророщенной кукурузы в смеси приводит к росту количества содержащихся в готовой продукции сахаров, крахмала, биологически активных веществ и каротина. Энергетический доход по сравнению с технологией получения текстурированной муки из пшеницы возрастает на 0,16 МДж/кг сухого вещества.

Для устранения недостатков при проращивании зерна (высокие энергетические затраты, продолжительность и материалоемкость оборудования) учеными Красноярского ГАУ было разработано, запатентовано и изготовлено устройство для проращивания зерна [10].

Разработанное устройство способствует более широкому использованию экструзионных технологий для модификации существующих и разработке новых продуктов с высоким содержанием белка.

Цель исследований – раскрыть закономерности изменения содержания белка в смеси текстурата из нативного и пророщенного зерна и муки в зависимости от вклада составляющих компонентов для прогнозирования функциональных свойств полуфабриката.

Задачи: разработать математическую модель для прогнозирования содержания белка в полуфабрикатах; адаптировать модель для муки из высшего, 1-го и 2-го сортов и обойной муки с использованием корректирующих экспериментов.

Материалы и методы . В Инжиниринговом центре Красноярского ГАУ разработана технологическая линия, запатентована конструкция установки для проращивания зерна, обоснованы режимы и выявлены особенности функционирования.

Анализ исходного сырья, промежуточных продуктов и готовых полуфабрикатов проводился с использованием утвержденных методик в научно-исследовательском испытательном центре Красноярского ГАУ. В качестве основного сырья применялась нативная пшеница, а дополнительными компонентами служили пророщенные зерна сои, кукурузы, овса и других культур. Проведено комбинирование основных (мука высшего, 1-го и 2-го сортов, обойная мука) и дополнительных компонентов (текстурат с пророщенным зерном) в соотношениях 3; 5; 7; 10 % по массе соответственно для получения мучных смесей.

Для выявления закономерностей изменения свойств зерна на всех стадиях технологического процесса проведен анализ содержания белка (рис. 1).

* Этапы биохимического анализа компонентов сырья.

Рис. 1. Схема исследований полуфабрикатов

При разработке математической модели использован математический аппарат корреляционно-регрессивного анализа, а также инструменты компьютерной статистики [11–13]. Для проверки адекватности (достоверности) использован критерий Пирсона, а значимость коэффициентов регрессии определена с использованием критерия Стьюдента. Независимость ос- татков регрессии установлена по критерию Дурбина – Ватсона [14].

Результаты и их обсуждение. Подготовительный этап исследований включал в себя проращивание зерна, смешивание с нативным зерном пшеницы в соотношениях 10; 15; 20; 25 % соответственно.

На основном уровне исследования выполнено экструдирование смеси и получение текстурированной муки, которую смешивали с мукой высшего, 1-го и 2-го сортов, обойной мукой в соотношениях 3; 5; 7; 10 % соответственно с получением различных комбинаций мучных смесей.

Предложена математическая модель определения количества белка в смеси тек-стурата и муки (y, %) в зависимости от коли- чества белка в основном компоненте текстурата (xi, %), доли проращиваемого зерна в смеси для экструзии (x2, ед.), количества белка в пророщенном зерне (x3, %), количества белка в текстурате (x4, %), доли текстурата в мучной смеси (x5, %), количества белка в муке (x6, %), которая представляется следующими функциями (рис. 2, табл.):

у = f ( Х 1 , x 2 , Х 3 , Х 4 , Х 5 , Х б ) = L ( Х 1 , x ₂ , Х 3 , x 4 , Х 5 , Х б ) +

+ P ( Х 1 , Х ₂ , Х ₃ , Х 4 , Х ₅ , Х ₆ ) + Q ( Х 1 , Х ₂ , Х ₃ , Х 4 , Х ₅ , Х 6 ) ,

L ( Х 1 , Х 2 , Х 3 , Х 4 , Х 5 , Х б ) = ^ b k • Х_к , P ( ^Х 1 , ^Х 2 , ^Х 3 , ^Х 4 , ^Х 5 , ^Х 6 ) = £ b j • x • x j , k                                                 i <  j

Q(x1, х2, х3, х4, х5, х6) = £Ък • xk , где b1= –6,519586617; b2= –7,272404764; b3= –7,239885532; b4= –7,223109385;

b 5 = 2,099945659; b 6 = –8,756220475; b 12 = 0,4550644959; b 13 = 0,4677059963; b 14 = 0,4687906048;

b 15 = 1,085483801; b 16 = 0,3697526956; b 23 = –0,0006426297176; b 24 = –0,003328450891;

b 25 = –0,4085815146; b 26 = 0,02471554207; b 34 = 0,0; b 35 = –0,001457066561; b 36 = 0,0;

b45= 1,015414972; b46= –0,003015036311; b56= –2,375174692, b11 = 0,5142376341, b22= 0,1075735234, b33= 0,0; b44=0,0; b55= –18,89182986, b66= 0,1810442415.

Рис. 2. Закономерность изменения количества белка в смеси текстурата и муки ( у, % ) в серии 92 опытов

Качество сглаживания экспериментальных данных определяется уровнем детерминации и относительной погрешностью приближения. В данной предметной области коэффициент детерминации R² = 96,9951 % оказался выше 95 %, а максимальная относительная погрешность в опытных точках max Ι δ Ι = 3,0270 % не превосходит 5 % (табл.).

При анализе серии 92 опытов установлено, что среднее значение результатного показателя количества белка в смеси текстурата и муки оценивается в 11,47 % при стандартном отклонении 0,39 и при вариации показателя 3,44 % (вариация не превышает 5 %). Аналогичный вычисленный показатель имеет среднее значение 11,4697, стандартное отклонение 0,39 и вариацию 3,4383, что свидетельствует о его большей устойчивости по вариабельности.

% ‘X ю (x)j эинэноихю эоняиэ1иэон1о	"О	СМ Т—	ОО со со со	ОО со со со" 1	цз со со со"	03 со со со"	СО со со"	со со"	ОО со со со со"	03 со со со" 1
■Ьэ ‘X10 (x)j эинэноюно	ф	т—	ЦО СО СО со со	03 со со со со" 1	со со со со со"	см со со со со"	со см со со со"	со со со"	цо со со со со"	см со со со со" 1
% 'имАи и BiedAioMOi иээиэ а вшэд од-ном 90Hi9h0Bj	Д	О т—	со ЦО СМ 03 со	со со 03 со"	со со ^ Т—	см со со ^ Т—	S Т—	со Т—	ОО ОО S Т—	ОО 3 Т—
% ‘ияЛ|Л1 и BiBdAioxai ИЭЭ1Л1Э а вшэд оа-иоя		03	см 03 со	со 03 со"		^ Т—	ОО Т—	Т—	цо сю Т—	со Т—
% ‘емЛ|/\1 а вшэд оашо»	i?	ОО	со ОО со Т—	со ОО со" Т—	со Т— Т—	со Т— Т—	со Т—	со	со Т—	со Т—
■tfe ‘ИЭ9ИЭ HOHhXlAI Э BiBdXiOMOi ьиоЦ	S	N-	со со со	со со со"	ЦО со со"	ЦО со со"	со со"	СО со"	со со"	со со"
% ‘eiBdXioxeiа вмиэд оашо»	S	СО	цо О) х—	03 Т—	см ОО цо" Т—	см см цо" Т—	со цо" Т—	со ^ со" Т—	ОО О) х—	цз со" Т—
% ‘endec lAioHHehiododu а вшэд оа-ио»	£	ЦО	S со' см	со ^ со" Т—	со со"	со см" Т—	03 О) со" Т—	оз"	03 О) со" Т—	со ^ со" Т—
'Нэ ‘HMcXdioxe bob' mooiaio а BHdae ojoiAiaBanhiBdodu киоЦ			ЦО со	со со"	со см со"	цо со"	цо см со"	цо со"	со со"	цо со"
% ‘BlBdAlOMSl Э1Н9Н0Н1Л10М |/\1Онаонэо а вшэд оа-ио»		со	ОО ио	цз" Т—	^ цз" Т—	цо"	^ цо" Т—	цо" Т—	цо" Т—	цо" Т—
¥В11Я1Ю d9N0H		см	со Т—	со см	со со	о	со цо	со со	со	со 03
аз -0 1—  1  ф ё co 5 5 1- о ф ф 25 1— п 05 '   Т ^О I х 5		т—	>s т ф 3" о о ■ ■ о аз СО J ф II £ 8-о 2	СК аз X X ф 3" о Яо 1= CD ■ ■ СО ® В э ^ С о4 СО 1- т— § Го о ^	>s X X ф 3" о о с =г s аз 3 2 с + '— СО о4 3 ° 1- о О 1= О а.	СК аз X X ф 3" о о с S-O S "" I аз ф ^ + 1— CD sp ЕС ^ О о	СК аз X X ф 3" о 1° . . аз аз > ^ 2 I + Ф с ^ -—- ю 1- см § 5 ? ^ О 1=	>s X X ф 3" о о с аз О =г см X Ф ф > 3 ^ н о О ф ^ со О о	СК аз X X ф 3" о О L0 &О . . аз ф > ^ 2 X + ф 3 с ^ цо 1— § 5 ? ^ О 1=	СК аз X X ф h ■ ■ аз ф С о4 цо 1— Т— § Го о ^

Заключение. Предложенная математическая модель, раскрывающая закономерности изменения содержания белка в смеси текстурата из нативного и пророщенного зерна и муки в зависимости от вклада составляющих компонентов, использована для исследования и прогнозирования функциональных свойств группы полуфабрикатов.

Методом корректирующих экспериментов доказана устойчивость по вариабельности содержания белка в смеси. Модельное представление результатного показателя адаптировано для получения смесей для муки соответственно из текстурата с пророщенным зерном сои, кукурузы, овса и других культур в соотношениях 10; 15; 20; 25 % и различными сортами муки с долей текстурата 3; 5; 7; 10 % в общем объеме.