CC BY
5УДК 664.696.1
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ В ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗЕРНОВЫХ
ИЗДЕЛИЙ
Кузнецова Н.А., студент группы 16ТПООП(ба)ОП, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: ya.nainka91@yandex.ru
Узенбаев Ф.Г., к.т.н., доцент кафедры общей физики, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: ya.nainka91@yandex.ru
В настоящее время все более популярными становятся зерновые продукты быстрого приготовления, такие как овсяные хлопья «Геркулес» и «Экстра». Подобные продукты начали вырабатывать из крупы других культур: пшеницы, ячменя, пшена и т.д. Как правило, многие виды крупы, из которых вырабатывают хлопья, имеют низкий выход и пищевую ценность. В процессе шелушения и шлифования зерна удаляется значительная часть белка, витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон и т.д. Выработка многокомпонентных зерновых хлопьев из различных видов зернового сырья весьма эффективна. Она позволяет использовать широкий круг сырьевых ресурсов, производить продукты с лучшими потребительскими достоинствами и более высокой пищевой ценностью. Кроме того, в смеси можно использовать и менее традиционные для изделий виды сырья (рожь, горох и другие). Тем самым, тема является актуальной.
Ключевые слова: зерновые культуры, зерновые хлопья, гидротермическая обработка, плющение, пропариватель.
Отличительной особенностью технологии при переработке зерна является использование модуля (водно-тепловой) гидротермической обработки (ГТО) после зерноочистительного отделения крупозавода перед его шелушением.
Модуль ГТО выполняет следующие технологические операции: увлажнение зерна, отлежку в бункерах, предварительный наружный подогрев, пропаривание водяным насыщенным паром и высушивание.
Каждая технологическая операция вносит свою определенную долю в достижение конечного результата - производство пропаренной крупы.
1. Увлажнение и отволаживание способствует извлечению водой и накоплению между цветочной оболочкой и ядром водного раствора, обогащенного витаминами, ароматическими веществами, макро- и микроэлементами.
2. Пропаривание позволяет активизировать процессы извлечения полезных веществ из цветочных оболочек и поверхностных слоев ядра, начатые в первой фазе, за счет частичной конденсации пара на поверхности зерна, а также перенести растворенные полезные вещества вглубь ядра за счет действия избыточного давления пропаривания.
При проникновении влаги-конденсата вглубь ядра и воздействии температуры пара и конденсата происходит клейстеризация крахмала и денатурация белков, что, в свою очередь, приводит к склеиванию внутренней трещиноватости в ядрах зерновых. Этому также способствует то, что в трещины более активно проникает горячий конденсат от пара.
3. Процесс высушивания зерна после пропарки, кроме доведения его до необходимой влажности позволяет продлить время пропаривания и завершить процессы «утрамбовки крахмала» (клейстеризации), что способствует получению более прочного зерна.
Выбор способа ГТО зависит от строения зерна, ассортимента продукции, воздействия режима обработки на изменение внешнего вида крупы и т. д. Наиболее
распространены два способа ГТО: первый включает операции пропаривания, сушки и охлаждения; второй - увлажнения и отволаживания.
Первый способ ГТО (пропаривание - сушка - охлаждение) применяют при переработке гречихи, овса и гороха. Особенность его заключается в высокой (свыше 100 °С) температуре нагрева зерна. Пропаривание зерна способствует равномерному его увлажнению. Пар, обладая высокой проникающей способностью, не только омывает наружную поверхность зерна, но и заполняет пространство между цветковыми пленками и ядром. Так как поверхность зерна имеет более низкую температуру, чем температура пара, то он конденсируется, равномерно увлажняя как наружную поверхность зерна, так и внутренние, скрытые, поверхности, что и способствует равномерности увлажнения всей зерновки.
В результате прогрева и увлажнения в зерне происходят частичные химические преобразования, ядро пластифицируется, становится менее хрупким и меньше дробится при шелушении и шлифовании.
Пластификация ядра происходит и в результате некоторых химических преобразований. Происходят клейстеризация некоторой части крахмала, образование небольшого количества декстринов, обладающих клеящими свойствами, и т. д. После пропаривания зерно сушат в сушилках, а затем охлаждают до температуры, не превышающей более чем на 6...8°С температуру производственного помещения. Подсушивание зерна применяют для удаления избыточной влаги, дальнейшего повышения прочности ядра и снижения прочности цветковых пленок и оболочек. Если в процессе пропаривания овса его влажность повышается на 4...6 %, то в процессе подсушивания она снижается на 9,0...10 %. Такое резкое изменение влажности зерна под воздействием температуры приводит к значительным изменениям структурно-механических и биохимических свойств зерна. Оболочки сильно подсыхают, их влажность становится на 3...5 % меньше влажности зерна, что способствует снижению их прочности, и они легко отделяются от ядра. При этом прочность ядра повышается в результате глубоких биохимических изменений, вызванных денатурацией белков, гидролизом крахмала и повышением содержания декстринов, обладающих клеящими свойствами.
Охлаждение после сушки дополнительно снижает влажность зерна и приводит к повышению хрупкости оболочек. Однако сушку и охлаждение необходимо проводить достаточно осторожно: чрезмерное подсушивание и охлаждение приводят к повышению хрупкости ядра и снижению выхода целой крупы при последующей переработке. Режимы пропаривания, сушки и охлаждения тесно связаны со способами шелушения зерна.
Охлаждение пропаренного и подсушенного крупяного зерна необходимо проводить постепенно и равномерно, без резких температурных колебаний, чтобы не вызвать увеличения в нем количества микротрещин и не увлажнить оболочки. Зерно охлаждают в аспирационных колонках. Режимы гидротермической обработки, рекомендуемые для зерна разных культур.
Второй способ ГТО (увлажнение - отволаживание) применяют для пшеницы и кукурузы. Зерно увлажняют теплой водой (температурой 40 °С) в специальных аппаратах или обрабатывают в пропаривателях непрерывного действия при низком давлении пара. Увлажненное зерно отволаживают в бункере в течение нескольких часов. В результате зерно приобретает повышенную пластичность, меньше дробится при шелушении. Вследствие возникающих в зерне механических напряжений наружные оболочки частично отслаиваются и легко отделяются при шелушении.
Этот способ может быть применен и для овса при условии последующего шелушения в центробежном шелушителе (шелушение однократным ударом). В этом случае зерно увлажняют до 16...18 % и отволаживают в течение 8 ч.
Таким образом, крупа, полученная из зерна, обработанного паром, позволяет сохранить витамины и минеральные вещества, присутствующие в верхнем слое зерна, которые по обычным технологиям теряются в результате очистки и шлифовки.
Очень важно знать, что каши из зерен, обработанных паром, выглядят более аппетитными и рассыпчатыми, не слипаются во время приготовления, становятся более воздушным, чем обычные каши из полированного зерна.
Такие крупы сохраняют более 80% витаминов и минеральных веществ, которые теряются в результате обычных методов очистки - при удалении внешней оболочки и полировки.
Адиабатический или адиабатный процесс - термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается теплотой с окружающим пространством.
Рисунок 1 - Адиабатный процесс
Рассмотрим технологический процесс производства попкорна, в расчете на 6-унцовый аппарат.
1) Котел аппарата по приготовлению «попкорна» прогревается до достижения температуры 200 - 2400С (перед первой жаркой всегда прогревайте котел в течении 5-7 минут).
2) Включается привод мешалки котла, на дно емкости закладывается (заливается) масло - 35-40 г, засыпаются зерна кукурузы - 170 г, соль для попкорна (Flavacol). Под воздействием температуры происходит многократное взрывное увеличение объема зерен. За счет этого приподнимается крышка котла и полученные хлопья воздушной кукурузы «попкорн» выпадают на поддон аппарата.
3) После прекращения процесса взрывания зерен кукурузы (примерно от 3 до 4 минут), попкорн высыпается в аппарат.
4) При необходимости хлопья воздушной кукурузы «попкорн» дополнительно посыпаются вкусо-ароматическими добавками из расчета 5-6% от веса попкорна, т.е. для одной закладки аппарата - 7-8 г.
5) Готовый продукт фасуется.
Ученые установили, что оптимальное содержание влаги в зерне составляет от 13,5 до 14 процентов от его общего веса. Они пришли к выводу, что идеальная форма для неразорвавшегося ядра - сфера. Вирот и Пономаренко не заинтересованы в улучшении попкорна, а просто хотели понять физическое происхождение некоторых его наиболее отличительных черт, например, почему он прыгает и издает звуки.
Оказалось, что когда ядро нагревается выше 100 градусов по Цельсию, вода внутри превращается в пар, который давит на эндосперм, создавая расплавленную массу. Давление продолжает расти, а когда оболочка зерна не выдерживает, то лопается.
Литература
1. Бедрицкий, А. Реальная теоретическая физика: Глобальная физическая теория. Логическая материалистическая физика / А. Бедрицкий. - М.: Ленанд, 2016. - 272 с.
2. Кириллин, В. А. Техническая термодинамика: учебник для вузов / В.А. Кириллин и др. - М.: Издательство МЭИ, 2008. - 496 с.
3. Третьяков, Н.Н. Курс физики. В 3-х тт. Том 3 Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц: учебник / Н.Н. Третьяков, В.В. Исаичев, Ю.А. Захваткин. - СПб.: Лань, 2016. - 308 с.
4. Цециновский, В.Н. Технологическое оборудование зерноперерабатывающих предприятий / В.Н. Цециновский, Г.Е. Птушкин. - Москва: Колос, 1976. - 367 с.
5. Демский, А.Б. Оборудование для производства муки и крупы / А.Б. Демский и др. - М.: Агропромиздат, 1990. - 351 с.
