Text (PDF):
Read
Download
Введение В настоящее время проблема качества зерна, идущего на производство крупы, связана со значительным снижением требований, предъявляемых к зерну, которое направляется в цех на переработку [1]. Такой подход при переработке зерна приводит к ухудшению его качества, изменению потреби- тельских свойств, уменьшению массовой доли вы- хода и срока хранения готового продукта. По мне- нию специалистов, главными причинами резкого снижения качества хранимого зерна является ряд нерешенных проблем. Изменение, потеря качества и массы зерна про- исходит на всех этапах его движения от поля до переработки. При производстве зерна под влиянием неблаго- приятных погодных условий, при частом выпаде- нии дождей в предуборочный и уборочный перио- ды происходит прорастание зерна на корню в вал- ках или при хранении зерна на открытых токах. Прорастание зерна ухудшает его технологические качества и потребительские свойства готового про- дукта. Нарушение качества зерна может произойти и при несоблюдении требований агротехнических мероприятий [2]. Товарное зерно может быть ухудшено не только в поле, но и в результате сушки влажного или сы- рого зерна, особенно при несоблюдении установленных режимов сушки, такое зерно имеет характерный коричневый или темный цвет. По данным Всероссийского НИИ зерна, затраты на послеубо- рочную обработку и хранение составляют 25-30 % от общих затрат на производство зерна, из них до 60-70 % приходится на сушку, что связано с энер- гоемкостью процесса. Снижение роли элеваторно-складского хозяй- ства в подготовке и формировании партий зерна для переработки в крупу создает проблему разно- качественности зерна. В результате товарные пар- тии формируются поставщиками зерна из большого числа мелких партий разного качества и поставля- ются непосредственно на перерабатывающие пред- приятия вместо больших однородных партий, что ведет к проблеме обеспечения стабильности выхо- да и качества крупы. В России только 10-20 % зерна хранится на эле- ваторах и хлебоприемных предприятиях, так как элеваторы находятся в собственности акционерных обществ или частных владельцев. Следовательно, 80-90 % зерна хранится у производителей, где практически отсутствует зерносушильная, очисти- тельная техника, необходимое количество зерно- хранилищ и отсутствуют условия для обработки и хранения зерна [3]. Кроме того, хранение зерна в хозяйстве требует значительных финансовых затрат, поэтому далеко не все производители могут соблюсти необходимую технологию приёма и по- слеуборочной обработки зерна. При этом наибольшие потери у производителей зерна могут происходить в процессе хранения из-за низкой материально-технической базы по обработ- ке и хранению зерна. Условно все процессы, происходящие в пищевых продуктах при хранении, можно подразделить на пять основных групп: физические (увлажнение и усушка), химические (прогоркание жиров), биохимические (дыхание и гидролиз), микробиологические (плесне- вение, гниение) и биологические (вызываются грызу- нами и насекомыми-вредителями) [4]. Все вышеуказанные проблемы значительно влияют на показатели качества зерна, используемо- го для выработки крупы. Выработанная из такого зерна крупа менее стабильна при хранении, в ней распад липидов происходит интенсивнее, чем в выработанной из нормального зерна [5, 6]. В настоящее время для того, чтобы подготовить партию для переработки, производители круп вы- нуждены устанавливать фотоэлектронные сортировщики как при подготовке зерна для удаления дефектных зерен, так и для контроля крупы для удаления трудноотделимой примеси и испорчен- ных зерен, которые могут возникнуть при перера- ботке зерна в крупу на этапе гидротермической обработки. В связи с этим важным является исследование зерна гречихи, которое по каким-то причинам не прошло послеуборочной обработки, и хранилось в неприспособленных условиях. Наиболее характерным примером является зерно гречихи, убранное из-под снега. Целью настоящей работы является исследова- ние влияния процесса гидротермической обработки на механические характеристики зерна гречихи хранившегося под снегом. Объекты исследования В качестве объектов исследования использовали ядро и крупу зерна гречихи убранного весной 2015 года после схода снега, и ядро и крупу нормального качества. Анализ зерна гречихи, убранного весной, позво- ляет утверждать, что все исследуемые образцы по показателям качества и безопасности соответству- ют требованиям нормативной документации и мо- гут быть использованы для переработки в крупу гречневую ядрица. Однако было установлено, что хранение зерна под снегом приводит к порче зерна и появлению дефектных зерен. По своим показателям дефекты такого зерна можно считать незначительными, так как использование фотоэлектронного сортировщи- ка позволяет удалять такие зерна на этапах очистки зерна и контроля крупы гречневой ядрица. Перера- ботка зерна в производственных условиях показала, что выработать крупу гречневую высшего сорта из такого зерна даже при наличии фотоэлектронного сортировщика согласно требованиям нормативной документации невозможно. В зерне гречихи были выявлены четыре основ- ных дефекта, наличие которых как показали произ- водственные испытания, приводит к появлению испорченных зерен на этапе гидротермической обработки (ГТО). Как известно, производство крупы гречневой ядрица включает этап гидротермической обработки зерна [7]. К таким дефектам были отне- сены: проклюнувшиеся, проросшие, заплесневелые и зерна с поврежденной плодовой оболочкой. При- чем два дефекта (проклюнувшиеся и зерно с по- врежденной оболочкой) не регламентируются требованиям ГОСТ Р 56105-2014 и не учитывались при приемке и формировании партий для перера- ботки зерна в крупу. Характеристика дефектов зерна гречихи убранного весной после схода снега, представлена в табл. 1. Таблица 1 Характеристика дефектов зерна гречихи весеннего срока уборки Дефект Характеристики дефекта Требования ГОСТ56105-2014 Причинывозникновения Влияние на качествоготовой продукции Проклюнувшее-ся ядро Внешне не отличается отнормального зерна Не нормируется Повышенная влаж-ность зерна Потемнение эндоспер- ма при ГТО, относят к испорченным зернам Заплесневелое ядро Затхлый запах и вкус Общее содержаниеиспорченных зерен в партии не более 0,3 % Нарушение условийхранения (высокая влажность и темпе- ратура) Проросшее ядро В вершине зерна виденросток Не более 3,0 % Повышенная влаж-ность зерна Ядро из зерна с поврежденными оболочками Зерно с поврежденнойоболочкой, открытая часть ядра может бытьокрашена (светло- илитемно-коричневого цвета) Не нормируется Механическое по- вреждения зерна во время уборки или транспортировки Подготовку образцов производили по следую- щей методике. Из поступающего в бункер готовой продукции крупы ядрица производственно- техническая лаборатория выделяла образцы массой 5,0 г для каждого вида дефектных зерен. Из этой навески методом случайного отбора выбирали ядро и направляли на исследования. Исследования про- водили для образцов ядра вышеуказанных дефек- тов и нормального ядра результаты приведены в табл. 2. Таблица 2 Образцы вышеуказанных дефектов и нормального ядра Образец До ГТО Образец После ГТО 1 Проклюнувше-еся ядро 1/1 Проклюнувшеесяядро 2 Заплесневелоеядро 2/1 Заплесневелоеядро 3 Проросшееядро 3/1 Проросшее ядро 4 Ядро из зерна споврежденны- ми оболочками 4/1 Ядро из зерна споврежденными оболочками 5 Нормальноеядро 5/1 Нормальное ядро Анализ представленных образцов дефектных зерен позволяет утверждать, что проклюнувшиеся, заплесневелые и проросшие зерна являются резуль- татом биохимических изменений, зерна с повре- жденными оболочками - результатом механическо- го разрушения плодовых оболочек зерна в процессе обмолота или его перемещения. При подготовке материала были использованы общепринятые методы, а также методы электрон- ной микроскопии и термомеханического анализа [8]. Все исследования проводились в 3-5-кратной повторности и обрабатывались статистически. Результаты и их обсуждения В результате исследований, проводившихся в 2001-2015 гг., было выявлено, что при переработке зерна гречихи, которое хранилась в ненадлежащих условиях, в том числе и в зерне, убранном весной в 2015 г. после схода снега, появление испорченных зерен в крупе ядрица связано с наличием дефект- ных зерен. Микрофотографии поверхности ядра вышеука- занных дефектов и нормального зерна до и после этапа ГТО изучали на сканирующем электронном микроскопе JSM-840 (Jeol, Япония), полученные изображения представлены на рис. 1. Из представленных на рис. 1 микрофотографий следует: Проклюнувшееся до ГТО ядро в области вершины имеет повреждение оболочки, видны за- чатки ростка. При ГТО проклюнувшегося зерна гречихи рис. 1.1/1) характер повреждений не изме- няется, такие зерна в зерне гречихи выделить из основного зерна согласно требованиям норматив- ной документации невозможно. В зерне возможно наличие плесневых грибов, (рис. 1.2), которые образуют на поверхности ядра ветвящиеся мицелии, они хорошо видны невооруженным глазом. Их наличие на поверхности ядра не только ухудшает технологические свойства зер- на, но и вредит здоровью при употреблении. При ГТО зерна, поврежденного плесенью (рис. 1.2/1), происходит спекание мицелий, а ядро темнеет. Проросшее ядро до ГТО (рис. 1.3): в области вершины видны значительные повреждения тре- щины оболочки и росток, который может дости- гать нескольких миллиметров. При ГТО проросше- го зерна (рис. 1.3/1) характер повреждений не из- меняется. После шелушения значительная часть ростков удаляется и в вершине образуется харак- терное повреждение в виде воронки, что приводит Проклюнувшееся ядро до ГТО 1/1) Проклюнувшееся ядро после ГТО Ядро заплесневелое до ГТО 2/1) Ядро заплесневелое после ГТО Проросшее ядро до ГТО 3/1) Проросшее ядро после ГТО Ядро с поврежденной оболочкой до ГТО 4/1) Ядро с поврежденной оболочкой после ГТО Ядро нормальное до ГТО 5/1) Ядро нормальное после ГТО Рис. 1. Микрофотографии поверхности ядра гречихи с различными дефектами и нормального зерна до и после ГТО к ухудшению товарного вида вырабатываемой крупы. Кроме вышеназванных возможных дефектов, в зерне содержатся зерна с поврежденной плодо- вой оболочкой, ядро до ГТО (рис. 1.4) под влияни- ем неблагоприятных условий хранения может ста- новиться неполноценным, на поверхности видны повреждения, которые, возможно, возникли в ре- зультате поражения открытых частей ядра микро- организмами. Такие места у ядра характеризуются изменением цвета ядра, становятся более темными (пигментированные ядра). При ГТО зерна с повре- жденной плодовой оболочкой (рис. 1.4/1) характер повреждений ядра несколько уменьшается, воз- можно, вследствие желатинизации крахмала по- верхности ядра, однако указанная часть ядра тем- неет - такие зерна относят к испорченным. На рис. 1.5 представлена микрофотография наружной поверхность нормального ядра гречихи, семенная оболочка имеет ячеистую структуру. Ячейки различной многогранной формы с хорошо различимыми границами без повреждений. При ГТО зерна (рис. 1.5/1) изменяется его ячеистая структура, форма ячейки становится более выраже- на, такие изменения, возможно, связаны с клейсте- ризацией крахмала как на поверхности зерен, так и внутри его и приводят к упрочнению ядра. Зерно, содержащее вышеуказанные дефекты, характеризуется более высокой массовой долей кислотного числа жира (КЧЖ) и кислотности [9]. Изменение механических свойств изучали на термомеханическом анализаторе Shimadzu-60 (Япония) по методике, описанной в работе [10]. Устройство для испытания образцов (рис. 2) пред- ставляет собой латунный цилиндр - 1, в котором для устойчивого расположения ядра выбрана по- лость с углом 60º и глубиной 0,5 мм - 2. Рис. 2. Устройство для механических испытаний образцов На столик этой измерительной ячейки помеща- ли ядро гречихи вертикально вниз, а затем на одну точку грани ядра направляли индентор диаметром 3 мм со скоростью нагружения 10 г/мин в течение 40 мин, максимальная нагрузка (Р) на образец со- ставляла 400 г. Результаты механических испытаний ядра гре- чихи до ГТО представлены на рис. 3, где по оси у, слева, показано изменение линейного размера об- разца в %; справа по оси у - нагружение индентора прибора на образец в граммах. По оси х указано время проведения эксперимента в минутах. Свой- ства прибора и его программное обеспечение поз- воляют производить нагрузку на образец только в граммах. Эксперименты проводили в воздушной среде при атмосферном давлении и температуре 20 °С. Цифры, указанные на механических кривых, означают величину деформации при максимальной нагрузке 400 г на образец за 40 мин. Рис. 3. Механические кривые дефектных ядер до ГТО «весеннего» и нормального ядра, где 1 - проклюнувшееся ядро, 2 - заплесневелое ядро, 3 - проросшее ядро, 4 - ядро из зерна с поврежденной оболочкой, 5 - нормальное ядро «осеннего» урожая Рис. 4. Механические кривые дефектных ядер «весеннего» и нормального ядра после ГТО, где 1 - проклюнувшееся ядро, 2 - заплесневелое ядро, 3 - проросшее ядро, 4 - ядро из зерна с поврежденной оболочкой, 5 - нормальное ядро «осеннего» урожая Из представленных на рис. 3 данных следует, что минимальная относительная деформация со- ставляет 4,5 % и соответствует образцу нормально- го ядра. Для проклюнувшегося ядра относительная деформация составляет 4,8 %, для заплесневелого зерна - 52,4 % (образец разрушился), для пророс- шего зерна - 17,1 %, для зерна с поврежденной оболочкой - 8,5 %. Результаты механических испытаний ядра после ГТО гречихи представлены на рис. 4. Из представленных на рис. 4 данных следует, что минимальная относительная деформация составляет 2,3 % и соответствует образцу нормально- го ядра. Для проклюнувшегося ядра относительная деформация составляет 3,2 %, для заплесневелого зерна - 6,9 %, для проросшего зерна - 3,0 %, для зерна с поврежденной оболочкой - 6,3 %. Проведенные исследования и характер де- формации дефектных зерен позволяют утверждать, что вышеуказанные дефекты можно характеризо- вать как развитие двух параллельных процессов механического разрушения ядра и биохимической порчи ядра: проклюнувшиеся, проросшие ядра - стадия прорастания, механическое разрушение ядра, свя- занное с разрушением оболочек и деформацией ядра; ядра с темными ребрами, заплесневелые ядра - стадия порчи зерна, вследствие протекания гидролитических процессов расщепления жира происходит прогоркание и потемнение ядра. Для сравнения упругих свойств дефектных и нормального ядер был определен модуль упругости при 4,0 % деформации. Результаты изменения мо- дуля упругости при 4,0 % деформации исследуе- мых образцов зерна гречихи представлены в табл. 3. Таблица 3 Результаты изменения модуля упругости при 4,0 % деформации исследуемых образцов зерна гречихи Образец До ГТО Модуль упругости, кг/см2 Образец После ГТО Модуль упру- гости, кг/см2 1 Проклюнувшееся ядро 10,8 1/1 Проклюнувшее ядро 11,2 2 Заплесневелое ядро 0,5 2/1 Заплесневелое ядро 5,8 3 Проросшее ядро 2,0 3/1 Проросшее ядро 15,3 4 Ядро из зернас поврежденными оболочками 4,5 4/1 Ядро из зерна с поврежден-ными оболочками 6,1 5 Нормальное ядро 12,5 5/1 Нормальное ядро 20,9 Из представленных результатов следует, что при шелушении зерна гречихи вероятность разру- шения ядра будет происходить в следующей после- довательности: - заплесневелое; - с поврежденной плодовой оболочкой; 3 - проклюнувшееся; - проросшее; - нормальное. Отличительной особенностью всех вышеука- занных дефектных зерен является низкая прочность по отношению к нормальному зерну. В табл. 4 представлен коэффициент уменьшения прочности ядра как отношение прочности ядра до и после ГТО. Таблица 4 Коэффициент уменьшения прочности ядра 1 - ядро из зерна с поврежденными оболочками; 2 - проклюнувшее ядро; - проросшее ядро; - заплесневелое ядро. При переработке зерна с указанными дефектами в крупу выход целого ядра уменьшается и увеличивает- ся доля разрушенного ядра (продела, кормовой муч- ки). Кроме того, при выделении испорченных ядер, которые образуются при переработке зерна на этапе ГТО, возможно удаление определенной массовой доли крупы ядрица. Показатели массовой доли про- дуктов переработки нормального и весеннего срока уборки урожая представлены в табл. 5 [11]. Таблица 5 Массовая доля продуктов переработки нормального зерна и весеннего срока уборки урожая Образец Наименование Коэффициентуменьшения прочности 1 Проклюнувшееся ядро 1,5 2 Заплесневелое ядро 7,6 3 Проросшее ядро 5,7 4 Ядро из зерна с повре-жденными оболочками 1,3 5 Нормальное ядро 1,9 Наименова- ние Массовая доля продуктовпереработки, % Нормально- го зерна сорт 1 Весеннего срока убор- ки сорт 3 Базис-ные нормы выхода Крупаядрица 69,3-72,1 62,5-65,5 не менее62,0 Крупапродел 0,2-0,8 0,6-1,2 не более5,0 Мучкакормовая 0,4-1,2 0,9-2,1 не более3,5 Отходы Ι иΙΙ категории 4,5-5,7 6,3-7,8 не более6,5 Как следует из представленных данных по сте- пени деградации механической прочности ядра, изученные образцы можно расположить в таком порядке: Из представленных данных следует, что при пе- реработке зерна весеннего срока уборки в крупу гречневую ядрица массовая доля выхода и целого продукта уменьшается по отношению к нормаль- ному зерну, однако показатели соответствуют ба- зисным нормам. Таким образом, проведенные исследования позволяют утверждать, что зерно хра- нившееся в ненадлежащих условиях, отличается от нормального заниженной механической прочно- стью и увеличенной долей дефектных зерен. Их наличие влияет не только на качество, но и массо- вую долю вырабатываемой готовой продукции.