|
Под гидротермической обработкой
понимают обработку зерна водой и теплом для направленного изменения
(улучшения) всего технологического комплекса (мукомольных, хлебопекарных,
макаронных, крупяных свойств) зерна, обеспечивающего наибольший выход готовой
продукции с лучшими показателями качества и наименьшей затратой энергии.
Гидротермической обработке подвергают в основном зерно
пшеницы, значительно реже зерно ржи, а также при переработке в крупу риса,
овса, гречихи, кукурузы и гороха. При подготовке к переработке зерна
применяют гидротермическую обработку и пропаривание. При гидротермической
переработке на зерно воздействуют: вода, используемая для увлажнения зерновой
массы; тепло, применяемое для прогрева зерна или его обезвоживания (сушки);
длительность обработки зерна водой и теплом (пребывание в кондиционере),
отволаживание в специальных бункерах; воздушная среда, в которой происходит
гидротермическая обработка.
Влияние этих факторов на зерно усиливается при комплексном
их воздействии. При подготовке зерна к помолу различают холодное, горячее,
скоростное и вакуумное кондиционирование.
При холодном кондиционировании зерно водой температурой
18... 20 °С или подогретой до 30... 35 °С в аппаратах или моечных машинах
увлажняют до 14,0... 16,5% и затем отволаживают в течение 4... 24 ч без
регулирования температуры. При горячем кондиционировании используют
специальные аппараты- кондиционеры. Зерно, увлажненное до 14... 16%, проходит
тепловую обработку в кондиционере при температуре 45... 57 °С. Температурный
режим обработки и его продолжительность (4... 12 ч) устанавливают в
зависимости от реологических свойств клейковины, стекловидности и других
показателей.
Горячее кондиционирование сопровождается более глубокими
изменениями зерна и ускорением физико-химических и биохимических процессов по
сравнению с холодным кондиционированием. Скоростное кондиционирование — это
обработка зерна паром с применением специальных аппаратов (AGK), ускоряющее
процессы, происходящие в зерне. На мукомольных заводах чаще используют
холодное кондиционирование, реже горячее и изредка скоростное.
Кондиционирование зерна оказывает большое влияние на его
мукомольное достоинство. Эндосперм становится рыхлее, оболочки эластичнее,
связь их с эндоспермом ослабляется. Все это увеличивает выход и улучшает
качество крупок и дунстов в драном процессе, повышает выход и качество
(снижает зольность) готовой продукции, уменьшает удельный расход энергии.
Воздействие воды и тепла вызывает в зерне комплексные физико-химические,
коллоидные и биохимические процессы, приводящие к изменению его
хлебопекарного достоинства.
Вода и тепло, применяемые при кондиционировании, создают
для зерна (живой биологической системы) условия, совпадающие с теми, при
которых зародыш зерна начинает расти. Это приводит к активизации его
ферментных систем, к началу расщепления высокомолекулярных, до этого
физиологически неподвижных веществ — начальному этапу перевода их в
растворимое состояние и перемещения в зону зародыша для синтеза и формирования
зачаточных тканей будущего растения.
Можно назвать две движущие силы переноса: первая —
температурный градиент в теле зерновки, образуемый физическим процессом —
набуханием, которое сопровождается выделением теплоты набухания, и
биохимическим процессом — усилившимся процессом дыхания, генерирующим тепло;
вторая — активизация щитка, выполняющего физиологическую роль передатчцг ка
питательных веществ из эндосперма к пробуждающемуся зародышу через
соприкасающуюся с ним систему сосущих клеток.
Биохимические процессы в зерне и зародыше, усиливающиеся
при гидротермической обработке, тесно связаны с одновременно развивающимися
теплофизическими явлениями. Те и другие, имея разную природу, в условиях
гидротермической обработки активизируют биохимические процессы в зародыше,
способствуют перемещению растворенных органических веществ.
Комплекс физико-химических и биохимических изменений
тканей зерна при гидротермической обработке неоднозначно сказывается на
изменении технологического достоинства зерна. Все зависит от генетических
особенностей, зрелости и качества обрабатываемого зерна. Для повышения
хлебопекарного достоинства наиболее часто необходимо улучшать зерно пшеницы с
очень слабой или, наоборот (более редко), с очень крепкой клейковиной, т. е.
в одном случае клейковину требуется укрепить, во втором — ослабить. У слабой
клейковины улучшают реологические свойства, т. е. укрепляют при частичной
тепловой денатурации белковых веществ, что достигается обработкой
увлажненного зерна при повышенной температуре. Физические свойства крепкой
клейковины улучшаются в результате частичного протеолиза белковых веществ.
Этой цели наиболее полно отвечают условия холодного кондиционирования —
продолжительное отволаживания при температуре 20... 35 °С.
При увлажнении зерна от 12... 13 до 17... 18% и отвола-
живании в течение 24 ч наиболее сильно и в нежелательном направлении
изменяются свойства слабой клейковины (упругость уменьшается, растяжимость
возрастает). Это указывает на нецелесообразность применения к обработке
слабой пшеницы холодного кондиционирования. Клейковина сильной пшеницы при
холодном кондиционировании более устойчива, но ее качество (в результате
ослабления) улучшается.
Физические свойства теста из зерна с крепкой клейковиной
при использовании горячего кондиционирования ухудшаются. Реологические
свойства клейковины пшеницы связывают наряду с другими факторами с
количеством и соотношением сульф- гидрильных групп и дисульфидных связей.
Имеются многочисленные наблюдения о большей величине отношения —SS—/SH-групп
в сильной пшенице по сравнению со слабой.
При смешивании муки из зерна сильной и слабой пшеницы
отношение —SS—/—SH всегда возрастает в одной и той же последовательности — с
увеличением в смеси доли муки из сильного зерна и с переходом от более
мягкого режима гидротермической обработки к более жесткому (фактические
данные во всех случаях выше расчетных 86).
Гидротермическая обработка зерна усиливает технологический
эффект смешивания муки разной хлебопекарной силы в зависимости от метода и
режима. Наблюдаемое возрастание отношения —SS—/—SH (фактическое в большей
степени, чем расчетное) свидетельствует о глубокой структурной перестройке и
активном химическом взаимодействии белковых фракций смешиваемых партий зерна
и муки.
В результате кондиционирования происходит значительное
изменение активности ферментов зерна. Активность протеолити- ческих ферментов
с увеличением влажности зерна и температуры повышается, но до определенного
предела, а затем снижается. Оптимальные для действия протеолитических
ферментов условия получены в опытах с мягкой озимой пшеницей: влажность зерна
17%, температура 50 °С и продолжительность обработки 30 мин (активность
возросла при отволаживании в течение 24 ч в 1,5 раза). При более
продолжительной экспозиции и повышении температуры активность протеаз
постепенно уменьшается.
При влажности зерна выше 13,5... 14,5% резко возрастает
(неодинаково в разных партиях пшеницы) активность глюта- матдекарбоксилазы,
особенно в призародышевой части зерна. В результате содержание свободной
глютаминовой кислоты уменьшается при одновременном увеличении количества
*у-ами- номасляной кислоты.
изменение активности при гидротермической обработке зерна
пшеницы ферментных вытяжек (J-амилазы и ^-фруктофуранозидазы. Активность
^-амилазы и р-фрук- тофуранозидазы зависит от влажности зерна. С увеличением
влажности зерна повышается активность этих ферментов. Существенное влияние на
их активность оказывает также температура обработки зерна.
Осахаривающая способность цельноразмолотого зерна при
кондиционировании возрастает. По опытным данным, у пшеницы сорта Безостая 1 и
рядовой она была соответственно (мг мальтозы на 10 г): в контроле 163 и 216, при холодном кондиционировании 220 и 264 и при горячем 300 и 336.
Активность ферментов при гидротермической обработке повышается в результате
увеличения их растворимости под влиянием нагрева и увлажнения зерна. Об этом
свидетельствует возрастание доли азота водорастворимого белка (при холодном и
горячем кондиционировании почти одинаково — примерно в два раза) при одновременном
незначительном изменении процентного содержания небелкового азота в общем
содержании азота.
Содержание связанных липидов в зерне при кондиционировании
остается почти без изменения, проявляя слабо выраженную тенденцию к
увеличению при горячем и скоростном кондиционировании. Гидротермическая
обработка зерна сопровождается значительным изменением в группповом составе
липидов. Опытным путем установлено, что наибольшее изменение претерпевают
полярные липиды. Их содержание уменьшается, причем особенно сильно в группе
связанных липидов: после холодного кондиционирования в 4 раза, горячего в 1,8
и скоростного в 2,3 раза.
Количество свободных жирных кислот заметно возрастает: это
результат гидролитического расщепления прежде всего триацилглицеринов, а
также и других фракций липидов. Исследователи указывают, что гидротермическая
обработка зерна приводит к увеличению содержания витаминов в пшеничной муке (
87).
Гидротермическая обработка зерна пшеницы вызывает
уменьшение концентрации водорастворимых витаминов в периферийных слоях зерна
и одновременно значительное возрастание их количества в зоне зародыша и
небольшое — в эндосперме. Направленность в миграции водорастворимых витаминов
при гидротермической обработке зерна биологически объясняется так: витамины
как составная часть коферментов играют большую роль при эмбриональном
пробуждении зерна.
Перемещение витаминов в зерне при обработке теплом и водой
повышает их концентрацию в пшеничной муке. При нагреве зерна свыше 45...50°С
количество витаминов в муке снижается. Один из результатов гидротермической
обработки — снижение зольности пшеничной муки высоких сортов: при холодном кондиционировании
на 0,10... 0,12%, при горячем на 0,12... 0,15%. Это происходит по следующим
причинам: гидротермическая обработка делает более эластичными оболочки, в
связи с чем они с большей легкостью отделяются при размоле, снижая количество
поступающих в муку высокозольных частиц; при обработке зерна водой и теплом
происходит перемещение минеральных веществ вместе с растворенными
питательными соединениями из периферийных слоев и эндосперма в зону зародыша
( 88).
При получении пшеницы из зерна I типа односортной муки
70%-ного выхода общее снижение зольности в результате гидротермической
обработки зерна происходит на 15... 30% из-за уменьшения зольности эндосперма
и на 70... 85% благодаря более полному отделению оболочек в связи с
повышением их эластичности и пластичности.
Отдельные элементы, переходящие в состав золы,
перемещаются по-разному. Перемещение фосфорсодержащих веществ сопровождается
изменением различных форм фосфора. Содержание кислоторастворимого фосфора в
целом при холодном способе обработки увеличивается больше, чем при горячем, а
фосфора фитина, наоборот, при холодном кондиционировании уменьшается больше,
чем при горячем. Неорганического фосфора при обоих вариантах гидротермической
обработки становится больше.
Гидротермическая обработка вызывает отток фосфора из
срединной и верхушечной частей и обогащение зародышевой части. В том же
направлении (в зону зародыша) при холодном й горячем кондиционировании
перемещаются железо и микроэлементы калий и магний.
Содержание кальция и натрия в зародыше уменьшается, и
одновременно в эндосперме оно увеличивается. Иначе изменяется содержание
марганца, никеля и цинка. Если при холодном кондиционировании они
накапливаются в срединной части зерна при одновременном обеднении зародышевой,
то при горячем кондиционировании концентрация этих микроэлементов в
зародышевой части заметно повышается, а во всех остальных уменьшается. Фитин,
перемещаясь в зону зародыша, под влиянием фермента фитазы гидролизуется с
выделением фосфорной кислоты, вовлекаемой в многочисленные последующие
превращения. Весь поступивший в эту зону магний также используется в
процессах, развивающихся в пробуждающемся зародыше.
Обработка зерна паром с давлением 0,35 МПа в течение 40 с
(скоростное кондиционирование) уменьшает время кондиционирования зерна в 4...
6 раз по сравнению с холодным, улучшает качество муки высшего, первого и
второго сортов по цвету на 3... 4 единицы и более при снижении зольности на
0,02... 0,03%. Выход муки высоких сортов повышается на 1,5... 2,0%.
Хлебопекарное достоинство зерна улучшается так же, как и при горячем
кондиционировании. Наилучших результатов достигают при обработке слабой
клейковины. Создается возможность более широкого и эффективного использования
зерна пшеницы, в том числе с пониженным качеством.
Все сказанное о химических и технологических изменениях
зерна при ГТО указывает на необходимость строго дифференцированного выбора
режима кондиционирования зерна пшеницы с учетом ее исходного состояния и
качества.
Нагревание или термическую обработку используют в тех
случаях, когда клейковина слабая (сортовая особенность зерна, зерно поражено
клопом-черепашкой, проросшее и др.)- Цель обработки заключается в том, что,
нагревая зерно до температуры 55 ... 65 °С, добиваются частичной денатурации
белкового комплекса. В результате уменьшается гидратационная способность
клейковины, она укрепляется, что приводит к улучшению ее физических свойств
и, как следствие, к повышению хлебопекарного достоинства.
Разные фракции белкового комплекса при тепловом
воздействии претерпевают неодинаковые изменения. Уже на этапе
предварительного нагрева влажного зерна пшеницы при температуре 50 °С, еще не
приводящем к денатурационной перестройке белковых веществ, наблюдаются
глубокие изменения белка, различные для отдельных белковых фракций и при
разных режимах сушки. Наиболее значительны они для альбуминов. Белки
клейковины обладают более высокой стойкостью.
Метод улучшения технологического достоинства зерна пшеницы
требует дифференцированного выбора режимов и скорости сушки с учетом
исходного качества и состояния зерна с обязательной предварительной опытной
проверкой. При этой проверке, исходя из состояния клейковинного комплекса,
причины, вызвавшей ослабление клейковины, влажности и других показателей
качества зерна, приходится устанавливать оптимальную температуру и
продолжительность нагрева на небольших пробах зерна.
Метод не получил широкого производственного применения
из-за сложности ведения процесса и в результате того, что неполноценное зерно
улучшается только частично.
Контрольные вопросы
1. Каковы меры повышения качества муки, применяемые при
подготовке зерна к помолу? 2. Когда смешивают две или несколько партий зерна?
Как проверяют результаты смешивания? 3. В чем сущность, формы и условия, при
которых применяют гидротермическую обработку зерна? 4. Как изменяются
физические свойства и мукомольное достоинство зерна при гидротермической
обработке? 5. Какие химические изменения зерна происходят при его
гидротермической обработке и как это отражается на качестве муки?
|