Увлажнение зерна водой или паром

При искусственном увлажнении зерновой массы приобретают значение следующие показатели, характеризующие воду (влагу) как технологический фактор крупяного производства:

а) первоначальная влажность, т. е, количество воды, содержа­щейся в самом зерне;

б) распределение воды по отдельным частям зерна;

в) характер связей воды с веществом зерна.

Первоначальная (естественная) влажность зерна различных крупяных культур, как уже указывалось, колеблется от 12 (ячмень) до 18 % (кукуруза). При пониженной влажности, особенно зерна таких культур, как просо, гречиха и рис, неизбежно усиленное дробление ядра в процессе шелушения. Повышенная первона­чальная влажность затрудняет шелушение, так как перепад влаж­ности цветочных пленок (или оболочек) и ядра незначителен. В обоих случаях при переработке овса, гороха и гречихи применяют искусственное увлажнение с целью создания условий, благоприят­ных для снятия цветочных пленок или семенных и плодовых оболочек.

Зерно различных культур обладает неодинаковой водопоглотительной способностью не только вследствие структурных особенностей оболочек и ядра; на водопоглотительную способность зерна в процессе увлажнения и пропаривания оказывают также влияние первоначальная влажность, сила давления пара, состав зерновой массы и плотность ее укладки (скважистость).

Вода распределяется неравномерно по отдельным частям зерна. Наи­большее ее количество поглощается цветочными пленками (овес, ячмень, просо), плодовыми (гречиха) и семенными оболочками (горох), обладающими разветвленной влагопроводящей сетью широких (d=11^-3—18 ^-3см) кана­лов капилляров.

В цветочных пленках зерна ячменя, овса и проса капилляры более ши­роки, чем в семенных и плодовых оболочках. Увлажнение зерна сопровож­дается конденсацией влаги в первую очередь в цветочных пленках, в после­дующем она благодаря абсорбции постепенно переходит в плодовые и семен­ные оболочки, а затем и в эндосперм.

Можно считать установленным на основе опыта длительной эксплуата­ции крупозаводов (особенно овсозаводов), что мелкие зерна быстрее впиты­вают влагу, чем крупные. Это объясняется тем, что они имеют большую удель­ную поверхность наружных покровов.

Следовательно, для первой фазы, т. е. абсорбции, решающим фактором которой является молекулярная характеристика покровов, активная удель­ная поверхность, отнесенная к его весовой единице, во много раз больше геометрической удельной поверхности. При проверке смеси крупных и мелких зерен после увлажнения и пропаривания неоднократно устанавливалось, что влажность мелких зерен, например овса (проход через сита с отверстиями 2,2Х20 мм и сход с сит 1,8Х20 мм), была на 2,8—2,6 % выше влажности ото­бранных из этого же потока крупных зерен (проход через сито 2,6X20 мм и сход с сита 2,2X 0 мм).

В неувлажненном зерне первоначальная его влажность всегда выше сум­марной влажности, а влажность цветочных пленок ниже суммарной влажно­сти в среднем на 0,2—0,3 %.

После увлажнения (до определенной степени) влажность цветочных пле­нок значительно выше, чем суммарная влажность зерна.

Повышенная в сравнении с ядром влажность цветочных оболочек после увлажнения объясняется, видимо, тем, что капиллярная конденсация в цве­точных пленках больше, чем в плодовых и семенных оболочках, а также в эндосперме.

До определенной степени увлажнения пленок зерна каждой культуры ядро медленно поглощает влагу; как только заканчивается сорбция в цветоч­ных пленках, ускоряется поглощение влаги ядром, после чего наступает некоторое относительное равновесие влажности пленок и ядра, что является весьма важным для шелушения.

В результате воздействия воды и пара на зерно в нем наблю­даются следующие явления, общие для всех крупяных культур:

1.Увеличиваются размеры зерен вследствие набухания; при этом крупные зерна набухают в меньшей степени, чем мелкие.

2. Частично раскрываются плодовые оболочки крупных зерен гречихи при увлажнении до 24—28 % и давлении пара 1,5—2,0 атм.

3. Частично раскрываются цветочные пленки мелких зерен овса (проход через сита 2,2x20 мм) и гречихи (проход через сита 3,4 мм) при увлажнении до 30 % и давлении пара 2,0—2,5 атм.

Технологический эффект воздействия воды на зерно при его увлажнении или пропаривании в значительной мере определяется характером связей воды с веществом зерна. Различают хими­чески связанную воду, физико-химически связанную воду и механически удерживае­мую воду.

При гидротермической обработке изменяется лишь характери­стика физико-химической и механически удерживаемой влаги.

Основными категориями связи влаги с веществом зерна являются: адсорбционная, осмотическая и капиллярная. Адсорбционная и осмотическая связи характеризуют связанную воду, а ка­пиллярная — свободную.

Молекулы связанной влаги прочно соединены с молекулами коллоидов в зерне (белками, углеводами).

Поглощение зерном влаги (сорбция) является весьма сложным процессом, распадающимся на несколько этапов:

а) адсорбция, т. е. уплотнение воды, пара, газа на поверхности зерна;

б) абсорбция, т. е. поглощение влаги внутренними слоями зерна;

в) капиллярная конденсация (сорбция), т. е. скопление влаги в капил­лярных каналах зерна.

При увлажнении и особенно при пропаривании невозможно строго раз­граничить эти явления; поэтому, придерживаясь терминологии, принятой при определении степени поглощения паров, а следовательно, и увлажнения зерна, ядра и оболочек, это явление называют сорбционной ем­костью (способностью) зерна данной партии поглощать влагу.

Для эффективного шелушения крупяного зерна необходимо обеспечивать равномерную влажность всей партии перерабатывае­мого зерна, так как за средними данными о ее влажности иногда стоят различные показатели влажности крупных и мелких зерен. Поэтому на крупозаводах обычно сортируют зерновую массу до увлажнения или пропаривания на крупную и мелкую фракции. Это тем более важно, что на способность поглощения влаги оказы­вает также серьезное влияние консистенция эндосперма (мучнистый или стекловидный). Мучнистые сорта зерна поглощают влагу быстрее и в большем количестве, чем стекловидные сорта.

Между ядром и наружными оболочками овса, проса, ячменя и гречихи имеется небольшая воздушная прослойка, способствующая процессу шелушения после гидротермической обработки. Эта прослойка в зависимости от первоначальной влажности и крупно­сти зерна имеет различные размеры. Чем меньше пленчатость зерна, тем меньше прослойка и наоборот. Если воздушная про­слойка относительно велика, а влажность ядра незначительна, то процесс шелушения проходит легче и интенсивнее. Указанное положение в равной степени относится ко всем крупяным куль­турам.

Линейные измерения зерна и его ядра показывают, что ядро зерна после увлажнения или пропаривания разбухает, заполняя полностью воздушную прослойку между цветочными пленками и ядром. В результате последующей сушки такого зерна увеличи­ваются размеры воздушной прослойки, в связи с чем нарушается связь между пленками и ядром. Влажность их в просушенном, предварительно пропаренном зерне всегда будет ниже влажности ядра, что создает условия, благоприятствующие шелушению. Поэтому правильное увлажнение и последующие сушка и охлаж­дение зерна перед шелушением играют важную роль в технологи­ческом процессе выработки крупы.

Степень увлажнения зерна при пропаривании зависит от давле­ния, температуры пара и продолжительности пребывания зерна в машине. Расход пара может резко колебаться (от 3 до 8 % по отно­шению к весу зерна, прошедшего через пропариватель). Продолжи­тельность пребывания зерна в машине составляет 1-3 мин.

Технологический эффект пропаривания зерна характеризуется следующими показателями:

повышением суммарной влажности овса с 14,0—15,0 % до 20—22 % при давлении пара 1,8—2,5 атм; при этом влажность цве­точных пленок возрастает на 10,5—12,5 % и ядра — на 4,0—4,5%;

повышением суммарной влажности гречихи на 4,0—4,5 % при давлении пара 1,8—2,2 атм; при этом влажность плодовых оболочек возрастает на 6,5—7,5 % и ядра - на 2,0—2,5 %;

повышением суммарной влажности гороха, чечевицы, кукурузы на 1,5—2,0 % при давлении пара до 1,5атм; при этом влажность оболочек повышается на 3,5—4,0 % и ядра — не более чем на 0,6-0,8%.

При указанном технологическом режиме работы машин происходят ряд биохимических превращений в ядре и перераспределение питательных веществ.

Как показали исследования при пропаривании овса (давление пара от 0,5 до 1,5 атм) продолжительностью от 5 до 15 мин. возрастает количество глю­козы с 0,12 до 0,36—0,45 % и сахарозы—с 0,90 до 1,82—2,91%. В ячмене содержание глюкозы повышается с 0,12 до 0,59 % и сахарозы—с 1,56 до 2,75 %.

При гидротермической обработке гречихи количество декстрина после 15 мин. пропаривания зерна увеличивается с 0,91 до 1,67 % при давле­нии в 0,5 атм, а при повышении давления до 1,5 атм. и той же продолжительности обработки паром—с 0,91 до 4,76 %. Содержание глюкозы при этом возрастает с 0,37 до 0,80 % при давлении до 1,5 атм.

Важно также отметить, что в результате пропаривания полисахариды переходят в моносахариды, которые, как известно, значительно легче усваи­ваются человеческим организмом и обладают более высокими вкусовыми качествами.

Изменение химического состава крупяного зерна под действием пара улучшает также условия хранения крупы, выработанной из такого зерна.

Пропаривание во всех случаях благоприятно сказывается на потреби­тельских достоинствах крупы (лучшая развариваемость, устранение привкуса горечи и т. п.).

В отличие от мукомольной промышленности, где отволаживание является одним из важнейших технологических факторов, в крупяном производстве ему не придают такого значения и рассматривают как вспо­могательный прием.

Непродолжительное пребывание (0,5—1 ч) в отлежных закромах преследует цель непроникновения влаги внутрь ядра, а лишь равномерное распределение ее по поверхности зерна. Это достигается в результате перехода тепла, приобретенного зерном в процессе пропаривания, из глубинных слоев в перифе­рийные.

В зимние месяцы чрезвычайно важно не допускать явлений кон­денсации влаги на поверхности зерна в закромах для отлежки зерна, ко­торые рекомендуется утеплять.