Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности влияния электромагнитного поля СВЧ на развитие микробов зерна и продуктов его переработки

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Особенности влияния электромагнитного поля СВЧ на развитие микробов зерна и продуктов его переработки"

На правах рукописи

Коман Ольга Анатольевна

ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО НОЛЯ СВЧ НА РАЗВИТИЕ МИКРОБОВ ЗЕРНА И ПРОДУКТОВ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

Специальность 03.00.16-Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Красноярск, 2004

Работа выполнена на кафедре высшей и прикладной математики Ф1 ОУ ВПО «Красноярский государственный университет» и в производственно-технической лаборатории ОАО «Комбинат хлебопродуктов им. Григоровича» (г. Челябинск).

Научный руководитель

кандидат биологических наук Юсупова Галина Георгиевиа

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Демиденко Галина Александровна

доктор биолог ических наук, профессор Громовых Татьяна Ильинична

Ведущая организация

Сибирский научно-исследовательский и ироектно-технологический институт переработки сельскохозяйственной продукции

Зашита диссертации состоится «■ ^ » декабря 2004 года в "часов на заседании диссертационного совета Д 220.037 01 в ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 8В.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь диссертационного совета, /

доктор биологических наук, профессор Полонская Д. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальное^ темы. Проблема получения хлебопекарной продукции с низкими показателями микробиологической обсемененности в последние годы оше-чена повсеместно. Заболевание хлеба картофельной болезнью и плесневение -распространенный вид микробиологической порчи хлебобулочных изделий. Случаи выявления очагов поражения хлеба картофельной палочкой отмечаются не толI.ко в южных районах, но и в северных районах, не только в весенне-летний пе-риоц, но и в зимнее время, при этом пораженный хлеб не пригоден в пищу и подлежит сжиганию. Расширение сети малых предприятий, а также уменьшение технологических затрат на предприятиях большой мощности приводит к сокращению технологическою периода брожения полуфабрикатов, когда кислотность хлеба низкая, а тго значит высока вероятность заболевания хлеба тягучей болезнью. Проблема заболевания хлеба усугубляется еще и тем, ч го происходит адаптация споровых бактерий к ранее разработанным способам и препаратам. Применение пищевых добавок, консервантов и т.п. не позволяем получи ib экологически чистый хлеб надлежащего качества.

Современное ухудшающее состояние сельскохозяйственного производства изменили и фигосанитарнос состояние угодий. Это обуславливает значительные потери зерна 3-4 млн. тонн ежегодно и снижение биологической ценности и безопасности зернопродуктов. Зерно, в первую очередь, является источником заболевания муки и хлеба. Хлеб остается основным продуктом питания различных групп населения. Пораженный картофельной болезнью хлеб с изменениями биохимического состава, не пригоден к употреблению и является опасным источником токсичной инфекции. Заражение приводит к целому ряду нежелательных последствий' предприятия мукомольной и хлебопекарной промышленности несут крупные финансовые убытки, остановки производственно! о процесса для проведения мероприятий по комплексной очистке техноло!ического оборудования. Значительный ущерб наносится репутации предприятия.

Разработке новых технологий обеспечивающих получение качественной и безопасной продукции посвящены труды Ф.М Кветного, Р.Д. Поландовой, Т.И. Шнейдер, Н.В. Цу1ленка, В.А. Бутковскою, А.П. Берестова, Г.Г Юсуповой, JI.E. Айзикович, Л.Я. Ауэрман, Г.А. Егорова, Е.Д. Казакова, Н.П. Козминой, B.JI Кре-тович, Л.А. Трисвятского, A.C. Гинсбурга, Л.Г. Прищепы.

Особое значение приобретают исследования и применение современных и экологически безопасных способов подготовки зерна к хранению, удовлетворяющих требованиям повышенной экологической и токсикологической безопасности. В связи с Э1ИМ необходимо разработать метод обеззараживания продовольственного зерна энергией электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) при использовании, которого возможно создание экологически чистых, энергосберегающих технологий переработки зерна и получения качественных продуктов питания.

Цель работы - определение особенности влияния электромагнитного поля СВЧ на развитие микрофлоры зернового сырья для улучшения их качества и обеспечения безопасного потребления человеком.

Задачи исследований. Провести анализ существующих методов предупреждения заболевания хлеба и обосновать применение экологически чистого метода СВЧ-обработки муки, зерна, отрубей, с целью уничтожения грибной и споровой бактериальной инфекции.

РОС I .

t=f

"■ п НА*

' <• к А •Ы>г

Разработать методики проведения лабораторных, лабораторно производственных исследований по обеззараживанию муки, зерна и отрубей в ЭМП СВЧ;

Определив особенности влияния ЭМП СВЧ на микрофлору зерна и его хлебопекарные качества;

Определить особенности влияния ЭМП СВЧ на микрофлору муки и ее хлебопекарные качества;

Определить особенности влияния ЭМП СВЧ на микрофлору дробленого зерна для производства зернового хлеба и отрубей.

Объект исследования: - процесс обеззараживания зернового сырья, муки хлебопекарной энергией СВЧ-поля

Предмет исследования: - особенность влияния параметров СВЧ поля на огеешуго реакииго микроорганизмов. 1ехнологических свойств зерновою сырья для хлебопекарной промышленности. Научная новизна:

1 В разрабепке методов СВЧ-обеззараживания зерна, дробленою зерна, 0!-рубей, муки от споровой бактериальной и грибной микрофлоры

2 В ада1 нации методики планирования эксперимента для СВЧ-обеззараживания зерна, дробленого зерна, отрубей, муки от споровой бактериальной и грибной микрофлоры.

ч В установлении причинных и функциональных связей влияния СВЧ на микроорганизмы зернопродуктов споровой бактериальной и грибной микрофлоры.

1 В установлении причинных и функциональных связей влияния СВЧ-поля на хлебопекарные качества зерна и муки

Практическая значимость:

1. Обоснованы и проверены эффективные режимы СВЧ-обеззараживания зерна, дробленого зерна, отрубей, муки от споровой бактериальной и грибной микрофлоры, позволяющие улучши 1Ь их хлебопекарные качес1ва и получи гь экологически чистый продукт.

2. Результаты исследований могут использоваться при разработке и проектировании лабораторного и промышленного образцов СВЧ-установок для обеззараживания зерна от споровой, бактериальной и грибной микрофлоры.

3. Результаты исследований используются в учебном процессе, а также при курсовом и дипломном проекшровании биологического факультета Челябинского государственного университета.

На защиту выносятся: I Методы СВЧ-обеззараживания и методика лабораторно-производственного эксперимента для СВЧ-обеззараживания зерна, дробленою зерна, огрубей, муки от споровой бактериальной и грибной микрофлоры.

2. Результаты исследования влияния ЭМП СВЧ на процесс обеззараживания зерна, дробленого зерна отрубей, муки от споровой бактериальной и грибной микрофлоры.

3. Результаты влияния СВЧ-энергии на хлебопекарные качества зерна и муки. Внедрение результатов работы. Методика обеззараживания зерна, дробленого зерна, отрубей, муки от споровой бактериальной и грибной микрофлоры внедрена на ОАО «Первый Хлебокомбинат» (г. Челябинск).

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях: Международная конференция «Экология и проблемы здорового питания» (г. Ке-

мерово, 2002); Международная научно-техническая конференция Челябинского государственного агроинженерного университета (г. Челябинск, 2003 и 2004 гг.); Международная научно-практическая конференция «Торгово-экономические проблемы регионального БИЗНЕС-ПРОСТРАНСТВА» (г. Челябинск, ЮУрГУ, 2003); Международная научно-техническая конференция «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва, 2003) Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства; Научная конференция «Экономика и социум на рубеже веков» Челябинский институт (филиал) РГТЭУ.

Публикации по теме диссертации: основные положения диссертации представлены в 12 опубликованных работах.

Стру1стура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 129 наименований и приложения. Работа изложена на 129 страницах, содержит 23 рисунка, 26 таблиц.

Автор выражает благодарность за помощь в выполнении работы ректору КрасГАУ д-ру техн. наук Н.В. Цугленок, д-ру технических наук Г.И Цугленок, канд. с.-х. А.П. Халанской, кан. тех. наук Я.А Кунгс (Красноярск), д-ру тех. наук, профессору ЮУрГУ Р.Х. Юсупову, Генеральному директору, ОАО «КХП им. Григоровича» канд. тех. наук А.П. Берестову, техническому директору ОАО «КХП им. Григоровича» Н.В. Медведкову (Челябинск).

Содержание работы

Во введении рассматривается актуальность темы, определяются цели, и задачи исследований показана научная новизна и практическая ценность работы.

Глава 1. Методы обеззараживания продовольственною зерна и продуктов его переработки с целью снижения возбудителей картофельной болезни хлеба

В главе рассматривается состояние зараженности зерна и зернопродуктов микроорганизмами, методы обеззараживания продовольственного зерна перед размолом и продуктов его переработки. Любая зерновая масса содержит сапрофитную микрофлору, которая представлена двумя экологическими группами: полевая микрофлора и микрофлорой хранения. Каждая из групп влияет на микробиологические процессы, происходящие в зерновых массах при хранении, изменяя его качество и влияя на качественные показатели продуктов его переработки. Количество микробов можно выразить цифрой от нескольких тысяч до десятков миллионов на 1 г зерна. В настоящее время состав микрофлоры зерна изучен достаточно полно. Наибольший вред в готовой продукции наносит споровые бактериальные и грибные инфекции. Картофельная болезнь хлеба вызывается развитием в мякише хлеба спорообразующих бактерий рода Bacillus. Бактерии попадают в муку при размоле зерна, которое заражается, главным образом, в процессе уборки, поэтому мука всегда может быть обсеменена в различной степени картофельной палочкой.

Исключительная устойчивость бактерий рода Bacillus по отношению к высоким температурам приводит к тому, что споры сохраняют жизнеспособность в процессе выпечки хлеба. Температура по внутренней части выпекаемого теста не превышает 100-102°С. Сохранившиеся споры при остывании хлеба при благоприятных условиях при температуре 33-42°С, пониженной кислотности менее pH 5 град начинают развиваться, вызывая в мякише хлеба биохимические измене-

ния. Показатель картофельной болезни является бракеражным для муки. Инфицированная мука не может использоваться для производства.

Для предупреждения развития бактерий рода Bacillus используют химические, физические и биологические способы ингибирования.

Перспективными являются биологические методы, основанные на культивировании в мучных средах микроорганизмов с образованием органических кислот, антибиотиков и других протекторов. В период, когда условия развития тягучей болезни благоприятные, рекомендуется повышать кислотность хлеба на 1 -2 градуса от стандартной кислотности, применяя выброженные полуфабрикаты с кислотностью 4-6 градусов в количестве 5-10% к массе муки; мезофильные закваски с кислотностью 18 -22 градуса, приготовленные из чистых культур Lfermenii-27, в количестве 4-6% к массе муки.

Ингибирующим эффектом обладает пропионово-кислая закваска, коюрая полностью угнетает развитие грибов рода Pénicillium и бактерий рода Bacillus, концентрированные молочнокислые закваски с кислотностью 16-18 градусов на чистых культурах L plantarum-ЗО в количестве 4-6 % к массе муки.

Пропионово-кислые бактерии продуцируют молочную кислоту и антибиотики, вызывающие лизис клеток бактерий Bacillus. Этот метод предупреждения заболевания хлеба зарекомендовал себя в хлебопекарном производстве, но требует дополнительных затрат на приобретение и обслуживание оборудования, постоянно возобновляющего режима производства и для предприятий малой мощ-Hoci и практически этот метод не приемлем.

Химические способы предупреждения заболевания хлеба картофельной болезнью предусматривают применение органических кислот пропионовой, сор-биновой, уксусной кислоты до 0,2 - 0,3 %, уксуснокислый глицерид (ТУ 18-2/3880) до 0,4 % к массе муки.

Добавление в тесто органических кислот позволяет сохранить хлеб без появления болезни и плесневения 1 месяц, но требует увеличения продолжительности технологического процесса и способствует образованию устойчивых форм микроорганизмов, значительно ухудшает качество хлеба и требуется дополнительное применение поверхностно-активных веществ, минеральных солей для регулирования кислотности, активизация процесса брожения и стабилизация ка-чест ва готовых изделий. Учитывая недостатки метода в использовании уксусной кислоты, пропионатов и ацетатов, сорбиновой кислоты позволяющие увеличить кислотность хлеба, при этом общее количество спорообразуюших бактерий в продукте не снижается. Применение в пищевых целях антибиотика низина не позволяют получить экологически чистую и безопасную продукцию.

Предлагаются физические методы предупреждения плесневения и развития тягучей болезни. Это различные способы воздействия на поверхность готового хлеба с целью стерилизации, термическая обработка, действие инертных газов, микроволновая стерилизация, ионизирующее облучение, УФ-лучи, токи СВЧ, инфракрасное облучение. Существуют также способы пастеризации или стерилизации пищевой продукции, сочетающие нагрев и помещение ее в модифицированную атмосферу.

Более безопасными и технологичными являются электрофизические методы. Совмещение очистки зерна при подготовке к помолу и обработка муки на мукомольных предприятиях либо в хлебопекарном производстве современным и эффективным СВЧ-нагревом позволит снизить бактериальную обсемененность муки, а затем и готового хлеба. Этот метод является комбинированным и объединяет в себе воздействие двух полей теплового и электромагнитного.

Диэлектрический нагрев основан на смещении зарядов и связанных с ними молекул при воздействии на вещество (продукт) переменного электромагнитного поля. На перемещение заряженных частиц затрачивается работа, которая из-за наличия внутреннего межмолекулярного трения превращается в теплоту.

Диэлектрические потери при частотах, используемых для тепловой обработки пищевых продуктов, обусловлены в основном наличием полярных молекул воды.

Хлебопродукты, содержащие до 14-15 % влаги можно считать полярным диэлектриком.

Дипольная поляризация имеет место в зерновых продуктах стоящих из полярных. или дипольных молекул. Молекула воды является дипольной и играет основную роль в процессе поглощения энергии при диэлектрическом нагреве пищевых продуктов Влажность муки, зерна и отрубей, позволяет регулировать степень обработки продукта в СВЧ-поле.

Основным фактором определяющим, темп возрастания температуры при диэлектрическом нагреве является, удельная мощность (Рул), определяемая из отношения колебательной мощности СВЧ-генератора к массе обрабатываемого изделия Тепловая стерилизация - процесс, вследствие которого происходит коагуляции белковых веществ, входящих в состав протоплазмы клеток микроорганизмов, т.е. деятельность их не восстанавливается Высокая устойчивость наблюдается у спор бактерий, в том числе картофельной палочки, выдерживающих температуру до 130°С при конвективном нагреве

Глава 2. Методика исследования СВЧ-обеззараживания зерна пшеницы, продуктов его переработки

Исходя из цели работы и для решения поставленных задач, проведена серия постановочных опытов. Лабораторные и производственные исследования проводились в производственно-технической лаборатории и цехах Комбината хлебопродуктов им. Григоровича и проблемной лаборатории № 5 Красноярского государственного агроуниверситета.

Согласно методикам, разработанным в лаборатории №5 КрасГАУ, выбран двухфакторный план эксперимента Коно 2.

В соответствии с планом эксперимента и теоретическими предпосылками исследования выбраны входными параметрами: время обработки (экспозиция т сскунд); удельная мощность СВЧ (Руд Вт/дм3).

Для разработки методики влияния режимов СВЧ-поля рассматривались основные факторы, определяющие изменение зерна и муки вследствие обработки и хлебопекарные свойства зерна и муки. Обоснованы выходные параметры обеззараживания: температура нагрева; общее содержание микроорганизмов; содержание бактерий рода Bacillus; содержание грибов родов Pénicillium и Мисог после обработки СВЧ-полем и хлебопекарные качества муки, зерна, отрубей,

Для проведения опытов использовалась микроволновая печь Samsung M 1875 NR. Для достижения температуры использовали сочетание экспозиции и удельной мощности. В результате температура нагрева исследуемого продукта варьировалась от 30 до 100°С., а время обработки изменялось в пределах 40-120 секунд. Лимитирующим фактором являлась температура нагрева, т.к. именно температура оказывала влияние на состояние клейковины.

Опьггы проводились по схеме: лабораторные, лабораторно-производственные, производственные. Схема опыта состояла из 9 вариантов и 1 контроля.

Основу исследования составляла методика планирования эксперимента, позволяющая установить причинно-следственные связи воздействия СВЧ-энергии на зерно и показатели эффективности.

Дисперсионный и регрессивный анализ проводились в электронных таблицах EXCEL по программам, разработанным в лаборатории№5 КрасГАУ.

В результате обработки экспериментальных данных получены модели для различных выходных показателей.

Глава 3. Исследования влияния СВЧ-энергии на микрофлору, биохимический состав зерна и продуктов его переработки

Статистическая обработка полученных экспериментальных данных, регрессионный, дисперсионный анализы позволили получить адекватные модели взаимосвязи между режимными параметрами СВЧ-поля и основными характеристиками состояниями зерна и продуктов его переработки: температура, содержание клейковины, упругость клейковины на приборе ИДК-3, кислотность, активность а-амилазы на приборе ПЧП, зараженность бактериями рода Bacillus, грибами рода Penicillhim и Mucor, Fusarium, общее микробное заражение.

Полученные уравнения регрессии позволяют определить степень влияния факторов воздействия на качественные и количественные характеристики процессов, происходящих с живыми объектами в СВЧ-полс их адекватность оценивалась по X*. Уравнение регрессии отражены в работе в виде графических зависимостей.

В опыте находились зерно помольной партии прошедшее все этапы очистки и гидротермической обработки, дробленое зерно, мука хлебопекарная

Контрольный образец зерна имел уровень обсемененности возбудителями рода Bacillus до 700 бактерий в грамме. На рис. 1 показана зависимость влияния СВЧ-обработки на споры и бактерии Bacillus. На интервале Р-486 кВт/дмЗ т40. 60 сек наблюдается снижение зараженности споровыми бактериями до 50 КОЕ/г -максимальный обеззараживающий эффект (рис. 1). При воздействии СВЧ-полем на отрезке Т-40...60 сек и низком уровне мощности Р 162 кВт/дм' наблюдается также снижение заспоренности этим видом бактерий до 100 КОЕ/г, при нагреве продукта 38-53°С. На уровне 150 КОЕ/г находится зараженность, при мощности Р 324 кВт/дм3 т 40-60 сек. При продолжительном нагреве зерна на интервалах т 60...80 сек и Р 162..486 кВт/дм до температуры 78 - 95°С количество спор уменьшилось до 340 и 220 КОЕ/г

Сочетание различных режимных параметров обработки в СВЧ позволили снизить степень инфицирования муки спорообразующими бактериями рода Bacillus. После проверки уровня обсемененности бактериями данного вида в контрольном образце муки обнаружено 1673 КОЕ/г муки. Опытные данные изложены на графике (рис. 2). При нагреве муки при Ру1 300 кВт/дмЗ до т 140 ..160 сек, уровень заспоренности снизился на 15-20 % и составил 250 КОЕ/г; воздействие СВЧ-мощностью Руд 300 кВт/дмЗ т 160...240 сек нагрев продукта до температуры 50 - 65°С также действует губительно для бактерий и спор Bacillus. При Р}Л 450 кВт/дм3 и т 80 сек количество спор достигает 343 в грамме.

При воздействии СВЧ-полем х 80... 160 сек, концентрация возбудителей снизилась до ЮОКОЕ/г продукта по всем режимам обработки от Рул 300...600 кВт/дм3. При воздействии х 160...240 сек на всех уровнях мощности, не наблюдается дальнейшего снижения концентрации спор рода Bacillus. Выбранные режимы не позволяют полностью освободится от данного вида спор, тем не менее, мука, обработанная данными режимами, укладывается по показателям обсеме-

ненности в санитарные нормы сырья для производства хлеба и при сохранении хлебопекарных свойств муки.

Численность возбудителей вышеперечисленного вида в отрубях составляет 1100 КОЕ/г продукта При обработке в СВЧ отрубей при наибольшей мощности уровень обсемененности Bacillus снижается на 18%. При режимах, когда температура изменяется в интервалах 70-50°С, уровень обсемененности картофельной палочкой уменьшается в пределах 50-45 %.

40 44 48 52 56 60 54 68 72 76 80 Время, сек

Рис 1 Влияние СВЧ энергии назаражениоси. зерна пшеницы после 8-часового отволаживания спорообразующими бактериями рода ВаиИия

■ 90 00-100 00

■ 80.00-90 00

□ 70 00-80 00 ■60.00-70 00

□ 50 00-80 00

■ 40 00-50 00 О30 00-40 00

ого оо-зо оо

■ 10 00-20 00 ао оо-юоо

300

Время.сек 360

Рис 2 Влияние параметров СВЧ-энергии на зараженность муки пшеничной 1 сорта спорообразующими бактериями рода ВасМих

-♦—300

-•- 450 А 600

80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 Время, сек

Рис 3 Влияние экспозиции СВЧ-энергии на зараженность отрубей пшеничных спорообразующими бактериями рола Bacillus

120 144 168 192 216 240 264 288 112 336 360

-50 - -

Время, сек

Рис 4 Влияние СВЧ-энергии на зараженность дробленого зерна спорообразукшщми бактериями рода Bacillus

На рис. 4 показана зависимость режимов СВЧ-обеззараживания дробленого зерна от споровых бактерий рода Bacillus. Контрольный образец дробленого зерна для зернового хлеба имел уровень зараженности 900-1000 КОЕ/г. Основные закономерности сходны с наблюдаемыми процессами у предыдущих зернопро-дуктов. Разогрев дробленого зерна до температуры 92-100 С при т 120..240 сек., Руд 450 кВт/дм3 снижает инфекцию до 100 КОЕ/г. Удельная мощность 600 кВт/дм3 позволяет стабилизировать уровень содержания спор на всех интервалах обработки от 120..360сек на уровне безопасном для производства хлеба. Обеззараживание на среднем интервале мощности 300 кВт/дм3 т 120..240 сек не избавляет полностью от инфекции, кроме этого стимулирует рост спор при увеличении т 240..360 сек.. При обработке дробленого зерна режимами Руд 450кВт/дм3, т 240..360 сек. и температуры продукта 92-120°С инфицированность снизилась до предельно допустимого уровня.

Начальный уровень обсемененности зерна пшеницы грибами рода Мисог определялся по контрольному варианту и при учете через 105 часов составил 4748 КОЕ/г. Уровень обсемененности уменьшается в 3 раза на промежутках воздействия СВЧ т 40...60 сек. Руд 324...486 кВт/дм3. При низком уровни мощности 162 кВт/дм3 и экспозиции 40 сек. В 3 раза снижается количество пораженных зерновок. При экспозиции 60...80 сек. в зерне также обнаружено сохранение спор грибов данного вида. На среднем уровне мощности 324 кВт/дм3 и т 40 сек отмечено снижение активности спор грибов в 2,5 раза, на промежутке времени 60...80 сек наблюдается полное обеззараживание.

Анализируя результаты исследования состава микрофлоры муки, представленной грибами рода Мисог, в контрольном образце находилось 160 КОЕ/г. При обработке муки при температуре 38-40°С уровень снизился в 2 раза и составил 80-50 КОЕ/г т 80 сек. и Руд 300..450 кВт/дм . Дальнейшее увеличение экспозиции до 240 сек позволяет снизить зараженность до 20 КОЕ/г. При мощности 400...600

кВт/дм3 данная концентрация спор достигнута на интервале 80... 128 сек, увеличение экспозиции до 240 сек приводит к полному обеззараживанию.

Споры плесневых грибов попадают в отруби при размоле зерна. Уровень обсемененности 1 г отрубей по контрольной пробе составляет 162 КОЕ/г. Обработка отрубей на высоких уровнях мощности 450...600 кВт/дм3 и т 20...60 сек, позволяет снизить количество спор возбудителей до нуля.

Нагрев продукта 39-44°С позволяет снизить концентрацию возбудителей в 2,2-2,6 раза при обработке дробленого зерна режимами при Рул 300 кВт/дм3 т 20...40 сек, однако, продолжительное воздействие СВЧ поля до 60 сек. отмечает полный обеззараживающий эффект. При обработке дробленого зерна режимами Руд 300...450 кВт/дм3 т 240..360, при достижении температуры 92-120°С инфекция снизилась. Наиболее эффективное действие СВЧ обеззараживание выявлено на грибы рода Мисог и Pénicillium в этих вариантах, снижение концентрации спор произошло на 99%.

В вариантах при Рул 300 кВт/дм3 т 120сек, наличие спор грибов Мисог и Pénicillium обнаружено на уровне 8-9 КОЕ/г при Ру 450 кВт/дм3т -15 КОЕ/г. Максимальная мощность 600 kBt/amj т 120сек колоний грибов обнаружено не более 9 КОЕ/г, экспозиция 360 сек, обеспечивает полное обеззараживание.

Результаты исследования влияние СВЧ-обработки зерна пшеницы на обсе-мененность грибами рода Pénicillium показывают следующее. В интервале мощность 324 кВ г/дм3 при экспозиции до 40сек. прослеживается обеззараживающий эффект, уровень обсемененности грибом Pénicillium снижается по сравнению с контролем в 1,5 раза при сохранении физико-химических свойств зерна.

Колонии грибов рода Pénicillium, обработанных на максимальной мощности 486 кВт/дм3 и экспозиции 40...80сек. на зерне не обнаружены. Уровень обсемененности снижается в 2 раза при 40...80сек экспозиции Рул 162 кВт/дм3.

Результаты исследований влияние СВЧ-обеззараживания на общее количество микроорганизмов в муке показывают следующее, что общее количество микроорганизмов в контрольном образце находилось в пределах 4263 КОЕ/г. В муке обработанной при Руд 300..400 кВт/дм3 в течении 80 сек общее микробное число составило 400-650 КОЕ/г; при максимальной мощности 600 кВт/дм3 при экспозиции до 80 сек. достигнуто обеззараживание. На интервале до 160 сек и уровне мощности 300...450 кВт/дм3 наблюдается линейное снижение количества микробов муки. Последующее увеличение экспозиции до 240 сек, практически показывает отсутствие общей микробной зараженности на всех промежутках мощности.

Анализ результатов испытаний СВЧ-воздействия на отруби пшеничные показывает, что минимальная зараженность микроорганизмами (общее микробное число) в отрубях пшеничных наблюдается при максимальном времени воздействия равное, 60 сек и во всех диапазонах удельной мощности Руа 300 ..600 кВт/дм3. При мощности Руд 600 кВт/дм3 наблюдается резкое снижение микроорганизмов до уровня предельных концентраций 200 КОЕ/г. При мощности 450 кВт/дм3 и х 40-20 сек, обеззараживание имеет место, и концентрация микроорганизмов остается на уровне 266-1166 КОЕ/г. В вариантах Ру„ 300 кВт/дм общее микробное число остается на высоком уровне в пределах 600-1333 КОЕ/г продукта.

При изучении влияние СВЧ-обработки на общее микробное число в дробленом зерне, выявлено, что контрольный образец имеет 6000-6540 КОЕ/г. Резкое снижение ОМЧ достигнуто при обработке дробленого зерна мощностью 600 кВт/дм3 и времени до 120сек; мощность 300...450 кВт/дм3 и данной экспозиции

обеспечивает не значительное снижение ОМЧ зерна. На периоде обработки 120 ..240 сек, отмечено уменьшение количества микроорганизмов менее 100 КОЕ/г на всех уровнях входной мощности. Дальнейшее увеличение экспозиции до 360 сек наличие обшей микробной зараженности остается на безопасном уровне.

Количество клейковины и ее свойство определяют хлебопекарные свойства муки и качество выпекаемого хлеба. Из полученных результатов видно что температура 90-95°С способствует коагуляции белка, клейковина зерна полностью разрушается Результаты в таблице. При Р-486 кВт/дм1 и экспозиция 60..,80сек наблюдается резкое снижение качества клейковины, поэтому данный режим не возможен для обработки товарного зерна Температура 73°С на режимах Р>д 324 кВт/дм3и т 40.. 60 сек способствует упрочению структуры белка клейковины, показатель упругости изменяется пропорционально времени воздействия. При минимальном уровне мощности 162 кВт/дм1 и времени 40...60сек. показатель упругости остается на уровне контрольного образца, при этом увеличение экспозиции до 80 сек, способствует дальнейшему увеличении упругости, таким образом, сохраняются хлебопекарные свойства зерна.

Оценку качества клейковины муки, ее количество проводили в сравнении с контрольным образцом Мука пшеничная 1 сорта изначально в контрольном варианте имела 30% клейковины, с показателями ИДК 75 ед. ИДК и относилась ко II группе качества удовлетворительная. Кислотность муки 1 сорта - 4градус, что говорит о повышенной кислотности муки. Жесткие режимы, максимальная экспозицию и температура муки достигла 90°С, подтверждают изменение структуры белка. Поэтому содержание клейковины уменьшилось до 29%, также изменился показатель на приборе ИДК - 63 ед. ИДК. Упругость клейковины увеличилась. Титруемая кислотность муки уменьшилась до 2,8 градусов. При нагреве муки уменьшается количество летучих кислот.

При обработке муки мощностьюЗОО. 600 кВт/дм3, где наблюдается температура нагрева до 74°С, также уменьшается процентное содержание клейковины, при этом упруго-эластичные свойства на приборе ИДК-3 находятся в пределах 67-71 ед., т.е. клейковина становится более упругая.

Вариант обработки Р>а 300 .600 кВт/дм т до 80 сек не выявлено уменьшение содержания клейковины Она находится на одном уровне с контролем. Показатель прибора ИДК уменьшается в сравнении с контролем до 61,5 ед. ИДК.

Основным критерием эффективности обеззараживания муки является сохранение хлебопекарных свойств. При экспозиции 160 сек, качественный состав клейковины не изменяется и соответствует контролю во всех трех режимах обработки. При дальнейшем повышении т количество клейковины уменьшается, происходит разрушение белков муки и изменение его структуры Упругость клейковины снижается, что свидетельствует об изменении показателя ИДК клейковины (рис. 5).

При нагревании муки кислотность изменяется линейно повышению температуры, что объясняется улетучиваемостью органических кислот (рис. 6).

Изначально амилолитическая активность контрольной муки пшеничной 1 сорта была установлена 324 ед. ПЧГ1, что характеризует муку как с низкой активностью а-амилазы.

Пробная выпечка контрольного варианта показала, что хлеб получается с бледно-окрашенной корочкой, в связи с низкой активностью амилолитических ферментов. Данные в таблице и рисунке 8. Обнаружено снижение показателя ПЧП, по сравнению с контрольным образцом. Уровень активности амилолитиче-

ских ферментов для муки с положительными показателями качества находится в пределах 300 ед ПЧП. Обработка муки в СВЧ-поле изменяет показатель активности а-амилазы на режимах Руд 450 и 600 кВт/дм3 их 160 сек и составляет 290300 ед. ПЧП.

Анализируя результаты пробных выпечек, отмечается повышение водопо-глотителыюй способности муки. Объемный выход хлеба из муки, обработанной в СВЧ-поле, не уменьшается. Не отмечается также уменьшения пористости мякиша хлеба см. таблицу.

Любое сочетание факторов воздействия на муку вызывает целый спектр эффектов. Целесообразно рассматривать их полную картину, что позволяет судить о сходстве или различии характера реакции. Результаты исследований позволили отметить следующее: Обработка муки при мощности Р..„ =600 кВт/дм3 и 450 кВт/дм3 т=160 сек, показывает максимальный эффект по обеззараживанию и сохранение хлебопекарных свойств. Концентрация спор рода Bacillus находится в пределах 100 спор/г, ОМЧ и Мисог, Ретьй'тт так же снижены до предельно допустимых концентраций

Наиболее значительным изменением, наблюдаемым в результате воздействия высокочастотной обработки муки, является укрепление клейковины, активность ферментов находится практически без изменения. Руд 600 кВт/дм3, активность l.-амилазы находится на уровне 290 ед. ПЧП, что позволило получить хлеб с хорошо развитой пористостью, объем хлеба выше контрольного образца. Исследуя различные режимы обработки хлебопекарной муки, констатируем тот факт, что полного разрушения клейковины не выявлено. На жестких режимах обработки (крайние верхние точки) дают наибольший эффект обеззараживания, но значительно снижают хлебопекарные свойства муки, что впоследствии замедляет процесс приготовления хлеба и требует выполнения отдельных мероприятий по ведению техпроцесса производства хлеба

Сохранение качественных показателей муки и обеззараживающий эффект выявлены при Руд 450 кВт/дм3и т 160 сек.

Таблица

Физико-химические показатели качества зерна _и продуктов его переработки_

Зерно пшеницы Мука пшеничная

<с U. X п ¡4 CQ Кол-во каейко-вины, % Упругость ед ИДК Количество клейковины Упругость, ед ИДК Кислотность муки, град Активность а-ачилазы по прибору ПЧП ; Пористость : готового хлеба, %

1 0 о 29,5 63 2,8 290 66

2 22 55 30 84 3,8 309 71

3 22 54 30 75 3,2 312 71

4 23 50 30 76 3,6 320 66

5 0 0 29,4 72 3,2 315 68

6 24 57 30 76 3,6 290 67

7 0 0 30 67 3,4 291 66

8 24 65 30 71,8 3,4 310 71

9 18 39 30 74 3,8 310 68

10 24 57 30 75 4,0 324 68

- *- 375

« 450 -* 525

—X— 600 20

10 -

80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240

Время обработки, сек Рис 5 В'шянис СВЧ-энер! ии обеззараживания на качество клейковины-ynpyrocib на приборе ИДК-3 (ел/ ИДК) муки пшеничной хлебопекарной 1 copia

о. с

D3 ИЗ Q2 Я2

□ 1. □ 1,

■ С)

во.

,50-4,00 ,00-3,50 ,50-3,00 ,00-2,50 .50-2,00 ,00-1,50 ,50-1,00 ,00-0,50

Время, сек

Удельная мощное ib кВт/дмЗ

Рис 6 Влияние параметров СВЧ- обеззараживания на кислотность муки пшеничной 1 сорта

315 00 310 00 305,00 300 00

Едсницы ПЧП 29000 285 00 280 00 275 00 270 00

Время, сск

Удельная мощность, кВт/дмЗ

■ 310,00-315,00

□ 305,00-110,00 В 300,00-305,00 0295,00-300,00

■ 290.00-295,00

□ 285,00-290,00

□ 280,00-285 00

■ 275,00-280,00 0 270,00-275.00

Рис 8 Влияние парамегров СВЧ-энергии обеззараживания на показатель активности а- амилалы по прибору числа падения муки пшеничной 1 сорта

Оценка качества дробленого зерна и муки пшеничной 1 сорта проводилась пробной выпечке хлеба с добавлением зерна. Мука пшеничная первого сорта и дробленое зерно была обработана по плану эксперимента, расход воды на замес теста каждо1 о варианта рассчитан с учетом фактической влажности муки и зерна и влажности тсста 45%. Рассматривая физико-химические показатели качества зернового хлеба, отмечено что, значительно отличаются по качеству образцы номер 8 и 9.

Структура порисюсти эластичность мякиша значительно выше контрольного образца. Образец хлеба номер 1 имел плотный мякиш, мелкую слаборазвитую пористость. Верхняя корка хлеба утолщенная. Цвет мякиша темнее контрольного образца. Прочие варианты по состоянию мякиша пористости и верхней корке не отличаются от контрольного варианта. Кислотность хлеба всех вариантов обработки находилась в пределах 4 градусов, что соответствует кислотности зерновых сортов хлеба. После термостатирования при температуре 37°С выявлено, что контрольный образец хлеба через 36 часов заболел картофельной болезнью. Через 36 часов термостатирования не выявлено заболевание хлеба «тягучей» болезнью у вариантов 1, 5, 6, 7, 9. Слабый запах картофельной болезни через 36 часов, соответствующий первой степени заболевания, у образцов 4, 8. Степень обсемененности данных образцов составляет соответственно 300-400 спор/г и 200-300 снор/г. Данная концентрация спор в 1 грамме зерна остается достаточно высокой. Для дробленого зерна наиболее эффективными являются режимы Р>л=600 кВт/дм3 и т=360-240 сек и Р>д=450 кВт/дм3 и т=360-240 сек, при этом уменьшается влажность дробленого зерна, что положительно влияет на сро-

ки его хранения Уровень зараженности спорами рода Bacillus и грибов после обрабо1ке на этих режимах позволяет получить дробленое зерно бе ¡опасное для производства хлеба.

Глава 4. Экономическая эффективность обеззараживания продуктов переработки зерна энергией СВЧ-поля

Приведен расчет экономической эффективности обеззараживания зерно-продуктов энергией СВЧ поля Результаты показывают, что при внедрении в технологическом процессе производства муки обработку поверхности зерна СВЧ-энергией позволяет достичь обеззараживающего эффекта и экономически выгодно Чистый дисконтированный доход на 500тонн готовой продукции составляет 2 млн. 160 тыс. рублей.

Выводы

1 Существующие методы очистки зерна и продуктов его переработки 1ехноло-i ический процесс производства муки и хлеба не обеспечивают их полно) о обеззараживания и получение хлебопродуктов свободных ог возбудителей спорообразующих бактерий и грибов.

2 При исследовании установлено, что содержание спор бактерий рода Bacillus в хлебопродуктах варьируется в пределах от 1 ООО до 1700 спор в грамме, что превышает предельно допустимые нормы в 5...8 раз.

3. СВЧ-обеззараживанис зерна пшеницы и сохранение его хлебопекарных свойств наблюдается при Pyj 162...324 кВт/дм3 и т 40...60 секунд.

4. Для обеззараживания муки хлебопекарной пшеничной наблюдается эффект при РуЛ 450 .600 кВт/дм и т 160 секунд. Максимальные режимы обработки упрочняют упругие свойства клейковины, поэтому рекомендуются для обработки муки со слабой клейковиной с целью улучшения ее качества. СВЧ-обработка муки с показателями качества на уровне II группы упрочняет клейковину муки до уровня I группы.

5. СВЧ обработка дробленого зерна из мягкой пшеницы для диетических сортов хлеба при т 120..80 сек РУ1 450.. 600 кВт/дм3 является губительной для спор рода Bacillus, спор грибов, общее микробное число.

6. Экономический доход от применения метода СВЧ-обработки составляет 1200 тыс. рублей в год, в связи с уменьшением потерь при переработке зерна, сильно заспоренной картофельной палочкой, потерь при хранении готового хлеба и повышения уровня рентабельности производства.

7. Использование ЭМП СВЧ в технологии переработки продуктов из зерна позволяет получить экологически чистое сырье и готовую продукцию лечебно-профилактического назначения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Коман O.A. и др Патент №2088090 «Состав геста для производства хлеба» Заявка № 95102814. Зарегистрировано 27.08 1997г.

2. Коман O.A. и др. Патент № 2088094 «Состав теста для приготовления торта» Заявка № 95102814. Зарегистрировано 27 08.1997i.

3 Коман О.А Цугленок В.Н.. Современные методы обеззараживания хлебных изделий Ч Вестник Красноярского госуниверсшета. Спец. выпуск,-Красноярск, 2002, С. 38-39.

4. Коман О.А, Юсупова Г.Г., Цугленок Г.И Использование СВЧ-энергии при разработке диетических сортов хлеба // Экономика и социум на рубеже веков: Материалы научно-практич конф-ции Челябинск, 2003. С. 100-104

5. Коман O.A.. Цупюнок Н.В . Юсупова Г Г Берестов А.П., Эколо! ически чистый метод предупреждения картофельной болезни хлеба // Федеральные и рииональные аспекты в области здорового питания: Материалы Междун. симпозиума. Кемерово, 2002, С. 89-91

6 Коман О.А. ЦугленокГ.И., Юсупова Г I ., Ьерестов А.П. Цуыенок В.Н.. Использование СВЧ-энергия при разработке технологии диетических сортов хлебаУ/ Федеральные и региональные аспекты в области здорового питания: Материалы Междун. симпозиума. Кемерово, 2002, С 91-93.

7 Коман O.A., Юсупова Г.Г., Головина Т.А , Толмачева Т.А. Применение СВЧ-энергии при обеззараживании от споровой бактериальной и грибной микрофлоры // Торгово-экономические проблемы регионального бизнес пространства: Материалы Международной научно-практ. конф.-Т2 // ЮУрГУ, Челябинск, 2003, С. 176-179

8. Коман О.А Юсупова Г.Г., Юсупов Р.Х. Картофельная болезнь хлеба и способы ее предупреждения. // Материалы науч.-технич конференции Ч 3, // ЧГАУ -Челябинск, 2003, С. 216-223.

9. Коман О.А Юсупова Г.Г Юсупов Р.Х.,. Перспективы использования физических методов предупреждения картофельной болезни хлеба. // Материалы научно-технич. конференции Ч.З, // ЧГАУ, Челябинск, 2003, С. 223-230.

10. Коман О.А , Юсупова Г.Г., Цугленок Г.И., Головина 1 А., Толмачева Т.А. Проблемы обеззараживания зерна продуктов его переработки и сырья для хлебобулочного и кондитерского производства // Аграрная наука на рубеже веков// КрасГАУ, Красноярск, 2003, С. 100-101.

11. Коман O.A., Юсупова I .Г., Цугленок В Н. Экономическая эффективность обеззараживания муки от споровых бактерий // Аграрная наука на рубеже веков// КрасГАУ, Красноярск, 2003, С. 100-101.

12. Коман O.A., .Юсупова Г.Г., Цугленок Г.И. Использование СВЧ-энергии при разработке диетических сортов хлеба '/ Механизация и электрификация с.х..-№2-2004, С. 16-17.

Челябинск - 2004

Формат 60x90/16. Объем 1.1 усл. печ. л. Отпечатано на ризографе в Копировальном центре 411 Мякотин, с-во X; Тираж 100 экземпляров, г. Челябинск, пр. Ленина, 57

РНБ Русский фонд

2006-4 4701