Лекция 9. Подготовка зерна к помолу. Помол зерна

 План лекции:

1.                Подготовка зерна к помолу.

2.                Помол зерна. Производство муки.

3.                Ассортимент и классификация продуктов переработки зерна.

4.                Химический состав и качество муки. Пищевая ценность муки.

5.                Хлебопекарные свойства пшеничной муки.

6.                Хлебопекарные свойства ржаной муки.

 Помол зерна включает два этапа: подготовку зерна к помолу и собственно помол зерна.

Подготовка зерна к помолу

Эта операция заключается в составлении помольных партий зерна, очистке его от примесей, удаление оболочек, зародыша и кондиционировании.

Составление помольных партий. Дефектные партии зерна. Партии зерна поступают на предприятия мукомольной промышленности из разных районов произрастания, поэтому качество и технологические свойства весьма различны. Для выпуска продукции, удовлетворяющей требованиям стандарта, составляют помольные партии с целью улучшения качества зерна одной партии за счет другой. Смешивать можно полноценное зерно, удовлетворяющее требованиям по зольности, стекловидности и иным показателям, или зерно полноценное и неполноценное (проросшее, морозобойное, пораженное клопом-черепашкой и т.д.).

Морозобойное зерно повреждается морозом при его созревании. Степень повреждения зависит от фазы его зрелости: чем менее зрелое зерно, тем более глубокие изменения оно претерпевает. Поврежденные зерна становятся морщинистыми, приобретают серо-зеленый цвет, в них не происходит в полной мере синтез белков и крахмала, они содержат большое количество сахаров и декстринов, отличаются повышенной активностью α-амилазы. Хлебопекарные свойства такого зерна резко снижены, хлеб получается с заминающимся мякишем, темным, с солодовым привкусом и плохой пористостью.

Получить хлеб хорошего качества из муки проросшего зерна без дополнительных мероприятий также не удается. Мука из такого зерна отличается повышенной активностью всех ферментов, в том числе и α-амилазы. Хлеб имеет липкий мякиш и темноокрашенную корку.

Зерно может повреждаться клопом-черепашкой, наиболее часто встречающимся вредителем. На поверхности зерна появляется темная точка укуса, внутри которой под влиянием мощных протеолитических ферментов, выделяемых слюнными железами клопа-черепашки, происходят глубокие изменения. В результате укуса начинается глубокий протеолиз, снижается содержание белка, ослабляется клейковина и уменьшается ее количество. Тесто становится жидким, хлеб получается низкого качества, с небольшим объемом, плотным.

Для очистки зерна от примесей применяют сепараторы. Зерновую массу очищают, последовательно просеивая на ситах и продувая его восходящим потоком воздуха. Скорость воздушного потока меньше скорости витания основной культуры, в результате чего легкие примеси уносятся воздушной струей, а основное зерно остается.

Примеси не схожие с зерном по форме отделяют на триерах, рабочими органами которых являются вращающиеся барабаны или диски с ячейками на их поверхности. Триеры, служащие для отделения зерна от коротких примесей, называются куколеотборочными машинами, в которых мелкие примеси попадают в ячеи и выбрасываются на лотки, а сходом идет очищенное зерно. Зерно от длинных примесей очищается на триерах, называемых овсюгоотборочными машинами. В них размер ячеек соответствует размерам зерна, поэтому основная культура попадает в ячеи, а примеси идут сходом.

В дальнейшем зерно подвергается очистке от металлических примесей. Магнитный контроль ведется неоднократно, например, при выходе зерна из сепараторов, перед его обработкой в обоечных машинах, щеточных машинах и т.д.

В зерновой массе, прошедшей через сепараторы и триеры, содержится большое количество пыли. Кроме этого зерно содержит не полностью удаленные оболочки и зародыш. Для дальнейшей очистки зерна применяют обоечные и щеточные машины. Внутренняя поверхность барабана в обоечной машине наждачная, а щеточной – металлическая. Внутри барабана на валу укреплены плоские бичи и щетки. Поступающее зерно подхватывается бичами и отбрасывается к цилиндрической поверхности. Очистка зерна происходит за счет многократных ударов и интенсивного трения его о бичи и рабочую поверхность барабана. При выходе из машины легкие примеси уносятся воздушным потоком. В обоечной машине из зерна удаляется пыль, бородка и частично зародыш, в щеточных происходит отделение оставшихся на поверхности оболочек и зародыша. Из щеточной машины выходит зерно с гладкими полированными поверхностями.

Кондиционирование осуществляют при сортовом помоле пшеницы с целью более полного удаления оболочек зерна при его помоле. Для этого загрязненное зерно моют и подвергают гидротермической обработке, которая включает в себя увлажнение и отволаживание зерна. При этом оболочки становятся эластичными, их связь с эндоспермом ослабевает, в то время как сам эндосперм остается сухим и хрупким. Кондиционирование может быть холодным и горячим.

Холодное кондиционирование проводят путем увлажнения зерна водой температурой 18-20^оС и подогретой до 35^оС с последующим отволаживанием в силосах в течение 12-14 ч. При отволаживании оболочки зерна пропитываются водой, их влажность повышается, они становятся более эластичными и связь между ними и эндоспермом ослабевает. Это позволяет отделить их друг от друга в процессе помола просеиванием, так как частицы оболочек будут больше, чем частицы эндосперма. Холодное кондиционирование применяют для обработки зерна, содержащего клейковину с малой растяжимостью.

Горячее кондиционирование проводят в кондиционерах путем подогрева до 55-60^оС увлажненного зерна, охлаждения его до 16-20^оС и отволаживания в течение 2-6 ч. Возможно скоростное кондиционирование, при котором для увлажнения зерна используют водяной пар. Горячее кондиционирование применяют для обработки зерна, содержащего слабую клейковину, так как подогрев зерновой массы уплотняет белки и снижает активность ферментов зерна. Чем слабее клейковина, тем сильнее необходимо подогревать зерновую массу.

Перед помолом зерно дополнительно увлажняют, чтобы увеличить влажность оболочек и полнее отделить их от эндосперма.

Подготовка зерна к помолу может быть сокращенной или развернутой. Для сортового помола пшеницы применяют развернутую схему (рис. 13), которая включает стадии: первое сепарирование, очистку на куколе- и овсюгоотборочных машинах, первую очистку на обоечных машинах, второе сепарирование, мойку и первое кондиционирование (горячее или холодное в зависимости от свойств зерна), вторую очистку на обоечных машинах, третье сепарирование, второе кондиционирование (холодное), третью очистку на щеточных машинах, увлажнение.

Помол зерна. Производство муки 

Помол зерна состоит из двух операций: собственно помола и просеивания продуктов помола. Помолы могут быть разовыми и повторительными (рис. 14).

Рис. 14. Классификация помолов зерна

Разовый помол – наиболее простой, при этом зерно за один прием полностью измельчается в муку вместе с оболочками. Мука отличается низким качеством, имеет темный цвет, неоднородна по размеру частиц. Для улучшения качества муки разового помола из нее путем просеивания отбирают некоторое количество крупных оболочек (отрубей). Этот вид помола осуществляют на молотковых дробилках.

Повторительные помолы более совершенны, зерно измельчают в муку путем многократного прохождения его через измельчающие машины, при этом после каждого измельчения продукт сортируют в просеивающих машинах. Основным видом измельчающего оборудования для этих помолов являются вальцовые станки. Главные рабочие органы – два цилиндрических чугунных вальца одинакового диаметра расположенные под углом и вращающиеся навстречу друг другу с разными скоростями. Поверхность вальцов рифленая, зазор между ними устанавливается в зависимости от намечаемой крупности помола. Зерно, попадая между вальцами, задерживается нижним, имеющим меньшую скорость вращения, и скалывается, растирается рифлями верхнего быстровращающегося вальца. После каждого вальцового станка для сортировки продуктов по крупности частиц устанавливается рассев с набором сит разных размеров, расположенных друг над другом. При просеивании получают две фракции: сход, состоящий из частиц, не прошедших через отверстия сита, и проход, состоящий из частиц, прошедших через сито. Верхний сход является наиболее крупной фракцией с размером частиц 1-1,6 мм, следующие по крупности фракции называются крупками (размер частиц 0,31-1 мм) и дунстами (размер частиц 0,16-0,31 мм). Самая мелкая фракция, идущая проходом, образует муку (размер частиц менее 0,16 мм). Вальцовый станок вместе с рассевом образует систему. Системы бывают драными и размольными. В драных система вальцы рифленые, отношение скорости быстровращающегося вальца к скорости медленновращающегося равно 2,5; они служат для дробления зерна до крупок и дунстов. В размольных системах вальцы шероховатые, отношение скоростей 1,5; они превращают промежуточные продукты помола в муку.         

 Ассортимент и классификация продуктов переработки зерна 

Мука – важнейший продукт переработки зерна. Ее классифицируют по виду, типу и сорту.

Вид муки определяется той зерновой культурой, из которой она получена: пшеничная, ржаная, ячменная, овсяная, рисовая, кукурузная, соевая, гречневая. Наряду с мукой, получаемой из зерна одной культуры, возможно производство муки из смеси зерна различных культур.

В зависимости от свойств муки и целевого назначения ее делят на типы. Так, мука может быть хлебопекарной и макаронной. Хлебопекарную муку получают в основном из мягких сортов пшеницы, а макаронную из твердых. Мука некоторых видов выпускается только одного типа. Например, ржаная мука может быть только хлебопекарной.

Сорт является основным качественным показателем муки всех видов и типов. Сорт муки связан с ее выходом, т.е. количеством муки, получаемой из 100 кг зерна. Выход муки выражается в процентах. Чем больше выход муки, тем ниже ее сорт.

Из зерна пшеницы по ГОСТ 26574 «Мука пшеничная хлебопекарная» вырабатывают хлебопекарную муку пяти сортов: крупчатку, высшего, 1, П сортов и обойную.

Мука ржаная хлебопекарная вырабатывается по ГОСТ 7045 трех сортов - сеяная, обдирная и обойная.

Кроме того, из смеси пшеницы и ржи выпускают два сорта муки типа обойной: пшенично-ржаную (соотношение пшеницы и ржи 70 и 30%) и ржано-пшеничную (соотношение ржи и пшеницы 60 и 40%).

Химический состав и качество муки. Пищевая ценность муки

 Химический состав муки определяет ее пищевую ценность и хлебопекарные свойства. О хлебопекарных свойствах муки будет сказано ниже. В начале обсудим пищевую ценность муки.

Химический состав муки зависит от состава зерна, из которого она получена, и сорта муки. Более высокие сорта муки получают из центральных слоев эндосперма, поэтому в них содержится больше крахмала и меньше белков, сахаров, жира, минеральных веществ и витаминов, которые сосредоточены в его периферийных частях. Средний химический состав пшеничной и ржаной муки представлен в таблице

ГОСТ 26574 на муку хлебопекарную предусматривает оценку ее качества по органолептическим и физико-химическим показателям. К первой группе относятся цвет, запах, вкус, и содержание минеральных примесей. Цвет муки должен быть белым с оттенками в зависимости от сорта; запах – не затхлый, без признаков плесени, вкус – без посторонних привкусов, не кислый, не горький. Содержание минеральных примесей определяется при разжевывании муки, при этом не должен ощущаться хруст.

К физико-химическим показателям относятся влажность, зольность, крупность помола, количество клейковины в пшеничной муке, содержание металломагнитных примесей и кислотность. Влажность влияет на сохранность муки. Базисная влажность, на которую планируется выход изделий, равна 14,5%. Допускается 15%. Зольность является основным показателем сорта муки. Чем выше этот показатель, тем ниже сорт муки. Крупность помола определяется размером частиц муки. Чем выше сорт муки, тем она мельче. Количество клейковины также определяется сортом муки. Содержание металломагнитный примесей не должно превышать 3 мг на 1 кг муки, зараженность вредителями хлебных запасов не допускается. Кислотность не является обязательным показателем качества муки, но она широко применяется для контроля качества ее. Кислотность зависит от сорта муки: у низших сортов она больше, чем у высших.

 Хлебопекарные свойства пшеничной муки

Хлебопекарные свойства пшеничной муки обусловлены следующими показателями:

- газообразующей способностью,

- силой муки.

- цветом муки и способностью ее к потемнению,

- крупностью помола.

Газообразующая способность муки – это способность приготовленного из нее теста образовывать диоксид углерода.

При спиртовом брожении, вызываемом в тесте дрожжами, сбраживаются содержащиеся в нем сахариды по реакции:

С₆Н₁₂О₆ + дрожжи = 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 117,6 кДж.

Газообразующая способность зависит от содержания собственных сахаров в муке и от сахаробразующей способности муки (рис. 15).

Сахаробразующая способность муки – это способность приготовленной из нее водно-мучной смеси образовывать при установленной температуре и за определенный период времени то или иное количество мальтозы. Сахаробразующая способность муки обуславливается действием амилолитических ферментов (α- и β-амилаз) на крахмал и зависит от наличия и количества этих ферментов.

Газообразующая способность муки имеет большое значение при выработке хлеба, рецептура которого не предусматривает внесение сахара. Зная газообразующую способность муки можно предвидеть интенсивность брожения теста, ход окончательной расстойки, качество хлеба и даже цвет корки, зависящий от количества несброженных сахаров перед выпечкой.

В разных странах для определения газообразующей способности муки применяют приборы, измеряющие количество выделившегося диоксида углерода (волюмометры – по объему), либо его давление (манометры).

 Сила муки – это способность муки образовывать тесто, обладающее после замеса и в ходе брожения и расстойки определенными структурно-механическими свойствами. По силе муку подразделяют на сильную, среднюю и слабую.

Сильной считается мука, способная поглощать при замесе теста относительно большое количество воды. Тесто из сильной муки устойчиво сохраняет свои свойства, медленно достигает оптимальных свойств, требует длительной окончательной расстойки.

Слабая мука при замесе теста поглощает меньшее количество воды. Структурно-механические свойства теста из такой муки в процессе замеса и брожения быстро ухудшаются, тесто в конце брожения сильно разжижается, становится малоэластичным, мажущимся, расстойка тестовых заготовок заканчивается достаточно быстро.

Средняя по силе мука занимает промежуточное положение.

Сила муки определяется состоянием ее белково-протеиназного комплекса, в который входят белковые вещества, протеолитические ферменты, активаторы и ингибиторы протеолиза.

Сила муки может быть установлена либо путем определения содержания и качества клейковины, от которых в основном зависят реологические свойства теста, либо путем непосредственного определения реологических свойств теста из оцениваемой муки. В России силу пшеничной муки оценивают в основном по содержанию клейковины (ГОСТ 27839), по международным стандартам (ИСО 5531) – по содержанию сырой и сухой клейковины и по определению реологических свойств теста с помощью альвеографа.

Цвет муки и ее способность к потемнению в процессе приготовления хлеба. Цвет мякиша связан с цветом муки. Однако светлая мука может в определенных случаях дать хлеб с темным мякишем. Способность муки к потемнению в процессе переработки обуславливается содержанием в муке фенолов, свободного тирозина и активностью ферментов О-дифенолоксидады и тирозиназы, катализирующих окисление фенолов и тирозина с образованием темноокрашенных меланинов. От образования в тесте меланинов зависит потемнение, как теста, так и мякиша хлеба.

Цвет муки можно определить органолептически, сопоставляя его с эталоном цвета муки данного сорта (ГОСТ 27558) и по показателю белизны, т.е. измерении отражательной способности уплотненно-сглаженной поверхности муки с применением фотоэлектрических приборов РЗ-БПЛ или РЗ-БПЛ-Ц (ГОСТ 26361).

Крупность частиц пшеничной муки. Размеры частиц имеют большое значение в хлебопекарном производстве, влияя в значительной мере на скорость протекания в тесте биохимических и коллоидных процессов и вследствие этого на свойство теста, качество и выход хлеба.

Размер частиц муки высшего и 1 сорта обычно колеблется в пределах от нескольких микрометров до 180-190 мкм. В обычной хлебопекарной муке этих сортов примерно половина частиц имеют размеры менее 40-50 мкм, а остальные от 540-50 до 190 мкм. В муке 2 сорта, и особенно в обойной содержится значительно больше крупных частиц. Например, в обойной муке около 67% частиц размером около 200 мкм, а 15% - размером около 600 мкм.

Разделение муки по размерам частиц показало, что фракции относительно мелких частиц муки значительно богаче белком (в том числе и клейковиной), имеют более высокую зольность, сахаро- и газообразующую способность. Для фракций же относительно крупных частиц характерно пониженное содержание белка.

Таким образом, можно из одного и того же зерна пшеницы получать низкобелковую муку, которую можно использовать для производства кексов, сахарного печенья и других мучных кондитерских изделий и муку с повышенным содержанием белка, которую можно использовать в качестве белкового обогатителя и регулятора силы обычной хлебопекарной пшеничной муки.

Свежемолотая мука не годится для выпечки хлеба, т.к. образует мажущееся, расплывающееся тесто и хлеб получается плохого качества (малого объема, пониженного выхода и т.п.), поэтому такую муку в хлебопечении не применяют. Она должна пройти отлежку и созревание в благоприятных условиях, при которых ее хлебопекарные свойства улучшатся.

 Хлебопекарные свойства ржаной муки

Качество ржаного хлеба определяется его вкусом, ароматом, формой, объемом, окраской и состоянием корки, разрыхленностью, структурой пористости, цветом мякиша и расплываемостью подового хлеба. У ржаного хлеба большое значение  имеют структурно-механические свойства мякиша – степень его липкости, заминаемость и влажность или сухость на ощупь. У ржаного хлеба по сравнению с пшеничным наблюдается меньший объем, более темноокрашенный мякиш и корка, меньший процент пористости и более липкий мякиш.

Отмеченные выше отличия качества ржаного хлеба обусловлены специфическими особенностями углеводно-амилазного и белково-протеинового комплексов муки. Ржаная мука по сравнению с пшеничной отличается большим содержанием собственных сахаров, более низкой температурой клейстеризации крахмала и наличием в муке практически значимых количеств α-амилазы. В связи с этим сахаро- и газообразующая ее способность значительная и не лимитирует подъем теста. Поэтому свежемолотая ржаная мука пригодна для выпечки хлеба.

Действие амилаз на крахмал приводит к его гидролизу в процессе брожения, что уменьшает связывание крахмалом влаги. Наличие части свободной влаги делает мякиш хлеба влажноватым на ощупь. Присутствие декстринов придает мякишу липкость.

К углеводному комплексу ржаной муки относятся и слизи (водорастворимые пентозаны), содержание которых в ней значительно больше, чем у пшеничной муки. Пентозаны оказывают значительное влияние на структурно-механические свойства теста, так как поглощая воду при замесе, они делают его более вязким.

Белковые вещества ржаной муки отличаются от пшеничной более высоким содержанием незаменимых аминокислот – лизина и треонина. Существенной особенностью белков ржи является их способность к быстрому и интенсивному набуханию. Значительная часть белков при этом набухает неограниченно, переходя в состояние вязкого коллоидного раствора.

Второй особенностью белков ржаной муки является то, что они не способны, несмотря на наличие глиадина и глютенина, к образованию клейковины.

Основным показателем хлебопекарного достоинства ржаной муки является ее автолитическая активность – это способность накапливать водорастворимые вещества. Автолитическую активность муки можно определять по ГОСТ 27495 и другими методами. В качестве прибора для этих целей используют рефрактометр, который измеряет количество водорастворимых веществ, образующихся при прогревании водно-мучной болтушки.