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

ГЛАВА 13 ___________________________________________________________

шенным содержанием пожелтевших зерен (с более интенсивной окраской, чем в начальной стадии пожелтения), желтых ядер больше, чем в зерне риса целом и рисе дробленом, на 1,0—1,5%. Проведение мероприятий, предотвращающих пожелтение зерна риса, необходимо начинать в рисосеющих хозяйствах. К ним относятся: высушивание почвы на чеках, укладывание валков при косьбе на высокую стерню, обработка посевов де- сикантами, позволяющая применять однофазную уборку, сушка зерна риса различными способами и т. д. Радикальное средство предотвращения пожелтения зерна риса на хлебо- приемных предприятиях — полное исключение самосогрева- ния, своевременная и высококачественная сушка, соблюде- ние режимов хранения, в частности правильное применение вентилирования и охлаждения.

§5. ЗЕРНО, ПОВРЕЖДЕННОЕ КЛОПОМ-ЧЕРЕПАШКОЙ

Вредители зерна составляют большую группу клопов семей- ства щитников, относящихся к разным родам и видам и назы- ваемых хлебными клопами. Наиболее распространенный и вредный клоп — вредная черепашка (Eurygaster integriceps Put.).

В южных районах на посевах зерновых наряду с вредной чере- пашкой встречаются другие виды клопов: австрийская чере-

пашка (Eurygaster austriaca Schr.), маврский клоп (Eurygaster maura L.) и др. Эти клопы отличаются от вредной черепашки тем, что они имеют в различных районах относительно не- высокую, но постоянную численность. Вспышек массового размножения, характерных для вредной черепашки, они не дают. В восточных районах заметные повреждения посевам пшеницы и ржи наносят несколько видов остроголовых кло- пов (из рода Aelia F). Наибольший вред причиняют сибирская остроголовая черепашка, или сибирский клоп (Aelia sibirica Rent.), — вредитель колосьев и зерна. Поврежденные им зерна уменьшаются в массе на 20—50%.

Вредная черепашка повреждает все зерновые культуры, осо- бенно пшеницу. В южной части РФ от нее больше всего стра- дает озимая пшеница. При сильном заражении, наблюдаемом

_____________________ ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

вгоды массовых размножений, клопы-черепашки снижают урожай до 50% и больше и могут полностью погубить урожай. Полевые опыты показали, что пораженные семена, особенно

вобласти зародыша, дают меньшее количество растений, бо- лее низкую продуктивность стеблей, меньшую среднюю дли- ну колоса, более низкую массу 1000 зерен, большее количество мелких зерен, меньшую энергию прорастания и всхожесть, бо- лее слабую клейковину. По продуктивной кустистости, содер- жанию поврежденного черепашкой зерна, массе 1000 зерен и качеству клейковины наиболее устойчивы сорта Безостая 1, Мироновская юбилейная, Ранняя 12, Белоцерковская 198.

Некоторые сорта сохраняют хлебопекарные достоинства при значительном количестве поврежденных зерен (до 6—10%).

Борьба с клопом-черепашкой представляет собой серьез- ную народнохозяйственную проблему. Уколы клопа-чере-

пашки в стебель и колос перед колошением и в начале его вызывают недоразвитость зерна и белоколосость. Зерно, по- врежденное до фазы восковой спелости, ссыхается, стано- вится щуплым. Во всех случаях урожай снижается. Если зерно повреждено в фазе восковой спелости, на поверхности его обычно появляется темная точка укуса, окруженная резко очерченным пятном сморщившейся и беловатой оболочки. Эндосперм в месте укуса легко разрушается при надавлива- нии. Клопы-черепашки (на 70-80%) наносят уколы в зоне зародыша, что приводит к снижению или потере всхожести. Всхожесть семян, поврежденных вредителями, зависит от места укола в зерне. При повреждении зерна в области зароды- ша полевая всхожесть семян снижается на 38%, при повреж- дении эндосперма — на 4%. Уколы клопов-черепашек умень- шают содержание в зерне общего азота. При автолизе муки из зерен (табл. 80), поврежденных клопами-черепашками, про- исходит необычайно сильный протеолиз.

Наблюдается большое накопление как общерастворимого, так и не осаждаемого трихлоруксусной кислотой азота, входя- щего в состав низкомолекулярных соединений: пептонов, пеп- тидов и аминокислот. По содержанию азота нормальная и по-

врежденная части эндосперма резко различаются в результате всасывания его клопами-черепашками в точке нанесения уко-

ГЛАВА 13 ______________________________________________ ____________________

Таблица 80

Изменение фракций водорастворимого азота в нормальном и поврежденном зерне при автолизе

ла. Укол клопа повышает содержание в поврежденной части эндосперма спирторастворимого азота.

Водорастворимый азот, особенно азот, не осаждаемый из водного экстракта трихлоруксусной кислотой, т. е. азот низко- молекулярных продуктов ферментативного расщепления бел- ка, в поврежденной части составляет в среднем половину. В по-

врежденной части также заметно возрастает титруемая кислотность спиртовой вытяжки. При механическом разделе- нии поврежденных и неповрежденных частей зерна было ус- тановлено, что наносимое клопом-черепашкой повреждение локально. Глубокие биохимические изменения зерна при его поражении происходят под влиянием мощных протеолити- ческих ферментов, выделяемых слюнными железами клопа- черепашки при уколе. Первые стадии действия протеиназ со- провождаются дезагрегированием белка, что сказывается в изменении его физических свойств, в частности вязкости. Наи- лучшие условия для действия растворяющих клейковину фер- ментов соответствуют нейтральной и слабой щелочной реак- ции при рН 8,2.

Большие различия выявлены в составе поврежденной и неповрежденной частей зерна (табл. 81).

Ферменты, вырабатываемые вредителем, могут гидролизо- вать белки и углеводы. Изменения в поврежденном зерне в сильной степени влияют не только на технологические, но и на посевные качества зерна. В нем происходят глубокие физи- ологические изменения — повышается интенсивность дыха-

______________________ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

ния, увеличивается активность ферментов. При поражении клопом-черепашкой возрастает также активность амилаз, осо- бенно в зоне нанесения укола. При повреждении пшеницы клопом-черепашкой в фазе молочной спелости синтезирую- щая активность фосфорилазы резко снижается. По наблюде- ниям, она была в 12 раз ниже, чем в контроле.

Пораженное зерно, особенно в зоне укола, более интен- сивно дышит. Так, отношение интенсивности дыхания по-

раженного зерна к уровню дыхания здорового составляло

1:1,01 (при поражении 0,3%) и 1:1,26 (при поражении 4,5%).

Содержание свободных аминокислот, и прежде всего тиро- зина, с возрастанием поражения зерна клопом-черепашкой увеличивается. Мука из зерна, поврежденного клопом-чере- пашкой, имеет низкие хлебопекарные достоинства, разру- шенную клейковину. В пораженном зерне клейковина не от- мывается, в частично пораженном количество ее уменьшено, и качество резко ухудшено. Тесто становится жидким, непод-

Таблица 81

Фракции зерна и титруемая кислотность нормальной и поврежденной частей эндосперма

* Отношение количества азота в поврежденной части зерна (б) к нормаль- ной (а).

ГЛАВА 13 ___________________________________________________________

Рис. 56. Физические свойства теста из пшеницы с разной степенью поврежден - ности клопами-черепашками

нимающимся, при выпечке получается хлеб низкого каче- ства, с небольшим объемом, плотный, с темной коркой, по- крытой мелкими трещинами, в результате увеличения количества свободного тирозина и усиливающегося мелано- идинообразования.

На рисунке 56 приведена характеристика физических свойств теста из муки, полученной из зерна пшеницы с разной степе- нью поврежденности клопами-черепашками. Ухудшение хле- бопекарного достоинства связано, прежде всего, с глубокими изменениями клейковины и белкового комплекса в целом. Ха- рактерная особенность зерна пшеницы с наличием поврежден-

______________________ ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

ных зерен — высокое содержание в нем продуктов протеоли- за — водорастворимого и спирторастворимого азота (рис. 57).

При определении клейковинного белка в контрольной пробе отношение азота глиадина к азоту глютеина составило 1:1,12 и из зерна, поврежденного клопом-черепашкой,— 1:4,21.

Исследователи называют разное количество поврежденных зерен, при котором уменьшается количество клейковины и ухудшается ее качество, что связано с неодинаковыми исход-

ными качеством и глубиной повреждения индивидуальных зерен. Сильная пшеница наиболее часто при поражении кло- пом-черепашкой на 3—4% переходит в группу слабой. Каче- ство клейковины заметно изменяется при небольшом повреж- дении зерна клопами-черепашками (1 %). Из рисунка 58 видно, что, чем в более раннюю фазу созревания зерно повреждено клопом-черепашкой, тем хуже его качество. В снижении каче-

ства поврежденного зерна главную роль играет повышение активности протеолитических ферментов и наряду с этим за- метное нарушение слаженности других ферментных систем, что изменяет физиологические процессы синтеза и формиро- вания зерна. Наиболее резко активность амилолитических ферментов меняется в зерне пшеницы, поврежденном клопом- черепашкой в молочной фазе созревания.

Примесь поврежденных зерен, %

Рис. 57. Влияние примеси поврежденных клопами-черепашками зерен на растя- жимость пшеничной клейковины и содержание в ней глиадина: 1 — азот клейковины, к общему азоту клейковины, %; 2 — растяжимость клейковины, см/мин

ГЛАВА 13

Поражение зерна пшеницы остроголовыми клопами-чере- пашками имеет свои особенности. Содержание клейковины в таком зерне несколько снижается, а качество ее почти не из- меняется. Содержание сырой клейковины в зерне пшеницы, пораженной остроголовыми клопами-черепашками, в одном случае при содержании поврежденных зерен (%) составило:

до 5 — 28,2%, от 5 до 10 — 27% и от 10 до 25 — 25,8%, в другом случае (соответственно) — 28; 25; 23,5%. Качество клейкови-

ны ухудшалось незначительно и оставалось в пределах одной и той же II группы. При уколе зерна остроголовым клопом эн- досперм под пятном, как и при поражении вредной черепаш- кой, рыхлый.

Семенам подсолнечника наиболее сильные повреждения наносит ягодный клоп. Уменьшается масса 1000 семян, сни-

Рис. 58. Масса 1000 зерен и биохимические особенности зерна пшеницы Сара- товская 29, пораженного клопом-черепашкой в разные фазы спелости. Зерно, поврежденное в фазе спелости:

А— молочной; Б— ранней восковой: В— поздней восковой; Г— зерно, со- зревшее на корню без повреждения; 1 — содержание общего азота; 2 — масса 1000 зерен; 3 — протеолитическая активность, средняя прибыль азота; 4 — не-

белковый азот

______________________ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

жаются энергия прорастания (на 40%) и всхожесть (на 45%), резко падает масличность (до 9%), значительно ухудшается качество масла.

Пищевая ценность поврежденного зерна снижается. Это связано с тем, что часть белковых и других веществ потребля- ется черепашкой.

Наиболее существенное ухудшение технологического достоинства пораженного зерна пшеницы, прежде всего хле- бопекарного, вызывает повреждение его белково-протеиназ- ного комплекса. Определенное значение имеет также измене- ние углеводно-амилазного комплекса и других веществ зерна. По действующему стандарту зерно пшеницы, пораженное кло- пом-черепашкой, определяют визуально (по наличию следа укола— темной точки и характерной вдавленности пятна). Этот метод неточен, так как позволяет определять только факт повреждения, но не дает возможности установить степень это- го повреждения.

Большое значение для глубины повреждения имеет фаза созре- вания, на которой повреждено зерно, сорт и другие природные особенности зерна, повреждение зерна другими полевыми вре- дителями (личинками пшеничного трипса, которые, оставляя на зерне темную точку и снижая массу зерна, не ухудшают его хлебопекарного достоинства) и т. д. Разработаны и другие спосо- бы оценки технологического достоинства зерна пшеницы с ис- пользованием физических и биохимических показателей. К ним относят следующие измерения: протеолитической активности содовых вытяжек из зерна или муки; количества продуктов про- теолиза (главным образом, тирозина); физических свойств тес- та; физических свойств клейковины; количества азота, не осаж- даемого трихлоруксусной кислотой; степени пептизации клейковины, регистрируемой на нефелометре. Наилучшие из способов оценки технологического достоинства зерна пшени- цы — пробная выпечка и анализ качества хлеба.

В условиях хлебоприемных и зерноперерабатывающих предприятий для распознавания степени поражения зерна пшеницы клопами-черепашками наиболее приемлемы мето- ды определения количества и качества клейковины, а также расплываемости шарика теста.

ГЛАВА 13

Для улучшения технологического достоинства зерна пше- ницы, пораженного клопом-черепашкой, его смешивают со здоровым зерном. Протеолитические ферменты клопа-чере- пашки обладают высокой активностью, при глубоком пора-

жении примесь небольшого количества поврежденного зерна затрудняет получение удовлетворительной смеси. Существен- ное значение имеет также различная атакуемость белков про- теолитическими ферментами. Некоторые сорта пшеницы очень устойчивы к их воздействию. Однако клейковина боль- шинства сортов легко расщепляется, ограничивая эффект улуч- шения при смешивании, поэтому приходится очень осторож-

но и только после тщательной опытной проверки вводить пораженное зерно в смесь.

При подготовке пшеницы к помолу целесообразно при- менять комбинированное воздушно-ситовое сепарирование для выделения наиболее легких и щуплых зерен, образовав- шихся при раннем повреждении. Установлено, что пора- женные части зерна, поврежденного клопом-черепашкой, менее прочные, при ударе выкрашиваются. На основе этой особенности разработана технологическая схема перера- ботки такого зерна, в которой пораженные участки удаля- ются, а остальная часть поврежденного зерна дает муку удов- летворительного качества. Особенность схемы заключается в том, что пораженное зерно интенсивно обрабатывают на обоечных машинах и муку с I драной системы удаляют. Об- щий выход муки снижается на 2,0—2,5%, что компенсиру- ется улучшением качества продукции. Для интенсификации и механизации удаления, пораженных клопом-черепашкой

участков зерновки пшеницы зерно многократно соударяют с игольчатой поверхностью.

Качество клейковины зерна, пораженного клопом-чере- пашкой, может быть улучшено термической обработкой — на- греванием при температуре 70—80 °С в течение нескольких часов. Хороших результатов достигают при горячей и скорост- ной гидротермической обработке пораженного зерна. При

длительном хранении пораженного зерна и особенно муки активность протеаз ослабляется, и хлебопекарное достоинство несколько улучшается. Разработаны многочисленные методы,

ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

позволяющие повышать качество хлеба из зерна, пораженно- го клопом-черепашкой: повышение кислотности теста, резко тормозящее протеолиз; увеличение количества соли в тесте, улучшающее физическое состояние клейковины и др.

На хлебозаводах, кроме того, вносят следующие изменения в технологический процесс тестоведения и выпечки: готовят тесто ускоренным способом, чтобы клейковина при брожении подвергалась наименьшему разрушающему действию протеи- наз; сокращают расстойку; хлеб выпекают при повышенной температуре пекарной камеры; тесто готовят на жидких дрож- жах. До сих пор мы говорили о преодолении разрушающего действия клопа-черепашки на зерно при его хранении и пере- работке. Однако необходимо стремиться к тому, чтобы не до- пустить повреждений зерна клопом-черепашкой или свести эти повреждения к минимуму.

§ 6. ЗЕРНО С ГОРЬКОПОЛЫННЫМ ВКУСОМИЗАПАХОМ

В посевах зерновых часто встречаются сорные растения — полынь горькая (Artemisia absinthium L.) и полынь Сиверса (A. Sieversiana Willd). При уборке соцветия (корзинки) полыни попадают в зерно. Зерно приобретает специфический полын- ный запах и сильную горечь.

При обычной схеме помола горькополынное зерно дает горькую муку, горечь сохраняется и при выпечке хлеба. За- пах горькополынного зерна связан с эфирными маслами,

входящими в состав корзинок полыни горькой и полыни Сиверса, горький вкус — с другими веществами. Горькое ве- щество полыни горькой выделено и называется абсинти- ном. Из корзинок полыни Сиверса выделены эфирное мас- ло и горькое вещество, близкие по своим физическим и

химическим свойствам аналогичным веществам полыни горькой.

Абсинтин представляет собой аморфное вещество, окра- шенное в слабо-желтый цвет, плавящееся при температуре 65 °С (эмпирическая формула С15Н20О4). Абсинтин растворя- ется в спирте, эфире и воде, хорошо адсорбируется из водных