Традиционные технологии переработки зерна ячменя

Зерно ячменя широко используется человеком для кормовых, продовольственных и технических нужд, например, в России до 70 % ячменя используется для производства кормов. Зерно ячменя представляет ценность для продовольственных и кормовых целей благодаря тому, что оно богато крахмалом, полноценным белком, содержащим относительно много лизина и триптофана. Из ячменя вырабатывают муку и крупы. Оно является основным сырьем для производства пивоваренного солода. Из ячменя вырабатывают и другие продукты, например ячменный кофе /164/.

Крупа занимает особое место в питании человека. Если мука используется для производства различных хлебобулочных или кондитерских изделий, то есть фактически является полуфабрикатом, то крупа представляет собой продукт для приготовления блюд, а некоторые ее виды вообще не требуют кулинарной обработки. Существенное отличие крупы от муки внешне выражается в гранулометрической характеристике этих продуктов, в крупности их частиц. Из ячменя получают два вида крупы: перловую и ячневую. Перловая крупа делится на 5, ячневая — на 3 номера. Зерно ячменя, как уже отмечалось, отличается от остальных пленчатых культур плотно сросшимися с зерновкой цветковыми пленками; поэтому для их удаления при шелушении требуется особенно сильное механическое воздействие.

Процесс выработки перловой крупы из зерна ячменя на крупозаводе и предприятиях агропромышленного комплекса в основном состоит в следующем. Очищенный от сорных примесей, щуплых и недоразвитых зерен ячмень шелушат на обоечных машинах или других машинах для отделения цветковых пленок с последующим отвеиванием лузги. Отшелушенное зерно (пенсак) подвергают шлифованию на машинах непрерывного действия (ЗНШ).

При шлифовании с поверхности зерна истираются плодовые и семенные оболочки и частично алейроновый слой. При этом крупа округляется и приобретает светлую окраску, близкую к окраске крахмалистой части эндосперма. Наиболее крупная перловая крупа (№1, №2) имеет удлиненное ядро с закругленными краями, крупа более мелких номеров (№3, №4, №5) - шарообразную форму. Для улучшения товарного вида шлифованную крупу подвергают полированию на машинах.

При производстве перловой крупы очень важен этап гидротермической обработки (ГТО). При подготовке ячменя к переработке возможно применение гидротермической обработки зерна путем пропаривания в течение 3 мин при давлении пара 0,2 МПа с последующей сушкой до влажности не выше 15%. При пропаривании под давлением 0,2 Мпа в течение 3 минут заметно улучшаются технологические свойства зерна и потребительские достоинства крупы. В результате ГТО общий выход перловой крупы возрастает на 10 %, причем за счет наиболее ценной, крупных размеров. Перловая крупа, выработанная из зерна, прошедшего ГТО, быстрее разваривается, ее пищевые достоинства также улучшаются /48/. Ячневая крупа представляет собой дробленый и слегка шлифованный пенсак Для дробления пенсака применяют вальцовые станки, сортируют продукты дробления в рассевах. Для уменьшения количества мучки и увеличения выхода пенсак измельчают последовательно на четырех системах. После каждого вальцового станка смесь делят на фракции в рассевах. Самую крупную фракцию направляют на следующую систему. Сход с четвертой системы возвращают на третью систему. Продукт, выделенный нижним сходом рассева со всех дробильных систем, объединяется в один поток, и после провеивания подвергается шлифованию на машине А1-ЗШН., а затем поступает на рассев для сортирования готовой крупы по номерам крупности. Проход 0 2,5 и сход 02 образует наиболее крупную крупу - №1, проход 02, сход 01,5 дает №2 и проход 01,5, сход №056 образует №3; в этом потоке содержится мучка, поэтому он дополнительно просеивается на центробежном бурате.

Данные о выходе готовых продуктов при переработке ячменя в перловую и ячневую крупу приведены в таблице 13.

Таблица 13 - Нормы выхода (%) готовой продукции при переработке ячменя

Для потребителя крупы важное значение имеет такая характеристика, как время, необходимое для варки крупы до полной готовности. Однако варка круп, полученных из ячменя, требует значительных затрат времени. Поэтому издавна стоит вопрос о разработке технологии крупы быстрого приготовления. При этом крупа подвергается дополнительной интенсивной механической, термической или гидротермической обработке. Все эти варианты обработки зерна основаны на том, что в эндосперме происходят глубокие преобразования структуры и биохимической характеристики, причем такие изменения имеют необратимый характер. В результате происходит частичная или полная денатурация белков, декстринизация и клейстеризация крахмала. Время кулинарной обработки заметно сокращается /48, 49/.

Линниченко В.Т. /96, 97/ отмечает, что применение ГТО является эффективным способом при производстве ячменных хлопьев. Проведенные исследования позволили выявить оптимальные режимы ГТО ячменя: увлажнение зерна до влажности 26-28 %, отволаживание в течение 5,5-6,5 ч, пропаривание при давлении пара 0,05 Мпа в течение 6 мин. Результаты анализов потребительских свойств показали, что каша из ячменных хлопьев имела коэффициент развариваемости 6,8-7,8, продолжительность варки составляла 6-7 мин. Установлено, что усвояемость основных пищевых компонентов крупы заметно возрастает в результате ГТО и плющения: перевариваемость белка повышается до 93%, углеводов - до 96 %, жиров – до 97 %. Снижаются и энергетические затраты организма на ассимиляцию этих веществ, вследствие их большей доступности ферментам пищеварительной системы. В результате ГТО при жестких режимах атакуемость крахмала амилолитическими ферментами возрастает от 5 до 16 раз. Атакуемость белков протеазами также повышается. При тепловой обработке происходит превращение крахмала в низкомолекулярные декстрины. Благодаря этому пищевые достоинства крупы повышаются, так как декстрины усваиваются с существенно меньшей затратой энергии /48/.

Разработан способ производства ячменных хлопьев 121. Этот способ предусматривает пропаривание зерна, его подсушивание, шелушение, шлифование с получением крупы-полуфабриката, ее плющение на гладких валках и сушку хлопьев. Зерно ячменя пропаривают при давлении пара 0,02- 0,04 Мпа до влажности 26-30 % с последующим отволаживанием зерна в течение 20-40 мин., подсушивают в «кипящем слое» при 70-80°С до влажности 25-27 %. Затем зерно ячменя шелушат, шлифуют и плющат в хлопья. Готовые хлопья подсушивают до влажности 10-12 %.

Так как крупа из ячменя требует длительной тепловой обработки, был предложен способ производства быстро развариваемого продукта из ячменя /1/. Способ характеризуется тем, что зерно увлажняют до 21 -23 %, отволаживают в течение 2-4 ч, пропаривают при давлении пара 0,5-1,0 Мпа в течение 30-60 с, подсушивают воздухом с температурой 80-90°С до влажности 17-19 %, подсушенное зерно шелушат и подвергают обработке коротковолновыми ИК- лучами с плотностью лучистого потока 32-34 кВт/м² в течение 10-15 с до достижения продуктом температуры 170-175°С. При этом происходит деструкция крахмала на легко усвояемые человеком продукты (декстрины), содержание которых составляет 40-45%, а также денатурация белка. Эти изменения делают крупу практически готовой к употреблению в пищу. Время варки до полной готовности занимает 3-5 мин. Разрушение слизей и небольшое количество клейстеризованного крахмала позволяет получить рассыпчатые гарниры. Крупа ячменя в связи с ее биохимическими особенностями обладает повышенной кислотностью 6-7 град и имеет зеленовато-серый цвет, данный способ позволяет значительно улучшить качество и потребительские достоинства продукта. Вследствие разрушения пигмента цвет продукта с зеленовато-серого меняется на бело-желтый; инактивация триацилглицеролипазы приводит к снижению кислотности продукта до 1-2 град. Содержание водорастворимых веществ возрастает с 1-2 до 22-24 %. Объемная масса снижается с 650 до 310 г/л. Так как полученный продукт не подвергается в дальнейшем механической обработке (плющению), выход его возрастает до 96-98 %.

В последние годы стали вырабатываться комбинированные продукты из различных видов зернового сырья /104/. Это направление весьма эффективно, так как позволяет использовать широкий круг сырьевых ресурсов, производить продукты с заданным составом и свойствами. В комбинированных продуктах можно лучше сбалансировать аминокислотный состав белка, что повысит его биологическую ценность.

Таким образом, производство комбинированных зерновых продуктов вполне целесообразно. Однако различные виды зерновых продуктов существенно отличаются по структурно- механическим свойствам. Исследования показали, что для получения прочных, с небольшим содержанием крошки и мучки хлопьев из ячменя требуется перед пропариванием дополнительно существенно увлажнить и сравнительно долго отволаживать ядро или крупу, что трудно осуществить из-за слипаемости сильно увлажненного продукта.

Традиционная технология получения ячменных хлопьев заключается в существенном увлажнении зерна, его длительном отволаживании, затем пропаривании и подсушивании поверхностных слоев каждой зерновки, главным образом пленок и оболочек. При последующем шелушении зерна получается крупа-полуфабрикат практически целая, с малым количеством дробленого ядра. Выход крупы зависит от назначения хлопьев. При необходимости выработки хлопьев с высоким содержанием пищевых волокон выход крупы может достигнуть 90-95%.

В результате проведенной оптимизации параметров ГТО зерна можно рекомендовать увлажнять его до 24-25 %, длительность отволаживания до 12-16 ч, пропаривание при давлении пара 0,1 Мпа в течение 1,5-2 мин. При этом количество крупных хлопьев составляет более 60-65 %, выход крошки и мучки не более 3-4 %. Полученные хлопья достаточно прочные и мало крошатся при хранении и транспортировании /104/.

Практически все известные технологии предусматривают производство хлопьев или быстроразваривающейся крупы из готовой перловой крупы. Все операции, особенно гидротермическая обработка, связаны с рядом трудностей. Крупа, представляющая собой шелушеное зерно, легко слипается, слеживается, требует постоянного перемешивания. Поэтому удобнее эти операции осуществлять с нешелушеным зерном. В этом случае технологический процесс должен включать два этапа – подготовка крупы-полуфабриката, затем плющение этой крупы в хлопья. Выполненные ранее эксперименты показали, что для получения хлопьев крупа должна быть увлажнена не менее чем до 20 %. Проведенные в МТИИПе исследования показали, что на эффективность гидротермической обработки влияют такие факторы как влажность зерна, пропаривание, отволаживание:

- влажность зерна после увлажнения – 20-25 %;

- длительность отволаживания зерна – 4-18 часов;

- экспозиция пропаривания при давлении пара 0,15 МПа – 1-3 минуты;

- температура сушильного агента 50-100 ºС.

Сырьем для получения ячменной муки может служить как зерно самой культуры, так и продукты крупяного производства. Подготовка зерна ячменя к помолу включает до трех пропусков через обоечную машину с металлическим цилиндром, что обусловлено трудностью удаления цветковых пленок.

Существуют помолы с выходом ячневой муки 70 %, и 87 %.

Схема 70%-ного помола включает шесть драных и шесть размольных систем при отношении вальцовой линии драных и размольных систем 1,27:1. Схода с 5 и 6 драных систем обрабатываются в щеточных машинах. По количеству систем, распределению длины вальцовой линии, числу и уклону рифлей и нумерации сит схема имеет много общего со схемой односортного 85%-ного помола пшеницы. При практически одинаковой нагрузке на вальцовую линию принимают более низкую нагрузку на просеивающую поверхность для лучшего отделения цветковых пленок. Мука отбирается проходом через сита с размером отверстий 315-280 мкм. В готовой муке содержание частиц размером более 315 мкм не должно превышать 5%, зольность не более 1,70%.

При 87%-ном помоле получают муку типа обойной, схема которой включает пять драных систем и специальную драную систему. Распределение вальцовой линии, число рифлей и их уклон примерно такие же, как при обойном помоле ржи. Распределение рифлей на первых драных системах и специальной драной - "острие по острию", на двух последующих - "спинка по спинке". Поскольку на последних системах накапливается цветковая пленка нагрузку на вальцовую линию принимают на 25-30% ниже, чем при помоле ржи, а просеивающую поверхность - одинаковую.

Химический состав (в %) муки 87%-ного выхода: влажность 10,0; зольность 2,0; содержание жира 3,81; крахмала 78,83; общего азота 12,90 /184/.

Мука ячменная продовольственная - это сыпучий продукт серовато- бежевого цвета с некоторым специфическим запахом. Особенностью муки из ячменя является большое количество полисахарида (β-глюкана, снижающего уровень холестерина в крови, и высокое содержание клетчатки, сахаров - сахарозы и раффинозы. Она содержит много калия, кальция, магния, фосфора, йода, а также пентозанов, образующих слизи, которые улучшают работу желудочно-кишечного тракта [22, 43, 44, 45, 58, 94, 105, 111, 145, 194, 197, 203].

При производстве муки, как и остальных продуктов для детского и диетического питания, технология должна обеспечить максимальное сохранение пищевой и биологической ценности исходных зерновых продуктов и повышение их усвояемости организмом ребенка. Предлагаемая технология предусматривает очистку зерна от сорной примеси на сепараторе, мойку, проращивание при температуре 18-20°С в течение 4 суток, высушивание при температуре 60°С и размол до крупности детской и диетической муки: сход с сита № 27 - не более 2 %, проход сита № 38 - не менее 60 %. Полученная таким образом мука используется для приготовления блюд детского питания. Каша с мукой из проросшего зерна ячменя варится 1-2 мин. Также мука из проросшего зерна ячменя может быть использована в композиции с другими видами детской и диетической муки (рисовой, гречневой) для варки каш. При этом блюда имели киселеобразную, мягкую, нежную консистенцию, сладковатый вкус и запах осахаренного продукта. Использование муки из проросшего зерна ячменя позволяет совмещать приготовление каши с процессом клейстеризации и гидролиза крахмала и получить практически стерильный продукт, так как нет угрозы вторичного обсеменения микроорганизмами /62/.

При производстве муки и крупы образуются побочные продукты - отруби, мучка, лузга, рациональное использование которых в народном хозяйстве имеет большое значение. Анализ химического состава этих продуктов показывает, что они могут служить сырьем для производства ценных продуктов питания или же биологически активных веществ, необходимых для полноценного питания. Так, в ячменной мучке содержится 15-18% белка; 55- 65% крахмала; 2-4% жира; в лузге - соответственно: 3-6%, 20-25%), 1-2%.

Ячменная мучка и лузга имеют ценный минеральный состав: калий, магний. натрий, кремний, железо, цинк. Эти макро- и микроэлементы необходимы для нормального протекания различных биохимических и физиологических процессов в человеческом организме. В связи с этим во всех развитых странах в настоящее время уделяют особое внимание их рациональному использованию [48, 49].

Очень широкое использование нашел ячмень при переработке в пивоваренный солод. Ячмень, используемый при приготовления солода, замачивают в специальный чан с водой температурой 12-17 ⁰С. Замачивание приостанавливают при достижении влажности 42-47 %. В среднем процесс замачивания длится в течении от трех до пяти суток. Для проращивания замоченное зерно направляют в солодовни и при температуре 15-19 ⁰С и хорошей аэрации выращивают солод в течение 5-8 суток. Затем солод высушивают при температуре не выше 65-70⁰С, затем отделяют ростки и проводят окончательную сушку до влажности 5-6 % и полируют. В процессе производства солода поисходит ряд биохимических, физико-химических процессов приводящих не только к повышению биологической ценности продукта, за счет синетеза аминокислот и витаминов, но и происходят потери сухого вещества и отделения росткоа и полировка, в результате чего теряются высокопитательные вещества[10, 36, 37].

Таким образом, литературные данные свидетельствуют о том, что ячмень широко используется для производства продуктов питания. Современные технологии предусматривают такие способы обработки ячменя, при которых происходят глубокие изменения с такими веществами, как углеводы и белки. Отмечается, что эти изменения способствуют повышению питательной ценности и улучшению перевариваемости продуктов.

Но, к сожалению, в ходе технологической переработки овса и ячменя существенно снижается не только выход готовой продукции с одной тонны зерна, но пищевая ценность. Все выше перечисленные технологии предусматривают стадию шелушения, шлифования и отделения зародыша от зерна, а это приводит к тому, что такие ценные вещества как пищевые волокна, белки и растительные жиры удаляются в месте с отходами производства

В связи с этим целесообразной является разработка новой технологии переработки овса и ячменя с целью снижения энергоемкости производства, создания продуктов высокой пищевой ценностью с заданными функционально технологическими свойствами, увеличения выхода готовой продукции, не снижая ее качество.