книги из ГПНТБ / Рукосуев А.Н. Товароведение зерномучных и хлебных товаров учебник

процессы вызывают изменение свойств зерна, способст­ вуют ухудшению и даже полной потере ценности зер­ на как сырья для производства крупы, муки и других продуктов. Являясь сложным по составу и строению биологическим, жизнеспособным объектом, зерно под­ вергается воздействию окружающей среды и изменяет­ ся в силу происходящих в нем биохимических, физикохимических и биологических процессов.

Наиболее важными с точки зрения сохраняемости качества зерна процессами являются: изменение влаж­ ности, температуры, сорбция паров и газов, биохимиче­ ские превращения веществ — их расщепление и окис­ ление, физико-химические процессы, связанные с изме­ нением структуры биополимеров и другие изменения ферментативного и неферментативного порядка.

Изменение влажности — один из наиболее важных процессов, влияющих на активность ферментов зерна и развитие микрофлоры.

повышена и парциальное давление паров воды в нем выше парциального давления паров на поверхности зе­ рен (в свою очередь связанного с влажностью зерна и гидрофильностью образующих его веществ), происходит увлажнение зерна, которое продолжается до тех пор, пока парциальные давления водяных паров не уравно­ весятся и зерно не приобретет равновесную влажность. Происходит с о р б ц и я (поглощение) в л а г и .

В случае, если парциальное давление паров воды в окружающей среде ниже давления пара на поверхности

жения равновесной, но уже на более низком уровне. Равновесная влажность зерна при различных вели­

чинах относительной влажности различна. Например, для зерна основных культур при 60 % -ной относительной влажности и температуре +18° С она равна 13—13,5%, при 70%-ной—14,5—15%, при 90 % -ной — 20—25%. Предельная влажность, приобретаемая зерном при 100%-ной влажности воздуха, составляет 30—33%- Равновесная влажность, приобретаемая зерном в про­ цессе сорбции (кроме предельных точек при 0% и

90

100%-ной относительной влажности воздуха) оказы­ вается несколько меньшей, чем равновесная влажность того же зерна при равной влажности воздуха, приобре­ таемой им в процессе десорбции. Это явление носит на­

ном теплый воздух охлаждается и образовавшийся из­ быток влаги выделяется в виде капель на поверхности зерен.

Изменение влажности хранящегося зерна может быть также следствием внутренних биохимических про­ цессов, обусловливающих переход элементов воды в хи­ мические соединения с другими веществами зерна, или образование воды за счет изменения (окисления) ор­ ганических соединений зерна (например, Сахаров).

Примером процессов первого рода является полное или частичное осахаривание крахмала, сопровождаю­ щееся присоединением воды и переходом ее в химиче­ ски связанное состояние, а также все другие гидролити­ ческие процессы, при которых элементы воды входят в состав вновь образующихся сухих веществ. Сущность этого явления можно представить на примерах гидро­ лиза сахарозы:

91

С1 2 Н2 2 Оп + H • ОН <—> C6 Hl 2 Oe + C6 H1 2 Oe

При хранении свежеубранного, а также теплого влажного зерна, и особенно в случаях его самосогре­ вания, наблюдается увеличение видимой (определяе­ мой) влажности зерна, не сопровождающееся увеличе­ нием его веса. Прирост влажности при этом обусловлен высокой активностью окислительных процессов, в ре­ зультате которых часть органических веществ превра­ щается в воду и углекислый газ, что связано и с умень­ шением веса сухого вещества. Например:

С6 Н12 06 + 602 -"6С02 + 6Н2 0 + энергия. Изменение влажности — важнейший с точки зрения

хранения зерна процесс. От влажности зависит актив­ ность протекающих в зерне ферментативных и микро­ биологических процессов. Изменение влажности влияет и на технологические достоинства зерна, изменяя его физико-механические свойства — твердость, упругость, пластичность.

В сухом зерне, где влага находится в прочно связан­ ном (преимущественно адсорбционно) состоянии и от­ сутствует слабосвязанная свободная влага, все про­ цессы протекают весьма замедленно и не вызывают значительного изменения состава, веса и качества зерна.

При повышении влажности выше «критической точ­ ки» (для зерна основных культур выше 14—15%, бобо­ вых выше 15—16%), что сопряжено с появлением сво­ бодной влаги, активность ферментов возрастает и раз­ витие микрофлоры усиливается. Зерно становится нестойким, легко подвергается самосогреванию и порче. Поэтому в стандартах на зерно ограничивают пределы влажности, а при хранении поддерживают определен­ ную невысокую (обычно 65—70%-ная) относительную влажность воздуха.

на состоянии веществ, физико-химических и фермента­ тивных процессах. При хранении же влажного зерна изменение его температуры может оказать решающее

92

влияние на его сохраняемость, так как влажное зерно можно сохранять только при пониженной температуре. Изменение температуры зерна возникает в результате обмена тепла с окружающей средой и вследствие биохимических процессов, связанных с поглощением или выделением энергии.

Нагревание от окружающей среды (воздуха) или охлаждение в результате отдачи тепла в больших мас­ сах зерна протекает очень медленно из-за малой теплопроводимости зерна, равной примерно 0,1 ккал/м/час/ град. В небольшом же слое и при активной вентиляции изменение температуры происходит быстро из-за низ­

Для хранения зерна, особенно влажного, желатель­ ным изменением температуры является понижение ее. При температуре ниже 0°С относительно долго сохра­ няется зерно, даже имеющее повышенную влажность. Лишь для влажного семенного зерна нежелательна температура ниже минус 5° С.

Биохимические процессы при хранении зерна пре­ имущественно экзотермические, т. е. сопровождающие­ ся выделением энергии и ведущие к повышению тем­ пературы зерна.

В результате низкой теплопроводности и малой удельной теплоемкости зерновых масс выделение теп­ ла в хранящемся зерне вызывает быстрое повышение его температуры — с а м о с о г р е в а н и е . Самосогрева­ ние связано с высокой активностью окислительных ферментов зерна и развитием в нем различного рода плесеней и бактерий. Оно возникает при хранении влажного, теплого и недостаточно или неправильно вентилируемого зерна. Процесс этот сопряжен со зна­ чительным нагреванием зерновых масс (до +40ч- + 70° С) и сопровождается глубоким изменением струк­ туры зерна, его состава, цвета и запаха, а также поте­ рей технологических и пищевых достоинств. Зерно при­ обретает сначала запах прелого зерна (солодовый), за­ тем затхлый или гнилостный. Накапливается большое количество водорастворимых веществ, кислот, аминного азота, изменяется цвет зерна (за счет меланоидинообразования) и его вкус, появляется кислый или горь­ кий привкус.

93

Чаще всего плесневению подвергается влажное зерно, хранящееся в плохо вентилируемых сырых помещени­ ях при высокой относительной влажности (выше 75%) и невысокой температуре воздуха. Плесневелое зерно имеет неприятный запах — затхлый или грибной — и отличается измененным вкусом и составом. При силь­ ном развитии плесени она обнаруживается на поверх­ ности зерен.

При хранении сырого теплого зерна может происхо­ дить процесс п р о р а с т а н и я . Оно возникает не только при хранении зерна, но и при его уборке в неблагопри­ ятных метеорологических условиях (например, при дождливой погоде). Прорастание связано с резким уси­

лазы, липазы. Под действием амилолитических фермен­ тов крахмал превращается в декстрины и сахара, про­ теазы расщепляют белки, под действием липазы на­ капливаются свободные жирные кислоты. Это резко снижает технологические достоинства зерна и качест­ во получаемых из него продуктов.

Сорбция паров и газов является процессом, который, как и изменение влажности и температуры, связан с из­ менением состояния зерна и обусловлен внешними ус­ ловиями его хранения.

Масса зерен, образующих товарную партию, сама по себе обладает огромной суммарной поверхностью, а в силу пористой структуры оболочек активная поверх­ ность зерна увеличивается во много раз. Прямым след­ ствием этого является высокая сорбционная емкость и способность хранящегося зерна легко поглощать и проч­ но удерживать находящиеся в воздухе паро- и газооб­ разные вещества.

Это явление носит, как известно, название сорбции и слагается из нескольких последовательных процессов: адсорбции — удержания частиц пара или газа на по­ верхности зерен, абсорции — поглощении их внутрен­ ними слоями зерна и хемосорбции — химического вза­ имодействия поглощенных веществ с веществами зерна. Как правило, поглощенные (сорбированные) вещества

94

в процессе десорбции (выделение поглощенных ве­ ществ) удаляются не полностью.

В результате сорбции зерно может приобрести не­ свойственный ему запах (при поглощении паров нефте­ продуктов, химикатов и других пахучих веществ, а также летучих веществ, выделяемых некоторыми сор­ няками — семенами чеснока, донника, полыни). Если поглощенные вещества обладают сильно выраженным вкусом, то зерно приобретает и посторонние привкусы (например, горькополынное зерно). В случае же погло­ щения физиологически активных веществ зерно стано­ вится не безвредным для питания.

Поэтому зерно хранят только в чистых складах, изо­ лированных от других продуктов, а перевозят в чистых вагонах, баржах и автомашинах. Пахучие сорняки удаляют.

К числу наиболее важных биохимических (фермен­ тативных) процессов, влияющих на свойства и качест­ во зерна, относятся превращения, вызываемые фермен­ тами самого зерна. Они весьма медленно протекают в сухом, охлажденном зерне, но активно во влажном и теплом.

Прежде всего биохимические превращения заключа­ ются в постепенном переходе сложных соединений в более простые. Этот процесс осуществляется с участием ферментов трансфераз и гидролаз. Так происходит пре­ вращение крахмала в сахара, триглицеридов — в глице­ рин и жирные кислоты с последующим их окислением, белков — в продукты их гидролиза — три-, дипептиды и, наконец, аминокислоты. Особенно активны эти про­ цессы в теплом, влажном, прорастающем и самосогре­ вающемся зерне.

Большое значение для хранения и качества зерна имеют биохимические процессы, объединяемые под об­ щим понятием — д ы х а н и е . В зерне, как и в других жизнеспособных продуктах, происходит постепенный распад и окисление веществ с освобождением того или иного количества энергии.

Различают две формы дыхания — аэробная, проте­ кающая с поглощением кислорода воздуха, и анаэроб­ ная или интрамолекулярная, без участия кислорода воздуха. Суммарно, без промежуточных реакций, про­ цесс дыхания можно представить уравнениями:

95

анаэробное: С6 Н1 2 06 ->• 2С02 + 2С2Н5ОН + 118 кдж на на 1 граммолекулу сахара ;

Преобладающей формой дыхания зерна является аэробная; анаэробная форма проявляется более редко.

Обе формы процесса дыхания в начальных стади­ ях превращения Сахаров (основного материала, кото­ рый образуется за счет осахаривания крахмала или глубоких превращений жира) протекают под действием комплекса ферментов идентично до образования пировиноградной кислоты. Эта часть процесса дыхания мо­ жет быть представлена следующей схемой:

С6 Н1 2 06 2СН3СОСООН + 2Н2 .

В аэробных условиях пировиноградная кислота че­ рез ди- и трикарбоновые кислоты в конечном счете превращается в углекислый газ и воду с выделением большого количества энергии (свыше 2800 кдж на 1 граммолекулу затраченного сахара).

При анаэробном дыхании действием фермента пируватдекарбоксилазы пировиноградная кислота расщепля­ ется на уксусный альдегид и углекислый газ по урав­ нению :

СН3СОСООН -> СН3СОН + С02 ,

а уксусный альдегид восстанавливается алкогольдегидрогеназой (НАД Н2 ) и винный спирт:

СНдСОН + НАД Н2 С2Н5ОН + НАД

при небольшом выделении энергии (118 кдж на 1 грам­ молекулу сахара глюкозы).

Обычное для сухого вызревшего зерна мало интен­ сивное аэробное дыхание способствует сохранению жиз­ неспособности семенного и технологических свойств продовольственного зерна. При повышенной влажнос­ ти и температуре активность дыхания значительно воз­ растает, в зерне накапливается свободная влага, повы­ шается его температура — создаются благоприятные ус­ ловия для самосогревания и порчи зерна. Кроме того, активное аэробное дыхание связано с большой потерей

96

сухих веществ. На рис. 17 представлен график, показы­ вающий зависимость процессов дыхания от влажности зерна.

Анаэробное дыхание не вызывает увлажнения или заметного нагревания зерна, но накапливающиеся в зерне промежуточные (ацетальдегид и др.) и конечные продукты (спирт и углекислый газ) подавляют жизне­ деятельность зерна и вы­ зывают отмирание кле­ ток зародыша. Зерно как посевной материал теря­ ет ценность. Эти же ве­ щества подавляют и раз­ витие микрофлоры и как бы консервируют зерно.

Поэтому выдвигались предложения по хране­ нию влажного зерна в герметичных закромах, где оно консервирова­ лось бы углекислотой и спиртом. Однако эти предложения не нашли применения, так как бо­ лее надежно, рациональ­ но и экономически более

выгодно хранить не влажное, а сухое зерно в обычных условиях.

Важным, хотя и малоизученным, процессом явля­ ется изменение структуры биополимеров зерна — в пер­ вую очередь белков и крахмала. Эти изменения проте­ кают во времени и ускоряются или замедляются различными (преимущественно температурными) усло­ виями хранения. Они связаны, по-видимому, с измене­ нием и уплотнением структуры биополимеров, выража­ ются в снижении (при длительном хранении) энергии прорастания и затем полной потере всхожести, умень­ шении гидрофильности и связанной с этим снижении уровня равновесной влажности при постоянных усло­ виях хранения, понижении ферментативной активнос­ ти. Представляется, что эти изменения должны сказы­ ваться (при постоянстве состава по количеству веществ) на прочностных, структурно-механических и техноло-

гических свойствах зерна и получаемых из него продук­ тов; однако достаточных экспериментальных данных об этом еще не получено.

К числу процессов, вызывающих ухудшение, поте­ ри и порчу зерна, относится и поражение его вредителя­ ми — насекомыми и клещами.

Наиболее часто зерно поражается : жуками — ам­ барным и рисовым долгоносиком (рис. 18), мукоедом, хрущаками (большим и малым), точильщиками (зерновой, притворяшка) ; реже гусеницами бабочек — зерновой и амбарной мо­ ли, мучной и мельнич­ ной огневки; весьма час­ то—паукообразными жи­ вотными — клещами — хлебными, хищными, во­ лосатыми и др. (рис. 19).

Л О 4 мм — являются наи­ более опасными вредите­ лями. Они откладывают яички внутрь зерна. Личинки

живут в зерне, питаются эндоспермом, окукливаются в зерне, а затем жук выходит наружу. Взрослые жуки также питаются эндоспермом зерна, чем наносят боль­ шой вред, уничтожая и загрязняя зерно. Долгоносики размножаются не только в зерне, но и в крупе — рисе, гречневой ядрице и др.

Пониженная влажность замедляет развитие насеко­ мых-вредителей, при влажности ниже 12% оно прекра­ щается; температура ниже 0°С ведет к постепенному, а ниже минус 15° С к быстрому их отмиранию.

Клещи (Асагіпа) имеют тело округлой или овальной формы, размером около 1 мм, белой или слегка желто­ ватой окраски. Особенностью клещей является их ши­ рокое повсеместное распространение и способность к очень быстрому размножению. Самка откладывает 30—40 яичек (клещ Родионова до 300) размером 0,05—0,06 мм. При температуре 23—25° С и влажности не менее 15% клещи за 17 дней проходят полный цикл

98

развития (яйцо, личинка, 1-я нимфа, 2-я нимфа, клещ). При низкой температуре или малой влажности цикл развития клеща увеличивается до 28—40 дней, а при температуре, близкой к 0°С, до 4 мес.

При температуре — 5° С происходит постепенное, а при —17° С — быстрое отмирание клещей. При влаж­ ности 9—12%клещи не размножаются, 12—14% — размножаются медленно, 15,5—16% и более — быстро. Некоторые виды хлебных клещей в неблагоприятных условиях способны образовывать особую устойчивую

ж е (ви д с б р ю ш к а ) ; 3 — я й ц о ; 4 — личинка

форму — гипопус, в которую превращается 1-я нимфа. Гипопус не питается, отличается замедленным газооб­ меном, очень устойчив к действию низких и высоких температур. Попадая в благоприятные условия, гипо­ пус линяет, превращается во 2-ю нимфу и затем — во взрослого клеща. Вред, наносимый клещами, заключа­ ется в повреждении зародыша и прилегающей к нему части эндосперма зерна и особенно в загрязнении про­ дуктов. При значительном развитии клещи придают зерну специфичный «клещевой» запах и делают зерно непригодным для продовольственных и кормовых це­ лей. Хлебные клещи поражают также муку и крупу.

Процессы, вызывающие порчу или ухудшение каче­ ства зерна, не являются неизбежными, их можно пред­ отвратить, соблюдая некоторые общие обязательные правила — своевременную очистку и сушку зерна, пра­ вильную перевозку и хранение в чистых, обеззаражен­ ных складах, оснащенных необходимым вентиляцион-