1.2. Физико-химические свойства

Многие показатели, оказывающие существенное влияние на выбор конкретных режимов работы машин при производстве муки и крупы, оценивают физико-химические свойства зерна. Наиболее важное значение имеют линейные размеры зерна, его плотность, выравненность, стекловидность, объёмная масса, сыпучесть и самосортирование.

Линейные размеры зерна влияют на выбор режима работы измельчающих или шелушильных машин, на выбор сит сепараторов. Линейные размеры (длина, ширина и толщина) определяют плотность укладки зерна, скважистость насыпи, особенности перемещения зерна ленточными транспортерами. Важное значение эти показатели имеют для переноса тепла и влаги при гидротермической обработке. Мелкое зерно поглощает влагу и прогревается быстрее крупного. Более ценным в технологическом плане является крупное зерно. В нем большую часть зерновки занимает эндосперм, а, следовательно, из него получают более высокий выход муки и крупы.

Стекловидность зерна косвенно характеризует консистенцию эндосперма и содержание в нем белка и клейковины. Она тесно связана с твердостью зерна и оказывает влияние как на технологические, так и потребительские свойства. Чем выше стекловидность, тем лучше технологические свойства зерна. Из стекловидного зерна получают более высокий выход муки. Обычно для получения хлебопекарной муки используют пшеницу со стекловидностью 40…60 %. Высокостекловидную пшеницу используют для получения макаронной муки. Пшеничная крупа, получаемая из стекловидного зерна, имеет более высокие товарные качества, сохраняет форму при варке.

Зерно со стекловидным эндоспермом обладает большей прочностью, труднее измельчается при производстве муки, меньше разрушается при шелушении и, особенно, при шлифовании, образует при производстве крупы меньше дробленых частиц и мучки.

Крупность зерна можно характеризовать массой 1000 зерен и линейными размерами. Чем выше масса 1000 зерен, тем более ценное зерно. Как правило, вместе с увеличением массы 1000 зерен возрастает его крупность, стекловидность, содержание эндосперма и снижается плёнчатость. Мелкое зерно имеет более низкие технологические свойства и оно должно быть отсортировано.

Важным показателем, определяющим эффективность технологического процесса, является выравненность. Выражают выравненность по сумме сходов с двух смежных сит при просеивании навески зерна для определения крупности. Хорошей выравненностью характеризуются те партии зерна, у которых на двух смежных ситах остаётся не менее 80% всего зерна. Крупность и выравненность не всегда совпадают: мелкое зерно может быть выравненным, а крупное – невыравненным. Выравненной считают партию зерна, в которой отдельные зерновки имеют близкие размеры. При переработке выравненного зерна легче устанавливать рациональные режимы работы зерноочистительных, шелушильных, измельчающих и других машин.

Объёмная масса зерна учитывается при объёмном дозировании в комбикормовом производстве. Повышение объёмной массы обычно коррелирует с более высоким содержанием эндосперма, выполненностью зерна. Для зерна многих культур введен такой показатель, как натура, который оказывает существенное влияние на сам технологический процесс, качество получаемой продукции и выход муки. Считается, что хороший выход муки у зерна пшеницы обеспечивается при натуре более 730 г/л. Низкая натура зерна свидетельствует о его плохой выполненности и щуплости.

Показатель плотности зерна является комплексным показателем, который зависит от массы 1000 семян, структуры, химического состава, соотношения анатомических частей и т.д. Мукомольные свойства зерна с более высокой плотностью лучше. Чем больше плотность зерна, тем выше выход муки.

Коэффициент внутреннего трения существенно влияет на процесс смешивания разнородных материалов при производстве комбикормов, а, следовательно, на однородность смеси. Большинство составляющих комбикормов представляют собой трудносыпучие продукты, имеющие высокую связь между частицами. Значительное влияние на величину коэффициента внутреннего трения оказывает влажность. При возрастании влажности отмечается увеличение коэффициента трения, что затрудняет транспортирование и смешивание компонентов при производстве комбикормов.

Физико-химические свойства зерна подвергаются значительным изменениям под воздействиям влаги и температуры при гидротермической обработке, которая предназначена для направленного изменения технологических свойств зерна. При этом степень изменения тех или иных свойств зерна зависит от величины изменения влажности и температуры.

Все изменения физико-химических свойств зерна необратимы. При периодической обработке (увлажнение – подсушивание) изменение свойств зерна стабилизируется, к примеру, для мучнистой пшеницы – через два цикла, для стекловидной – через три. Наиболее значительные изменения наблюдаются в течение первого цикла.

При увеличении влажности гидрофильные материалы набухают, что внешне проявляется в увеличении линейных размеров и объёма. Особенно заметное увеличение крупности зерна отмечается в течение первых 6…12 часов отволаживания (выдержке увлажнённого зерна) при влажности 15…19 % и температуре 45…55⁰С. Одновременно с этим увеличивается выравненность зерна.

При увлажнении отмечается снижение стекловидности, что является следствием структурных изменений. Повышение температуры при набухании зерна способствует образованию микротрещин в стекловидном эндосперме (разрыхление эндосперма). Плотность зерна при возрастании влажности снижается. Температура также оказывает влияние на изменение плотности. Наибольшее снижение плотности наблюдается при температуре 40…50⁰С, а при дальнейшем увеличении температуры отмечалось повышение плотности зерна. Это обусловлено, скорее всего, денатурацией белков.

Изменение плотности суммарно отражает происходящие преобразования структуры зерна в результате комплекса физико-, коллоидно- и биохимических процессов, развивающихся в зерне при гидротермической обработке. Снижение плотности зерна можно в итоге характеризовать как разрыхление его структуры, что облегчает процесс измельчения.