Лущення як спосіб інтенсифікації водно-теплової обробки у сортових помелах пшениці

Верещинський А.П., кандидат технічних наук, генеральний директор ТОВ «ОЛИС»,

Музика Н.С., інженер-технолог, ТОВ «ОЛИС»

Як відомо, водно-теплову обробку (ВТО) у борошномельному виробництві застосовують для спрямованої зміни технологічних властивостей зерна з метою створення оптимальних умов для його переробки у сортове борошно. В результаті ВТО зростає еластичність оболонок зерна і знижується міцність ендосперму, що забезпечує ефективність подальшого виборчого подрібнення. Таким чином, досягається мета сортових помелів: подрібнений ендосперм витягується у борошно, а оболонки направляються у висівки. Крім того, при ВТО змінюються біохімічні властивості зерна і виробленої з нього муки: знижується зольність борошна, підвищується вихід і поліпшується якість клейковини, зростає активність ферментів. Виходячи із значущості впливу на результати виробництва, ВТО є основою підготовки зерна до проведення сортових помолов.

Відповідно до сучасної класифікації, основою якої є особливості використання температурного чинника під час обробки зерна, розрізняють методи холодного і гарячого кондиціювання. Порівняльний аналіз технологічної ефективності методів ВТО показує, що гаряче кондиціювання кілька ефективніше, однак при реалізації значно складніше холодного, вимагає дорогого апаратного забезпечення, а нагрів зерна до температури 50-70 ° С пов’язаний зі значними витратами енергії. В теперішній час із-за перерахованих особливостей на вітчизняних млинзаводах методи гарячого кондиціювання не застосовуються і в умовах світового дефіциту енергії, а також високою її вартості, втрачають свою перспективність.

Разом з тим, холодному кондиціюванню також властиві деякі істотні недоліки. Основною проблемою холодного кондиціювання є обмежена водопоглинальна здатність зерна, що у ряді випадків вимагає проведення його зволоження у кілька етапів з проміжними відволожуванням. Організація багатоетапного кондиціювання істотно підвищує витрати на створення і експлуатацію лінії ВТО зерна. Крім того, для забезпечення технологічного ефекту при холодному кондиціюванні необхідно тривале відволожування зерна, що вимагає наявності бункерів значної ємності. Відповідно до діючих рекомендацій [1] прирощення вологи за один етап зволоження не перевищує 3,0-3,5%, а сумарний рекомендований час відволожування може становити більше 24 год.

Як показує огляд літератури, недоліки холодного кондиціювання обумовлені особливостями анатомічної будови зерна і гігроскопічних властивостей його складових. У роботах Г.А. Єгорова, Е.Д. Казакова, Л.Н. Любарського [2 .. .4], а також інших вітчизняних і зарубіжних дослідників, механізм взаємодії води з зерном всебічно і глибоко вивчений. Встановлено, що при контакті з водою зерно майже миттєво поглинає 3-5% вологи, і лише після 15-30 хв. відбувається подальше зростання його вологості. Це первісне «захоплення» води здійснюється плодовими оболонками зерна, і визначається ступенем розвиненості їх капілярів і пор.

Подальше відволожування зерна пов’язано зі значним гальмуванням проникнення вологи в ендосперм насіннєвими оболонками і алейроновим шаром. Насіннєва оболонка, маючи слабо виражену капілярну систему, насичується вологою значно повільніше плодової і володіє меншою пропускною здатністю при її міграції всередину зернівки пшениці. Алейроновий шар характеризується високою гідрофільністю і водопроникністю, що пов’язано зі значним вмістом в його клітинах білків. Внаслідок міцного утримання води в алейроновому шарі зволоження ендосперму відбувається із затримкою на 0,5-1,0 год.

Зволоження ендосперму пов’язано з його активним розпушення внаслідок утворення мережі мікротріщин. Розпушення ендосперму є основним впливає чинником, який поліпшує борошномельні властивості зерна в результаті СОТ. Така зміна супроводжується набуханням зерен і зниженням їх склоподібності. Накопичені наукою і практикою дані показують, що завершення періоду розпушення ендосперму, що визначається припиненням перерахованих вище процесів, відповідає придбанню зерном оптимальних борошномельних властивостей. Причому, чим більше прирощення вологи і вище швидкість її перенесення, то значніше поліпшення борошномельних властивостей зерна.

У роботі Л. Н. Любарського [4] доведена виняткова роль зародка при зволоженні зерна, який «перекачує» воду всередину зерна, використовуючи дифузійно-осмотичні сили. Відзначається, що зволоження зерна через зародок відбувається більш інтенсивно у порівнянні зі зволоженням через оболонки. Крім того, під дією ферментів зародка здійснюється масове перенесення мінеральних речовин у процесі ВТО з оболонок і алейронового шару до ендосперму, а потім у зародок. В результаті такого перенесення зольність оболонок, алейронового шару і ендосперму знижується, а зародка – зростає.

Проведений аналіз дозволяє сформулювати гіпотезу про можливість інтенсифікації процесів холодного кондиціювання зерна шляхом його попереднього лущення. Збільшення внаслідок лущення розвиненості активної площі плодової оболонки має підвищити водопоглинальну здатність зерна, а цілеспрямоване руйнування цілісності насіннєвої оболонки і алейронового шару – сприяти підвищенню швидкості проникнення вологи до ендосперму. Разом з тим, відомо, що механічна дія на зерно, яким є лущення, може мати негативний вплив на його життєздатність. Очевидно, що надмірне пошкодження зародка є тим фактором, який обмежує використання лущення для інтенсифікації процесів кондиціювання.

З метою перевірки висунутої гіпотези нами було проведено цикл лабораторних досліджень щодо вивчення життєздатності, водопоглинальної здатності зерна, а також кінетики його відволожування після обробки з різними індексами лущення k. Вивчення впливу обробки зерна лущенням на життєздатність зерна проводили шляхом оцінки його енергії проростання Еп, яку визначали за стандартною методикою. На мал. 1 представлені графіки залежності енергії проростання Еп від індексу лущення k для зразків пшениці з різними початковими значеннями Еп.

З аналізу графіків (мал.1) видно, що у діапазоні значень k = 3-4%, спостерігається різке зниження енергії проростання Еп. При цьому для частини зерен характерно оголення внутрішніх органів зародка. Подальше збільшення значень k пов’язане з посиленням ушкоджень зародків, а також появою на поверхні зернівок оголених ділянок ендосперму. Обстеження зерен у процесі проростання показує, що їх оголені ділянки поверхні сприяють активному розвитку цвілевих грибів. Таким чином, зниження енергії проростання аж до повної утрати життєздатності лущених зерен пов’язано як з механічним пошкодженням зародків, так і з впливом цвілі. Слід зауважити, що життєдіяльність цвілі призводить до змін специфічних властивостей білкового комплексу зерна і, як наслідок. до зниження його харчової цінності, погіршення хлібопекарських достоїнств, утворення численних мікотоксинів, деякі з яких канцерогенні. Крім того, помічено, що зерно, оброблене при значеннях k більш 3-4%, при зволоженні і відволожуванні схильне до злежування і злипання зерен з утратою сипучості.

Водопоглинальну здатність зерна визначали шляхом його безпосереднього занурення у воду за такою методикою [2]. Зразки зерна занурювали у воду на різні терміни. Після вилучення з води зразки негайно просушували між листами фільтрувального паперу, відволожували протягом 24 год. окремо у герметичних ємностях, визначали їх вологість за стандартною методикою і вираховували приріст вологості ΔW. Результати зазначених дослідів представлені на мал. 2.

Приростання значень вологості, визначених для нелущеного зерна (ΔW = 3,0-3,5%), тотожні з результатами, отриманими дослідниками раніше, і свідчать про те, що рекомендований приріст вологи за один етап кондиціювання [1] обумовлений граничною водопоглинальною здатністю нелущеного зерна . Отримані нами дані показують, що збільшення індексу лущення k викликає суттєве зростання значень ΔW, особливо у діапазоні k = 0-3%. Разом з тим, при значеннях індексу лущення k більше 8% спостерігається зниження приросту вологості зерна.

Кінетику відволожування зерна вивчали за зниженням його склоподібності. Зразки зерна зволожували з однаковим збільшенням вологи і відволожували у герметичній посуді. Через кожну годину відволожування визначали їх склоподібність. На мал. 3 представлені графіки залежності склоподібності зерна від часу відволожування t при різних значеннях k.

Отримані результати дозволяють встановити, що зростання індексу лущення k призводить до істотного збільшення швидкості відволожування зерна. При цьому максимальна швидкість відволожування спостерігається в області значень до = 5%. Подальше збільшення значень індексу лущення k призводить до зниження швидкості відволожування.

Закономірності, представлені на мал. 2 і 3, підтверджують справедливість висунутої гіпотези. Особливості отриманих залежностей пояснюються зміною структури поверхневих шарів зерна, а також кількісного вмісту його анатомічних частин з різними гігроскопічними властивостями, що викликається впливом лущення. У діапазоні значень k = 0-3% зростання водопоглинальної здатності свідчить про збільшення активної площі оболонок. Однак збереження структури і кількісного вмісту алейронового шару, який акумулює вологу, перешкоджає зростанню швидкості відволожування зерна до максимальних її значень. Подальше підвищення значень k пов’язане з утратою зернівками значної кількості плодових оболонок і зниження життєздатності зародка, що повинно призводити до зниження водопоглинальної здатності зерна. Однак відсутність плодової оболонки і порушення цілісності насіннєвої оболонки створює умови для надходження вологи безпосередньо в алейроновий шар, що компенсує її «захоплення», хоча і з меншим прирощенням. Максимальна швидкість відволожування, яка спостерігається в області значень k = 5%, певно, обумовлена ​​втратою зернівками більшої частини насіннєвої оболонки і розвитком надривів алейронового шару, що покращує проникнення вологи до ендосперму. Зниження питомого змісту алейронового шару (при значеннях k більше 5%), що відрізняється високою гігроскопічністю і здатністю надійно утримувати поглинену вологу, призводить до зниження водопоглинальної здатності зерна і швидкості його відволожування. Відомо, що при гідратації білки ендосперму, що утворюють клейковину, формують структуру поверхневого шару, що характеризується зниженою проникністю вологи. У зв’язку з цим оголений внаслідок лущення ендосперм не здатний швидко поглинати значну кількість вологи і надійно її утримувати.

Результати проведених досліджень дозволяють сформулювати такі висновки.

• Попереднє лущення пшениці істотно підвищує її водопоглинальну здатність і швидкість проникнення вологи до ендосперму.
• Підготування зерна лущенням до кондиціювання повинне вестися без оголення внутрішніх органів зародка і ендосперму (k = 3-4%), що у більшості випадків дозволяє обмежиться одним етапом ВТО і забезпечити її технологічну ефективність при істотному скороченні часу відволожування.
• Лущення зерна до значень індексів k, що дозволяють забезпечити максимально можливу швидкість міграції вологи, може використовуватися після першого етапу кондиціювання з метою швидкісного коригування його результатів на наступному етапі кондиціювання.
• Широке впровадження у промисловість способу інтенсифікації ВТО зерна шляхом його лущення вимагає уточнення на основі практики помелів викладених результатів і розробки відповідних режимів з урахуванням відмінностей якості помольних партій зерна, що надходять у переробку.

Опубліковано за матеріалами

“Хранение и переработка зерна”

науково-практичний журнал

№6 (156) січень 2012

 

ЛІТЕРАТУРА

• Правила організації та ведення технологічного процесу на борошномельних заводах. – К.: Київський інститут хлібопродуктів, 1998. – С.17
• Єгоров Г.А. Технологічні властивості зерна. – М.: Агропромиздат, 1985. – 333с.
• Казаков Є.Д. Гігроскопічність складових частин зерна //Тр/МТІПП. – 1952. -С. 64-68.
• Любарський Л.М. Жито – М.: Видавництво технічної та економічної літератури, 1956. – 264 с.