Загальні відомості про зерно та продукти його переробки

До основних зернових культур відносять пшеницю, жито, рис, кукурудзу, ячмінь, овес, просо, чумизу, гречку, до зернобо­бових — горох, квасолю, нут, а до олійних — соняшник, сою, льон, коноплю, ріпу, т.і. Із зерна виробляють головні продукти харчування — борошно, крупи, хліб, макарони, тощо.зерно є важливою сировиною для виробництва спирту, пива та інших на­поїв і основним кормом для домашньої худоби, птиці та риби.

Світове виробництво зерна щорічно складає за 2000 млн т., в тому числі пшениці — біля 600, жита — 2.5, ячменю — 145, вівса — 45, проса — 35, рису — 400, а кукурудзи — 400 млн.т. Світове виробництво сої складає (60...80) млн.т. Щоріч-но. На україні в 1989 році було вирощено 53.7 млн.т. Зерна, в тому числі: пше-ниці — 28,4, кукурудзи — 7,02, ячменю — 10,2, вівса — 1,5, проса — 0,47, гречки — 0,375, зернобобових — 3,33 та соняшни­ка — 2,9 млн. т. Сої дуже мало — біля 150 тис.т.

На жаль, виробництво збіжжя у нас щорічно скорочувалось. Але в 2001 і 2002 роках зібрали майже 40 млн.т., що можна пояс­нити не тільки сприятливими кліматичними умовами, а деяким покращенням структури керування цією стратегічною галуззю. Експорт пшениці з україни складає за 6 млн.т. Щорічно і за про­гнозами досягне 12 млн.т.

Витрати на вирощування 1 т. Складали 250...300 гривень, а ви­трати на приймання, зберігання, сушіння зерна, тощо — 100 грн. Ємності для зберігання зерна в україні складають біля 30 млн.т. (сша — 467 при щорічному виробництві зерна 400 млн.т.)

Потенціал україни щодо вирощування збіжжя складає біля 60 млн.т. Зерна щорічно, вважаючи, що площа ріллі у нас 35 млн. Гектарів, а врожайність — біля 30 ц/га. При підвищенні врожай­ності площу ріллі можна значно скоротити, що дозволить значно скоротити і затрати на вирощування зерна.

З тієї кількості зерна, що вирощують на україні, при доцільному його використанні можна повністю забезпечити про­дуктами харчування все населення, відгодовувати худобу та екс­портувати значну кількість продукції.

Зернобобові культури є основною сировиною для одержання білків. З олійних культур одержують олію, а з відходів — значну

кількість білкових речовин. На жаль, білкові речовини є основ­ним дефіцитом при відгодівлі худоби. Цього можна б було уник­нути розширенням площі посіву сої та інших білкомістких куль­тур, як важливого джерела білків.

Виходячи з того, що таку кількість зерна треба зберігати не

І менш як протягом року, а з урахуванням резервних фондів — значно більший термін, то для цього треба мати і відповідну ємність зерносховищ, які б дозволили не тільки зберігати, а й сортувати, очищати, сушити, знезаражувати, приймати та відпу­скати зерно споживачам. В зв'язку з цим зерносховища мають бу­ти трьох типів: власні зерносховища зерновиробничих госпо­дарств, державні або приватні заготівельні елеватори та вироб­ничі (або перевалочні). В нашій державі понад 700 елеваторів, які можуть переробити за добу 1.3 млн.т. Збіжжя.

За хімічним складом зерно розділяють на крохмалемісткі, білкові та олійні. До першої групи відносять зерно злаків та греч­ки. Крохмалю та вуглеводів вони містять в середньому (70...80)%, білків — (10... 16)%, жирів — (1,5...6)%. До другої групи належить насіння бобових, які містять (20...30)% білків та (60...65)% вугле­водів. Насіння та плоди олійних культур належать до третьої гру­пи і містять (25...50)% жиру та (20...40)% білків.

В залежності від призначення зерно та насіння визначають як борошняні, круп'яні, технічні та фуражні. Пшеницю та жито ви­користовують головним чином для виробництва хлібопекарсь­кого борошна, а тверду пшеницю — для макаронного борошна. До круп'яних культур відносять гречку, рис, квасолю, сочевицю, ячмінь, овес та ін. Насіння олійних культур (соняшник, бавовня­не насіння, льон, соя, конопля та ін.) Відносять до технічних культур. Універсальними культурами вважають ячмінь, овес та інші, які використовують для виробництва крупів, крохмалю, глюкози, а також для виробництва кормів для худоби і птиці.

Більшість злакових хлібних культур відносяться до злакових рослин, які мають схожу будову. Всі злакові складаються із квіткових, плодових та сім'яних оболонок, алейронового шару, ендосперму та зародку. Квіткові ооболонки (9...28)% складають­ся з клітковини (ячмінь, рис, овес) і при переробці відокремлю­ються. Плодові та сім'яні оболонки (3...9)% складаються з неза-своюємих організмом людини (клітковина, мінеральні речовини) речовин і при переробці зерна в борошно теж відокремлюються як висівки.

Алейроновий шар багатий поживними речовинами та вітамінами, які містяться в клітинах. Вони теж відокремлюються разом з висівками. Ендосперм або борошнисте ядро складає всю внутрішню частину зернини. В ендоспермі міститься крохмаль, білок та інші речовини, які складають в залежності від культури (50...79)% від загальної маси зернини. Зародок (2... 11)% уявляє ту частину зернини, з якої розів'ється нова рослина. Він містить по­живні речовини, вітаміни, жир. При переробці зерна зародок по­падає у висівки, а деяка його частина і в борошно. Відокремле­ний та очищений зародок є дуже цінною сировиною для вироб­ництва олії (наприклад, кукурудзяної) та лікувальних препаратів.

Якість зернових культур визначається багатьма показниками: ботаніко-фізіологічними (культура, вид, форма, сорт, схожість, енергія проростання), органолептичними (колір, смак, запах), фізичними, (лінійні розміри, форма, натура), механічними (гра­нична напруга, в'язкість), хімічним складом та властивостями, які були розглянуті вище. Крім цих показників є ще й технологічні властивості, які визначають можливість одержання готового про­дукту певної якості при найменших або припустимих витратах на виробництво (вихід та якість муки, крупів, витрати енергії і ті.).

В зв'язку з тим, що пшениця є основною сировиною для виго­товлення борошна, то розглянемо її характеристики докладніше. Культивують в світі близько 10 видів пшениці, але найбільш поши­реними є м'яка та тверда. М'яка займає до 90% загального валово­го збору зерна. Зерно цих двох видів відрізняється за формою, хімічним складом, біохімічними та технологічними властивостя­ми. Згідно зі світовими стандартами зерно цих видів при заготівлі ділять на шість типів. Більшість з них поділяють на підтипи.

Важливий показник якості пшениці — скловидність. Вона тісно пов'язана із структурою ендосперму і характеризує струк­турно-механічні і технологічні властивості зерна. Високу скло­видність має зерно озимої та ярової пшениці. Воно характери­зується більшим виходом борошна і кращими хлібопекарськими властивостями.

Серед хімічних властивостей зерна першорядне значення має вміст і якість клейковини, яка при бродінні й випіканні надає пшеничному тісту добрі формостійкі якості (об'єм, характер шпар, стійкість при зберіганні). Чим більше клейковини і краще її якість в зерні, тим воно цінніше.

Крім того, м'яку пшеницю оцінюють за силою, під якою ро-

зуміють здатність її у суміші значно поліпшувати слабку (низько­якісну) пшеницю. Для цього до борошна останньої додають (20...30)% борошна, одержанного з зерна сильних пшениць. За­вдяки цьому одержують хліб з належним об'ємом та з добрим м'якушем.

Сила пшениці в основному залежить від білкового комплексу зерна, кількості та якості клейковини. Остання на (80...85)% скла­дається з водонерозчинних білків. Зерно сильної пшениці повин­но містити не менш як 14% білка. Сирої клейковини в зерні має бути не менше, як 28%, а в борошні першого сорту — не менше як 32%. За якістю така клейковина має бути не нижче першої группи. У відповідності з новими стандартами дсту 3768-98 "пше­ниця" (технічні умови) ці вимоги до якості знижені.

Зерно сильної пшениці повинно мати нормальний колір, вла­стивий даному підтипу, відповідати стандарту, а також таким ви­могам: скловидність має бути не менше як 60%, вміст клейкови­ни не менше 28%, якість її не нижче першої групи, вміст пророс­лих зерен не більше як 1%, кількість погано відокремлюємих домішок (вівсюг, гречка татарська) не більше 2%, кількість домішок інших сортів пшениці не більше 10%.

Сорти з добрими хлібопекарськими якостями, що не можуть ефективно поліпшувати слабку пшеницю, відносять до середньої сили пшениці. їх використовують для одержання борошна на­повнювача, а також за основним призначенням.

Тверда пшениця — основна сировина для макаронних ви­робів. Є дві форми твердих пшениць — яра і озима. Озиму виро­щують в основному в південних районах, а яру — в північних районах україни.

Колір зерна твердої пшениці повинен бути нормальний, влас­тивий даному типу, підтипу, класу. Зерна, що втратили природ­ний колір, запах, до переробки на макарони не допускаються. Кількість білка в борошні (крупці) повинна бути не менше 16% при пружній і еластичній клейковині і не нижче другого класу.

Крім окремих зернин має свої характеристики і зернова маса: об'ємна маса, сипкість, здатність до самосортування, шпару­ватість, здатність до сорбції і десорбції різних парів та газів, теп­лопровідність, теплоємність, тощо. Ці характеристики дають змо­гу визначити параметри режимів зберігання та переробки зерна, а також конструктивні характеристики ємностей для зберігання зерна транспортних і технологічних машин та апаратів.

Сипкість зерна характеризується коефіцієнтом зовнішнього та внутрішнього тертя, а також кутом природного нахилу. Зер­нова маса має значну рухомість або сипкість.

Сипкість залежить в значній мірі від форми, розмірів і харак­теру поверхні зерна, його вологості, кількості домішок та їх скла­ду. Так, чим більше відхиляється форма зерна від кулеподібної, тим менша його сипкість. Зерно з шорсткуватою поверхнею й во­логе також менш сипке. Домішки, як правило, зменшують його сипкість.

Враховуючи сипкість, можна застосувати відповідні пристрої та механізми, які дозволяють уникнути витрат ручної праці. Так, використання транспортерів, пневмотранспортних установок, норій дає можливість завантажувати різні транспортні засоби (автомобілі, вагони, судна) і сховища (засіки, склади, траншеї, силосні елеватори).

Кут природного нахилу зернових залежно від стану зміню­ється від 20° до 60° і характеризує стан сипкості зернової маси.

Кути тертя по різній поверхні також мають значення при про­ектуванні та експлуатації зерносховищ, борошномельних, круп'яних та комбікормових заводів, а також навантажувально-розвантажувальних пристроїв.

Самосортування. Переміщення зернової маси супровод­жується самосортуванням, тобто нерівномірним розподілом ком­понентів зернової маси у межах насипу або зернової ємності.

Самосортування — результат сипкості й неоднорідності час­тинок, з яких складається зернова маса. Неоднорідність зерна за формою, питомою вагою, масою 1000 зернин сприяє різній па­русності зерна, тобто різній швидкості переміщення кожної час­тинки в повітряному потоці.

Самосортування зернової маси найбільш проявляється під час навантажування та розвантажування зерносховищ. При цьому добре виповнене з великою питомою вагою і малою парусністю зерно швидко досягає дна. Мале щупле зерно та домішки з вели­кою парусністю опускаються повільно і відкидаються вихровими потоками повітря до стін або скочуються по поверхні конуса, який утворюється зерновою масою. У зв'язку з цим створюється неоднорідна зернова маса в силосах, насипу і складах.

При самосортуванні в зерновій масі можуть утворюватися ділянки, неоднорідні за фізіологічною активністю. Нагромад­ження легких домішок і пилу створює умови для самозігрівання.

Натура або об'ємна маса зерна визначається як маса одно­го літра (1дм ) v зерна, тобто

Натура відрізняється від густини зернин

,

Тобто є відношенням маси твердої частини зернини т3 до її об'єму v3.

Шпаруватість (пористість). Наявність шпар у зерновій масі дуже впливає на фізичні й фізіологічні процеси, що відбуваються в зерні. Так повітря, яке циркулює у шпарах, сприяє передачі теп­лоти шляхом конвекції, а також переміщенню вологи через зер­нову масу у вигляді пари.

Значна газопроникність зернової маси дає можливість проду­вати її повітрям (при активному вентилюванні), а також дезин-фекціонувати відповідними препаратами. Певна кількість повітря в міжзернових просторах необхідна для збереження життєздатності насіння.

Під час зберігання зерна мають значення загальні розміри шпар і їх структура. Чим більша шпаруватість, тим менша об'ємна густина зернової маси. В зв'язку з цим для її розміщення необхідна більша за об'ємом ємність сховища.

Розмір і форма шпар діють не тільки на газопроникність зер­нової маси, але й на сорбційні властивості шпар при активному вентилюванні. Шпаруватість залежить від форми, розмірів та стану поверхні зерна, кількості й складу домішок, вологості зер­нової маси та визначаються за формулою:

Або інакше ,

де v — загальний об'єм зернової маси,

р ,р— об'ємна густина зернової маси та густина окремої зернини.

Шпаруватість зерна змінюється в межах (30...60)%, густина

, об'ємна маса .

Сорбційні властивості. Зерно і насіння всіх культур вбирають з навколишнього середовища пару різних речовин та гази і на­впаки, при певних умовах виділяють їх, особливо вологу.

В зерновій масі спостерігаються адсорбція, абсорбція, капі­лярна конденсація, хемосорбція. Здатність зерна до сорбції зу­мовлена його капілярно-пористою колоїдною структурою і шпа­руватістю маси. Установлено, що лише за рахунок макро- та мікрокапілярів поверхня зерна збільшується в 20 разів порівняно

з власною поверхнею, яка складає приблизно (1,5... 2,0) м в одно­му кілограмі.

Зерно — це живий організм, тому вологообмін між зерновою масою відбувається безперервно. Спрямованість та інтенсивність сорбції і десорбції парів вологи залежить від тиску водяних парів в навколишньому середовищі та на поверхні зерна (рівноважна вологість). Якщо парціальний тиск водяних парів на поверхні зерна більший, ніж у повітрі, то волога випаровується. При рівновазі цих показників вологообмін між повітрям і зерном при­пиняється, що на практиці буває рідко.

В зв'язку з цим режим сушіння, активного вентилювання зер­нової маси слід провадити тільки з урахуванням здатності зерна до сорбції та десорбції. Зміна вологості зерна і насіння при зберіганні зумовлюється його сорбційними властивостями.

Зернова маса і окремі зернини характеризуються теплофізич­ними та масообмінними властивостями, з яких при визначенні режимів зберігання зерна найбільше використовують теп­лоємність, тепло-, температуро- та термовологопровідність.

Теплоємність. Питома теплоємність сухого скелету зерна знач­но нижча, ніж вологого, та складає с = (1300... 1400) дж/(кгк), а вода = 4200 дж/(кг ), повітря — = 1000 дж/(кг-к). Тобто із збільшенням вологості теплоємність зерна повинна зростати. Теплоємність необхідно знати при розрахунках процесів нагрівання, охолодження та сушіння зерна. Питома теплоємність сухого зерна більша за теплоємність повітря і значно менша теп­лоємності води. Теплоємність зерна складається з теплоємностей його складових частин і визначається за законом копа.

Теплопровідність характеризує теплоізолюючі властивості і визначає кількість теплоти, яка проходить через одиницю площі матеріалу при різниці температур в один градус, Зер­нова маса має низьку теплопровідність, що зумовлено її ор­ганічним складом, а також наявністю повітря в міжзернових про­сторах. Коефіцієнт теплопровідності зернової маси становить (0,10...0,13) вт/(), із збільшенням вологості зернової маси до певних меж, теплопровідність збільшується.

Температуропровідність — показник швидкості зміни темпера­тури в тому чи іншому матеріалі. Зернова маса характеризується низьким коефіцієнтом температуропровідності, тобто великою тепловою інерцією. Це має позитивні й негативні сторони. Позити­вно, що своєчасне охолодження зернової маси (на початку збері-

гання) й надалі добре організоване зберігання дають можливість тривалий час підтримувати в ній порівняно низьку температуру.

Негативно, що навіть при оптимальних умовах зберігання теплота, яка виділяється внаслідок життєдіяльності зерна, може затримуватися, приводити до підвищення температури та са­мозігрівання. Температуропровідність зерна в середньому скла­дає

Слід враховувати, що швидкість зміни температури в зерновій масі залежить від способу зберігання й типу зерносховищ. У скла­дах, де висота насипу невелика, зерно має більший контакт з по­вітрям, тому температура його змінюється швидше, ніж у силосах.

Термовологопровідність — переміщення вологи в зерновій ма­сі під дією різниці температур, (% /°к). Це явище спостерігається навіть у зерновій масі з дуже низькою вологістю ( 0,14% / °к).

Переміщення вологи в зерновій масі при різній температурі є результатом не тільки термовологопровідності, але й конвекції. При цьому волога в стані пари рухається разом з конвективними потоками повітря. Це явище спостерігається при нерівномірному нагріванні стін силосів, розміщенні теплої зернової маси на бе­тонних, заасфальтованих підлогах складу, великій різниці між температурою повітря і зерна, при його сушінні на сонці.

Переміщення вологи в напрямі потоку теплоти часто приво­дить до конденсування водяних парів, тобто утворення крапель­но-рідинної вологи в окремих ділянках зернової маси, що нега­тивно впливає на збереження зерна.