Воднотеплової обробки зерна

На ефективність воднотеплової обробки зерна впливають як самі методи і умови обробки (режими), так і вихідні технологічні, властивості зерна. Основні фактори, що визначають ефективність воднотеплової обробки зерна різної якості такі: фактор зволожен­ня, температурний фактор, час обробки і стан повітряного середо­вища. Кожний метод воднотеллової обробки зерна характеризуєть­ся обумовленим поєднанням вказаних факторів, а умови і рівні їх застосування складають режим воднотеплової обробки зерна.

Фактор зволоження. Загальна кількість води у зерні, що заго­товлюється хлібоприймальними підприємствами, коливається в широких межах - від 10 % до 22 %. Але при нормальних умовах вирощування і збирання зерна його вологість в середньому 11,0... 13,5 %. При цьому розрізняють у зерні біологічну вологу, яка з'являється у зерні в процесі його зростання, і вологу, що внесена в зерно ззовні, наприклад, при воднотеплової обробці чи сорбційному поглинанні зерном води із атмосфери.

Волога, що вноситься в зернівку при воднотеплової обробці, поглинається насамперед поверхневими (периферичними) шарами зернівки, а потім, через деякий час, переміщується до центральних шарів. При цьому волога в зернівці розподіляється нерівномірно. Найбільш зволоженими стають периферичні частини зернівки (пло­дові і насіннєві оболонки), вологість яких досягає 18..20 % при во­логості центральної частини зернівки - 13...15%. Волога погли­нається і утримується гідрофільними біополімерами зерна (вугле­водами і білками) і таким чином переходить із вільного стану у зв'язаний. Форма зв'язку води з біополімерами зерна, за даними Є.Д.Козакова і Г.О.Єгорова, рішуче впливає на зміну технологіч­них властивостей зерна і властивостей зв'язаної води.

Враховуючи капілярно-пористу структуру зернівки, встановле­но як дифузійне притягання молекул води поверхневим силовим полем, яке характеризується наявністю і силою дії активних центрів.

При цьому форми зв'язку води з біополімерами зерна можуть бути різними. За класифікацією П.О.Ребіндера розрізняють хімічно, фізико-хімічно та механічно зв'язану воду. В основу цієї класифікації покладено термодинамічний принцип - кількість енергії, яка необ­хідна для ізотермічного оборотного відриву одного моля зв'язаної води при даній вологомісткості без зміни складу речовини.

В умовах воднотеплової обробки зерна в умовах достатньої кількості води при зволоженні зерна чи його митті на поверхні зернівки може з'явитись значна кількість води, яку можна віднес­ти до механічно-зв'язаної через низький рівень її зв'язку з біополі­мерами зерна. Така вода з'являється по поверхні зернівки і утри­мується на ній недовгочасне силами змочування і поверхневого натягу. Оскільки енергія зв'язку цієї води з біополімерами зерна невелика, то механічно зв'язана вода переходить в один із видів фізико-хімічно зв'язаної або виділяється як вільна вода. Серед видів фізико-хімічно зв'язаної води превалюють: вода, зв'язана силами осмосу і вода, що зв'язана силами адсорбції.

Дослідженнями різних авторів доказано, що в звичайних умо­вах гігроскопічної вологомісткості в зерні нема хімічно зв'язаної води.

Здатність зерна поглинати воду пов'язана з його біологічною природою. Поглинання води зернівкою при воднотепловій обробці розглядається Є.Д.Казаковим як початковий етап проростання зерна, при якому починає проявлятись його ферментативна ак­тивність, яка супроводжується структурними змінами і гідролізом біополімерів зерна. При цьому волога виступає як активатор усіх структурних і біохімічних змін в зерні. Для створення умов опти­мальних змін технологічних властивостей зерна в процесі його ВТО необхідно знати не тільки механізм поглинання води, але й особ­ливості структурних і біохімічних процесів, що протікають при цьому в зернівці.

Багатьма авторами встановлено, що при зволоженні зерна поглинання вологи проходить ступінчасто. Залежно від умов зво­ложення (кількість води, температура) уже в перші кілька секунд поглинається зерном біля 2...4 % вологи, а далі протягом деякого часу поглинання води припиняється, після чого знову спостері­гається зростання вологи в зерні. Такий механізм ступінчатого поглинання води пояснюється тим, що в початковий період зво­ложення волога інтенсивно поглинається плодовою оболонкою, яка має рихлу капілярно-пористу структуру і значну поверхи контакту з водою. При повному насиченні її водою подальше поглинання на деякий час припиняється, оскільки наступні анатомічні частини зернівки, насіннєва оболонка і алейроновий шар, мають більш щільнішу структуру, то поглинання ними води проходи при підвищеному градієнті потенціалу вологи між ними і плодовою оболонкою. Такий потенціал і утворюється максимальним насиченням плодової оболонки, при якому з'являється можливість подальшого переміщення вологи у внутрішні шари зернівки - насіннєву оболонку, алейроновий шар, ендосперм. Поява градієнта вологовмісту між сусідніми шарами оболонок, алейронового шару і ендосперму сприяє не тільки переміщенню вологи у внутрішні шари зернівки, але і створює внутрішню напругу в зернівці, релаксація якої призводить до порушення структури зернівки і появ мікротріщин, які сприяють прискоренню переміщення вологи зовнішніх у внутрішні шари зернівки.

Особлива роль у зволоженні зернівки відводиться зародку. Маючи рихлу пористу структуру, зародок інтенсивно поглиє вологу і через щиток подає її в ендосперм разом з ферментами для забезпечення природного біологічного процесу - ферментативного гідролізу біополімерів і початку проростання зернівки. Однак враховуючи, що поверхня зародка відносно невелика і він не може поглинати достатню кількість води для активної життєдіяльне зернівки, слід припустити наявність важливої водопровідної рої клітин насіннєвої оболонки і особливо алейронового шару, які при достатньому насиченні вологою передають її не стільки в ендосперм, скільки в зародок. Підтвердженням цьому єпідвищений вологовміст зародкової частини зернівки при її зволоженні, що встановлено дослідженнями Е.В.Сахарова.

Процеси, що відбуваються при зволоженні зернівки: пере­міщення вологи із зовнішніх у внутрішні шари, гідратація біопол­імерів, прояв активності ферментів і початок природних біохіміч­них процесів призводять до складних структурних змін у зернівці, в результаті яких змінюються міцність, скловидність, щільність, натура зерна, що викликає в кінцевому підсумку зміну технологі­чних властивостей зерна в заданому напрямку.

Тепловий фактор. Дія цього фактора заснована на прискоренні усіх фізико-хімічних і біохімічних процесів у зерні при його водно-тепловій обробці. Особливість прискорення вказаних процесів полягає в тому, що переміщення вологи в зернівці відбувається не тільки під впливом градієнта вологовмісту між різними шарами зер­нівки, але й завдяки наявності температурного градієнта між тими ж шарами (явище - термовологопровідності). До такого висновку вперше прийшов О.В.Ликов. Ефективність дії теплового фактора залежить як від вологовмісту зерна, так і від його температури. Тому найбільш ефективно застосовувати теплові методи обробки зерна при низькій його температурі, оскільки з'являється можливість ство­рення значного температурного градієнта. Температурний фактор сильно впливає на зміну біохімічних властивостей зерна і насампе­ред на вихід і якість клейковини, а також на активність ферментів, що призводить до поліпшення хлібопекарських властивостей зерна. Це особливо важливо для зерна із слабкою клейковиною, яка при цьому значно укріплюється. В той же час ВТО зерна з міцною клейковиною може викликає її погіршення через підвищення пруж­ності, зменшення розтяжності. Тому вибір теплових режимів ВТО зерна залежить від якості клейковини вихідної партії зерна.

При підвищенні температури і вологості зерна спостерігаєть­ся підвищення активності його протеолітичних ферментів. Однак, як встановив

М. І.Соседов, активність цих ферментів підвищується тільки при нагріві зерна до 50°С і експозиції до 30 хв. При подаль­шому підвищенні температури і збільшенні експозиції активність протеолітичних ферментів знижується.

Таким чином, завдяки тепловому фактору, можна, прискори­ти процеси ВТО зерна і вплинути на його біохімічний комплекс з метою поліпшення хлібопекарських властивостей зерна.

Час ВТО зерна. Час воднотеплової обробки зерна залежить від вихідних технологічних властивостей зерна, таких як скловидність, кількість і якість клейковини, вологість і ін. Час ВТО пов'язаний із швидкістю протікання структурно-механічних і біохімічних про­цесів у зернівці. Так, для м'якої низькоскловидної пшениці з мучнистим ендоспермом слід витрачати менше часу на ВТО ніж для твердої чи м'якої високоскловидної пшениці, що пов'язано із щільністю ендосперму різного зерна. М'яка низькоскловидна пше­ниця має рихлу структуру і тому найвищу швидкість проникання води, а в твердій і м'якій високоскловидній пшениці, яка має підви­щену щільність ендосперму і значну кількість білкових прошарків, навпаки - найменша швидкість проникнення води. По аналогії це ж відноситься і до дрібного і крупного зерна. Швидкість проникнення води у дрібному зерні вища ніж у крупному. Використання теплових методів обробки зерна значно зменшує час ВТО через підвищення швидкості проникання води в зернівку під дією тем­пературного градієнта.

Загальний час ВТО зерна складається із двох частин. Перша частина використовується на зволоження зерна і протікання пер­винних структурних змін в кожній зернівці, а друга частина - на протікання і завершення усіх структурно-механічних і біохімічних процесів у зернівці, які відбуваються при відволоженні зерна.

Умови повітряного середовища. ВТО зерна відбувається в пев­ному повітряному середовищі, параметрами якого є температура, відносна вологість і тиск. Ці параметри суттєво впливають на ефек­тивність ВТО зерна. Важливо застабілізувати параметри ВТО на певному рівні, відповідно до вихідних властивостей зерна, але це не завжди вдається досягти.

За станом повітряного середовища розрізняють наступні ме­тоди: при атмосферних умовах, при надлишкову тиску пари і у ва­куумі. ВТО при атмосферних умовах найбільш проста, але не за­безпечує стабільність параметрів повітряного середовища, які змінюються протягом доби, місяця та пори року і впливають на стійкість режимів ВТО зерна та знижують ЇЇ ефективність. При надлишкову тиску пари практично виключається нестабільність параметрів ВТО в будь-який час, що забезпечує стійкість протікан­ня структурно-механічних і біохімічних процесів у зерні. До цього ж зволоження зерна у даному випадку відбувається в умовах па­роповітряного середовища, яке сприяє рівномірному зволоженню кожної зернівки по всій її поверхні і прискоренню проникання во­логи у внутрішні шари зернівки. ВТО у вакуумі є найбільш ефек­тивною через понижену температуру кипіння води і пароутворен­ня, але створення певного рівня вакууму пов'язане із значними витратами енергії і тому цей метод практичного використання не знайшов.

Поиск по сайту: