Минеральные вещества

Основными минеральными элементами зерна являются калий (240…420 мг на 100 г) и фосфор (290…400 мг на 100 г), сера (150 мг на 100 г), магний (120 мг на 100 г) и хлор (60 мг на 100 г). Кремний со­держится в зерне пленчатых культур – ячменя, овса и риса, причем только в плодовых оболочках (лузге).

Строение и состав зерновки злаковых культур рассмотрим на примере зерна пшеницы, так как оно типично для всех злаков. Зерно состоит из сле­дующих анатомических частей: оболочки 4, алейронового слоя 3, эндосперма 2 и зародыша 1.

Оболочки делятся на плодовую и семенную, каждая из кото­рых состоит из нескольких слоев кле­ток, причем один из слоев семенной оболочки со­держит красящие вещества и определяет цвет зерна. Плодовая оболочка сравнительно легко удаляется, в то время как семен­ная прочно срастается с находя­щимся под ней алейро­новым слоем. Оболочки пре­дохраняют зерно от по­вреждений и состоят в основ­ном из клетчатки и мине­ральных веществ. В зерне пшеницы на долю пло­довых и семенных оболочек приходится 6…8 % его массы.

Алейроновый слой, называемый иногда оболочкой эндосперма, пред­ставляет собой один ряд очень круп­ных толстостенных клеток. Стенки кле­ток состоят из клетчатки, а их внутреннее пространство заполнено питатель­ными веществами, из которых половина приходится на белок, а дру­гая поло­вина включает в основном жир и жироподобные вещества, а также некоторое количество минераль­ных веществ, сахаров, водорастворимых витаминов и ферментов. Крахмала в этом слое нет. Алейроновый слой, масса которого со­ставляет 4…9 % массы зерна, играет важную роль при доставке питательных веществ разви­вающемуся молодому зерну.

Эндосперм, или мучнистое ядро, за­нимает всю внутреннюю часть зерна и составляет до 85 % его массы. Он состоит из крупных тонкостенных клеток, за­полненных зернами крахмала, которые окружены частицами белка. Весь крахмал зерна сосредоточен равномерно в эндоспер­ме. Белки распреде­лены в эндосперме неравномерно: наиболь­шее их количество содержится в его периферийных частях. Дру­гих составляющих (липиды, минеральные веще­ства, сахара и клетчатка) в эндосперме немного, наряду с белками они нахо­дятся в окраинных частях эндосперма. Эндосперм – самая ценная часть зерна, из которого получают высшие сорта муки. Чем больше эндосперма в зерне, тем больше выход муки (количество муки, полученное из 100 частей зерна). Эндосперм может быть стекловидным, подустекловидным и мучни­стым. Стекловидная пшеница отличается от мучнистой более высоким со­держанием белка и физическими свойствами – большей плотностью и твер­достью. При перера­ботке в муку такая пшеница дает больший выход муки высших сортов.

Зародыш отделен от эндосперма щитком. Несмотря на не­большие раз­меры (2…3% массы зерна), зародыш является наи­более важной составной ча­стью зерна, так как в нем находятся первичные органы развития нового рас­тения. Зародыш богат питательными веществами: белками, сахарами, жи­рами, витами­нами и ферментами (примерно половина всех витаминов зерна находится в зародыше). Несмотря на высокую пищевую цен­ность зародыша, при помоле стараются как можно лучше отде­лить его от муки, так как он бо­гат жиром, содержащим большое количество непредельных жирных кислот, склонных к прогорканию на воздухе. Мука, не освобожденная от зародыша, будет нестойкой при хранении и сравнительно быстро портиться.

Характеристика зерновой массы. В качестве объекта хранения и переработки рассматривают не просто зерно, а зерновую массу. Любая зерновая масса состоит из зерна основной культуры, примесей, микроорганизмов, вредителей и воздуха в межзерно­вом пространстве. Зерновую массу рассматривают как физичес­кое тело, обла­дающее определенными свойствами, которые играют важную роль при транспортировании, обработке и хранении зерна. Независимо от культуры все зерновые массы обладают сыпучестью, самосортированием, скважистостью, сорбционными, теплофизиче­скими и массообменными свойствами.

Сыпучесть – это способность зерновой массы перемещаться по какой-либо поверхно­сти, расположенной под углом к горизонту. Хорошая сыпучесть зерновых масс позволяет легко перемещать их при помощи норий, транспортеров и пневмотранспортеров, загружать в различные по размерам и форме хра­нилища, а также перемещать их, используя принцип самотека.

Самосортирование – способность зерновой массы терять однородность при переме­щении и в свободном падении. Всякое перемещение зерновой массы сопровождается ее самосортированием, т. е. неравномерным расслоением входящих в нее компонентов по отдельным участкам насыпи. Это создает предпосылки к возникновению в зерновой мас­се нежелательных явлений – самосогревания, слеживания, развития микроорганизмов и вредителей.

Скважистость. Промежутки между твердыми частицами в зерновой массе, заполнен­ные воздухом, получили название скважистости. Скважистость основных полевых культур колеблется в широких пределах – от 35 до 80%. Наличие скважин в зерновой массе влияет на многие физические и физиологические процессы, протекающие в ней. Так, воздух, перемещающийся по скважинам, способствует передаче тепла путем конвекции и перемещению влаги через зерновую массу в виде пара. Скважистость зерновой массы зависит от формы, упругости, размеров и состояния по­верхности зерен, от качества и характера примесей, от веса и влажности зерновой массы, а также формы и размеров хранилища.

Сорбционные свойства – это способность поглощать из окружающей среды пары различ­ных веществ или газы и выделять их. Сорбция зерновой массы объ­ясняется капиллярно-пористой, коллоидной структурой каждого зерна и скважистостью всей массы.

Теплофизические и массообменные свойства

Отдельные зерна и зерновая масса в целом обладают рядом теплофизических свойств, из которых для зерна как объекта хранения наибольшее значение имеет теплоемкость, те­плопроводность, термовлагопроводность.

Теплоемкость зерна показывает, какое количество тепла необходимо для повышения температуры 1 кг его на 1 °С и выражается величиной удельной теплоемкости С, Дж/(кг·К). Теплоемкость зависит от химического состава зерна и для сухого вещества является величиной постоянной. Теплоемкость зерна почти вдвое больше теплоемкости воздуха и значительно меньше теплоемкости воды. С ро­стом влажности зерна его теплоемкость возрастает, так как теплоемкость сухой части зерна составляет 1550 Дж/(кг·К), а теплоемкость воды – 4190 Дж/(кг·К).

Теплоемкость учитывают при сушке зерна, так как расход тепла зависит от его исходной влажности. Теплоемкость зерна играет отрицательную роль, когда необходимо повысить или понизить температуру зерна и положительную, – когда необходимо сохранить ее (на­пример, низкую температуру хранящегося зерна с наступлением теплого времени).

Теплопроводностью называется способность зерна переме­щать тепло внутри своей массы. Теплопроводность характеризует теплопроводящую способность зерна, т.е. количе­ством тепла, переходящего в единицу времени через единицу поверхности зерна и определяется ко­эффициентом теплопроводности λ, Вт/(м·К). В вакууме коэффициент теплопроводности равен 0, у воздуха – 0,03, у зерновой массы он находится в пределах 0,13…0,2 Вт/(м·К), что указывает на низкую теплопроводность (например, у меди – 300…390 Вт/(м·К)). Низкая теплопроводность зерновой массы обусловлена ее составом и нали­чием воздуха.

Термовлагопроводность – это перемещение влаги в зерновой массе, обусловленное гра­диентом температуры. В результате термовлагопроводности влага в зер­новой массе перемещается в направлении теплового потока – от слоев более нагретых к ме­нее нагретым.

Массообменные свойства. Практика показывает, что при хранении зерна в производственных условиях наблю­дается самопроизвольное изменение влажности зерна. При хранении его при влажной атмосфере происходит увлажнение, а в сухой – подсыхание. В результате взаимодей­ствия зерновой массы с окружающей средой влажность зерна непрерывно изменяется до установления равновесной. Максимальная равновесная влажность зерна злаков устанавливается при 100%-ной относительной влаж­ности воздуха и равна 33…36%. Это тот предел, до которого зерно может сорбировать пары воды из воздуха. Влажность выше максимальной равновесной возможна только при впи­тывании зерном капельно-жидкой влаги.