Глубокая переработка зерна: методы и оборудование для контроля качества

Глубокая переработка зерна — ключевой путь к получению товаров с высокой добавленной ценностью. Это алгоритм получения веществ и компонентов из зерна, которые используются как независимый продукт, а также для получения других продуктов.

Цель глубокой переработки зерна — извлечение ценных компонентов из кукурузы, пшеницы, ржи, риса и других культур. Зерно является богатым источником различных химических соединений.

К ним относятся:

• углеводы — прежде всего крахмал, как основной компонент, сахара, клетчатка;
• белки — глютен в пшенице, ценные аминокислоты;
• липиды (жиры) из зародышей зерен;
• витамины и минералы из зародышей и оболочек;
• биоактивные соединения — фенольные кислоты, фитостеролы, антиоксиданты.

Эти выделенные компоненты могут быть использованы:

• как самостоятельные продукты, например, чистый пищевой крахмал, пшеничный глютен, растительные масла, витаминные концентраты;
• как сырье для дальнейшей переработки при производстве аминокислот, ферментов, биополимеров (биопластики), биотоплива (этанол), функциональных пищевых ингредиентов, фармацевтических субстанций.

Преимущества глубокой переработки зерна — это прежде всего экономическая выгода, так как продукты с высокой степенью переработки стоят значительно дороже, чем исходное зерно. Диверсификация производства позволяет создавать широкий ассортимент продукции для различных отраслей: пищевой, кормовой, химической, фармацевтической, энергетической. Ключевым фактором является повышение эффективности использования ресурсов, основанное на максимальном извлечении всех ценных фракций из зерна, минимизации отходов.

Глубокая переработка зерна позволяет создавать инновационные продукты, новые материалы и ингредиенты с улучшенными свойствами. Все эти факторы важны для целей импортозамещения, то есть возможности производства критически важных компонентов внутри страны. Этот подход играет все более важную роль в современном агропромышленном комплексе, позволяя зерну стать не просто базовым сырьем, а источником ценных компонентов для множества отраслей.

Какие же технологии применяют при глубокой переработке зерна?

Процесс основан на физическом, химическом или ферментативном расщеплении.

Технология основана на следующих этапах (см. Рис.1).

• Подготовительный этап — основа успеха — включающий в себя:
• транспортировку и очистку, которые критически важны для удаления посторонних примесей (земли, камней, семян сорных растений, других культур), негативно влияющих на дальнейшую переработку и качество конечного продукта;
• гидротермическую обработку, признанную одним из ключевых моментов, так как влажность и температура влияют на структуру зерна, делая его более податливым для последующих операций. Увлажнение позволяет размягчить зерновую оболочку и снизить энергозатраты при помоле. Пропаривание инактивирует ферменты, улучшает структуру крахмала и белков, облегчает отделение зародыша в случае кукурузы. Сушка и охлаждение необходимы для стабилизации влажности и предотвращения порчи зерна, а также для подготовки к последующему дроблению. Фракционирование и сортировка обеспечивают разделение зерна на крупные фракции и уже на этом этапе оптимизируют дальнейшую переработку.
• Дробление и помол обусловливают механическое разделение:
• представляют собой физическое воздействие, которое приводит к разрушению структуры зерна;
• так, крупы получают путем дробления с последующим отделением оболочек;
• муку получают путем тонкого помола всей зерновой массы или отдельных её частей;
• комбикорма производятся из отходов или побочных продуктов глубокой переработки.
• Извлечение химических компонентов — это сердце глубокой переработки, на этом этапе происходит:
• сепарация конкретных веществ;
• экстракция жиров из зародыша;
• извлечение витаминов и минералов;
• выделение крахмала при переработке кукурузы, пшеницы, картофеля. Крахмал затем может быть модифицирован для получения различных продуктов (высокофруктозный кукурузный сироп, модифицированные крахмалы для пищевой промышленности);
• выделение глютена из пшеницы, ценного своими функциональными свойствами для хлебопечения;
• ферментативное расщепление (гидролиз) крахмала до глюкозы, фруктозы или расщепление белков до аминокислот.

Универсальность сырья

Любое зерно может служить сырьем. Важно лишь выбрать оптимальный тип зерна для получения конкретного компонента:

• пшеница отлично подходит для получения глютена высокого качества;
• кукуруза широко используется для производства крахмала, кукурузного масла, а также для получения этанола;
• ячмень, овес, рожь, ценны своими уникальными белковыми компонентами и клетчаткой, а также могут быть источниками специализированных масел и биоактивных веществ;
• тритикале, представляя собой гибрид пшеницы и ржи, обладает свойствами обоих родителей и может быть использован для получения разнообразных продуктов.

Таким образом, глубокая переработка зерна — это сложный, многостадийный процесс, который позволяет получить максимальную пользу из такого ценного природного сырья, как зерно, трансформируя его в широкий спектр высокомаржинальных продуктов.

Рис.1. Схемы технологий глубокой переработки зерна.

• Крахмал:
• в целлюлозно-бумажной промышленности крахмал является важным связующим и удерживающим агентом при производстве бумаги и картона, увеличивая прочность и гладкость, улучшая печатные свойства бумаги;
• в пищевой промышленности крахмал — основа для производства муки, панировочных сухарей, загустителей;
• в производстве биоразлагаемых материалов крахмал служит основой для создания биопластиков и пленок.
• Глюкоза:
• лимонная кислота используется не только в порошках, но и как регулятор кислотности в косметике. Янтарная кислота находит применение в фармацевтике как антиоксидант, средство для детоксикации и в производстве полимеров;
• глюкоза является прекурсором для получения молочной, фумаровой, уксусной и других кислот, которые широко используются в различных отраслях;
• в пищевой промышленности глюкоза и продукты ее дальнейшей переработки (например, сиропы) являются одними из основных подсластителей.
• Аминокислоты:
• животноводство — основной рынок для промышленного производства аминокислот, таких как метионин, L-лизин, треонин, триптофан. Они действительно являются критически важными для сбалансированного кормления, снижая потребность в белковом сырье и повышая эффективность производства мяса, молока, яиц;
• в пищевой промышленности некоторые аминокислоты используются как усилители вкуса (глутаминовая кислота) или как пищевые добавки;
• в фармацевтике и спортивном питании аминокислоты входят в состав многих лекарственных препаратов и БАДов.
• Ферменты:
• в крахмало-паточной промышленности амилазы и глюкоамилазы — главные игроки в процессе гидролиза крахмала;
• в спиртовой промышленности ферменты необходимы для осахаривания крахмалистого сырья перед стадией ферментации;
• в текстильной промышленности ферменты используются для обработки тканей, например, декстринизация крахмала при шлихтовании;
• в пивоварении амилазы помогают расщеплять крахмал в солоде;
• при производстве органических кислот ферментативный гидролиз является одним из ключевых методов;
• в производстве хлебобулочных изделий ферменты улучшают качество теста и хлеба.
• Биоэтанол:
• биоэтанол используется как альтернативное топливо и как добавка к бензину, снижая выбросы вредных веществ и зависимость от ископаемого топлива;
• биоэтанол также может быть сырьем для производства этилена, уксусной кислоты и других химикатов.

К этому списку также можно добавить солодовый экстракт из ячменя, который используется в пивной промышленности или кукурузное масло, являющееся ценным пищевым продуктом. Все это очевидно подтверждает, что глубокая переработка зерна — не просто получение сырья, а создание широкого диапазона высокотехнологичных продуктов.

Контроль качества в технологическом процессе глубокой переработки зерна включает использование специального оборудования, а также рассмотрим методы оценки параметров зерна и продуктов его переработки.

Методы анализа для мониторинга качества

Основные методы контроля качества при глубокой переработке зерна включают:

• физико-химический анализ содержания белка, влажности, крахмала, золы, засоренности, стекловидности, абсолютного веса, клейковины, натурной массы, заражённости вредителями и болезнями:
• для определения влажности (выражаемое в % от массы зерна), используют, сушильные шкафы, влагомеры, ИК-анализаторы;
• измерение стекловидности осуществляется методом оценки структуры эндосперма, которая характеризует степень его твёрдости и связи между белками и крахмальными зёрнами. Стекловидность измеряют диафаноскопом или изучают срезы зёрен;
• для определения числа падения — показателя активности фермента альфа-амилазы — используют анализатор Alphatec FNo, Foss (см. Рис.3). Активность измеряется в секундах (активность фермента тем выше, чем ниже число падения);
• экспресс-методы позволяют оперативно оценивать параметры с помощью портативных устройств, тест-систем и мобильных лабораторий:
• портативные ИК-спектрометры — позволяют проводить комплексный анализ качества зерна, определяя не только основные показатели, но и содержание крахмала, зольность и другие параметры;
• экспресс-анализаторы микотоксинов — позволяют в течение нескольких минут определить наличие опасных токсинов, вырабатываемых плесневыми грибами;
• глютоматики автоматические предназначены для быстрой оценки качества и количества клейковины.
• фрактографический анализ призван учитывать не только размеры частиц помола, но и их форму и цвет размолотого зерна для оценки соотношения фракций (компонентов эндосперма, зерновки, оболочек, зародыша).

Оборудование контроля качества в процессе глубокой переработки зерна:

• пробоотборники, в том числе ручные многоуровневые для отбора проб одновременно на нескольких уровнях;
• лабораторные мельницы для подготовки зерна к анализу;
• лабораторные прессы для подготовки зерна к экстракции масла;
• тестомесилки для замешивания теста из молотого зерна и муки для определения качества и количества и клейковины;
• диафаноскопы для анализа стекловидности зерна по его оптическим свойствам;
• сушильные шкафы для просушки зерна с целью определения влажности;
• белизномеры для оценки белизны зерна, что важно при определении сортности зерна.

Многопараметрические приборы и оборудование для контроля качества при глубокой переработке зерна:

• анализатор зерна, муки и масличных Инфратек, Foss (см. Рис.2);
• анализатор зерна, муки, комбикормов, побочных продуктов переработки NIRS DS3, Foss (см. Рис.4);
• ИК-анализатор универсальный DA 7250, Perten (см. Рис.5).

Рис.2. Основной измерительный прибор для зерна Infratec, Foss

Рис.3. Анализатор числа падения Alphatec FNo, Foss

Рис.4. NIRS DS3 Анализатор зерна, муки, комбикормов, побочных продуктов переработки растительного происхождения, высокопротеиновых смесей

Рис.5. ИК-анализатор универсальный DA 7250, Perten (см. Рис.6)

Нормативная база

Контроль качества для глубокой переработки зерна регламентируется стандартами:

• постановление Правительства РФ от 30.06.2021 №1079 — устанавливает порядок федерального государственного контроля (надзора) в области обеспечения качества и безопасности зерна и продуктов его переработки. Контроль осуществляется Федеральной службой по ветеринарному и фитосанитарному надзору;
• ГОСТ ISO 21415-2-2019 — регламентирует определение содержания клейковины, включая количество глютена и глютеновый индекс;
• ГОСТ 71910-2024 — стандарт «Глубокая переработка зерна», который вводит термины и определения, классифицирует продукты переработки по их составу и происхождению, описывает методы переработки (физические, химические, ферментативные и микробиологические).

См. также:

Ниже вы можете задать вопрос или оставить запрос в свободной форме: