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

ГЛАВА 13 ___________________________________________________________

характерно повышенное содержание водорастворимых белков (первая цифра в неповрежденных, вторая — в поврежденных зернах) 7,1; 19,3% с одновременным уменьшением спиртора- створимых белков 74,2; 62,1%. Меланозные зерна обсемене- ны в 3—3,5 раза больше, чем не поврежденные микроорганиз- мами с преобладанием грибов Aspergillus, Cladosporium и Alternaria. Зерна, пораженные меланозом, более гигроскопич- ны (на 0,4-1,5%), их критическая влажность 12-13%, что на 0,5—1,0% ниже зерен неповрежденных. Интенсивность дыха- ния возрастает при пораженности на 3—4% — в 2 раза и более раз. Режимы хранения должны быть разными для зерна, поврежденного до 3% и свыше 3%.

При неблагоприятных условиях хранения (влажность зер- на, температура воздуха, исходное содержание меланозных зерен) содержание меланозных зерен возрастает. При содер- жании меланозных зерен 0,5—3% сроки безопасного хранения сокращаются в 1,5—2 раза. Пораженное меланозом зерно при

очистке и переработке отделяется недостаточно эффективно (на 40%). Крупа получается низкого качества, в основном II сорта с уменьшением общего выхода на 1,5—2,5%.

§ 11. ЗЕРНО, ПОРАЖЕННОЕ ГОЛОВНЕЙ

Головня вызывается грибами из класса базидиальных. Она может поражать все ведущие культуры (пшеницу, рожь, яч- мень, овес, кукурузу, просо и др.), на долю которых приходит- ся до 80% посевных площадей. Небольшое повреждение хле-

бов приводит к значительному снижению урожая и качества зерна. При поражении твердой (вонючей, мокрой) головней

(возбудители — грибы вида Tilletia tritici и Tilletia levis) содер-

жимое зерна разрушается, сохраняется только оболочка. Зер- но превращается в головневые мешочки, заполненные темной мажущейся споровой массой с неприятным запахом тримети- ламина. Споры загрязняют муку.

С примесью спор мокрой головни мука приобретает непри- ятный запах испорченной сельди и темный (грязный) цвет. Хлеб из такой муки плохо пропекается, имеет сладкий вкус и неприятный запах, корку серовато-коричневого цвета, с над-

ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

рывами. Стеблевая головня снижает содержание сырой клей- ковины и ухудшает ее качество.

Споры головни принято считать вредной примесью. По дейст- вующим правилам пшеница, содержащая свыше 10% мараных или 10% синегузочных зерен, должна быть направлена для пере- работки в муку на мукомольные заводы, имеющие моечные ма- шины. Очистка зерна от спор головни «сухим» способом, при

котором его пропускают через зерноочистительные машины (щеточную и обоечную, пневмоаспираторы) не обеспечивает снижения количества спор головни до 0,05%. Наилучший ва- риант, при котором до 99% спор удаляется с поверхности зер- на, — трехкратная обработка на щеточных машинах с пропус-

ком после каждой машины через пневмоаспиратор или на щеточной и обоечных машинах в сочетании с мойкой.

По Правилам организации и ведения технологического про- цесса на мукомольных заводах содержание спор головни в зер- не, направляемом в помол после очистки (на I драную систе- му), допускается не более 0,05% (вместе со спорыньей и семенами горчака ползучего, вязеля разноцветного и термо- псиса ланцетного). Хорошие результаты получаются при под- мешивании незасоренного спорами зерна (65% и более). Об-

щий выход муки из зерна с примесью головневых зерен при 72%-ном помоле снижается в результате исключения потоков

муки с последних драных и размольных систем с наибольшим содержанием головневых спор. Наиболее темной при таком помоле получается мука с III драной и 3-й размольной систем, наиболее светлой — с 1-й и 2-й размольных систем.

§ 12. ЗЕРНО, ПОРАЖЕННОЕ СПОРЫНЬЕЙ

Спорынью вызывает гриб из класса сумчатых Claviceps purpurea («пурпурная булава»), поражающий главным обра- зом рожь, реже пшеницу, ячмень, совсем редко — овес. Под- верженность ржи этому заболеванию связана с особенно-

стями строения ее цветков и более продолжительным цветением — периодом, в течение которого происходит за- ражение. Изучен аминокислотный состав белков здорового зерна и склероций спорыньи. Значительная часть аминокис-

ГЛАВА 13

лот в склероциях спорыньи (рожках) содержится в больших, небольшая часть — в меньших количествах по сравнению со здоровыми семенами. Общее содержание азота в склероциях в среднем в 1,5 раза больше, чем в здоровых семенах. Из рож- ков спорыньи выделено три группы алкалоидов, способных вызвать опасные заболевания у людей, животных, птиц: эр- готомин, эрготоксин и эргобазин.

В состав всех 12 изученных алкалоидов спорыньи входит лизергиновая кислота C16H16O2N2

Болезнь, вызываемая спорыньей, — эрготизм (от французс- кого названия спорыньи — «эрго»). Содержание спорыньи в муке не допускается свыше 0,05%. Мука, отруби или отходы с содер- жанием спорыньи свыше 2% считаются опасными для живот- ных; их можно скармливать в ограниченных количествах.

Ядовитые свойства спорыньи при хранении постепенно ослабевают. Сушка зерна также снижает ядовитые свойства спорыньи.

Зерно пшеницы и ржи, поступающее на мукомольный завод, может содержать спорыньи (вместе с головней или в отдельно- сти) не более 0,15%. При очистке ржи и пшеницы от спорыньи применяют различные зерноочистительные машины: крупные рожки удаляют сходом с сита диаметром 6—7 мм и триерной поверхности с ячейками диаметром 8 мм, мелкие рожки —

сильным аспирированием и проходом через сита с отверстиями размером 1,8 х 20 мм (рожь) и 2,2 х 20 мм (пшеница), а также на триерах с ячейками диаметром 4,5— 5,0 мм. Хорошие

результаты при очистке семенного материала дает применение крепких растворов поваренной соли, селитры и др. Подбирая соответствующее количество соли, получают раствор, в котором зерно тонет (относительная плотность озимой

_____________________ ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

ржи 1,22—1,32), а рожки спорыньи всплывают (относительная плотность 1,07—1,10) вместе с щуплыми, легковесными зерна- ми. Так, при растворении в 10 л воды 6,5 кг селитры получают раствор с относительной плотностью 1,2. Зерно, направляемое после очистки на I драную систему, не должно сдержать споры- ньи больше 0,05% (вместе с головней и семенами горчака ползу- чего, вязеля разноцветного).

§ 13. ЗЕРНО, ПОВРЕЖДЕННОЕ СУШКОЙ

Правильно проведенная сушка семенного зерна (например, с влажностью до 25% при температуре агента сушки 70 °С и сред- ней температуре зерна в горячей камере не выше 45 °С) не толь- ко не ухудшает его семенные достоинства, но и приводит к за- метному повышению всхожести и энергии прорастания. Сушка продовольственного зерна влажностью до 22% при темпера- туре агента сушки не больше 120 °С при одноступенчатом ре- жиме и 110/130 °С — при двухступенчатом режиме также не ухудшает хлебопекарных достоинств, в ряде случаев несколь- ко улучшает их. Однако нередко наблюдаемое в практике на- рушение установленных режимов сушки, особенно нерав- номерность нагрева зерна в горячей камере, приводит к повреждениям зерна. При неправильной сушке зерно может быть полностью испорчено. Цвет эндосперма в этом случае из- меняется от коричневого до черного. Такое зерно относят к сор- ной примеси, для производства муки и крупы оно непригодно.

Потемнение зерна в процессе сушки и при хранении мо- жет быть ферментативного и неферментативного характера. Потемнение появляется вследствие окисления под влияни- ем монофенол-монооксигеназы полифенольных соедине- ний, способных к образованию водорастворимых соедине- ний (темного цвета) в результате реакции полимеризации. Неферментативное потемнение возникает в отсутствие кис- лорода в результате аминокарбонильных реакций (реакции меланоидинообразования), реакции карамелизации и окис- лительного потемнения (разрушение аскорбиновой кисло- ты, полифенольных соединений и ненасыщенных липидов в ди- или поликарбонаты в присутствии кислорода).

385

ГЛАВА 13

Зерно, горевшее в большом количестве (при пожарах в поле или при хранении), после гашения становится мокрым и горь- ким, с сильным неприятным запахом. В нем образуются мас- ляная и другие органические кислоты. Горевшее зерно можно

использовать в спиртовом производстве при особом режиме переработки и уменьшенном выходе спирта (до 30 л спирта на 100 кг зерна).

Зерно, частично поврежденное сушкой, с измененным цве- том оболочки и эндосперма (от кремового до светло-коричне- вого) относят к зерновой примеси. Зерно может быть повреж- дено высокой температурой и без видимых признаков порчи. При этом оно частично или полностью утрачивает свои семен- ные достоинства. Технологические достоинства его тоже ухудшаются. В пшеничной муке из зерна, поврежденного суш- кой, уменьшается содержание клейковины. При сильном по- вреждении она вообще не отмывается. Свойства клейковины резко изменяются: она обладает пониженной влагоемкостью, почти полностью утрачивая способность к растяжению. Это

происходит в результате тепловой денатурации белков зерна и инактивации протеолитических ферментов (рис. 60).

Хлеб, выпеченный из муки, полученной из неправильно высушенного зерна пшеницы, получается со значительно по- ниженным объемом, мало раз- витой и толстостенной порис- тостью, с бледной коркой. Все это результат денатурации бел- ков и инактивации ферментов.

Качество зерна при сушке за-

висит от четырех основных факторов: исходной влажности зерна, температуры агента сушки,

температуры нагрева зерна в горячей камере сушилки и продолжительности (экспози- ции) сушки. Большое значение имеет также качество клейко- вины зерна, поступающего на сушку. Наиболее полное пред-

ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

ставление о хлебопекарном достоинстве зерна пшеницы, под- вергавшегося сушке, дает пробная выпечка. Существуют дру-

гие методы объективной оценки влияния сушки на качество зерна пшеницы и для распознавания муки из зерна, повреж- денного сушкой (определение всхожести и энергии прораста- ния, количества и качества клейковины, активности фермента растворимой каталазы и др.).

О качестве зерна пшеницы после сушки можно судить по таким показателям, как физические свойства теста, определя- емые с помощью приборов (альвеографа, фаринографа), се- диментационное число, продолжительность брожения шари- ка теста и др. В тех случаях, когда в зерне, испорченном при сушке повышенными температурами, невозможно определить содержание и качество клейковины, степень ухудшения хле- бопекарных достоинств пшеницы можно установить по ко- личеству азотсодержащих веществ в 0,05 М растворе уксусной кислоты, по величине оптической плотности раствора муки в уксусной кислоте, измеряемой на фотоэлектроколориметре и по водоудерживающей способности муки.

В зерносушилках некоторых типов топливом служит камен- ный уголь. При его сжигании образуются продукты неполно-

го сгорания и сернистый ангидрид с неприятным удушливым запахом, легко передаваемым зерну. Сернистый ангидрид сор- бируется главным образом на поверхности зерна, частично проникает в близлежащие слои и образует нестойкие соедине- ния. При наличии свободной влаги сернистый ангидрид дает сернистую кислоту, связываемую поверхностными слоями. Сернистый ангидрид обладает восстанавливающими свой- ствами, легко взаимодействует с белками и вызывает измене- ние физических и химических свойств клейковины пшеницы. Содержание клейковины уменьшается на 2—3%, качество ее ухудшается (она становится липкой, слабоэластичной). Актив- ность протеолитических ферментов практически не изменя- ется, других ферментов — заметно снижается.

Активность амилолитических ферментов при действии теп- ла на зерно при высушивании или гидротермической обработ- ке обычно снижается. При сушке зерна в дымовых газах она возрастает. Увеличивается также и содержание восстанавли-

ГЛАВА 13 ______________________________________________________ _

вающих Сахаров. Это связано с тем, что амилазы содержат лег- ко окисляющиеся сульфгидрильные группы, что сначала вы- зывает падение их осахаривающей способности, а затем при восстановлении сульфгидрильных групп под влиянием дымо- вых газов активность этих ферментов возрастает.

При сушке зерна топочными газами необходимо использо- вать уголь с минимальным количеством серы (до 1,5—2,0%). Особенно это важно при высушивании сырого зерна и в усло- виях высокой относительной влажности воздуха. Критичес- кая температура сушки зерна — 40—45 °С. При дальнейшем

повышении температуры мукомольные достоинства зерна ухудшаются, повышается зольность и снижается выход муки. Качество зерна зависит от равномерности нагрева при сушке.

Наибольшая неравномерность температуры зерновой массы наблюдается в шахтных сушилках. Установлено, что неравно-

мерность нагрева зерна по горизонтальному сечению шахты сушилок достигает 20—25 °С, а по толщине слоя зерна — 15— 25°С. Наиболее эффективен способ исправления зерна, по- врежденного сушкой, — смешивание его перед размолом или смешивание уже полученной муки с соответствующим коли- чеством муки нормального качества.

При дальнейшем увеличении температуры клейковина укрепляется, становится крошащейся и при температуре 85 °С перестает отмываться в результате полной денатурации бел- ков. Резистентность белковых веществ с увеличением темпе- ратуры непрерывно возрастает в результате их теплового уп- лотнения. Добавление пересушенного зерна с неотмываемой

клейковиной дает неодинаковый результат при смешивании с зерном сильной пшеницы. Примесь 25—50% пересушенного зерна к слабой пшенице несколько укрепляет клейковину, в связи с чем уменьшается расплываемость подового хлеба. При-

месь пересушенного зерна к сильной пшенице в количестве 25% и более по всем показателям ухудшает качество хлеба. Объем хлеба при добавлении пересушенного зерна в количе- стве 25% и выше во всех случаях снижается. Использование зерна, испорченного сушкой, смешиванием с нормальным тре- бует очень осторожного подхода и тщательной предваритель- ной проверки.

______________________ ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

Имеются данные о наличии в продуктах питания, в том числе и в зерне, полициклических ароматических углеводоро- дов, обладающих канцерогенным действием. Канцерогенный

углеводород бензпирен обладает сильной канцерогенной активностью, весьма устойчив во внешней среде, наиболее рас- пространен среди вредоносных полициклических ароматиче- ских углеводородов, поэтому признан критерием канцероген- ности. Канцерогенные углеводороды могут поступать в зерно из внешней среды в период роста и развития хлебного расте- ния. Основной источник появления бензпирена в зерне — за- грязненная атмосфера, вода, почва и применение некоторых канцерогенных пестицидов. Дополнительным источником канцерогенных веществ могут быть некоторые технологиче- ские операции при уборке, хранении, обработке и переработке зерна. Количество канцерогенных веществ в убранном с поля зерне в разных странах мира колеблется в значительных преде- лах: от 0,04 до 4,13 мкг/кг. В зерне из разных районов РФ содер- жание канцерогенных веществ наиболее часто находится в пре- делах 0,1—0,2 мкг/кг, максимально — до 0,56 мкт/кг. Загрязнение

зерна канцерогенными веществами возможно также во время сушки при прямом контакте продуктов сгорания топлива с зер- ном. Исследования показали, что высокопроизводительные

шахтные и рециркуляционные зерносушилки при работе топок на жидком и газообразном топливе и при строгом соблюдении Инструкции по сушке зерна не загрязняют зерно бензпиреном. Этого нельзя сказать при применении твердого топлива или се- рьезных нарушениях режима сжигания топлива.

Для предотвращения попадания канцерогенных углеводо-

родов в зерно при сушке необходимо переводить работу топок зерносушилок с твердого топлива на жидкое или газообразное и строго соблюдать расчетный режим сжигания топлива (ко- эффициент избытка воздуха, температуру горения и тепловое напряжение топочного объема).

Из всех факторов, влияющих на увеличение количества бен- зпирена, наибольшее значение имеет продолжительность кон- такта зерна с продуктами сгорания. Наилучшие условия в этом отношении создаются при сушке зерна во взвешенном состоя- нии, что наблюдается при рециркуляционной сушке. Иссле-

ГЛАВА 13____________________________________________________________

дователи считают, что при этом способе возможна сушка зер- на продуктами сгорания без накопления в нем бензпирена. Опытное изучение этого важного вопроса должно быть про- должено и расширено. Необходимо также ориентировать кон-

структоров и создателей сушильных установок на разработку способов сушки, исключающих содержание канцерогенных веществ в агенте сушки, с которым зерно вступает в контакт.

Для предотвращения снижения качества зерна при сушке используют сушку окружающим воздухом методом активного вентилирования с учетом влажностно-температурных пара- метров воздуха и зерновой смеси, а также предварительного нагрева используемого для этой цели воздуха.

§ 14. САМОСОГРЕВАНИЕ ЗЕРНА

При неблагоприятных условиях хранения, особенно при повышенной влажности и значительной засоренности, в зер- новой массе начинается процесс самосогревания, при ко- тором ее температура может подняться до 55—65 °С, а иног- да и до 70—75 °С. Главные причины самосогревания — тепло, выделяемое в результате дыхания зерна и мик- роорганизмов, а также низкая теплопроводность зерновой массы. Самосогревание зерна представляет собой сложный

процесс в котором одновременно участвуют ферменты зерна и эпифитная микрофлора. Самосогревание сопровождается значительными изменениями химического состава, се-

менных и технологических достоинств зерна под влиянием высокой температуры и интенсивного развития микроорга- низмов. В результате развития плесневых грибов при хране-

нии зерна с повышенной влажностью снижается всхожесть зерна, интенсифицируется дыхание микроорганизмов, что приводит к потере сухих веществ, возрастанию влажности и температуры зерновой массы, к самосогреванию.

Установлена способность обычных плесеней хранения

(виды Aspergillus, Penicillium, Mucor) образовывать более 200

вредных и токсичных для организмов человека и животных веществ среди которых ввиду особой токсичности и канцеро- генности наибольшую опасность представляют афлатоксины.

______________________ ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

При самосогревании, сопровождающемся обугливанием зер- на, начинаются химические процессы не свойственные живо- му зерну, а характерные для мертвых органических продуктов.

Обугливание зерна происходит главным образом в результате разложения углеводов и накопления гуминовых соединений, обуглившееся зерно может быть использовано спиртовой про- мышленностью, так как не содержит веществ, угнетающих деятельность дрожжей.

Самосогревание может быть причиной порчи зерна не толь- ко при хранении его в складах и элеваторах, но и в послеубо- рочный период, во время сушки и очистки обмолоченного зер- на на токах. Партия зерна, содержащая много сорняков и битых зерен, подвержена самосогреванию больше, чем более влаж- ное, но менее засоренное зерно. В зерне дефектном и самосог-

ревающемся происходит нарастание численности плесеней хранения и уменьшение полевых плесеней (виды Alternaria, Helminthosporium, стерильный мицелий). Отношение этих показателей в нормальном зерне равно 0,23, в самосогревшем- ся оно достигает 8,25. Преобладающая группа микроорганиз- мов в дефектном самосогревшемся зерне — грибы A. flavus (26,0—65,7% всех плесневых грибов), причем их количество увеличивается по мере ухудшения его качества. На зерне за- плесневевшем, но еще не самосогревшемся, преобладают пе- нициллы, развитие A. flavus незначительно.

Технологическое достоинство зерна пшеницы изменяется в зависимости от температуры и продолжительности само- согревания. Зерно в начальной стадии самосогревания приоб- ретает солодовый запах, свойственный прорастающему зерну. Вкус зерна сладковатый. Внешние покровы зерна сначала обес- цвечиваются, а затем становятся красноватого цвета. Эндо- сперм приобретает сероватый оттенок. Зерно с солодовым за-

пахом отличается от нормального более высоким содержанием моносахаридов, повышенной кислотностью, более высоким кислотным числом жира. Мука из такого зерна содержит боль- шое количество оболочек и обладает увеличенной активно- стью ферментов. Хлеб получается более темный, чем из нор- мального зерна. Солодовый запах и его последствия частично могут быть устранены при очистке и помоле зерна, а также в