Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

14.07.2015

Изменения влагосодержания и температуры зерна при сушке или гидротермической обработке коренным образом воздействуют на мукомольные свойства зерна злаковых и крупяных культур, а также на хлебопекарные достоинства муки и кулинарные достоинства крупы. Эти преобразования связаны с изменением структурно-механических, физико-химических и биохимических свойств зерна. Важное значение имеет также изменение термодинамических свойств поглощенной зерном воды, так как с этим непосредственно связаны свойства взаимодействующих с водой биополимеров зерна.
Рассмотрим, как сказываются при различных условиях обработки зерна все эти изменения на его технологических свойствах. В мукомольном производстве применяют «холодное», «горячее», скоростное и вакуумное кондиционирование. Эти различные методы имеют одну общую задачу: так изменить исходные свойства зерна, чтобы можно было облегчить процесс разделения оболочек и эндосперма. Достигается это снижением прочности эндосперма в результате его разрыхления и повышением прочности оболочек. Это позволяет увеличить выход муки, улучшить ее белизну, снизить зольность, а также расход энергии на дробление зерна в драном процессе и на размол крупок в размольном. Одновременно с этим можно улучшить свойства клейковины: ослабить или же укрепить ее.
В крупяном производстве перед гидротермической обработкой ставят аналогичную задачу, но решают ее по-другому. Прочность ядра (эндосперма) должна быть повышена, а прочность оболочек (или цветочных пленок) — снижена; в особенности важно последнее условие для таких пленчатых культур, как рис, гречиха, просо, ядро которых не отличается высокой исходной прочностью. Дополнительно к этому может быть достигнуто улучшение товарных и кулинарных достоинств крупы. Однако обработка риса при современных режимах вызывает пожелтение его ядра, что ухудшает внешний вид крупы.
Влиянию гидротермической обработки на технологические свойства зерна посвящена обширная литература, рассмотреть которую в настоящей книге не представляется возможным. Ограничимся поэтому только краткой иллюстрацией основных моментов.

Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Придание анатомическим частям зерна резко различных структурно-механических свойств обусловлено прежде всего направленным перераспределением влаги между ними, хотя важную роль играет и температура вследствие влияния ее на свойства гидратированных биополимеров.
Из изложенного выше материала следует, что все свойства зерна существенно изменяются после достижения некоторых критических значений влагосодержания. Оптимальным для размола зерна является влагосодержание, соответствующее второй критической точке изотермы сорбции воды. При этом влагосодержании образуется максимальное количество микротрещин в эндосперме зерна, существенно изменяются структурно-механические свойства всех его анатомических частей, резко снижается энергия связи воды с веществами зерна, плотность ее становится равной плотности обычной воды и т. д. В конечном счете при анализе опытных данных хорошо выявляется влияние влажности на технологические свойства зерна.
В таблице 25 приведены результаты ведения драного процесса в лабораторной мельничной установке Нагема по данным Беркутовой. Для сравнения взяты два сорта пшеницы с резко различной стекловидностью. Несмотря на это различие, влияние влажности хорошо выявляется в обоих случаях.
При увеличении влажности снижается выход крупной крупки, но качество ее улучшается или же зольность проходит через минимум. Одновременно повышается выход и снижается зольность смеси средней и мелкой крупок, а также дунстов и муки. Таким образом, с драных систем получают продукты более мелких фракций. Это объясняется повышением степени разрыхления эндосперма при увеличении количества добавляемой к зерну воды. Однако это происходит лишь до оптимального влагосодержания, что хорошо видно для второго образца пшеницы со стекловидностью 46%; для пшеницы Саратовская 29 оптимум не был перейден. При дальнейшем повышении влажности выше оптимального значения свойства зерна ухудшаются, что связано с пластификацией эндосперма.
П.М. Коньков использовал лабораторную мельничную установку МЛУ-202. При помолах зерна выход муки был равен 70%. Приведенные в таблице 26 результаты показывают, что влияние влажности на технологические свойства зерна хорошо выявляется на всех показателях, характеризующих не только мукомольные свойства зерна, но и хлебопекарные достоинства муки. Оптимальные результаты получены при влажности 16—18%.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Таким образом, влияние абсолютного значения влажности на технологические свойства зерна изучено достаточно полно. Существующие рекомендации правил организации и ведения технологического процесса на мельницах по оптимальным величинам влажности зерна на I драной системе в корректировке не нуждаются.
Менее известна взаимосвязь величины прироста влажности зерна и величины происшедших изменений в зерне. Совсем не безразлично, производят ли увлажнение зерна до 16,5% от 12,5% или же от 14,5%. Чем больше добавлено влаги, тем значительнее изменятся исходные свойства зерна, хотя конечное значение влажности его будет одинаковым. Обусловлено это непосредственным влиянием; интенсивности внутреннего влагопереноса на микроструктуру и различные физико-химические свойства зерна.
Исследование показывает, что повышение интенсивности внутреннего переноса влаги в зерне вызывает увеличение удельного объема зерна вследствие разрыхления его эндосперма, а также рост измельчения продуктов первого качества в драном процессе; одновременно снижается удельный расход энергии на дробление зерна. При этом наблюдается не только повышенное извлечение крупок и дунстов, но перераспределение их фракционного состава; возрастает количество средней и мелкой крупок, а количество крупной крупки несколько снижается.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

На рисунке 80 показаны графики зависимости извлечения продуктов первого качества с драных систем от степени разрыхления эндосперма, оцениваемой величиной прироста удельного объема зерна. Извлечение крупной крупки практически не изменяется; для пшеницы IV типа она несколько снижается. Это различие связано с индивидуальными особенностями образцов зерна. Извлечение средней и мелкой крупок, суммарное количество крупок и дунстов, а также общее извлечение повышаются.
Вторым важным фактором гидротермической обработки является ее продолжительность. В зависимости от затраченного на этот процесс времени конечные результаты могут существенно различаться. В настоящее время роль этого фактора изучена не в полной мере. Поэтому и действующие официальные рекомендации по продолжительности обработки зерна являются приблизительными, даже для наиболее простого варианта — «холодного» кондиционирования. Изучить, как преобразуются различные свойства зерна во времени, — значит решить важную практическую задачу.
Весьма показательна взаимосвязь степени разрыхления эндосперма и мукомольной характеристики зерна во времени. Волнообразное изменение удельного объема зерна оказывается связанным с неравномерным изменением его мукомольных свойств. В момент появления максимумов или минимумов на этой кривой разрыхления эндосперма соответственно возрастает или же снижается суммарное извлечение крупок. Так, для пшеницы Саратовская 29 минимальные значения степени разрыхления эндосперма соответствовали 1 и 3 ч отволаживания, а максимальные — 2,5 и 6 ч. При проведении размола зерна в эти моменты времени суммарное извлечение крупок составило соответственно 53,0; 55,6; 58,3 и 59,3%, а общее извлечение — 64,9; 68,2; 74,5 и 72,9% по отношению к I драной системе. Это говорит о существенном различии. В особенности свойства зерна успевают заметно измениться при увеличении продолжительности отволаживания всего на 0,5 ч (от 2,5 до 3 ч).
Для образцов пшеницы IV типа такая взаимосвязь выражена слабее, но и она прослеживается. Этот результат логически увязывается с тем, что абсолютная величина прироста удельного объема зерна исследованных образцов IV типа ниже, чем зерна пшеницы Саратовская 29.
Значит, на мукомольные свойства зерна оказывают влияние не только особенности развития процесса разрыхления эндосперма, но и абсолютная величина достигнутого разрыхления; этого и следовало ожидать. В зависимости от индивидуальных свойств зерна все процессы в нем протекают своеобразно, в том числе и процесс разрыхления эндосперма, играющий основную роль в изменении мукомольных свойств зерна.
He остается неизменным и качество крупок и дунстов. Во всех случаях одновременно с увеличением выхода крупок наблюдается снижение их зольности. Это свидетельствует о направленном улучшении технологических свойств зерна по мере развития процесса разрыхления эндосперма.
Таким образом, процесс разрыхления эндосперма так изменяет мукомольные свойства зерна, что качество образовавшихся в драном процессе крупок и дунстов улучшается одновременно с увеличением их выхода. Значит, можно ожидать увеличения выхода муки высоких сортов при помоле зерна.
He остается неизменным и расход энергии на дробление зерна; он снижается по мере увеличения степени разрыхления эндосперма.
Такое изменение мукомольных свойств зерна наблюдается только в течение времени, соответствующем периоду активного разрыхления эндосперма. В дальнейшем эти изменения или прекращаются, или же их величина незначительна. В некоторых случаях наблюдается даже ухудшение мукомольных свойств зерна.
Так, для пшеницы Безостая 1 продолжительность периода активного разрыхления эндосперма составляет 8 ч. Установлено, что при этой продолжительности отволаживания свойства зерна лучше, чем при отволаживании в течение 16 ч, рекомендуемых правилами организации и ведения технологического процесса на мельницах в качестве оптимального времени отволаживания для пшеницы IV типа с высокой стекловидностью. Извлечение крупок и дунстов в том и другом случае отличается только на 0,1—0,3%, зольность крупной крупки ниже при 8-часовом отволаживания на 0,10%, а зольность суммарного количества извлеченных крупок, а также крупок и дунстов вместе ниже на 0,05%, что существенно.
Подобные же результаты получены и для пшеницы Белоцерковская 198; период активного разрыхления в этом случае составляет 7,5 ч.
Сказанное выше позволяет предположить, что завершение периода активного разрыхления эндосперма отвечает приобретению зерном оптимальных мукомольных свойств.
Проверке этого важного для практики предположения было посвящено специальное исследование. Прежде всего при этой продолжительности отволаживания были проведены помолы зерна в мельничной установке МЛУ-202. Данные приведены в таблицах 27, 28 и 29.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Для пшеницы рядовой IV типа и Манитобы 3 оптимальная продолжительность отволаживания составила 9 ч, для пшеницы III типа — 7 ч; по рекомендациям правил требуется соответственно 16 и 10 ч.
Из данных таблиц видно, что при сокращенной продолжительности отволаживания все показатели мукомольных свойств зерна или одинаковы с полученными при рекомендованной правилами продолжительности отволаживания, или же лучше их. В особенности это заметно для пшеницы Белоцерковская 198.
Подготовленное в соответствии с нашими рекомендациями зерно характеризуется более высокими мукомольными достоинствами (см. табл. 29), чем зерно, прошедшее отволаживание в соответствии с указаниями правил организации и ведения технологического процесса на мельницах. Для всех образцов и для помольной смеси выход муки повысился, а зольность снизилась, кроме пшеницы Манитоба 3, для которой результаты оказались одинаковыми.
При помоле зерна I типа выход муки увеличился на 0,6% при неизменной зольности пшеницы, IV типа даже на 0,3%, выход муки из пшеницы Манитобы 3 остался прежним. Увеличился также общий выход муки при помоле смеси, что произошло в основном в результате большего извлечения ее на размольных системах, т. е. вследствие лучшей размалываемости крупок и дунстов и увеличения извлечения их в драном процессе. О повышении качества продуктов с драных систем свидетельствует снижение выхода размольных отрубей.
Дополнительно к этому были проведены помолы по развитой схеме трехсортного лабораторного помола (шесть драных, две шлифовочные, две сходовые, восемь размольных систем) на мельничной установке Haгема. Одновременно сняли количественно-качественный баланс помола. Выход муки по сортам во всех случаях был одинаковым: 15% высшего, 33% первого и 30% второго сорта.
Из данных таблицы 30 видно, что меньшая зольность крупок первого качества наблюдается при 8-часовой продолжительности отволаживания пшеницы Безостая 1, выращенной в Краснодарском крае. Зольность крупок первого качества ниже на 0,13%, чем при отволаживании в течение 16 ч, а выход их выше на 2,3%. При переходе от 8 к 16-часовому отволаживанию четко наблюдается повышенное содержание более мелких фракций продуктов дробления, причем суммарное извлечение продуктов первого качества снижается на 1,9%.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Интересные выводы можно сделать при анализе данных таблицы 31. Средневзвешенная зольность муки при 78%-ном выходе практически одинакова для вариантов с отволаживанием зерна в течение 8 и 16 ч. Ho в первом случае основное влияние на окончательный результат оказывает мука, полученная в размольном процессе, а во втором — в драном. Так, выход муки в драном процессе при отволаживании в течение 8 ч ниже на 3,1%, а зольность ее выше на 0,05%,, чем при отволаживании в течение 1-6 ч. Количество муки, отобранной в размольном процессе, на эту же величину выше, а зольность ее ниже на 0,04%. Благодаря этому зольность муки высоких сортов при продолжительности отволаживания 8 ч меньше на 0,06%. Средневзвешенная зольность суммарного выхода муки для этих двух вариантов гидротермической обработки выравнивается в результате того, что зольность муки второго сорта при отволаживании в течение 16 ч ниже на 0,09%.
Следовательно, технологические свойства зерна, прошедшего отволаживание в течение 8 ч, на основании полученных данных можно считать более высокими по сравнению с этими же свойствами зерна, прошедшего отволаживание в течение 16 ч. В первом случае выход крупок первого качества с драных систем выше, зольность их ниже, в размольном процессе муки получается больше, а качество ее лучше. Расход энергии также меньше при отволаживании зерна в течение 8 ч: в драном процессе он составил 19,4 Вт-ч/кг зерна против 21,1 Вт-ч/кг, в размольном — 5,6 Вт-ч/кг против 5,7 Вт-ч/кг.
Подобные результаты получены и при испытании образца пшеницы Белоцерковская 198. Следует отметить, что в этом случае баланс крупок в драном процессе выглядит несколько хуже при отволаживании в течение 7,5 ч, чем при 16-часовом отволаживании. Ho выход и качество муки по всем показателям остались такие же или даже улучшились (например, зольность муки высшего сорта снизилась на 0,06%), а расход энергии уменьшился; он составил на весь помол 27,9 Вт-ч/кг вместо 28,6 Вт-ч/кг.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

На рисунке 81 приведены кумулятивные («накопительные») кривые зольности муки, полученные из балансов лабораторных помолов пшеницы Безостая 1 на установке Нагема. При сокращенной продолжительности отволаживания (соответствующей завершению периода активного разрыхления эндосперма) кривые располагаются ниже, чем при отволаживании в течение 16 ч, вплоть до извлечения 58—63% муки. Это наглядно подтверждает тесную взаимосвязь процесса разрыхления эндосперма с мукомольными свойствами зерна, а также то, что момент завершения этого процесса в основном соответствует оптимальному состоянию зерна для размола. Расположение кумулятивных кривых свидетельствует также о возможности существенного повышения выхода низкозольной муки высоких сортов.
Для того чтобы изучить хлебопекарные достоинства муки, образец пшеницы Безостая 1, выращенной в Краснодарском крае, размололи в мельничной установке МЛУ-202. Выход муки составил 70%. Данные по реологическим свойствам теста приведены в таблице 32, а результаты пробных выпечек — в таблице 33.
Сокращение продолжительности отволаживания зерна на характеристику фаринограмм и альвеограмм влияния не оказало. Такой же вывод получен и при анализе результатов пробных выпечек. Значит, и с точки зрения хлебопекарных достоинств муки нет необходимости увеличивать продолжительность отволаживания зерна сверх периода активного разрыхления эндосперма.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

При испытании других образцов пшеницы также установлено, что во всех случаях продолжительность периода активного разрыхления эндосперма, которую в силу вышеизложенного следует считать оптимальной, оказалась существенно короче рекомендуемой правилами. Следовательно, практически возможно значительно уменьшить емкость закромов для отволаживания в зерноочистительном отделении мельницы. Это позволит высвободить площадь для установки дополнительного оборудования и повысить производительность при реконструкции действующей мельницы или же уменьшить строительный объем здания мельницы при строительстве нового предприятия. В любом случае достигается заметная экономическая выгода.
Аналогичные результаты получены и при проведении опытных помолов в производственных условиях на мельнице ВНИИЗ.
В контрольном помоле и опытном пшеницу Манитоба 3 увлажняли до 16,4%, IV типа — до 16,2%, I типа — до 15,4%. Помольная смесь фактически включала 46,7% пшеницы Манитоба 3; 33,3% — IV типа и 22,0% — I типа. Отволаживание в контрольном помоле продолжалось: для пшеницы Манитобы 3—16 ч, пшеницы IV типа — 12 ч и I типа — 10 ч; в опытном помоле оно было сокращено до 9 ч для первых двух образцов и до 7 ч для третьего.
Результаты помолов оценивали по суммарному выходу и зольности готовой продукции, а также на основании анализа количественно-качественного баланса первых четырех драных систем.
Анализ количественных балансов показывает, что в производственных условиях, как и при лабораторных помолах, происходит перераспределение продуктов дробления зерна по крупности при изменении продолжительности отволаживания (табл. 34). При использовании рекомендованной нами продолжительности отволаживания существенно возрастает образование средних и мелких крупок, а качество их улучшается (извлечение увеличилось на 4,4%) при одновременном снижении зольности на 0,09%. В то же время количество крупной крупки снизилось лишь на 0,3 % при уменьшении зольности на 0,03%.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Таким образом, суммарный выход крупок повысился на 4,1%, а зольность их снизилась на 0,09%. Это повлияло положительным образом на общие результаты: в опытном помоле выход муки увеличился на 0,91%, в том числе высоких сортов — на 0,88%. Несомненно, результаты могли быть еще более высокими. При проведении контрольного и опытного помолов все параметры работы вальцовых станков поддерживались одинаковыми для получения сравнимых результатов. Это позволило выявить только влияние продолжительности отволаживания зерна на качество продуктов размола. Вполне понятно, изменение характера дробления зерна, приведшее к повышению выхода и качества крупок, требует регулирования режима работы систем. Это дает возможность в соответствии с резко изменившимися структурно-механическими свойствами зерна получить более высокий выход муки высшего и первого сортов.
Крупность муки и содержание сырой клейковины (по сортам) остались неизменными. Объемный выход хлеба, отношение Н/Д (по сортам муки) при испытании контрольных образцов в производственной лаборатории мельницы не отличаются от опытных. Удельный расход энергии на мельнице при контрольном и опытном помолах оказался одинаковым (88 кВт-ч/т). Однако замеры на пульте управления показали, что в размольном отделении мельницы при контрольном помоле расход энергии снизился на 3,5—4,5%. Это указывает на дополнительное улучшение мукомольных свойств зерна. При подготовке к повторным производственным испытаниям для используемых в помольной смеси образцов пшеницы I, III и IV типов были сняты кривые увлажнения, разрыхления эндосперма, контракции зерна и температурные кривые в закроме для отволаживания. На основании их совместного анализа была принята оптимальная продолжительность/ отволаживания для каждого компонента смеси: для пшеницы I типа — 5— 7 ч, III типа — 6—7 ч, IV типа — 8 ч.
В процессе подготовки зерна к размолу при контрольных помолах в связи с двухсменной работой мельницы ВНИИЗ пшеницу I и III типов обрабатывали в одном потоке.
Помольную смесь составили по рецепту: пшеница I+III+IV типов в соотношении 20+20+60%.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Работу мельницы оценивали по итоговым суточным результатам, а также по данным количественно-качественных балансов первых четырех драных систем и балансу муки по всем системам. К сожалению, при контрольном помоле не были взяты продукты с сортировочных систем. Поэтому полные данные имеются только по извлечению крупной и средней крупок (табл. 35).
Анализ данных таблицы показывает, что в опытных помолах (среднее за 2 суток) извлечение крупной крупки возросло на 4,75% по сравнению с контрольным помолом при одновременном снижении зольности на 0,19%. Извлечение средней крупки снизилось на 0,90%, а зольность возросла на 0,10%. Суммарный выход крупной и средней крупок увеличился на 3,85% при снижении средневзвешенной зольности на 0,02%.

В опытных помолах в драном процессе получено продуктов первого качества 69,04% со средневзвешенной зольностью 0,97%, продуктов второго качества 4,17% с зольностью 2,87%; общее извлечение продуктов первого и второго качества составило 73,21% при средневзвешенной зольности 1,07%. Несомненно, это хорошие результаты.
При сопоставлении средних данных опытных помолов по выходам и зольности муки с расчетными и контрольными тоже можно сделать заключение об определенных преимуществах рекомендуемой нами продолжительности отволаживания зерна (табл. 36).
Так, по сравнению с расчетным выход муки высшего сорта увеличился на 2,81%, муки первого сорта уменьшился на 1,28%, т. е. общий выход муки высоких сортов возрос на 1,53%; выход отрубей снизился на 1,28%, а общий примол составил 0,25%.
По сравнению с контрольным помолом выход муки высшего сорта снизился на 0,16%, первого сорта возрос на 0,27%; общий выход высоких сортов увеличился на 0,11%. Значительно повысился выход муки второго сорта (на 1,52%), так что общий выход превысил контрольный на 1,63%.
Зольность муки в опытных и контрольном помолах осталась неизменной, если не считать снижения ее значения для муки первого сорта на 0,01 % и повышения на ту же величину для муки второго сорта.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

На рисунке 82 приведены кумулятивные («накопительные») кривые зольности для контрольного и опытных помолов. В контрольном помоле зольность большинства потоков муки была выше, чем в опытных. Ho средневзвешенная зольность всей муки для всех трех помолов практически равна 0,70—0,72%.
В общем результаты повторных производственных испытаний можно оценить как положительные. Видимо, они могли быть более высокими, если бы регулировали режим работы вальцовых станков основных драных и размольных систем в соответствии с изменившимися технологическими свойствами зерна. Ho и полученные суммарные результаты достаточно убедительны.
Итак, на основании данных, полученных при лабораторном исследовании и в производственных испытаниях, можно сказать, что рекомендуемая продолжительность отволаживания при «холодном» кондиционировании зерна является действительно оптимальной. Теоретически она обоснована тем, что в течение этого периода завершается в основном процесс распределения влаги по анатомическим частям и химическим веществам зерна и связанные с ним физико-химические процессы, в результате которых происходит необратимое изменение структуры и технологических свойств зерна.
Поэтому рекомендуемый метод опытного определения оптимальной продолжительности отволаживания зерна основан на регистрации кинетики этих физикохимических процессов или же сопровождающего их теплового эффекта. Метод учитывает индивидуальные исходные свойства зерна данной партии, что очень важно.
Для всех изученных образцов без исключения рекомендуемая опытная продолжительность отволаживания зерна значительно меньше рекомендуемой правилами (табл. 37).
Из таблицы видно, что для некоторых образцов продолжительность отволаживания может быть снижена почти в два раза. В особенности заметное ее уменьшение наблюдается для зерна с высокой стекловидностью.
Таким образом, имеющиеся данные позволяют сформулировать следующие общие рекомендации по продолжительности отволаживания пшеницы отечественных сортов при «холодном» кондиционировании: для пшеницы I типа — 6—7 ч, III типа — 5—7 ч, IV типа — 8—9 ч.
Третий фактор гидротермической обработки зерна — температура. Роль температуры определяется тем, что ее повышение приводит к возрастанию интенсивности внутреннего влагопереноса, в результате чего увеличивается степень разрыхления эндосперма. Более заметному изменению, чем при комнатной температуре, подвергаются и такие показатели физико-химических свойств зерна, как плотность, стекловидность, объем. Повышение температуры изменяет состояние воды в зерне, что обусловлено возрастанием кинетической энергии ее молекул. Кроме того, изменяется и активность ферментов, что в конечном счете влияет и на хлебопекарные достоинства муки.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Роли тепловой обработки посвящена обширная литература. Установлено, что даже простой подогрев зерна перед I драной системой существенно изменяет его мукомольные свойства. Ho намного сильнее они изменяются, если зерно подвергают тепловой обработке в специальных аппаратах — кондиционерах. Обработка зерна при температуре до 46° С («теплое» кондиционирование) по своему действию мало отличается от «холодного» кондиционирования. Однако отмечается, что при повышении температуры (в том числе и в границах «теплого» кондиционирования) улучшается возможность достижения неравномерности распределения влаги по анатомическим частям зерна, что является одной из задач гидротермической обработки.
Прогрев зерна в кондиционерах при температурах выше 46° С изменяет мукомольные свойства зерна в большей степени, чем при «холодном» кондиционировании. Внешне это проявляется в снижении стекловидности и плотности зерна.
Однако, несмотря на имеющиеся исследования, рекомендации по режимам «горячего» кондиционирования до сих пор не разработаны в такой мере, чтобы можно было выбирать их исходя непосредственно из индивидуальных свойств данной партии зерна.
Правила организации и ведения технологического процесса на мельницах устанавливают, что при выборе режима гидротермической обработки зерна следует учитывать тип, подтип, район произрастания зерна, количество и качество клейковины. Рекомендуется также принимать во внимание состояние атмосферы (температуру и относительную влажность воздуха), температуру зерна и воды, используемой для мойки зерна.
В производственных условиях, учитывая эти рекомендации, необходимо проводить лабораторные помолы и окончательно оптимальный режим выбирать по их результатам.
Коротко рассмотрим результаты «горячего» и «холодного» кондиционирования зерна.
Выход крупной крупки и суммарный выход крупок при «горячем» кондиционировании ниже, но размалываемость их повышается, а зольность снижается (табл. 38). Следовательно, при «горячем» кондиционировании происходит более интенсивное разрыхление эндосперма и улучшается отделяемость его частиц от оболочек.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

По поводу влияния температуры на разрыхление эндосперма мнения иностранных исследователей несколько противоречивы. Некоторые авторы считают, что повышение температуры не усиливает, а только ускоряет этот процесс. Однако приведенные выше данные, а также изложенные ранее сведения об изменении плотности и стекловидности зерна наглядно доказывают, что разрыхление эндосперма пропорционально приложенному воздействию.
Об этом же свидетельствуют и данные таблицы 39 для муки 75%-ного выхода, полученной из пшеницы Лютесценс 758 Алтайского края. Так, удельный расход энергии на размол уменьшается не только с увеличением влажности, но и температуры. Однако превышение температуры сверх оптимальной для данного зерна, как вообще всякое отступление от оптимального режима, вызывает повышение расхода энергии.
Таким образом, при оптимальном режиме «горячего» кондиционирования зерна достигается всестороннее улучшение его мукомольных свойств. В настоящее время воздушно-водяные кондиционеры успешно эксплуатируют на ряде передовых предприятий: на мелькомбинате им. С. М. Кирова в Ленинграде, Новомосковском мелькомбинате и др.
Скоростное кондиционирование, как и «горячее», характеризуется повышенной сложностью сочетания параметров режима по отдельным этапам процесса.
Было проанализировано раздельное влияние основных режимных параметров на мукомольные свойства нескольких образцов пшеницы I и IV типов.
Интересные результаты получаются при сравнении образцов одного сорта, но из разных почвенно-климатических районов, например для пшеницы Саратовская 29. Эти образцы характеризовались соответственно для Целиноградской, Куйбышевской и Южно-Уральской областей следующими показателями: исходная влажность — 12,7; 12,2; 13,6%; стекловидность — 60; 63; 89; зольность — 1,69; 1,80; 1,64 %; содержание сырой клейковины — 26,2; 25,7; 27,1%.
Клейковина у всех образцов по качеству относится ко второй группе, по цвету — светлая.
Зерно в лабораторном кондиционере «Миаг» обрабатывали, изменяя продолжительность пропаривания при температуре 45° С, а затем при найденной оптимальной продолжительности — при разных температурах. Затем обрабатывали зерно, используя установленные оптимальные значения этих параметров, но изменяли продолжительность теплообработки (темперирования) и т. д. по этапам процесса, вплоть до наблюдения за влиянием продолжительности отволаживания зерна.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Анализ данных таблицы 40 приводит к заключению, что продолжительность пропаривания заметно сказывается на принятых показателях мукомольных свойств зерна. Оптимальные значения ее находятся в пределах 30—40 с, т. е. совпадают с действующими рекомендациями.
Влияние температуры оказалось сильнее связано с индивидуальными свойствами образца (табл. 41). Так, для образца пшеницы, из Куйбышевской области температура нагрева зерна может быть снижена до 40° С вместо рекомендуемых правилами 50—57° С. Подобные результаты получены для большинства изученных образцов пшеницы I типа. Поэтому можно рекомендовать снижение температуры до 40—45° С. Для пшеницы IV типа с нормальной клейковиной также следует ограничиться нагревом зерна до температуры 45—50° С.
Изменение продолжительности темперирования вызывает заметные изменения и свойств зерна (табл. 42). Наилучшие результаты получены при темперировании в течение 20 мин, в то время как правила рекомендуют продолжительность этого этапа в пределах до 4 мин. Для большинства изученных образцов оптимальная продолжительность темперирования равна 10—20 мин. Видимо, при тепловой обработке после пропаривания зерна процессы в нем не столько влияют на свойства клейковины, сколько на его физико-химические свойства. Возможно, в данном случае это обусловлено тем, что температура нагрева зерна составляла только 45° C, при которой нельзя ожидать даже слабой денатурации белков.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Хорошие результаты получаются и при невысокой температуре нагрева воздуха во влагоснимателе при обработке зерна после мойки, например, пшеницы Capaтовская 29 Целиноградской области (табл. 43). Наиболее целесообразно проводить процесс во влагоснимателе при нагреве воздуха до температуры 70° С, что соответствует низшему пределу, рекомендуемому правилами организации и ведения технологического процесса на мельницах.
В особенности резко изменяется зольность продуктов дробления зерна при переходе от температуры 70 к 80° С; значение зольности для крупной крупки возрастает сразу на 0,29%, и хотя извлечение крупок с драных систем увеличивается, но это происходит за счет мелких фракций (для крупной крупки наблюдается снижение), а качество крупок существенно ухудшается.
Таким образом, желательно снизить температуру нагрева зерна при пропаривании его в кондиционере и температуру нагрева воздуха во влагоснимателе. Это даст заметный экономический результат вследствие снижения расхода энергии на проведение этапов скоростного кондиционирования.
Заметно изменяются свойства зерна и в процессе заключительного этапа — отволаживания в закромах (табл. 44). Анализ данных для пшеницы Саратовская 29 Целиноградской области позволяет утверждать, что наилучшими свойствами обладает зерно, прошедшее отволаживание в течение 6 ч, в то время как правила ограничивают этот процесс 3 ч. Близки к оптимальным свойства зерна при отволаживании в течение 4 ч. Следовательно, процесс скоростного кондиционирования пшеницы требует дальнейшего серьезного изучения.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

При исследовании гидротермической обработки пшеницы Шенборн нашла, что наилучшие результаты получаются при нагреве зерна в кондиционере до температуры 40 или 50° С (в зависимости от сорта) и продолжительности отволаживания 6 или даже 12 ч. При этих параметрах обработки оптимальные значения приобретают не только мукомольные свойства зерна, но и хлебопекарные достоинства муки.
На рисунке 83 показано, как влияет температура при обработке зерна паром на реологические свойства теста. Контрольный образец был подвергнут «холодному» кондиционированию.
Фаринограммы особенно заметно изменяются при нагреве зерна свыше температуры 65° С, что связано с денатурацией белков. Нагрев до температуры 75° С и выше резко ухудшает свойства теста. В особенности наглядно выявляется влияние температуры при анализе альвеограмм. На рисунке 81 рассмотрены два случая, отвечающих отволаживанию зерна после пропаривания в течение 45 и 135 мин. Интересно, что во втором случае упругость теста значительно повышается; это дополнительно указывает на значение продолжительности процесса.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна

Как показали в своих исследованиях Н.Н. Русакова и А.И. Кондратьев, рожь при подготовке к размолу также можно подвергать тепловому воздействию по методу «горячего» и скоростного кондиционирования. Н.Н. Русакова установила, что оптимальным режимом «горячего» кондиционирования ржи следует считать: нагрев зерна до температуры 52—56° С, продолжительность отволаживания 1,5 ч и влажность зерна на I драной системе 15%. Результаты А.И. Кондратьева, хотя и посвящены скоростному кондиционированию, подтверждают эти значения параметров: рекомендуется нагревать зерно до температуры 55—60° С, пропаривать его в течение 30—40 с, а отволаживать 1—2 ч; влажность ржи на I драной системе должна быть 14,5—15,0%. А.И. Кондратьев установил, что денатурация белков ржи начинается уже при температуре 40° С.
Технологические свойства крупяных культур также существенно зависят от режимов гидротермической обработки. Так, по данным Скляренко, при оптимальном режиме пропаривания кукурузы выход крупной крупы в дробильном процессе увеличивается на 9%, эффективность отделения зародыша повышается на 20—25%. Положительно влияет пропаривание и на потребительские достоинства и качество крупы: время
развариваемости ее сокращается на 20%, содержание водорастворимых веществ в ней возрастает на 20—30%, а содержание жира снижается на 25—35%. Зародышевый продукт, полученный при переработке пропаренного зерна, отличается повышенной стойкостью при хранении, что связано с инактивацией его липолитических ферментов.
Высокотемпературная быстрая сушка овса и гречихи существенно улучшает процесс шелушения этих культур.
Это обусловлено преимущественным извлечением влаги из цветочных пленок овса или же плодовых оболочек семян гречихи; они становятся хрупкими, легко раскалываются при механическом воздействии, в то время как ядро сохраняет достаточно высокую влажность и эластичность.
Заметно улучшаются и кулинарные достоинства крупы из зерна указанных культур, прошедшего гидротермическую обработку. Однако этого нельзя сказать о рисовой крупе, которая приобретает желтоватый оттенок в результате воздействия пара или даже прогрева при повышенной температуре. Ho, видимо, и для риса со временем будут разработаны рациональные режимы гидротермической обработки.
Влияние внутреннего тепло-влагопереноса на технологические свойства зерна