Под гидротермической обработкой понимают обработку зерна водой и теплом для направленного изменения (улучшения) всего технологического комплекса (мукомольных, хлебопекарных, макаронных, крупяных свойств) зерна, обеспечивающего наибольший выход готовой продукции с лучшими показателями качества и наименьшей затратой энергии.
Гидротермической обработке подвергают в основном зерно пшеницы, значительно реже зерно ржи, а также при переработке в крупу риса, овса, гречихи, кукурузы и гороха. При подготовке к переработке зерна применяют гидротермическую обработку и пропаривание. При гидротермической переработке на зерно воздействуют: вода, используемая для увлажнения зерновой массы; тепло, применяемое для прогрева зерна или его обезвоживания (сушки); длительность обработки зерна водой и теплом (пребывание в кондиционере), отволаживание в специальных бункерах; воздушная среда, в которой происходит гидротермическая обработка.
Влияние этих факторов на зерно усиливается при комплексном их воздействии. При подготовке зерна к помолу различают холодное, горячее, скоростное и вакуумное кондиционирование.
При холодном кондиционировании зерно водой температурой 18... 20 °С или подогретой до 30... 35 °С в аппаратах или моечных машинах увлажняют до 14,0... 16,5% и затем отволаживают в течение 4... 24 ч без регулирования температуры. При горячем кондиционировании используют специальные аппараты- кондиционеры. Зерно, увлажненное до 14... 16%, проходит тепловую обработку в кондиционере при температуре 45... 57 °С. Температурный режим обработки и его продолжительность (4... 12 ч) устанавливают в зависимости от реологических свойств клейковины, стекловидности и других показателей.
Горячее кондиционирование сопровождается более глубокими изменениями зерна и ускорением физико-химических и биохимических процессов по сравнению с холодным кондиционированием. Скоростное кондиционирование — это обработка зерна паром с применением специальных аппаратов (AGK), ускоряющее процессы, происходящие в зерне. На мукомольных заводах чаще используют холодное кондиционирование, реже горячее и изредка скоростное.
Кондиционирование зерна оказывает большое влияние на его мукомольное достоинство. Эндосперм становится рыхлее, оболочки эластичнее, связь их с эндоспермом ослабляется. Все это увеличивает выход и улучшает качество крупок и дунстов в драном процессе, повышает выход и качество (снижает зольность) готовой продукции, уменьшает удельный расход энергии. Воздействие воды и тепла вызывает в зерне комплексные физико-химические, коллоидные и биохимические процессы, приводящие к изменению его хлебопекарного достоинства.
Вода и тепло, применяемые при кондиционировании, создают для зерна (живой биологической системы) условия, совпадающие с теми, при которых зародыш зерна начинает расти. Это приводит к активизации его ферментных систем, к началу расщепления высокомолекулярных, до этого физиологически неподвижных веществ — начальному этапу перевода их в растворимое состояние и перемещения в зону зародыша для синтеза и формирования зачаточных тканей будущего растения.
Можно назвать две движущие силы переноса: первая — температурный градиент в теле зерновки, образуемый физическим процессом — набуханием, которое сопровождается выделением теплоты набухания, и биохимическим процессом — усилившимся процессом дыхания, генерирующим тепло; вторая — активизация щитка, выполняющего физиологическую роль передатчцг ка питательных веществ из эндосперма к пробуждающемуся зародышу через соприкасающуюся с ним систему сосущих клеток.
Биохимические процессы в зерне и зародыше, усиливающиеся при гидротермической обработке, тесно связаны с одновременно развивающимися теплофизическими явлениями. Те и другие, имея разную природу, в условиях гидротермической обработки активизируют биохимические процессы в зародыше, способствуют перемещению растворенных органических веществ.
Комплекс физико-химических и биохимических изменений тканей зерна при гидротермической обработке неоднозначно сказывается на изменении технологического достоинства зерна. Все зависит от генетических особенностей, зрелости и качества обрабатываемого зерна. Для повышения хлебопекарного достоинства наиболее часто необходимо улучшать зерно пшеницы с очень слабой или, наоборот (более редко), с очень крепкой клейковиной, т. е. в одном случае клейковину требуется укрепить, во втором — ослабить. У слабой клейковины улучшают реологические свойства, т. е. укрепляют при частичной тепловой денатурации белковых веществ, что достигается обработкой увлажненного зерна при повышенной температуре. Физические свойства крепкой клейковины улучшаются в результате частичного протеолиза белковых веществ. Этой цели наиболее полно отвечают условия холодного кондиционирования — продолжительное отволаживания при температуре 20... 35 °С.
При увлажнении зерна от 12... 13 до 17... 18% и отвола- живании в течение 24 ч наиболее сильно и в нежелательном направлении изменяются свойства слабой клейковины (упругость уменьшается, растяжимость возрастает). Это указывает на нецелесообразность применения к обработке слабой пшеницы холодного кондиционирования. Клейковина сильной пшеницы при холодном кондиционировании более устойчива, но ее качество (в результате ослабления) улучшается.
Физические свойства теста из зерна с крепкой клейковиной при использовании горячего кондиционирования ухудшаются. Реологические свойства клейковины пшеницы связывают наряду с другими факторами с количеством и соотношением сульф- гидрильных групп и дисульфидных связей. Имеются многочисленные наблюдения о большей величине отношения —SS—/SH-групп в сильной пшенице по сравнению со слабой.
При смешивании муки из зерна сильной и слабой пшеницы отношение —SS—/—SH всегда возрастает в одной и той же последовательности — с увеличением в смеси доли муки из сильного зерна и с переходом от более мягкого режима гидротермической обработки к более жесткому (фактические данные во всех случаях выше расчетных 86).
Гидротермическая обработка зерна усиливает технологический эффект смешивания муки разной хлебопекарной силы в зависимости от метода и режима. Наблюдаемое возрастание отношения —SS—/—SH (фактическое в большей степени, чем расчетное) свидетельствует о глубокой структурной перестройке и активном химическом взаимодействии белковых фракций смешиваемых партий зерна и муки.
В результате кондиционирования происходит значительное изменение активности ферментов зерна. Активность протеолити- ческих ферментов с увеличением влажности зерна и температуры повышается, но до определенного предела, а затем снижается. Оптимальные для действия протеолитических ферментов условия получены в опытах с мягкой озимой пшеницей: влажность зерна 17%, температура 50 °С и продолжительность обработки 30 мин (активность возросла при отволаживании в течение 24 ч в 1,5 раза). При более продолжительной экспозиции и повышении температуры активность протеаз постепенно уменьшается.
При влажности зерна выше 13,5... 14,5% резко возрастает (неодинаково в разных партиях пшеницы) активность глюта- матдекарбоксилазы, особенно в призародышевой части зерна. В результате содержание свободной глютаминовой кислоты уменьшается при одновременном увеличении количества *у-ами- номасляной кислоты.
изменение активности при гидротермической обработке зерна пшеницы ферментных вытяжек (J-амилазы и ^-фруктофуранозидазы. Активность ^-амилазы и р-фрук- тофуранозидазы зависит от влажности зерна. С увеличением влажности зерна повышается активность этих ферментов. Существенное влияние на их активность оказывает также температура обработки зерна.
Осахаривающая способность цельноразмолотого зерна при кондиционировании возрастает. По опытным данным, у пшеницы сорта Безостая 1 и рядовой она была соответственно (мг мальтозы на 10 г): в контроле 163 и 216, при холодном кондиционировании 220 и 264 и при горячем 300 и 336. Активность ферментов при гидротермической обработке повышается в результате увеличения их растворимости под влиянием нагрева и увлажнения зерна. Об этом свидетельствует возрастание доли азота водорастворимого белка (при холодном и горячем кондиционировании почти одинаково — примерно в два раза) при одновременном незначительном изменении процентного содержания небелкового азота в общем содержании азота.
Содержание связанных липидов в зерне при кондиционировании остается почти без изменения, проявляя слабо выраженную тенденцию к увеличению при горячем и скоростном кондиционировании. Гидротермическая обработка зерна сопровождается значительным изменением в группповом составе липидов. Опытным путем установлено, что наибольшее изменение претерпевают полярные липиды. Их содержание уменьшается, причем особенно сильно в группе связанных липидов: после холодного кондиционирования в 4 раза, горячего в 1,8 и скоростного в 2,3 раза.
Количество свободных жирных кислот заметно возрастает: это результат гидролитического расщепления прежде всего триацилглицеринов, а также и других фракций липидов. Исследователи указывают, что гидротермическая обработка зерна приводит к увеличению содержания витаминов в пшеничной муке ( 87).
Гидротермическая обработка зерна пшеницы вызывает уменьшение концентрации водорастворимых витаминов в периферийных слоях зерна и одновременно значительное возрастание их количества в зоне зародыша и небольшое — в эндосперме. Направленность в миграции водорастворимых витаминов при гидротермической обработке зерна биологически объясняется так: витамины как составная часть коферментов играют большую роль при эмбриональном пробуждении зерна.
Перемещение витаминов в зерне при обработке теплом и водой повышает их концентрацию в пшеничной муке. При нагреве зерна свыше 45...50°С количество витаминов в муке снижается. Один из результатов гидротермической обработки — снижение зольности пшеничной муки высоких сортов: при холодном кондиционировании на 0,10... 0,12%, при горячем на 0,12... 0,15%. Это происходит по следующим причинам: гидротермическая обработка делает более эластичными оболочки, в связи с чем они с большей легкостью отделяются при размоле, снижая количество поступающих в муку высокозольных частиц; при обработке зерна водой и теплом происходит перемещение минеральных веществ вместе с растворенными питательными соединениями из периферийных слоев и эндосперма в зону зародыша ( 88).
При получении пшеницы из зерна I типа односортной муки 70%-ного выхода общее снижение зольности в результате гидротермической обработки зерна происходит на 15... 30% из-за уменьшения зольности эндосперма и на 70... 85% благодаря более полному отделению оболочек в связи с повышением их эластичности и пластичности.
Отдельные элементы, переходящие в состав золы, перемещаются по-разному. Перемещение фосфорсодержащих веществ сопровождается изменением различных форм фосфора. Содержание кислоторастворимого фосфора в целом при холодном способе обработки увеличивается больше, чем при горячем, а фосфора фитина, наоборот, при холодном кондиционировании уменьшается больше, чем при горячем. Неорганического фосфора при обоих вариантах гидротермической обработки становится больше.
Гидротермическая обработка вызывает отток фосфора из срединной и верхушечной частей и обогащение зародышевой части. В том же направлении (в зону зародыша) при холодном й горячем кондиционировании перемещаются железо и микроэлементы калий и магний.
Содержание кальция и натрия в зародыше уменьшается, и одновременно в эндосперме оно увеличивается. Иначе изменяется содержание марганца, никеля и цинка. Если при холодном кондиционировании они накапливаются в срединной части зерна при одновременном обеднении зародышевой, то при горячем кондиционировании концентрация этих микроэлементов в зародышевой части заметно повышается, а во всех остальных уменьшается. Фитин, перемещаясь в зону зародыша, под влиянием фермента фитазы гидролизуется с выделением фосфорной кислоты, вовлекаемой в многочисленные последующие превращения. Весь поступивший в эту зону магний также используется в процессах, развивающихся в пробуждающемся зародыше.
Обработка зерна паром с давлением 0,35 МПа в течение 40 с (скоростное кондиционирование) уменьшает время кондиционирования зерна в 4... 6 раз по сравнению с холодным, улучшает качество муки высшего, первого и второго сортов по цвету на 3... 4 единицы и более при снижении зольности на 0,02... 0,03%. Выход муки высоких сортов повышается на 1,5... 2,0%. Хлебопекарное достоинство зерна улучшается так же, как и при горячем кондиционировании. Наилучших результатов достигают при обработке слабой клейковины. Создается возможность более широкого и эффективного использования зерна пшеницы, в том числе с пониженным качеством.
Все сказанное о химических и технологических изменениях зерна при ГТО указывает на необходимость строго дифференцированного выбора режима кондиционирования зерна пшеницы с учетом ее исходного состояния и качества.
Нагревание или термическую обработку используют в тех случаях, когда клейковина слабая (сортовая особенность зерна, зерно поражено клопом-черепашкой, проросшее и др.)- Цель обработки заключается в том, что, нагревая зерно до температуры 55 ... 65 °С, добиваются частичной денатурации белкового комплекса. В результате уменьшается гидратационная способность клейковины, она укрепляется, что приводит к улучшению ее физических свойств и, как следствие, к повышению хлебопекарного достоинства.
Разные фракции белкового комплекса при тепловом воздействии претерпевают неодинаковые изменения. Уже на этапе предварительного нагрева влажного зерна пшеницы при температуре 50 °С, еще не приводящем к денатурационной перестройке белковых веществ, наблюдаются глубокие изменения белка, различные для отдельных белковых фракций и при разных режимах сушки. Наиболее значительны они для альбуминов. Белки клейковины обладают более высокой стойкостью.
Метод улучшения технологического достоинства зерна пшеницы требует дифференцированного выбора режимов и скорости сушки с учетом исходного качества и состояния зерна с обязательной предварительной опытной проверкой. При этой проверке, исходя из состояния клейковинного комплекса, причины, вызвавшей ослабление клейковины, влажности и других показателей качества зерна, приходится устанавливать оптимальную температуру и продолжительность нагрева на небольших пробах зерна.
Метод не получил широкого производственного применения из-за сложности ведения процесса и в результате того, что неполноценное зерно улучшается только частично.
Информация с сайта: http://www.bibliotekar.ru/5-biohimiya-zerna/101.htm