Свойства зерновой массы

ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Отрасли пищевой промышленности, перерабатывающие растительное сырье, делятся на 2 группы:

‒ отрасли, занятые первичной переработкой сырья: мукомольно-крупяная, консервная, спиртовая, маслодобывающая и др.;

‒ отрасли, занятые вторичной переработкой сырья: хлебопекарная, дрожжевая, пивоваренная, жироперерабатывающая и др.

Разнообразное сырье, применяемое при производстве пищевых продуктов, целесообразно классифицировать по наиболее существенным признакам:

– по консистенции: сочное сырье – сахарная свекла, картофель, все виды плодовоовощного сырья; жидкое сырье – вода, растительные масла, патока и др.; сухое сырье – зернобобовые, мука, сахар и др.

– по преобладанию в сырьекакого-либо химического вещества: углеводосодержащее сырье – зерно злаков, картофель, свекла, плоды, ягоды; масличное сырье – семена масличных культур, плоды оливкового дерева и др.; белковое сырье – семена бобовых культур и др.; эфиромасличное сырье – семена эфиромасличных культур, лепестки роз и др.

Далее рассматриваются три основных вида сырья: зерномучное, плодовоовощное и вода.

Зерномучное сырье

Исходным сырьем для получения муки, круп являются зерна мятликовых (злаковых) и семена других культур. Их характеризуют следующие показатели:

– культура (ботанический род зерна, например, пшеница, рожь, рис и др.);

– партия (любое количество однородного по качеству зерна);

– зерновка (единичное зерно);

– зерновая масса (совокупность любого количества индивидуальных зерен и различных включений).

По химическому составу зерно и семена можно разделить на группы: крахмалосодержащие, белковые, масличные.

К крахмалосодержащему зерну относятся зерно злаков и семена гречихи. Углеводов в них содержится 70–80 %, белков 10–16 %, жиров 1–6 %.

К группе белковых относятся семена бобовых, содержащих 25–30 % белков, 60–75 % углеводов.

К группе масличных относятся семена и плоды масличных культур. Они содержат 25–50 % жира и 20–40 % белков.

В зависимости от целевого назначения зерно и семена делят на мукомольные, крупяные, технические и фуражные.

Зерно пшеницы и ржи используют в основном для получения хлебопекарной муки, а из зерна твердой пшеницы изготавливают макаронную муку.

К крупяным культурам относятся: зерно и семена гречихи, проса, риса, фасоли и др.

К семенам масличных относятся: подсолнечник, лен, хлопковые семена, они являются техническими культурами.

Универсальное применение нашли зерна ячменя, кукурузы, овса. Из кукурузы получают муку и крупу, крахмал, глюкозу, кукурузные деликатесы и масло. Ячмень – сырье для получения пива, солода, спирта и крупы. Овес – сырье для производства толокна, крупы и муки. Зерна и семена этих культур кроме того используют для получения комбикормов, в микробиологической промышленности – для приготовления питательных сред при выращивании микроорганизмов.

Строение зерна

Строение зерновки пшеницы является типичным для основных хлебных культур (рожь, ячмень, овес и т. п.) с небольшими изменениями (рис. 1.1).

Зерновка имеет следующие размеры (мм): длина 4,2−8,6; ширина 1,6−4,0 и толщина 1,5−3,8.

По форме зерновка пшеницы может быть овальной, овально-удлиненной, яйцевидной. Зерновка пшеницы состоит из трех основных частей – зародыша (8), который находится в нижней части зерна, эндосперма (5) и оболочек, имеющих различное биологические назначение.

Из зародыша при соответствующих условиях развивается растение. В нижней части зародыша расположен его зародышевый корешок (9), в верхней части – почечка (7). Часть зародыша, плотно прилегающая к эндосперму, – щиток (6), служащий для передачи питательных веществ из эндосперма в зародыш при прорастании зерна.

Функция оболочек заключается в защите семени от воздействия внешней среды, механических и химических повреждений. Оболочки делятся на плодовую и семенную (1−3), состоящие из нескольких слоев.

По химическому составу оболочки состоят в основном из неусвояемых веществ – клетчатки и полуклетчатки, характеризуются высоким содержанием минеральных веществ и витаминов.

Внутренняя часть зерновки называется эндоспермом. Эндосперм содержит запасные питательные вещества, необходимые для развития молодого растения. Эндосперм состоит из двух частей: наружной – алейронового слоя (4) и внутренней – мучнистого ядра.

Периферический слой, прилегающий к семенной оболочке и состоящий из резко очерченных, крупных клеток с сильно утолщенными стенками – это алейроновый слой. Его клетки наполнены белковыми веществами и богаты жиром. Алейроновый слой выполняет две функции: является защитным слоем мучнистого ядра и служит запасом питательных веществ для зародыша. При переработке зерна на муку этот слой вместе с оболочками отделяется в виде отрубей.

Расположенные под алейроновым слоем крупные тонкостенные клетки разнообразной формы занимают всю внутреннюю часть эндосперма. Мучнистое ядро состоит из крупных тонкостенных многогранных клеток, плотно заполненных зернами крахмала, белковыми и другими веществами. Стенки клеток мучнистого ядра состоят из клетчатки, гемицеллюлозы и минеральных веществ, склеены между собой пектином и водорастворимыми белками. В периферийной части зерна формируется белка больше, чем в центральной. Белковые молекулы со сферической или близкой к сферической формой образуют глобулярные белки, а нитевидные, палочковидные – фибриллярные. Альбумины и глобулины синтезируются в зерне пшеницы на ранних стадиях формирования, интенсивное накопление глиадина и глютенина наблюдается в молочной стадии спелости и продолжается до конца созревания.

Зародыш – зачаток будущего растения, состоящий из почечки, корешка и щитка. Зародыш характеризуется высоким содержанием ценных питательных веществ: аминокислот, сахаров, липидов, минеральных веществ, витаминов и ферментов. Содержание зародыша колеблется в пределах от 1,6 до 3,5 % от массы сухих веществ зерна пшеницы. Присутствие в муке зародыша нежелательно, так как зародыш трудно подвергается измельчению, а содержащийся в нем жир быстро прогоркает, ускоряет порчу муки при хранении.

Свойства зерновой массы

Свойства зерновой массы можно объединить в три группы: физические свойства, параметры, определяющие состав, и физиологические свойства.

Физические свойства характеризуются сыпучестью, скважистостью, сорбционной способностью, теплофизическими и аэродинамическими свойствами.

Сыпучесть – подвижность зерновой массы, позволяющая заполнять емкости любой конфигурации зерновой массой, свободно вытекать из емкости через отверстия. При встряхивании зерновая масса сортируется: более легкая всплывает, а тяжелая – оседает вниз.

Скважистость – наличие в зерновой массе межзернового пространства (скважин), заполненных воздухом. Определяется отношением объема скважин к объему зерновой массы, выраженной в процентах. Величина скважистости от 30 % у проса до 80 % у семян подсолнечника. Благодаря скважистости зерновая масса хорошо обдувается воздухом при вентилировании и газируется при дезинсекции с целью уничтожения амбарных вредителей.

Сорбционная способность – проявляется при поглощении зерном паров воды и летучих веществ. Она обусловлена скважистостью зерновой массы и капиллярно-пористой коллоидной структурой зерновки. Сорбционные свойства зерна играют большую роль в процессах влагообмена зерна с соприкасающимся воздухом при хранении. Сорбционная способность характеризуется сорбционной емкостью.

Теплофизические свойства характеризуются теплоемкостью и теплопроводностью зерновой массы. Удельная теплоемкость абсолютно сухого зерна составляет примерно 1,5 кДж/(кг К), т.е. почти в 3 раза меньше, чем у воды (4,19) и в 1,5 раза больше, чем у воздуха (1,01). Таким образом, зерновая масса обладает большой тепловой инерцией. Положительное значение этого свойства заключается в том, что холодом можно консервировать зерно. Охлажденное зимой зерно длительное время остается холодным в теплое время года. Отрицательная роль – в результате развития микробиологических процессов в зерновой массе могут возникать очаги самовозгорания.

Аэродинамические свойства – проявляются в способности зерна перемещаться в воздушном потоке с различной скоростью витания. Для пшеницы она составляет 8,4–10,8 м/с, кукурузы 4,4–8,0 м/с.

Состав зерновой массы: зерна основной культуры, примеси, микроорганизмы, воздух и газы в межзерновом пространстве, клещи и насекомые.

Физиологические свойствазерновой массы складываются из жизнедеятельности зерна (дыхание, послеуборочное дозревание, прорастание) и жизнедеятельности микроорганизмов.

Мука

Мука – важнейший продукт переработки зерна. Муку классифицируют по виду, типу и сорту.

Вид муки определяется той зерновой культурой, из которой она получена (пшеничная, ржаная, овсяная и т. д.).

В зависимости от свойств муки и целевого назначения ее делят на типы. Так, мука может быть хлебопекарной и макаронной. Хлебопекарную муку получают в основном из мягких сортов пшеницы (по сравнению с пшеницей из твердых сортов имеет более мелкое, округлое зерно, ее соломина менее прочная). Она характеризуется средним выходом эластичной клейковины, хорошей водопоглотительной и сахарообразующей способностью.

Сорт является основным качественным показателем муки. Сорт муки связан с ее выходом, то есть количеством муки, получаемым из 100 кг зерна. Выход муки выражается в процентах, чем больше выход муки, тем ниже ее сорт. Из зерна пшеницы вырабатывают хлебопекарную муку шести сортов: экстра, крупчатку, высшего, I, II сортов и обойную; из зерна ржи – трех сортов: сеяную, обдирную и обойную.

Содержание пищевых веществ, обусловливающих пищевую ценность муки, связано с сортом муки (выходом): чем выше выход муки, тем больше в ней этих веществ. Наиболее низкое их содержание в муке пшеничной сорта «экстра», высокое − в муке пшеничной обойной.

Химический состав муки разных сортов и видов различается несущественно. Кроме воды (около 14 %) в муке, например пшеничной, содержится (в %): белка от 10 до 14; усвояемых углеводов от 70 до 75; в том числе сахара от1,5 до 3; клетчатки от 0,1 до 1,6; жиров от 0,9 до 1,5; зольных веществ от 0,5 до 1,7.

ГОСТ Р 52189 на муку хлебопекарную предусматривает оценку ее качества по органолептическим и физико-химическим показателям. К первой группе относятся цвет, запах, вкус и содержание минеральных примесей. Цвет муки должен быть белым с разными оттенками в зависимости от сорта; вкус – без посторонних привкусов, не кислый, не горький; запах – не затхлый, без признаков плесени. Содержание минеральной примеси определяется при разжевывании муки, при этом не должен ощущаться хруст.

К физико-химическим показателям качества муки относят прежде всего влажность. Базисная влажность, на которую планируется выход изделий, равна 14,5 %. Допустимая стандартная влажность муки 15 %.

Другим важным показателем муки является зольность. Минеральные вещества распределены в зерне неравномерно: главная их масса находится в оболочках и зародыше, поэтому мука сорта «экстра», которая представляет собой чистый эндосперм, характеризуется невысокой зольностью (не более 0,45 %). Мука высшего сорта, а тем более I и II отличается большей зольностью, соответственно не более 0,55; 0,75 и 1,25 %.

Крупность помола определяется размером частиц муки. Чем выше сорт муки, тем она мельче.

Белковые вещества муки во время замеса и последующей отлежки или брожения теста способны интенсивно набухать. При этом нерастворимые в воде фракции белкового вещества муки (глиадиновая и глютениновая) образуют упругую, пластичную, способную растягиваться массу, называемую клейковиной.

Количество клейковины в пшеничной муке разных сортов должно быть не ниже определенных значений: не менее 28 % для муки высшего сорта, 25 % для муки II сорта.

Кислотность не является обязательным показателем качества, ее определение стандартами не предусмотрено. Однако она широко применяется для контроля качества муки. Кислотность муки влияет на кислотность теста и хлеба. Она характеризует свежесть муки и условия ее хранения. При хранении кислотность муки возрастает, особенно при повышенной температуре и влажности воздуха. Кислотность зависит от сорта муки: у низших сортов она больше, чем у высших.

Для оценки пригодности муки для получения качественного хлеба определяют ее хлебопекарные свойства, к которым относят газообразующую способность муки, «силу» муки, ее цвет и способность к потемнению.

Газообразующая способность муки характеризуется количеством диоксида углерода, выделившегося за 5 ч брожения теста, приготовленного из 100 г муки, 60 мл воды и 10 г прессованных дрожжей. Она зависит от содержания собственных сахаров муки и скорости накопления их в результате гидролиза крахмала муки под воздействием амилолитических ферментов муки. Этот показатель весьма важен, так как от него зависит непрерывное питание дрожжей, вызывающих брожение и разрыхление теста. Для муки нормального качества газообразующая способность составляет 1300−1600 мл СО₂.

«Сила муки» – способность образовывать тесто, обладающее определенными структурно-механическими свойствами, зависит от количества и качества клейковины. Заметное влияние на силу муки оказывает активность протеаз – ферментов, гидролизующих белки при приготовлении теста. Сила муки определяет количество воды, требуемое для получения теста нормальной консистенции.

Мука по силе характеризуется как сильная, средняя и слабая. Сильной считается мука, способная поглощать при замесе теста нормальной консистенции относительно большое количество воды. Тесто из сильной муки устойчиво сохраняет свойства в процессе замеса, брожения, расстойки. Поэтому подовый хлеб из сильной муки с достаточной газообразующей способностью имеет больший объем, нерасплывчатую форму, хорошо разрыхленный мякиш.

Слабой считают муку, которая при замесе теста нормальной консистенции поглощает относительно мало воды. В процессе замеса и брожения свойства теста быстро ухудшаются, оно становится к концу брожения жидким (слабым), малоэластичным, липким и мажущимся. Такое тесто трудно разделывается, тестовые заготовки расплываются, подовый хлеб получается расплывчатой формы и имеет пониженный объем.

Средняя по силе мука по описанным свойствам занимает промежуточное положение между сильной и слабой мукой.

Цвет муки определяется цветом эндосперма зерна, а также цветом и количеством в муке отрубистых частей зерна. Способность муки к потемнению в процессе ее переработки связана с образованием меланинов за счет действия полифенолоксидазы на свободный тирозин. Хлебопекарная мука не должна темнеть в процессе переработки.

Плоды и овощи

Часть плодов и овощей потребляется непосредственно в пищу после кулинарной обработки или без нее, а другая часть является сырьем для промышленной переработки.

Плоды по строению и характеру образования на растении делятся на 4 группы: семечковые (яблоки, груши, цитрусовые), косточковые (вишня, черешня, слива и др.), ягоды (виноград, земляника, смородина) и орехоплодные (орехи фундук, грецкий и др.).

Овощи подразделяются на 2 группы: вегетативную и плодовую. К вегетативной относятся капуста, салат, лук и др., у которых используются листья, клубнекорневые растения (картофель, морковь, свекла), стебельные (спаржа), цветочные (цветная капуста). К плодовой группе относят тыкву, огурцы, томаты, бобовые.

Важный показатель качества плодовоовощного сырья – массовая доля сухих веществ. В большинстве случаев она составляет 10–20 %. Количество сухих веществ зависит от вида и сорта сырья, условий выращивания, транспортирования и хранения.

Физические свойства плодов и овощейвключают понятия о форме и размерах, плотности и пористости, насыпной плотности и скважистости, консистенции, теплопроводности.

Хранение сырья

Задачи хранения сырья – сохранение сырья без потерь или с минимальными потерями; сохранение или повышение качества сырья.

Важнейшими процессами, используемыми при подготовке сырья к хранению и в процессе хранения являются:

– очистка от примесей, сортировка по партиям, затаривание и формирование пакетов, контейнеров, штабелей и т. д.;

– сушка (например, зерна и семян) или консервирование (например, плодов и овощей);

– создание и автоматическое поддержание оптимальных параметров окружающей среды (например, состав, относительная влажность, температура газовой среды и т. д.);

– защита запасов от проникновения и развития различных вредителей (насекомых, грызунов, птиц и т. д.);

– подготовка сырья к подаче его в производство.