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

ГЛАВА 13 ___________________________________________________________

§1. ЗЕРНО ПРОМОРОЖЕННОЕ

Внашей стране до 40% запасов зерна хранится при минусо- вых температурах. При этом создаются благоприятные есте- ственные условия для длительного хранения зерна. При низ-

ких температурах в зерне резко замедляются биологические процессы (прежде всего интенсивность дыхания), снижается

ипочти приостанавливается жизнедеятельность вредителей

имикрофлоры, что обеспечивает хорошую сохранность зер- на. Семенное достоинство сухого зерна (всхожесть, энергия прорастания, сила роста) при хранении в промороженном со- стоянии не снижается. Зерно пшеницы и ржи кондиционной влажности (14—16%), хранящееся при температуре до —30 °С, не снижает всхожести и энергии прорастания.

На зерно влажное и сырое минусовые температуры действу- ют губительно — всхожесть и энергия прорастания снижают- ся. Чем выше влажность и ниже температура хранения, тем в большей степени ухудшаются семенные достоинства зерна. Исследовали свежеубранную пшеницу влажностью 22,7% с незаконченным послеуборочным дозреванием и нашли, что при температуре хранения —25 °С процесс дозревания в пше- нице протекает очень медленно. Технологические достоинства промороженного зерна также снижаются. Особые трудности в зимний период возникают для мукомольных заводов.

Мукомольные и хлебопекарные достоинства зерна пшени- цы с низкой влажностью (11,5—14,0%) при хранении его в ус- ловиях минусовых температур ухудшаются. Содержание сы- рой и сухой клейковины немного снижается, клейковина становится более крепкой, гидратационная способность ее при этом уменьшается (при —40°С на 4—7%), содержание водора- створимого белкового азота также снижается (при —40 °С на 9-14%). При замораживании до -20 °С и ниже в клейковин- ном белке происходит частичная денатурация. При перера- ботке зерна, хранившегося при минусовой температуре, на-

блюдается снижение выходов муки высоких сортов и ее качества (зольность повышается на 0,02 и 0,06%), что ухудша-

ет производственные показатели мукомольного завода и его рентабельность.

ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

Для исправления технологического достоинства зерна пше-

ницы его перед размолом необходимо прогреть до температуры не ниже +15 °С. В этом случае практически полностью восста- навливается его технологическое качество. Того же результата достигают при помощи гидротермической обработки зерна.

§ 2. ЗЕРНО СУХОВЕЙНОЕ

Недостаточная обеспеченность сельскохозяйственных расте- ний водой, сопровождаемая обычно высокой температурой (за- суха), или действие сухих ветров при высокой дневной темпера- туре и низкой относительной влажности воздуха (суховей) ухудшают качество зерна, снижают урожаи и могут приводить к полной гибели посевов. Наиболее часто это наблюдается в юж- ных и юго-восточных районах РФ. Существенное влияние нарост и развитие злакового растения, урожайность и качество зерна при суховее оказывают уровень агротехники, продолжительность воз- действия экстремальных условий, устойчивость сорта.

Однодневные, интенсивные суховеи в большинстве случа- ев повреждают лишь вегетативную массу, что почти не сказы- вается 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. Зер- но пшеницы, захваченное суховеем в период ранней молоч- ной спелости и позднее, становится более или менее щуплым. Чем раньше зерно захвачено суховеем, тем сильнее уменьша- ется его масса.

В зависимости от степени зрелости зерна в момент захвата суховеем скорость дальнейшего поступления в него питатель- ных веществ снижается до 40—60%. Под влиянием суховея зна- чительно увеличивается стекловидность зерна пшеницы. Так, в контрольной пробе при массе 1000 зерен равной 32,3 г, стек- ловидность составляла 47,5%; в зерне, подвергавшемся дей- ствию опытного суховея в течение 5 сут., масса 1000 зерен уменьшилась до 25,8 г, а стекловидность возросла до 100%. Действие суховея заключается в основном в ускорении созрева- ния зерна. Качество суховейного зерна приведено в таблице 77.

ГЛАВА 13 ___________________________________________________________

Таблица 77

Сравнительная характеристика зерна нормального и захваченного в естественных условиях суховеем

Основная особенность растений, подвергавшихся суховею, в том, что многие важные ферменты азотного, углеводного и фосфорного обмена ингибируются, что, в конечном счете, ве- дет к щуплости и неполноценной белковости зерна. Приток углеводов в зерно затруднен: высокая температура тормозит фотосинтез и может привести к гидролизу полисахаридов зер- на. Суховейное зерно богаче нормального белковым азотом и клейковиной и соответственно беднее растворимыми соеди- нениями азота (аминокислотами и др.). Недостаточный при- ток углеводов в зерно может привести к уменьшению содержа- ния в нем жира по сравнению с зерном нормальным.

Из суховейного зерна можно получить хлеб удовлетвори- тельного качества. Ущерб от суховея заключается в резком сни- жении урожая и уменьшении выхода муки и крупы, поскольку относительная величина его периферийных слоев и, следователь- но, отрубей больше, а доля мучнистого ядра меньше, чем в нор- мально выполненном зерне из-за небольших размеров зерновки.

_____________________ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

§ 3. СТЕКАНИЕ (ИСТЕКАНИЕ) ЗЕРНА

Нередко наблюдается, что во время созревания и уборки зер- но быстро и сильно «худеет», становится щуплым, на нем появ- ляются мучнистые пятна, иногда розоватый налет, а также чер- ный зародыш. Это явление в различных местах называется по-разному: роса медовка, медвяная роса, грибная чернь, чер- ная плесень, черноточечная болезнь колосьев и зерна пшеницы и ржи, падение натуры, стекание и т. д. В результате этого явле- ния урожай заметно снижается, энергия прорастания и всхо- жесть уменьшаются, технологические качества ухудшаются.

Вприведенных названиях отражено разнообразие причин, вызывающих это заболевание (биохимические процессы, про- исходящие в растении и зерне, развитие микроорганизмов и др.). Стекание зерна во время его созревания в Нечерноземной зоне понижает намолоты озимой пшеницы на 20% и более. Дождевание на ранних стадиях созревания злакового расте- ния значительно снижает накопление сухого вещества в зер- не, приводит к существенному недобору зерна. На более по-

здних стадиях созревания растения слабее реагируют на действие дождя, урожай снижается незначительно.

Дождевание, особенно на ранних фазах созревания, резко

изменяет течение физиологических процессов и химический состав зерна (табл. 78).

Взлаковом растении уменьшается приток ассимилятов к зер- ну — дождевой водой из эндосперма вымываются растворимые углеводы, образующиеся при гидролизе из ранее накопленного крахмала, усиливается расход накопленных веществ на дыха- ние. Во время затяжных дождей растрачиваются не только уг- леводы, но и азотистые, а также минеральные вещества.

Таким образом, действие затяжных дождей наряду с

уменьшением сухого вещества нарушает обмен веществ в последующей фазе развития зерна. В условиях влажной по- годы, сильных долго не спадающих рос и туманов во время созревания зерна и во время жатвы механизм истекания зер- на еще больше усложняется. Выявлено, что в этот период истекание зерна протекает в виде своеобразного двухфазно- го заболевания.

ГЛАВА 13____________________________________________________________

Таблица 78

Изменение химического состава зерна ячменя Винер при дождевании в разные периоды

В первой, неинфекционной фазе увлажнения зерна, осо- бенно при повышенной температуре во время фаз молочной, восковой, а также полной спелости зерна на корню, в валках и при высокой влажности семян резко возрастает (в 2,5 раза) активность гидролитических ферментов, главным образом амилаз. Одновременно протеолитические ферменты расщеп-

ляют белки и переводят их в низкомолекулярные азотистые вещества. Накопление водорастворимых веществ повышает осмотическое давление в клетках, что усиливает приток в них

воды с влажной поверхности зерна в результате чего из зерна

________ _____________ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

выделяются сахара и азотистые вещества, и оно обедняется питательными веществами. Растворы органических веществ смачивают поверхность зерна, а также пленки и стержень ко- лоса. При интенсивном развитии процесса колос на вкус ста- новится сладковатым (роса медовка, медвяная роса).

Одновременно в зерне значительно усиливается дыхание.

Синтезируемая при дыхании вода дополнительно увлажняет зерно, что еще более усиливает гидролитические и окислитель- ные процессы. Нарастание процессов в неинфекционной фазе способно за 1—3 сут. привести к большим потерям массы, сни- жению урожая, ухудшению его посевных, технологических и кормовых качеств.

Для второй, инфекционной фазы болезни характерно заселе- ние колосьев и зерна микробной флорой — грибами. При разви-

тии грибов 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. Грибы, разрастаясь, быстро внедряются и во внутренние ткани зерна. Раньше считали, что для грибной черни или черной плесени достаточно высокой влажности и благопри- ятной для развития грибов температуры. Теперь становится оче- видна необходимость для развития грибов питательной среды — продуктов осахаривания крахмала и гидролиза белков в первую, неинфекционную фазу истекания зерна.

Существенное значение имеют также продукты жизне- деятельности самих развивающихся на зерне грибов, прежде всего гидролитических и других ферментов, усиливающих рас- пад его углеводов, белков, липидов и других веществ. Пред- ставления о сущности стекания позволяют лучше понять та- кие явления, как черный зародыш пшеницы, бактериальный меланоз (почернение ядра проса), а также накопление различ- ных токсинов в зерне и продуктах его переработки.

К числу практических мер для защиты урожая от стекания зерна относятся проведение уборки и послеуборочной обра- ботки урожая в сжатые сроки, максимальное сокращение раз- рыва между жатвой и обмолотом валков при раздельной убор- ке, правильный выбор при орошении последнего дождевания перед наливом зерна. Важное значение имеют: оптимизация

ГЛАВА 13 ___________________________________________________________

режима минерального питания злакового растения, посколь- ку в условиях орошения обеспеченность азотными удоб- рениями и микроэлементами (марганец) снижает стекание зерна; применение хлорхолинхлорида (препарата ТУР) и дру- гих ретардантов; селекция зерновых культур на устойчивость к стеканию и грибной черни пшеницы.

§ 4. ЗЕРНО ПОЖЕЛТЕВШЕЕ

Пожелтение зерна наиболее характерно для риса. Примесь пожелтевших зерен в крупе портит внешний вид готовой про- дукции, придает крупе неприятный вкус, запах и ухудшает ку- линарные свойства. При содержании в партии риса от 0,5 до 2% пожелтевших зерен невозможна выработка крупы высшего сор- та. При содержании пожелтевших зерен более 5% невозможно получить крупу даже второго сорта. По размерам желтые зерна меньше нормальных (по длине и ширине на 2,0—0,5%).

Процесс пожелтения зерна риса начинается в хозяйствах,

особенно когда валок лежит на мокрой почве или смачивается

иуплотняется осадками. При длительном хранении на хлебо- приемных предприятиях интенсивность окраски возрастает. Гибель зародыша также способствует пожелтению.

Условия, благоприятные для пожелтения, — это повышен- ные влажность зерна риса (более 20%) и температура (30 °С и выше). В результате накопления продуктов распада белков и углеводов происходит реакция меланоидинообразования, что

иприводит к пожелтению зерна риса. Наблюдаемое при гид-

ротермической обработке зерна риса при получении из него крупы нежелательное потемнение ядра — также результат ме- ланоидинообразования. Ряд авторов считают, что желтую ок- раску оболочек вызывают соединения полифенольного харак- тера. В желтых зерновках полифенолы под воздействием фермента монофенол-монооксигеназы (о-дифенолоксидазы) превращаются в о-хиноны, которые, в свою очередь, могут давать темноокрашенные соединения. Наиболее интенсивно окрашены плодовая и семенная оболочки.

Высказано предположение, что появившиеся в рисе свобод- ные ненасыщенные жирные кислоты адсорбируются на повер-

______________________ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

хности крахмальных зерен и, окисляясь кислородом воздуха, образуют продукты желтого цвета. Некоторые авторы считают, что причина образования желтой окраски зерна риса — микро- организмы — главным образом грибы и в отдельных случаях бак- терии. Развиваясь на зерне, микроорганизмы выделяют окра- шенные меланины. Опубликованы сведения о том, что некоторые штаммы грибов Penicillium и Aspergillus, вызывающие пожелтение зерна риса, выделяют токсичные вещества.

Однако не только пожелтевший, но и белый рис, зараженный некоторыми штаммами Penicillium и Aspergillus, также токсичен. Пораженный плесенями рис по внешнему виду напоминает зер- но после термической обработки. При микробиологическом анализе разницы в микрофлоре белого и желтого риса не выявле- но. Подводя итог экспериментальным и литературным данным, можно сделать вывод о том, что основная причина пожелтения риса — реакция меланоидинообразования. Микроорганизмы усиливают меланоидинообразование, поскольку, развиваясь, продуцируют активные ферменты и, следовательно, ускоряют распад органических веществ и образование свободных амино- кислот и восстанавливающих Сахаров — компонентов, из кото- рых образуются меланоидины.

Токсичные вещества, обнаруживаемые в пожелтевшем рисе, по-видимому, представляют собой метаболиты грибной флоры.

Особенности химического состава пожелтевшего зерна представлены в таблице 79.

По химическому составу пожелтевшие зерна риса значи- тельно отличаются от нормальных. Содержание сахарозы в них в 10 раз меньше, а глюкозы и фруктозы выше в 2—3 раза. Коли-

чество глюкозы увеличивается не только в результате распада сахарозы, но и в результате гидролиза крахмала.

Заметно изменение количества органического фосфора: в желтом зерне риса оно уменьшилось на 30%, а минерального одновременно возросло почти в 5 раз. Содержание белков в желтом зерне риса уменьшается при одновременном возрас- тании небелкового азота. Распад белков сопровождается об- разованием низкомолекулярных азотистых соединений (ами- нокислот, амидов).

ГЛАВА 13 ___________________________________________________

Таблица 79

Химический состав шелушеного риса с белой, желтой и коричневой окраской

_____________________ ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

пожелтевшим зерном риса от 125,5 до 204,2 мг мальтозы на 10 г сухого вещества.

Интенсивность дыхания желтых зерен риса выше по срав- нению с нормальными зернами, и вместе с тем его характер у того и другого зерна неодинаков, что нашло отражение в ве- личине дыхательного коэффициента (рис. 55). Зерна риса с розовой или коричневой окраской после удаления цветко- вых оболочек, особенно из партий зерна риса, выращиваемо- го на крайнем юге страны, относятся к разновидности риса краснозерных форм. Примесь их засоряет посевы селекци- онных форм и ухудшает товарные и технологические свой- ства зерна риса.

Пожелтение может возникнуть и развиваться при хранении зерна риса. При пожелтении зерна риса содержание различ-

ных форм связанных липидов остается примерно одинаковым (первая цифра — белый рис, вторая — пожелтевший, % сухого вещества): свободные 2,63; 2,72; связанные 0,26; 0,20; проч- носвязанные 0,16; 0,14. Суммарное содержание продуктов окисления липидов в пожелтевшем зерне риса составило 4,78% против 1,82% в белом зерне риса.

Изменение физико-химических показателей пожелтевшего зерна риса сказывается на его технологических (крупяных) дос- тоинствах. В партии крупы, полученной из зерна риса с повы-

Состав белков, особенно глобулинов и проламинов, также значительно изменился. Глобулинов в желтом зерне в пять с лишним раз больше, а проламинов, наоборот, в два раза мень- ше, чем в белом.

С появлением желтой окраски количество свободных аминокислот возрастает. Наиболее интенсивно накапливают- ся лизин, аргинин и глицин, содержание их увеличилось (со- ответственно) в 11; 6,4 и 5,3 раза по сравнению с белым зерном риса. Диастатическая активность возросла по сравнению с не-

360

Рис. 55. Интенсивность дыхания пожелтевшего зерна при хранении риса

361