Физические показатели зерновой массы

При хранении зерна большую роль играют его физические и физико-химические свойства.

Теплопроводность – передача тепла от зерна к зерну перемещающимся внутри зерновой массы воздухом. Зерно имеет низкую теплопроводность. Это играет положительную и отрицательную роль.

Гигроскопичность – способность зерна поглощать или отдавать влагу. Это объясняется капиллярно-пористой структурой зерна, а также наличием коллоидов (белков, углеводов), которые могут связывать большое количество воды. Влагообмен между зерном и воздухом может происходить в следующих направлениях:

ü если давление водяных паров зерна ниже, чем окружающего воздуха, то зерно поглощает влагу и его влажность повышается;

ü если давление водяных паров зерна выше, чем окружающего воздуха, то зерно отдает влагу и его влажность понижается;

ü если давление водяных паров зерна и воздуха одинаково, то влажность не меняется. Влагообмен между зерном и воздухом прекращается. Такая влажность называется равновесной.

Скважистость – отношение объема воздуха в межзерновом пространстве к общему объему зерновой массы. Это обеспечивает дыхание зерна, позволяет продувать зерновую массу воздухом.

Сыпучесть – характеризует способность зерна перемещаться под собственным весом. Этим свойством обусловлено самосортирование зерна. Тяжелые зерна располагаются к центру падения у вершины конуса, а легкие – ближе к основанию образующей конуса. Угол между диаметром основания и образующей конуса называется углом естественного откоса. Для различных зерновых культур он различен. Это свойство учитывают при разгрузке зерна.

Процессы, происходящие при хранении зерновых масс

Свежеубранное зерно имеет низкую прорастаемость и не пригодно для солодоращения. Поэтому оно должно пройти послеуборочное дозревание в течение 6-8 недель. При этом уменьшается влажность, процессы синтеза сложных органических веществ (крахмала, белков, жиров) преобладают над процессами гидролиза, активность ферментов и интенсивность дыхания снижаются. Зерно переходит в состояние покоя. Отрицательным моментом при хранении зерна является отпотевание из-за выделения свободной влаги.

Появление влаги усиливает жизнедеятельность микроорганизмов и насекомых.

Влага и тепло, которые выделяются при дыхании, могут явиться причиной самосогревания зерна – повышение температуры зерновой массы из-за плохой теплопроводности.

Различают три стадии самосогревания.

1.Температура повышается до 25-30^оС, посторонних запахов нет. Качество зерна не меняется.

2. Температура повышается до 38^оС. Появляется солодовый запах или запах печеного хлеба. Зерно темнеет, отпотевает, при сжатии в руке слипается, накапливаются спирты, эфиры.

3.Температура повышается до 50^оС и выше. Снижается сыпучесть, появляется гнилостный запах, цвет становится темно-коричневым. Зерно слеживается в глыбы. Начинается гниение зерна.

Зерно 2 и 3 стадии самосогревания не пригодно для производства солода, но его можно использовать в производстве спирта. Для предотвращения отпотевания проводят активное вентилирование – продувают зерно воздухом. Оптимальная температурадля хранения зерна – 8-10^оС.

Способы и режимы хранения зерна

Так как зерно перерабатывается в течение всего года, то его хранят длительное время. Существует три основные способа хранения зерна:

Напольное – в мешках или тонким слоем на полу высотой до 2 м.

Закромное– хранение в отгороженном месте (закроме) высотой до 5 м.

Силосное – зернохранилище состоит из рабочей башни, где зерно очищается, и силосов, где оно хранится. Силоса – емкости из железобетона круглого или квадратного сечения высотой до 30 м. Силосные хранилища с механизацией приема, перемещения, очистки и сортировки зерна называются элеваторами. Преимущества использования данного способа хранения – механизация процессов, устранение внешних воздействий, защита от грызунов. Недостаток – нельзя хранить сырое зерно.

Различают три режима хранения зерновых масс:

· в сухом состоянии, т.е. с влажностью ниже критической. В этом случае зерно может храниться 4-5 лет в складах амбарного типа и 2-3 года в силосах элеваторов;

· в охлажденном состоянии, когда температура зерна понижена до пределов, тормозящих его жизненные функции. Для охлаждения зерновой массы используют сезонные и суточные перепады температур наружного воздуха;

· без доступа воздуха – в герметично закрытых емкостях. Удаление воздуха из межзернового пространства достигается самоконсервацией за счет выделяющегося при дыхании зерна СО₂; вакуумированием зерна; введением в массу диоксида углерода или азота, вытесняющих воздух.

В нашей стране первые два режима являются основными для хранения зерна. При хранении контролируют температуру зерна. Зимой температура зерна может быть на 2-3^оС выше температуры наружного воздуха, летом - не выше 20^оС.

Перед закладкой на хранение зерно подсушивают (если оно влажное), очищают от примесей, обрабатывают химическими средствами для уничтожения вредителей.

Некоторые виды растительного сырья, применяемого в пищевой промышленности.

Картофель

Картофель – основное сырье для производства спирта, крахмала. Принадлежит к семейству пасленовых, к группе корнеплодов. Клубень картофеля имеет следующее строение:

Снаружи покрыт кожицей – эпидермисом. Она защищает клубень от механических повреждений. На ней видны глазки и поры. Под кожицей содержится несколько рядов клеток пробкового слоя – перидерма, который защищает клубень от высыхания. Кожица и пробковый слой не содержат крахмала.

Далее следует внутренняя часть клубня – паренхима, которая состоит из клеток, заполненных клеточным соком, в котором плавают крахмальные зерна.

Химический состав картофеля зависит от сорта, способов возделывания, почвенно-климатических условий, длительности и условий хранения. В среднем химический состав картофеля следующий: влажность 75 %; сухие вещества 25 %. Из них крахмала 14-20 %; сахаров до 1 %; целлюлозы 1 %; пентозанов и пектиновых веществ до 1,5 %; азотистых веществ 2 %; минеральных веществ 1 %.

Из сахаров содержатся: сахароза, глюкоза, фруктоза. Преобладает сахароза.

Азотистые вещества представлены белками, аминокислотами, амидами и азотистыми основаниями.

Клеточный сок картофеля имеет слабокислую реакцию (рН 5,6-6,2) из-за наличия органических кислот (лимонной, щавелевой, яблочной).

Минеральные вещества представлены солями калия и фосфорной кислоты.

В картофеле содержится витамин С (до 25мг%) и небольшое количество витаминов группы В.

Известно более 2000 сортов картофеля. Для переработки на спирт применяют высококрахмалистые сорта, с высокой урожайностью, устойчивые к хранению и стойкие против заболеваний.

Хранение картофеля на спиртовых заводах осуществляют в буртах или кагатах, которые располагаются недалеко от завода, либо в картофелехранилищах. Бурты – конические, кагаты - в виде трапеции, кучи картофеля шириной до 4 м. Длина бурта 20-25 м. Сверху бурты закрывают соломой и землей. В бурты для длительного хранения укладывают только здоровый и сухой картофель, влажный – подсушивают на воздухе. Картофель пониженного качества перерабатывают в первую очередь или закладывают в бурты для кратковременного хранения. Для вентиляции при хранении служат горизонтальные дырчатые трубы. Их устанавливают вдоль основания бурта.

Температурный режим хранения зависит от периода хранения. Различают следующие периоды хранения: начальный, охлаждение, зимний, весенний.

В начальный период – происходит дозревание клубней и заживление механических повреждений. Под поврежденной кожицей образуется защитный слой, который предотвращает потерю влаги. Этот слой непроницаем для микроорганизмов. Продолжительность периода 10-15 дней, температура 15-20^оС.

Период охлаждения – в этот момент картофель постепенно охлаждают до температуры 2^оС. Для снижения температуры проводят интенсивное вентилирование. Длительность периода 20-30 дней.

Зимний период – картофель находится в состоянии покоя. Температура хранения 2-4^оС. При температуре 0^оС происходит гидролиз крахмала и образование сахаров (накапливается сахароза). При температуре минус 6^оС картофель погибает.

Весенний период – усиливается дыхание, клубни прорастают. Процесс прорастания задерживают обработкой специальными химическими веществами.

При хранении картофеля уменьшается его масса за счет испарения воды и расхода крахмала на дыхание.

Виноград

Виноград – лиана, относится к семейству виноградных. Соцветие – слож-ная кисть. Плоды винограда, собранные в кисть, представляют собой гроздь. Гроздь состоит из механически прочного остова - гребня и нежных плодов - ягод, прикрепленных к гребню. Ягода состоит из кожицы, мякоти и семян.

Механический состав грозди (в среднем):

§ масса гребней – 3-7% от массы зрелой грозди;

§ мякоть с соком – 75-85% от массы ягод;

§ кожица - 15-20% от массы ягод;

§ семена – 3-6% от массы ягод.

Средний химический состав мякоти винограда:

ü вода 55-85 %;

ü сахара (преобладают глюкоза и фруктоза) – 10-30 %;

ü органические кислоты (в основном винная, яблочная) – 0,5-1,5 %;

ü азотистые вещества (преобладает небелковый азот) 0,1-0,9%;

ü пектиновые вещества 0,1-0,3 %;

ü минеральные вещества (больше всего калия, фосфора, кальция, магния) до 0,5%.

В кожице винограда сосредоточены красящие вещества, фенольные соединения, клетчатка, эфирные масла.

Семена содержат фенольные вещества, клетчатку, жирное масло, смолистые вещества с неприятным вкусом.

Виноград богат витаминами: С, каротином, В₁, В₂ и другими.

Собирают виноград в период технической зрелости, когда накапливаются в определенном соотношении сахара и органические кислоты, что обеспечивает получение определенных типов вин.

Все технические сортавинограда делят на универсальные и специальные. Универсальные сорта (Совиньон, Ркацители, Каберне Совиньон и др.) распространены в различных районах виноделия, позволяют готовить разные типы вин (от натуральных до специальных). Специальные сорта используют только для выработки определенных типов вин (шампанских, хереса, десертных и др.).

В каждом районе виноделия выделяют свои местные аборигенные сорта (токайские сорта - Фурминт, Гарс Левелю ^__ в Венгрии, цимлянские сорта - Цимлянский черный, Плечистик ^__ на Дону и др.), из которых получают широко известные местные вина.

4.3 Меласса

Меласса– сырье для производства спирта и хлебопекарных дрожжей. Это густая, вязкая жидкость темно-коричневого цвета с запахом карамели. Является отходом свеклосахарного производства.

Состав мелассы непостоянен, зависит от почвенно-климатических условий выращивания сахарной свеклы, условий хранения свеклы и самой мелассы, технологии переработки свеклы на сахар.

Химический состав мелассы:

· сухие вещества 75-82 %, в том числе: сахароза 45-50 %;

· инвертный сахар – не более 0,5 %; рафиноза – не выше 1 %;

· азот общий ^__ не менее 1,4%; азот аминный ^__ не менее 0,3%;

· минеральные вещества 7-8 %;

· безазотистые экстрактивные вещества 15-16 %; рН 6,5-8,5;

· число микроорганизмов не более 10000 в 1г.

Важный показатель качества мелассы – доброкачественность (Д). Это отношение содержания сахара к общему количеству сухих веществ. Доброкачественность должна лежать в пределах 55-62 %.

Наряду с ценными веществами (сбраживаемыми сахарами, азотистыми соединениями, витаминами – В₁; В₂; В₆; РР, биотином) меласса содержит вредные примеси, отрицательно влияющие на жизнедеятельность дрожжей. К ним относятся красящие вещества (карамели, меланоидины), летучие кислоты (муравьиная, уксусная), сернистый ангидрид, остатки пестицидов и гербицидов, нитриты, коллоидные вещества.

Меласса с кислой реакцией (рН менее 6,5), с высоким содержанием инвертного сахара, повышенной цветностью считается дефектной. Для производства хлебопекарных дрожжей она не пригодна, а для получения спирта перерабатывается вместе с нормальной.

Перевозится меласса в железнодорожных, автомобильных цистернах или металлических бочках. Сливается из цистерн самотеком по металлическим желобам в приемные сборники. Остатки разбавляют водой, собирают и хранят отдельно.

Мелассу хранят в цилиндрических стальных резервуарах вместимостью 500-2000 тонн при температуре не выше 40^оС.

4.4 Хмель

Хмель используют в производстве пива для придания ему горького вкуса и хмелевого аромата. Является незаменимым сырьем. Представляет собой вьющееся многолетнее двудомное растение из семейства коноплевых. Мужские и женские соцветия находятся на разных растениях. В пивоварении используют только женские соцветия, которые называются шишками. Мужские растения с плантаций удаляют, чтобы не происходило оплодотворения и не образовывались семяна, которые снижают качество хмеля.

Хмелевая шишка состоит из стерженька, прилистников и кроющих листков. Внутренняя сторона прилистников и кроющих листков покрыта блестящими, липкими, светло-желтыми шариками, которые называются зерна лупулина. Это самая ценная часть хмеля.

Сбор хмеля проводят в период технической зрелости, когда шишки плотно закрыты, имеют золотисто-зеленый цвет и сильный аромат.

Свежеубранный хмель содержит до 80 % влаги. Поэтому его подсушивают при температуре 25-30^оС до влажности 9-10%, затем подвергают отлежкедве-три недели для увлажнения шишек до влажности 12-13%. При этом прочность шишек возрастает. Для подавления жизнедеятельности микроорганизмов хмель сульфитируют (обрабатывают сернистым газом SO₂), для уменьшения объема ^__ прессуют. Упаковывают в мешки или баллоты.

Средний химический состав хмеля следующий:

§ влажность 12-13 %; содержание горьких веществ 10-22 %;

§ полифенольные вещества 2-5 %; хмелевое масло 0,4-0,6 %;

§ азотистые вещества 15-17 %; клетчатка 10-16 %;

§ минеральные вещества 7-8 %;

§ безазотистые экстрактивные вещества 25-30 %.

Для пивоварения наибольшее значение имеют горькие, полифенольные вещества и эфирное масло.

Горькие вещества представлены горькими кислотами (a-горькая кислота – гумулон и b-горькая кислота – лупулон) и a- и b-мягкими смолами, которые образуются при окислении горьких кислот. В сусло переходят при кипячении с хмелем. Основной носитель горечи (до 90%) ^__ a-кислота. Мягкие смолы лучше растворимы в сусле, поэтому являются более ценными для пивоварения. При окислении мягких смол образуются твердые смолы, которые никакой ценности для пивоварения не имеют.

Хмелевое масло – придает хмелю характерный аромат. Относится к типу эфирных масел. Это сложная смесь углеводородов и кислородсодержащих соединений. Хмелевое масло задерживает окисление горьких и полифенольных веществ. При хранении оно осмоляется и хмель теряет аромат и клейкость. При кипячении сусла с хмелем 80-90% хмелевого масла улетучивается.

Горькие вещества и эфирные масла находятся в лупулиновых зернах.

Полифенольные вещества играют важную технологическую роль. При кипячении сусла с хмелем взаимодействуют с белками, образуют белково-фенольные комплексы, которые выпадают в осадок и, тем самым, способствуют осветлению сусла и пива, положительно влияя на коллоидную стойкость готового напитка. Придают цвет и полноту вкуса пиву. Являются антиоксидантами и предохраняют от окисления горькие вещества и хмелевое масло. При хранении окисляются и превращаются в вещества темно-коричневого цвета – флобафены, оказывающие негативное влияние на качество готовой продукции. Фенольные вещества сосредоточены в лепестках хмелевой шишки.

Хранят хмель в сухом темном помещении при температуре 0,5-2^оС в мешках – до 1 года, в баллотах – до 2-х лет. Мешки устанавливают на деревянных стеллажах на высоте 20 см от пола.

Хмель - дорогостоящее сырье, поэтому часто из него получают хмелевые препараты: порошкообразный (после сушки измельчают и фасуют в брикеты); гранулированный (измельченный хмель пропускают через гранулятор); хмелевые экстракты (получают путем экстракции из хмеля горьких и ароматических веществ различными растворителями: чаще всего для этих целей используют спирт и жидкий СО₂); комбинированные препараты – смесь экстракта хмеля с добавлением 10-20 % молотого хмеля.

Препараты хмеля содержат большее количество горьких веществ, чем прессованный хмель, поэтому вносят их при кипячении в меньших дозах, они лучше хранятся, требуют меньше площади для хранения.

4.5 Сахарная свекла

Сахарная свекла – двухлетнее засухоустойчивое растение, принадлежащее к ботаническому семейству маревых. Для получения сахара используют корнеплоды первого года развития. Масса корнеплода – 200-500 г. химический состав корнеплодов сахарной свеклы зависит от сорта, климатических и других условий их выращивания и хранения. Примерный химический состав сахарной свеклы (%): сахароза – 17,2; растворимые несахара – 2,8; вода – 72.

4.6 Кукуруза

Кукуруза является основным видом сырья для производства кукурузного крахмала. Содержание крахмала в зерне составляет 70 % к массе сухих веществ. Содержание белка – 10 –13 %, жира – 6,5 %.

Для выделения составных веществ кукурузного зерна применяют специальные методы и оборудование, что позволяет выпускать кроме крахмала – сухие концентрированные белковые корма, кукурузное масло и кукурузный экстракт.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте сырье, применяемое в различных отраслях пищевых производств, использующих растительное сырье, дайте его классификацию в зависимости от содержания целевого компонента.

2. Сформулируйте основные экономические и технологические требования к сырью в пищевых производствах.

3. Нарисуйте строение зерна, охарактеризуйте значение его основных частей, приведите численные значения содержания воды, крахмала, белка, некрахмальных полисахаридов, минеральных веществ, жира в зерне ячменя, ржи, пшеницы, проса, овса, кукурузы.

4. Охарактеризуйте свойства зерновой массы, объясните их значение при хранении и переработке зерна.

5. Опишите процессы, происходящие при послеуборочном дозревании зерна, при самосогревании зерновой массы.

6. Дайте характеристику способам и режимам хранения зерна, методам борьбы с вредителями.

7. Нарисуйте строение клубня картофеля, приведите численные значения содержания в нем воды, крахмала, белков, минеральных веществ.

8. Охарактеризуйте способы хранения картофеля и требования к режиму хранения.

9. Опишите строение грозди и ягоды винограда, охарактеризуйте химический состав винограда и назовите основные сорта.

10. Дайте характеристику мелассе как сырью для производства хлебопекарных дрожжей и спирта.

11. Сформулируйте требования к химическому составу мелассы, приведите численные значения содержания сахаров, азотистых, минеральных веществ, доброкачественности, рН.

12. Охарактеризуйте условия хранения мелассы.

13. Дайте характеристику хмелю как специфическому виду сырья для пива. Приведите численные значения содержания основных химических компонентов хмеля.

14. Охарактеризуйте специфические хмелевые вещества: горькие кислоты, эфирные масла, полифенольные вещества, сформулируйте их значение в технологии пива.

15. Опишите способы хранения хмеля и обоснуйте использование продуктов переработки хмеля.

16. Приведите химический состав сахарной свеклы.

17. Назовите основные виды продуктов, получаемых из кукурузы.

ЛЕКЦИЯ № 2