Технологии хранения и переработке зерновых

Негативний вплив мікроорганізмів  на продовольчі властивості зерна  проявляється у появі затхлого і  пліснявого запаху. Затхлий запах  переходить у борошно і вироблені з нього продукти. Тому таке зерно вважається дефектним. Зерно з гнильним запахом вважається повністю зіпсованим.

Мікроорганізми беруть участь також і в утворенні “комірного”  запаху зерна. Він виникає в партіях зерна, які довго зберігаються без переміщення і активного вентилювання. Поява такого запаху сигналізує про підвищену фізіологічну активність зернової маси, що може бути у свіжозібраного зерна і засипаного на зберігання, і розвитку в ній анаеробних процесів, які знижують схожість посівного матеріалу. “Сажковий” запах спостерігається в партіях зерна пшениці і жита, уражених сажкою. За своєю природою він також має мікробіологічне походження, оскільки триметиламін, який його виділяє (запах оселедцевого розсолу), міститься в спорах мокрої сажки. Активний розвиток мікроорганізмів спричиняє кислий смак зерна, збільшується його титрована кислотність. Цей показник також характеризує свіжість зерна. Інтенсивний розвиток мікроорганізмів негативно впливає на продовольчі, посівні і кормові властивості зерна, а також створює умови для виділення токсичних речовин. Отруйні речовини можуть з’явитися в зерні від тривалого знаходження рослин у валках і за теплої дощової погоди, зберігання в бунтах зерна з підвищеною вологістю на землі.

Мікроорганізми, як і усі  живі істоти, потребують енергії для  росту і розмноження. Руйнуючи органічні  речовини зерна і використовуючи їх у розчиненому стані, сапрофітні мікроби одержують енергію. Частина таких речовин з участю ферментів клітин окислюється (в аеробних умовах) або розкладається (в анаеробних умовах), при цьому виділяється значна кількість теплової енергії. Процес дихання в клітинах мікробів являє собою окислення і розпад органічних речовин з виділенням тепла. Чим більша вологість зерна, тим інтенсивніше надходять поживні речовини в клітини мікробів, тим активніше дихання і виділення тепла. Внаслідок цього прискорюється розмноження мікроорганізмів. Тепло, яке виділяють мікроби, може затримуватись у зерновій масі, збільшуючи її температуру, що спричиняє самозігрівання.

Шкідники хлібних запасів. Втрати в масі і погіршення якості зерна і зернових продуктів під  час зберігання можуть відбуватись  під впливом шкідників хлібних  запасів. Серед них пацюки і миші, комахи і кліщі

В практиці зберігання запасів  зернових продуктів відомо декілька сотень комах і десятки видів  кліщів. Найбільшої шкоди зерну завдають комахи, особливо ті, що розвиваються в середині зерна і з’їдають його.

Значна частина зернових мас і хлібопродуктів знищується і псується пацюками та мишами. Вони можуть знищити значну кількість зерна і зернових продуктів; забруднити продукти, тару і зерносховище своїми екскрементами; переносити комах і кліщів; псувати тару, брезенти, інвентар;прогризати дерев’яні і навіть бетонні споруди, гризти деталі машин з пластмаси, гумові вироби, ізоляцію електричних проводів тощо; бути переносниками збудників багатьох захворювань людини і тварин.

Повітря – постійний компонент  зернової маси. Воно є носієм температури, вологості, газів, бере безпосередню участь у процесах, які відбуваються в зерновій масі. Від стану повітря залежить вибір режиму і способу зберігання зернових мас та догляду за ними.[1]

Плоди різняться формою , будовою, складом. У зернівці злакових , що складається із зародка, ендосперму та оболонок, запасні поживні речовини містяться переважно  в ендоспермі , в якому можна виділяти багатий на жир і білок алейроновий шар. Насіннева оболонка мало цінна, проте відіграє важливу роль під час зберігання зерна. Зародок багатий на вуглеводи, білки, жири, ферменти, є важливим при проростанні зерна.

Головне значення для переробки  має стан ендосперму зерна і насіння, тому зернові маси оцінюють за ії основними компонентами – зерном як комплексом хімічних і фізичних властивостей. Хімічний склад і фізичні властивості зерна залежать від кліматичних, метереологічних умов , технології вирощування, проте в межах одного роду культур вони характеризуються певними середніми значенями.

За хімічним складом зернові, круп^,яні, олійні, ефіроолійнікультури поділяють на чотири групи:

1. Багаті на крохмаль(55-80%)-хлібні злакові

2. Багаті на білок (понад  20%)-бобові

3. Багаті на олію (понад  35%)-соняшник, льон

4. Багаті на рослинну  та ефірнуолії-фенхель.

Білки-зерна злакових культурпереважно розчинні в 70% спирті, розчинні в розчинах лугів називають -глютелінами, у спирті- проламіни, у розчинах солей-глобулінами, у воді-альбумінами.Білкові речовини не рівномірно розподіляються по тканинах зерна, найбільше іх у переферійній частині ендосперму. Білки зерна жита порівняно з білками пшениці більш цінні, оскільки містять більше лезину, треоніну, фенілаланіну. Кількість білка більша в зерні, виращеному в регіонах з теплим та сухим кліматом. Білки ярого та озимого, ди-і тетраплоїдного жита мають ідентичний амінокислотний склад. Алейроновий шар зерна жита багатий на лізин, гістидин, тиризин, серин. У його складі є гліадин і глютенін, але іншого амінокислотного складу, ніж у пшениці.

Вуглеводи становлять до ²/₃ маси зерна злакових і містяться переважно в ендоспермі. Моносахариди й сахароза беруть участь у процесах бродіння, забеспечуючи якісне тісто для випікання хліба. За вмісту моно-і дисахаридів у зерні пшениці понад 2,5%, а жита-3,5%  технологія виготовлення  хліба з такого борошна змінюється, а вихід його-зменшується.

Полісахариди. Середній вміст  крохмалю в зерні становить: злакових 65-70%, рису 80%, зернобобових 40%. Кількість, форма, розмір, щільність, розміщення крохмальних  зерен у зерні злакових різна.

Ліпіди в зерні містяться  у вигляді простих жирів(65%). При  слабкій дії ферменту ліпоксигенази невелика кількість жирних кислот прискорює дозрівання пшеничного борошна, тому його треба зберігати на холоді або не тривалий час.

Мінеральні речовини.  Висушене зерно, яке не містить вологи, складається з таких елементів, %: вуглецю — 45; кисню — 42; водню — 6,5; азоту — 1,5 (всього 95 – 98). Решту сухих речовин (2 – 5 %) становлять мінеральні елементи, що містяться в золі після озолення зерна.У золі пшениці та жита переважають фосфор, калій, магній; у золі плівчастих зерен — кремній; у золі бобових фосфору вдвічі менше, а заліза вдвічі більше; в золі соняшнику багато фосфору, калію, кальцію, магнію, а в золі бавовнику, сої — калію. У зерні пшениці мінеральні речовини містяться переважно в оболонці, а в зерні кукурудзи — в зародку. Зольність ендосперму м’якої пшениці становить 0,42 %, оболонки 7 – 11 %, твердої — трохи вища.

За кількісним вмістом  мінеральні елементи у тканинах зерна  поділяють на такі підгрупи, % до маси золи:

1. Макроелементи-вміст ії коливається від десятих до сотих часток (10-1-10-2%) (P,K,Mg,Na,Fe,S,Al,Si,Ca).

2.Мікроелементи-вміст їх  коливається від тисячних до  стотисячних  часток (10-3-10-5) (Mn,B,Sr,Cu,Zn,Ba,Ti,I,Br).

3. Ультромікроелементи-вміст їх становить мільйони часток (10-8) (Cs,Se,Cd,Hg,Ag,Au,Ra).У зоні жита переважають фосфор, калій, магній.

У зерні й насінні сільськогосподарських  культур виявлено чотири групи пігментів, які надають їм певного забарвлення: порфірини, каротиноїди, антоціани, флавони  та пігменти, що утворюються під  час окислення речовин зерна. До порфіринів належить хлорофіл. Він  входить до складу зерна жита, деяких сортів бобових-сочевиці, сої, квасолі. Каротиноїди поширені в покривних  тканинах плодів і насіння культур. Антоуіани частіше мають синій або фіолетовий колір, містяться в оболонках деяких сортів бобових(квасоля). Флавони надають зерну жовтуватого забарвлення.[1] 

1.2 Фізичні властивості зернової  маси

Різні партії зерна, особливо свіжозібраного, характеризуються відмітними фізико-біохімічними процесами, які  можуть посприяти поліпшенню чи погіршенню його якості під час зберігання.Зернова маса має певні фізичні властивості — сипкість, самосортування, шпаруватість, здатність до сорбції та десорбції різних парів і газів (сорбційна ємність), тепло-, температуро- і термовологопровідність, теплоємність. Знання і врахування фізичних властивостей зернових мас набувають особливого значення у зв’язку з механізацією й автоматизацією процесів обробки зерна в потоці, впровадженням нових способів сушіння, застосуванням пневматичного транспорту та зберіганням значних партій його у великих сховищах (силосах сучасних елеваторів, металевих бункерах, на складах).

Сипкість — це здатність зерна і зернової маси переміщуватися по поверхні, розміщеній під певним кутом до горизонту. Правильно використовуючи цю властивість і застосовуючи відповідні пристрої та механізми, можна повністю уникнути затрат ручної праці при переміщенні зернових мас нормами, конвеєрами і пневмотранспортними установками, самопливом, завантажуванні в різні за розмірами і формою транспортні засоби (автомашини, вагони, судна) та сховища (засіки, склади, траншеї, силоси елеваторів). Сипкість зернової маси характеризується кутом тертя, або кутом природного схилу. Кут тертя — найменший кут між основою і схилом насипу, за якого зернова маса починає ковзати по поверхні. При ковзанні зерна по зерну його називають кутом природного схилу, або кутом скочування.На сипкість зернової маси впливає багато факторів: гранулометрична будова та гранулометрична характеристика (форма, розміри, характер і стан поверхні зерен), вологість, кількість домішок та їх видовий склад, матеріал, форма і стан поверхні, по якій самопливом перемішується зернова маса.

Самосортування — це властивість зернової маси втрачати свою однорідність під час переміщення і вільного падіння. Вона зумовлюється сипкістю зернової маси і неоднорідністю твердих часточок, що входять до її складу. Як позитивне явище, самосортування використовується в практиці очистки та сортуванні зернових мас. Відбувається при її переміщенні й струшуванні, завантажуванні та розвантажуванні сховищ і силосів елеваторів. Наприклад, під час перевезення зерна в автомашинах або вагонах, пересуванні по стрічкових конвеєрах внаслідок поштовхів і струшувань компоненти зернової маси з малою масовою часткою (легкі домішки, насіння в квіткових плівках, щуплі зерна тощо) розміщуються ближче до поверхні насипу, а з більшою та абсолютною масою — ближче до його нижньої частини.Самосортуванню при вільному падінні твердих часточок зернової маси (наприклад, під час завантажування силосів, сховищ) сприяє парусність, тобто опір повітря переміщенню кожної окремої часточки. Великі, важкі зерна і домішки з великою масовою часткою і меншою парусністю опускаються прямовисно і швидко досягають основи сховища або поверхні насипу. Щуплі, дрібні зерна й домішки з невеликою абсолютною і масовою часткою та більшою парусністю опускаються повільніше, відкидаються вихровими потоками повітря до стін сховища або скочуються по поверхні конуса зернової маси. Ця властивість зерна використовується при його очищенні. Самосортування зернової маси під час його зберігання — явище негативне. Порушення однорідності партії зерна у сховищі заважає правильному його оцінюванню як у силосі, так і під час розвантажування з нього, спричинює розвиток негативних фізіологічних і мікробіологічних процесів у місцях насипу, де зосереджені компоненти з підвищеною життєдіяльністю. Все це призводить до самозігрівання зернових мас.

Шпаруватість  — це наявність проміжків між її твердими часточками, заповнених повітрям. Характер фізіологічних і мікробіологічних процесів у зерновій масі залежить від кількості та складу повітря в міжзернових просторах.Шпаруватість зернових мас сприяє передачі теплоти конвекцією, переміщенню вологи через зернову масу у вигляді пари. Через між-зернові проміжки здійснюються сушіння, активне вентилювання і газація зерна. Внаслідок самосортування шпаруватість у різних місцях зернової маси може бути неоднаковою. Шпаруватість та щільність укладання зерна у сховищі залежать від форми, пружності, розмірів і стану поверхні твердих компонентів, форми і розмірів сховища, а також строку зберігання.Зернова маса має меншу шпаруватість, укладається щільніше, якщо у ній є крупні і дрібні зерна. Вирівняні зерна, а також шорсткуваті або із зморщеною поверхнею укладаються менш щільно. Вологе й сире зерно займає більший простір у сховищі, ніж сухе за інших рівних умов. На складах більшого поперечного перетину зерно розміщується щільніше. 

W – V          ,де

W-загальний об^,єм зернової маси;

V-об^,єм твердої частини зернової маси;

Сорбційні властивості зернової маси — це її здатність поглинати (сорбувати) з навколишнього середовища пару, запахи різних речовин і гази, а також виділяти (десорбу-вати) їх. У зернових масах спостерігаються такі сорбційні явища, як абсорбція, адсорбція, капілярна конденсація і хемосорбція. Сумарний результат адсорбції, абсорбції, капілярної конденсації, хемосорбції називають сорбцією, а ступінь здатності зернової маси поглинати пару і гази за різних умов — сорбційною ємністю. Остання визначається капілярно-пористою колоїдною структурою зерна і шпаруватістю зернової маси. Окрема зернина як багатоклітинний організм є пористим тілом з великою поверхнею. Клітини і тканини зернин мають численні макро- і мікрокапіляри, перші — переважно в оболонках, а другі — в ендоспермі. Стінки макро- і мікрокапілярів беруть участь у процесах сорбції молекул парів і газів. По системі капілярів переміщується зріджена пара. Активна поверхня зерна становить 20 — 25 см2/г, що у 20 разів перевищує його справжню поверхню. Тому сорбційні явища відбуваються не лише на поверхні зерна, а й усередині кожного капіляра.Сорбційні властивості зернової маси мають велике значення при її обробці і зберіганні. Вологість і запах зерна, яке зберігається або обробляється, найчастіше змінюються внаслідок сорбції чи десорбції газів або пари води. Раціональні режими сушіння, активного вентилювання, газації та дегазації зерна при знезаражуванні встановлюють з обов’язковим урахуванням його сорбційних властивостей.Гігроскопічність зернової маси означає її здатність поглинати пару води з повітря або виділяти її в навколишнє середовище. Білкові молекули зерна здатні вбирати до 240⁰/₀, а крохмаль — до 30 — 38 % води відносно своєї маси. Процеси сорбції й десорбції відбуваються в зерновій масі у зв’язку з різною вологістю її компонентів. Це особливо характерно для свіжозібраної зернової маси, яка містить зерна основної культури і насінини бур’янів з неоднаковою вологістю. В цьому разі за законами сорбційної рівноваги сирі зерна втрачають частину вологи, а сухі її набувають. Такий перерозподіл вологи в зерновій масі починається після її формування і закінчується, як правило, протягом трьох діб.