До фізичних властивостей зерна і насіння відносяться:
– форма зерна,
– лінійні розміри, крупність,
– об’єм,
– виповненість і щуплість,
– вирівняність,
– маса 1 000 зерен,
– консистенція ендосперму (скловидність),
– щільність,
– плівчастість і лузжистість,
– натура,
– механічні властивості,
– аеродинамічні властивості,
– зараженість шкідниками,
– засміченість.
Форма зерна. Форма зерна і насіння досить різноманітна. Зерно і насіння різних культур і їхніх сортів відрізняються за формою. У межах кожної культури і окремої партії зерна за формою також спостерігаються розходження внаслідок неоднакового ступеня фізіологічної зрілості та інших причин. Існують наступні форми зерна: куляста, сочевице подібна, еліпсоїд обертання; форма з різними розмірами в трьох напрямках. Форма зерна і насіння має важливе значення при очищенні від домішок і сортуванні. Зерно, що більше наближається за формою до кулі, дає більший вихід борошна, оскільки при такій формі на оболонки доводиться відносно менша частка, чим при будь-якій іншій формі. Зерно кулястої форми має більше високу натуру, тому що щільніше укладається в мірці.
Лінійні розміри і крупність зерна. Під лінійними розмірами розуміється довжина, ширина і товщина зерна та насіння. Довжиною вважається відстань між основою і верхівкою зерна, шириною – найбільша відстань між бічними сторонами і товщиною – між спинною і черевною стороною (спинкою і черевцем). Сукупність лінійних розмірів називається також крупністю. Крупне зерно дає більший вихід готової продукції, тому що в такому зерні більше ендосперму і менше оболонок. Із трьох розмірів (довжини, ширини та товщини) товщина найбільшою мірою характеризує борошномельні властивості зерна. Об’єм зерна має значення для величини і розрахунку шпаруватості зернової маси, величини об’ємної маси, визначення режиму очищення та переробки зерна, величини виходу готової продукції.
Виповненість і щуплість зерна. Виповненими називають зерна, що досягли при повному дозріванні форми з максимальної вирівнянності всіх структур, характерних для сорту, лінії, гібрида. Виконаним може бути також не велике, а дрібне, нормально розвинене зерно. Таке зерно хоча дещо й уступає по якості крупному зерну, але здатне дати доброякісні продукти переробки, хоч і в меншому обсязі. Щуплим називається зерно недостатнє виконане, неприродно зморщене внаслідок несприятливих умов його розвитку. Щупле зерно дрібне, з обмеженим запасом поживних речовин, що іноді складає майже з одних оболонок. Між виконаними й щуплими зернами перебувають проміжні форми зерна різних розмірів з неоднакової виконаністью. Причинами щуплості зерна можуть бути: посуха, суховій, мороз, грибні хвороби, бактеріози, вірусні хвороби, квіткові паразити, польові шкідники і інші несприятливі умови розвитку і дозрівання. Ступінь щуплості залежить від стадії наливу зерна, у яку стали проявлятися несприятливі умови дозрівання.
Вирівняність зерна. Вирівняністю називається ступінь однорідності окремих зерен, що становлять зернову масу, по вологості, розмірам, хімічному складу, кольору і іншим показникам. Найбільше значення має вирівняність по вологості внаслідок особливої ролі вологи при зберіганні і переробці та по крупності.
У практичній роботі звичайно мають справа з вирівняністю по розмірах. Вирівняність не можна плутати із крупністю. Це різні поняття. Зерно може бути вирівняним і одночасно дрібним, великим і разом з тим невирівняним. Вирівняність має особливо велике значення при переробці зерна в крупу. Вирівняні по розмірах насіння дають дружні сходи, рослини розвиваються рівномірно, і, отже, зерно дозріває одночасно, що полегшує збирання врожаю, а також підвищує якість зерна нового врожаю. Маса 1 000 зерен характеризує виповненість зерна і вказує на його величину. Крупніше зерно має більшу масу 1000 зерен. У крупному зерні кількість оболонок і маса зародка відносно ядра найменші. Вважається, що зерно з більшим показником має кращі технологічні властивості — вищий вихід готової продукції (борошна, крупи).
Натура. Під натурою розуміють масу зерна певного об’єму. Це комплексний показник якості зернової маси, оскільки натура залежить від форми, величини та щільності зерна, стану його поверхні, вирівняності та ступеня наливу зернівок, їх вологості, вмісту і характеру домішок. Округле зерно укладається у мірку щільніше, ніж подовжене. У великого, добре налитого зерна натура буває більш високою, ніж у дрібного. Зерно, що має велику щільність, має й більш високу натуру. За гладкої поверхні в мірку укладається більше зерен, ніж за шорсткуватої. За підвищеної вологості зерна натура, як правило, знижується. Домішки, що містяться у зерновій масі також впливають на натуру. Важкі (мінеральні) домішки та дрібне насіння бур’янів збільшують, а легкі (квіткові плівки) – зменшують. Зерно з більшою натурою, як правило, є добре сформованим, виповненим, містить більше ендосперму та менше оболонок, тому дає більший вихід борошна і крупи. Після очищення та висушування натура зерна зростає. Натуру визначають на спеціальних приладах – пурках. Пурка має терези, важки, мірний стакан – ємність місткістю 1 дм3, а у світовій торгівлі – 20 дм 3, в яку насипають зерно, яке аналізують. В партіях зерна таких культур як кукурудзи, гречки, просо, рису, гороху і ін. натуру не визначають. Енергія проростання і здатність до проростання. Під показником енергії проростання розуміють відсоток зерен, що проросли за три доби, а під показником здатності проростання – відсоток зерен, що проросли за п’ять діб. Цю ознаку враховують при продажі партій пивоварного ячменя. Так, стандарт передбачає, що показник здатності проростання повинен бути не менш 95 %. Високі вимоги по схожості пред’являються і до зерна, яке використовують у спиртовій промисловості. Вихід спирту залежить не тільки від вмісту в зерні вуглеводів (крохмалю і цукрів), але і від ступеня гідролізу крохмалю і перетворення його в цукор. Показник здатності проростання зерна жита, ячменя і проса повинен бути не менш 92 %, а вівса – не менш 90 %. Консистенція ендосперму характеризує структурно-механічні властивості зерна, які залежать від щільності упакування в ендоспермі крохмальних зерен та їх зцементованості білками.
Зерно пшениці може бути:
1) скловидним — з повністю скловидним ендоспермом,
2) борошнистим — з повністю борошнистим ендоспермом,
3) частково скловидним — з ендоспермом частково борошнистим чи скловидним. Скловидність контролюється в зерні пшениці, жита, ячменя, кукурудзи, рису. Вона є важливим технологічним показником зерна. Склоподібне зерно в поперечному розрізі нагадує поверхню відколу скла, при просвічуванні воно здається прозорим внаслідок того, що поживні речовини розміщені дуже щільно. Борошнисте зерно має пухко-борошнисту структуру, а у розрізі виглядає як крейда. Частково склоподібне зерно в поперечному зрізі має склоподібні та борошнисті ділянки і просвічується не повністю. Склоподібність чи борошнистість ендосперму залежить від кількості, складу, властивостей, розмірів, форми та розташування крохмальних гранул і кількості, властивостей розподілу білкових речовин, а також характеру і міцності зв’язку між білками і крохмалем. У склоподібному ендоспермі значна частина білка тісно пов’язана із крохмальними зернами, з утворенням прошарків так званого прикріпленого білка, що не відділяється від них при інтенсивній механічній обробці. Інша частина білка при позмелі відділяється. Цей білок одержав назву проміжного. У зерні з борошнистим ендоспермом шар прикріпленого білка дуже тонкий, а проміжного білка більше, ніж у склоподібному зерні. Таким чином, зерно зі склоподібним ендоспермом має більшу механічну міцність, що дозволяє краще організувати процес його переробки в крупу й борошно.
Консистенцію ендосперму визначають зовнішнім оглядом, просвічуванням або розрізуванням зерна. Точніше і зручніше визначати її, користуючись діафаноскопом (від гр. διαφανεια – прозорість і σκοπέω -спостерігаю). Технологічна і харчова цінність зерна деяких культур змінюється залежно від консистенції ендосперму. Наприклад, такі вироби з кукурудзи, як попкорн, кукурудзяні палички й т.п. , виходять найкращими тільки із зерна сортів кукурудзи зі склоподібним (рогоподібним) ендоспермом. Якість вареного рису (каші, гарніру і ін.) також багато в чому залежить від сировини, з якого була приготовлена рисова крупа. Зерно рису зі склоподібною консистенції міцніше, при переробці дає великий вихід крупи у вигляді цілого зерна; при варінні такої крупи зерна зберігаються в цілому виді. Зерно з борошнистою консистенцією ендосперму більше тендітне і ламке. Вихід крупи кращих сортів знижується, у каші з такої крупи зерна розварюються й розпадаються. Особливе значення має консистенція ендосперму зерна пшениці. Зерно м’якої пшениці може мати склоподібну, напівсклоподібну або борошнисту консистенцію.
Тверда пшениця – склоподібну консистенцію. При здрібнюванні склоподібного зерна на млинах сортового помелу воно перетворюється в крупки, які перед подальшим розмелом краще сортуються по добротності, і завдяки цьому можна одержувати більші виходи кращих сортів борошна (крупчатки, вищий і перший сорти), що складаються практично із центральної частини ендосперму. Колір борошна зі склоподібного зерна – білий, із кремовим відтінком, а з борошнистого – білий, із синюватим відтінком. У високоскловидній пшениці звичайно більше білків, що утворять клейковину гарної якості. У зв’язку із цим поліпшуються і хлібопекарські властивості борошна.
Загальну скловидність зерна виражають сумою відсотка склоподібних зерен і половини відсотка частково склоподібних (% склоподібних +1/2 % частково скловидних). Партія зерна вважається скловидною при скловидності 75% і вище, напівскловидною — при 40-75% і борошнистою — при менше 40%. За цим показником можна про вміст білка та технологічні показники якості зерна. При його зростанні спостерігається вищий вміст білка та кращі технологічні властивості. Вихід борошна із високоскловидних зерен більший. Скловидність у цілому належить до видових і сортових ознак (тверді пшениці більш скловидні, ярі пшениці скловидніші, ніж озимі).
Щільність зерна. Добре налите зерно має більш високу щільність, ніж недозріле. Щільність зерна залежить від його хімічного складу. Найбільшу щільність мають крохмаль та мінеральні речовини, тому зі збільшенням їхньої частки зростає щільність зернівки, і, навпаки, підвищення кількості білка та ліпідів знижують. щільність зерна. Істотні розходження хімічного складу зумовлюють великі коливання щільності зерна у різних культур:
– у пшениці – 1,33-1,53 г/см3
– у жита – 1,26-1,42 г/см3
– у кукурудзи – 1,23-1,27 г/см3
– у ячменю – 1,23-1,28 г/см 3
– у вівса – 1,11-1,1 5 г/см3.
На розходженні щільності цілого зерна, ендосперму, зародку та оболонок базується практично вся технологія переробки зерна. При обмолоті пшениці, жита, тритікале зернівки легко відокремлюються від квіткових плівок (оболонок). Ці злаки, а також кукурудза відносяться до групи голозерних. В інших злаків квіткові плівки щільно облягають зернівку і при обмолоті не відокремлюються. Ці культури належать до групи плівчастих (ячмінь, овес, просо). Плівчастість зерна – виражений у відсотках вміст оболонок квіткових (ячмінь, просо, рис, овес), плодових (гречка), або насінних (рицина) відносно маси не облущеного зерна. Плівчастість зерна сильно коливається залежно від культури, сорту, району та року вирощування у межах:
– у вівса – 18-38 %
– у гречки – 1 2-29 %
– у ячменю – 7,5-15%
– у риса – 12-25 %
– у проса – 1 2-26%.
Вміст оболонок характеризує цінність зерна для переробки. Загальний вихід крупи і її окремих сортів при переробці зерна плівчастих культур залежить від співвідношення чистого ядра і плівок. Крупне зерно, як правило, має менше плівок і дає більший вихід товарної продукції. Наявність оболонок ускладнює й здорожує переробку плівчастих культур. Своєрідної “плівчастістю” і різним вмістом ядра володіє сім’янка соняшника. Груба й міцна плодова оболонка сім’янки називається лушпинням (лузгою), звідси і її вміст у відсотках маси насіння називається лузжистістю. У насіння соняшника, яке вирощують для одержання олії, вона досягає 27- 39 %, а у того, що призначений для безпосереднього вживання (лущення) – 65 % і рідко становить менш 50 %. Від лузжистості і вмісту олії в ядрі залежить вихід олії.
Механічні властивості зерна. Під механічними властивостями зерна розуміється здатність його пручатися руйнуванню з одночасною зміною форми, тобто пружно деформуватися під дією зовнішніх механічних сил. Механічні властивості зерна знаходять вираження в опорі деформуванню, руйнуванню й пластичності.
Аеродинамічні властивості зерна – це особливості його поводження в повітряному потоці. Зерно, що рухається у повітрі, зустрічає опір, значення якого залежить від ряду факторів. Тиск повітряного потоку на тіло, що перебуває в ньому, залежить від маси тіла, його розмірів, форми, стану поверхні, відносної швидкості руху й розташування зерна, а також від стану повітряного середовища. Аеродинамічні властивості зерна і його домішок використовують при очищенні й сортуванні зернової маси. Повітряним потоком із зернової маси виділяють органічне сміття (шматочки соломи, полову), насіння багатьох бур’янистих рослин.
Зараженість зерна шкідниками. При несприятливих умовах зберігання в непідготовлених і незнезаражених сховищах у зерновому насипі розвиваються шкідники, кліщі й комахи. Шкідники завдають значної шкоди зерну: поїдають його, забруднюють його своїми трупами, личиночними шкурками й екскрементами, сприяють підвищенню вологості і розвитку мікроорганізмів. У стандартах на зерно встановлені ступені зараженості кліщами, комірними й рисовими довгоносиками, зернівками. Зерно, яке сильно забруднене шкідниками, може виявитися для тваринного організму отрутним. Боротьба з усіма видами шкідників хлібних запасів у вигляді профілактичних і винищувальних заходів не тільки забезпечує схоронність зерна і охороняє його від псування, але і є винятково важливою справою з погляду охорони здоров’я людей.
Засміченість зерна. Домішки в зерновій масі ускладнюють зберігання і переробку зерна, погіршують якість готової продукції. Всієї домішки підрозділяються на дві основні фракції: бур’янисту й зернову. Бур’яниста домішка є марною або шкідливою для харчування. Крім того, до неї включають зерна інших культур, які не можна використовувати так само, як зерно основної культури. Зернова домішка має знижену цінність у порівнянні з нормальними зернами основної культури, але може бути використана по цільовому призначенню останніх. Вміст бур’янистої, шкідливої і зернової домішки визначається державними стандартами на зерно кожної культури. Норма домішок ув’язана із цільовим призначенням зерна. Залежно від процентного вмісту домішок у зерні його ділять на дві групи: зерно, яке відповідає базисним кондиціям, і зерно, яке має відхилення по якості в межах обмежувальних кондицій.
За засміченістю формують такі партії зерна:
– чисте,
– середньої чистоти,
– засмічене.
Для очищення зерна від домішок застосовують різноманітні виробничі машини. Відділення насіння бур’янистих рослин, як і інших домішок, ґрунтується на відмінності їхніх фізико-механічних властивостей від властивостей зерна основної культури. Відділення тим простіше й повніше, чим більше відрізняються властивості домішок від властивостей зерна, і, навпаки, тим складніше й менш повно, чим менше ця відмінність. Сипучість і самосортування відносять до фізичних властивостей зерна. Сипучістю називається здатність продукції заповнювати ємності будь-якої форми й переміщатися самопливом. Зернова маса складається з безлічі окремих твердих частинок, різних за розміром і щільністю, тому володіє великою рухливістю – сипучістю. Найбільшою сипучістю володіють округлі зерна з гладкою поверхнею (просо, горох), у зерна довгастого з шорсткою поверхнею сипучість знижується. З сипучістю пов’язана здібність зернової маси до самосортування. При будь-якому переміщенні або струшуванні зернова маса «розшаровується». Важкі компоненти – мінеральна домішка, крупні зерна опускаються вниз, а легкі – органічне сміття, насіння бур’янів і щуплі зерна «спливають». Це може зробити негативний вплив на збереження, оскільки зазвичай насіння смітних трав і щупле зерно мають підвищену енергію дихання, що може привести до псування зерна при зберіганні. Здібність зернової маси до самосортування враховується при відборі проб для аналізів.
Шпаруватість – заповнення повітрям проміжок між зернами в насипі. Зазвичай шпаруватість виражають у відсотках до загального об’єму даного насипу. Щільність укладання зернової маси в об’ємі сховища і, отже, її шпаруватість залежать від форми, розмірів і стану поверхні зерен, від кількості і характеру домішок, від маси і вологості зернового насипу, форми і розмірів сховища. Однорідне по величині зерно, а також зерно з шорсткою поверхнею мають шпаруватість більшу, ніж зерна різної великої і округлої форми.
Запас повітря в міжзернових просторах має велике значення для збереження життєздатності насіння. Велика газопроникність зернових мас дозволяє проводити активне вентилювання, регулювати склад газового середовища в міжзернових просторах, вводити пари пестицидів для боротьби з шкідниками зерна. Проте наявність міжзернових просторів і кисню в них з іншого боку, сприяє розвитку шкідників. Сорбційні властивості зерна також відносять до фізичних. Зерно всіх культур і зернові маси в цілому володіють сорбційною місткістю, тобто здатністю поглинати гази і пари різних речовин. Ця здатність зерна обумовлена його капілярно-пористою структурою, що робить активну поверхню зернівки в 200 – 220 разів більше істинної. Крім того, для біополімерів (білків, слизу, крохмалю) характерна відсутність міцної кристалічної решітки, тому молекули води і інших речовин можуть легко поглинатися ними, взаємодіючи з активними центрами. При зміні умов навколишнього середовища зерно може частково віддавати поглинені ним речовини – десорбувати їх. Проте повністю десорбція не відбувається.
Явища сорбції прийнято підрозділяти на дві групи:
1) сорбція і десорбція різних газів і пари, окрім води;
2) гігроскопічність – сорбція і десорбція парів води.
Здатність зерна і продуктів його переробки активно поглинати гази і пари різних речовин зобов’язує піклуватися про чистоту транспорту і сховищ, інакше продукти на смак і запаху можуть стати непридатними для харчових цілей. При боротьбі з шкідниками комор можна застосовувати лише такі пестициди, які менш шкідливі і більш повно десорбіруются.
Гігроскопічність зернової маси має найбільший вплив на стійкість зерна при зберіганні. Гігроскопічність зерна і продуктів його переробки залежить від вмісту в них білків і висококомолекулярних пентозанів, здатних поглинати вологу більше, ніж інші речовини. Добре зберігає свої початкові властивості тільки те зерно, в якому вся волога знаходиться в зв’язаному колоїдами стані. Між відносною вологістю повітря в сховищі і вологістю зерна встановлюється динамічна рівновага. Кожному значенню відносної вологості повітря і його температури відповідає певна рівноважна вологість продукту. Вологість продукту, при якій в нім з’являється вільна вода, носить назву критичної. Для більшості культур критична вологість лежить в інтервалі 1 4,5 – 1 6 %. Зерно, що досягло її, може запліснявіти. Теплопровідність і температуропровідність зерна також відносять до фізичних властивостей. Теплопровідність – здатність зерна проводити тепло при наявності різниці температур у різних її частинах. Тепло в зерновій масі розповсюджується двома способами: від зерна до зерна при їх зіткненні – теплопровідність зерна і переміщенням повітря в міжзернових просторах – конвекція. Зерно має низьку теплопровідність. Повітря також характеризується невеликою теплопровідністю. Тому сумарний показник теплопровідності зернової маси в цілому невеликий і коливається в межах від 0,12 до 0,2 ккал Швидкість нагрівання зернової маси – температуропровідність залежить від теплопровідності і також невелика. Таким чином, зернова маса характеризується великою тепловою інерцією, зміна температури зерна в середніх шарах насипу відбувається дуже повільно. Тому зерно в зимові місяці можна охолодити, провівши активне вентилювання насипу холодним сухим повітрям. Низька температура його зберігається протягом більшої частини літа, внаслідок чого сповільнюються біохімічні процеси, що протікають в ньому, і припиняється розмноження шкідників комор. Якщо ж на зберігання засипано тепле зерно, то в нім довго зберігаються сприятливі умови для активної життєдіяльності самого зерна, шкідників комор і мікроорганізмів. У весінньо-літній період, а також в осінньо-зимовий спостерігається велика амплітуда коливань температури між окремими шарами зернової маси, що може привести до конденсації вологи на окремих її ділянках, зволоженню зерна.