6.2. Структурно-механические и физико-химические особенности зерна

Составные части зерна крупяных культур — оболочки, эндо­сперм и зародыш — характеризуются следующими основными струк­турно-механическими и физико-химическими особенностями:

1) прочность связей цветочных пленок (у гречихи - плодовых) с ядром;

2) различная степень сопротивляемости ядра дроблению при снятии цветочных пленок (шелушении);

3) однородность и выравненность зерновой массы, крупность и выполненность зерен;

4) свежесть зерновой массы, цвет, вкус, запах, влажность и засоренность;

5) содержание органических и неорганических веществ в зерне.

Различные крупяные культуры характеризуются неодинаковой степенью прочности связей щеточных пленок с ядром.

Так, зерна проса с цветочными пленками серого и красного цвета отли­чаются более прочной связью с ядром, чем зерна проса с пленками белого, кремового и желтого цветов. Как показывают проведенные нами исследова­ния, в фазе раскрытия пленок предварительное сжатие (требующееся усилие) для шелушения серого и красного проса (при нормальной влажности зерна) составляет 12,3—14,4 кг/см², а для шелушения белого, кремового и жел­того - 10,1—11,8 кг/см².

Снятие цветочных пленок с зерна стекловидного ячменя сопряжено с большими трудностями, чем с зерна мучнистого ячменя. Усилие, требую­щееся для шелушения того или другого, составляет соответственно 23,8— 27,9 кг/см² и 16,9—18,4 кг/см².

Шелушение крупного зерна гречихи требует меньших усилий (11,3—12,6 кг/см²), чем шелушение мелкого зерна (15,0—16,9 кг/см²).

Это положение относится не только к гречихе, но и ко всем культурам, перерабатываемым в крупу. Опыт предприятий крупяной промышленности свидетельствует, что крупное зерно, в котором цветочные пленки менее плотно примыкают к ядру, легче шелушить, чем мелкое, что обусловливает более эффективное использование зерна (больший выход крупы) и оборудо­вания.

Следует иметь в виду, что прочность связей цветочных пленок с ядром в значительной мере определяется степенью влажности зерна: чем выше влажность, тем труднее они снимаются (шелушатся).

В процессе подготовки к переработке структурно-механиче­ские свойства зерна, неразрывно связанные с его строением и физико-химическими особенностями, используются главным обра­зом для того, чтобы, воздействуя на них при помощи различных технологических приемов (пропаривание, сушка и т. п.), изменить указанные свойства. Это облегчит возможность отделения цветоч­ных пленок при шелушении и сделает ядро более устойчивым к внешним воздействиям.

Зерно крупяных культур вследствие неодинаковых струк­турных особенностей ядра (консистенция эндосперма) характери­зуется различной степенью сопротивляемо­сти воздействию рабочих органов шелушильных машин.

Для технологических целей весьма важно, чтобы зерновая масса состояла из одинаковых по стекловидности или мучнистости зерен, так как переработка смеси тех н других нарушает режим работы машин и влечет за собой потери ядра. Чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия техно­логического процесса, необходимо формировать однородные по крупности и консистенции партии, направляемые в шелушильное отделение крупозавода.

Говоря о консистенции, следует иметь в виду, что стекловидность эндосперма обусловлена наличием в промежутках между крахмальными зернами белковых прослоек, усиливающих проч­ность эндосперма.

Мучнистый эндосперм характеризуется содержанием значитель­ного количества мелких крахмальных зерен, заполняющих промежутки между большими зернами крахмала, в связи с чем эндосперм при шелушении и шлифовании легче поддается воздействию на него разрушающих усилий.

Так, в наших опытах для раздавливания (дробления) ядра проса стекловидных сортов при нормальной влажности требуется усилие, равное 28,9 — 30,4 кг/см², в то время как при тех же условиях для мучнистых сортов это усилие составляет 24,1 — 25,4 кг/см², для ядра ячменя — соответственно 40,6—41,9 и 38,1—38,5 кг/см, для ядра овса — соответственно 31,9 — 40,6 и 28,9—33,5 кг/см². Выведенная закономерность наиболее отчетливо про­является при переработке риса стекловидных, полустекловидных и мучнистых сортов,

При шелушении зерна крупяных культур степень влаж­ности эндосперма, как основной части ядра, обусловливает ослабление или усиление сопротивляемо­сти его разрушающим усилиям. Чем влажнее (до установленного предела) эндосперм, тем легче его сохранить в целом виде, что и соответствует задачам технологического процесса крупяного производства. Если допускается нарушение установлен­ного предела влажности и в переработку поступает зерно влаж­ностью ниже 13,0 % (просо, гречиха, рис) и 12,0 % (овес, ячмень), то ядро легко дробится, в связи с чем уменьшается выход продук­ции и увеличивается выход дробленых частиц.

На шелушение мелкого зерна во всех случаях требуется большая затрата усилий, чем на шелушение крупного. Поэтому на крупозаводах придают особо важное значение сортированию зерна по крупности и применяют различные рабочие поверхности шелушильных машин и различный режим их работы.

Однородный состав зерновой массы (типы, сорта, крупность) в значительной мере определяют ход техно­логического процесса выработки крупы.

Правильное установление типа (проса, риса, гречихи) и сорта (гречихи, овса, ячменя, кукурузы) очень важно при смешивании (подсортировке) направляемых в переработку партий, так как зерно разных типов или сортов отличается различными техноло­гическими свойствами,

Не менее важные показатели крупность и масса 1000 зерен. В крупном зерне количество и вес оболочек и зародыша по отношению к ядру характеризуются наимень­шими величинами, а в мелком — наоборот. В то же время выполненные мел­кие зерна иногда имеют более тонкие цветочные пленки и меньший зародыш, но отношения веса оболочек, зародыша и ядра изменяются не пропорцио­нально размерам зерна.

Как уже указывалось, чем больше в перерабатываемой партии крупных зерен, тем эффективнее ведется процесс шелушения.

В крупяной промышленности особое внимание уделяют опре­делению выравненности и однородности зерно­вой массы.

При этом обычно применяют набор сит с отверстиями определен­ных размеров применительно к величине зерен перерабатываемой культуры. Выполненность зерна не всегда связана с его формой, но, как правило, присущая данному типу и сорту нормальная фор­ма указывает на развитость и крупность ядра, т. е. на его выпол­ненность. Выравненность партии зерна определяют, складывая величины схода (остатка) с двух сит с отверстиями определенных размеров. Так, например, степень выравненности ячменя характе­ризуется суммой сходов сит с отверстиями 2,8x20+2,5x20 мм и 2,5x20+2,2x20 мм. Выравненность можно считать хорошей, если она превышает 80 %, и неудовлетворительной, если она нахо­дится в пределах 50—70 %.

К невыполненным относят зерна с недоразвитым ядром и с повышенным весом (количеством) цветочных пленок —так назы­ваемые щуплые,—которые подлежат отбору при очистке и сорти­ровании партий зерна, перерабатываемого в крупу.

Процентное отношение веса (количества) цветочных пленок проса, овса, риса (плодовых оболочек у гречихи) к весу выделя­емых при анализе навески нормальных зерен (без сорной и зерновой примесей, а также шелушеных зерен) — пленчатость — является одним из основных показателей качества крупяного зерна. Качество зерна тем выше, т. е. ядра в нем тем больше, чем меньшей пленчатостью оно характеризуется, так как цветочные пленки (плодовые оболочки у гречихи) не представляют питательной ценности.

Пленчатость зерна различных культур указана в приводив­шейся ранее табл. 29.

Как указывалось, показатель пленчатости не учитывает содержания в зерновой массе различных примесей, так как весовое количество цветочных пле­нок, необходимое для определения содержания ядра, устанавливают только по отношению к чистому зерну. Между тем для точного определения предпо­лагаемого (расчетного) выхода крупы необходимо учитывать и примеси (сор­ную, зерновую, шелушеные зерна) вместе с цветочными пленками, относи­мыми к отходам производства и называемыми лузгой.

Зная величину пленчатости и количество примесей, нетрудно определить содержание ядра в перерабатываемой партии зерна. Для этого в зависимости от культуры применяют следующие формулы:

а) при переработке проса в крупу:

х=((% норм. зерен +2/3 зерновой примеси)/100)*(100-% пленок в чистом зерне)/100+шелушенные зерна.

При исчислении процента ядра шелушенные ядра к нормальному зерну не относят, а 1/3 зерновой примеси учитывают как сорную примесь;

б) при переработке гречихи в крупу:

х=[А+2/3(Б-О)]*(100-Р)/100, (12)

где А – количество нормальных зерен, % [100-(сорная примесь+зерновая)];

Б – количество зерновой примеси, %;

О – количество шелушеных зерен, %;

Р – количество пленок, %.

Примечание. При исчислении ядра 1/3 зерновой примеси учитывают как сорную примесь.

При исчислении процента ядра 1/3 зерновой примеси учитывают как сорную примесь.

Количество нормальных зерен равно:

[100-(сорная+зерновая примеси+шелушеные зерна)].

в) при переработке овса в крупу:

х=(100-П)*[100-(С+З+М+О+К+Р)]/100+О+К+Р, (13)

где П – количество пленок в чистом зерне овса, %. оставшегося на сите с отверстиями 1,8Х20 мм;

С – количество сорной примеси, %;

З – количество зерновой примеси, %;

М – количество мелких зерен, %, прошедших через сито с отверстиями 1,8х20 мм;

О – количество шелушеных зерен овса, % из остатка на сите с отверстиями 1,8х20 мм;

К – количество зерен пшеницы и полбы, %;

Р – количество зерен ржи и ячменя, относимых к основному зерну, %.

При исчислении количества лузги пользуются следующими формулами

1. при переработке гречихи в крупу:

х=[% норм. зерен+2/3 (зерновой примеси - шелушенные зерна)] ∙пленчатость/100;

2. при переработке проса в крупу:

х=100-(с.п.-з.п.+ш.з.)+2/3∙з.п.) ∙П/100, (14)

где х – количество лузги;

с.п. – количество сорной примеси, %;

з.п. – количество зерновой примеси, %;

ш.з. – количество шелушеных зерен, %;

П – количество пленок, %.

3. при переработке овса в крупу:

х=[100-(С+З+М+О+К)] ∙П/100, (15)

где х – количество лузги, %;

С – количество сорной примеси, %;

З – количество зерновой примеси, %;

М – количество мелких зерен, %, прошедших через сито с отверстиями 1,8х20 мм;

О – количество шелушеных зерен овса, %, из остатка на сите с отверстиями 1,8х20 мм;

К – количество зерен пшеницы и полбы, %;

П – количество пленок (включая примесь мелких зерен), %.

Примеси — сорная, зерновая, вредная, минеральная, нахо­дящиеся в зерновой массе, представляющей собой совокупность огромного количества отдельных зерен с различными физико-химическими свойствами, допускаются в пределах норм, установ­ленных ГОСТ на крупяное зерно.

Оставление таких примесей в неудовлетворительно очищенном зерне отражается на выходе продукции и ухудшает ее качество.

Особого внимания работников зерноочистительных отделений крупозаводов требуют трудноотделимые примеси (например, звенья дикой редьки, татарская гречиха, щетинник, вьюнок, головня и др.),

Для выделения примесей необходимо применять развитую схему очистки (двух-, трехкратный пропуск через сепараторы, одно-, дву­кратный пропуск через камнеотборник и сита с отверстиями тре­угольной формы, двукратный пропуск через триеры и т. п.).

Наряду е засоренностью зерновой массы различными приме­сями некоторое значение имеет зараженность ее вредителями.

Наличие в зерновой массе клеща, долгоносика и других вре­дителей связано с увеличением количества поврежденных зерен, что отрицательно сказывается на процессе шелушения (усиленное дробление ядра) и, следовательно, приводит к уменьшению выхода продукции.

При оценке технологических свойств зерновой массы - запах, вкус и цвет, и комплексного показателя — свежесть,— опреде­ляемые органолептически, дают представление о различных откло­нениях от установленных норм качества.

Зерно, поступающее в зерноочистительное отделение крупо­завода, должно быть свежим и не иметь посторонних запахов.

Неблагоприятные метеорологические условия в период созревания и уборки или неправильное хранение могут обусловить появление в зерне затхлого и плесневелого запаха.

Кроме того, запах может появиться в результате нарушения режима сушки, перевозки в неочищенных вагонах, в загрязненных мешках и т. п. Проросшие зерна могут придать зерновой массе сладковатый привкус. Кислый или горький вкус, неестественно темный цвет оболочек и ядра указывают на несвежесть зерна, и направление его в переработку отрицательно скажется на качестве крупы.

Ранее уже говорилось о значении фактора влажности различ­ных частей зерна в технологическом процессе крупяного производ­ства. Для пленчатых культур характерно то, что при общей влаж­ности в 14,0—14,5 % влажность цветочных пленок будет всегда ниже влажности зерна с пленками на 0,5—1,0 %, в то время как влажность ядра будет выше на 0,2—0,3 %. Такое различие в показателях влаж­ности оболочек и ядра облегчает процесс шелушения.

Зерно, являясь живым организмом, включает ряд органи­ческих (белки, жиры, углеводы, ферменты, витамины, пигменты) и неорганических (вода, минеральные соли) веществ. Количественное соотношение этих веществ и их роль в жизненных процессах различны, поскольку биологические функции и назна­чение отдельных анатомических частей зерна неодинаковы. Следо­вательно, при технологической оценке сле­дует учитывать не только общий химиче­ский состав, но и состав отдельных частей его, поскольку он определяет ценность зерна и вырабатываемой из него крупы. В зависимости от типа или сорта культуры, года урожая и района произрастания возможны колебания химического состава.

Зерно пленчатых культур характеризуется боль­шим содержанием углеводов (крахмала), составляющих ⁴/5 веса всего зерна (56—78 %), Количество белковых веществ находится в пределах 7,5—14,8 %. Жиры не превышают 2—4 % и лишь в овес доходят до 7 %. Прочие углеводы (сахар) присутствуют в незначительном количестве (0,2—0,4 %). Содержание минеральных солей (золы) колеблется от 2,0 до 4,7 %. Таким образом, крупя­ное зерно является ценным источником углеводного питания.

Количество различных химических веществ и их свойства значительно изменяются в зависимости от того, в какой части зерна они находятся.

Цветочные пленки в основном состоят из клетчатки, золы и большого количества окиси кремния. Такой состав наружных покровов зерна делает их непригодными для использования в качестве пищевого продукта.

Плодовые и семенные оболочки и алейроновый слой наряду со значитель­ным количеством клетчатки и золы отличаются большим содержанием бел­ковых веществ,

Основная масса питательных веществ концентрируется в эндо­сперме, который содержит до 90 % (от веса эндосперма) крахмала.

Зародыш также богат белками и углеводами (сахаром) и осо­бенно жирами.

Наиболее высокими пищевыми достоинствами обладают эндосперм и заро­дыш, содержащие легко усваиваемые белки, углеводы и жиры.

Контрольные вопросы

1. Назовите составные части зерна крупяных культур.

2. Какой вес имеют цветковые пленки у пленчатых культур?

3. Структурно-механические и физико-химические особенности зерна крупяных культур.

4. Назовите основные показатели качества зерна, поступающего на переработку в крупу.

5. Назовите химический состав зерна крупяных культур.