Влияние ионоозонной кавитационной обработки на технологические свойства зерна тритикале

Автор: Изтаев А.И., Дарибаева Г.Т., Маемеров М.М., Набиева Ж.С.

Журнал: Вестник Алматинского технологического университета @vestnik-atu

Статья в выпуске: 3 (116), 2017 года.

Бесплатный доступ

Повышение технологического качества зерна тритикале на основе биоэнергетического воздействия имеет актуальное значение в улучшении пищевой ценности и экологической безопасности продуктов переработки. Впервые установлено, что ионоозонная кавитационная обработка может применяться как система положительного влияния на физико-биохи-мические, технологические, и в том числе на макаронные свойства зерна тритикале. В статье приведены данные по влиянию на технологические свойства полнофакторных экспериментов 24 ионоозонной кавитационной обработки для тритикале «Таза элита» и мате-матические расчеты коэффициентов регрессии методом наименьших квадратов по линейному плану с учетом межфакторных взаимодействий. Доказано, что обработка зерна тритикале с влажностью 20% ионоозонно-кавитационным потоком позволяет повысить количество сырой клейковины до 7,80%, крахмала до 5,60%, массы 1000 зерен до 14,81 г. по сравнению с контролем.

Еще

Ионоозон, тритикале, полнофакторный эксперимент, кавитация, техно-логические свойства, обработка

Короткий адрес: https://sciup.org/140225515

IDR: 140225515

Текст научной статьи Влияние ионоозонной кавитационной обработки на технологические свойства зерна тритикале

Для независимого Казахстана, обладающего большим сельскохозяйственным потенциалом, производство и сохранение собранного зерна имеют важнейшее стратегическое значение. В настоящее время большое внимание уделяется производству экологически чистых продуктов питания. Имеющееся техническое оснащение и процессы производственных технологических линий, методы и способы воздействия на продукцию со временем становятся несовершенными. Техника и аппараты, технологические линии, а также их процессы физически и морально устарели, имеют неудовлетворительные технико-экономические и экологические показатели, то есть не отвечают современным потребностям.

Одним из эффективных путей расширения ассортимента макаронных изделий является повышение их пищевой и биологической ценности, придание им лечебно-профилактических свойств за счет повышения в макаронах белка, пищевых волокон, витаминов, макро- и микроэлементов. Применение ионоозонированной воды и ионоозонно-кавитационной обработки зерна имеет важное практическое значение.

Научная концепция нанонауки рассматривает синтез ионноозонной смеси без вредных примесей оксидов азота и углерода при обработке, переработке и сохранности продуктов пищевых производств. Благодаря разнополярности электрического тока, а именно отрицательной полярности ионноозонной смеси и положительной полярности обрабатываемого продукта с применением кавитации в электромагнитном поле происходит активное взаимодействие. Этот процесс представлен как целостная система повышения биологической и экологической ценности продуктов.

Ионоозонная смесь - прекрасный дезинфектант и дезодорант, не дает осадков, оказывает неспецифическое действие, улучшает коагуляционную способность воды, уничтожает водоросли и простейшие, которые могут находиться в водопроводной воде и др. Озон и молекулярные ионы атакуют кле- точную оболочку бактерии и вызывают озонолиз и окисление клеток [1].

В данной работе представлены результаты исследований по использованию ионоо-зоной кавитационной обработки зерна тритикале пищевого назначения с целью повышения технологических свойств зерновых культур для производства экологически чистых продуктов переработки.

Представлены математические расчеты коэффициентов регрессии методом наимень -ших квадратов по линейному плану с учетом межфакторных взаимодействий. Имеющееся в настоящее время математическое и программное обеспечение позволяет смоделировать и исследовать большое количество вариантов решаемой задачи, выбрать и обосновать наиболее целесообразное решение.

Сорт тритикале «Таза» - зимостойкий, развивает мощную плотную соломину высотой 105-110 см. Потенциальная урожайность сорта «Таза» составляет 8-10 т/га, также предназначен для кормовых целей и для хлебопечения, как в чистом виде, так и в смеси с пшени -цей. Потенциальная урожайность сорта на орошении составляет 11-12 т/га [2]. Биологическая ценность тритикале выше, чем у пшеницы. Растение устойчиво ко многим болезням, свойственным хлебу. Исходя из этого, в настоящее время стоит важная задача эффективного использования отечественных сортов тритикале в производстве хлебных и макаронных изделий [3].

Объекты и методы исследований

В качестве объекта исследования основного сырья было выбрано тритикале «Таза элита».

С целью улучшения технологических свойств зерна в научно-исследовательской лаборатории пищевых и перерабатывающих производств Алматинского технологического университета проведены опыты по обработке зерен тритикале «Таза элита» ионоозоннокавитационным потоком.

При исследовании технологических свойств зерна были использованы следующие методики: отбор проб — по ГОСТ 13586.3-83, определение влажности — по ГОСТ 13586.593, белок определяли с применением приборов DK6, UDK129 – принцип действия на классическом методе Кьельдаля, с использованием автоматизированной печи для сжигания и аппарата для перегонки [4]. Качество и количество клейковины определяли по ГОСТ 13586.1-68. Исследования проведены в акре-дитованной испытательной лабораторий «Пищевая безопасность» Алматинского технологического университета.

Использована методика составления 24 – полнофакторного эксперимента. Математическая обработка и установление вида уравнений проводилась по линейной регрессионной модели. Общий вид уравнений для 4-х факторов такой:

y = b 0 + b 1 x 1 + b 2 x 2 + b 3 x 3 + b 4 x 4 + b 1 b 2 x 1 x 2 + b 1 b 3 x 1 x 3 + b 1 b 4 x 1 x 4 + b 2 b 3 x 2 x 3 + b 2 b 4 x 2 x 4 + b 3 b 4 x 3 x 4

В уравнениях факторы обозначили в натуральных обозначениях, поскольку через х 1 обозначают кодированные значения факторов.

Х 1 – соотношение концентрации ионов (ед./см³) к концентрации озона (мг/см³),d, ед/мг;

Х 2 -избыточное давление (кавитаций);

Х 3 - влажность до обработки, %;

Х 4 - время обработки, мин;

b – коэффициенты регрессии.

Результаты и их обсуждение

Применение ионоозонной кавитационной обработки оказывает положительное действие на технологические свойства зерна тритикале. Зерно тритикале обработано ионо-озонно-кавитационными потоками со средними режимными параметрами: продолжительность обработки – 10 и 20 мин; соотношение концентрации ионов (ед/см3) к концентрации озона (мг/см3) - 1000 и 15000 ед/мг. Избыточное давление (кавитации) 1,0-4,0 атм. Влажность до обработки зерна 13,0-20,0%.

Нами было изучено влияние ионоозонной кавитационной обработки на технологические показатели качества тритикале сорта «Таза элита», характеризующие физические, биохимические и макаронные свойства.

При обработке ионоозоно-кавитационным потоком до и после определены следующие показатели зерна, которые приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Влияние на технологические свойства полнофакторных экспериментов 2⁴ ионоозонной кавитационной обработки для тритикале «Таза элита»

№ опы та	Факторы				Показатели технологических свойств
	X 1 Соотно шение концент рации ионов (ед./см³) к кон-цент рации озона (мг/см³), d, ед/мг	X 2 Избыт очное давле ние (кавит аций), атм	X 3 Влаж ность до обра ботки, W, %	Х 4 Вре мя обра ботки,t мин	Показатели технологических свойств
					Физические			Биохимические				Макаронные
					Влаж ность после обраб отки, %	Плотн ость, г/см³	Масса 1000 зерен, г	Бело к на сухо й вес, %	Сырая клей-кови-на, %	Крах мал, %	Инде кс зелен и, мл	Тверд озерн ость, ед	Удельная работа деформ., Дж
	Контроль		13,19	-	-	1,16	50	11,82	20,59	61,78	19,08	45,76	233,61
	Контроль		19,89	-	-	1,06	54	8,60	20,77	59,09	19,31	57,24	408,92
1	15000	4,0	20,0	20	21,77	1	61	9,17	21,91	60,89	18,80	18,49	371,51
2	1000	4,0	20,0	20	17,78	1,05	56	10,91	20,18	62,40	21,57	11,29	273,56
3	15000	1,0	20,0	20	18,93	1,05	57	9,94	20,29	59,18	17,34	32,36	331,80
4	1000	1,0	20,0	20	17,61	1,03	56	11,50	21,15	61,90	23,49	21,49	279,22
5	15000	4,0	13,0	20	12,98	1,25	57	11,77	20,28	62,36	17,82	47,66	226,88
6	1000	4,0	13,0	20	12,98	1,16	56	12,22	22,08	61,81	29,94	52,20	250,79
7	15000	1,0	13,0	20	12,91	1,12	53	11,80	20,89	62,20	22,06	49,37	237,33
8	1000	1,0	13,0	20	12,96	1,14	52	11,84	20,53	62,19	23,91	50,64	225,06
9	15000	4,0	20,0	10	19,78	1,05	60	10,33	21,60	60,51	22,52	21,61	334,37
10	1000	4,0	20,0	10	20,60	1,0	62	10,25	22,39	59,93	25,79	28,56	372,38
11	15000	1,0	20,0	10	17,85	1,06	57	11,10	20,55	61,64	18,81	28,36	286,62
12	1000	1,0	20,0	10	20,49	1,04	61	10,08	20,87	60,90	18,99	14,61	327,41
13	15000	4,0	13,0	10	12,99	1,18	50	11,77	20,87	62,24	23,25	51,41	230,92

14	1000	4,0	13,0	10	13,09	1,18	51	11,90	20,88	62,20	22,12	46,73	236,77
15	15000	1,0	13,0	10	13,08	1,18	53	11,75	20,37	62,23	24,40	48,35	230,26
16	1000	1,0	13,0	10	12,52	1,18	54	11,70	21,11	62,59	23,47	46,18	234,74

Анализ данных таблицы 1 показывает, что массовая доля белка и плотность сухого зерна при ионоозонной кавитационной обработке не изменились и остаются почти на одном уровне, как в образцах зерна без обработки, а у влажного (20%) зерна белок после обработки восстанавливается. Индекс Зелени повышается на 56,92 мл при 13% влажности, а при 20% на 33,57 мл по сравнению с этим показателем у необработанного зерна. Такая обработка тритикале значительно повысила количество сырой клейковины на 7,24-7,80%, крахмала на 1,30-5,60 %, массы 1000 зерен на 14,0-14,8 г. по сравнению с контролем.

При данных режимах Х1>1000 ед/мг, Х2 = 4,0; Х3 = 13,0-20,0 %; Х3= 20 мин. улучшаются физические свойства теста, которые повышают также его макаронные свойства. Удельная работа деформации теста повышается с 225,06 Дж до 372,38 Дж по сравнению с контрольным образцом. Такие изменения связаны с режимами ионоозонной кавитационной обработки. При понижении концентрации ионов наблюдается повышение влажности зерна, массы 1000 зерен и удельной работы деформации. При повышенной концентрации ионов резкое снижение не наблюдалось. Это изменение связано с анатомической структурой и химическим составом зерна. Удельная работа деформации теста повышается на 138,77% при 10 мин. по сравнению с 20 минутной обработкой (опыт №10). При этом непродолжительное время обработки в течение 10 минут сохраняет и улучшает физические и биохимические свойства теста из муки зерна тритикале «Таза элита».

Математические расчеты коэффициентов регрессии методом наименьших квадратов и виды уравнения с учетом межфакторных взаимодействий по технологическим показателям качества зерна тритикале приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Разработанные регрессионные модели, оценивающие показатели физических, биохимических, мукомольно-хлебопекарных и макаронных свойств зерна тритикале после ионоозонной кавитационной обработки.

№ опыта	Наименование показателя	Вид уравнения	Значение функции		Статистические показатели
			Значение функции		Кри т. Стъ юде нта t kp	Дисперсия ошибки опыта		Средне-квадратические отклонение		Число степени свободы		Критерий Фишера
			min	max	Кри т. Стъ юде нта t kp	S2y	S2ag	Sy	Sag	Ns2y	Ns2ag	Fp	Fkp
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	Влажность после обработки, %	Y 1 =-0,19Х 1 + 1,10X 3 +0,01Х 1 Х 4 -0.009X 3 X 4	12,04	20,14	4,30	0,16	1,0	0,4	1,0	2	12	6,3	19,4
2	Плотность, г/см³	Y 2 =1,43-0.019 X 3	1,03	1,17	4,30	0,0008	0,001	0,028	0,03	2	14	1,27	19,42
3	Масса 1000 зерен,г	Y 2 =43,03+ 0.78Х 3	53,25	58,75	4,30	1,96	5,93	1,40	2,43	2	14	3,02	19,42
4	Белок на сухой вес, %	Y 3 =14,51-0,20X 3	10,41	11,84	4,30	0,08	0,28	0,28	0,53	2	14	3,64	19,42
5	Сырая клейковина, %	Y 4 =20,53+ 0,18X 2	20,72	21,27	4,30	0,05	0,40	0,23	0,63	2	14	7,66	19,42
6	Крахмал. %	Y 5 =66,54+ 0,20Х 1 -0,81X 2 -0,25X 3 -0,14X 4 +0,012Х 1 Х 2 -0,008Х 1 Х 3 -0,008Х 1 Х 4 0,008Х 2 Х 3 +0,04Х 2 Х 4 0,007 Х 3 Х 4	61,57	61,57	4,30	2,37	1,00	1,54	1,00	2	15	2,37	3,68

Индекс

Зелени, мл

Y 6 =25,89+

0,36X 1 -0,035X 3 +0,25Х 4 -0,038Х 1 Х 4

17,78

25,96

4,30

0,42

6,41

0,65

2,53

15,16

19,40

Твердозер-ность, ед

Y 7 =80,05+

9,15Х 2 -3,57Х 3 +0,70Х 4 -0,16Х 1 Х 2 +0,04 Х 1 Х 3 -0,24Х 2 Х 3 -0,29Х 2 Х 4

16,69

53,17

4,30

1,19

22,58

1,09

4,75

19,01

19,37

Удельная работа деформации, %

Y 8 =111,61-5,66Х 1 +6,03Х 2 +12 ,57Х 3 -3,97Х 4 + 0,41Х 1 Х 4

204,10

345,88

4,30

48,30

623,21

6,95

24,9

12,90

19,39

Расчет коэффициентов и статистическая обработка полученных результатов дала возможность получить регрессионные уравнения, которые адекватно описывают общее изменение технологических свойств зерна тритикале при ионоозонной кавитационной обработке, в зависимости от выбранных режимных факторов.

Из данных таблицы 2 видно, что на показатели физических свойств в основном влияет влажность исходного зерна тритикале, а в меньшей степени избыточное давление (Х 2 ) и соотношение концентрации ионов к озону. На показатели содержания крахмала влияют все четыре фактора, а на индекс Зелени - время обработки (Х 4 ) и соотношение концентрации ионов к озону (Х 1 ). На технологические свойства тритекале влияет в основном влажность исходного зерна, а также дополнительно соотношение концентрации ионов к озону и время ионоозонной обработки. В особенности на показатель твердозерность оказывает влияние взаимное действие двух факторов в сочетании (Х 1 ,Х 3 ), (Х 1 ,Х 2 ) и (Х 2 ,Х 3 ). Так как показатель твердозерность зерна остается комплексным и связан с генетической структурой ДНК-молекул.

Макаронные свойства зерна тритикале связаны в основном с физическим свойством теста, характеризуемой удельной работой деформации теста. Если Fкр>Fр, то нулевая гипотеза отвергается, а уравнение регрессии считается значимым. Если Fкр

Из таблицы 2 видно, что на все технологические показания влияют все четыре фактора, кроме массовой доли белка и плотности зерна.

Заключение

Ионоозанная кавитационная обработка тритикале улучшает технологические свойства в целом. Особенно устойчивым остаются физические свойства, незначительным изменениям подвергаются биохимические, мукомольные и хлебопекарные свойства.

Нами были рассчитаны и разработаны математические модели, описывающие изменения технологических свойств тритикале «Таза» при ионоозонной кавитационной подготовке зерна, которые в дальнейшем позволяют оптимизировать технологические режимы обработки ионоозонным кавитационным потоком. В итоге получены регрессионные модели на основе проведенных 24 полно-факторных экспертов для сорта тритикале «Таза элита». Все это позволяет составлять линейное уравнение оптимизации по отдельным свойствам зерен для дальнейшего управления ими при различных вариантах целевого использования зерна тритикале.

Список литературы Влияние ионоозонной кавитационной обработки на технологические свойства зерна тритикале

Urazaliev R., Iztayev А., Tleubaeva T., Tarabayev B., Maemerov M., Iztayev B., Dauletkeldi Y. and Moldabekova N. Influence of presowing ionozone cavitational processing and allionization in the cultivation process on high -yielding and seed characteristics of grain crops//International Journal of pharmacy and Technology. -2016.-№2. -Vol.8. -P.14317-14327.
Искакова Г.К., Изтаев А.И., Кулажанов Т.К., Изтаев А.И. Маемеров М.М., Технология хлеба и макаронных изделий с применением озонированной и ионоозонированной воды./Монография. -Алматы: АТУ, 2011. -216 с.
Iztaev A.I., Маemerov M.M., Daribaeva G.T., Nabiyeva Z.S., Kozibaev A. Influence of ion-ozone treatment on technological and seed properties of triticale.//Scientific Journal of the of Modern Education &Research Institute. -2017. -№5.-P.44-48.
Маемеров М.М., Изтаев А.И. Гидроионоозонная стерилизация зерновых культур//Известия Кыргызского Государственного технического университета им. И. Раззакова. -2008. -№3. -С.112-115.

Статья научная