| Содержание статьи:
|
Биохимические процессы
Биохимические процессы — дозревание и прорастание зерна, дыхание и другие — обусловлены действием ферментов, находящихся в зернопродуктах. Активность их зависит от свойств продукта и условий хранения.
Дозревание зерна
Дозревание зерна протекает после его уборки в течение 10—15 дней и более. В это время в зерне синтетические процессы преобладают над гидролитическими
, в результате чего уменьшается количество водорастворимых веществ. По завершению процесса созревания зерно приобретает нормальные хлебопекарные свойства, в нем снижается активность ферментов и интенсивность дыхания, зерно вступает в состояние покоя. Процесс дозревания проходит в сухом зерне при плюсовой температуре.
Во влажном зерне преобладают гидролитические процессы, поэтому перед закладкой на хранение его подсушивают. В зерне при превращении простых веществ в более сложные высокомолекулярные соединения выделяется некоторое количество воды.
Прорастание зерна
Прорастание зерна происходит при увлажнении его капельно-жидкой влагой и наличии тепла. Во время прорастания в зерне усиливается деятельность гидролитических ферментов, высокомолекулярные соединения превращаются в более простые, легко растворимые в воде вещества. При этом возрастает интенсивность дыхания, идет потеря сухих веществ зерна, ухудшаются его хлебопекарные свойства.
Процесс дыхания
Процесс дыхания протекает в зерне, муке и крупе (за исключением крупы при изготовлении которой зерно пропаривают). При достаточном доступе воздуха в продуктах преобладает процесс аэробного дыхания. При ограниченном поступлении воздуха происходит накопление углекислоты в межзерновых пространствах, между частицами муки и крупы, поэтому в продуктах усиливается анаэробное дыхание и возрастает дыхательный коэффициент (С0
2: 0
2). Анаэробное дыхание наблюдается во влажных, уплотненных и теплых продуктах.
При дыхании зернопродукты теряют часть сухих веществ, накапливают гигроскопическую влагу. При этом повышается относительная влажность воздуха и изменяется его состав в промежутках между частицами продукта, в массе продукта образуется тепло. Потеря сухих веществ продукта зависит от интенсивности дыхания.
При активном дыхании возможны значительная потеря сухих веществ и увлажнение зернопродуктов, которое, в свою очередь, приводит к увеличению интенсивности дыхания и способствует развитию микроорганизмов. Зернопродукты в состоянии покоя почти всю образующуюся при дыхании энергию отдают в окружающую среду. Но тепло задерживается в массе продуктов из-за плохой их теплопроводности, что является одной из причин самосогревания.
Интенсивность дыхания зернопродуктов зависит от их влажности, температуры, доступа воздуха и т. д.
Активность дыхания сухих зернопродуктов (влажностью до 11 —12%) практически равна нулю, так как в них вода находится в связанном состоянии. При увеличении влажности в зернопродуктах появляется так называемая свободная вода, участвующая в реакциях гидролиза и активизирующая деятельность ферментов. Влажность зерна, при которой в нем появляется свободная влага и резко возрастает интенсивность дыхания, называется критической.
Критическая влажность пшеницы, ячменя, овса, гречихи равна 14,5—15,5%, бобовых — 15—46%. Зерно сухое (влажностью до 14%) и средней сухости (зерно находится на грани критической влажности, дышит в 2—4 раза интенсивнее сухого) устойчиво при хранении. Интенсивность дыхания влажного зерна в 4—8 раз, а сырого зерна (влажностью выше 17%) в 20—30 раз выше, чем сухого зерна. Неохлажденное сырое зерно (влажностью 30% и более) при свободном доступе воздуха теряет в сутки 0,05— 0,02% сухих веществ.
С повышением температуры до 50—55° интенсивность дыхания зернопродуктов возрастает, при 70° прекращается. При пониженных температурах их дыхание резко падает, даже если они с повышенной влажностью.
Зависимость интенсивности дыхания зерна от его влажности и температуры показана на рис. 6. Из рисунка видно, что активность дыхания пшеницы влажностью 18% при температуре 0° и 10° ничтожно мала, при температуре 18—25° дыхание зерна резко возрастает, так как влажность его выше критической.
На активность дыхания зернопродуктов влияют микроорганизмы, насекомые и клещи, выделяющие тепло. Зерно незрелое, морозобойное, щуплое, а также мука и крупа из них обладают повышенной интенсивностью дыхания.
Процесс дыхания муки низших сортов по сравнению с высшими более интенсивен. Наиболее активен процесс дыхания в свежесмолотой обойной муке (в ней находятся зародыши зерна, богатые ферментами), особенно в весенний период под влиянием теплого влажного воздуха. В охлажденной до 0— 5°, а также в сухой муке дыхание ничтожно мало. В сухой муке при длительном хранении процесс дыхания прекращается.
Ферментативные процессы
Ферментативные процессы гидролиза, фосфоролиза, окислительные и другие протекают в зерне, муке и крупе независимо от содержания в них влаги и условий хранения.
В нормально хранящемся зерне ферментативные процессы замедлены, а в муке и крупе (по сравнению с зерном в них нарушена координация биохимических процессов) они идут более активно.
Липаза катализирует гидролиз жиров с образованием жирных кислот и глицерина (параллельно с ферментативным гидролизом жира в этих продуктах идет и неферментативный его гидролиз). Накопление жирных кислот как под воздействием ферментов на жиры, так и при неферментативном гидролизе, не ухудшает вкусовых свойств зернопродуктов, так как в состав жира входят высокомолекулярные жирные кислоты, не имеющие неприятного постороннего запаха.
Но непредельные жирные кислоты окисляются атмосферным кислородом (этот процесс идет более активно под воздействием липоксигеназы), превращаясь в перекисные соединения. В свою очередь перекисные соединения превращаются в альдегиды, кетоны, оксикислоты, полимерные соединения, спирты и другие вещества, в результате чего мука и крупа приобретают прогорклый вкус и запах.
Гидролиз жиров в муке и крупе ускоряется при наличии света, повышенной температуры и влажности. Гидролиз и окисление жиров зависят от природы жира, активности ферментов, состава тканей частиц и от активности антиокислителей (естественным антиокислителем является витамин Е). Наиболее высока степень гидролиза жира в пшене, кукурузной и овсяной крупе, муке кукурузной и пшеничной 2-го сорта.
Более устойчивы в хранении жиры манной, перловой крупы и особенно ядрицы, а также пшеничной муки высших сортов. В ячневой крупе гидролиз жира идет более активно, чем в перловой, так как в ее крупинках содержится больше частиц зародыша и алейронового слоя, богатых липазой. Ядрица богаче жиром, чем пшено, но гидролиз жира проходит в ней медленнее, так как зародыш находится внутри ядра.
Гидротермическая обработка зерна оказывает влияние на скорость гидролиза жира крупы. Так, в сухой пропаренной овсяной крупе гидролиз жира протекает медленнее, чем в непропаренной крупе, в результате частичной инактивации липазы. По данным И. П. Салун, при относительной влажности воздуха 70% пропаренная и непропаренная ядрица сохраняется одинаково; при относительной влажности воздуха 75% лежкоспособность выше у пропаренной ядрицы, а при 80%-ной относительной влажности лучше сохраняется непропаренная ядрица.
Под действием фитазы (катализирующей гидролиз фитина) и глицерофосфатазы (катализирующей гидролиз лецитина) происходит отщепление фосфорной кислоты и возрастает кислотность зернопродуктов. Протеазы катализируют гидролиз белков с образованием растворимых азотистых соединений, что вызывает понижение хлебопекарных свойств муки.
В пшеничной сортовой муке в течение первых б—8 недель после помола происходит процесс, называемый созреванием. Это проявляется в побелении муки, слабом или заметном улучшении хлебопекарных свойств. В результате созревания пшеничная мука становится «сильнее». Созревание муки является следствием окислительных процессов, изменяющих свойства белка. Образующиеся при гидролизе жира ненасыщенные жирные кислоты укрепляют клейковину, а в результате окислительных процессов снижается активность протеаз.
При длительном хранении в муке и крупе проходит процесс старения. Он выражается в снижении набухаемости и растворимости белков, резком увеличении кислотности. В результате старения пшеничная мука не образует клейковину и связное тесто используется для технических целей.
Физические процессы
Физические процессы — явления сорбции, изменение температуры, уплотнение, самосортирование зернопродуктов оказывают влияние на их качество.
Сорбционные свойства
Сорбционные свойства зерна, муки и крупы имеют большое значение в практике их хранения и транспортирования. Зернопродукты могут поглощать и отдавать водяные пары. Происходит поверхностное увлажнение зернопродуктов молекулами воды, удерживаемыми свободными зарядами, проникновение влаги внутрь продукта из-за различия во влажности поверхностного и внутреннего слоев, образование осмотически связанной (воды поглощаемой коллоидами), капиллярной воды (засасывание влаги в поры).
Зернопродукты обладают высокой гигроскопичностью, так как представляют собой капиллярнопористую коллоидную систему. Между их клетками и тканями имеются макро- и микрокапилляры и поры, стенки которых являются активной поверхностью, сорбирующей молекулы паров и газов. Так, активная поверхность зерна пщеницы, состоящая из площади поверхности капилляров, превышает истинную поверхность зерна в 200 тыс. раз. Активная поверхность муки значительно выше, чем зерна.
При равенстве парциальных давлений водяных паров в воздухе и над зернопродуктами наступает динамическое равновесие. Влажность зернопродуктов, соответствующая этому состоянию, называется равновесной. Равновесная влажность продуктов зависит от температуры воздуха. Так, при температуре 12—25° минимальная влажность зерна злаковых и гречихи, равная 7%, является равновесной для воздуха с относительной влажностью 15—20%, влажность зерна в 33— 36% равновесна для воздуха, насыщенного водяными парами.
Зернопродукты теряют влагу, если парциальное давление водяных паров в воздухе меньше, чем над поверхностью продукта.
Мелкие и щуплые зерна гигроскопичнее, так как их активная поверхность больше. Отдельные части зерна обладают разной гигроскопичностью: наиболее высокая гигроскопичность зародыша, несколько ниже — оболочек и наименьшая — эндосперма. Этим объясняется большая гигроскопичность обойной муки по сравнению с высшими сортами, не содержащими зародышей и оболочек.
Равновесная влажность муки и крупы ниже зерна, так как в результате удаления оболочек, содержащих макропоры, в них резко уменьшается накопление капиллярной влаги. Однако скорость поглощения влаги из воздуха этими продуктами выше зерна благодаря диффузии молекул пара к активной поверхности.
Частицы муки различаются по форме, структуре и химическому составу, поэтому сорбционные свойства их различны. Большое количество влаги находится на поверхности частиц, поэтому даже при невысокой средней влажности муки (14— 15,5%) создаются условия для развития микроорганизмов. В практике хранения зернопродуктов наблюдается быстрое изменение их влажности только в поверхностных слоях.
Влажность зернопродуктов при хранении может возрастать не только вследствие их гигроскопичности, но и в результате конденсации влаги на отдельных участках продуктов при значительной разнице температуры воздуха и зерна, муки, крупы. При этом в зернопродуктах накапливается до 50— 60% влаги, активизируются биохимические процессы и создаются условия для развития микроорганизмов.
Зернопродукты поглощают пары и газы различных веществ, содержащихся в воздухе, в результате чего приобретают несвойственные им запахи. Это свойство зернопродуктов учитывают при их перевозках и хранении.
Изменение температуры зернопродуктов при хранении зависит от их теплообменных свойств и температуры окружающего воздуха. В зерновых продуктах тепло передается путем конвекции (частицами воздуха межзерновых пространств) й кондукции (передачи тепла от частицы к частице продукта). Теплоемкость зернопродуктов небольшая, поэтому температура их поверхностных слоев быстро достигает температуры окружающего воздуха.
Тепло от поверхностных слоев к внутренним передается очень медленно, так как зернопродукты обладают низкой тепло- и температуропроводностью, т. е. они характеризуются большой тепловой инерцией. По данным Е. А. Агрономова, зерно, заложенное в силос элеватора в неохлажденном состоянии в августе, в средних слоях сохранило положительную температуру в течение зимы и большей части весны.
Зерно, заложенное в декабре охлажденным до —12°, в средних слоях силоса сохранило минусовую температур-у до конца июля. В практике хранения температура зернопродуктов может быть в пределах от —15° до +20°. В зернопродуктах, хранящихся при пониженных температурах’ (от —15° до + 5°), замедляются биохимические процессы и развитие микроорганизмов. При повышенной температуре (15—18°) можно сохранять только сухие зернопродукты.
Скважистость
Скважистость — это воздушные промежутки между зернами, частицами муки и крупы, благодаря которым происходит перемещение воздуха, водяных паров, тепла путем конвекции в массе продуктов. Скважистость зерна составляет 35—70%, муки и крупы — 40—60%. Скважистость муки имеет мелкопористую структуру, поэтому продукт обладает меньшей газопроницаемостью и в его массу затруднено проникновение клещей и насекомых. Скважистость крупы зависит от величины крупинок: чем они крупнее, тем больше, газопроницаемость крупы. Это свойство зернопродуктов используют для
продувания воздуха при активном вентилировании зерна или паров отравляющих веществ для уничтожения насекомых и клещей.
Сыпучесть зерна
Сыпучесть зерна, муки и крупы характеризует изменение взаимного расположения зерна, частиц и обусловливается их малым взаимным трением. Сыпучесть зерновой массы понижается с увеличением примесей, влажности и т. д. Сыпучесть муки и крупы с- мелкими частицами меньше сыпучести зерна. Благодаря сыпучести зернопродукты перемещают самотеком, транспортерами, пневматикой, хранят насыпью и в мягкой таре.
При хранении зернопродукты могут терять сыпучесть частично или полностью. Такое явление происходит в результате давления верхних слоев продукта на нижние и называется уплотнением, или слеживанием. Слеживание наблюдается у сухих и влажных зернопродуктов, но во влажных это явление возникает быстрее. Так, слеживание сухой муки (с 10— 12% влаги) возникает в мешках, расположенных в нижних слоях штабеля, после шести месяцев хранения, а муки с влажностью 14—15%—через 3—4 месяца. Мука, потерявшая сыпучесть, вываливается из мешка комками, но по качеству не отличается от муки, не потерявшей сыпучесть. Слеживание происходит также в результате смерзания сырых зернопродуктов.
Уплотнение зернопродуктов возникает при самосогревании, а также в результате развития плесневых грибов или скопления вредителей — насекомых и клещей.
Самосортирование зерновых продуктов
Самосортирование зерновых продуктов происходит при их загрузке в хранилище, перевозке насыпью. Во время перевозки легкие примеси и щуплые семена перемещаются в верхние слои насыпи. При загрузке зерна в элеваторы в центре силоса размещаются крупные выполненные зерна и минеральные примеси, обладающие меньшей парусностью. У стен силоса скапливаются щуплые зерна, легкие примеси, микроорганизмы, которые отбрасываются вихревыми движениями воздуха и скатываются по поверхности конуса к стенкам.
Явление самосортирования наблюдается в муке и крупе при насыпании их в тару и выбое. При самосортировании нарушается однородность продукта, создаются условия для развития нежелательных процессов, которые могут привести к его порче. Это свойство зернопродуктов принимают во внимание не только при их хранении, но и при отборе выемок для составления среднего образца, по которому определяют качество всей партии товара.
Химические процессы
Химические процессы — гидролиз и окисление жиров, окисление пигментов, образование меланоидинов и другие, протекающие при хранении в зернопродуктах, изменяют их качество. Так, в крупе и муке неферментативный гидролиз жиров, окисление жирных кислот изменяют их вкус и пищевую ценность.
В результате окисления каротиноидов и ксантофиллов улучшается цвет (становится светлее) пшеничной муки, а побеление пшена и манной крупы ухудшает их внешний вид. Окислением хлорофилла объясняется превращение зеленого цвета оболочки чечевицы в коричневый. Образование меланоидинов вызывает потемнение зерна и крупы при самосогревании, сушке и пропаривании зерна.
Микробиологические процессы в зернопродуктах
Микробиологические процессы в зернопродуктах вызываются жизнедеятельностью микроорганизмов. Минимальная влажность зернопродуктов, при которой микробы начинают проявлять свою жизнедеятельность, должна превышать критическую на 0,5—1,0%.
При наличии минимума свободной воды в зернопродуктах сначала развиваются плесневые грибы, при влажности свыше 18% —бактерии и дрожжи. Пониженные температуры (8—10°) задерживают развитие многих микробов и дают возможность длительное время сохранять даже некондиционные по влажности партии зерна. Низкие температуры (около 0° и ниже) тормозят жизнедеятельность микробов.
При влажности зернопродуктов выше критической скорость развития микроорганизмов находится в прямой зависимости от относительной влажности воздуха и температуры хранения.
Большинство микроорганизмов в зернопродуктах является аэробами. При ограничении доступа воздуха, уменьшении кислорода и накоплении значительного количества углекислого газа в зернопродуктах подавляется жизнедеятельность аэробов и сокращается их количество. Рост бактерий и грибов прекращается при 18—20%-ной концентрации С0
2 в массе продуктов. В муке и крупе микробиологические процессы протекают быстрее, чем в зерне, так как они более доступны их воздействию.
Самосогревание зерна
Самосогревание зерна, муки и крупы происходит при активном дыхании продуктов, развитии в них микроорганизмов и вредителей — насекомых, клещей, а также из-за плохой теплопроводности продуктов. Самосогревание продуктов может быть и в результате только микробиологического процесса, например в крупе из пропаренного зерна. На первой стадии самосогревания температура продуктов повышается до 35— 40° за счет интенсивно протекающего в них дыхания, развития плесневых грибов и спорообразующих бактерий (картофельной и сенной палочек).
Зернопродукты отпотевают, понижается их сыпучесть, появляется солодовый запах, происходит обесцвечивание пигментов. На второй и третьей стадиях самосогревания температура достигает 50—60—70°, продукты приобретают нехарактерный вкус, затхлый, плесневый, гнилостный запах и темнеют. При самосогревании в зернопродуктах под действием ферментов собственных и микроорганизмов увеличивается содержание водорастворимых азотистых соединений и углеводов, возрастает кислотность, происходит гидролиз жиров и окисление жирных кислот, идет процесс мелано- идинообразования.
Плесневение зернопродуктов
Плесневение зернопродуктов возникает при самосогревании или хранении их в плохо вентилируемых помещениях с относительной влажностью воздуха более 79°/о- Продукты покрываются налетом плесени, приобретают горький и кислый вкус. Заплесневевшие мука и крупа слеживаются в комки. Они обладают повышенной кислотностью и высоким кислотным числом в результате образования кислот и распада жиров, пшеничная мука дает темную неэластичную клейковину.
Прокисание муки и крупы (риса)
Прокисание муки и крупы (риса) вызывается развитием кислотообразующих бактерий (молочнокислых и др.) с образованием кислот во внутренних слоях массы продукта. Продукты приобретают кислый вкус, в них возрастает титруемая кислотность.
Биологическую порчу зернопродуктов вызывают вредители — клещи, личинки жуков и бабочек. Мука и крупа, зараженные вредителями, непригодны к употреблению. Мыши и крысы также портят зернопродукты, загрязняют их, заражают клещами и микроорганизмами, в том числе и патогенными.]]>
