ВведениеОдной из проблем современного мираявляются значительные нарушения в структурепитания и дефицит жизненно важных нутриентов.Приоритетная роль питания в поддержанииздоровья населения закреплена распоряжениемПравительства Российской Федерации от 17 апреля2012 г. № 559-р и в Стратегии развития пищевой иперерабатывающей промышленности РоссийскойФедерации на период до 2020 г., где поднят вопрос оболее полном удовлетворении потребности населенияв биологически полноценной и конкурентоспособнойотечественной продукции.Белки являются главным компонентом пищевогорациона и определяют характер питания в целом.Сегодня в мире существует дефицит пищевого белка.Недостаток его в ближайшие десятилетия, вероятно,сохранится. На каждого жителя Земли приходитсяоколо 60 г белка в сутки при норме 75 г. По даннымИнститута питания РАМН, начиная с 1992 г., в Россиипотребление белковых продуктов снизилось на25–35 % и увеличилось потребление углеводсо-держащей пищи (картофеля, хлебопродуктов,макаронных изделий) [1–5].Для приготовления качественных однородныхсыпучих мучных композиций необходимоиспользовать специализированное смесительноеоборудование. На данный момент существуетогромное разнообразие видов и конструкцийсмесителей. Для производства хлебопекарных смесейс повышенным содержанием белка предложеноиспользовать аппарат вибрационного типа, так какон, по сравнению с другими видами оборудования,позволяет получать мучные смеси заданного качествапри соотношении смешиваемых компонентов 1:60,характеризуется относительно низкими материало- иэнергозатратами, простотой конструкции и высокойстепенью надежности [6–9]. Целью представленнойработы является разработка вибрационного смесителянепрерывного действия (СНД) для получения мучныххлебопекарных смесей с повышенным содержаниембелка заданного качества.Объекты и методы исследованияВ лаборатории кафедры технологического про-ектирования пищевых производств Кемеровскогогосударственного университета был разработан виб-рационный СНД для получения сыпучих смесей [10].2 Scientific Research Institute for the Baking Industry,Received: September 16, 2019 26A, Bol’shaya Cherkizovskaya Str., Moscow, 107553, RussiaAccepted: November 15, 2019*е-mail: tanya.kaznacheeva.92@mail.ru© D.M. Borodulin, T.V. Zorina, E.V. Nevskaya, D.V. Sukhorukov, D.K. Cherkashina, 2019Abstract.Introduction. Semi-finished products help food industry enterprises to meet the population’s need for high-quality and nutritiousfoods. Popular semi-products are loose mixes enriched with vitamins, minerals, and biologically active substances. The world iscurrently experiencing a shortage of food protein, and its deficiency is likely to continue in the coming decades. Therefore, loosehigh-protein baking mixes are one of the promising directions of healthy nutrition industry. Multicomponency of such mixes makes itpossible to balance their composition and develop products that have a useful comprehensive effect on the human body and strengthenprotective functions.Study objects and methods. In order to ensure a balanced composition of mixes and high-quality food production, the authors proposea new design of a continuous action vibration mixer. Experimental and industrial tests were carried out as part of a technological linefor production of baking mixes with increased protein content. Trials included idling and serviceability check under load, qualitytests of the obtained high-protein baking mix, as well as vibration and noise level tests. The tests provided the following rationaloperation parameters: amplitude of vibration A = 0.0045 m; angle of vibration β = 45°; frequency of vibration f = 33.33 Hz; numberof revolutions n = 4; diameter of perforations d = 0.007 m. Biological value was determined according to the results of amino-acidanalysis.Results and discussion. The new mixing unit had the average value of the non-uniformity coefficient Vc = 6.86%, which indicated thehigh quality of the obtained high-protein baking mixes. The biological value of the finished food product showed a higher nutritionalvalue than in the control sample.Conclusions. The new vibration type mixing unit made it possible to obtain baking mixes of specified quality at the ratio of mixedcomponents 1:60. This simple but reliable device had relatively low material and energy costs.Keywords. Food mix, bread, protein, mix preparation process, mixer, biological value, amino acidsFunding. The research was funded by the Federal State Autonomous Scientific Institution ‘Scientific Research Institute for theBaking Industry’, Moscow.For citation: Borodulin DM, Zorina TV, Nevskaya EV, Sukhorukov DV, Cherkashina DK. Mixing Unit for Production of FlourBaking Mixes with High Protein Content. Food Processing: Techniques and Technology. 2019;49(4):579–586. (In Russ.).DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2019-4-579-586.581Бородулин Д. М. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 4 С. 579–586Объектом исследования являлась смоделиро-ванная в центре технологий, биохимических и микро-биологических исследований ФГАНУ «Научно-иссле-довательский институт хлебопекарной промышлен-ности» мучная хлебопекарная смесь с высокимсодержанием белка, рецептура которой приведена втаблице 1 [11–15].Рецептура и режим приготовления тестахлебобулочных изделий из мучной хлебопекарнойсмеси с повышенным содержанием белка приведеныв таблице 2.При проведении исследования выявлено,что существенное влияние на производитель-ность смесителя оказывает скорость вибротранспор-тирования смеси по рабочему органу аппарата.Скорость вибротранспортирования зависит отугла β, амплитуды A и частоты f вибрации, атакже от наличия перфорации на рабочем органевибрационного смесителя.Руководствуясь следующей методикой, былаопределена производительность смесительногоагрегата:1. определяли среднюю длину пути перемеще-ния компонентов мучной хлебопекарной смесипо рабочему органу смесительного агрегата последующей формуле:𝑙𝑙ср𝑖𝑖 = 2∙𝜋𝜋∙(𝐷𝐷н+𝐷𝐷вн)4∙cos 𝛾𝛾 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 = 𝑙𝑙ср𝑖𝑖𝑡𝑡л𝑖𝑖𝑆𝑆 = 𝑙𝑙 ∙ 𝑏𝑏 ∙ ℎ 𝑄𝑄 = 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 ∙ 𝑆𝑆(1)где lсрi – средняя длина пути, м;Dн – наружный диаметр рабочего органа, м;Dвн – внутренний диаметр рабочего органа, м;γ – угол наклона винтового рабочего органа;2. устанавливали рациональные параметры ра-боты смесительного агрегата и выводили его настационарный режим;3. вносили частицу-индикатор (подкрашенная кру-пица пищевой соли) в поток мучной хлебопекарнойсмеси с повышенным содержанием белка изамеряли время её прохождения по рабочему органусмесительного агрегата;4. определяли скорость вибротранспортированиямучной хлебопекарной смеси с повышеннымсодержанием белка по рабочему органу смеситель-ного агрегата по формуле:𝑙𝑙ср𝑖𝑖 = 2∙𝜋𝜋∙(𝐷𝐷н+𝐷𝐷вн)4∙cos 𝛾𝛾 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 = 𝑙𝑙ср𝑖𝑖𝑡𝑡л𝑖𝑖𝑆𝑆 = 𝑙𝑙 ∙ 𝑏𝑏 ∙ ℎ 𝑄𝑄 = 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 ∙ 𝑆𝑆(2)𝑙𝑙ср𝑖𝑖 где = 2∙𝜋𝜋∙(𝐷𝐷н+𝐷𝐷вн)4∙cos 𝛾𝛾 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 = 𝑙𝑙ср𝑖𝑖𝑡𝑡л𝑖𝑖𝑆𝑆 = 𝑙𝑙 ∙ 𝑏𝑏 ∙ ℎ 𝑄𝑄 = 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 ∙ 𝑆𝑆– скорость вибротранспортированиямучной хлебопекарной смеси по рабочему органу𝑙𝑙 смесительного агрегата, м/с; ср𝑖𝑖 = 2∙𝜋𝜋∙(𝐷𝐷н+𝐷𝐷вн)4∙cos 𝛾𝛾 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 = 𝑙𝑙ср𝑖𝑖𝑡𝑡л𝑖𝑖𝑆𝑆 = 𝑙𝑙 ∙ 𝑏𝑏 ∙ ℎ 𝑄𝑄 = 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 ∙ 𝑆𝑆– время прохождения частицы-индикатора порабочему органу смесительного агрегата, с;5. определяли площадь поверхности рабочегоорганасмесительного агрегата по формуле:𝑙𝑙ср𝑖𝑖 = 2∙𝜋𝜋∙(𝐷𝐷н+𝐷𝐷вн)4∙cos 𝛾𝛾 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 = 𝑙𝑙ср𝑖𝑖𝑡𝑡л𝑖𝑖𝑆𝑆 = 𝑙𝑙 ∙ 𝑏𝑏 ∙ ℎ 𝑄𝑄 = 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 ∙ 𝑆𝑆(3)где S – площадь поверхности рабочего органасмесительного агрегата, м2;l – длина рабочего органа смесительногоагрегата, м;b – ширина рабочего органа смесительногоагрегата, м;h – высота рабочего органа смесительногоагрегата, м;6. определяли производительность смесительногоагрегата по формуле:𝑙𝑙ср𝑖𝑖 = 2∙𝜋𝜋∙(𝐷𝐷н+𝐷𝐷вн)4∙cos 𝛾𝛾 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 = 𝑙𝑙ср𝑖𝑖𝑡𝑡л𝑖𝑖𝑆𝑆 = 𝑙𝑙 ∙ 𝑏𝑏 ∙ ℎ 𝑄𝑄 = 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 ∙ 𝑆𝑆(4)𝑙𝑙ср𝑖𝑖 где = 2∙𝜋𝜋∙(𝐷𝐷н+𝐷𝐷вн)4∙cos 𝛾𝛾 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 = 𝑙𝑙ср𝑖𝑖𝑡𝑡л𝑖𝑖𝑆𝑆 = 𝑙𝑙 ∙ 𝑏𝑏 ∙ ℎ 𝑄𝑄 = 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 ∙ 𝑆𝑆– производительность смесительного агрега-та, кг/ч.Анализ наблюдений показал, что чем большеамплитуда A и частота f вибрации, тем вышепроизводительность. Рациональные технологическиепараметры работы вибрационного смесителябыли определены в результате проведенияполнофакторного эксперимента с применениемрегрессионного анализа (амплитуда вибрацииА = 0,0045 м, угол вибрации β = 45°, частота вибрацииf = 33,33 Гц, количество витков рабочего органа n = 4,диаметр отверстий перфорации d = 0,007 м) [16, 17].Таблица 1. Рецептура мучной хлебопекарной смесисповышенным содержанием белкаTable 1. Formulation of high protein baking mixНаименование сырья Расход сырья, кгМука пшеничная хлебопекарнаяпервого сорта83,7Соль пищевая 1,3Сахар белый 1,6Кунжутная мука 4,2Изолят сывороточного белка 4,2Изолят соевого белка 4,2Клейковина сухая 0,8Итого: 100,0Таблица 2. Рецептура и режим приготовления тестахлебобулочных изделий из мучной хлебопекарной смесис повышенным содержанием белкаTable 2. Formulation and mode of preparationof dough from the high protein baking mixНаименование сырья Расход сырья (в кг)Мучная хлебопекарная смесьс высоким содержанием белка 100,0Дрожжи хлебопекарныепрессованные 2,0Масло подсолнечноерафинированное дезодорированное 1,7Вода 55,0Влажность, % 42,0Температура начальная, °С 27–30Продолжительность брожения, мин 60Кислотность теста конечная, град 4,0582Borodulin D.M. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 4, pp. 579–586Были проведены опытно-промышленные испы-тания предложенного вибрационного аппарата всоставе технологической линии производства мучныххлебопекарных смесей с повышенным содержаниембелка на базе ФГАНУ НИИХП (г. Москва):– обработка на холостом ходу для определениянормальной работы смесительного агрегата в целом;– проверка работоспособности под нагрузкой;– определение качества получаемой мучной хлебо-пекарной смеси с повышенным содержанием белка;– замеры уровней вибрации и шума.Качество смешивания определялось при помощикоэффициента неоднородности Vc по ключевомукомпоненту (соль пищевая), концентрацию которогоопределяли химическим методом – титрованием[18–20]. Схема технологической линии изображенана рисунке 1.Определяли биологическую ценность порезультатам аминокислотного анализа образцовхлебопекарной смесиСырье соответствовало требованиям действующейнормативной документации, гигиеническим требо-ваниям ГСЭН РФ к качеству и безопасности сырьяи пищевых продуктов (СанПиН 2.3.2.1078-011).Подготовка сырья к производству осуществляласьв соответствии с действующими «Инструкцией попредупреждению попадания посторонних предметовв продукцию» и СП 2.3.4.3258-15 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям попроизводству хлеба, хлебобулочных и кондитерскихизделий»2.Результаты и их обсуждениеПри исследовании работы вибрационногосмесителя непрерывного действия на холостом ходув течение 2 часов установлено:– средства электроснабжения работали без отказов(автотрансформатор).– уровень шума и вибрации находились в пределахустановленных норм безопасности ГОСТ 12.1.003-83.Производительность смесителя при испытаниисоставила 200 кг/ч.Полученные результаты коэффициента неодно-родности ключевого компонента не превышали10 %. Среднее значение составило 6,86 %, чтоявляется правомочным для признания хорошегокачества полученной мучной хлебопекарной смеси сповышенным содержанием белка.Рецептура мучной хлебопекарной смесипредусматривает компоненты с высоким содержа-нием белка, поэтому был проведен анализ егосодержания в белом хлебе, изготовленном поГОСТ 28808-90, и хлебе, полученном из разра-ботанной смеси. В результате анализа приго-товленного хлеба массовая доля белка в испеченномобразце из мучной хлебопекарной смеси составила10,16 %. Это свидетельствует о высоком содержаниибелка в продукте. При учете пищевой ценностилюбого продукта, особенно продукта такойпервостепенной важности, как хлеб, необходимоучитывать не только общее содержание в нем белка,но также и его качественный состав, т. е. содержаниев белке незаменимых аминокислот.Аминокислоты в организме человека в функцио-нальном отношении тесно связаны с пептидами,1 СанПиН 2.3.2.1078-01. Гигиенические требования безопасностии пищевой ценности пищевых продуктов. – М. : Федеральныйцентр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002. – 18 с.2 СП 2.3.4.3258-15. Санитарно-эпидемиологические требованияк организациям по производству хлеба, хлебобулочныхи кондитерских изделий. – М. : Федеральный центрГоссанэпиднадзора Минздрава России, 2015. – 30 с.Рисунок 1. Технологическая схема производства мучнойхлебопекарной смеси с высоким содержанием белка:1 – шнековый дозатор VeltecoDOS для подачи мукипшеничной хлебопекарной первого сорта; 2 – шнековыйдозатор VeltecoDOS для подачи сахара белого;3 – шнековый дозатор VeltecoDOS для подачи кунжутноймуки; 4 – шнековый дозатор VeltecoDOS для подачиизолята сывороточного белка; 5 – шнековый дозаторVeltecoDOS для подачи изолята соевого белка;6 – шнековый дозатор VeltecoDOS для подачи клейковинысухой; 7 – объемный дозатор VeltecoDOS для подачифонового компонента; 8, 9, 10 – ленточные конвейерыдля подачи фонового компонента; 11 – порционныйдозатор для подачи ключевого компонента (соль);12 – ленточный конвейер для подачи ключевогокомпонента; 13 – вибрационный СНД; 14 – ленточныйконвейер для выхода готового продуктаFigure 1. Process chart for the production of the high protein bakingmix: 1 – VeltecoDOS screw feeder for first grade wheat flour;2 – VeltecoDOS screw feeder for white sugar; 3 – VeltecoDOS screwfeeder for sesame flour; 4 – VeltecoDOS screw feeder for whey proteinisolate; 5 – VeltecoDOS screw feeder for soy protein isolate;6 – VeltecoDOS screw feeder for dry gluten; 7 – VeltecoDOSvolumetric feeder for background component; 8, 9, 10 – belt conveyorsfor feeding the background component; 11 – portioned feeder for thekey component (salt); 12 – belt conveyor for the key component;13 – vibration CM; 14 – belt conveyor for the outputof the finished product583Бородулин Д. М. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 4 С. 579–586обладающими гормональной активностью, анальгети-ческим эффектом, регулирующими пищеварительныепроцессы, тонус сосудов и артериальное давление,осуществляющих регулирование аппетита, прини-мающими участие в регулировании высшей нервнойдеятельности и в работе иммунной системы.Незаменимые аминокислоты не синтезируются ворганизме человека, но необходимы для нормальнойжизнедеятельности человека. Отсутствие дажеодной из них ведет к отрицательному азотистомубалансу, нарушению пищеварения, развитиюжировой дистрофии печени и другим нарушениям,которые несовместимы с жизнью. Незаменимымиаминокислотами являются валин, лейцин, изолейцин,лизин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан.Все эти аминокислоты человек получает толькос пищей. Для нормального питания необходимоопределенное количество незаменимых и заменимыхаминокислот. Незаменимые аминокислоты в сумме(с учетом также цистина и тирозина) должнысоставлять примерно 36 % от суммы аминокислот впитании взрослых.Для определения качественного состава белка впродукте изучили биологическую ценность пробныхпартий хлеба из предлагаемой мучной смеси. Приопределении биологической ценности в качествеконтрольного образца был взят хлеб, приготовленныйиз муки высшего сорта без добавок. Аминокислотныйсостав контрольного хлеба и хлеба из мучнойхлебопекарной смеси с высоким содержанием белкапредставлены в таблицах 3 и 4.Сравнительный аминокислотный анализ пред-ставлен на рисунке 2.По сравнению с контрольным образцом в хлебе,приготовленном из мучной хлебопекарной смеси,Таблица 3. Аминокислотный состав контрольного хлебаTable 3. Amino acid composition of the control bread sampleНаименованиеаминокислотЭталонбелка поФАО/ВОЗ,мг/1 г белкаХлеб пше-ничный измуки в/с,мг/1 г белкаАминокис-лотныйскор, %Изолейцин 40,0 42,5 106,2Лейцин 70,0 77,9 111,3Валин 50,0 46,1 92,2Лизин 55,0 26,5 48,2Метионин +цистин35,0 34,0 97,1Фенилаланин +тирозин60,0 73,6 122,7Треонин 40,0 31,1 77,7Триптофан 10,0 9,8 98,0Сумманезаменимыхаминокислот(НАК)360,0 341,5Таблица 4. Аминокислотный состав хлеба из мучнойхлебопекарной смеси с повышенным содержанием белкаTable 4. Amino acid composition of bread fromthe high protein baking mixНаименованиеаминокислотЭталонбелка поФАО/ВОЗ,мг/1 гбелкаХлеб из мучнойхлебопекарнойсмеси с высо-ким содержа-нием белка,мг/1 г белкаАминокис-лотныйскор, %Изолейцин 40,0 62,0 155,0Лейцин 70,0 108,3 154,7Валин 50,0 62,0 124,0Лизин 55,0 46,2 84,0Метионин +цистин35,0 24,6 70,3Фенилаланин +тирозин60,0 85,6 142,7Треонин 40,0 50,2 125,5Триптофан 10,0 15,7 157,0Сумма НАК 360,0 454,6Рисунок 2. Сравнительный аминокислотный анализFigure 2. Comparative amino acid analysis𝑙𝑙ср𝑖𝑖 = 4∙cos 𝛾𝛾 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 = 𝑡𝑡л𝑖𝑖𝑆𝑆 = 𝑙𝑙 ∙ 𝑏𝑏 ∙ ℎ 𝑄𝑄 = 𝜈𝜈ср𝑖𝑖 ∙ 𝑆𝑆106,2 111,392,248,297,1122,777,798155 154,71248470,3142,7125,515704080120160Изолейцин Лейцин Валин Лизин Метионин +цистинФенилаланин +тирозинТреонин ТриптофанХлеб пшеничный из муки в/с Хлеб из мучной хлебопекарной смеси с высоким содержанием белка584Borodulin D.M. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 4, pp. 579–586аминокислотный скор изолейцина увеличился на46,0 %, лейцина – на 39,0 %, валина – на 34,0 %,лизина – на 74 %, фенилаланина + тирозина – на16,0 %. Лимитирующими аминокислотами в хлебепшеничном из муки высшего сорта являются валин,лизин, метионин + цистин, треонин и триптофан.Лимитирующими аминокислотами в хлебе с высокимсодержанием белка являются лизин и метионин +цистин.ВыводыДля получения высококачественной мучнойхлебопекарной смеси с высоким содержанием белкаразработана конструкция вибрационного СНД.С целью определения его работоспособности ибезопасности проведены опытно-промышленныеиспытания в составе технологической линиипроизводства мучных высокобелковых хлебо-пекарных смесей на базе ФГАНУ «Научно-исследовательского института хлебопекарнойпромышленности» (г. Москва). Испытания показали,что конструкция и основные технологическиепараметры работы вибрационного СНД обеспечиваютполучение качественной мучной хлебопекарнойсмеси с повышенным содержанием белка.В результате проведенных исследованийна предложенной конструкции вибрационногосмесителя, входящего в состав смесительногоагрегата, получили 2 образца хлеба. Аминокислотныйанализ этих образцов показал, что в образце хлебаиз предложенной мучной хлебопекарной смесисодержание незаменимых аминокислот (454,6 мг/1 гбелка) выросло, по сравнению с контрольнымобразцом (341,5 мг/1 г белка), на 33 %. Это свиде-тельствует о повышении биологической цен-ности продукта.Критерии авторстваД. М. Бородулин руководил проектом, корректи-ровал статью до подачи в редакцию. Т. В. Зоринанаписала рукопись. Е. В. Невская консультировалав ходе исследования, корректировал статью доподачи в редакцию. Д. В. Сухоруков проводилэкспериментальные исследования, корректировалстатью до подачи в редакцию. Д. К. Черкашинапроводила экспериментальные исследования.Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.ContributionD.M. Borodulin managed the project and proofreadthe text before submission. T.V. Zorina wrote themanuscript. E.V. Nevskaya was the project consultantand proofread the article. D.V. Sukhorukov conductedthe experimental research and proofread the article.D.K. Cherkashin conducted the experimental studies.Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.