Zboza - Wyklady (1), SGGW - Technologia żywnosci, V semestr, 5 SEMESTR, semestr V, zboże, zboze


TECHNOLOGIA ZBÓŻ

Wykład 1

Przemysły interesujące nas na zbożach:

Dla każdej gałęzi przemysłu spożywczego zasadnicze znaczenie mają następujące zagadnienia:

Główne zadania przemysłu spożywczego:

Zakres technologii zbóż:

  1. Surowcw (ziarno zbóż, jego cechy chemi. i fiz.)

  2. Czyszczenie i suszenie ziarna

  3. Przygotowanie ziarna do przetwórstwa

  4. Przetwarzanie ziarna, w tym:

  1. Piekarstwo (mąka)

  2. Ciastkarstwo (mąka)

  3. Produkcja makaronu (mąka)

Podstawowym surowcem branży zbozowej jest ziarno, czyli owoce roślin zbożowych:

Pszenica, żyto, pszenżyto (całkowicie stworzone przez człowieka), jęczmień, kukurydza, owies, gryka, proso i ewentualnie innych (np. regionalnych) uprawianych na cele:

Młynarstwo produkcja kasz i płatków zbożowych to branże, w których podst. Surowcem jesy bezpośrednio, odpowiednio przygotowane ziarno zbóż

Natomiast piekarstwo, ciastkarstwo wykorzystuje mąkę

Światowa produkcja zbóż w 2005r. wynosiła ok 2,230 mln ton

Najwięksi producenci to: Chiny, USA, Indie, Rosja

Polska (ok. 26 mln ton zajmuje miejsce w drugiej dziesiątce państw produkujacych zboże)

Wg GUS w Polsce w roku 2007 powierzchnia zasiewów (pszenicym żyta, jęczmienia, pszenzytam owsa) czyli 5 podst. Zbóż w skali krajowej wynosiła ponad 8 mln ha, z czego:

Z zestawienia tego wynika, że w Polsce dominują odmiany ozime poszczególnych gatunków, a wyjątek stanowi jedynie jęczmień ozimy - 2,0 %

Przeciętne zbiory zbóż w Polsce ( w mln ton)

Produkcja zbóż ogółem 22 - 27 ↑ - wzrost

Światowe spichlerze zbozowe (rejonu swiata, w których produkcja zboz jest wieksze niż potrezeby tego regionu - nadwyzka)

  1. wschodnio - europejski (od ZSRR - Ukraina - Bialorus, Kazachstan)

  2. Polnocno - amerykanski (USA, Kanada)

  3. Pludniowo - amerykanski (Argentyna, Meksyk, Brazylia)

  4. Indyjski (Indie, Birma, Indochiny)

  5. Australijski (Australia, Nowa Zelandia)

  6. Zachodnio - europejski (glownie Francja, a także Niemcy, Włochy)

ZBOŻA to:

Do zbóż należą również: gryka, mimo że należy ona do rodziny rolestowatych, klasy dwuliściennych

Zboża uprawiane w Polsce:

*Ziarna ozime maja dluzszy okres wegetacji i żeby przetrwac zime musza wykorzystywać swoje skladniki (bialka) i dlatego maja go mniej

Owocem roślin zbożoywch i traw pastewnych jest ziarno

Owoc: suchy, niepękający, jednonasienny)

W każdym ziarnie wyróżnia się:

ANATOMICZNA BUDOWA ZIARNA

Z technologicznego punktu widzenia jedynie bielmo mączyste jest w pełni wartościową częścią dla przemysłu młynarskiego, stanowiąc po przemiale mąkę.

Cennnym składnikiem ze względu na wysoką zawartość białek jest warstwa aleuronowa.

Natomiast wartstwa owocowo-nasienna i zarodek stanowią produkty uboczne przemiału tzw. otręby.

Wykład 2

Skład chemiczny ziarna zbóż

Woda 15 %

Białko 8-16 %

Skrobia do 80 %

Tłuszcz 2 %

Błonnik 2 %

Składniki mineralne 2 %

Im blizej centrum ziarna tym mniej bialka a wiecej skrobi.

Wyciąg maki - ilosc maki, jaka uzyskujemy ze 100kg ziarna.

BIAŁKA

Bialka występujące w ziarnie zboz mozna podzielic na dwie zasadnicze grupy:

Białka proste

  1. ALBUMINY - rozpuszczalne w wodzie. W ziarnie zboz z tej grupy wystepuje tylko leukozyna.

  2. GLOBULINY - nierozpuszczalne w wodzie, natomiast rozpuszczalne w 10% NaCl. Z tej grupy białek w ziarnie zboz wystepują:

  1. PROLAMINY - nierozpuszczalne w wodzie i roztworze soli NaCl, natomiast rozpuszczalne w 70 - 90 % alkoholu etylowym. Naleza do nich:

  1. GLUTELINY - nierozpuszczalne w zadnym poprzednim rozpuszczalniku, natomiast rozpuszczalne w roztworach zasadowych, np. 0,2 % NaOH. Do tej grupy nalezy przede wszystkim:

Gliadyna + Glutenina + woda = Gluten

GLUTEN - charakterystyczna dla mąki pszennej substancja białkowa, uzyskiwana po zmieszaniu maki z woda, a nastepnie wymyta z ciasta przy uzyciu wody.

Wyglad i podstawowe cechy glutenu: kremowa, lepka masa, w roznym stopniu: elastyczna, plastyczna, sprezysta, krucha, zwiezła lub rozplywająca sie.

Szczegolnie wazne glutenu:

Gluten decyduje o wlasciwosciach ciasta i pieczywa, a tym samym o wartości wypiekanej maki (zboza).

Wsaźnikiem ilościowo-jakosciowym glutenu jest tzw. liczba glutenowa (LG) pozwalajaca w przyblizeniu na okreslenie wartosci technologicznej maki i jej wplyw na takie cechy ciasta jak:

Liczbe glutenowa oblicza sie ze wzoru:

LG = a(2 - 0,065 r)

a - zawartosc glutenu mokregow cieście (w %)

r - rozplywalnosc glutenu (mm)

Liczba glutenowa moze byc wskazowka przy doborze sposobu prowadzenia (wytwarzania) ciasta.

Procentowy udzial poszczegolnych bialek w ziarnie pszenicy, zyta

Albuminy

Globuliny

Prolaminy

Glutaniny

Pszenica

0,40 %

0x08 graphic
0,62 %

0x08 graphic
4 %

4,4 %

Żyto

0,43 %

1,76 %

0x08 graphic
4 %

0x08 graphic
2,44 %

Gliadyna

Glutamina

Gluten w pszenicy spełnia inną rolę niż w życie (róża zawartość procentowej) w pszenicy jest go więcej. W ziarnie pszenicy lub w mące pszennej proporcja między zawartością prolamin i glutaniny wynosi w przybliżeniu 1:1 natomiast w ziarnie żyta lub mące żytniej 2:1

Dość powszechnie uważa się, że wzajemne proporcje między prolaminami zawartymi w ziarnie (mące pszennej i zytniej) są bezpośrednią pczyczyną zasadniczych różnic w cechcach ofizycznych i znaczeniu technologicznym glutenu obu zbóż.

Wymyty z ciasta gluten (tzw. mokry lub surowy) zawiera 60 - 70 % wody, ktora stanowi 150 - 230 % w przeliczeniu na sucha mase glutenu.

Wynika z tego, ze gluten bardzo dobrze wiaze (chłonie) wode.

Sucha substancja glutenu, zawiera przecietnie:

- 5 - 10 % weglowodanów (glownie skrobii)

Pytania:

  1. udział poszczególnych białek w składzie ziarna pszenicy i zyta

  2. współzależność między wyciągiem mąki a ogólną zawartością białka w mące

  3. współzależność między ogólną zawartością białka w mące a jej wartością technologiczną i żywieniową

Należy pamietac, ze jeżeli wyciag maki wzrasta, zawartosc bialka w mace tez wzrasta. Dlaczego? Ponieważ jasne mąki są z samego środka bielma, odrzucane są części zewnętrzne oraz związki mineralne.

W zaleznosci od wlasciwosci fizycznych gluten dzieli sie na:

Klasyfikacja mak pszennych na podstawie jakosci glutenu z nich zawartego:

Wykorzystanie mąki zależy od jej jakości:

Zaleznosc jakosci maki od rozplywalnosci zawartego w niej glutenu i LG.

Jakosc maki rozplywalnosc glutenu (mm) liczba glutenowa (-)

slaba powyzej 12 do 40

srednia 6-12 40-60

mocna ponizej 6 powyzej 60

Znaczenie technologiczne glutenu

Bezpośredni lub pośredni wpływ na wybrane cechy mąki, ciasta i uzyskanego pieczywa.

Wydajnosc ciasta > 100% bo dodajemy wode i inne skladniki i tak ze 100kg maki otrzymujemy około 160kg (160%) chleba

1g glutenu wchlonie około 2x wiecej wody.

W mace zawartosc glutenu to około 10% wiec w 100kg maki - 10kg glutenu, wiec można dodac 20l wody i dodatkowo - 70kg skrobi wchlania 48kg wody.

Czas rozwoju ciasta (wiazanie wody wolnej, wysycenie maki) do max wzrostu. Gluten tworzy siatke w ciescie - właściwości wlokniste. Przy mocnym glutenie - czas rozwoju cista dluzszy.

Do pulchnego pieczywa latwiej dostaja się soki trwaienne - lepsza przyswajalnosc dla organizmu.

Białka złożone

Z bialek zlozonych z ziarnie zboz wystepuja glownie:

Cechy białek złożonych:

SACHARYDY

1. Cukry proste

2. Cukry zlożone

3. Wielocukry

Zwiazki skladajace się z dużęj ilości czsteczek cukrow prostych 5 - lub 6 - weglowych

Skrobia, blonnik, sluzy i gumy.

W ziarnie zboz wystepuja wszystkie wymienione wyzej formy cukrow, oczywiście wystepuja w mniejszych lub wiekszych ilosciach.

Odgrywaja one okreslone role w ksztaltowaniu wartosci technologicznej i odzywczej tak ziarna jak i otrzymanych z niego produktow. Bezsprzecznie najwazniejsza role spelnia skrobia.

Wykład 3

SKROBIA

Wsytepuje w ziarnie wszystkich zboz w ilosciach 30-80% i to wylacznie w bielmie

Temperatura kleikowania skrobii żytniej jest znacznie niższa niż pszennej. W temp. 75-80 ˚C skrobia żytnia jest całkowicie skleikowana. Do całkowitego skleikowania skrobii pszennej konieczna jest temp. 95-9 ˚C. Duże ziarna skrobiowe kleikuja szybciej i przy nizszej temperaturze - gluten nie tworzy w ciescie zytnim siatki glutenowej - inna zawartosc i stosowanie poszczegolnych skladnikow chemicznych, np. pentazany w zycie oslabiaja dzialanie glutenu i ma on wtedy strukture ziarnista.

Ziarna skrobii żyta sa nieco wieksze od pszennych a więc - szybciej kleikują.

Porównanie ziaren skriobiwych poszczególnych zbóż:

Owies<ryż<kukurydza<jęczmień<pszenica<żyto<ziemniak

Skrobia sklada się z:

Wzajemny stosunek amylopektyna - amylaza jest różny w poszczegolnych zbozach, będąc tym samym ich cechą charakterystyczną

Zawartość amylazy w skrobiach niektórych zboz:

Skrobia woskowa - skrobia wystepujaca w kukurydzy, ryzu i owsie; sklada się wylacznie z amylopektyn

Znaczenie technologiczne skrobi

Z technologicznego punktu widzenia, czyli wartosci wypiekowej maki:

Co jest wazniejsze: skrobia czy gluten?

PENTOZANY

Znaczenie technologiczne wykazują wszystkie pentozany z tym, że ważniejsze są pentozany rozpuszczalne w wodzie, tworzące śluzy ( są głównym składnikiem śluzów -94%). Posiadają one zdolność do tworzenia koloidów.

Obecne w śluzach pentozany mają zdolność wiązania dużych ilości wody, pęcznieją i dają roztwory o dużej lepkości, a także 8krotnie zwiększają swoja objętość.

Woda najpierw wiązana jest przez białko (gluten), potem nastepuje denaturacja białka, uwolnienie wody i wchłanianie wody przez skrobię.

Śluzy mają szczególne znaczenie w tworzeniu ciasta żytniego. Śluzy żytnie bardzo szybko pęcznieją. Dzięki dużej zdolności hydratacyjnej ciasto żytnie staje się bardzo lepkie, łącząc skrobię, białko i inne składniki mąki w jedną całość.

Śluzy żytnie (pentozany) spełniają w cieście żytnim taką samą rolę jak gluten w cieście pszennym.

Śluzy obniżają zdolność pęcznienia białek oraz skrobi (glutenu). Dlatego konieczna jest m.in. hydroliza pentozanów (najlepiej kwasowa).

Pod wpływem kwasu następuje hydroliza wiązań alfa-1-2, alfa-1-3glikozydowych, łączących ksylozę i arabiozę. Uwodornione pentozy reagują z aminokwasami powodując:

ENZYMY ZBOŻOWE

Wazne enzymy wystepujace w ziarne:

  1. Amylazy - naleza do hydrolaz, katalizuja hydrolize skrobi i glikogenu. Wystepuja 3 typy amylaz: alfa-amylaza, beta-amylaza i glukoamylaza. Wszystkie hydrolizuja skrobie ale różnia się sposobem dzialania.

  2. Proteazy - powoduja rozklad zwiazkow bialkowych, wystepujacych glownie w zarodku i warstwie aleuronowej. Dzialaja jako endopeptydazy (proteinazy) - rozdrabniajace wiazania w srodku lacucha bialka lub peptydow, wzglednie jako egzopeptydazy- dzialaja na skrajne wiazania peptydowe. W zdrowym ziarnie aktywnosc enzymow proteolitycznych jest nieznaczna, wzrasta w miare kielkowania. Znaczenie technologiczne.

  3. Lipazy - należą do grupy estraz (głównie w zarodku i warstwie aleuronowej)

Amylazy (alfa i beta) wystepuja glownie w bielmie i w czesciach sasiadujacych z warstwa aleuronowa. Sama wartswa aleuronowa jak i okrywa owocowo nasienna amylaz nie zawierają.

Inaktywacja amylazy nastepuje poprzez jej wiazanie z bialkami.

Enzymy proteolityczne rozkladaja te bialka, a tym samym przeprowadzaja beta amylazę z formy nieczynnej w formę czynną. Uwaza się ze tylko 1% ogolnej ilosci beta-amylazy wystepuje w formie czynnej.

Podzial maki pszennej i żytniej w zależnosci od ich aktywnosci amylolitycznej (liczby opadania)

Grupa jakościowa mąki

Wartość liczby opadania

Aktywność amylolityczna mąki

MĄKA PSZENNA

a

b

c

d

<80

90-150

175-280

>300

bardzo wysoka

wysoka

średnia

niska

MĄKA ŻYTNIA

a

b

c

d

<70

75-100

125-200

>250

bardzo wysoka

wysoka

średnia

niska

Przeznaczenie technologiczne maki pszennej w zaleznosci od jej aktywnosci amylolitycznej:

Przeznaczenie technologiczne mąki zytniej w zaleznosci od jej aktywnosci amylolitycznej:

Znaczenie alfa i beta- amylazy w technologii jest bardzo duze:

Alfa-amylaza - dostarcza dekstryny, które wchodza w reakcjenieenzymatycznego brunatnienia, decyduja miedzy innymi o barwie skorki pieczywa

Beta-amylaza - jest niezbedna do wytworzenia odpowiedzniej ilosci cukrow koniecznych do przepowadzenia procesu fermentacji

ZWIĄZKI MINERALNE

Sa dwie grupy:

I: C,O,H,N,S i P(95-98% masy ziarna)

II: pozostale pierwiastki wystepujace w ilosciach 1,5 do5% masy ziarna

Typ mąki- oznacza dopuszczalną, maksymalną zawartość w niej popiołu:

Typ 550 0,55% , to 550 mg popiołu po spaleniu 100kg mąki

Maka luksusowa-nazwa handlowa

BŁONNIK

Występuje głównie w okrywie owocowo-nasiennej ziarna, natomiast w bielmie i zarodku tylko w niewielkich ilosciach. W sklad blon komórkowych okrywy owocowo-nasiennej, obok blonnika wchodzi jeszcze lignina, substancja inkrustujaca, nadajaca blonom sztywność. Podczas przemialu zarówno blonnik jak i lignina w wiekszosci przechodza do otrąb, przy czym zalezy to glownie od wyciagu maki jaka chcemy uzyskac.

Wykład 4

FIZYCZNE CECHY ZIARNA

Niektóre cechy fizyczne zirna tj: ksztalt, wielko, twardosc, masa wlasciwa wiazą się to bezposrednio z :

Do szczególnie waznych cech fizycznych, które należy znac i uwzglednic w procesach technologicznych naleza:

  1. Kształt i wielkość ziarna

Większość gatunków zbóż, np. pszenica, przenżyto, żyto, jęczmień, owies mają kształt wydłużony i obły. Proso, sogo i niektóre odmiany kukurydzymają kształt zaokrąglony.W procesie czyszczenia ziarna jego ksztalt jest bardzo ważny w takich urzadzeniach jak: wialnia, tryjer, żmijka. Elementy robocze urządzeń w magazynach, młynach, kaszarniach musząbyć dostosowane do wielkości przerabianego ziarna. Wielkość zależy od: gatunki, odmiany zboża, warunków wzrostu-klimat, gleba, sotowane nawożenie)

Wielkosc ziarna okresla się za pomoca mikrometru. W praktyce cechy te, tj. dlugosc, szerokosc, grubosc okreslane sa jako dowolnosc i wyznaczane a w tzw. analizie sitowej jako celnosc i wyrownanie. Ziarno (100g) przsiewa się przez zestaw o nastepujacych wymiarach oczek(mm) przez 3 min:

Celność ziarna - suma masy ziarna z I i II sita wyrazona w %

Wyrównanie - suma masy ziarna z I i II lub II i III sita ( w zaleznosci, która jest wieksza) w %

Celnosc ziarna i wyrownanie ziarna zaistnieje wówczas, gdy suma masy ziarna z I i II sita będzie większa niż sama masa ziarna z sita II i III

  1. Objętość ziarna- wazna przy transporcie pneumatycznym ziarna

Przykładowe przeciętne objętości ziaren wybranych zbóż:

Różniece w objętości ziarna w obrebie tej samej odmiany zboża wynikają z: położenia ziarna w kłosie, długości okresu kwitnienia, czasu namnażania nasion w kłosie.

MASA 1000 ZIAREN (MTZ)

Wielkość ziarna może być wyrażona jego wymiarami lub jego masą. Oba sposoby są mało dokładne. Masa jednego ziarna jest stosunkowo niewielka (np. pszenica 35 mg) dlatego w praktyce posługuje się masą 1000 ziaren.

- wskazuje na stopien wypelnienia ziarna poszczegolnymi skladnikami, jak tez ich wzajemne proporcje

MTZ niektórych zboz w gramach:

MASA WŁAŚCIWA ZIARNA (w g/cm3 )

masa wlasciwa skrobi wynosi 1,48-1,51

glutenu - 1,24-1,26

tluszczu - ponizej 1 g/cm3

zatem: wiecej skrobi - wyższa masa wlasciwa ziarna; wiecej bialka (glutenu) - nizsza masa wlasciwa ziarna

Szklistosc i maczystość wiąże się bezpośrednio ze składem chem. ziarna ziarna zależy od :

Ziarno szkliste - wysokobialkowe ma strukture bardziej zwarta, a tym samym wytrzymalsza na dzialanie mechaniczne (przekroj szary z polyskiem)

Ziarno maczyste - o nizszej zawartosci bialka i wyzszzej zawartosci skrobi ma strukture wewnetrzna miękiszu bardziej podatną na dzialanie mechaniczne (przkroj bialy, matowy)

Ziarno szkliste - bielmo twarde

Ziarno maczyste - bielmo miekkie

STRUKTURA BIELMA

Zarówno struktura bielma i stopien jej związania z okrywa owocowo-nasienną to cechy o szczegolnym znaczeniu dla mlynarstwa i kazsarstwa, wynika to z zachowania się ziarna podczas mechanicznego oddzialywania na nie.

od tych wlaściwości, czyli od tego zachowania się ziarna zaleza bezposrednio procesy:

Ziarno ma strukture porowato-kapilarna. W bielmie przewaza skrobia o strukturze krystalicznej, jest ona wtopiona w podloze ulozone z bezpostaciowych sybstancji bialkowych. Okrywa to glownie blonnik inkrustowany lignina i solami mineralnymi bo tworzy strukture zwarta.

Wytrzymalosc ziarna zalezy od:

zwiezlosci bielma i elastycznosc okrywy

Zwięzłość bielma jest tym lepsza (wieksza) im więcej w nim zawartych substancji białkowych. Natomiast elastyczność okrywy zależy bezpośrednio od zawartości w niej wody, czyli od jej wilgotności w pewnych granicach, im wyższa wilgotnośc tym wyższa elastyczność okrywy.

WŁAŚCIWOŚCI AERODYNAMICZNE ZIARNA

(zachowanie się ziarna w strumieniu powietrza)

Zalezy od:

Na większą skalę właściowości aerodynamiczne ziarna, wykorzystywane są w procesie jego czyszczenia i zuszenia wewnętrznego, czyli zakładach produkcyjnych.

Wlasności aerodynamiczne ziarna (lub skladnikow masy zbozowej) charakteryzuje tzw. żaglowność - zdolność stawiania oporu strumieniowi powietrza.

Żaglownosc wyrazana jest stosunkiem powierzchni najwiekszzego przekroju cząstki do jej masy, czyli:

K=F/o

MASA ZIARNA ZBÓŻ (masa zbożowa)

W jej sklad wchodzą:

ZANIECZYSZCZENIE ZBOŻOWE

Dzielą się na:

  1. Użyteczne - mogą być wykorzystywane do pasz