Процессы происходящие в зернопродуктах при хранении

В зерне, муке и крупе во время хранения протекают биохимические, физические, химические и микробиологические процессы, вызывающие изменение их потребительных свойств. В большинстве случаев эти процессы взаимосвязаны и ускоряют или тормозят друг друга.

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 (С02: 02). 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 С02 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.

Смотрите также:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.