Материал: Казаков Е.Д., Карпиленко Г.П. - Биохимия зерна и хлебопродуктов

ГЛАВА 2____________________________________________________________

даются с одновременным увеличением сульфгидрильных групп и ослаблением качества клейковины.

Разработан способ ферментативного улучшения хлебопе- карного качества пшеничной муки.

Берут небольшое количество растительного масла и неболь- шое количество соевой муки, особенно богатой ферментом ли- поксигеназой, затем энергично размешивают эту смесь и вно- сят в пшеничное тесто. Липоксигеназа окисляет кислородом воздуха ненасыщенные жирные кислоты. При этом кислород присоединяется к двойным связям жирных кислот, образуя их перекиси (пероксиды), обладающие очень сильным окисляю- щим действием. Гидроперекиси жирных кислот укрепляют клейковину муки, улучшают ее физические свойства. При дей-

ствии гидроперекисей на каротиноиды тесто желтокремового цвета становится более светлым. Такое же благоприятное дей- ствие на хлебопекарное качество оказывает отлежка свежесмо- лотой муки в течение двух-трех недель. В том и другом случае это связано с образованием небольшого количества гидропере- кисей — первым этапом действия липоксигеназы на ненасы- щенные жирные кислоты муки и теста. Более длительные сро-

ки хранения свежесмолотой муки и увеличенные количества примешивания соевой муки, т. е. использование большей дозы фермента липоксигеназы приводит к отрицательным результа- там. Гидроперекиси окисляют другие вещества пшеничной муки, в первую очередь жир, с образованием альдегидов и ке- тонов, которые придают продуктам неприятный вкус и запах. В этом заключается сущность прогоркания муки и крупы.

§ 16. СМЕШИВАНИЕ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ СКЛЕЙКОВИНОЙРАЗНОГОКАЧЕСТВА

Технологи большое внимание уделяют смесительной цен- ности зерна пшеницы. Смешивание партий зерна с различ-

ными качественными показателями рассматривается как эффективный способ повышения технологического досто- инства зерна пшеницы. Под смесительной ценностью по-

нимают способность зерна сильной пшеницы улучшать в смеси хлебопекарные качества слабой пшеницы. Смеси-

_________________________________________ БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

тельную ценность определяют проведением пробной лабо-

раторной выпечки хлеба с повторным промесом теста из смеси муки того и другого зерна в соотношении 50:50. Муку из слабой пшеницы используют 70%-ного выхода или хле- бопекарную 1-го сорта с содержанием клейковины не более 20% и качеством II группы слабой.

Показатель смесительной ценности (СЦ) вычисляют по формуле:

где Vо — объемный выход хлеба из смеси муки из сильной и слабой пшеницы в соотношении 50:50, см3; V1 — объемный выход хлеба из муки слабой пшеницы.

Величина изменения объема хлеба не в полной мере оцени- вает смесительную ценность зерна, т. к. позволяет судить толь- ко об одной ее части. Смешивание партий зерна разного каче- ства решает более широкие производственные задачи.

Одни производственные требования к зерну предъявляют мукомольные заводы (объем очистки и подготовки зерна к раз- молу, выходы готовой продукции с качеством в пределах стан- дартных показателей, удельный расход энергии). По-другому оценивают муку предприятия, изготавливающие хлеб: им не- обходима мука высокого хлебопекарного достоинства с широ- ким кругом признаков.

Мельзаводы, оценивая зерно с производственных позиций сложного превращения зерна в муку, одновременно призваны обеспечить высокие требования предприятий, вырабатывающих хлебные изделия. Свои сложности и требования к зерну у мельза- водов при макаронных помолах и макаронных фабрик к муке.

Неодинаковые требования к зерну при смешивании зер- новых партий разного качества усложняются значительны-

ми колебаниями содержания количественного содержания и свойств отдельных веществ, составляющих зерно.

Наряду с белками, составляющими наибольшую часть клей- ковины, на хлебопекарное качество пшеничной муки оказы- вает большое влияние крахмал. На его долю приходится свы-

ГЛАВА 2

ше 60% в зерновке и почти 80% в эндосперме. Стекловидность, крупность, твердозерность связаны с различными размерами крахмальных гранул. В стекловидном эндосперме формирует- ся больше средних и меньше мелких гранул крахмала, чем в мучнистом.

Высокое хлебопекарное достоинство зерна пшеницы свя- зано с преобладанием зерен крахмала округлой формы над зер- нами крахмала ограненной формы.

Размеры крахмальных гранул в зерне неодинаковы: наибо- лее крупные находятся в зерновках самых больших размеров, по мере уменьшения размера зерновки ее крахмальные грану- лы также уменьшаются. Набухаемость крахмальных гранул при уменьшении их размера снижается. Особенно низкий объем- ный выход хлеба при самых мелких крахмальных гранулах.

С повышением водопоглотительной способности крахмала объем хлеба уменьшается. Смешивание партий зерна разного качества приводит не только к изменению соотношения ком- понентов составляющих клейковину, но и к их взаимодей- ствию. Взаимодействия между всеми формами белков, бога-

тых активными реакционными химическими группами на поверхности ее комплексных макромолекул, дают сочетание свойств клейковины, отличающихся от свойств сочетающихся белков из смешиваемого зерна. В такое взаимодействие всту- пают и все остальные составные части зерна (и муки) пшени- цы, из которых наибольшую долю после белков в новые

свойства клейковины и хлебопекарное качество смеси вносят крахмал и другие углеводы, а также липиды. При смешивании используют не только нормально созревшее зерно разного ка- чества. В зерновую смесь входит также зерно с той или иной неполноценностью, не улавливаемой обычно применяемыми методами, но влияющей на технологическое достоинство зер- на (пораженное клопами-черепашками, морозом, проросшее и др.), что сказывается на составе и качестве клейковины и зерна пшеницы в целом. Глубокие изменения в технологиче-

ское качество смеси вносят ферментные системы различного состава и силы разнокачественного зерна, вошедшего в смесь.

Утрата зерном всхожести, т. е. жизнеспособности, сопро- вождается глубоким изменением его физико-механических

104

БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

ифизиолого-биохимических свойств. Все признаки и свой- ства зерна при этом ухудшаются. Всхожесть, не являясь пря- мым признаком качества зерна продовольственного наз- начения, показывает степень сохранения зерном своих природных достоинств. Зерно, поступающее на хранение и переработку, как правило, имеет низкую всхожесть. Однако всхожесть его обычно не проверяется и не учитывается.

Наиболее частой причиной утраты всхожести является пе- регрев зерна. В результате перегрева снижается способность

тканей зерна и особенно зародыша поглощать парообразную

икапельно-жидкую влагу. Удлиняются сроки увлажнения зер- на при кондиционировании. Наблюдается неравномерная влажность различных участков насыпи зерна, что может при- нести к гнездовому самосогреванию. Понижается механиче- ская прочность зерна, что увеличивает его дробление, образо- вание мучки, распыл, ухудшение товарного качества, снижает стойкость при хранении. Ослабляется интенсивность дыха- ния, нарушается координированное действие фермента ка- талазы, снижается растворимость белковых веществ. Все это способствует интенсивности развития микроорганизмов, уве- личению количества токсичных веществ, снижению стойко- сти при хранении. Ослабляется иммунитет и сопротивляе- мость зерна внедрению в его ткани плесневых грибов, их количество увеличивается в несколько раз интенсивнее, чем на всхожем зерне. Технологические свойства ухудшаются: содержание и качество клейковины снижаются, увеличивается зольность и кислотность муки, физические свойства теста становятся хуже. Изменяются в худшую сторону объемный выход хлеба и его качество.

За рубежом для улучшения качества слабой пшеницы в помольную партию добавляют не только сильную пшеницу, но и сухую клейковину.

Развертывается отечественное производство сухой клей- ковины в нашей стране. Для выработки сухой клейковины

рекомендуется использовать хлебопекарную муку второго сорта, получаемую при специальном 85%-ном помоле и муку второго сорта, получаемую из твердой пшеницы при сортовом помоле. Добавление в хлебопекарную муку 5%

сухой

ГЛАВА 2

клейковины, содержавшей белка от 75,4 до 81,2%, повышало удельный объем хлеба (см3/100 г) на 2,4—9,5%, пористость на 2,5—3,9%, сжимаемость мякиша на 34—58%. При опти-

мальной продолжительности замеса теста объем контрольной пробы увеличивается до 3%, а при добавке сухой клейкови-

ны—до 13-31%.

Предложена технология производства с использованием сухой пшеничной клейковины кондитерских изделий, в том числе, галет, диетических и диабетических кексов.

Под смесительной ценностью в широком плане следует понимать способность веществ зерна пшеницы взаимодей-

ствовать с разнокачественным пшеничным зерном других (одной или нескольких) партий и давать при определенных

их количественных соотношениях зерновую смесь заданного технологического качества. Учитывая крупномасштабную разнонаправленную природную изменчивость качества зер-

на и фактически сложившееся качественное состояние его при хранении, необходимые количественные соотношения зерновых партий, намечаемых к включению в смесь желае- мого технологического достоинства, следует отбирать опыт- ным путем в зерновой лаборатории помола в каждом отдель- ном случае.

Оценку смесительной ценности сильной и слабой пшеницы по одному показателю — клейковине следует рассматривать предварительной или проводить ее одновременно с определе-

нием интегральной технологической оценки смешиваемого зерна.

Технологическую оценку смешиваемых партий зерна мож- но проводить по ограниченному перечню показателей их фак- тического состояния и качества с учетом намечаемой произ- водственной цели.

§17. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫХОД И КАЧЕСТВО КЛЕЙКОВИНЫ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ

Выход клейковины и ее качественная характеристика, а, следовательно, и хлебопекарное достоинство пшеницы изме- няются в очень широких пределах. Факторы, влияющие на

106

БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

клейковину, можно объединить в три группы: внутренние при- чины, свойственные сорту (генетические); условия произрас- тания злакового растения и созревания зерна (экологические); действие физических и химических агентов, которыми обра- батывают зерно, муку или клейковину (экзогенные).

Сорт несет в себе совокупность всех наследственных факторов злакового растения, от которых в значительной мере зависит химический состав тканей растения, в том числе и его важнейшего репродуктивного органа — семени. В связи с этим

становится понятным наблюдаемые наследственные различия сортов пшеницы по способности накапливать в одних и тех же условиях определенное количество белка и клейковины. Экс- периментально проверены генетические различия между сор- тами по уровню белковости и содержанию клейковины. Установлено, что доля генотипической изменчивости достаточно высока и составляет 48% по содержанию белка и 43% по содержанию сырой клейковины от общей изменчивости.

Обнаружена сортовая устойчивость содержания глиадино- вой фракции в клейковине. Можно говорить о полноценно- сти белка как о сортовом признаке. Доказана роль

определенных хромосом и генов в наследовании содержания белка в зерне пшеницы. Работы по изучению генетической (сортовой) зависимости содержания и качества белка и клейковины расширяются.

Получены данные о том, что компонентный состав глиади- на, глютенина и консистенция эндосперма являются важней- шими факторами, обусловливающими генетический уровень качества муки, в том числе по таким показателям, как седи- ментация, сила муки, водопоглотительная способность, объем хлеба. Выявлено, что основную роль в накоплении белка в зер- не пшеницы и формировании его качества играют гены ядра. Получена замещенная линия* сорта Одесская 26, в которую введена чужеродная хромосома линии пшеницы 168. В заме- шенной линии значительно увеличилось содержание клей-

* Линия — потомство одного гомозиготного самоопыляющегося растения, размножающегося половым путем. Гомозиготный организм — особь, содер- жащая в клетках тела одинаковые гены.

ГЛАВА 2

ковины, но физические свойства теста резко ухудшились. Та- ким образом, селекция способна увеличить содержание бел- ка в зерне пшеницы, но может при этом ухудшить физичес- кие свойства клейковины. Это направление обеспечивает лишь создание высокобелковых форм фуражной пшеницы, относящихся к высокопотенциальному, преимущественно полукарликовому типу*.

Со временем с помощью цитогенетических методов у зерна пшеницы можно будет направленно регулировать уровень со- держания и качество белка и клейковины, а также их амино- кислотный состав. Решающее влияние на содержание и каче- ство клейковины оказывают почвенно-климатические условия выращивания пшеницы. Эти условия могут сильно исказить

количественную и качественную характеристику белкового комплекса как наследственного признака.

Между содержанием белка и влажностью (количеством осад- ков на протяжении вегетационного периода) наблюдается устойчивая обратная зависимость: чем выше влажность, тем ниже содержание накопленного белка. Высокая влажность, обеспечи- вающая повышенные урожаи, обычно ведет к снижению белко- вости зерна и, следовательно, его пищевой ценности. Выдающий- ся российский агрохимик и биохимик Прянишников показал, что зерно при большой влажности беднее азотом, так как расте-

нию приходится образовывать гораздо большее число зерен при том же запасе азота в почве, что и при малой влажности. Он опре-

делил пути предотвращения обеднения зерна белком с ростом урожайности. Если с увеличением влажности повысить уровень питания азотом, то можно предупредить снижение белковости зерна даже при резком увеличении урожая.

Практика подтвердила правильность этого положения — можно регулировать содержание белковых веществ в зерне, умело применяя азотистые удобрения, орошение и сортовые особенности. Наука и практика выявили, что влияние запасов

азота в почве на количество и качество белка и клейковины пшеницы проявляется не однозначно, а носит сложный ха-

* Карликовые формы растений — низкорослые, обычно скороспелые ра- стения, имеющие низкое отношение зерна к соломе.

108

________________________________________ БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

рактер. Различное содержание белка в зерне в условиях обиль- ного или недостаточного увлажнения зависит не только от со- держания азота в почве, но и от многих других факторов: вели- чины, структуры урожая (соотношение между корнями и надземной массой), особенностей углеводного обмена и кис- лородного режима, влияющих на характер и интенсивность процессов поглощения и усвоения азота растением и др.

Так как синтез белковых веществ связан с затратой энергии, температурные условия вегетационного периода пшеницы, особенно в период формирования и налива зерна, оказывают влияние на формирование качества зерна пшеницы. Вегета- ционными опытами показано, что снижение температуры с 15 до 20 °С уменьшает содержание белка в зерне яровой пше- ницы с 15,5 до 12,2%. В годы с сухим и жарким летом сила пшеничной муки всегда значительно выше, чем в годы с обиль- ными осадками и пониженной температурой.

Связность белкового комплекса и стойкость теста при бро-

жении в зависимости от условий роста и развития растения пшеницы, особенно в период созревания и налива зерна, из- меняются более чем в два раза. На количество и особенно ка- чество клейковины в период вегетации большое влияние ока- зывают вредители (клоп-черепашка, пшеничный трипс и др.) И болезни, а также неблагоприятные условия произрастания (засуха, действие заморозков). Велика роль агротехнических приемов: способов и сроков обработки почвы; количества и состава удобрений; сроков, дозы и способов их внесения; предшественников, орошения, сроков и способов уборки и т. д.

Разнообразны средства, при помощи которых можно изме- нить выход и качество клейковины после того, как зерно пше- ницы убрали с поля (при обработке и переработке). На коли-

чество и состав клейковины влияют степень раздробленности муки (ее крупность), соотношение между количеством воды и муки при замесе куска теста, продолжительность и температу- ра отлежки теста, промывная жидкость и ее состав, способ и продолжительность отмывания (результаты отмывания клей- ковины во многом зависят от навыков и умения лаборанта).

Жидкость, применяемая для отмывания клейковины, име- ет большое значение, так как клейковинные белки способны

109

ГЛАВА 2

растворяться в различных жидкостях неодинаково. Так, в за-

висимости от состава промывной жидкости количественное соотношение глютенина и глиадина изменялось от 1,61 (от- мывание 0,001%-ным водным раствором бромата калия) до 6,13 (отмывание водой). Дистиллированная вода значительно снижает выход сухой клейковины в результате перехода в ра- створ клейковинных белков, главным образом глиадина,

обладающего заметной растворимостью в дистиллированной воде. Известную роль в переходе белков клейковины в раствор

играет также повышенная растворимость диоксида углерода воздуха в дистиллированной воде.

Солевые растворы и водопроводная вода значительно мень- ше растворяют клейковинные белки. Соли укрепляют клей- ковину, делают ее более упругой, менее растяжимой. Практи- чески наиболее удобно применять водопроводную воду. Установлено влияние химического состава воды (содержание и состав растворенных в ней солей) на количество и качество отмываемой клейковины. Выход клейковины из одной и той же пробы муки различен в зависимости от жесткости воды. Рас- хождение достигает 3,7%.

При отмывании клейковины из зерна пшеницы Безостая 1 дистиллированной и водопроводной водой, взятой в г. Крас- нодаре, жесткостью 4,1 мг/экв и в станице Каневской, жестко- стью 0,52 мг/экв получен выход (%): 27,9; 29,5; 27,0. Неоди- наковым оказалось и качество клейковины (в единицах прибора ИДК): 70,8; 85,5; 73,5. Значение имеет не только об- щая жесткость воды, но и ее состав — содержание в воде одно- валентных катионов К+ и Na+ и двухвалентных Mg++ и особенно Са++. Увеличение продолжительности отлежки замешенного теста значительно повышает выход клейковины из морозобой- ного и пересушенного зерна, особенно в течение первых 20— 30 мин. Это следствие того, что в таком зерне белки менее гид- рофильны и требуют большего времени для набухания, предшествующего образованию связной клейковины.

Большое значение имеет содержание в муке ненасыщенных жирных кислот: олеиновой, линолевой и линоленовой. Эти

кислоты и их соли оказывают сильное укрепляющее действие на клейковину. Присутствие ничтожного количества этих кис-

БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

нот делает клейковину упругой, малорастяжимой и даже кро- шащейся. Это имеет большое значение при хранении пшенич- ной муки, в процессе ее так называемого созревания. Подоб-

ное действие ненасыщенных жирных кислот объясняется влиянием на клейковину продуктов их окисления. Качество

клейковины в значительной степени зависит от повышенных температур при сушке и горячем кондиционировании зерна, при котором зерно перед помолом увлажняется, а затем про- гревается в кондиционерах. Повышенные температуры укреп- ляют клейковину, она становится менее растяжимой и более упругой. Если температура нагрева зерна слишком высокая, белки клейковины свертываются, денатурируются, и тогда отмыть ее уже нельзя. Зерно, подвергшееся действию слиш- ком высоких температур, теряет свои первоначальные хлебо- пекарные достоинства.

На качество клейковины большое влияние оказывают ве- щества, содержащие сульфгидрильные группы, —SH. Эти ве-

щества при добавлении их в небольшом количестве к муке или к тесту резко ухудшают качество клейковины и теста, вызыва- ют их расплывание и разжижение (рис. 15). Среди соедине- ний, содержащих группу —SH, нужно особенно отметить уже рассмотренные ранее аминокислоты цистеин и глютатион. Глютатион представляет особый интерес, так как содержится I довольно большом количестве в зародыше пшеничного зер- на (0,45%), а также в дрожжах (особенно старых). Глютатион оказывает на клейковину сильное разжижающее действие — клейковина и тесто расплываются и ослабевают.

Отрицательное влияние на клейковину оказывает только восстановленная форма глютатиона (Г— SH).

Рис. 15. Влияние глютатиона на клейковину:

а - клейковина теста, приготовленного без глютатиона; б — клейковина те- ста, отмытая из теста, к которому перед замесом было прибавлено небольшое

количество восстановленного глютатиона