1. 4. Теплофизические и гигроскопические свойства

Зерновая масса представляет собой мобильную систему, которая чутко реагирует на малейшие изменения влажности, температуры и других факторов. Перенос тепла и влаги в зерне происходит постоянно. При любом изменении этих параметров нарушается термодинамическое равновесие и зерно переходит к новому равновесному состоянию.

Основными показателями, которые характеризуют теплофизические и гигроскопические свойства зерна, являются: удельная теплоемкость, температуро- и теплопроводность, коэффициент влагопроводности, коэффициент диффузии и др.

Перенос тепла и влаги в зерновом слое и единичном зерне имеет характерные особенности. Прежде всего это связано с различиями в анатомическом строении зерновки, неравномерностью распределения по его сечению химических веществ и т.д. Поэтому, решая различные задачи при проведении ГТО, технолог устанавливает те или иные режимы.

Коэффициент диффузии влаги представляет собой величину, комплексно отображающую характер протекания процесса влагопроводности. Он характеризует способность зерна реагировать на изменение влагосодержания в окружающей среде. На величину коэффициента значительное влияние оказывает температура. Возрастание температуры увеличивает подвижность связанных молекул воды, поэтому интенсивность внутреннего переноса влаги повышается. Таким образом, при горячем кондиционировании зерна (50…60⁰С) интенсивность внутреннего переноса влаги в единичном зерне выше на целый порядок по сравнению с холодным кондиционированием (20⁰С). Практическое значение явления диффузии влаги проявляется в том, что повышение температуры резко интенсифицирует внутренний перенос влаги, обеспечивая быструю сушку.

Коэффициент термовлагопроводности характеризует термический перенос жидкости и пара. При длительном существовании перепада температур в массе хранящегося зерна влажность более холодных участков может существенно увеличиваться в результате миграции её из более нагретых мест.

Перенос влаги внутри зерна сопровождается целым комплексом физико-, коллоидно-, биохимических процессов, развитие которых приводит к необратимым изменениям структуры и гигроскопических свойств зерна. Сам процесс переноса достаточно сложен и зависит от анатомического строения зерновки. Правильно построенный в зависимости от поставленной цели процесс влаго-тепловой обработки будет способствовать повышению производительности машин и эффективности всего производства.

1. 5. Биохимические и технологические свойства

Биохимические свойства зерна определяются его химическим составом и распределением химических веществ по анатомическим частям зерновки. Существенное влияние на биохимические свойства зерна оказывают гидролитические ферменты и, в первую очередь, протеиназа, амилаза и липаза. Немаловажное значение имеет также наличие в зерне биологически активных веществ.

Сухое зерно, хранящееся в охлажденном состоянии, находится в состоянии покоя. При создании оптимальных условий, т.е. повышении влажности и температуры, в зерне активизируются ферменты, начинаются процессы, ведущие к прорастанию зародыша. Поэтому, регулируя режим проведения ГТО, можно целенаправленно изменять биохимические свойства зерна. При проведении ГТО всегда наблюдается изменение биохимических свойств зерна, причем величина этих изменений зависит как от индивидуальных биологических свойств зерна, так и от параметров режима обработки.

Основными внешними факторами, оказывающими определяющее влияние на состояние зерна, являются влажность и температура.

Температурное влияние проявляется следующим образом. При температуре до 30…35⁰С отмечается усиление активности ферментов зерна, при 35…40⁰С – некоторое ослабление клейковинного комплекса, при 45⁰С – улучшение эластичности теста и клейковины, при 50…60⁰С – уменьшение растяжимости клейковины, при 60⁰С – резкое снижение активности ферментов, выше 60⁰С – частичная или полная денатурация белков.

Чем выше влажность зерна, тем сильнее проявляется влияние температуры. Зерно различных культур существенно различается по термоустойчивости. К примеру, при влажности 16% зерно кукурузы переносит нагрев до температуры 75⁰С, ржи – до 65⁰С, пшеницы – до 55⁰С, а семенное зерно и пивоваренный ячмень – только до 49⁰С. При поглощении зерном влага направляется прежде всего в те участки, где возможно развитие физиологических процессов, связанных с прорастанием.

Активность ферментов по анатомическим частям зерновки неодинакова. Например, активность протеаз в зародыше выше в 8…13, а в алейроновом слое – в 50…70 раз по сравнению с эндоспермом. Последнее особенно примечательно, так как указывает на чрезвычайно важную роль алейронового слоя в развитии биохимических процессов при ГТО.

Изменение параметров окружающей зерно среды быстро передается алейроновому слою. В результате его ферменты повышают или снижают свою активность, что в целом сказывается на биохимических свойствах зерна. Изменение биохимических свойств сказывается на качестве клейковины пшеницы, для зерна других культур важными могут быть изменения в липидном и углеводном комплексе.

Проведенные исследования показали, что в большинстве случаев химический состав как слабой, так и сильной клейковины, одинаков. Они характеризуются одним и тем же набором аминокислот, а разница свойств клейковины обусловлена только физико-химическими особенностями её компонентов. Поэтому при точном воздействии на зерно при проведении ГТО можно обеспечить направленное изменение свойств клейковины.

Питательная ценность хлебобулочных изделий определяется не только их калорийностью, но и содержанием биологически активных веществ. Наиболее полезен пшеничный хлеб из обойной муки. Хлеб, полученный из муки первого сорта, содержит в два раза меньше тиамина и в пять раз меньше никотинамида, чем из обойной муки. Установлено, что чем выше выход муки, тем лучше и её биологическая полноценность. Поэтому важным является повышение биологической ценности высокосортных муки и крупы.

При переработке зерна используются различные методы повышения биологической ценности продуктов: оптимизация параметров проведения ГТО (влажности зерна, продолжительности отволаживания, температуры нагрева, длительности пропаривания и др.); формирование сортов муки после размола с добавлением продуктов из конечных систем размольного процесса, которые богаты витаминами и микроэлементами; обогащение высокосортной муки синтетическими витаминами.

Технологические свойства зерна на мукомольных и крупяных заводах определяются следующими показателями: выходом готовой продукции и её качеством, затратами на переработку единицы массы зерна или на выработку единицы массы готовой продукции (удельные эксплуатационные расходы), зольностью продуктов и некоторыми другими.

Удельный расход энергии является одним из основных показателей технологического процесса. Его величина определяется структурно-механическими свойствами сырья, условиями проведения технологического процесса, конструктивными особенностями машин. Основными энергоёмкими процессами являются: на мукомольном заводе – измельчение зерна, на крупяном – шелушение и шлифование, на комбикормовом – измельчение ингредиентов.

Чем выше выход конечных продуктов, лучше их качество и ниже удельные затраты на производство, тем выше оцениваются технологические свойства зерна. Зная до начала переработки физико-химические, структурно-механические и биохимические свойства технолог, в целом, может оценить технологические свойства зерна. Он может судить не только о потенциальных возможностях получения из него определенных продуктов, но и выбрать параметры режимов основных этапов технологического процесса с целью обеспечения максимальной их эффективности при минимальных затратах энергии.