Взаимосвязь между физическими свойствами зерна и его мучным потенциалом

10.05.2015

К физическим свойствам зерна пшеницы относят фрикционные и аэродинамические свойства, плотность, массу 1000 зерен и объемную массу. Каждое из перечисленных свойств в отдельности и совокупности непосредственно влияет на технологические достоинства помольных партий зерна и на результаты, получаемые при переработке их на мукомольных заводах.
Фрикционными принято считать такие свойства, как силы межмолекулярного сцепления, косвенно характеризующиеся величиной скважистости, которая для зерна пшеницы равна 43—55%, углом трения и углом естественного откоса насыпи (27—38°). Аэродинамическим особенностям придается важное значение не только потому, что зерно, находясь во взвешенном состоянии, имеет критическую скорость 8—11 м/с, а частицы сорной примеси, подлежащие выделению из зерновой массы, — 2,5—4,5 м/с, но и потому, что этот показатель, являясь одним из главных, выражает массу зерна, его выполненность, содержание в нем эндосперма.
Плотность зерна ρз = 1,30—1,48 г/см3, крахмала ρкр = 1,50—1,55 г/см3, белка ρб = 1,34—1,36 г/см3, сухой клейковины ρск = 1,25—1,28 г/см3, зародыша ρзар = 1,20—1,27 г/см3 и оболочек ρоб<1. Эти величины хорошо коррелируются с соответствующими геометрическими размерами.

Взаимосвязь между физическими свойствами зерна и его мучным потенциалом

Масса 1000 зерен служит дополнительным показателем к линейным размерам, характеризующим крупность и выполненность зерна. Чем благоприятнее метеорологические условия и чем выше уровень агротехнических мероприятий созревания, чем дольше растение имеет возможность синтезировать и накапливать крахмал, тем зерно крупнее и тяжелее, и наоборот. В опытах М.П. Неймана установлено, что крахмал накапливается гораздо быстрее, чем белок, в связи с чем и получается относительное уменьшение содержания белка при увеличении содержания крахмала. Особенно много белка содержится в недозрелом зерне, когда крахмала накоплено недостаточно. Ho бывает и так, что крупное, недостаточно выполненное зерно имеет такую же массу (вес), как и зерно средних размеров. На рисунке 2 показано изменение выхода муки (Вм) в зависимости от массы 1000 зерен mз. Величины Bм и mз не всегда коррелируют. Это объясняется тем, что меньшее значение mз может быть в результате плохой выполненности или сортовых особенностей зерна, наличия в нем пустот, степени уплотнения клеток. Так, у стекловидного зерна значительно меньше пустот и выше уплотнение по сравнению с мучнистым зерном пшеницы. Поэтому для стекловидного зерна mз и, как увидим далее, объемная масса имеют большее значение, чем для мучнистой пшеницы. Следовательно, массу 1000 зерен рассматривают в связи с другими признаками, определяющими мучной потенциал зерна. Значение mз пшеницы колеблется в пределах 15—60 г. Средняя величина ее не превышает 28 г.
Значение показателя объемной массы в оценке технологических свойств зерна настолько велико, что его учитывают при расчете выхода продукции на мукомольных заводах, делая скидки в случаях отклонения от базисных норм качества пшеницы.
Взаимосвязь между физическими свойствами зерна и его мучным потенциалом

В таблице 8 приведены показатели объемной массы пшеницы и составляющих ее фракций. На объемную массу влияют многочисленные факторы: форма, крупность, влажность, характер поверхности, степень засоренности зерна и др. Между ними существует определенная взаимосвязь. Так, зерна с шероховатой, морщинистой поверхностью и с повышенной влажностью обладают сильно выраженными фрикционными свойствами; они менее плотно укладываются в емкости и, следовательно, характеризуются меньшей объемной массой. Более крупное зерно приближается к округлой форме, поэтому укладывается плотнее, чем удлиненное.
Наличие органической примеси уменьшает плотность укладки зерновой массы, а минеральная примесь повышает объемную массу. В то же время содержание в крупной зерновой смеси мелких зерен и семян сорняков, размещающихся между крупными зернами, снижает скважистость, усиливает уплотнение всей массы.
Как указывает Н.П. Козьмина, хотя зависимость между плотностью и объемной массой зерна не функциональная, корреляция в данном случае большая. Чем больше плотность зерна ρз, тем больше объемная масса Gз. При ρз, равной 1,31 г/см3, объемная масса Gз = 740 г/л, когда ρз = 1,36 г/см3, ей соответствует G3 = 790 г/л, а если зерно имеет ρз = 140 г/см3, то Gз = 800 г/л.
Объемная масса может уменьшаться в зависимости от наличия в ней дефектного зерна: пораженного клопом-черепашкой, морозобойного, недозрелых, щуплых и других неполноценных зерен.
Взаимосвязь между физическими свойствами зерна и его мучным потенциалом

Величина объемной массы характеризует содержание в зерне эндосперма и возможность его извлечения в виде муки на мукомольных заводах, что иллюстрируют кривые на рисунке 3. Они получены при опытных помолах зерна пшеницы разных типов со стекловидностью 48—54%, зольностью 1,69—1,76% и содержанием сырой клейковины 22—28%. Максимальная зольность и минимальное количество сырой клейковины обнаружены у зерна, обладающего меньшей объемной массой.
В опытах был принят односортный помол при ограничительном общем выходе муки в случае, если содержание крахмала в отрубях будет превышать 32%. При таком подходе в условиях одинаковой структуры схемы помола, технологических режимов и нагрузок на оборудование удалось установить динамику возможного выхода муки с соответствующими показателями ее качества из зерна с различной объемной массой.
Из анализа кривых следует, что с увеличением значения Gз возрастает общий выход муки. Это значит, что объемная масса косвенно указывает на относительное содержание эндосперма в зерне. Судя по данным многочисленных исследований, в зерне пшеницы различных типов и зон произрастания при одинаковых объемных массах количество эндосперма почти не отличается, т. е. Bм = f (Gз).
Чем меньше объемная масса зерна, тем выше зольность муки, что объясняется большим количеством оболочек, попадающих в муку.
Взаимосвязь между физическими свойствами зерна и его мучным потенциалом

Наоборот, с повышением Gз растет выход муки и снижается ее зольность, что обусловлено большим содержанием эндосперма в перерабатываемом зерне. В то же время отмечены факты, когда объемная масса зерна и зольность муки не влияют на выход муки. В исследованиях ВНИИЗ выявлено, что при изменении Gз с 770 г/л и выше в интервале разницы 20—50 г/см3 не наблюдается тенденция к увеличению выхода и улучшению качества муки как из пшеницы I, так и IV типа.
Между тем объемная масса ниже 770 г/л, особенно когда разница составляет 50 г/л и более, влечет за собой заметное снижение выхода муки Вм и повышение ее зольности Zм. В тех же исследованиях установлено, что с увеличением количества примеси ржи в помольной партии пшеницы снижается общий выход муки. Так, при наличии 6—7% ржи и увлажнении всей смеси до 15,5—16% перед помолом резко ухудшилось крупообразование и просеивание. При добавлении 1 % ржи выход муки снизился на 0,21—0,39%.
С увеличением доли ржи в помольной партии до 10% зольность муки возросла на 0,03—0,07% при одновременном снижении количества сырой клейковины и объемного выхода хлеба.
Математически выход муки в функции объемной массы зерна выражается уравнением прямой.
На рисунке 4 прослеживается изменение содержания сырой клейковины в муке в зависимости от ее выхода Bм при различных значениях количества клейковины Kз в зерне пшеницы.
Математически связь между Kз и Bм выражается уравнением (%):
K3 = АB2м + ВВм + С,

где параметры уравнения:
А = -0,00117 ÷ -0,00135;
В = 0,11983 ÷ 0,13886;
С = 24,88 ÷ 29,77.

Значения K3 обусловлены главным образом возрастанием количества белков от центральной к периферийной части эндосперма. Наряду с этим замечено, что с увеличением объемной массы содержание сырой клейковины в муке, хотя и не резко, но уменьшается. He выявлена зависимость между объемной массой зерна и объемным выходом хлеба. Несмотря на это, зерно с большим значением Gз, содержащее и большее количество мучной массы, ценнее, чем зерно с меньшей объемной массой.