книги из ГПНТБ / Егоров Г.А. Влияние тепла и влаги на процессы переработки и хранения зерна

образцов, хбтя Два из них 1 типа, а оДии IV типа. Не влияет и район вегетации зерна: один образец Сара­ товской 29 получен из Куйбышевской области, второй — из Целиноградской. Аналогичная картина получена и для центральной части эндосперма. Для окончательного суждения необходимо изучить большое количество раз­ нообразных образцов.

Влияние тепла и влаги на структуру зерна

Выше было отмечено, что технологические свойства зерна находятся в тесной зависимости от его структуры. Важно выяснить, насколько взаимосвязаны их измене­ ния под воздействием тепла и влаги.

Особенно на этот процесс влияет то, что ткани зер­ на построены из высокополимеров: белков, углеводов, липидов. Поэтому любое изменение содержания влаги сказывается на их физико-химических свойствах и тер­ модинамических характеристиках состояния, а через них и на технологических свойствах зерна. Не меньшее значение имеет также изменение температуры, в ре­ зультате которого изменяется состояние поглощенной тканями зерна воды, степень ее «связанности». Чем за­ метнее в результате данного процесса изменились свой­ ства воды, тем существеннее это сказалось на свойствах биополимеров.

Наконец, очень важно то, что зерно представляет собой живой орга.низм, в обычных условиях .хранения находящийся в состоянии покоя. Клетки зародыша и алейронового слоя сохраняют жизнедеятельность, кото­ рая проявляется с большей интенсивностью при содер­ жании влаги в зерне и температурных условиях, близ­ ких к оптимальным для прорастания зерна.

Все процессы в зерне подчинены регулирующему воздействию его биологической системы, что обеспечи­ вает их целесообразное развитие для нужд зерна как живого организма. Таким образом, преобразование тех­ нологических свойств зерна, в процессе хранения или переработки происходит не только под воздействием фи­ зико-химических процессов, но и биохимических. Вели­ чину влияния тех и других процессов предстоит еще оценить. Внешним свидетельством происшедших изме­ нений структуры зерна в результате перечисленных процессов служит изменение его стекловидное™. Все

шенной температуре усиливает процесс нарушения структуры, а подсушивание зерна при комнатной тем­ пературе приводит к частичному восстановлению сте­ кловидное™.

Л. Н. Любарский [85], изучая изменение стекловид­ ное™ пшеницы при увлажнении и отволаживании, при­

вый— короткий, в течение которого изменения протека­ ют наиболее бурно, и второй —более длительный, но и более спокойный. В течение этого периода замедленно и незначительно, в абсолютных величинах, уменьшается количество стекловидных зерен и столь же медленно увеличивается количество мучнистых за счет частично

ловидность зерна пшеницы. Наиболее резкое снижение стекловидное™ наблюдается при 16—19% влажности.

В опытах с увлажнением зерна пшеницы Безостая 1, выращенной в Краснодарском крае, получено, что об­ щая стекловидность, а также количество полностью стекловидных, полустекловидных и мучнистых зерен изменяются наиболее резко после достижения зерном

влажности атмосферы процесс изменения стекловидио-

линейная). В наших опытах общая стекловидность сни­

стекловидности зерна при сорбционном поглощении па­ ров воды обусловлено характером внутреннего влагопереноса в зерне из-за указанных выше структурных особенностей его анатомических частей. Главной при­ чиной снижения стекловидности зерна является разру­ шение его эндосперма микротрещинами при проникании воды в его толщу; влияют также и другие процессы биохимической и коллоидно-химической природы. Милнер и Шелленбергер регистрировали микротрещины посредством рентгеноскопии при подсушивании влаж­ ного зерна [280].

Под влиянием тепла и влаги изменяются и геометри­ ческие размеры оболочек и алейронового слоя. Т. П. Пет­

более существенные изменения претерпевает семенная оболочка, затем алейроновый слой и плодовая оболочка. На бочке зерновки изменений больше, чем на спинке. Интересно, что в пределах образца стекловидные зерна более податливы воздействию, чем мучнистые.

Было проанализировано, как влияет гидротермиче­ ская обработка на структуру пшеницы Саратовская 29, выращенной в Кустанайской области в 1968 г. Пшени­

модифицировали. Это позволило исключить побочные изменения микроструктуры зерна, вызванные опера­ циями по приготовлению препарата, и изучить действи­ тельные изменения структуры, происшедшие вследствие определенного воздействия на зерно водой и теплом.

Опыты проводили при температуре 20° С в течение 8 ч и при 30, 40 и 50° С в течение 2 ч.

Анализ данных показал, что при «холодном» конди­ ционировании изменения в оболочках и алейроновом

слое вследствие их набухания развиваются в течение первых двух часов. При повышенной температуре изме­ нения заметны уже в течение полутора, а иногда и двух часов. В некоторых случаях в течение 30 мин— 1 ч уменьшается толщина плодовой оболочки, возможно, благодаря развивающейся контракции или же вследст­ вие интенсивного перемещения влаги из нее в нижерас­ положенные слои. Однако к 1,5—2 ч первоначальные размеры плодовой оболочки не только восстанавливают­ ся, но и наблюдается их прирост.

Независимо от метода и режима гидротермической обработки наибольшим изменениям подвержена семен­

На изменение толщины плодовой оболочки темпера­ тура практически не влияет. Толщина семенной оболоч­ ки особенно заметно возрастает при повышении темпе­ ратуры от 20 до 30° С, затем изменения уменьшаются (в относительном выражении). Размер клеток алейро­ нового слоя почти не изменяется как от действия тем­ пературы, так и от продолжительности обработки.

Интересные результаты получены при изучении влия­ ния тепла и влаги на геометрическую характеристику крахмальных зерен эндосперма. При увлажнении стек­ ловидного зерна пшеницы с 13 до 17, 19 и 24% наблю­ дается закономерный прирост объема крахмальных зе­ рен. В центральной части эндосперма набухание выра­ жено меньше, чем в субалейроновом слое.

Как влияет гидротермическая обработка на геомет­ рические характеристики крахмальных зерен эндоспер­ ма было изучено на образцах пшеницы, отдельно для мучнистых и стекловидных зерновок. Для опыта .была взята пшеница Саратовская 29, выращенная в Кустанайской области. В таблице 4 показаны вариационные ряды линейных размеров (средних по разрядам диа­ метров) крахмальных зерен, а в таблице 5 — данные из­ менения объема и площади внешней поверхности, рас­ считанной для 10 000 крахмальных зерен.

Как видно из таблицы, режим гидротермической об­ работки во всех случаях снижает относительное количе­ ство мелких крахмальных зерен (до 9 мкм) и увеличи­ вает количество средних (9—18 мкм). Особенно резкие •изменения происходят при обработке зерна насыщен- •иым паром (скоростное кондиционирование).

Т а б л и ц а 4

Влияние гидротермической обработки на распределение по размерам крахмальных зерен эндосперма, %

Несколько другое наблюдается при отволакивании зерна в течение 24 ч. В этом случае количество мелких зерен в центральной части эндосперма несколько возра­ стает. По-видимому, это обусловлено перераспределени­ ем влаги в зерне при более длительном отволаживании, переносом части ее к зародышу и, возможно, к алей­ роновому слою. Увлажнение зерна на 2% и отволаживание его при комнатной температуре в течение 8 ч вызывают увеличение суммарного объема крахмальных

зерен на 47%; при отволаживании в течение 24 ч — на 45%. Прогрев зерна при температуре 40°С в тече­ ние 1,5 ч после увлажнения привел к увеличению сум­

Но такое заметное изменение объема крахмальных зерен не повлияло существенно на их внутреннюю струк­ туру, как это было получено при электронно-микроско­ пическом изучении. На рисунке 10 показаны крахмаль­ ные зерна исходного и обработанного паром образца; структура осталась неизменной. Это вызвано тем, что крахмал относится к ненабухающим коллоидам [39]. Поэтому крахмальные зерна сохраняют свой характер­ ный вид, двойное лучепреломление и кристаллическую структуру [59, 109].

Видимо, ограниченным набуханием можно объяснить и то, что количество мелких зерен в общем их числе остается преобладающим; на их долю приходится свы­ ше 55%, даже при обработке зерна паром. Наиболее заметные изменения наблюдаются для средних по раз­ мерам зерен. Это связано с тем, что мелкие крахмаль­ ные зерна набухают труднее [59].

чество мелких зерен (/^9,0 мкм) при температуре 60° С больше, чем при 40° С: в субалейроновом слое 72,7 про­ тив 66,3%, в центральной части эндосперма 61,3 про­ тив 58,9%. Это значит, что при температуре-40°С по

крахмальных зерен по сравнению с исходным состоя­

и 57,0%; по площади внешней поверхности — для субалейронового слоя на 90,5 и 65.2%, для центральной части эндосперма на 60,0 и 56,8%.

Таким образом, в результате прогрева зерна при температуре 40° С изменения микроструктуры выражены намного заметнее, чем при 60° С. Это наглядно показы­ вает, что существует оптимальный режим гидротермиче­ ской обработки зерна. По-видимому, столь заметная разница в результатах, полученных при этих двух тем­ пературах, обусловлена особенностями реакции биопо­ лимеров зерна (белков и углеводов) на увлажнение в различных температурных условиях. Очевидно, что сте­ пень изменения их физико-химических свойств непро­ порциональна степени изменения температуры. Возмож­ но также, что при температуре 40 и 60° С эти изменения носят качественно иной характер. Так, при температуре 60° С следует ожидать некоторой денатурации белков.

Очень интересно, что при температуре 40° С набуха­ ние крахмальных зерен резко возрастает в субалейро­ новом слое, а в центральной части эндосперма разни­ ца между набуханиями зерен при температурах 40 и 60°С невелика. Для технологов желателен такой ре­ жим гидротермической обработки, при котором наибо­ лее выражены изменения на границе между алейроно­ вым слоем и остальной частью эндосперма, т. е. в суб­ алейроновом слое.

Особенно большие изменения геометрической харак­ теристики крахмальных зерен наблюдаются при обра­ ботке пшеницы паром. В этом случае даже вариацион­ ные кривые развиваются иначе, особенно для субалей­ ронового слоя эндосперма.

Подведем итоги. Анатомические части зерна резко различаются друг от друга по структуре и химическому

составу. По сечению зерна химические вещества также распределены неравномерно. Следует ожидать различия в свойствах этих частей и как следствие высокую ани­ зотропию зерна. Это и наблюдается на самом деле — зерновка представляет собой сложное составное тело,

ко реагирует на любое воздействие влагой и теплом; даже при наиболее мягком режиме увлажнения (сорбционном) наблюдаются заметные структурные преобра­ зования. Поэтому при хранении зерна необходимо со­ здавать неизменные и безопасные условия. Для про­ цесса гидротермической обработки зерна при некоторых сочетаниях параметров структурные изменения выра­ жены в максимальном размере; видимо, эти режимы яв­ ляются оптимальными в технологическом отношении.