UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI DIN IAI FACULTATEA DE INGINERIE CHIMIC I PROTECIA MEDIULUI

Procese moderne de valorificare a subproduselor din industria laptelui. Evaluarea impactului tehnic si ecologic Tez de doctorat

REZUMAT

Conductor tiinific, Prof. dr. ing. Domnica CIOBANU

Ing. Luminia IFREA (GROSU)

IASI ~2011~

2

UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI DIN IAI FACULTATEA DE INGINERIE CHIMIC I PROTECIA MEDIULUI

Rezumatul tezei de doctorat Procese moderne de valorificare a subproduselor din industria laptelui. Evaluarea impactului tehnic si ecologic

Conductor tiinific, Prof. dr. ing. Domnica CIOBANU

Ing. Luminia IFREA (GROSU)

3

CUPRINSPartea I a SINTEZ DOCUMENTAR A TEZEI DE DOCTORAT Procese moderne de valorificare a subproduselor din industria laptelui. Evaluarea impactului tehnic i ecologic Introducere 7 1. Laptele, produsele lactate i subprodusele rezultate de la procesarea laptelui .. 10 1.1. Compoziia chimic, structura i proprietile laptelui crud ..... 11 2. Valorificarea subproduselor din industria laptelui - Stadiul actual ... 18 2.1. Zerul .. 21 2.1.1. Compoziia chimic a zerului . 22 2.1.2. Caracteristici fizico-chimice ... 23 2.1.3. Caracteristici microbiologice .. 24 2.1.4. Defectele zerului . 24 2.2. Valorificarea zerului integral 25 2.2.1 Obinerea de produse concentrate din zer ... 25 2.2.1.1. Zerul concentrat .. 27 2.2.1.2. Zerul praf 28 2.2.2. Produse obinute prin hidroliza zerului ... 28 2.2.3. Produse de tip jeleu din zer . 31 2.2.4. Smntna obinut din zer .. 31 2.2.5. Brnzeturi obinute din zer . 31 2.2.6. Utilizarea zerului n panificaie .. 33 2.2.7. Obinerea de buturi fermentate pe baz de zer .. 35 2.2.8. Obinerea de biomas din zer . 38 2.2.9. Obinerea de biogaz din zer 41 2.2.10. Utilizarea zerului i a produselor din zer pentru furajarea animalelor ... 43 2.2.11. Zerul ca fertilizant .. 47 2.3. Valorificarea componentelor din zer . 48 2.3.1. Componente proteice din zer .. 48 2.3.1.1. Separarea proteinelor prin precipitare 49 2.3.1.2. Separarea proteinelor prin ultrafiltrare ... 53 2.3.1.3. Separarea proteinelor prin gelfiltrare .. 57 2.3.2. Obinerea lactozei din zer ... 63 2.3.3. Metabolii obinui prin fermentarea zerului ... 66 2.3.3.1. Alcool etilic 67 2.3.3.2. Butanol-Aceton . 67 2.3.3.3. Aceton-Alcool etilic .. 67 2.3.3.4. Acid lactic ... 68 2.3.3.5. Metan ...... 68 2.3.3.6. Acid acetic ...... 68 69 2.3.3.7. Biosinteza vitaminei B2 .. 2.3.3.8. Obinerea vitaminei B12 .. 70 2.4. Procese adiionale n valorificarea zerului 71 4

3.

Demineralizarea zerului .. 2.4.1.1. Demineralizarea prin schimb ionic . 2.4.1.2. Demineralizarea prin electrodializ 2.4.1.3. Domenii de utilizare a zerului demineralizat .. 2.4.2. Concentrarea zerului prin osmoz invers .. 2.4.2.1. Variante de concentrare a zerului prin osmoz invers 2.4.2.2. Domenii de utilizare a zerului concentrat prin osmoz invers .... 2.5. Zara 2.6. Valorificarea zarei . 2.6.1. Grsimea din zar ... 2.6.2. Zar pentru consum direct .. 2.6.3. Zar concentrat .. 2.6.4. Zar praf .. 2.6.4.1. Zar praf proteinizat .. 2.6.4.2. Zar praf fermentat ... 2.6.4.3. Zar dulce uscat..... 2.6.4.4. Zar acid uscat . 2.6.4.5. Utilizrile zarei praf 2.6.4.5.1. Utilizri n panificaie .. 2.6.4.5.2. Utilizri n industria laptelui 2.6.4.5.3. Utilizri n industria produselor zaharoase .. 2.6.5. Buturi din zar ... 2.6.6. Produse fermentate din zar 2.6.7. Brnzeturi din zar .. Aspecte de mediu ..... ... 3.1. Introducere 3.2. Surse de ape uzate . 3.3. Apele uzate de la prelucrarea laptelui ... 3.3.1. Armonizarea cu normele europene .

2.4.1.

71 71 72 76 78 78 80 81 82 83 85 86 86 87 87 87 89 89 90 92 92 92 93 94 96 96 99 102 103

Partea a II - a LUCRRI DE CERCETARE Procese moderne de valorificare a subproduselor din industria laptelui. Evaluarea impactului tehnic i ecologic Introducere ........... 4. Cercetri privind utilizarea zerului i zarei n obinerea produselor de panificaie pe baz de tr de gru, ovz, orz i fin de soia . Partea experimental .. 4.1. Materiale i metode ... 4.1.1. Materiale ... . 4.1.2. Metode de determinare utilizate ..... 4.1.3. Aparatur i instalaii utilizate n experimentri . 4.2. Metode de analiz . 4.2.1 Determinarea caracteristicilor reologice ale aluaturilor...... 4.2.2. Determinarea volumului pinii ... 4.2.3. Determinarea porozitii miezului ...... 4.2.4. Determinarea elasticitii miezului ..... 4.2.5. Determinarea aciditii pentru aluaturi ....... 5

109 111 115 115 115 115 116 119 119 120 120 120 120

4.2.6. Determinarea aciditii pentru zer i zar ....... 4.2.7. Determinarea umiditii ...... 4.2.8. Determinarea densitii pentru zer i zar .. 4.2.9. Determinarea coninutului de materie gras din zer i zar .... 4.2.10. Determinarea substanei uscate totale din zer i zar . 4.3. Modele de optimizare de tip factorial ... 4.4. Rezultate experimentale .. . 4.4.1. Caracterizarea fizico-chimic a subproduselor zer i zar . 4.4.1.1. Concluzii 4.4.2. Compoziia sortimentelor fin de gru tip 650, a trei de gru, ovz i orz i a finii de soia .. 4.4.2.1. Calitatea finii de gru tip 650 . .. 4.4.2.2. Calitatea trei de gru, ovz i orz ... 4.4.2.3. Calitatea finii de soia 4.5. Valorificarea zerului i a zarei n tehnologia produselor de panificaie pe baz de fin de gru tip 650 cu adaos de tr de gru, ovz, orz i fin de soia ... 4.5.1. Consideraii teoretice .. 4.5.2. Materiale i metode . 4.5.3. Concluzii . 4.6. Consideraii asupra procesului de obinere a aluatului din fin de gru tip 650 cu adaos de tr de gru, zer i zar ... 4.6.1. Consideraii teoretice ...... 4.6.2. Materiale i metode . 4.6.3. Rezultate i discuii . 4.6.4. Concluzii . 4.7. Consideraii asupra procesului de obinere a aluatului din fin de gru tip 650 cu adaos de tr de ovz, zer i zar ... 4.7.1. Consideraii teoretice ...... 4.7.2. Materiale i metode . 4.7.3. Rezultate i discuii . 4.7.4. Concluzii . 4.8. Consideraii asupra procesului de obinere a aluatului din fin de gru tip 650 cu adaos de tr de orz, zer i zar . 4.8.1. Consideraii teoretice ...... 4.8.2. Materiale i metode . 4.8.3. Rezultate i discuii . 4.8.4. Concluzii . 4.9. Cercetarea comportrii la coacere a produselor de panificaie din fin de gru tip 650 cu amestec de tr de orz, zer i zar 4.9.1. Consideraii generale .. 4.9.2. Materiale i metode . 4.9.3. Rezultate i discuii . 4.9.4. Determinarea valorilor optime ale ecuaiilor de regresi . 4.9.5. Concluzii . 4.10. Contribuii cu privire la influena adaosului de zer i zar asupra proprietilor de prelucrare a aluatului obinut din fin de gru tip 650 cu adaos de fin de soia ... 4.10.1. Consideraii generale ...... 6

121 121 122 122 122 122 123 123 126 127 127 128 130

132 132 135 137 138 138 139 139 144 145 145 146 146 151 153 153 153 155 159 161 161 161 163 165 165

166 166

5.

6.

4.10.2. Materiale i metode . 4.10.3. Rezultate i discuii . 4.10.4. Concluzii . Studiu experimental cu privire la posibilitatea utilizrii zerului integral ca ngrmnt verde pentru culturile de gru, soia i broccoli .. 5.1. Introducere 5.2. Materiale i metode experimentale ... 5.2.1. Selectarea materialului biologic . 5.2.2. Stabilirea condiiilor pentru germinare i urmrirea procesului 5.2.3. Stabilirea condiiilor pentru cultura n ghiveci i transferul seminelor germinate .. 5.2.4. Adugarea zerului i urmrirea vizual a stadiului dezvoltrii culturilor n ghivece 5.2.5. Recoltarea i pregtirea materialului biologic pentru analiz . 5.2.5.1. Extracia cu ajutorul microundelor 5.2.5.2. Dezagregarea cu ajutorul microundelor . 5.2.6. Efectuarea analizelor fizico-chimice .. 5.2.6.1. Metode utilizate n investigaiile biochimice 5.2.6.1.1. Determinarea calitativ i cantitativ a aminoacizilor liberi .. 5.3. Rezultate i discuii ... 5.4. Studiul calitativ i cantitativ al unor grupe de principii active .. 5.5. Concluzii ... Evaluarea impactului tehnic i ecologic 6.1. Factori poluani . 6.2. Procesul tehnologic i formarea apelor uzate 6.3. Caracteristicile apelor uzate i influena lor asupra receptorilor .. 6.4. Procedee, construcii i instalaii de epurare, valorificarea apelor uzate utilizate n industria laptelui .. 6.4.1. Preepurarea apelor uzate de la prelucrarea laptelui 6.4.2. Egalizarea debitelor i preepurarea . 6.4.3. Epurarea mecanic .. 6.4.4. Epurarea biologic .. 6.4.4.1. Fermentarea anaerob 6.4.4.2. Epurarea, biologic aerob 6.4.4.3. Epurarea biologic cu filtre biologice percolatoare ...... 6.4.4.4. Epurarea biologic cu nmol activ 6.4.4.5. anuri de oxidare .. 6.4.4.6. Iazuri de stabilizare facultative anaerob-aerobe 6.4.4.7. Utilizarea apelor uzate la irigaii 6.4.4.8. Electroflotaia 6.4.5. Epurarea prin osmoz invers . 6.5. Scheme tehnologice de epurare-valorificare a apelor uzate i prelucrarea nmolurilor 6.5.1. Evacuarea n reeaua de canalizare oreneasc . 6.5.2. Evacuarea n receptori naturali ... 6.6. Metode de evaluare a impactului ecologic asupra mediului nconjurtor n condiiile utilizrii subproduselor rezultate de la procesarea laptelui ... 6.6.1. Metoda grafic de evaluare a impactului ecologic . 7

167 168 171 173 173 175 176 176 177 177 178 180 181 182 182 182 187 195 198 200 200 201 203 206 206 206 207 208 208 209 210 211 212 212 212 213 213 214 214 215 216 217

6.6.1.1. Impactul produs asupra factorului de mediu AER 6.6.1.2. Impactul produs asupra factorului de mediu AP 6.6.1.3. Impactul produs asupra factorului de mediu SOL . 6.6.1.4. Impactul produs asupra factorului de mediu SNTATE UMAN .. 6.6.2. Metoda indicelui de calitate a mediului .. 6.6.3. Metoda indicelui global de poluare a mediului .. 6.6.3.1. Calitatea aerului . 6.6.3.2. Msurtori de zgomot 6.6.3.3. Calitatea apei . 6.6.3.4. Calitatea solului . 6.6.4. Sntate i securitate n munc i igiena muncii .... 6.6.5. Prevenirea i stingerea incendiilor ..... 6.7. Concluzii i recomandri privind evaluarea impactului asupra mediului . Concluzii generale ... Activitatea tiinific din cadrul tezei de doctorat ... Lista de tabele .. Lista de figuri ... Bibliografie ...

217 218 219 219 220 222 222 223 224 224 226 227 228 229 238 244 247 252

8

INTRODUCERE Omenirea este confruntat cu o important criz a resurselor materiale i energetice, context n care criza alimentar se situeaz n prim plan. n aceast situaie, se impune ca o msur stringent valorificarea n msur ct mai mare a substanelor utile din materiile secundare, din subproduse rezultate n industria alimentar. Din principalele procese tehnologice care se realizeaz n industria laptelui rezult trei produse secundare: laptele degresat - la separarea smntnii din lapte, zerul - la fabricarea brnzeturilor, a cazeinei i a coprecipitatelor proteice, zara - la fabricarea untului. Aceste produse secundare precum i produsele care rezult din prelucrarea industrial a lor pot fi utilizate n alimentaia uman, pentru furajarea animalelor, sau i n diferite scopuri tehnice (industria chimic, industria farmaceutic, industria hrtiei, industria textil). n prezent, pe plan mondial, exist o intens preocupare pentru o valorificare eficient a substanelor utile din subprodusele rezultate n industria laptelui, accentundu-se n special valorificarea lor n alimentaia uman. Progresele realizate n cercetarea tiinific au fcut posibil reevaluarea valorii nutritive a acestor produse. Procedeele tehnologice moderne, neconvenionale, au permis o riguroas i eficient separare a componentelor subproduselor i, n consecin, o mai bun prelucrare, conservare i prezentare. Se apreciaz c n prezent numai 70% din proteinele i lactoza laptelui se regsesc n produsele lactate finite, restul fiind destinate furajrii animalelor, transformate n produse tehnice sau evacuate n apele uzate. Numeroasele metode preconizate n ultima vreme pentru valorificarea zerului, considerat pn nu demult un deeu al industriei laptelui, exprim foarte sugestiv posibilitile aproape nelimitate de utilizare superioar a substanei negrase din lapte. Obiectivele lucrrii Procese moderne de valorificare a subproduselor din industria laptelui. Evaluarea impactului tehnic i ecologic, au avut n vedere o activitate de cercetare care s rezolve problemele complexe impuse pentru depoluarea mediului din industria de procesare a laptelui. Obiectivele propuse s-au concretizat prin: 1. studiu de literatur privind laptele, produsele lactate i subprodusele rezultate de la procesarea laptelui (compoziia chimic, structura i proprietile laptelui crud); 2. studiu de literatur privind valorificarea subproduselor din industria laptelui zerul i zara (compoziie chimic, caracteristici fizico-chimice i microbiologice, valorificare); 3. aspecte de mediu apele uzate de la procesarea laptelui. Parte experimental: 4. studiu privind utilizarea zerului i zarei n obinerea produselor de panificaie pe baz de tr de gru, ovz, orz i fin de soia; 5. studiu privind utilizarea zerului ca ngrmnt verde, pentru culturile de broccoli, gru i soia; 6. evaluarea impactului tehnic i ecologic. Prezentarea coninutului lucrrii n introducere este prezentat coninutul lucrrii i importana temei n contextul prioritilor actuale n ceea ce privete prezentarea calitii subproduselor rezultate de la procesarea laptelui i impactul lor asupra vieii i a mediului. Aceast lucrare este structurat pe dou pri: Partea I. Stadiul actual din literatura de specialitate, cuprinde capitolele 1, 2 i 3. n capitolul 1, Laptele, produsele lactate i subprodusele rezultate de la procesarea 9

laptelui, sunt prezentate generaliti despre lapte ca produs alimentar, importana lui n alimentaie, compoziie chimic, structur i proprieti. n capitolul 2, Valorificarea subproduselor din industria laptelui - Stadiul actual, sunt prezentate subprodusele zer i zar rezultate de la procesarea laptelui, descriere, compoziie chimic, caracteristici fizico-chimice i microbiologice, valorificare. n capitolul 3, Aspecte de mediu, sunt prezentate sursele de ape uzate rezultate de la prelucrarea laptelui i armonizarea cu normele europene n ceea ce privete impactul asupra mediului. Partea a II-a. Cercetri proprii, cuprinde capitolele 4, 5 i 6. Capitolul 4, Studiu privind utilizarea zerului i zarei n obinerea produselor de panificaie pe baz de tr de gru, ovz, orz i fin de soia, este mprit n 10 subcapitole: 4.1. Materiale i metode; 4.2. Metode de analiz; 4.3. Modele de optimizare de tip factorial; 4.4. Rezultate experimentale; 4.5. Valorificarea zerului i a zarei n tehnologia produselor de panificaie pe baz de fin de gru tip 650 cu adaos de tr de gru, ovz, orz i fin de soia; 4.6. Consideraii asupra procesului de obinere a aluatului din fin de gru tip 650 cu adaos de tr de gru, zer i zar; 4.7. Consideraii asupra procesului de obinere a aluatului din fin de gru tip 650 cu adaos de tr de ovz, zer i zar; 4.8. Consideraii asupra procesului de obinere a aluatului din fin de gru tip 650 cu adaos de tr de orz, zer i zar; 4.9. Cercetarea comportrii la coacere a produselor de panificaie din fin de gru tip 650 cu amestec de tr de orz, zer i zar; 4.10. Contribuii cu privire la influena adaosului de zer i zar asupra proprietilor de prelucrare a aluatului obinut din fin de gru tip 650 cu adaos de fin de soia. Capitolul 5, Studiu experimental cu privire la posibilitatea utilizrii zerului integral ca ngrmnt verde pentru culturile de broccoli, gru i soia, din cercetrile efectuate pan n prezent s-a constatat c rspndit pe suprafeele cultivate ca ngrmnt, zerul poate permite mbuntirea fluxului de substane nutritive n plante. Capitolul 6, Evaluarea impactului tehnic i ecologic, pentru evaluarea ciclului de via al produsului finit, se consider necesar identificarea factorilor poluani i impactul acestora asupra mediului nconjurtor. Pentru evaluarea impactului asupra mediului s-au utilizat urmtoarele metode: Metoda grafic; Metoda indicelui de calitate a mediului; Metoda indicelui de poluare. Concluzii generale. Bibliografie. Rezultatele cercetrilor proprii din cadrul tezei de doctorat s-au concretizat n elaborarea a 24 lucrri tiinifice publicate n reviste de specialitate (1 lucrare n reviste cotate ISI i alte 3 date spre publicare, 13 articole publicate n reviste cotate B+ i BDI i 10 lucrri tiinifice comunicate la manifestri tiinifice internaionale i naionale), participarea ca membru n colectivul de cercetare a patru granturi (PAI BRNCUI 14944RB/2006, CERES-4-128/1004, CEEX-109/200 i ECONET 2006-2009).

10

Partea I

STADIUL ACTUAL CAPITOLUL 1. Laptele, produsele lactate i subprodusele rezultate de la procesarea laptelui Laptele i produsele lactate, datorit compoziiei chimice i a gradului ridicat de asimilare, ocup un loc important n alimentaia raional a omului, fiind i una din sursele accesibile de protein de origine animal. Calitile nutritive excelente ale laptelui ca produs alimentar se cunosc din vremuri strvechi. Filosofii antici au numit laptele izvorul sntii, sucul vieii, snge alb, iar fiziologul rus I.P. Pavlov l-a numit hran remarcabil creat de nsi natura. Laptele este unicul produs alimentar natural, care asigur organismul tnr cu toate substanele nutritive necesare pentru cretere i dezvoltare. Dintre toate tipurile de lapte, adaptat posibilitilor de digestie i asimilare ale sugarului, este laptele uman, de aceea acesta este considerat drept aliment de prim importan, superior tuturor celorlalte alimente. Laptele de vac i laptele altor specii de animale prezint interes ca produs alimentar, acesta deosebindu-se de cel uman prin coninutul mai mare de substan uscat, inclusiv proteine (cazein) i sruri minerale i mai redus de glucide, -lactoalbumin, imunoglobulin i lactotransferin. n general, prin noiunea de lapte se nelege laptele de vac, dat fiind faptul c acest tip de lapte este utilizat intensiv n toate rile lumii. Avnd n vedere exploatarea cu intensitate redus n producia de lapte a speciilor animaliere diferite de specia bovin, pentru produsele rezultate de la acestea, se folosesc denumirile specifice: lapte de bivoli, lapte de capr, lapte de oaie. Consumul unui litru de lapte acoper necesarul zilnic al unui om matur n lipide, calciu i fosfor, 53% din necesarul de proteine, 35% din necesarul de vitamine A, C, B i 26% din necesarul de energie. Valoarea nutritiv a laptelui i a produselor lactate este condiionat de tipul i structura componentelor chimice, de gradul nalt de asimilare n organism (Jurc, 1998). CAPITOLUL 2. Valorificarea subproduselor din industria laptelui stadiul actual Din principalele procese tehnologice care se realizeaz n industria laptelui rezult trei produse secundare: laptele degresat - la separarea smntnii din lapte, zara - la fabricarea untului; zerul - la fabricarea brnzeturilor, a cazeinei i a coprecipitatelor proteice. n prezent, pe plan mondial, exist o intens preocupare pentru o mai eficient utilizare a substanelor utile din subprodusele rezultate n industria laptelui, accentundu-se n special valorificarea lor n alimentaia uman. Progresele realizate n cercetarea tiinific au fcut posibil reevaluarea valorii nutritive a acestor produse. Procedeele tehnologice moderne, neconvenionale, au permis o mai riguroas i eficient separare a componentelor subproduselor i, n consecin, o mai bun prelucrare, conservare i prezentare. Se apreciaz c n prezent numai 70% din proteinele i lactoza laptelui se regsesc n produsele lactate finite, restul fiind destinate furajrii animalelor, transformate n produse tehnice sau evacuate n apele uzate. 11

Pasteurizare

LAPTE

Alte metode de sterilizare

Normalizare + omogenizare

Lapte normal Lapte smntnit

Lapte termosterilizat Lapte uperizat Lapte crud bactofugat Lapte crud microfiltrat

Insmnare Fermentaie controlat Produse acide Smntn fermentat Filtrare

Smntn dulce

Iaurturi Chefir

Deshidratare Lapte concentrat Lapte concentrat dulce Uscare

Alte produse dietetice Batere

ZERFierbere

ZAR UNTSrare

LAPTE PRAFUnt srat

URD Brnzeturi proaspete

Srare

Maturare

Oprire

BRNZETURI SUPERIOARETopire

BRNZETURI TOPITEFigura 2.1. Cile moderne de valorificare superioar a laptelui (Azzouz, 2002)

O prelucrare economic a zerului este posibil numai n condiiile existenei unui sistem de colectare centralizat pentru zerul lichid i parial concentrat, astfel nct s se trateze cantiti de zer importante n instalaiile de concentrare, uscare sau fracionare. Prin rezolvarea unor probleme tehnice i tehnologice, a crescut mult producia de zer fracionat sub form concentrat sau praf. n prezent, se obine zer acid, nehigroscopic, foarte dispersabil, cu multiple utilizri n industria alimentar, (Guzun et al., 2001). 12

CAPITOLUL 3. Aspecte de mediu 3.1. Introducere Apa, aerul i solul sunt resursele de mediu cele mai vulnerabile, dar i cel mai frecvent supuse agresiunii factorilor poluani, avnd consecine directe i grave nu numai asupra calitii mediului ambiant, dar i asupra sntii oamenilor i a altor vieuitoare. Cei mai frecveni factori ai polurii mediului nconjurtor provin din industrie, transporturi, agricultur. Prevenirea polurii, ca factor major de protejare i conservare a resurselor naturale regenerabile i implicit a mediului nconjurtor, se poate realiza prin utilizarea celor mai adecvate materiale, tehnici, tehnologii i practici care s conduc la eliminarea sau mcar la reducerea acumulrii deeurilor sau a altor factori poluani. De asemenea, prevenirea polurii este posibil prin limitarea transferului realizat de factorii poluani dintr-o zon n alta i printr-o gestionare corect a deeurilor, astfel nct agenii poluani afereni s nu afecteze calitatea mediului nconjurtor. Prevenirea polurii reprezint cerina expres impus de o supravieuire normal. Aceste procese i ndeosebi cel de levigare se produc n toate solurile din ara noastr afectnd toate culturile cu un accent intensiv n solurile nisipoase i/sau n solurile irigate reprezentative fiind redate n figura 3.1. (Cod de bune practici agricole, 2002). 3.2. Surse de ape uzate Ape uzate sunt apele de suprafa sau subterane care printr-o utilizare neraional sau o impurificare cu ageni poluani i-au modificat proprietile iniiale, consecina fiind evident; rezult c orice reintroducere a apelor uzate n circuitul natural conduce la impurificarea acestuia. Agenii impurificatori sau poluanii sunt reprezentai de un complex de amestecuri de materii minerale i organice dizolvate, n suspensie, precum i de organisme vii sau ageni patogene. Forme sub care se gsete azotul n apele uzate Azotul este unul dintre elementele chimice prezent n toate cele patru componente principale ce formeaz biosfera: atmosfera, hidrosfera, crusta terestr i esuturile organismelor vii sau moarte. Fiecare component al biosferei conine azot sub diverse forme. Azotul n mediul nconjurtor exist sub mai multe forme, funcie de structura chimic i de starea de oxidare n care se poate gsi. Astfel, dup natura sa, azotul poate fi organic sau anorganic. Azotul anorganic, funcie de starea de oxidare n care se poate gsi, poate exista n una din formele menionate n tabelul 3.1. (Normativ, NP 107-04, 2005).Tabelul 3.1.

Forme de existen a azotului anorganic (Normativ, 2005) Compus Simbol Amoniac NH3 Ion de amoniu NH4+ Azot elementar N2 Ion azotit NO2Ion azotat NO3-

13

N2 NH3 PRECIPITAII

N2 N2O

Exportul N cu recolta

DENITRIFICARE Nutriia uman i animal Produi excretori

NGRMINTE

VOLATILIZARE

FIXARE BIOLOGIC N organic n sol -NH-; -CO-NH2; -CH=N-; -CH=N-SDESCOMPUNERE f. dificil dificil rapid

CO(NH2)2; NH4NO3 (NH4)2SO4; CO(NH2)2 HIDROLIZ enzimatic NH4+ NO2NO3-

ncorporarea resturilor IMOBILIZARE NH4+

NITRIFICARE ADSORBIE pe coloizii LEVIGARE

AMONIFICARE

Figura 3.1. Circuitul azotului n ecosistemele agricole, (Cod de bune practici agricole, 2000)

14

3.3. Apele uzate de la prelucrarea laptelui n cadrul procesului de prelucrare a laptelui apa este folosit n scopuri tehnologice, igienice i sanitare. n procesarea laptelui pasteurizat, a untului, a brnzei, a produselor lactate, se permite numai folosirea apei curate, inodore i incolore i ct mai pur din punct de vedere microbiologic. Volumul apelor uzate industriale produse ntr-o fabric de prelucrare a laptelui este n funcie de tipul de produs lactat ce urmeaz a fi prelucrat, de capacitatea de prelucrare, de gradul e reutilizare a apei.3.3.1. Armonizarea cu normele europene

n prezent nu exist reglementri i prevederi exprese ale Uniunii Europene privind epurarea avansat a apelor uzate, cu excepia Directivei nr. 91/271/EEC care impune numai indicatorii de calitate pe care trebuie s-i ndeplineasc, n zonele sensibile, efluenii staiilor de epurare la evacuarea acestora n receptorii naturali.

Partea a II-a

PARTEA DE CERCETARE

Introducere Avnd n vedere rezultatele studiului de literatur i preocuprile colectivului de cercetare din cadrul Departamentului de Inginerie Chimic i Alimentar al Facultii de Inginerie, Universitatea Vasile Alecsandri din Bacu i cu sprijinul acordat de Societatea Comercial Pambac SA i a Societii Almera Internaional, din Bacu, a doua parte a lucrrii vizeaz dezvoltarea a trei direcii de cercetare: Studiu privind utilizarea zerului i zarei n obinerea produselor de panificaie pe baz de tr de gru, ovz, orz, i fin de soia; Studiu privind utilizarea zerului ca ngrmnt verde, pentru culturile de brocoli, gru i soia; Evaluarea impactului tehnic i ecologic . Introducerea trei de gru, ovz i orz n alimentaie asigur o surs bogat de fibre alimentare i de substane nutritive. Se poate reduce, astfel, relativa monotonie a unui regim alimentar strict lipsit de gluten. Dezvoltarea i modernizarea societii au impus industriei alimentare rezolvarea problemelor alimentaiei umane corelate cu asigurarea unui sistem nutriional echilibrat. n acest context soluiile tehnice i ecologice noi au condus la valorificarea subproduselor cerealiere care prezint n compoziie componentele chimice necesare pentru reducerea glutenului din produsele de panificaie. Pn nu demult resursele naturale regenerabile ale Terrei erau suficiente pentru nevoile omenirii. n prezent, ca urmare a exploziei demografice i a dezvoltrii fr precedent a tuturor ramurilor de activitate, necesarul de materie prime i energie pentru producia de bunuri a crescut mult, iar exploatarea intens a resurselor pmntului relev, tot mai evident, un dezechilibru ecologic. Perfecionarea i modernizarea proceselor tehnologice, utiliznd cele mai noi cuceriri tiinifice, au redus mult consumurile specifice de materii prime, dar nu i pe cele energetice. Ca urmare a industrializrii i creterii produciei de bunuri au sporit mult sub form de subproduse i ape uzate ce afecteaz mediul ambiant. La acest sfrit de secol i nceput de mileniu, lumea se afl n efervescen. Schimbrile care au avut loc i vor avea loc, creeaz, ntr-o viziune optimist, sperane i pentru remedierea fie i treptat a mediului nconjurtor.

15

Subiectul dezvoltat pentru teza de doctorat ndeplinete cu succes unul din dezideratele actuale: depoluarea mediului prin direciile dominante de valorificare a subproduselor i apelor uzate provenite din industria alimentar, industrie care asigur necesarul de produse care constituie garania unei dezvoltri continue a societii umane. n cuprinsul tezei de doctorat se regsete documentaia cu caracter tehnologic i implicaiile pentru protecia mediului, cu privire la principalele ramuri ale industriei alimentare. Lrgirea bazei de materii prime cu implicaiile impactului pozitiv, prin utilizarea subproduselor rezultate de la procesarea laptelui (zer i zar) i a trei de gru, ovz i orz n industria de panificaie. Stabilirea condiiilor tehnologice, a factorilor tehnologici, cu influen asupra calitii i fiabilitii produselor tip pine, cu coninut bogat n fibre, componente minerale i vitamine. Studiu privind efectul pozitiv pe care l are zerul asupra culturilor, condiii pentru o generalizare n sectorul agrozootehnic. Studiu de impact dezvoltat pentru condiiile tehnologice noi create i impactul asupra mediului. CAPITOLUL 4. Cercetri privind utilizarea zerului i zarei n obinerea produselor de panificaie pe baz de tr de gru, ovz, orz i fin de soia n cadrul produciei bunurilor de consum industria de panificaie ocup un loc nsemnat, pinea constituind un aliment de baz. Aplicnd reete i tehnologii de fabricaie adecvate, industria panificaiei pune la dispoziie o gam larg de produse: pinea neagr, pinea semialb, pinea multicereale, produse de franzelrie, produse speciale, produse dietetice, produse de covrigrie. Produsele din fiecare grup se difereniaz printr-un specific de gust i de aspect, compoziie nutriional, caracteristici funcionale imprimate fie de sortimentul de fin utilizat, fie de compoziia i tehnologia de obinere a aluatului (Bordei et al., 2007). O importan deosebit se acord produselor de panificaie cu un coninut redus de gluten, cu utilizare pentru sectorul de populaie cu insuficien genetic n metabolizarea glutenului. Sunt cteva cereale care pot fi tolerate, ca de exemplu, orezul, hrica (semine) i n unele cazuri orzul i ovzul. Alimentele derivate din cereale (gru, orz, secar, ovz) sunt extrem de populare n alimentaie Introducerea orzului i ovzului n alimentaie asigur o surs bogat de fibre alimentare i de substane nutritive. Dezvoltarea i modernizarea societii au impus industriei alimentare rezolvarea problemelor alimentaiei umane corelate cu asigurarea unui sistem nutriional echilibrat. n acest context soluiile tehnice i ecologice noi au condus la valorificarea subproduselor cerealiere care prezint n compoziie componentele chimice necesare pentru reducerea glutenului din produsele de panificaie.

16

Partea experimental 4.1. Materiale i metode4.1.1. Materiale

n experimentri s-au folosit materialele redate n tabelul 4.1.Tabelul 4.1. Materiale utilizate n experimentri

Materiale folosite Fin de gru tip 650 Tre de gru Tre de ovz Tre de orz Fin de soia Zer Zar Drojdie de panificaie, Pakmaya Sare (NaCl)

Sursa SC Pambac S.A., Bacu SC Pambac S.A., Bacu SC Pambac S.A., Bacu SC Pambac S.A., Bacu Comer SC Almera Internaional SRL, Bacu SC Almera Internaional SRL, Bacu Comer Comer

4.1.2. Metode de determinare utilizateTabelul 4.2. Metode utilizate n experimentri

Indicator de calitate Caracteristici reologice ale aluaturilor: Metoda farinografic: capacitate de hidratare a finii dezvoltare aluat stabilitate aluat elasticitate aluat nmuiere aluat putere fin Volum pine Porozitate miez Elasticitate miez Aciditate Umiditate*

U.M.

Metod de analiz SR 877 - 1996 SR ISO 5530/1 - 1999

% min. min. UB* UB* cm3/100 g produs % % grade %

SP 3232 - 1997 SP 3232 - 1997 SP 3232 - 1997 SR 8613/4 - 2009 SR 877 - 1996Tabelul 4.3.

uniti Brabender Metode de determinare a indicatorilor de calitate pentru fina de gru tip 650, tre i fina de soia, produse utilizate n experimentri

Indicatori Umiditate, [%] max Aciditate, [grade] max Gluten umed, [%] minim Indice de deformare a glutenului, [mm] Cenua, [% s.u.] max Coninut de proteine, [% s.u.] minim Impuriti metalice: - sub form de pulbere, [mg/kg] max - sub form de achii

Metoda de determinare SR 877 - 1996 SR 8613/4 - 2009 SR EN ISO 21415/1 - 2007 SR 877 - 1996 SR 90 - 2007 SR 90 - 2007 Examinare microscopic

17

Tabelul 4.4. Metode de determinare a indicatorilor de calitate pentru zer i zar

Indicatori Aciditatea, (grade Thorner) [ 0T] pH Densitatea la 20 0C, [g/cm3] Umiditatea, [%] Substana uscat total (s.u.t.), [%] Grsime total, [%] Proteine totale, [%] Lactoz, [%] Determinare antibiotice Analiza senzorial Culoare Aspect Consisten Miros Gust

Metoda de determinare SR ISO 6091 - 2008 SR 143 - 2008 SR 2418 - 2008 SR 2418 - 2008 SR EN ISO 7208 - 2009 Metod aparat Kjeldhal SR EN ISO 8069 - 2007 Pozitiv/NegativTabelul 4.5.

Analiza senzorial a drojdiei de panificaie tip Pakmaya utilizat

Metoda de determinare

STAS 985/1979

4.1.3. Aparatur i instalaii utilizate n experimentri

Cercetrile experimentale au fot efectuate cu aparatura existent n dotarea laboratorului de cercetare din cadrul Departamentului de Inginerie Chimic i Alimentar, al Facultii de Inginerie, Universitatea Vasile Alecsandri din Bacu, cu sprijinul acordat de SC Pambac SA din Bacu i de Societatea industrial de procesare a laptelui Almera Internaional SRL Bacu.Tabelul 4.6. Aparate i instalaii utilizate n experimentri Nr. crt. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Denumire Butirometru Termodensimetru Termobalan Refractometru Cuptor de calcinare Etuv termoreglabil IR Bruker Aparat Kjeldahl pH-metru Bread Volumeter Farinograf Brabender Glutomic Gluten Index System: Model 2002 Determinare Determinarea coninutului de grsime din zer i zar Determinarea densitii zerului i zarei Determinarea umiditii Determinarea coninutului de zahr Determinarea coninutului de cenu Determinarea substanei uscate Determinarea compuilor de tip glucidic i proteic Determinarea substanei proteice din fin, tre, zer i zar Determinarea pH-ului Determinarea volumului pinii Determinarea caracteristicilor reologice ale aluaturilor, determinarea absorbiei apei i a proprietilor reologice Determinarea glutenului umed Instituia/Societatea Universitate Vasile Alecsandri Bacu Universitate Vasile Alecsandri Bacu Universitatea Vasile Alecsandri Bacu Universitatea Vasile Alecsandri Bacu Universitatea Vasile Alecsandri Bacu Universitatea Vasile Alecsandri Bacu Universitatea Vasile Alecsandri Bacu Universitatea Vasile Alecsandri Bacu Universitatea Vasile Alecsandri Bacu S.C. Pambac S.A. Bacu S.C. Pambac S.A. Bacu din din din din din din din din din

12.

S.C. Pambac S.A. Bacu

18

13.

Kitul Beta-Star (Neogen)

Pentru determinarea lactamice din lapte

beta-

S. Almera Internaional SRL Bacu

4.2. Metode de analiz Pentru determinarea indicatorilor de calitate a aluaturilor i produselor de panificaie cu adaos de zer i zar, obinute n cadrul experimentrilor au fost utilizate urmtoarele metode de analiz:4.2.1. Determinarea caracteristicilor reologice ale aluaturilor

Farinograful Brabender, iar indicatorii, care s-au citit pe curba fariongrafic, au fost: dezvoltare aluat, n minute, indic timpul n care se formeaz reeaua de gluten, aluatul i se citete pe curba farinografic de la punctul 0 pn la curba care indic punctul cel mai nalt al graficului; stabilitate aluat, n minute, este reprezentat de partea de fariongram care se menine pe linia de consisten standard (500 UB); elasticitate aluat, n UB, se determin prin limea curbei n poriunea ei cea mai lat; nmuiere aluat, n UB, se determin dup 12 sau 20 minute de la nceputul malaxrii i reprezint diferena n UB dintre linia de consisten standard, de 500 UB i mijlocul farinogramei.4.2.2. Determinarea volumul pinii

Se determin cu ajutorul aparatului Bread Volumeter prin msurarea volumului de semine de rapi dezlocuit de produsul analizat; se raporteaz la 100 g produs.4.2.3. Determinarea porozitii miezului

Se determin volumul total al golurilor dintr-un volum cunoscut de miez, cunoscnd densitatea i masa acestuia. Porozitatea se exprim n procente i se calculeaz cu formula:V m

Porozitatea = n care:

V

100 [%]

(4.1.)

V - volumul cilindrului de miez, [cm3]; m - masa cilindrului de miez, [g]; - densitatea miezului compact, [g/cm3] : = 1,21 g/cm3 pentru pinea din fin i tre de gru; = 1,26 g/cm3 pentru pinea din fin gru.4.2.4. Determinarea elasticitii miezului

Elasticitatea miezului se determin prin presarea unei buci de miez de form determinat, un timp dat i msurarea revenirii la poziia iniial, dup nlturarea forei de presare i se calculeaz cu formula: B Elasticitatea = 100 [%] (4.2.) A n care: A - nlimea cilindrului de miez nainte de presare, [mm]; B - nlimea cilindrului de miez dup presare i revenirea acestuia la poziia iniial, [mm].

19

4.2.5. Determinarea aciditii pentru aluaturi

Aciditatea se exprim n grade de aciditate. Un grad de aciditate reprezint aciditatea din 100 g prob care se neutralizeaz cu 1 mL de soluie NaOH, 0,1 N, n prezena fenolftaleinei ca indicator. Aciditatea se calculeaz cu formula: Aciditate = n care: V - volumul soluiei de NaOH 0,1 N, folosit la titrare, [mL]; m - masa probei corespunztoare volumului de filtrat luat pentru determinare, [g]. Rezultatele se calculeaz cu o zecimal. Ca rezultat final se consider media aritmetic a celor dou determinri dac sunt ndeplinite condiiile de repetabilitate.4.2.6. Determinarea aciditii pentru zer i zar

V 0,1 100 [grade de aciditate la 100 g produs] (4.3.) m

Aciditatea zerului i a zarei se exprim n grade Thorner [0T]. Aciditatea se definete ca volumul de NaOH, soluie 0,1 N, [mL], necesar pentru neutralizarea aciditii din 100 mL prob, n prezena fenolftaleinei ca indicator. Se calculeaz cu formula: Aciditate 0T = V x 10 n care: V - volumul soluiei de NaOH 0,1 N, folosit la titrare, [mL]; 10 - factor de exprimare pentru 100 mL lapte.4.2.7. Determinarea umiditii

(4.4.)

Se determin coninutul de ap prin pierderea de mas prin nclzire la 1302 0C, pn la pond constant. Coninutul de ap se calculeaz cu formula: Umiditate = n care: m1 - masa fiolei cu produs nainte de uscare, [g]; m2 - masa fiolei cu produs dup uscare, [g]; m0 - masa fiolei, [g]. Rezultatul se calculeaz cu dou zecimale i se rotunjete la o zecimal.4.2.8. Determinarea densitii pentru zer i zar(

m (m

1

1

m) m)2 0

100

[%]

(4.5.)

Determinarea densitii se poate realiza cu picnometrul, la temperatura de 20 0C. Msurarea densitii se realizeaz prin cntrirea volumului (cunoscut) de lichid coninut n picnometru, [g/cm3].4.2.9. Determinarea coninutului de materie gras din zer i zar

Coninutul de materie gras poate fi determinat prin metoda butirometric, care const n separarea prin centrifugare a materiei grase. Butirometrul este constituit dintr-un tub gradat care permite citirea direct a coninutului de materie gras n uniti de grsime [U.G.]. O unitate de grsime corespunde unui coninut de 10% materie gras n lapte:

20

1 UG =

10 g materie gras = 10% materie gras 100 g lapte

(4.6.)

4.2.10. Determinarea substanei uscate totale din zer i zar

Metoda de calcul pentru determinarea substanei uscate totale [SUT] se bazeaz pe relaia: SUT =

4,8 G + d + 0,5 [%] 4

(4.7.)

n care: d - densitatea msurat n uniti densimetrice, [U.D.]; G - coninutul n materia gras, [%].4.3. Modele de optimizare de tip factorial Aceste modele s-au utilizat pentru optimizarea procesului de fabricaie a pinii i pot pune n eviden att efectele individuale ale fiecrei variabile ct i efectele combinate (sinergism) ale acestora. Principiul care st la baza acestei metode pornete de la ideea c nu se cunoate nici o relaie matematic ntre variabilele procesului, oricare ar fi natura lor. n prima etap se definete criteriul de optimizare considerat n funcie de toate variabilele care pot avea un efect semnificativ asupra sa printr-o relaie de tip probabilistic, n general de form polinomial: y = f(x1, x2, .........., xn, a1, a2, .............. an) (4.8.) n care coeficienii ai urmeaz s fie determinai pe baza unor serii de date experimentale exprimnd criteriul de optimizare ca o funcie necunoscut, de toate variabilele considerate. Cnd nu se dispune de informaii privind forma modelului matematic, se folosete o metod statistic numit strategia de design experimental de tip program factorial 3n , n care cifra 3 reprezint nivele de variaie ale variabilelor i n numrul de variabile luate n considerare pentru studiul ntreprins. 4.4. Rezultate experimentale4.4.1. Caracterizarea fizico-chimic a subproduselor zer i zar

Analiza chimic a laptelui crud integral colectat n perioada lunii iulie 2009 de la Societatea Almera Internaional SRL - Bacu de la trei specii de animale: vac, oaie i capr, este prezentat n valori medii n tabelul 4.7.Tabelul 4.7. Compoziia chimic a laptelui integral pentru trei specii: vac, oaie i capr

Componente Ap, [%] Substana uscat total (s.u.t.), [%] Grsime total, [%] Substan uscat negras, (s.u.n.) [%] Proteine totale, [%] Lactoz, [%] Sruri minerale, [%] Densitate, [g/cm3]

Lapte de: Vac Oaie 86,42 83,92 12,65 17,52 3,26 6,79 9,60 11,21 3,64 5,71 4,48 4,52 0,75 0,86 1,0270 1,0540

Capr 86,15 13,68 4,25 8,89 4,35 4,59 0,79 1,0309

Din tabelul 4.7. se remarc un coninut maxim de substan uscat (17,52%) pentru laptele de oaie i o consisten minim redus (12,65%) pentru laptele de vac.21

Se constat c laptele de vac este mai srac n grsime (3,26%) i substan uscat total (12,65%) n comparaie cu laptele de oaie care conine cu aproape 30% mai mult substan uscat i o cantitate dubl de grsime. Activitatea de cercetare prezent n teza de doctorat, Procese moderne de valorificare a subproduselor din industria laptelui, se refer la valorificarea subproduselor rezultate din procesarea laptelui de vac, acesta fiind produsul cu o larg utilizare n alimentaia uman de toate vrstele. Determinarea calitii laptelui s-a considerat necesar avnd n vedere: aprecierea comparativ a pierderilor calitative nutriionale existente n zer i zar rezultate din procesarea laptelui, componente care pot orienta direciile de valorificare; n unele condiii tehnice se pot obine produse nutritive prin valorificarea zerului i a zarei n amestec cu laptele nativ sau procesat, sau utilizarea direct n industria de panificaie. Compoziia zerului i zarei sunt redate n tabelele 4.8., 4,9. i 4.10.Tabelul 4.8. Compoziia zerului i a zarei n faza lichid, (Grosu et al., 2010)

Denumire produs Zer Zar

Substan uscat, [%] 6,85 7,91

Proteine totale, [%] 0,98 1,10

Componente Lactoz, [%] 4,62 5,07

Grsime total, [%] 1,05 1,23

Cenu, [%] 0,68 0,84Tabelul 4.9.

Compoziia proteic, (Grosu et al., 2010)

Componente, [%] -lactoglobulin -lactalbumin serumalbumin

Valori % raportate la coninutul proteic total 74,4% pentru 12,4 54,25% pentru 2,4 48,5% pentru 1,5

Proteinele totale ale zerului (tabelul 4.8.), reprezint 2,651% din totalul proteinelor existente n lapte (tabelul 4.9.). Coninutul de lactoz i sruri minerale existente n lapte se regsesc n totalitate n zer i zar, rezultate care pot orienta direciile de valorificare a acestor subproduse rezultate din procesarea laptelui. Srurile minerale s-au determinat din cenua rezultat din zerul i zara rezidual, tabelul 4.10.Tabelul 4.10. Coninutul mineral din zerul i zara rezidual din procesarea laptelui, (Grosu et al., 2010)

Componente Na K Ca Mg Fosfor total Cloruri Carbonai (CaCO3)

Coninutul mediu, [mg/L] Zer Zar 408 604 1225 1124 1298 998 117 142 876 728 978 999 198 212

Coninutul mineral redat n tabelul 4.10. permite orientarea valorificrii subproduselor zer i zar cu eficien n mbogirea mineral nutriional a produselor cercetate.

22

4.4.1.1. Concluzii

Comparnd compoziia zerului i a zarei cu cea a laptelui de vac din care rezult aceste subproduse, se poate constata c n zer i zar se regsete circa 50-60% din substana uscat existent iniial n lapte. Componenii care se regsesc aproape integral n zer i zar sunt lactoza i srurile minerale. De asemenea se regsesc ntr-o proporie mult mai redus o parte din grsimi i din compuii proteici, tabelul 4.11.Tabelul 4.11. Comparaie ntre compoziia zerului, zarei i laptelui de vac, (Grosu et al., 2010)

Componente Substan uscat total, [%] Grsime, [%] Lactoz, [%] Proteine totale, [%] Sruri minerale, [%]

Lapte de vac 12,65 3,26 4,48 3,64 0,75

Zer 6,85 1,05 4,62 0,98 0,68

Zar 7,91 1,23 5,07 1,10 0,84

Substanele proteice din zer sunt formate n principal din lactalbumin, cea mai complet i hrnitoare substan proteic natural. Compoziia chimic a zerului i a zarei pot orienta tehnologiile de valorificare n domeniul industriei alimentare i agrozootehnice. Preocuparea major a cercetrilor redate n teza de doctorat a fost valorificarea n industria de panificaie n combinaie cu subprodusele cerealiere: tr de gru, ovz, orz, din care rezult produse cu caracteristici funcionale mbuntite i realizarea unei economii pentru apa tehnologic n condiiile n care zerul i zara se introduc n fabricaia pinii nlocuind i apa tehnologic. Soluiile tehnologice cercetate rezolv i problemele de protecie a mediului prin valorificarea chimic, economic i ecologic a subproduselor din industria laptelui i panificaie.4.4.2. Compoziia sortimentelor fin de gru tip 650, a trei de gru, ovz i orz i a finii de soia 4.4.2.1. Calitatea finii de gru tip 650

Analiza organoleptic conform STAS a finii de gru tip 650 provenit de la SC Pambac S.A. Bacu, a permis stabilirea indicilor calitativi i compoziia chimic a finii de gru tip 650 care este redat n tabelul 4.12.Tabelul 4.12. Compoziia chimic a finii de gru tip 650

Denumire indici calitativi Umiditate, [%] max Aciditate, [grade] max Gluten umed, [%] minim Indice de deformare a glutenului, [mm] Cenu, [% s.u.] max Coninut de proteine, [% s.u.] Imputiti metalice: - sub form de pulbere [mg/kg] max - sub form de achii

Valori experimentale 14,5 1,2 27,6 7 0,66 10,96 lips lips

Prin coninutul n gluten umed de 27,6% cu un indice de deformare de 7 mm se poate

23

concluziona c fina de gru tip 650 utilizat n programul de cercetare corespunde scopului panificabil propus.4.4.2.2. Calitatea trei de gru, ovz i orz

Din analiza indicilor calitativi, obinui conform STAS redai n tabelele 4.13., 4.14., 4.15. i 4.16., se concluzioneaz: coninutul proteic cu valoarea cea mai ridicat se gsete n tra de ovz 17,26%, produs considerat nutriional i prin compoziia chimic bogat n substane minerale (fosfor, calciu, potasiu, magneziu).Tabelul 4.13. Componente cu implicaii nutriionale pentru cele trei tipuri de tre

Componente Proteine totale, [%] Grsimi, [%] Fibre, [%] Total carbohidrai, [%] Compui carotenoidici: din care grsimi, [g]

Gru 13,50 4,25 12,0 64,50 248,3 38

Tre Ovz 17,26 7,3 10 64,40 177,0 -

Orz 8,3 2,0 7,6 74,3 162,4 -

Funcie de utilizare, se pot prezenta urmtoarele concluzii i recomandri: Tra provenit din: gru, ovz, orz, poate fi utilizat n scopuri panificabile, coninutul total n carbohidrai fiind n limitele 64,474,3%, proteinele totale fiind n proporie de 8,317,26%, comparativ n limitele n care s nu reduc proprietile panificabile ale amestecului cerealier; Pentru a realiza un coninut de fibre necesar digestiei se recomand un adaos n cantitate de maxim 12% fibre prin tr de gru; Datorit coninutului ridicat n lipide totale (7,30%) a trei de ovz, aceasta este supus proceselor de distrucie oxidativ, fenomen nespecific trei de gru i trei de orz, produse la care lipidele au valori cuprinse ntre limitele 2,04,25%; Prin biodegradare oxidativ coninutul de grsimi totale existente n tra de ovz, impune restricii n durata i condiiile de depozitare; Utilizarea trei de gru, ovz i orz pot contribuii la mbuntirea calitii nutriionale prin coninutul de fosfor, magneziu i potasiu.Tabelul 4.14. Compoziia mineral pentru cele trei tipuri de tre

Denumirea componentului, [mg/100 g] Sodiu Potasiu Magneziu Calciu Fosfor Iod total Iod-ioduri Seleniu Zinc

Gru 2,7 1340,0 425,0 26,0 11,0 18,6 3,0 9,5 0

Tra Ovz 2,0 410,0 134,0 43,0 430,0 6,3 20,0 8,6 4,7

Orz 4,0 360,0 89,0 23,0 300,0 5,0 3,0 8,6 2,8

24

Tabelul 4.15. Coninutul n vitamine pentru cele trei tipuri de tre

Denumirea componentului, [mg/100 g] Vitamina A Vitamina E Vitamina K Acid folic Niacin Riboflavina Tiamina Piridoxina Caroteni

Gru 0,5 1,6 2,0 195,0 32,0 0,35 0,80 1,0 248,3

Tra Ovz 0 0,9 2,1 46,0 318,0 0,09 0,33 0,13 177,0

Orz 0 0,3 2,2 19,0 5,5 0,12 0,40 0,10 162,0Tabelul 4.16.

Distribuia compoziional pentru carbohidrai pentru cele trei tipuri de tr

Denumirea componentului, [mg/100 g] Amidon total Zaharuri totale Zaharoz Lactoz Fructoz Fibre totale Fibre insolubile n ap Polizaharide necelulozice solubile n ap

Gru 54,1 1,3 0,9 0 0,2 36,3 17,5 1,2

Tra Ovz 55,7 1,3 0,9 0 0,2 10,0 4,6 1,0

Orz 63,5 0,9 0,5 0 0,2 7,6 6,6 1,0

Datorit coninutului n acid folic, niacin i caroteni, precum i a coninutului de amidon (cu valori cuprinse ntre 54,163,5 mg/100 g) pot asigura valoarea caloric i energetic, dar cu restricii n cazul produselor dietetice necesare persoanelor cu afeciuni cardiace.4.4.2.3. Calitatea finii de soia

n tabelul 4.17. s-a prezentat compoziia chimic a principalelor tipuri de fin obinute din soia.Tabelul 4.17. Compoziia chimic a finurilor de soia

Produsul Fin de soia degresat Fin de soia integral Fin de soia parial degresat Fin de soia lecitinizat

Grsime, [%] 1 20 5 16,4

Proteine, [%] 54 40 48 48

Glucide, [%] 38 35 41,5 28,6

Cenu, [%] 6 5 5,5 6,4

n produsele de panificaie se recomand fina de soia integral aceasta prezentnd un coninut proteic de 40% i glucidic de 35%.

25

4.5. Valorificarea zerului i a zarei n tehnologia produselor de panificaie pe baz de fin de gru tip 650 cu adaos de subproduse cerealiere: tr de gru, ovz, orz i fin de soia4.5.1. Consideraii generale

Prepararea aluatului, reprezint una din fazele cele mai importante ale procesului tehnologic de obinere a pinii. Calitatea aluatului obinut dup frmntare i fermentare, influeneaz n mod direct calitatea pinii rezultate. Procesul tehnologic de obinere a pinii i produselor de panificaie constituie un ansamblu de operaii n urma crora materiile prime i auxiliare se transform n produs finit. Problema de baz n asigurarea produselor de nalt calitate depinde n mare msur de calitatea materiilor prime i auxiliare care sunt supuse recepiei calitative i cantitative la care se adaog respectarea parametrilor regimului tehnologic. Reeta standard de obinere a pinii din fin de gru 100%, este prezentat n tabelul 4.18.Tabelul 4.18. Reeta etalon pentru sortimentul pine din fin de gru 100% (SC Pambac SA Bacu)

Materii prime Fin de gru tip 650 Drojdie tip Pakmaya NaCl (sare) Ap tehnologic Regim tehnologic Durat frmntare Durat fermentare Temperatur fermentare Aciditate iniial Durat coacere Aciditate final Temperatur coacere

Valoare 100 5 1,251,50 4550 Valoare 10 3040 3036 3,54,5 30-40 4,55 200220

Unitate de msur kg kg kg L Unitate de msur min min 0 C grade min grade 0 C

Prepararea pinii const din urmtoarele operaii tehnologice: recepionarea materiei prime i auxiliare, pregtirea, frmntarea, fermentarea, modelarea aluatului, dospirea, coacerea i rcirea produselor, operaii redate n schema general de obinere a produselor de panificaie este prezentat n fig. 4.12. Fazele cu influen dominant n caracterizarea unui proces tehnologic care s rspund cerinelor impuse de o societate cu dezvoltare durabil fiind: obinerea aluatului i coacerea acestuia, cu meninea: calitatea produsului finit este influenat de faza de obinere a aluatului, faz n care intervin procesele chimice i biochimice evidente n faza de fermentare; ntruct n etapa tehnologic de coacere procesele chimice i biochimice n faza final sunt identice pentru toate reetele cercetate s-a considerat c pentru aceast etap s se dezvolte un singur program de cercetare evideniat pentru reeta de coacere cu tre de orz.

26

Materia prim i auxiliar Recepie calitativ i cantitativ

Depozitare

Pregtirea materiilor prime i auxiliare

Operaii de dozare

Prepararea aluatului (frmntare)

Fermentarea aluatului

Refrmntare

Divizarea aluatului

Premodelarea (rotunjirea)

Repaus intermediar (dospire intermediar)

Modelare final Dospire final

Condiionarea aluatului

Coacerea

Rcirea

Ambalarea

Depozitare/Livrare

Figura 4.12. Schema general de obinere a produselor de panificaie

27

4.5.2. Materiale i metode

Pentru evaluarea influenei adaosului de zer i zar asupra procesului tehnologic pentru obinerea produselor tip pine s-a determinat, n prim etap, compoziia chimic a amestecului de fin i tr utilizate n programul extins de cercetare. Parametrii calitativi ai amestecului au fost stabilii cu ajutorul analizelor realizate la farinograf, figurile 4.13., 4.14., 4.15. i 4.16., care ofer indicaii importante pentru panificaie i anume: capacitatea de hidratare, factor de baz la ntocmirea reetei de fabricaie; variaia structurii aluatului n timp; puterea finii, rezultat important pentru stabilirea amestecurilor de fin n vederea obinerii unor produse de panificaie.

Figura 4.13. Farinograma pentru proba martor, fin de gru 100%

Figura 4.14. Farinograma pentru amestecul fin de gru tip 650, tr de ovz i orz 6%

Figura 4.15. Farinograma pentru amestecul fin de gru tip 650, tr de ovz i orz 12%

Figura 4.16. Farinograma pentru amestecul fin de gru tip 650, tr de ovz i orz 24%

28

4.5.3. Concluzii

Cercetrile efectuate conduc la concluzia c: aluatul obinut dintr-un amestec de tr de ovz 36%, tr de orz 36% i fin de gru tip 650 9488%, n prezena zerului i a zarei, are proprieti funcionale care conduc n final la realizarea de produse de panificaie, cu coninut mare de fibre alimentare i valoare nutritiv ridicat, n special n substane minerale i vitamine rezultate de la adaosul de zer i zar. Prin nlocuirea cu 50% din necesarul de ap tehnologic se realizeaz o cretere a eficienei economice.4.6. Consideraii asupra procesului de obinere a produselor de panificaie cu fin de gru tip 650 i adaos de tr de gru, zer i zar4.6.1. Consideraii tehnologice

Utilizarea unui amestec bine proporionat de fin de gru tip 650 i tr de gru, a permis obinerea unor produse de panificaie bogate n fibre alimentare i coninut mineral, cu coninut redus de gluten, bogate n fibre alimentare i vitamine din complexul B. Experimentrile realizate n faz de laborator au evideniat o corelaie posibil ntre compoziia aluatului, parametrii tehnologici de lucru i proprietile calitative ale acestuia.4.6.2. Materiale i metode

Pentru obinerea produselor de panificaie cu nsuiri nutriionale funcionale, se poate considera aplicabil pentru formarea aluatului reeta tehnologic cu rezultatele obinute n faza experimental. Programul experimental s-a ntocmit n sistemul centrat rotator cu 4 variabile independente considerate parametri tehnologici cu influen dominant i 31 experiene. Parametrii independeni cu influen tehnologic asupra procesului de fermentare al aluatului sunt redai n tabelul 4.21.Tabelul 4.21. Condiii experimentale

Variabile independente NaCl, [%] raportat la total amestec fin, tr, zer Adaos de zer, [%] Durata de fermentare, [min.] Temperatura de fermentare, [0C]

xi x1 x2 x3 x4

-2 1 20 56 26

Valori codificate -1 0 1 2 Valori reale 1,2 25 58 28 1,4 30 60 30 1,6 35 62 32 1,8 40 64 34

x 0,2 5 2 2

Materiile prime utilizate au fost: fin de gru tip 650, n cantiti variabile funcie de adaosul de tr de gru redat n tabelul 4.24., astfel nct, pentru fiecare reet de lucru s fie utilizate 100 g amestec, valorile pentru tr fiind variabile n limitele 312%; cantitatea de amestec ap/zer, 50 mL (din care 50% ap i 50% zer sau zar) pentru 100 g amestec fin de gru i tr; cantitatea de NaCl de 1,25% raportat la total amestec fin de gru tip 650, tr, zer; cantitatea de drojdie de panificaie 5% pentru 100 g amestec; durata de frmntare, 10 minute;

29

4.6.3. Rezultate i discuii

Pentru aprecierea rezultatelor cercetrii, a influenei simultane a variabilelor independente considerate parametri dominani ai procesului, s-a ales modul de exprimare grafic, format din ecuaiile de regresie particularizate din forma general: (4.9.) y = b0 bi xi bij xi xj biixii2 Exactitatea programului experimental i a rezultatelor obinute s-a urmrit prin determinarea abaterii medii ptratice , cu valori n limitele 2,372,87 . 10-3. Explicaia variaiilor pentru valorile abaterii medii ptratice, poate fi atribuit desfurrii programului experimental i a metodelor analitice utilizate, dar poate confirma n mod cert exactitatea sistemului. Pentru interpretarea rezultatelor s-a ales metoda grafic de exprimarea ecuaiilor de regresie particularizate, metod care permite redarea informaiilor certe privind procesul de fermentare, cu posibila redare a condiiilor tehnologice reproductibile (fig. 4.17., 4.18., 4.19., 4.20., 4.21., 4.22., 4.23. i 4.24. Gradul de aciditate i dezvoltarea aluatului reprezentat prin deformarea acestuia n raport cu forma iniial nainte de fermentare i forma final, sunt dependente de adaosul de zer, de temperatura i durata de fermentare.Grad de aciditate, [mL NaOH N/10]

NaCl

Zer

Figura 4.17. Variaia gradului de aciditate al aluatului format fin de gru tip 650, tr de gru i zer, atunci cnd temperatura i durata de fermentare rmn constante n domeniul centrat (30 0C, 60 minute)

Deformaia aluatului, [%]

Zer

Temperatura de fermentare

Figura 4.20. Variaia deformaiei aluatului format fin de gru tip 650, tr de gru i zer, atunci cnd adaosul de NaCl i durata de fermentare rmn constante n domeniul centrat (1,4%, 60 minute)

Temperatura aluatului dup fermentare, [0C]

NaCl

Zer

Figura 4.23. Variaia temperaturii dup fermentare a aluatului format din fin de gru tip 650, tr de gru i zer, atunci cnd durata i temperatura de fermentare rmn constante n domeniul centrat (60 minute, 30 0C)

30

Temperatura determinat la finalul procesului de fermentare este dependent de adaosul de zer i clorura de sodiu, ca urmare a proceselor exoterme responsabile n procesul de fermentare (fig. 4.23.). Creterea cantitii de zer determin o mbuntire a aspectului, definit prin: elasticitate, porozitate uniform, consisten i umiditate constant la o masa omogen (fig. 4.24.). Capacitatea de fermentare a aluatului i de reinere a gazelor de fermentaie crete cu mrirea duratei de fermentare pn la 3537 minute, n condiiile n care cantitatea de NaCl este de 1,251,5% raportat la total ap, iar temperatura de fermentare este cuprins n limitele 3135 0C.4.6.4. Concluzii

Experimentrile au evideniat ca optim urmtoarea reet, prin respectarea urmtorilor parametri tehnologici de lucru: fin de gru tip 650, n proporie de 9491%; tr de gru, 69%; adaos de zer 3540% din cantitatea de lichid, de ap necesar formrii aluatului; se menin constante: drojdia de panificaie de 3% i clorura de sodiu de 1,25%; durata de frmntare de 10 minute; durata de fermentare de 60 minute; durata de coacere a aluatului, 3035 minute; temperatura de coacere a aluatului, 200220 0C. Prin nlocuirea apei cu zer s-a obinut un aluat cu proprieti mbuntite, evideniate prin: creterea deformaiei aluatului cu 15%, a gradului de aciditate cu 23%. Acest aluat prezint n urma analizei organoleptice, un aspect elastic, cu pori uniformi, cu dimensiuni de 22,5 mm, n proporie de 87%, rezultatul este prezentat n fig. 4.25. Cercetarea experimental prezint valori certe referitoare la posibilitatea utilizrii la scar industrial a finii de gru n amestec cu tr de gru i cu adaos de zer i/sau zar din urmtoarele considerente: obinerea unor produse de panificaie dietetice, favorizate de coninutul redus de gluten al trei de gru; obinerea unui produs finit de panificaie cu nsuiri nutriionale mbuntite, datorit coninutului ridicat de fibre alimentare, vitamine i substane minerale coninute att n tra de gru ct i n zer i zar. Proprietile organoleptice ale produsului obinut pot fi sintetizate astfel: aspect exterior produs bine dezvoltat; coaj crocant; culoarea cojii cafeniu-aurie uniform; suprafaa cojii lucioas; miez elastic, la o uoar apsare revine la starea iniial; uscat la pipit; arom i gust plcute, caracteristice produsului bine copt, fr miros strin.Figura 4.25. Aspectul pinii format din fin de gru tip 650 n amestec cu 6% tre de gru, zer i/sau zar

Tehnologia experimentat se poate generaliza n procesul industrial; aceasta nu influeneaz negativ impactul tehnic i ecologic.

31

4.7. Consideraii asupra procesului de obinere a produselor de panificaie din fin de gru tip 650 cu adaos de tr de ovz, zer i zar4.7.1. Consideraii tehnologice

Tra de ovz prezint o compoziie care justific utilizarea acesteia n produsele alimentare cu utilizri dietetice, care s rezolve suplimentarea de fibre alimentare, a complexului vitaminic de tip B, concomitent cu reducerea coninutului de gluten.Tra de ovz este bogat n fibre celulozice, n vitamine din complexul B, vitamina PP, acid pantotenic, un complex enzimatic i glucidic reprezentat prin amidon. Utilizarea trei de ovz n proporii compatibile cu fina de gru tip 650, poate fi apreciat ca necesar n realizarea dezideratului propus: tehnologie original pentru obinerea de produse de panificaie cu un coninut redus de gluten, bogate n fibre alimentare i vitamine din complexul B. Utilizarea fibrei de ovz i a zerului n formarea aluatului, reprezint o soluie evident prin eficiena determinat prin calitatea produselor i nutriionalitatea acestora, eficiena tehnico-economic cu reducerea consumului de ap prin valorificarea zerului.4.7.2. Materiale i metode

Dezvoltarea cercetrii a avut la baz aplicarea metodei de programare a experienelor n sistemul centrat rotator de ordin II cu 31 experiene i 4 variabile independente. Variabilele independente denumite i parametri de lucru sunt redate n tabelul 4.23.Tabelul 4.23. Condiii experimentale

Variabile independente Fin de ovz, [%] fa de amestec fin Adaos de zer, [%] fa de amestec fin Durata de fermentare [min] Temperatur de fermentare [0C]

xi x1 x2 x3 x4

-2 0 20 56 26

Valori codificate 0 1 2 Valori reale 3 6 9 12 25 30 35 40 58 60 62 64 28 30 32 34 -1

x 3 5 2 2

Materiile prime i condiiile de utilizare sunt: fin de gru tip 650, n proporie variabil funcie de adaosul de tr de ovz; cantitatea de faz lichid, 50 mL (din care 50% ap i 50% zer i/sau zar) pentru 100 g amestec fin de gru i tr; cantitatea de drojdie Saccharomyces cerevisiae, 5% pentru 100 g amestec; durata de frmntare, 10 minute. S-au meninut constante: NaCl 1,25 % calculat fa de amestecul de fin, drojdia de panificaie 3 % calculat fa de amestecul de fin, durata de frmntare 10 minute.4.7.3. Rezultate i discuii

Pentru determinarea condiiilor optime necesare finalizrii reetei tehnologice pentru obinerea aluatului utilizat n fabricarea pinii dietetice cu fin de ovz, s-au ales variabilele dependente yi care s furnizeze informaii privind procesul de fermentare i calitatea aluatului, sunt prezentate n tabelul 4.24.

32

Tabelul 4.24. Ecuaiile de regresie pentru variabilele dependente la fermentarea aluatului

Variabila dependent, yi Grad de aciditate, [mL NaOH N/10], y1 Deformaia aluatului, [%], y2 Temperatur, [0C], y3 Umiditatea, [%], y4 Aspect, [note], y5

Ecuaia de regresie y1 = 3,31 + 0,083 x1 + 0,125 x2 + 0,083 x3 + 0,28 x4 + 0,0125 x1x2 0,037 x1x3 + 0,025 x1x4 + 0,018 x2x3 0,025 x2x4 0,05 x21 0,04 x42 + 0,01 x42 y2 = 26,42 1,25 x1 + 0,50 x2 + 0,08 x3 + 3,16 x4 0,125 x1x2 + 0,25 x1x3 0,125 x1x4 0,125 x 2x3 + 0,125 x2x4 - 1,16 x22 y3 = 31,21 + 0,205 x1 1,06 x3 + 2,82 x4 0,18 x1x2 + 0,18 x1x3 0,0625 x1x4 + 0,18 x2x3 + 0,08 x12+ 0,023 x32 y4= 44,14 0,79 x1 0,95 x2 0,45 x3 + 0,61 x4 0,31 x1x2 + 0,124 x1x4 + 0,62 x21 + 0,12 x22 + 0,1 x32 y5 = 3,57 0,61 x1 + 0,20 x2 + 0,041 x3 0,20 x4 0,18 x1x2 + 0,06 x1x3 + 0,06 x2x4 0,12 x21 + 0,12 x22 0,0012 x32 0,37 x42

Eficiena programului experimental este dat de abaterea medie ptratic, care are valoarea maxim de 1,38. Metoda aplicat n interpretarea ecuaiilor de regresie determinate pentru variabilele dependente este reprezentat grafic n urmtoarele figuri: 4.26, 4.27, 4.28, 4.29., 4.30., 4.31., 4.32. i 4.33.Grad de aciditate, [mL NaOH N/10]

Tr de ovz

Zer

Figura 4.26. Variaia gradului de aciditate al aluatului format din amestec fin de gru tip 650, tr de ovz i zer, atunci cnd temperatura i durata de fermentare rmn constante, n domeniul centrat (30 0C, 60 minute)

Deformaia aluatului, [%]

Tr de ovz

Zer

Figura 4.28. Variaia deformaiei aluatului format din amestec din amestec fin de gru tip 650, tr de ovz i zer atunci cnd temperatura i durata de fermentare rmn constante n domeniul centrat (30 0C, 60 minute)

4.7.4. Concluzii

Obinerea produselor de panificaie cu proprieti nutriionale funcionale este posibil prin adaosul de tr de ovz n proporie de 36% raportat la total amestec de fin. Proprietile nutriionale i dietetice sunt asigurate prin calitatea trei de ovz determinat de coninutul ridicat de fibr, coninutul vitaminic i coninutul de gluten redus. Cercetarea experimental prezint valori certe referitoare la aplicarea n faz 33

industrial a finii de gru tip 650 n amestec cu tr de ovz i a nlocuirii unei anumite cantiti de ap cu zer, din urmtoarele considerente: obinerea unor produse de panificaie dietetice, favorizate de coninutul redus de gluten al trei de ovz ; reducerea consumului de ap tehnologic prin valorificarea subprodusului tip zer rezultat de la procesarea laptelui; obinerea unui produs finit de panificaie cu nsuiri nutriionale, datorit compoziiei ridicate de substane proteice i fibre alimentare coninute n tra de ovz. Pentru obinerea produselor de panificaie cu caliti funcionale nutriionale, cu adaos de zer i/sau zar n proporii egale, nlocuind 50% din necesarul de ap, se poate considera aplicabil pentru formarea aluatului, urmtoarea reet tehnologic: fin de gru tip 650 n proporie de 9794%; tr de ovz 36%; durata de fermentare a aluatului, 3135 minute; temperatura de fermentare a aluatului, 35 0C; 50 mL faz lichid (50% ap i 50% zer sau zar)/100 g amestec fin de gru i tr de ovz; NaCl, 1,5%; durata de coacere a aluatului, 3035 minute; temperatura de coacere a aluatului, 200220 0C. Dezvoltarea aluatului, exprimat prin deformaie, are valori pozitive n condiiile unei reduceri cantitative a trei de ovz adugat, pn la un adaos de 36%, cnd se obine deformaia maxim a aluatului. Peste aceast valoare se constat o scdere a deformaiei aluatului, explicabil prin capacitatea limitat de panificaie a trei de ovz. Proprietile organoleptice ale produsului obinut conform reetei prezentat: aspect exterior - produs bine dezvoltat, de form paralelipipedic; coaj crocant; culoarea cojii cafeniu-aurie uniform; suprafaa cojii lucioas; miez: consisten miez elastic, la o uoar apsare revine la starea iniial; arom plcut, caracteristic produsului bine copt, fr miros strin; gust plcut, caracteristic.

Figura 4.34. Aspectul pinii format din fin de gru tip 650 n amestec cu tre de ovz, zer i zar

n acest caz impactul tehnologiei cercetate este pozitiv din urmtoarele considerente: parametrii de lucru respect valorile stabilite de reetele standard, are loc lrgirea gamei de materii prime cerealiere prin valorificarea i subproduselor tip tr, sortimente noi de produse de panificaie, concomitent cu creterea valorii nutritive a acestora, prin suplimentarea cu fibre alimentare, vitamine, substane minerale. Tehnologia experimentat se poate generaliza n procesul industrial; aceasta nu influeneaz negativ impactul tehnic i ecologic.

34

4.8. Consideraii asupra procesului de obinere a produselor de panificaie din fin de gru tip 650 cu adaos de tr de orz, zer i zar4.8.1. Consideraii tehnologice

Cnd boabele de orz ncolesc, compoziia lor chimic se modific i devin foarte bogate n vitamine (A, PP, game de vitamine din complexul B), n compui minerale (fosfor, potasiu, magneziu, calciu, fier) i n hormoni (n special de cretere). Astfel se explic de ce germenii de orz au un potenial revigorant i stimulent al proceselor de construcie i refacere foarte mare.4.8.2. Materiale i metode

Programul experimental s-a conceput cu utilizarea modelului de programare a experienelor n sistemul centrat rotator de ordin II, cu 4 variabile independente i 31 experiene. Parametrii independeni care au constituit variabilele cu influen tehnologic n procesul de fermentare al aluatului, sunt redai n tabelul 4.25.Tabelul 4.25. Condiii experimentale

Variabile independente Tr de orz, ]%] fa de amestec fin Adaos de zer, [%] fa de amestec fin Durata de fermentare, [min] Temperatur de fermentare, [0C]

xi x1 x2 x3 x4

-2 0 20 56 26

Valori codificate -1 0 1 2 Valori reale 3 6 9 12 25 30 35 40 58 60 62 64 28 30 32 34

x 3 5 2 2

n alegerea valoric a parametrilor de lucru independeni, s-a avut n vedere: fina de gru tip 650, n proporie variabil funcie de adaosul de tr de orz, astfel nct cantitatea total de amestec s fie de 100 g pentru fiecare prob; ap + zer, 50 % fa de amestecul de fin (cantitatea de zer variaz funcie de valorile din tabelul 4.25.); drojdie de panificaie, 5% raportat la 100 g amestec fin de gru i tr de orz; adaosul de NaCl constant 1,25 % fa de amestecul total de fin. durata de frmntarea aluatului, 10 minute. n alegerea valoric a parametrilor de lucru independeni s-a avut n vedere: limitarea adaosului de tr de orz n raport cu fina de gru pn la 12%, pentru asigurarea echilibrului coninutului de gluten existent n amestecul celor dou sortimente cerealiere utilizate; coninutul de faz lichid n raport cu capacitatea de hidratare a amestecului utilizat.4.8.3. Rezultate i discuii

Pentru aprecierea rezultatelor cercetrii, a influenei simultane a variabilelor independente considerate parametri dominani ai procesului, s-a ales modul de exprimare grafic cu baza de prezentare stabilit de ecuaiile de regresie particularizate din forma general: y = b0 + bi xi + bij xi xj + biixi2 (4.11.)

35

Grad de aciditate, [mL NaOH N/10]

Tr de orz Durata de fermentareFigura 4.36. Variaia gradului de aciditate al aluatului format din amestec fin de gru tip 650, tr de orz i zer, atunci cnd adaosul de zer i temperatura de fermentare rmn constante n domeniul centrat (30%, 30 0C)

Deformaia aluatului, [%]

Tr de orz

Zer

Figura 4.38. Variaia deformaiei aluatului format din amestec fin de gru tip 650, tr de orz i zer, atunci cnd temperatura i durata de fermentare rmn constante n domeniul centrat (30 0C, 60 minute)

Temperatura aluatului dup fermentare, [0C]

Tr de orz

Durat fermentare

Figura 4.40. Variaia temperaturii dup fermentare a aluatului format din amestec fin de gru tip 650, tr de orz i zer, atunci cnd adaosul de zer i temperatura de fermentare rmn constante n domeniul centrat (30%, 30 0C)

4.8.4. Concluzii

Cercetarea a avut ca scop obinerea produselor de panificaie, bogate n fibr, celuloz, prin adaos de tr de orz, zer i zar ca nlocuitor de ap. Programul de cercetare conceput a evideniat urmtorii parametri tehnologici care pot fi utilizai n procesul de obinere a produselor de panificaie: fin de gru tip 650, n proporie de 9794%; tr de orz, 36%; durata de fermentare de 3335 minute; temperatura de fermentare, 35 0C; 50 mL faz lichid (50% ap i 50% zer sau zar)/100 g amestec fin de gru i tr de orz; NaCl, 0,752,25%, n condiii constante pentru drojdia de panificaie de 5% i a duratei de frmntare a aluatului de 10 minute;

36

durata de coacere a aluatului, 3235 minute; temperatura de coacere a aluatului, 200220 0C. Adaosul de zer, prin nlocuirea parial a apei poate ajunge la 3035 %, component care poate ameliora calitatea aluatului la care se adaug contribuiile tehnico economice prin reducerea consumului de ap, prin valorificarea acestui subprodus.. Adaosul de tr orz de maxim 6% se consider o soluie pozitiv, cu efecte n sistemul de nutriie i digestie a produselor alimentare, prin coninutul de celuloz pe care l are. Influena negativ a cantitii de tr de 12%, este explicat prin compoziia srac n gluten a acestui tip de produs. n acest caz gradul de fermentare a aluatului scade concomitent cu micorarea capacitii de reinere a gazelor provenite din procesul de fermentaie. Principalele caracteristici pentru pinea cu adaos de tr de orz, zer i/sau zar sunt: umiditatea miezului: 40% maxim; porozitate: 70% minim; aciditate: 30 maxim; raportul miez/coaj 1,5; raportul miez/pine 0,27. Proprieti organoleptice: aspect exterior - produs bine dezvoltat, de form paralelipipedic; coaj crocant; culoarea cojii cafeniu-aurie uniform; suprafaa cojii lucioas; miez miez elastic, la o uoar apsare revine la starea iniial; arom plcut, caracteristic produsului bine copt, fr miros strin; Figura 4.44. Aspectul pinii format din fin gust plcut, caracteristic. de gru tip 650 n amestec cu tre de orz,zer i zar

Tehnologia experimentat se poate generaliza n procesul industrial; aceasta nu influeneaz negativ impactul tehnic i ecologic.4.9. Cercetarea comportrii la coacere a produselor de panificaie din fin de gru tip 650 cu adaos de tr de orz, zer i zar

4.9.1. Consideraii generale

Transformarea aluatului n produs finit reprezint rezultatul proceselor complexe care au loc concomitent n aluat: procese fizice, chimice, coloidale, biochimice, microbiologice i modificarea strii energetice prin nclzire. Transformarea aluatului n produs finit este evideniat prin formarea cojii, creterea volumului, formarea miezului i modificarea umiditii.4.9.2. Materiale i metode

Programul a avut n vedere utilizarea de tr de orz pentru obinerea produselor de panificaie, cu utilizri dietetice, n special pentru subiecii care prezint intoleran la indigestie. 37

Programarea experimentelor a avut la baz sistemul matematic centrat compus rotator de ordinul II, cu dou variabile independente considerate ca parametri tehnologici necesari pentru realizarea procesului de coacere: x1 temperatura de coacere; x2 durata de coacere. n procesul de coacere s-a supus experimentrii aluatul obinut prin utilizarea reetei: amestec de fin de gru tip 650, n proporie de 94%, cu tr de orz 6 %; ap + zer, 50% fa de amestecul de fin; drojdie comprimat, 5% raportat la amestecul fin de gru tip 650 i tr de orz; NaCl, 1,50% raportat la amestecul fin; durata de frmntare a aluatului, 10 minute; durata de fermentare a aluatului, 33 minute; temperatura de fermentare a aluatului, 35 0C. Variaia parametrilor independeni este redat n tabelul 4.27. din programul experimental.Tabelul 4.27. Condiii experimentale

Variabile independente Temperatura de coacere, [0C] Durata de coacere,[ minute] 4.9.3. Rezultate i discuii

xi x1 x2

Valori codificate -1 0 1 Valori reale 180 200 220 32 35 37

Pentru stabilirea reetei necesare coacerii unui aluat cu adaos de tr de orz s-au considerat ca variabile dependente: aciditatea (format din aciditatea iniial a materiilor prime ale aluatului i cea rezultat din reaciile biochimice ca urmare a procesului de coacere), raportul miez/coaj i raportul nlime/diametru (H/D). Interpretarea rezultatelor s-a realizat n forma grafic pe baza ecuaiilor particularizate din ecuaia de regresie general: y = b0 + b1x1 + b2x2 + b12x1x2 + b11x12 + b22x22 (4.13.)Tabelul 4.29. Ecuaiile de regresie pentru variabilele dependente

Variabila dependent Aciditatea Raport H/D Raport Miez/Coaj

Ecuaia de regresie y = 4,2 + 0,1x1 + 0,26x2 + 0,075x1x2 0,03x12 1,3x22 y = 0,36 0,05x1 0,01x2 0,022x1x2 0,12x12 + 0,26x22 y = 1,8 + 0,016x1 0,05x2 0,41x12 0,02x22

Din programarea experienelor s-a determinat abaterea medie ptratic = 0,15, valoare considerat admisibil n aprecierea acurateei sistemului cercetat. Valoarea abaterii medii ptratice justific implementarea corect a programului de cercetare. n figurile 4.45., 4.46., 4.47. i 4.48, s-au reprezentat: variaia gradului de aciditate a miezului, raportul miez/coaj i raportul H/D, funcie de parametrii independeni. Pentru un aluat cu un adaos de tr de orz de 6%, parametrii care influeneaz semnificativ calitatea produsului finit sunt temperatura i durata de coacere. Astfel se explic faptul c aciditatea miezului este maxim pentru un aluat cu 6% adaos tr de orz, o durat de coacere cuprins ntre limitele 3235 minute i o temperatur de coacere de 200220 0C, suficiente pentru realizarea unui proces de coacere complet (fig. 4.45.).

38

Aciditate, [grade]

Temperatur

Durata

Figura 4.45. Variaia aciditii miezului de pine, format din amestec fin de gru tip 650, tr de orz i zer, funcie de temperatura i durata de coacere

La un aluat cu un adaos de tr de orz de 6% se constat faptul c aciditatea miezului scade pn la valoarea de 4 grade aciditate simultan cu creterea temperaturii de coacere de la 180 0C la 220 0C.Raport, H/D

Temperatur

Durata

Figura 4.46. Variaia raportului nlime/diametru (H/D) la pinea format din amestec fin de gru tip 650, tr de orz i zer, funcie de temperatura i durata de coacere

Atunci cnd temperatura de coacere a unui aluat cu adaos de tr de orz are o valoare de 220 0C, raportul H/D este minim. O valoare maxim a raportului nlime/diametru care ne indic o porozitate i o calitate bun a pinii, se poate obine n condiiile unui adaos de tr de orz de 6%, la o temperatur de coacere cuprins n limitele 200220 0C i o durat de coacere de 3235 minute (fig.4.46.). Aceleai valori ale parametrilor temperatur i durat de coacere influeneaz pozitiv raportul miez/coaj. Raportul miez/coaj scade n acelai timp cu creterea temperaturii i a duratei de coacere. O cretere a temperaturii de coacere peste limita 220 0C i a duratei de coacere peste 35 minute va influena negativ cantitatea de miez (fig.4.47.).Raport, miez/coaj

Temperatur

Durata

Figura 4.47. Variaia raportului miez/coaj la pinea format din amestec fin de gru tip 650, tr de orz i zer, funcie de temperatura i durata de coacere

Cantitatea de miez raportat la total pine are o valoare maxim n cazul n care durata de coacere nregistreaz valori cuprinse ntre limitele 3235 minute. 39

4.9.5. Concluzii

Tr de orz prin calitile compoziionale cu un coninut redus de gluten, poate fi considerat o soluie necesar pentru obinerea produselor de panificaie dietetice, cu coninut ridicat de fibre alimentare. Pentru obinerea produselor de panificaie cu caliti funcionale, este necesar aplicarea unui program de obinere i coacere a aluatului, care respect urmtoarea reet: fin de gru tip 650 n proporie de 94%; tr de orz, 6%; durata de fermentare a aluatului: 3335 minute; temperatura de fermentare a aluatului: 35 0C; durata de coacere a aluatului, 3235 minute; temperatura de coacere a aluatului, 200220 0C. Utilizarea unui amestec bine proporionat de fin de gru tip 650 i tr de orz, permite obinerea unor produse de panificaie, bogate n fibre celulozice i vitamine din complexul B i vitamina PP.4.10. Contribuii cu privire la influena adaosului de zer i zar asupra proprietilor de prelucrare a aluatului obinut din fin de gru tip 650 cu adaos de fin de soia4.10.1. Consideraii teoretice

Se recunoate aportul melanjului fin de gru i fin de soia n sinteza proteinelor, proces care poate fi realizat pn la un randament de conversie de 86,7% din total coninut de aminoacizi. Produsele de panificaie obinute prin utilizarea finii de gru n amestec cu fina de soia prezint o valoare nutritiv considerabil, proporional cu adaosul de fin de soia.4.10.2. Materiale i metode

Pentru realizarea programului experimental s-a utilizat programarea experimentelor n sistemul centrat rotator de ordinul II, cu patru variabile independente i 31 de experiene. Materiile prime i condiiile de utilizare au fost: fin de soia 312% din total fin, tabelul 4.31.; fin de gru tip 650, 9788% din total fin ap, zer i zar, 55% fa de amestecul de fin, cu observaia c adaosul de zar este constant, n cantitate de 10%, iar cantitatea de zer variaz funcie de programul redat n tabelul 4.28.; NaCl, 1,25% raportat la amestecul de fin; drojdia de panificaie, 3% raportat la amestecul de fin; durata de frmntare, 10 minute. Cantitatea de NaCl, de drojdie, durata de fermentare i adaosul de zar s-au meninut constante pentru tot programul experimental. Parametrii independeni care au constituit variabilele cu influen tehnologic n procesul de fermentare a aluatului, sunt prezentai n tabelul 4.31.

40

Tabelul 4.31. Condiii experimentale

Variabile independente Fin de soia, [%] fa de amestec fin Adaos de zer, [%] fa de amestec fin Durata de fermentare, [min] Temperatura de fermentare, [0C] 4.10.3. Rezultate i discuii

xi x1 x2 x3 x4

-2 0 20 56 26

-1 3 25 58 28

Valori codificate 0 1 Valori reale 6 9 30 35 60 62 30 32

2 12 40 64 34

x 3 5 2 2

Programul de cercetare a evideniat condiiile privind mbuntirea calitii aluatului obinut din fin de gru i adaosul de zer i/sau zar. Cantitatea de fin de soia de 36% necesar pentru formarea aluatului, se consider suficient pentru dezideratul propus, dac se respect urmtorii parametrii: adaosul faz lichid de 5055% raportat la fin, din care 30% reprezint cantitatea de zer; durata de fermentare a aluatului 5060 minute; temperatura de fermentare 2530 0C. Pentru aprecierea rezultatelor cercetrii, a influenei simultane a variabilelor independente considerate parametri dominani ai procesului de obinere a aluatului, s-a ales modul de exprimare grafic rezultat din ecuaiile de regresie particularizate din forma general:

y = b0 bi xi bij xi x j bii xii

2

(4.14.)

Ecuaiile de regresie pentru variabilele dependente la fermentarea aluatului sunt redate n tabelul 4.32.Tabelul 4.32. Ecuaiile de regresie pentru variabilele dependente la fermentarea aluatului

Variabila dependent, yi Grad de aciditate, [mL NaOH N/10], y1 Deformaia aluatului, [%], y2 Temperatura, [0C], y3 Umiditatea, [%], y4 Aspect, [note], y5

Ecuaia de regresie y1 = 3,5 0,015 x1 + 1,21 x2 + 0,08 x3 + 0,16 x4 0,023 x1x2 + 0,42 x1x3 + 0,22 x3x4 + 1,16 x2x4 0,11 x12 0,21 x32 y2 = 24,2 1,14 x1 + 0,11 x2 + 0,023 x3 + 0,76 x4 0,54 x1x2 0,07 x1x4 0,033 x2x3 + 0,16 x12 0,24 x22 y3 = 31,74 + 0,014 x1 0,027 x2 0,083 x3 + 1,47 x4 0,017 x1x2 + 0,28 x1x4 0,23 x2x3 + 0,08 x12 0,14 x32 y4 = 42,11 0,043 x1 0,017 x2 + 0,11 x3 + 1,54 x4 0,27 x1x2 0,33 x1x3 + 0,21 x1x4 + 0,24 x12 0,013 x32 y5 = 4,1 + 0,032 x1 + 0,072 x2 0,014 x3 + 0.028 x4 + 0,78 x1x2 + 1,16 x1x3 + 0,22 x1x4 + 0,11 x12 + 0,27 x32

Influena condiiilor de lucru exprimate n programul de cercetare prin variabilele independente asupra modului de obinere a aluatului, s-a exprimat grafic n fig. 4.49., 4.50., 4.51., 4.52. i 4.53., pentru gradul de aciditate, deformare, temperatur, umiditate i aspect.

41

Grad de aciditate, [mL NaOH N/10]

Fin de soia Durata de fermentareFigura 4.49. Variaia aciditii aluatului format din amestec fin de gru tip 650, fin de soia, zer i/sau zar, atunci cnd adaosul de zer i temperatura de fermentare rmn constante n domeniul centrat (umiditate 30% i temperatura 30 0C)

Deformaia aluatului, [%]

Fin de soia

Zer

Figura 4.50. Variaia deformaiei aluatului format din amestec de fin de gru tip 650, fin de soia, zer i/ zar, atunci cnd temperatura i durata de fermentare rmn constante n domeniul centrat (temperatura 30 0C i durata 60 min)

4.10.4. Concluzii

Utilizarea finii de soia n amestec cu fin de gru, a subproduselor de tipul zer i zar n formarea aluatului destinat produselor de panificaie proteinizate, a devenit o posibilitate cert. Cantitatea de fin de soia cu un coninut proteic de 42%, n proporie de 36%, se consider suficient. Prin adaosul de lichid format din 54,55 zer, 18,18 zar i 27,27 ap, ce intr n constituirea reetei de fabricaie, se poate garanta calitatea aluatului, definit prin gradul de aciditate, deformaie, umiditate i aspect. Eficiena economic const n reducerea consumului de ap prin valorificarea subproduselor existente n industria laptelui. Pentru realizarea acestui produs de panificaie n producia curent i pentru comercializarea lui ctre segmentul de populaie cu insuficien la asimilarea glutenului, se consider necesar realizarea unui studiu de impact. Principalele caracteristici pentru pinea cu adaos de fin de soia, zer i zar sunt: umiditatea miezului: 43% maxim; porozitate: 72% minim; aciditate: 30 maxim.

Figura 4.54. Aspectul pinii format din fin de gru tip 650 n amestec cu fin de soia, zer i zar

42

Proprieti organoleptice: aspect exterior produs bine dezvoltat, de form paralelipipedic; coaj crocant; culoarea cojii cafeniu-aurie uniform; suprafaa cojii lucioas; miez: aspect mas cu pori uniformi, fr cocoloae sau urme de fin nefrmntat, fr corpuri strine; consisten miez elastic, la o uoar apsare revine la starea iniial, uscat la pipit; arom plcut, caracteristic produsului bine copt, fr miros strin (rnced, mucegai); gust plcut, caracteristic, asemntor cu cel al alunelor; fr semne de alterri microbiene, prin rupere nu se formeze fire mucilaginoase. Tehnologia experimentat se poate generaliza n procesul industrial; aceasta nu influeneaz negativ impactul tehnic i ecologic.CAPITOLUL 5 Studiu experimental cu privire la posibilitatea utilizrii zerului integral ca ngrmnt verde pentru culturile de gru, soia i broccoli 5.1. Introducere

Literatura de specialitate referitoare la posibilitile de valorificare a subproduselor din industria laptelui n sectorul agricol i zootehnic evideniaz faptul c zerul, prin compoziia sa chimic, reprezint un produs de interes. Din cercetrile efectuate pan n prezent s-a constatat c rspndit pe suprafeele cultivate ca ngrmnt, zerul poate permite mbuntirea fluxului de substane nutritive n plante. ntr-adevr, azotul, fosforul, potasiul, sulful, calciul, sodiul i magneziul, precum i lactoza i proteinele prezente n zer pot juca acest rol i determin o cretere a productivitii culturilor. Cantitile acestor compui din zer pot fi considerate suficiente pentru a permite creterea plantelor. Azotul prezent n proteinele din zer ar putea fi convertit n azot anorganic care este utilizat apoi de ctre plante (Sharratt et al., 1959, Demir i Ozrenk, 2009). n alegerea materialului vegetal pentru determinrile experimentale: dou plante tehnice - grul (Triticum aestivum) i soia (Glicine max) i o legum din grupa verzei broccoli (Brassica oleracea var Cymosa.), s-a inut seama att de importana lor alimentar i terapeutic, ct i de posibilitile de cultivare i valorificare din ara noastr, ncercnd s rspundem astfel unor necesiti concrete.5.2. Materiale i metode experimentale n vederea definirii condiiilor optime de utilizare a zerului ca fertilizant, pentru fiecare din cele trei specii luate n studiu au fost efectuate dou experimente, etapele parcurse pentru realizarea acestora fiind redate n fig. 5.1.

43

Selectarea materialului biologic

Stabilirea condiiilor pentru germinare i urmrirea procesului Stabilirea condiiilor pentru cultura n ghiveci i transferul seminelor germinate

Adugarea zerului i urmrirea vizual a stadiului dezvoltrii culturilor n ghivece

Recoltarea i pregtirea materialului biologic pentru analiz (msurare, cntrire, extracie, digestie)

Efectuarea analizelor fizico-chimiceFigura 5.1. Etape parcurse n vederea realizrii studiului experimental cu privire la posibilitatea utilizrii zerului ca fertilizant

5.2.2. Stabilirea condiiilor pentru germinare i urmrirea procesului

Seminele pregtite anterior au fost repartizate n cutii Petri pe hrtie de filtru mbibat numai cu ap distilat pentru martor i cu amestecuri de ap distilat i zer pentru probele luate n studiu. Volumele i diluiile aplicate la etapa de germinare sunt prezentate n tabelul 5.3.Tabelul 5.3. Soluii utilizate n faza de germinare

Plante Brocoli Gru Soia

Volumul utilizat la germinare [mL] 4 8 8

1 1:0

Raport ap : zer (v:v) 2 3 4 1:1 1:4 1:8

5 0:1

5.2.5. Recoltarea i pregtirea materialului biologic pentru analiz

Stabilirea compoziiei chimice a unei specii vegetale se poate realiza cu ajutorul analizei chimice calitative, folosind extracia cu diferii solveni. Separarea principalelor grupe de compui naturali (principii active) se face prin extracia succesiv i selectiv a produsului vegetal cu solveni de polariti diferite. n primul rnd produsul vegetal este extras cu un solvent nepolar: eter etilic, eter de petrol, benzen, hexan, cloroform, apoi cu un solvent polar ca etanol, metanol i n cele din urm cu ap. Se obin urmtoarele extracte: a. Extractul eteric, b. Extractul alcoolic, c. Extractul apos. Schema general de extracie aplicat materialului vegetal este prezentat n fig. 5.2.

44

Mrunire

Cntrire

Eter etilic

Extracie 1

Filtrare

Uscare, Cntrire Extract eteric

Alcool etilic

Extracie 2

Filtrare

Uscare, Cntrire

Extract alcoolic

Ap

Extracie 3

Filtrare

Reziduu vegetal epuizat

Extract apos

Figura 5.2. Schema general de extracie a produsului vegetal

45

5.2.5.2. Dezagregarea cu ajutorul microundelor

Pentru identificarea componentelor minerale materialul vegetal recoltat a fost supus dezagregrii cu un amestec de acid azotic i ap oxigenat sub aciunea microundelor (fig.5.4.). Utilizarea microundelor n extracia principiilor active, comparativ cu metodele clasice, reprezint o serie de avantaje cum ar fi: viteza de extracie este mai mare sau cu alte cuvinte are loc o scdere a duratei de extracie extracia cu microunde poate fi realizat n cteva minute n comparaie cu metodele clasice de extracie (macerarea, extracia Soxhlet) care pot dura cteva ore; economia de solvent extracia cu microunde poate fi realizat cu o cantitate mic de solvent n comparaie cu metodele clasice de extracie; controlul parametrilor extraciei (timpul i temperatura de extracie) asigur o metod reproductibil i posibilitatea automatizrii; randamentul de izolare a produilor este mbuntit.

Mrunire P = 400 W, T = 35 0C Cntrire 7 mL HNO3 + 1 mL H2O236 34 32 T (C)

Dezagregare

30 28 26 24 22 20 0 10 t (min.) 20 30

Conservare la rece

Analiz SAAFigura 5.4. Schema procesului de dezagregare sub aciunea microundelor

5.3. Rezultate i discuii

ntr-o prim etap, investigaiile noastre au urmrit estimarea efectelor produse de zer asupra creterii i dezvoltrii plantelor. Astfel, s-au preparat patru soluii de zer (amestec apzer n raport