Глава 3. Технологии и оборудования переработки продуктов растительного происхождения

Отрасли пищевой промышленности, перерабатывающие растительное сырье, делятся на две группы:

– отрасли, занятые первичной переработкой сырья. Например, мукомольная, крупяная, сахаропесочная, крахмалопаточная, консервная, спиртовая, табачная, чайная (первичная переработка табачного и чайного листа), маслодобывающая, первичного виноделия и т.д.;

– отрасли, занятые вторичной переработкой сырья, например, хлебопекарная, макаронная, кондитерская, сахарорафинадная, дрожжевая, пивоваренная, жироперерабатывающая (производство маргарина, мыла, олифы, парфюмерных изделий), чаеразвесочная, табачная, вторичного виноделия и т.д.

Ассортимент продукции, вырабатываемой на пищевых предприятиях, очень большой. Так, только наименований кондитерских изделий насчитывается несколько тысяч. Отсюда понятно, что используется большое разнообразие сырья. Поэтому целесообразно его разделить на отдельные группы по наиболее существенным признакам.

Растительное сырье классифицируют:

– по консистенции: сочное сырье – сахарная свекла, картофель, все виды плодоовощного сырья;

- жидкое сырье – вода, растительное масло, патока и др.;

- сухое сырье – зернобобовые; – по преобладанию в нем какого-либо химического вещества: углеводсодержащее сырье – зерно злаков, картофель, свекла, плоды, ягоды;

- масличное сырье – семена масличных культур, плоды оливкового дерева и др.;

– белковое сырье: семена бобовых культур и др.;

– эфиромасличное сырье: семена эфиромасличных культур, лепестки роз, гераней и других цветов.

Зерномучное сырье. Исходным сырьем для получения муки, круп являются зерно мятликовых (злаковых) и семена других культур.

Их характеризуют следующие показатели:

– культура (ботанический род зерна. Например, пшеница, рожь, рис, ячмень и др.);

– партия (любое количество однородного по качеству зерна);

– зерновка (единичное зерно);

– зерновая масса (совокупность любого количества индивидуальных зерен и различных включений).

По химическому составу зерно и семена можно разделить на три группы: крахмалсодержащие, белковые, масличные. К крахмалсодержащему зерну относятся зерно злаков и семена гречихи. Крахмала и других углеводов в них содержится в среднем 70...80%, белков – 10...16%, жиров – 1, 5...6%. К группе белковых относятся семена бобовых, содержащих около 25...30% белков, 60...75% углеводов. К группе масличных относятся семена и плоды масличных культур. Они содержат в среднем 25...50% жира и 20...40% белков.

В зависимости от целевого назначения зерно и семена различают мукомольные, крупяные, технические и фуражные. Зерно пшеницы и ржи используют в основном для получения хлебопекарной муки, а из зерна твердой пшеницы изготавливают макаронную муку.

К крупяным культурам относятся: зерно и семена гречихи, проса, риса, фасоли, чечевицы и т.д. К семенам масличных относятся: подсолнечник, лен, хлопковые семена. Они являются техническими культурами.

Универсальное применение нашли зерна ячменя, кукурузы, овса. Из кукурузы получают муку и крупу, крахмал, глюкозу и патоку, кукурузные деликатесы и масло.

Ячмень является сырьем для получения солода, пива, спирта и крупы.

Овес – сырье для производства толокна, крупы и муки. Зерно и семена этих культур в то же время используют для получения комбикормов, в микробиологической промышленности – для приготовления питательных сред при выращивании микроорганизмов - продуцентов ферментов и антибиотиков.

Большинство зерновых хлебных культур относится к злаковым растениям (по ботанической классификации – семейство мятликовых). Их плоды – зерно, зерновка имеют сходное строение.

Химический состав зерна пшеницы и других культур не является строго постоянным. Особенно большие колебания наблюдаются в содержании белка и крахмала. Наиболее ценной частью зерна являются белки.

Белки всех видов зерна способны набухать в воде и образовывать связанную массу (например, при замесе теста). Однако только белки пшеницы придают этой массе пластичность. При промывании водой пшеничного теста можно от него отделить крахмал и выделить набухший эластичный белок, называемый клейковиной.

Клейковина участвует в образовании пористой структуры хлебного мякиша и бисквитных изделий, обуславливает прочность макаронных изделий. Белки других зерновых культур с водой клейковину не образуют.

Жиры в зерне злаковых содержатся в малом количестве. Жиры всех видов зерна имеют высокую биологическую ценность, но различаются стойкостью при хранении. Лучше сохраняются жиры гречихи, ржи, ячменя, риса, хуже – кукурузы и пшеницы.

Весьма нестойки при хранении жиры овса и проса. Наибольшее количество жира содержится в зародышах зерен.

Углеводы в зерне представлены в основном крахмалом, который откладывается в виде крахмальных зерен, кроме того, имеются клетчатка и сахара.

Крахмальные зерна отличаются не только размерами, но и свойствами: влагоемкостью, температурой клейстеризации, скоростью осахаривания и т.д. В состав всех злаков входят витамины В1, В2, В6, РР, Е и др. Витамин В12 содержится только в зернах пшеницы, а каротин – в зернах ржи, пшеницы (особенно твердой) и желтой кукурузе. Витамины С и D в зерне отсутствуют.

Свойства зерновой массы. В зерне, как и в любом живом организме, ферменты представлены по всем 6 классам. При хранении и переработке часто требуется сохранить активность отдельных ферментов, которые участвуют при дальнейшей переработке сырья. Свойства зерновой массы можно объединить в три группы: физические свойства, параметры, определяющие состав и физиологические свойства. Физические свойства характеризуются сыпучестью, скважистостью, сорбционной емкостью, теплофизическими и аэродинамическими свойствами. Сыпучесть – подвижность зерновой массы, позволяющая заполнять емкости любой конфигурации зерновой массой, свободно вытекать из емкости через отверстия. При встряхивании зерновая масса сортируется: более легкая фракция всплывает, а тяжелая – оседает вниз. Сыпучесть зерновой массы характеризуется углом естественного откоса. Скважистость – наличие в зерновой массе межзернового пространства (скважин), заполненных воздухом. Скважистость определяется отношением объема скважин к объему зерновой массы, выраженной в процентах. Величина скважистости меняется в широких пределах – от 30% у проса до 50% у овса и 80% у семян подсолнечника. Благодаря скважистости зерновая масса хорошо обдувается воздухом при вентилировании и газируется при дезинсекции с целью уничтожения амбарных вредителей. Сорбционная емкость проявляется при поглощении зерном паров воды и летучих веществ. Способность сорбировать газы зерном имеет определенный предел, который и является сорбционной емкостью. Теплофизические свойства характеризуются теплоемкостью и теплопроводностью зерновой массы. Удельная теплоемкость абсолютно сухого зерна составляет примерно 1, 5...1, 52 кДж/(кг× K), коэффициент теплопроводности зерна злаков находится в пределах 0, 08...0, 15 Вт/(м× К). Таким образом, зерновая масса имеет сравнительно большую теплоемкость, что и приводит к высокой тепловой энергии. Положительное свойство этого параметра заключается в том, что при консервировании холодом зерно остается холодным еще длительное время после прекращения подачи холодного воздуха. Отрицательная роль этого параметра заключается в том, что в результате микробиологических процессов в зерновой массе могут возникать очаги самосогревания, которые трудно обнаружить, а обнаружив – трудно ликвидировать. Аэродинамические свойства зерновой массы проявляются в способности зерна перемещаться в воздушном потоке с различной скоростью витания. Скорость витания пшеницы составляет 8, 9...11, 5 м/с, ячменя – 8, 4...10, 8 м/с, кукурузы - 4, 4...8, 0 м/с.

Мука как сырье для пищевых производств. Другие свойства зерновой массы будут рассмотрены при изучении условий ее хранения. Мука – порошкообразный продукт с различным гранулометрическим составом, получаемый путем измельчения (размола) зерна различных злаковых культур, гречихи и бобовых. Пшеничную муку получают из зерна различного технологического достоинства. Из зерна твердой пшеницы изготавливают макаронные крупки двух сортов: высшего – крупка с выходом 30% и 1-го – полукрупка с выходом 72%. Макаронная крупка должна содержать не менее 30% клейковины и иметь желтовато-кремовый цвет. Макаронная крупка имеет крупчатую структуру и способна к потемнению в процессе переработки. Пшеничная хлебопекарная мука подразделяется на следующие сорта: обойная – с выходом 96%, высший сорт – с выходом 30%, 1-й сорт – с выходом 72% и 2-й сорт – с выходом 85%. Содержание клейковины в муке и ее качество определяют “силу” муки. Мука по “силе” различается сильная, средняя и слабая. Обычно из сильной и слабой муки получается хлеб недостаточно хорошего качества. Смешивая их в соотношении, которое определяет заводская лаборатория, получают среднюю по силе муку, позволяющую получить хлеб высокого качества. Зерно с дефектами (проросшее, морозобойное, пораженное вредной черепашкой) дает слабую муку. Цвет муки определяется наличием в ней пигментов, переходящих в муку из зерна. Цвет муки тем темнее, чем выше ее зольность. При хранении муки происходит ее созревание, одним из признаков которого является отбеливание. Существенное влияние на хлебопекарные свойства муки оказывает ее крупность (степень дисперсности), с которой тесно связана водопоглотительная способность. Ржаная мука подразделяется на следующие сорта: обойная – с выходом 95%, обдирная – с выходом 87% и сеяная – с выходом 65%. Ржаная мука в хлебопекарном отношении существенно отличается от пшеничной. Её белки в условиях теста не образуют связанной клейковины, более того, они способны неограниченно набухать в воде, переходя в вязкий коллоидный раствор. Крахмал ржаной муки клейстеризуется при более низкой температуре, чем пшеничный. Кроме того, он легче атакуется аминолитическими ферментами, превращаясь в сахара. В ржаной муке всегда имеется в активном состоянии фермент a-амилаза, тогда как в пшеничной муке нормального качества находится только менее активная b-амилаза. В ржаной муке содержится 2...3% слизей – высокомолекулярных пентозанов, поглощающих при набухании воду в количестве, в 80 раз большем своей массы. Все эти особенности ржаной муки обуславливают и существенные отличия в способах приготовления ржаного и пшеничного теста.

Плоды и овощи как сырье для пищевых производств. Плоды и овощи богаты углеводами, органическими кислотами и их солями, витаминами, минеральными элементами, поэтому они являются важными продуктами питания. Часть плодов и овощей потребляется непосредственно в пищу после кулинарной обработки или без нее, а другая часть является сырьем для промышленной переработки. Так, сахарная свекла является основным сырьем для производства сахара. Картофель – сырье для получения спирта, крахмала, картофелепродуктов длительного хранения, крахмала, патоки, декстрина; виноград и другие ягоды – сырье для производства вина, безалкогольных напитков и соков; плоды и овощи – сырье для консервной промышленности и т.д. Плоды по строению и характеру образования на растении делятся на 4 группы: семечковые, косточковые, ягоды и орехоподобные. К семечковым плодам относятся яблоки, груши, все цитрусовые; к косточковым – ягоды типа вишни, черешни, сливы, абрикосов и др.; к ягодным – виноград, земляника, смородина и т.п.; к орехоподобным – орехи фундук, грецкий, фисташковые, каштан, миндаль и т.п. Овощи подразделяются на две группы: вегетативную и плодовую. К вегетативной относятся: капуста, салат, лук, пряные растения; клубнекорневые растения (картофель, морковь, свекла и т.п.); стебельные (спаржа); цветочные (артишоки, цветная капуста). К плодовой группе овощей относятся: тыква, томаты, огурцы, бобовые (зеленый горошек) и др. Важным показателем качества плодоовощного сырья является массовая доля сухих веществ. Содержание сухих веществ в фруктах и ягодах в большинстве случаев колеблется от l0 до 20%. В отдельных ягодах, например в винограде, оно может достигать 25% и выше. Сухими веществами богаты и овощи, сахарная свекла и картофель, их количество достигает 25%, в моркови – 14%, зеленом горошке – 20%, кукурузе – более 25%. Для промышленной переработки используют картофель с высоким содержанием сухих веществ (в среднем 25%). Не допускается к приемке загнивший, подмороженный и замороженный картофель. Основной показатель качества сахарной свеклы – содержание сахара. Корни сахарной свеклы содержат в среднем 75% влаги, 25% сухих веществ, в том числе 17% сахара и 7, 5% несахаров. Не допускаются к приемке загнившие, подмороженные корни с почерневшей тканью. Большая часть сухих веществ плодов и овощей представлена углеводами: крахмалом, сахарозой, фруктозой и глюкозой, на долю сахаров приходится (в % от массы сырья): в яблоках – l0...15%, вишне – 8...15%, землянике – 5...8%. Крахмала в картофеле содержится 16...18%. Белков и жиров в плодах и овощах содержится незначительное количество. Содержание белка не превышает 1% в плодах и 5% в овощах. Только орехи богаты белками и жирами. Особо важное пищевое значение имеет содержание в плодах и овощах минеральных солей и витаминов – незаменимых компонентов пищи. В плодах и овощах большое значение имеет содержание дубильных, вкусовых и ароматических веществ.

Дубильные вещества при хранении выполняют защитные функции (являются антиоксидантами). На вкус плодов и овощей влияют пищевые кислоты (лимонная, яблочная, винная, щавелевая и др.), входящие в их состав. Аромат плодов и овощей обусловлен наличием в них эфирных масел. Красящие вещества расположены в кожице плодов и реже – в мякоти.