Спосіб холодного кондиціювання зерна пшениці

Реферат: UA 68550 U UA 68550 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології переробки зерна, зокрема до борошномельного виробництва. Як відомо, кондиціювання (водотеплову обробку - ВТО) в борошномельному виробництві застосовують для спрямованої зміни технологічних властивостей зерна з метою створення оптимальних умов для його переробки в сортове борошно. В результаті ВТО зростає еластичність оболонок зерна й знижується міцність ендосперму, що забезпечує ефективність наступного вибіркового подрібнення. Таким чином, досягається мета сортових помелів: здрібнений ендосперм вилучається в борошно, а оболонки спрямовуються у висівки. Окрім того, при ВТО змінюються біохімічні властивості зерна й виробленого з нього борошна: знижується зольність борошна, підвищується вихід і поліпшується якість клейковини, зростає активність ферментів. Виходячи зі значимості впливу на результати виробництва, ВТО є основою підготовки зерна до проведення сортових помелів. Відповідно до сучасної класифікації, основою якої є особливості використання температурного фактора при обробці зерна, розрізняють способи холодного і гарячого кондиціювання. Порівняльний аналіз технологічної ефективності способів ВТО показує, що гаряче кондиціювання трохи ефективніше, однак при реалізації значно складніше холодного, вимагає дорогого апаратного забезпечення, а нагрівання зерна до температури 50-70 °C пов'язане зі значними витратами енергії. У наш час через перераховані недоліки способи гарячого кондиціювання на вітчизняних млинзаводах не застосовуються. Світовий дефіцит енергії та її висока вартість обумовлюють безперспективність цього способу. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є спосіб холодного кондиціювання зерна пшениці при її помелах в борошно, що реалізується способом поетапного зволожування зерна і проміжними відволожуваннями. Тривалість кожного етапу зволожування і відволожування залежить від характеристики зерна, яке піддають кондиціюванню: загальна скловидність (від 40 до 60 %, менше 40 % або більше 60 %), вологість зерна, яке надходить на кондиціювання (11 - 12,5 %, менше 11%, 13,5 - 14,5%), а також типу зерна пшениці (див. Правила організації і ведення технологічного процесу на борошномельних заводах. - К.: Київський інститут хлібопродуктів, 1998 р. - С. 17). Даний спосіб обрано прототипом. Прототип і корисна модель, що заявляється, мають наступні спільні ознаки (технологічні операції): - зволожування (замочування зерна водою при температурі не менше 15 °C); - відволожування (витримка зволоженого зерна в спеціальних ємностях - бункерах). Але наведений спосіб холодного кондиціювання має низку суттєвих недоліків. По-перше, складність, що пов'язана з необхідністю здійснювати декілька етапів зволожування зерна (в залежності від його характеристики), а також декілька етапів відволожування (після кожного зволоження). По-друге, значна тривалість етапів відволожування. Це пов'язано з обмеженою здатністю зерна пшениці поглинати воду та пропускати її в глибину зерна. Відповідно до діючих рекомендацій (див. Правила організації і ведення технологічного процесу на борошномельних заводах. - К.: Київський інститут хлібопродуктів, 1998 р. - С.17). Приріст вологи за один етап зволоження не перебільшує 3,03,5%, а сумарний рекомендований час відволожування може становити більше 24 годин. Як доведено фахівцями, недоліки холодного кондиціювання обумовлені особливостями анатомічної будови зерна пшениці і гігроскопічних властивостей її складових (див. Егоров Г.А. Технологические свойства зерна - М.: Агропромиздат, 1985. - 333 с, Казаков Е.Д. Гигроскопичность составных частей зерна. // Тр./МТИПП. - 1952. - с.64-68, Любарский Л.Н. Рожь. - М.: Издательство технической и экономической литературы, 1956. - 264 с). Встановлено, що при контакті з водою зерно майже миттєво поглинає 3-3,5 % вологи і тільки через 15-30 хвилин відбувається подальше зростання його вологості. Це початкове «захоплення» води здійснюється плодовими оболонками зерна і визначається ступенем розвиненості їх капілярів і пор. Просування вологи в глибину зерна пов'язано зі значним гальмуванням її проникнення в ендосперм насіннєвою оболонкою і алейроновим шаром. Насіннєва оболонка, маючи слабко виражену капілярну систему, насичується вологою значно повільніше плодової і має меншу пропускну здатність при міграції води усередину зернини. Алейроновий шар характеризується високою гідрофільністю й водопроникністю, що пов'язано зі значним вмістом у його клітинах білків. Внаслідок міцного утримання води в алейроновому шарі зволоження ендосперму відбувається із затримкою на 0,5...1,0 годину. Зволоження ендосперму пов'язане з його активним розпушенням в результаті утворення мережі мікротріщин. Розпушення ендосперму є основним фактором впливу на покращення борошномельних властивостей зерна в результаті ВТО. Така зміна супроводжується 1 UA 68550 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 набряканням зерен і зниженням їх скловидності. Накопичені наукою й практикою дані показують, що завершення періоду розпушення ендосперму відповідає завершенню зниження скловидності зерна і набуттю ним оптимальних борошномельних властивостей. При цьому, чим більше збільшення вологи й вища швидкість її переносу, тим значніше покращення борошномельних властивостей зерна. У роботі Л.Н. Любарского доведено виняткову роль зародка при зволоженні зерна, що «перекачує» воду усередину зерна, використовуючи дифузійно-осмотичні сили. Відзначається, що зволоження зерна через зародок відбувається більш інтенсивно в порівнянні зі зволоженням через оболонки. Окрім того, під дією ферментів зародка здійснюється масове перенесення мінеральних речовин в процесі ВТО з оболонок і алейронового шару в ендосперм, а потім у зародок. В результаті такого переносу зольність оболонок, алейронового шару й ендосперму знижується, а зародка - зростає. В основу корисної моделі поставлено задачу створити удосконалений спосіб холодного кондиціювання зерна пшениці, в якому шляхом лущення зерна перед зволоженням забезпечити спрощення і прискорення процесу за рахунок спрямованого руйнування цілісності оболонок та алейронового шару. Поставлена задача вирішена в способі холодного кондиціювання зерна пшениці, що передбачає його зволожування і наступне відволожування тим, що зерно пшениці перед зволожуванням попередньо піддають лущенню з індексом лущення 0,5-4,0 %. Досягнення заявленого результату можна пояснити наступним. Попереднє лущення призводить до збільшення площі активної поверхні зерна і, як наслідок, до підвищення водопоглинаючої здатності зерна, а руйнування цілісності оболонок та алейронового шару сприяє підвищенню швидкості проникнення вологи в ендосперм. Разом з цим відомо, що механічний вплив на зерно, яким є лущення, може негативно впливати на його життєздатність. Очевидно, що надмірне ушкодження зародка є тим фактором, що обмежує використання лущення для інтенсифікації процесів кондиціювання. Експериментально знайдено, що лущення слід здійснювати до досягнення величини індексу лущення не більше, як 4%. В лабораторних умовах було проведено цикл досліджень по вивченню життєздатності, водопоглинаючої здатності зерна, а також кінетики його відволожування після обробки з різними індексами лущення К. Вивчення впливу обробки зерна лущенням на життєздатність зерна проводили шляхом оцінки його енергії проростання Еп, яку визначали за стандартною методикою. На фіг. 1 представлені графіки залежності енергії проростання Еп від індексу лущення К для зразків пшениці з різними вихідними значеннями Еп. З аналізу графіків (фіг. 1) видно, що в діапазоні значень К= 3 - 4% починається різке зниження енергії проростання Еп. При цьому, частині зерен характерне оголення внутрішніх органів зародка. Подальше збільшення значень К пов'язане з посиленням ушкоджень зародків, а також появою на поверхні зернин оголених ділянок ендосперму. Обстеження зерен в процесі проростання показує, що їхні оголені ділянки поверхні сприяють активному розвитку цвілевих грибів. Таким чином, зниження енергії проростання аж до повної втрати життєздатності лущених зерен пов'язано як з механічним ушкодженням зародків, так і з впливом плісняви. Варто помітити, що життєдіяльність плісняв призводить до змін специфічних властивостей білкового комплексу зерна, і, як наслідок, до зниження його харчової цінності, погіршенню хлібопекарських властивостей, утворенню численних мікотоксинів, деякі з котрих можуть бути канцерогенними. Окрім того помічено, що зерно, оброблене при значеннях К більше 4 %, при зволоженні й відволожуванні схильне до злежування й злипання зерен із втратою сипкості. Водопоглинальну здатність зерна визначали шляхом його безпосереднього занурення у воду за наступною методикою. Випробовувані зразки зерна занурювали у воду на різний час. Після вилучення з води зразки негайно просушували між аркушами фільтрувального паперу, відволожували протягом 24 годин роздільно в герметичних ємностях, визначали їх вологість за стандартною методикою і обчислювали приріст вологості ΔW. Результати вказаних дослідів представлені на фіг. 2. Приріст значень вологості, отриманий для не лущеного зерна (ΔW=3,0-3,5 %), тотожний результатам, визначеним дослідниками раніше, і свідчить про те, що рекомендоване збільшення вологи за один етап кондиціювання, обумовлено граничною водопоглинальною здатністю не лущеного зерна. Отримані дані показують, що збільшення індексу лущення К викликає істотне зростання значень ΔW, особливо в діапазоні К=0,5-3,0 %. Разом з тим, при значеннях індексу лущення К більше 8,0 %, спостерігається зниження приросту вологості зерна. Кінетику відволоження зерна вивчали по зниженню його скловидності. Зразки зерна зволожували з однаковим приростом вологи і відволожували в герметичному посуді. Щогодини 2 UA 68550 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 відволожування визначали їх скловидність за стандартною методикою. На фіг. 3 представлені графіки залежності скловидності зерна від часу відволоження t при різних значеннях К. Отримані результати дозволяють встановити, що зростання індексу лущення К призводить до істотного збільшення швидкості відволожування зерна. При цьому, максимальна швидкість відволожування спостерігається в області значень К=5,0 %. Подальше збільшення значень індексу лущення К призводить до зниження швидкості відволожування. Закономірності, представлені на фіг.2 і фіг. 3, підтверджують справедливість висунутої гіпотези. Особливості отриманих залежностей пояснюються зміною структури поверхневих шарів зерна, а також кількісного вмісту його анатомічних частин з різними гігроскопічними властивостями, що викликається впливом лущення. У діапазоні значень К=0,5 % зростання водопоглинаючої здатності свідчить про збільшення активної площі оболонок. Однак збереження структури й кількісного вмісту алейронового шару, що акумулює вологу, перешкоджає зростанню швидкості відволожування зерна до максимальних її значень. Подальше підвищення значень К пов'язане із втратою зернами значної кількості плодових оболонок і зниженню життєздатності зародка, що повинне призводити до зниження водопоглинаючої здатності зерна. Однак відсутність плодової оболонки й порушення цілісності насіннєвої оболонки створює умови надходженню вологи безпосередньо в алейроновий шар, що компенсує її «захоплення», хоча і з меншим приростом. Максимальна швидкість відволожування, що спостерігається в області значень К=5,0%, очевидно обумовлена втратою зернами більшої частини насіннєвої оболонки і розвитку надривів алейронового шару, що поліпшує проникнення вологи в ендосперм. Зниження питомого вмісту алейронового шару (при значеннях К більше 5,0 %), що відрізняється високою гігроскопічністю і здатністю надійно утримувати поглинену вологу, призводить до зниження водопоглинаючої здатності зерна і швидкості його відволожування. Відомо, що при гідратації утворюючі клейковину білки ендосперму формують структуру поверхневого шару, що характеризується зниженою проникністю вологи. У зв'язку із чим, оголений у результаті лущення ендосперм не здатний швидко поглинати значну кількість вологи і надійно її утримувати. Наведені дані підтверджують, що: - лущення зерна пшениці суттєво підвищує його водопоглинаючу здатність і швидкість проникнення вологи в ендосперм; - лущення зерна повинно здійснюватися без оголення внутрішніх органів зародка та ендосперму, що досягається при значеннях індексу лущення К менше 4,0 %. Проведені дослідження проілюстровані рисунками, де: фіг. 1 - графік залежності енергії проростання Еп від індексу лущення К; фіг. 2 - графік залежності приросту вологості ΔW від індексу лущення К; фіг. 3 - графік залежності зміни скловидності зерна від часу відволожування t. Спосіб здійснюється наступним чином. Зерно пшениці певного типу з певними кондиціями (вологість, скловидність) піддають лущенню в лущильно-шліфувальній машині з абразивним ротором з індексами лущіння, що не перевищують 4,0 %. Після цього зерно зволожують до рекомендованої вологості (див. Правила організації і ведення технологічного процесу на борошномельних заводах. - К.: Київський інститут хлібопродуктів, 1998 р. - С. 17) в пристрої для зволоження зерна будь-якої конструкції. Зволожене зерно завантажують в ємність, де здійснюється його відволожування. Тривалість відволожування залежить від кондицій вихідного зерна та значення індексу лущення К. Відволожене зерно пшениці після цього надходить на помел. Приклад 1. Проводили холодне кондиціювання зерна пшениці, як наведено вище. Для цього використовували зерно пшениці четвертого типу, яке мало такі початкові кондиції: - скловидність 62 %; - вологість 12,9 %. Лущення проводили до досягнення коефіцієнта К=4,0 %. Зволожували за один етап на 4,1% до набуття вологості 17,0 %. Тривалість відволожування склала 3 години. Приклад 2. Проводили холодне кондиціювання зерна пшениці так, як наведено в Прикладі 1. При цьому лущення проводили до досягнення коефіцієнта К=0,5%. Тривалість відволожування склала 11 годин. За відомим способом, що обрано прототипом, кондиціювання пшениці четвертого типу з вказаними початковими кондиціями потребує зволоження і відволожування в три етапи, а загальний час відволожування складає більше 16 годин. 60 3 UA 68550 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб холодного кондиціювання зерна пшениці, що передбачає його зволожування і наступне відволожування, який відрізняється тим, що зерно пшениці перед зволожуванням попередньо піддають лущенню з індексом лущення 0,5-4,0 %. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4