Лущення як спосіб інтенсифікації воднотеплової обробки в 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) в борошномельному виробництві застосовують для спрямованої зміни технологічних властивостей зерна з метою створення оптимальних умов для його переробки в сортове борошно. У результаті ВТО зростає еластичність оболонок зерна та знижується міцність ендосперму, що забезпечує ефективність подальшого вибіркового подрібнення. Таким чином, досягається мета сортових помелів: подрібнений ендосперм витягується в борошно, а оболонки спрямовуються у висівки. Крім того, під час ВТО змінюються біохімічні властивості зерна і виробленого з нього борошна: знижується зольність борошна, підвищується вихід і поліпшується якість клейковини, зростає активність ферментів. Виходячи зі значущості впливу на результати виробництва, ВТО є основою підготовки зерна до проведення сортових помелів.

Згідно з сучасною класифікацією, основою якої є особливості використання температурного фактора під час обробки зерна, розрізняють методи холодного та гарячого кондиціювання. Порівняльний аналіз технологічної ефективності методів СОТ показує, що гаряче кондиціювання є дещо ефективнішим, проте під час реалізації є значно складнішим за холодне, потребує дорогого апаратного забезпечення, а нагрівання зерна до температури 50-70 °С пов’язано зі значними витратами енергії. Наразі через перелічені особливості на вітчизняних млинзаводах методи гарячого кондиціювання не застосовуються і в умовах світового дефіциту енергії, а також високої її вартості, втрачають свою перспективність.

Разом з тим, холодному кондиціонуванню також властиві деякі суттєві недоліки. Основною проблемою холодного кондиціювання є обмежена водопоглинаюча здатність зерна, що в ряді випадків вимагає проведення його зволоження в кілька етапів із проміжними відволожуваннями. Організація багатоетапного кондиціонування істотно підвищує витрати на створення й експлуатацію лінії СОТ зерна. Крім того, для забезпечення технологічного ефекту за холодного кондиціювання необхідне тривале відволожування зерна, що потребує наявності бункерів значної ємності. Відповідно до чинних рекомендацій [1] приріст вологи за один етап зволоження не перевищує 3,0-3,5%, а сумарний рекомендований час відволожування може становити понад 24 год.

Як показує огляд літератури, недоліки холодного кондиціонування зумовлені особливостями анатомічної будови зерна та гігроскопічних властивостей його складових. У роботах Г.А. Єгорова, Є.Д. Казакова, Л.М. Любарського [2., 4.], а також інших вітчизняних і зарубіжних дослідників, механізм взаємодії води із зерном всебічно й глибоко вивчений. Встановлено, що під час контакту з водою зерно майже миттєво поглинає 3-5% вологи, і лише через 15-30 хв відбувається подальше зростання його вологості. Це початкове «захоплення» води здійснюється плодовими оболонками зерна, і визначається ступенем розвиненості їхніх капілярів і пор.

Подальше відволожування зерна пов’язане зі значним гальмуванням проникнення вологи в ендосперм насіннєвими оболонками та алейроновим шаром. Насіннєва оболонка, маючи слабко виражену капілярну систему, насичується вологою значно повільніше, ніж плодова, і має меншу пропускну спроможність під час її міграції всередину зернівки пшениці. Алейроновий шар характеризується високою гідрофільністю та водопроникністю, що пов’язано зі значним вмістом у його клітинах білків. Унаслідок міцного утримання води в алейроновому шарі зволоження ендосперму відбувається із затримкою на 0,5-1’0 год.

Зволоження ендосперму пов’язане з його активним розпушенням унаслідок утворення мережі мікротріщин. Розпушення ендосперму є основним чинником, що впливає на поліпшення борошномельних властивостей зерна в результаті СОТ. Така зміна супроводжується набуханням зерен і зниженням їхньої склоподібності. Накопичені наукою і практикою дані показують, що завершення періоду розпушення ендосперму, що визначається призупиненням перерахованих вище процесів, відповідає набуттю зерном оптимальних борошномельних властивостей. Причому, чим більший приріст вологи і вища швидкість її перенесення, тим значніше поліпшення борошномельних властивостей зерна.

У роботі Л. М. Любарського [4] доведено виняткову роль зародка під час зволоження зерна, який «перекачує» воду всередину зерна, використовуючи дифузійно-осмотичні сили. Зазначається, що зволоження зерна через зародок відбувається більш інтенсивно порівняно зі зволоженням через оболонки. Крім того, під дією ферментів зародка здійснюється масове перенесення мінеральних речовин у процесі СОТ з оболонок і алейронового шару в ендосперм, а потім у зародок. У результаті такого перенесення зольність оболонок, алейронового шару та ендосперму знижується, а зародка – зростає.

Проведений аналіз дає змогу сформулювати гіпотезу про можливість інтенсифікації процесів холодного кондиціонування зерна шляхом його попереднього лущення. Збільшення внаслідок лущення розвиненості активної площі плодової оболонки повинно підвищити водопоглинаючу здатність зерна, а цілеспрямоване руйнування цілісності насіннєвої оболонки та алейронового шару – сприяти підвищенню швидкості проникнення вологи в ендосперм. Разом з тим, відомо, що механічний вплив на зерно, яким є лущення, може негативно впливати 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 був проведений цикл лабораторних досліджень з вивчення життєздатності, водопоглинаючої 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 рис. 1 представлено графіки залежності енергії проростання Еп від індексу лущення k для зразків пшениці з різними вихідними значеннями Еп.

З аналізу графіків (рис. 1) видно, що в діапазоні значень k=3-4%’ спостерігається різке зниження енергії проростання Еп. При цьому для частини зерен характерне оголення внутрішніх органів зародка. Подальше збільшення значень k пов’язане з посиленням пошкоджень зародків, а також появою на поверхні зернівок оголених ділянок ендосперму. Обстеження зерен у процесі проростання показує, що їхні оголені ділянки поверхні сприяють активному розвитку пліснявих грибів. Таким чином, зниження енергії проростання аж до повної втрати життєздатності лущених зерен пов’язане як із механічним пошкодженням зародків, так і з впливом плісняви. Слід зауважити, що життєдіяльність плісняви призводить до змін специфічних властивостей білкового комплексу зерна і, як наслідок, до зниження його харчової цінності, погіршення хлібопекарських якостей, утворення численних мікотоксинів, деякі з яких канцерогенні. Крім того, помічено, що зерно, оброблене за значень k понад 3-4%, при зволоженні та відволожуванні схильне до злежування і злипання зерен із втратою сипучості.
Водопоглинальну здатність зерна визначали шляхом його безпосереднього занурення у воду за такою методикою [2]. Випробовувані зразки зерна занурювали у воду на різні терміни. Після вилучення з води зразки негайно просушували між аркушами фільтрувального паперу, відволожували протягом 24 год окремо в герметичних ємностях, визначали їхню вологість за стандартною методикою та обчислювали прирост вологості ΔW. Результати зазначених дослідів представлені на рис. 2.

Нарощення значень вологості, визначених для нелущеного зерна (ΔW = 3,0-3’5%), є тотожними результатам, отриманим дослідниками раніше, та свідчать про те, що рекомендоване нарощування вологи за один етап кондиціювання [1] зумовлене граничною водопоглинаючою здатністю нелущеного зерна. Отримані нами дані показують, що збільшення індексу лущення k спричиняє суттєве зростання значень ΔW, особливо в діапазоні k=0-3%. Разом з тим, за значень індексу лущення k понад 8% спостерігається зниження приросту вологості зерна.

Кінетику відволожування зерна вивчали за зниженням його склоподібності. Зразки зерна зволожували з однаковим приростом вологи та відволожували в герметичному посуді. Через кожну годину відволожування визначали їхню склоподібність. На рис. 3 представлено графіки залежності склоподібності зерна від часу відволожування t за різних значень k.

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

Закономірності, представлені на рис. 2 і 3, підтверджують справедливість висунутої гіпотези. Особливості отриманих залежностей пояснюються зміною структури поверхневих шарів зерна, а також кількісного вмісту його анатомічних частин із різними гігроскопічними властивостями, що спричиняється впливом лущення. У діапазоні значень k=0-3% зростання водопоглинальної здатності свідчить про збільшення активної площі оболонок. Однак збереження структури та кількісного вмісту алейронового шару, що акумулює вологу, перешкоджає зростанню швидкості відволожування зерна до максимальних її значень. Подальше підвищення значень k пов’язане з втратою зернівками значущої кількості плодових оболонок і зниженням життєздатності зародка, що повинно призводити до зниження водопоглинальної здатності зерна. Однак відсутність плодової оболонки та порушення цілісності насіннєвої оболонки створює умови для надходження вологи безпосередньо до алейронового шару, що компенсує її «захоплення», хоча і з меншими приростами. Максимальна швидкість відволожування, що спостерігається в ділянці значень k=5%, мабуть, зумовлена втратою зернівками більшої частини насіннєвої оболонки та розвитком надривів алейронового шару, що поліпшує проникнення вологи в ендосперм. Зниження питомого вмісту алейронового шару (за значень k понад 5%), що вирізняється високою гігроскопічністю та здатністю надійно утримувати поглинуту вологу, призводить до зниження водопоглинаючої здатності зерна та швидкості його відволожування. Відомо, що під час гідратації білки ендосперму, які утворюють клейковину, формують структуру поверхневого шару, що характеризується зниженою проникністю вологи. У зв’язку з цим оголений унаслідок лущення ендосперм не здатний швидко поглинати значну кількість вологи та надійно її утримувати.

Результати проведених досліджень дають змогу сформулювати такі висновки.

• Попереднє лущення пшениці істотно підвищує її водопоглинальну здатність і швидкість проникнення вологи в ендосперм.
• Підготовка зерна лущенням до кондиціонування має вестися без оголення внутрішніх органів зародка та ендосперму (k=3-4%), що в більшості випадків дає змогу обмежиться одним етапом ВТО і забезпечити її технологічну ефективність за істотного скорочення часу відволожування.
• Лущення зерна до значень індексів k, що дають змогу забезпечити максимально можливу швидкість міграції вологи, може використовуватися після першого етапу кондиціонування з метою швидкісного коригування його результатів на наступному етапі кондиціонування.
• Широке впровадження в промисловість способу інтенсифікації СОТ зерна шляхом його лущення вимагає уточнення на основі практики помелу викладених результатів і розроблення відповідних режимів з урахуванням відмінностей якості помольних партій зерна, що надходять у переробку.

Опубліковано за матеріалами

«Зберігання та переробка 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.