Разрыхление эндосперма

09.05.2015

Несколько иначе проходит процесс деформации в эндосперме. Более сложная и совсем иная структура эндосперма, большее разнообразие в коллоидных свойствах составных частей его приводят к более сложному процессу миграции влаги и к другой форме её механического воздействия.
Некоторые авторы, например Дедрик, полагают что первичным руслом, по которому происходит продвижение влаги в эндосперм, являются стенки клеток. Однако это не совсем верно, так как эндосперм, как известно, состоит из крупных, но тонкостенных клеток, заполненных крахмальными зёрнами, промежутки между которыми пронизаны белковым веществом. Среди этих коллоидно различных веществ основными являются крахмальные зёрна и белок, стенки же клеток занимают сравнительно незначительное место. Поэтому здесь напрашивается следующая рабочая гипотеза.
Белковая масса жадно впитывает воду и разбухает, создавая новые Напряжения, ослабляющие сопротивление эндосперма измельчению. Зёрна же крахмала благодаря низкой температуре поды обнаруживают большую сопротивляемость насыщению плати, наполняющей сначала лишь трещины, которыми так богаты эти зёрна. Как мы указывали вода здесь действует расклинивающим образом и ослабляет прочность углеводного комплекса, приводи в конечном итоге к разрыхлению, размягчению эндосперма.
Крахмальные зёрна пшеницы, обладающие, как известно большей «трещиноватостью», быстрее и легче поддаются размягчению при увлажнении, чем ржаные. Более быстрому разрушению пшениц соответствует меньший удельный расход энергии при измельчении этой культуры при одинаковых прочих условиях.
По отношению к отдельным сортам пшеницы известно, что у более стекловидной пшеницы крахмальные зёрна меньше. По исследованию Дорошенко, отношение числа мелких крахмальных зёрен к крупным у стекловидной пшеницы больше, чем у мучнистой. Этим и можно объяснить, что стекловидные сорта пшеницы требуют большего увлажнения и более длительного времени отволаживания.
Было бы, однако, неправильно предполагать, как это делают некоторые авторы по отношению к явлениям набухания (Шалл), что разрыхление эндосперма представляет чисто физическое явление. Не нужно забывать, что в данном случае мы имеем дело с живым организмом, обладающим способностью к активному регулированию протекающих в нём физико-химических процессов. Последнее явление усиливается ещё тем, что кондиционирование происходит в присутствии зародыша, выделяющего при увлажнении зерна, особенно в присутствии тепла, энзимы, играющие роль органических катализаторов, расщепляющее действующих на составные части эндосперма и приводящих не только к физическим, но и к биохимическим изменениям структуры эндосперма.
Никитинский в следующем красочном, но несколько-упрощенном виде излагает действие энзимов: «При замочке зерно поглощает воду; зародыш зерна пробуждается, оживает и посылает в мучнистое тело (эндосперм) ядра за запасами, которые именно там сохраняются зерном для него; зародыш выделяет и отправляет в мучнистое тело растворитель (энзим — цитазу), который ослизняет и растворяет межклеточное вещество, склеивающее клеточки, а также клетчатку стенок клеточек; другой растворитель (диастаз) начинает растворять также запасной, сложенный в мучнистом теле крахмал; третий растворяет там белки. Всё растворенное идёт из запаса в зародыш, который питается им и начинает расти; в то же время мучнистое тело разрыхляется частичным растворением, а вода, входящая в зерно снаружи, заставляет крахмальные зёрна и белки раздуваться, разбухать, отчего и всё зерно разбухает».
Всё это представлено, понятно, в весьма схематичном виде и в известной части устарело, так как новейшие исследования Опарина и Кадена говорят о более самостоятельной в этом отношении работе эндосперма, для которого зародыш является как бы возбудителем в первичный «пусковой» период. Названные работы Опарина и Кадена установили, что в покоящемся зерне основная масса β-амилазы находится именно в эндосперме, а не в зародыше, где присутствует лишь незначительное количество ее.
К группе явлений, связанных с разрыхлением эндосперма пшеницы под действием ферментов, нужно отнести и воздействие укола клопа-черепашки, который при повреждении зерна пшеницы вводит в эндосперм свою секреционную жидкость, содержащую, по исследованиям некоторых авторов (Кретович), фермент типа триптазы. Этот фермент разрушающим образом действует на поражённую часть эндосперма, вследствие чего внутри эндосперма получается своеобразная «опухоль», механические свойства которой отличны от окружающего эндосперма. Эта часть эндосперма становится хрупкой и при небольшом воздействии, например при ударе бичами шелушильной машины, легко отделяется — «выкрошивается». То же явление наблюдается и на первых драных системах под действием рифлей. Указанное изменение механических свойств части эндосперма, повреждённого клопом-черепашкой, и используется технологами при переработке повреждённой пшеницы для отделения больной части эндосперма.
Имеются также интересные исследования ячменя, у которого в процессе соложения также происходят разрыхляющие процессы в эндосперме, к которым в известной степени можно отнести и те биохимические превращения, которые имеют место в эндосперме пшеницы при её кондиционировании и которым в рассматриваемом случае сопутствуют механические явления, помогая явлению разрыхления.
В работах Люэрса детально описывается явление «вскрытия» мучнистого ядра под действием энзиматических сил. Этот процесс определялся практиками раньше эмпирически, наощупь, а теперь поддаётся биохимическому анализу,
Вальдшмидт-Лейц в своих работах с ячменём констатировал в первую очередь разрыхление крахмала, быстрое рас падание его на более мелкие части при соложении. Для нас это обстоятельство, связанное с разрыхлением эндосперма, основной составной части зерна, весьма важно, так как устанавливает, что биохимический процесс приходит на помощь физическим явлениям, в результате чего в конечном итоге и ускоряется нужное нам размягчение зерна.
Таким образом, для ускорения ожидаемого технологического эффекта — разрыхления эндосперма — роль зародыша чрезвычайно велика. Вот почему в США одновременно с рационализацией приёмов кондиционирования перешли на применение так называемых «мягких обоек», не удаляющих, как известно, зародыша в зерноочистительном отделении мельниц, в отличие от прежних, ныне устарелых приёмов удаления зародыша из зерна в процессе очистки при помощи наждачных машин.
Автор настоящей работы одновременно с разработкой вопроса кондиционирования зерна на советских мельницах принимал активное участие в конструировании и изготовлении первых «мягких» обоек в России. Сейчас в схемах подготовки зерна на всех наших вновь проектируемых мельницах предусматриваются эти «мягкие» обойки.
Таким образом, изменения, происходящие в эндосперме при увлажнении, представляют довольно сложный комплекс разнородных явлений, источником своего происхождения имеющих причины не только механического, но и биохимического порядка, приводящие к ослаблению сопротивления эндосперма воздействию внешних сил. При этом, по мнению некоторых авторов (Гопф), кристаллическое строение эндосперма переходит в аморфное и эндосперм получает более губчатое строение.
Описываемое явление разрыхления эндосперма при увлажнении, по существу являющееся основной целью кондиционирования, имеет место лишь при незначительном увлажнении эндосперма, не выходящем за пределы 13—14%. Лишь при этой влажности явления размягчения развиваются в том направлении, о котором говорилось выше.
Если же миграция влаги в эндосперме, особенно в присутствии тепла, легко возникающего при трансформации энергии во время работы вальцевого станка, происходит более усиленно и влажность эндосперма выходит за пределы 14—15%, то вместо разрыхления начинают развиваться явления «комкования». В этом случае частицы эндосперма не разрыхляются, а наоборот, сличаются, образуя комки. Это комкование при нарезных валках приводит к замазыванию рифлей, а при гладких — к прилипанию по поверхности частиц продукта, образованию лент. В первом случае с этим явлением борются, устанавливая специальные щётки, а во втором — устраивая специальные ножи, в задачу которых входит отделять налипшие слои муки.
Всё это, однако, разрешает вопрос лишь частично, так как явление усиления вязкости мучнистых продуктов при влажности более 15% приводит и к эксцессам при просеивании: процент сходов увеличивается за счёт уменьшения процента экстрагированных добротных промежуточных продуктов — появляются известные технологам «лепёшки». Поэтому на гладких размольных системах приходится устанавливать специальные машины в виде деташеров для разрыхления образующихся лепёшек. Всё это приводит к увеличению сопротивления и возрастанию удельного расхода энергии, что, понятно, экономически невыгодно.
Как видим, нужно весьма осторожно подходить к состоянию влажности эндосперма, технологические цели увлажнения которого не совпадают с таковыми по отношению к оболочкам. Поэтому необходимо вести технологический процесс увлажнения с расчётом на указанное выше дифференцированное распределение влаги и зерне. Вот почему увлажнение зерна ещё не достигает технологической цели даже при достижении определённой средней цифры. Важно, повторяем, не только достигнуть определённой средней влажности, но и перераспределить её в пределах зерна в указанном выше направлении.
Сказанное в основном относится к твёрдой и мягкой стекловидной пшенице. Что же касается мягкой мучнистой пшеницы, V которой эндосперм и без увлажнения отличается рыхлым строением, то дополнительно увлажнять эндосперм незачем, и цель увлажнения сводится лишь к увлажнению оболочек. Поэтому увлажнение такой пшеницы нужно вести особенно осторожно, иначе кондиционирование может привести к отрицательным результатам, как это имело место на мельницах осенью 1938 г. Поступавшая, например, на московские мельницы из Киевской области пшеница Ферругинеум с влажностью, не превышавшей 12%, была настолько мягка, что при увлажнении до 15 % её нельзя было молоть, так как промежуточные продукты получались слишком вязкими, поэтому влажность пришлось понизить до 13%. Таким образом, малейшее переувлажнение у такой пшеницы приводит к технологическим эксцессам.
Суммируя сказанное, можно утверждать, что воздействие влаги на зерно, которое, по концепции Раздорского, представляет «комплексную монолитную конструкцию», дает дифференцированные результаты. В то время как жёсткость каркаса сооружения (оболочки, стенки клеток) ослабляется путём усиления вязкости, наполнительное вещество (эндосперм) разрыхляется. При определённом соотношении этих двух переменных величин, зависящем от качественной характеристики помола, сопротивление всего зерна измельчению уменьшается, вследствие чего общий удельный расход энергии на разрушение зерна понижается.
При этом нужно учесть фактор времени, необходимый для реализации тех явлений, о которых идёт речь, так как все эти механические процессы не являются процессами мгновенного действия и, помимо времени, требуемого для соответствующих деформаций, они связаны со скоростью диффузии воды и протяжённостью диффузионного пути.
Промежуток времени Θм, требующийся лишь для завершения процесса миграции влаги в отдельном зерне, является только началом — первой фазой увлажнения, за которой следует вторая фаза, в течение которой имеет место явление релаксации, требующей для своей реализации дополнительного отрезка времени Θр, так что общий расход времени на отволаживание представляет двучлен Θм+Θр.
Таким образом, одно увлажнение, как некоторые думают, ещё не есть кондиционирование, опирающееся в основном на последующие явления релаксации. Как увидим далее, для того чтобы вызвать нужный технологический эффект по основным показателям — величине извлечения добротных продуктов и и удельному расходу энергии W0 — в связи с оптимальной технологической влажностью зерна В требуется дополнительный промежуток времени Θр>Θм при отволаживании.