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.