Биохимические особенности морозобойного зерна пшеницы (по данным В.Л. Кретовича и Р.Р. Токаревой)

В морозобойном зерне в результате незавершенности процессов синтеза снижа­ется содержание крахмала и белка. Клейковина зерна пшеницы имеет пониженную водопоглотительную способность, плохую эластичность, становится крошащейся и короткорвущейся. Хлеб из муки с такой клейковиной отличается меньшей пористо­стью, заминающимся мякишем и ухудшенными вкусовыми свойствами.

На мукомольных заводах для улучшения хлебопекарных качеств муки из моро­зобойного зерна при его очистке рекомендуется отбирать в отходы щуплые зерна. Эти зерна характеризуются особенно высокой активностью а-амилазы и плохой клейковиной. Тесто из муки, которая получена из морозобойного зерна, может быть улучшено подкислением.

Показатели качества, стандартизация и сертификация зерна

Для морозобойного зерна характерны повышенная интенсивность дыхания, легкая подверженность самосогреванию, повышенная обсемененность плесневыми грибами, из-за чего усложняется его хранение.

Зерно суховейное.В южных и юго-восточных районах Российской Федерации на качество зерна существенно влияет недостаточная обеспеченность сельскохозяй­ственных растений водой, сопровождаемая обычно высокой температурой (засуха) или действием сухих ветров при высокой дневной температуре и низкой относи­тельной влажности воздуха (суховей).

Однодневные интенсивные суховеи в большинстве случаев повреждают лишь вегетативную массу, что почти не сказывается на качестве зерна. Продолжительный суховей (4-5 сут.) ведет к значительному его повреждению. При действии засухи или суховея в период формирования колоса, цветения или в самом начале налива зерно может совсем не образоваться. Зерно, захваченное суховеем в период молоч­ной спелости, обычно не имеет блеска, матовое, с морщинистой поверхностью, щу­плое, так как многие важные ферменты азотного, углеводного и фосфорного обмена ингибируются. Высокая температура тормозит фотосинтез, поэтому затрудняется приток углеводов в зерно. Суховейное зерно богаче нормального белковым азотом, но беднее растворимыми соединениями азота (аминокислотами и др.)

В суховейном зерне пшеницы содержание клейковины увеличивается, качество же клейковины снижается в связи с ее укреплением. Из суховейного зерна можно получить муку, обеспечивающую хлеб нормального качества. Однако выход муки (у крупяных культур - выход крупы) значительно снижается, поскольку в щуплом зерне доля эндосперма меньше, чем в нормально выполненном зерне.

Проросшее зерно.Прорастание зерна возможно в поле и при грубых нарушени­ях режимов хранения. Необходимое условие для прорастания - наличие достаточно­го количества влаги и тепла. В проросшем зерне часто видны вышедшие за пределы покровов корешки и ростки. Оболочки проросшего зерна обычно более темные.

Проросшее зерно существенно отличается по химическому составу. Даже в на­чале прорастания активизируются амилолитические и протеолитические ферменты. Из-за высокой активности ферментов запасные вещества зерна (особенно крахмал) частично гидролизуются, что приводит к увеличению количества веществ, перехо­дящих в водную вытяжку. В результате снижается технологическая ценность такого зерна и ограничиваются возможности его использования. Из проросшего зерна не удается получить необходимых выходов муки, крупы. Семена масличных характе­ризуются высоким кислотным числом жира.

При прорастании зерна пшеницы изменяются количество и качество клейкови­ны. Количество ее снижается, а качество ухудшается: на ранних стадиях прораста­ния она становится короткорвущейся, крошащейся (происходит интенсивный гид­ролиз жира; образующиеся свободные жирные кислоты укрепляют клейковину, снижая ее растяжимость), на более поздних - слабой, сильно тянущейся (в результа­те гидролиза белков). Мука из проросшего зерна без особых приемов ее улучшения не дает стандартного хлеба. В процессе приготовления хлеба под влиянием а-амилазы значительная часть крахмала расщепляется на декстрины. Последние не способны удерживать воду в такой же степени, как кластеризующиеся при выпечке крахмальные зерна, поэтому мякиш хлеба получается неэластичным, легко зами­нающимся. Вкус хлеба сладковатый. Хлеб отличается низким объемным выходом. Корка хлеба имеет красновато-бурую окраску.

Глава 6

Для улучшения хлебопекарных качеств проросшего зерна пшеницы и ржи при­меняют различные методы термической и гидротермической его обработки до раз­мола с целью снижения активности а-амилазы. В процессе приготовления хлеба а-амилазу инактивируют подкислением теста до _РН4,5-5,3, применяя жидкие дрожжи, специальные молочнокислые закваски или пищевую молочную кислоту.

Проросшее зерно плохо хранится из-за высокой энергии дыхания. Наиболее простой способ использования проросшего зерна - подсортировка его к нормально­му в таких соотношениях, чтобы мука, полученная из такой смеси, была с удовле­творительными хлебопекарными качествами.

Стенание зерна.При затяжных дождях во время созревания и уборки зерно нередко сильно «худеет», становится щуплым, на нем появляются мучнистые пятна, иногда розовый налет, а также образуется черный зародыш. Стекание зерна в Не­черноземной зоне приводит к понижению урожайности озимой пшеницы на 20% и более. При затяжных дождях, особенно на ранних фазах созревания, резко изменя­ются течение физиологических процессов и химический состав зерна. Дождевой водой из эндосперма вымываются растворимые углеводы, образующиеся при гид­ролизе крахмала, увеличиваются потери органических веществ на дыхание. При этом существенно снижается накопление сухого вещества в зерне, что приводит к недобору урожая.

В условиях влажной погоды, сильных, долго не спадающих рос и туманов во время созревания и жатвы стекание зерна протекает в виде своеобразного двухфаз­ного заболевания. В первой, неинфекционной фазе увлажнения зерна, особенно при повышенной температуре, во всех фазах спелости зерна на корню, а также при уборке его в валках резко возрастает активность гидролитических ферментов. Ами-лолитические и протеолитические ферменты расщепляют высокомолекулярные со­единения до низкомолекулярных. Повышается содержание сахара и азотистых во­дорастворимых веществ. При этом увеличивается осмотическое давление в клетках, что усиливает приток в них воды с влажной поверхности зерна, в результате чего из зерна выделяются сахара и азотистые вещества. Растворы органических веществ смачивают поверхность зерна, а также пленки и стержень колоса. Колос на вкус становится сладковатым. Это явление называют роса медовка, медвяная роса. Одно­временно в зерне значительно усиливается интенсивность дыхания. Выделяющаяся при дыхании вода дополнительно увлажняет зерно, из-за чего еще более усиливают­ся гидролитические и окислительные процессы. В результате за 1-3 сут. происходят большие потери массы, снижается урожайность, ухудшаются посевные, технологи­ческие и кормовые достоинства зерна.

Для второй, инфекционной фазы болезни характерно заселение колосьев и зер­на микробной флорой - грибами. Продукты осахаривания крахмала и гидролиза белков, появляющиеся в первую неинфекционную фазу стекания зерна, служат пи­тательной средой для развития грибов. Грибы, разрастаясь, быстро внедряются во внутренние ткани зерна. На растениях появляются черные точки или пятна различ­ной формы и размеров; при глубоко зашедшем процессе - сплошной черный, реже розовато-белый налет плесени на зерне и на пленках колоса. Продукты жизнедея­тельности самих грибов (гидролитические и другие ферменты) усиливают распад в зерне углеводов, белков, липидов и других веществ. Имея представление о сущно­сти стекания, можно лучше понять такие явления, как черный зародыш пшеницы, бактериальный меланоз (почернение ядра проса), а также накопление различных токсинов в зерне и продуктах его переработки.

Показатели качества, стандартизация и сертификация зерна

Защитить урожай от стекания зерна можно проведением уборки в сжатые сро­ки, максимальным сокращением разрыва между жатвой и обмолотом валков при раздельной уборке, оптимизацией режима минерального питания злаковых расте­ний. В условиях орошения стекание зерна снижается при обеспеченности растений азотными удобрениями, применении ретардантов.

Зерно с черным зародышем.Болезнь поражает пшеницу, рожь и ячмень. Рас­пространена в Западной и Восточной Сибири и на Северном Кавказе. Признаки болез­ни - бурая, темно-коричневая или даже черная окраска оболочек зародышевого конца зерна. Сам зародыш при этом часто остается неповрежденным. Болезнь вызывают гри­бы: Altemariatenuis Nees (альтернариоз) и реже Helminthosporium sativum Р. К. et В. (гельминтоспориоз). Химический состав альтернариозного зерна мало отличается от неповрежденного зерна. В гельминтоспориозном зерне содержание фруктозы и глюко­зы увеличивается, а количество сахарозы уменьшается. При обеих формах заражения увеличиваются зольность, кислотное число жира и кислотность зерна по болтушке. При хранении у зерна с черным зародышем несколько быстрее, чем у нормального, увеличивается кислотное число жира и диастатическая активность. Всхожесть и жиз­неспособность зерна с черным зародышем за 9 мес. хранения практически не изменя­ется. Однако такое зерно не рекомендуют хранить более года.

Зерно с черным зародышем можно использовать на продовольственные цели, так как оно не токсично. Однако при большом количестве зерен с черным зароды­шем в партии зерна изменяется цвет муки, ухудшаются его товарная ценность и хлебопекарные достоинства. Партии зерна твердой пшеницы, содержащие не более 8% зерен с черным зародышем, а также партии мягкой пшеницы с содержанием их не более 30% перерабатывают в муку без предварительного смешивания с нормаль­ным зерном.

Зерно, поврежденное клопом-черепашкой.Посевы зерновых культур могут повреждать хлебные клопы: австралийская черепашка, маврский и остроголовый кло­пы, сибирская остроголовая черепашка, или сибирский клоп и вредная черепашка.

Наибольший вред причиняет вредная черепашка, которая повреждает все зер­новые, но особенно пшеницу. Питаясь зерном, клоп-черепашка снижает урожай­ность на 20-50% и резко ухудшает хлебопекарные качества муки из поврежденного зерна. По внешнему виду зерна различают три признака повреждений, вызываемых клопом-черепашкой:

• на поверхности зерна образуется желтое пятно, в пределах которого имеется вдавленность или морщинистость без следа укола;

• след укола в виде черной точки, вокруг которой образуется резко очерченное светло-желтое пятно округлой или неправильной формы;

• желтое пятно у зародыша без вдавленное™ и морщинистости и без следа укола. Первый вид повреждения может быть при повреждении зерна в фазе молочной

спелости, когда клоп высасывает его содержимое. В местах повреждения значитель­но изменяется структура эндосперма. Эндосперм разрыхляется, часть его клеток лишается белка, крахмальные зерна деформируются. В зерне увеличивается содер­жание водорастворимых веществ. Глубокие биохимические изменения в повреж­денном зерне происходят под влиянием протеолитических и амилолитических фер­ментов, выделяемых слюнными железами клопа-черепашки при уколе. Эти измене­ния сопровождаются усилением физиологической активности зерна, повышением интенсивности дыхания. При повреждении зерна в области зародыша снижается полевая всхожесть.

Глава 6

В зерне пшеницы снижаются количество и качество клейковины. Клейковина, отмытая из такого зерна, сразу же или через короткое время расплывается, теряет упругость и через некоторое время превращается в сметанообразную массу. Тесто, полученное из дефектной муки, жидкое, плывущее, не способное удерживать газ. Хлеб получается малого объема, даже при выпечке в формах, с плохой пористостью и липким мякишем. Корка хлеба темная, покрытая мелкими трещинами.

Активность ферментов слюны клопа-черепашки так велика, что при наличии 2-3% поврежденных зерен в партии сильная пшеница теряет силу и способность улучшать качество пшениц с низкими хлебопекарными свойствами. Мука, вырабо­танная из зерна, содержащего 3-5% зерен, поврежденных клопом-черепашкой, яв­ляется плохим сырьем для получения печеного хлеба.

Для снижения количества поврежденных зерен при подготовке пшеницы к по­молу применяют комбинированное воздушно-ситовое сепарирование с целью выде­ления наиболее легких и щуплых зерен. Пораженное выполненное зерно интенсивно обрабатывают на обоечных машинах, при этом поврежденные клопом-черепашкой части зерна, как менее прочные, при ударе выкрошиваются. Муку с первой драной системы удаляют, при этом общий выход муки снижается на 2-2,5%, что компенси­руется улучшением качества продукции.

Для восстановления хлебопекарных качеств муки применяют методы, направ­ленные на инактивацию ферментов клопа-черепашки. Хороших результатов дости­гают при горячей и скоростной гидротермической обработке пораженного зерна перед помолом. Однако эффект такой обработки может быть недостаточным, если ферменты вместе со слюной проникли глубоко в эндосперм зерна.

Тогда на хлебозаводах несколько меняют технологический процесс тестоведе-ния и выпечки. Повышают кислотность теста, так как оптимум работы протеиназ, вводимых в зерно клопом-черепашкой, наблюдается в слабощелочной среде. Тесто готовят ускоренным способом, чтобы клейковина при брожении подвергалась наи­меньшему разрушающему действию протеиназ, сокращают расстойку, хлеб выпе­кают при повышенной температуре пекарной камеры.

Агрономам необходимо стремиться к тому, чтобы не допустить повреждений зерна клопом-черепашкой или свести эти повреждения к минимуму.

Зерно, поврежденное сушкой или самосогреванием.При нарушении режи­мов сушки могут быть различные степени повреждения зерна. Зерно может быть повреждено высокой температурой без видимых признаков порчи. При этом оно частично или полностью утрачивает свои семенные достоинства. В результате не­правильной сушки может измениться цвет оболочки и эндосперма от кремового до светло-коричневого. Такое зерно относят к зерновой примеси. Технологические свойства его резко снижены. Наконец, может быть зерно полностью испорченное -цвет эндосперма в этом случае меняется от коричневого до черного. Такое зерно относят к сорной примеси, для производства муки и крупы оно не пригодно. Потем­нение зерна во время сушки объясняется реакцией между сахарами и белками или аминокислотами, которая происходит при повышенных температурах и приводит к образованию темноокрашенных веществ - меланоидшов.

Первая степень порчи. В начальной стадии самосогревания внешние покровы зерна обесцвечиваются, затем становятся красноватого цвета. Эндосперм имеет се­роватый оттенок. Зерно приобретает солодовый запах, свойственный прорастающе­му зерну. Такое зерно отличается от нормального более высоким содержанием мо­носахаридов, повышенной кислотностью, более высоким кислотным числом жира. Мука из такого зерна содержит большое количество оболочек и характеризуется повышенной активностью ферментов.

Вторая степень порчи. С повышением температуры до 40-50 °С и выше на­блюдается общее потемнение покровов зерна, при этом цвет зерна изменяется от темно-красного до коричневого. Зерно приобретает плесенно-затхлый запах. Для продовольственных целей такое зерно не пригодно. Его используют в основном на технические цели (для получения спирта). Может быть использовано на кормовые цели, если есть заключение ветбаклаборатории об отсутствии токсичности.

Третья степень порчи. При запущенных формах самосогревания в зерне про­исходят глубокие процессы распада органических веществ. При этом не только по­кровы зерна, но и эндосперм становятся темно-коричневого или черного цвета. Та­кое зерно приобретает гнилостно-затхлый запах. Вследствие распада белковых ве­ществ возрастает содержание аммиака. Зерно токсично.

Четвертая степень порчи. Происходит обугливание зерна, появляется гнило­стный запах. Зерно очень токсично, потеряло все потребительские свойства, исполь­зованию на пищевые и кормовые цели не подлежит.

Степени дефектности зерна определяют по содержанию аммиака.

В самосогревшемся зерне происходят глубокие физиолого-биохимические из­менения. В результате распада углеводов, белков и жиров резко увеличиваются ин­тенсивность дыхания, содержание аммиака, кислотность по болтушке, кислотное число жира. В зерне пшеницы резко снижается содержание клейковины. Отмывает­ся она с трудом, а иногда и совсем не отмывается. Это связано с продолжительно­стью самосогревания. Качество клейковины ухудшается. Она становится кроша­щейся, с короткой растяжимостью, что объясняется денатурацией белков, идущей при повышенных температурах.

В литературе известны случаи, когда клейковина, отмытая из зерна поверхно­стного слоя очага самосогревания, ослаблялась в результате гидролиза ее фермен­тами плесневых грибов. Хлеб из такого зерна отличался пониженной формоустой-

Глава 6

чивостью, темным заминающимся мякишем, при хранении в нем быстро начинали проявляться признаки картофельной болезни.

Мука из зерна, расположенного в центре и внизу очага самосогревания, дает хлеб с высокими значениями формоустойчивости, что указывает на укрепление клейковины.