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

ГЛАВА 10__________________________________________________________

Рис. 37. Изменение плотности (а), натуры (б), стекловидности (в), содержания белка (г), крахмала (д) и зольности (е) зерна пшеницы в зависимости от его

крупности: 1 — сорт Саратовская 42; 2 — Саратовская 29

нормально развитое и зерно щуплое. Их физические, био- химические и технологические свойства неодинаковы: мелкое, нормально развитое зерно по всем показателям ближе к здоро- вому, чем щуплое.

Если не принимать во внимание щуплое зерно, можно наблюдать, что изменения состава и качества в зависимости от размеров зерна при общей тенденции к их ухудшению в мел- ком зерне могут быть выражены в разной степени. Вместе с

тем в этих изменениях нет строгой закономерности вследствие большой биологической изменчивости зерна на корню под влиянием большого числа факторов. Особый интерес пред-

ставляет содержание белка и клейковины в крупном и мелком зерне пшеницы. По пяти сортам озимой и яровой пшеницы среднее содержание белка составило в остатках на ситах (%): 2,5 х 20 — 13,9; 2,2 х 20 — 15,1 и соответственно содержание клейковины — 27,9 и 27,6.

ВЛИЯНИЕ ПРИГОДНО КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Почти одинаковое содержание клейковины в зерне из ос-

татков на двух смежных ситах при значительном расхождении и них количества белковых веществ объясняется возрастанием в более мелком зерне доли белка из периферийных слоев зер- новки. Белки этих слоев и, прежде всего, алейронового слоя, не дают клейковины.

Из разнокачественности зерна вытекает целесообразность раздельной его переработки или различной подготовки перед размолом. Исследован технологический эффект при перера- ботке трех сортов пшеницы с различной исходной качествен- ной характеристикой. Зерно для помолов готовили по двум схемам: по первой схеме каждая проба пшеницы проходила гидротермическую подготовку по оптимальным, эксперимен- тально установленным режимам, смешивание производили перед I драной системой; по второй — зерно помольной (сме- шанной) партии очищали от примесей и проводили его гид- ротермическую обработку в одном потоке.

Зерно размалывали по полной схеме трехсортного помола со снятием количественного баланса всего процесса и каче- ственного баланса муки. При раздельной подготовке зерна к помолу получен больший выход муки (78%) по сравнению с помолом зерна, прошедшим совместную подготовку (77,4%), при снижении средневзвешенной зольности на 0,11%, что по- зволило увеличить выход муки высоких сортов. Подготовка проб пшеницы к помолу влияет и на хлебопекарное достоин- ство муки, которое по всем показателям лучше при раздельной подготовке зерна к помолу.

§ 6. ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА КАЧЕСТВО ЗЕРНА

Применение минеральных удобрений — одного из ведущих элементов интенсивного земледелия — оказывает большое влияние не только на повышение плодородия почвы и уро- жайности, но и на биохимические свойства и качество зерна

(рис. 38).

Особую заботу земледельцев вызывают азот, фосфор и ка- ши, которые усваиваются растениями из почвы, но доступ-

ГЛАВА 10_____________________________________________________________

ные формы составляют 1—2% от общего запаса тех же эле- ментов, находящихся в недо- ступной для растений форме. В богатых почвах типа черно- земов этих недоступных запа-

сов хватило бы на сотни и даже тысячи урожаев, но их

невозможно быстро перевести в усвояемый вид, не разрушив почвы. Чтобы преодолеть этот дефицит, в почву вносят

органические и минеральные удобрения.

В среднем по основным зернопроизводящим районам страны прибавка урожая зерна в результате применения минеральных удобрений (азотных, фосфорных, калийных) составила (ц/га): по озимой ржи 7,0; озимой пшенице 6,7; яровой пшенице 4,5; кукурузе 11,6; яро- вому ячменю 6,8; овсу 7,1; гречихе 4,0; просу 4,0.

Минеральные удобрения могут резко изменить химический состав зерна (табл. 60).

Соответствующий подбор доз удобрений с учетом химиче- ского состава почвы наряду с повышением урожайности при- водит к значительному улучшению качества и технологиче- ского достоинства зерна пшеницы. Внесение только фосфора и фосфорно-калийных удобрений без азота способствует по- вышению урожая зерна, но не дает эффекта или даже несколь- ко снижает содержание в нем белка.

Такая же картина наблюдается при внесении минеральных удобрений под другие культуры. Вместе с тем в ряде случаев отмечалось, что азотные удобрения, особенно при больших дозах, приводили к ухудшению хлебопекарных свойств зерна пшеницы ввиду ослабления клейковины.

Установлено, что азотные удобрения, повышая содержание клейковины, влияют на ее качество по-разному в зависимости от сорта и сопутствующих погодных условий в период налива, созревания и уборки зерна. В условиях повышенной температу-

__________________ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНО КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Таблица 60

Содержание белка и клейковины и хлебопекарные достоинства зерна пшеницы Безостая 1 в условиях применения азотно-фосфорного удобрения

* Без удобрений.

**N120P120— внесение в почву на 1 га действующих веществ удобрений: азота 120 кг фосфора 120 кг.

ры и недостатка влаги качество зерна, выращенного с примене- нием удобрений по сравнению с контрольным (без удобрений) улучшается; при созревании и уборке в дождливом году — ухуд- шается, а в ряде случаев остается без изменения. Фосфорные удобрения на фоне достаточного содержания азота могут суще- ственно повысить содержание белка в растениях и зерне.

При длительном применений удобрений на кислой почве азотные удобрения понижают содержание и качество белка, а одновременное использование фосфорных удобрений не толь- ко погашает отрицательное влияние азотных, но и увеличива- ет содержание белка и улучшает его качество. Таким образом,

при выяснении влияния внешней среды на качество белка и клейковины необходимо, прежде всего, учитывать погодные условия периода налива и созревания зерна. Руководствоваться

средними метеорологическими условиями за вегетационный период в данном случае нельзя. Необходимо также иметь в виду сортовые особенности зерна, состав и соотношение минераль- ных удобрений, сроки и дробность их внесения.

Интенсивность накопления сахарозы в зерне пшеницы так- же зависит от видов органических и минеральных удобрений, однако решающая роль принадлежит метеорологическим осо- бенностям года урожая. Для пивоваренных свойств ячменя большое значение имеет экстрактивность зерна. При одном и том же удобрении содержание белка, крахмала и экстрактив- ность ячменя однозначно не изменяются. Однако при сни-

ГЛАВА 10

жени и относительной экстрактивности выход экстракта с 1 га всегда значительно возрастает как результат увеличения уро- жая. Пленчатость ячменя всегда находится в обратной зависи- мости от урожайности и натуры.

§7. ВЛИЯНИЕ ХИМИЗАЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВО ЗЕРНА

Наряду с механизацией и автоматизацией производства, созданием и внедрением в практику высокопродуктивных сор- тов и разработкой интенсивной технологии производства зер-

на успешное развитие земледелия во многом определяется его химизацией.

Необходимость широкого применения средств химизации при производстве зерна диктуется уменьшением природного плодородия почвы и большими его потерями на всех этапах выращивания, уборки урожая, хранения, транспортирования и переработки.

Известны данные о мировых потерях основных культур от сорняков, вредителей и болезней растений. Болезни, вызыва- емые грибами, нематодами, бактериями и вирусами, приво- дят к 10—25% потерям общего количества зерна. Если учесть еще потери, вызываемые сорняками, то ущерб еще до сбора урожая зерна составляет 24—40%. После сбора урожая при пе- ревозках и хранении теряется от 5 до 25% (в зависимости от урожая, технической оснащенности зернохранилищ и общей культуры организации хранения). В США, Канаде, Австралии и др. цивилизованных странах потери зерна при хранении не превышают 2—4%, у нас считается около 15% — в 5—7 раз боль- ше. Можно быть уверенными, что в условиях глубокого разва- ла организованности и технической обеспеченности агропро- мышленного комплекса в России эти цифры еще больше.

Если бы удалось избавиться хотя бы от половины таких по- терь, можно было бы не только прокормить тех, кто недоеда- ет, но и улучшить качество питания большинства людей. Уче- ные давно пришли к выводу, что без применения химии люди не смогут обеспечить себя продуктами питания. Выращива- ние зерна и других сельскохозяйственных культур требует при-

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНО КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

менения до десяти агрохимических операции по их обработ- ке — протравливание семян, внесение в почву минеральных удобрений, химическая борьба с сорняками, насекомыми, грибковыми заболеваниями, грызунами и т.д., обработка для подсушивания растений на корню, удаление листьев, дезин- фекция хранилищ и другие производственные мероприятия.

Велика роль минеральных удобрений. Растения получают из почвы только 0,5% своей массы, необходимой им для пи- тания (не считая воды). Причем в той форме, в которой ра- стение может извлечь необходимые ему вещества из почвы — способные переходить в почвенный раствор и доступные ра- стению для всасывания и ассимиляции. Остальное хлебное растение синтезирует само за счет реакции фотосинтеза в ли- стьях из диоксида углерода СО2 и воды. Но эти 0,5% продук- тов питания ему абсолютно необходимы. Без них растение не способно осуществить фотосинтез и формировать зерно.

Без помощи химии — без минеральных удобрений и раз- личных пестицидов— люди будут обречены на повсемест- ный голод и массовую гибель в результате оскудения плодо- родия до самого низкого уровня. Но есть и вторая сторона вопроса. Минеральные удобрения и все другие химические средства, применяемые в сельском хозяйстве, могут загряз- нять почву и переходить в состав зерна, затем в хлебопродукты и в виде ксенобиотиков (чуждые и вредные организму веще- ства) в желудочно-кишечный тракт, вызывая его дисфунк- цию (нарушение свойственных ему физиологических процес- сов) и способствуя возникновению различных, в том числе и очень тяжелых заболеваний. Так, при использовании соеди- нении связанного азота (аммиачной селитры, сульфата ам- мония, мочевины) становится возможным загрязнение нит- ратами (солями азотной кислоты) почвы, почвенных вод и накопление их в зерне и другой растениеводческой продук- ции (особенно в плодах и овощах).

Под влиянием микрофлоры пищеварительного тракта и тканевых ферментов нитраты восстанавливаются до нитритов (солей азотистой кислоты), оказывающих вредное действие на организм человека— нарушается работа центральной не- рвной системы (ЦНС), снижается умственная и физическая

ГЛАВА 10

работоспособность. Нитриты способны превращать гемогло- бин крови в непригодный для переноса кислорода метгемог- лобин, а также образовывать с вторичными аминами N-нит- розамины, оказывающие канцерогенное действие. Пестициды способны уничтожать сорняки, вредителей, предохранять и избавлять растения от болезней. Они могут быть при извест- ных условиях опасными для человека, а также для полезных фауны и флоры. По данным ВОЗ (Всемирной организации здра- воохранения), в мире ежегодно регистрируется около 500 тыс. отравлений пестицидами. В загрязнении воздушной среды и

водоемов заметную долю вносят минеральные удобрения и пестициды. Для эффективного использования плодородия почвы и генетического потенциала растений ученые разрабо-

тали и предложили интенсивные технологии выращивания зерна. Интенсивная технология позволяет резко повысить сте- пень использования биоклиматического потенциала для уве- личения урожайности и повышения качества зерна.

Стратегия современного земледелия состоит не в расшире- нии посевных площадей, а в улучшении их использования. Интенсификация земледелия — магистральный путь приум- ножения продовольственного фонда страны.

Сущность интенсивной технологии состоит в оптимизации условий выращивания зерновых культур на всех этапах их ро- ста и развития. Для этих целей в интенсивной технологии боль- шое место отводится применению химических средств:

—известкование кислых и гипсование солонцовых почв;

—оптимальное обеспечение растений элементами мине рального питания с учетом их содержания в почве;

—дробное внесение азотных удобрений в период вегетации по данным диагностики почвы и растений;

—интегрированная система защиты растений от вредите лей, болезней и сорняков;

—регулирование роста растений ретандантами.

Для защиты хлебных растений от сорняков, вредителей, болезней и обогащения почвы минеральными удобрениями, прежде всего азотом, актуальным является разумное сочета- ние химических и агротехнических мероприятий, в частности, применение интегрированных систем, основывающихся на

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНО КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

рациональном использовании химикатов в сочетании с био- логическими и биотехнологическими агроприемами. Наука и практика учат, что применение минеральных удобрений, пестицидов и других химических средств в сельском хозяйстве, разработанные правила их перевозок, хранения и оператив-

ного использования обеспечивает устранение их возможных вредных последствий.

Обязательным условием совершенствования и наведения порядка в применении химических средств в сельском хозяй-

стве является постоянное внимание к вопросам повышения общей культуры земледелия, использования химических средств, а также контроль на всех этапах агротехнической ра- боты.

Современное развитие науки и техники позволяет органи- зовать применение химизации сельского хозяйства, полностью

исключающее вредные влияния минеральных удобрений и химических веществ на человека, сельскохозяйственных жи- вотных и окружающую среду.

§ 8. ВЛИЯНИЕ ОРОШЕНИЯ НА КАЧЕСТВО ЗЕРНА

Орошение — один из путей получения стабильных урожаев зерна независимо от состояния погоды. В засушливых райо- нах орошение повышает урожайность в 5—6 раз и выше (рис. 39). Однако увеличение урожайности при абсолютном возрастании белка с единицы площади ведет к относительно- му снижению белковости зерна (табл. 61). Уменьшение коли- чества белка в зерне пшеницы при орошении может быть зна- чительным.

Под влиянием орошения снижается содержание белка в зер- не и у других злаковых культур. У ячменя в проведенных на полях опытах под Ташкентом наблюдалось снижение содер- жания белка в зерне при орошении с 13,5—14,8 до 9,6—11,6%.

Снижение белка в зерне при орошении происходит под вли- янием двух причин. Во-первых, изменяется обеспеченность растений азотом. Растения испытывают возрастающую по-

требность в азоте в связи с большим развитием при орошении вегетативной массы и в результате частичного вымывания его

ГЛАВА 10___________________________________________________________

вглубину. Во-вторых, вегетаци- онный период и период отло- жения крахмала удлиняются,

что влечет за собой снижение белковости. Меньшее содержа-

ние белка при орошении часто объясняется также возрастанием

взерне доли эндосперма, так как

зерно при поливе становится более выполненным. В связи с

этим при относительном уменьшении содержания белка абсолютное количество его в зерне орошаемой пшеницы всегда выше и белок более полноценный.

Химический состав зерна мягкой пшеницы изменяется больше, чем твердой, наб- людается разница между сор- тами (табл. 62). Несколько снижаются также стекловид-

ность, относительное содержание клейковины и ее удельная растяжимость. Возникает вопрос: только ли потому при оро- шении снижается содержание белка в зерне, что растениям не хватает азота, или при орошении ослабевает также спо- собность колоса к биосинтезу белка? Было использовано

свойство срезанных колосьев энергично всасывать растворы с транспирационным соком, и доказано, что при орошении способность колоса к биосинтезу белка не снижается, а на- оборот, возрастает, но ограничивается содержанием азота.

На качественную характеристику зерна влияют способы орошения (табл. 63). Орошение повысило натуру зерна, но несколько снизило его стекловидность. При наземных спосо- бах орошения содержание сырой клейковины и белка остава- лось таким же, как и в варианте с влагозарядкой, а при дожде- вании снизилось. По хлебопекарным достоинствам зерно пшеницы, выращенной при влагозарядке и поливах по поло-

_______________ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНО КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Таблица 61

Влияние орошения на урожаи зерна пшеницы и выход белка

*По Пряниникову Д.Н.

сам, отвечало требованиям, предъявляемым к отличному хле- бу (5 баллов), а при дождевании — к хорошему (4 балла). В ряде случаев урожайность при дождевании немного ниже, чем при

Таблица 62

Влияние орошения на химический состав и качество зерна пшеницы