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

ГЛАВА 13 ___________________________________________ ______________

Опытная проверка показала противоречивые результаты влия- ния ТУР на качество и технологическое достоинство зерна.

Препарат ТУР вызывает небольшое увеличение содержания азота и уменьшение фосфора в зерне пшеницы. Содержание бел- ков при этом не изменяется, но появляется тенденция к увеличе- нию неклейковинных при одновременном снижении клейко- винных фракций белка. Количество клейковины уменьшается (на 5% к контролю). Фракционный состав фосфорсодержащих соединений также изменяется: фосфор липидный, нуклеиновый и протеиновый возрастает на 6%, фосфор минеральный, нукле- отидный и сахарофосфатный уменьшается на 6—15%.

Проведены широкие исследования качества и хлебопекар-

ного достоинства зерна пшеницы Мироновская юбилейная и Мироновская 808, выращенного с обработкой препаратом ТУР на обычном и для сравнения на повышенном агрофоне. Хле- бопекарное достоинство пшеницы обоих сортов оказалось хо- рошим как на высоком, так и на обычном агрофоне. При оп-

рыскивании растений препаратом ТУР на высоком агрофоне был получен наибольший объемный выход хлеба (730 см3). Если по натуре, массе 1000 зерен и стекловидности зерна не наблюдалось значительных расхождений, то все показатели хлебопекарного достоинства (содержание белка и клейкови- ны, ее качество, объемный выход хлеба) в условиях высокого агрофона и применения препарата ТУР стали лучше.

Некоторые почвенные микроорганизмы разрушают по- павшие в почву пестициды. Микроорганизмы, окисляющие органические вещества, разлагают также и пестициды. Одни пе- стициды, такие, как дихлорфеноксиуксусная кислота, разлага- ются в почве через несколько недель, другие (атразин, гексахлор- циклогексан) могут сохраняться в почве более года. Иногда при частичном разрушении пестицидов могут образовываться высо- котоксические вещества. Некоторые гербициды (симазин)

и продукты их распада образуют с перегнойными соединениями почвы прочные комплексы, что задерживает процесс детокси- кации. Было выявлено, что пшеница и рожь, в зерне которых не обнаруживаются остатки гербицидов, оказывают на белых крыс такое же влияние, как и малые дозы этих препаратов. Возмож- но, что в урожае содержатся небольшие остаточные количества

402

ПОВРЕЖДЕННОЕ, НЕПОЛНОЦЕННОЕ ЗЕРНО

пестицидов, не обнаруживаемые применяемым методом иссле- дования, но способные оказать биологическое действие.

Содержание остаточных количеств пестицидов в зерне, приме- няемых при его выращивании, требует дополнительных иссле- дований. В целом работа, проводимая с использованием хими- ческих средств в растениеводстве, требует соблюдения строгих правил и тщательного контроля. Фумиганты, применяемые для дезинсекции в условиях хранения зерна, могут вступать в хими- ческое взаимодействие с белками, жирами, углеводами, витами- нами, в результате чего происходят необратимые и нежелатель- ные изменения. Например, фумигация зерна бромистым метилом сопровождается связыванием его в основном белками и в мень- шей степени крахмалом, жирами и другими компонентами. До 44% сорбированного бромистого метила связывается белками и до 8% — витаминами группы В; в зерне, обработанном бромис- тым метилом, уменьшается содержание тиамина.

При переработке зерна в муку можно удалить пестициды с поверхности зерна. Удаление большого количества оболочек снижает выход муки высоких сортов, так как поврежденные периферийные слои при помоле переходят в муку, повышая зольность. По этим причинам зерно, загрязненное пестицида- ми на поверхности (без проникновения в глубь зерновки), ре- комендуется перерабатывать с механическим удалением пести-

цидов с его поверхности только при производстве пшеничной муки обойного помола и сортов муки с зольностью выше 0,8%.

В РФ установлены более жесткие по сравнению с другими стра- нами гигиенические нормативы, гарантирующие безопасность людей и животных. Только строжайшее соблюдение всех гигие- нических регламентов обеспечивает безопасное применение пе- стицидов для тех, кто с ними работает, и для всего населения — потребителей зерна и другой сельскохозяйственной продукции.

На элеваторах и зерноперерабатывающих предприятиях необходимо систематически повышать производственную культуру, создавать такие условия хранения и переработки зер- на, которые свели бы применение ядохимикатов к минимуму.

Необходимо также расширять и углублять исследования по изучению изменения состава и свойств зерна и продуктов его переработки под воздействием пестицидов.

ГЛАВА 13___________________________________________________________

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каковы виды повреждения зерна в поле, при хранении? Как они влияют на качество зерна?

2.Каковы биохимические особенности зерна морозобойно- го, меры его улучшения?

3.Как изменяется качество зерна промороженного?

4.При каких условиях появляется зерно суховейное, как изменяется его качество?

5.Что и при каких условиях вызывает пожелтение зерна риса? Какова его сущность, меры по предотвращению?

6.Каковы повреждения зерна пшеницы клопом-черепаш кой? Каковы последствия, способы распознавания и улучше ния?

7.Каковы причины появления зерна с горькополынным вкусом и запахом и способы их удаления?

8.Что вызывает появление зерна с черным зародышем, как это сказывается на его качестве?

9.Чем вызвано возможное приобретение перезимовавшем

вполе зерном токсических свойств, как используется такое зер но?

10.В чем выражается и как сказывается на качестве зерна поражение его фузариозом?

11.Чем вызывается появление меланозного зерна проса (по чернение ядра)?

12.В чем сказывается повреждение зерна головней и спо рыньей?

13.При каких условиях зерно может быть повреждено суш кой, в чем это проявляется?

14.При каких условиях происходит самосогревание зерна, как при этом изменяется его химический состав и качество?

15.Как изменяется зерно при плесневении?

16.Как устанавливают степени порчи зерна органолепти- чески и при помощи определения количества аммиака?

Глава 14

СМЕШИВАНИЕ И ОБРАБОТКА ЗЕРНА ПЕРЕД ПОМОЛОМ

Качество пшеничной муки повышают, применяя следую- щие меры при подготовке зерна к помолу: смешивание партий зерна с разным исходным качеством; гидротермическую об- работку (кондиционирование); нагревание (термическую об- работку).

§ 1. СМЕШИВАНИЕ ДВУХ ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ ПАРТИЙ ЗЕРНА

Смешивание различных партий зерна преследует две цели. В одном случае смешивают две (или больше) партии зерна, не

являющиеся неполноценными и отличающиеся качеством от удовлетворительного до хорошего. В другом смешивают непол- ноценное зерно (проросшее, морозобойное, гревшееся, пора- женное клопом-черепашкой и др.) с зерном нормального ка- чества, рассчитывая использовать такое зерно для получения готовой продукции удовлетворительного качества. По- ступающее на мукомольные и крупяные заводы зерно отлича- ется значительным разнообразием природных и технологиче- ских свойств, учитываемых при переработке и влияющих на качество муки и крупы.

Хлебозаводам и макаронным фабрикам требуется мука с необходимым комплексом устойчивых хлебопекарных и ма- каронных показателей. Мукомольные заводы, стремясь выработать муку требуемого качества, заинтересованы в под- держании производственного режима переработки, обеспе- чивающего наибольший выход муки и высокую рента- бельность предприятия. Все эти требования могут быть выполнены, если мукомольный завод перерабатывает

ГЛАВА 14

зерно определенного, стабильного технологического досто- инства.

Эту цель можно достичь в основном смешиванием различ- ных сортов зерна с использованием специфических особен- ностей каждого сорта в отдельности, в одном случае количе- ства и качества клейковины, в другом — стекловидности, в третьем — зольности и т. д.

При смешивании зерна неодинакового качества, т. е. раз- ного химического состава и физической структуры, изменя- ется качественная характеристика компонентов, входящих в смесь, и самой смеси. Так, ферментные системы, оказываю- щие решающее воздействие на хлебопекарное достоинство, влияют и на мукомольные качества зерна, подвергнутого гид- ротермической обработке. Активность и характер действия ферментов при смешивании зерна разного качества могут пре- терпевать существенные изменения. Смешивание разных

партий зерна пшеницы приводит к изменению соотношения отдельных фракций клейковины и к тому, что, взаимодей- ствуя между собой, они дают сочетание свойств клейковины смеси, отличающееся от свойств клейковины смешиваемых компонентов.

Если к зерну слабой пшеницы разных партий в равных количествах и с одним и тем же уровнем пониженной силы прибавлять одно и то же количество сильной пшеницы, то может быть получен неодинаковый конечный результат улуч- шения хлебопекарного достоинства смеси. И это происхо- дит потому, что объемный выход хлеба зависит не только от количества клейковины, но и оттого, что ее химический со-

став даже при одинаковых физических признаках в разных партиях пшеницы, в том числе и слабого зерна, обычно име- ют не один и тот же химический состав. В результате при вза-

имодействии одного и того же количества слабой пшеницы разных партий с данной партией сильной пшеницы возмож- но получение несовпадающего эффекта улучшения. Кроме того, на объемный выход хлеба заметное влияние оказывают свойства углеводно-амилазного комплекса, прежде всего крахмала. Для «силы» муки большое значение имеют колло-

идные свойства разнокачественных фракций пшеничного

СМЕШИВАНИЕ И ОБРАБОТКА ЗЕРНА

крахмала амилозы и амилопектина с его высокой клеющей способностью.

Под смесительной ценностью пшеницы понимают обус- ловленную физико-химическим и биологическим комплек- сом способность зерна данной партии (или сорта) взаимо- действовать с разнокачественным зерном других (одной или нескольких) партий (или сортов) и давать при определенных

их количественных соотношениях зерновую смесь заданного технологического достоинства. В связи с практической не- возможностью заранее рассчитать необходимое технологиче-

ское достоинство смеси зерна по качественным показателям смешиваемых партий необходимо при составлении помоль- ных смесей производить предварительный анализ показате-

лей качества смеси в лабораторных условиях на небольших пробах зерна.

§ 2. ГИДРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗЕРНА

Под гидротермической обработкой понимают обработку зерна водой и теплом для направленного изменения (улучше- ния) всего технологического комплекса (мукомольных, хле- бопекарных, макаронных, крупяных свойств) зерна, обеспе-

чивающего наибольший выход готовой продукции с лучшими показателями качества и наименьшей затратой энергии.

Гидротермической обработке подвергают в основном зер- но пшеницы, значительно реже зерно ржи, а также при пере- работке в крупу риса, овса, гречихи, кукурузы и гороха. При

подготовке к переработке зерна применяют гидротермическую обработку и пропаривание. При гидротермической обработке на зерно воздействуют: вода, используемая для увлажнения зерновой массы; тепло, применяемое для прогрева зерна или его обезвоживания (сушки); длительность обработки зерна водой и теплом (пребывание в кондиционере), отволажива- ние в специальных бункерах; воздушная среда, в которой происходит гидротермическая обработка.

Влияние этих факторов на зерно усиливается при комплекс- ном их воздействии. При подготовке зерна к помолу различают холодное, горячее, скоростное и вакуумное кондиционирование.

ГЛАВА 14

При холодном кондиционировании с водой температурой 18— 20 °С или подогретой до 30—35 °С в аппаратах или моечных ма- шинах зерно увлажняют до 14,0—16,5% и затем отволаживают в течение 4—24 ч без регулирования температуры. При горячем кондиционировании используют специальные аппараты-конди- ционеры. Зерно, увлажненное до 14—16%, проходит тепловую обработку в кондиционере при температуре 45—57 °С. Темпера- турный режим обработки и его продолжительность (4—12 ч) ус- танавливают в зависимости от реологических свойств клейкови- ны, стекловидности и других показателей.

Горячее кондиционирование сопровождается более глу- бокими изменениями зерна и ускорением физико-химиче-

ских и биохимических процессов по сравнению с холодным кондиционированием. Скоростное кондиционирование — это обработка зерна паром с применением специальных ап- паратов (АСК), ускоряющая процессы, происходящие в зер- не. На мукомольных заводах чаще используют холодное кондиционирование, реже горячее и изредка скоростное.

Кондиционирование зерна оказывает большое влияние на его мукомольное достоинство. Эндосперм становится рыхлее, оболочки эластичнее, связь их с эндоспермом ослабляется. Все

это увеличивает выход и улучшает качество крупок и дунстов в драном процессе, повышает выход и качество (снижает золь- ность) готовой продукции, уменьшает удельный расход энер- гии. Воздействие воды и тепла вызывает в зерне комплексные физико-химические, коллоидные и биохимические процес- сы, приводящие к изменению его хлебопекарного достоинства.

Вода и тепло, применяемые при кондиционировании, со- здают для зерна (живой биологической системы) условия, со- впадающие с теми, при которых зародыш зерна начинает расти. Это приводит к активизации его ферментных систем, к началу расщепления высокомолекулярных, до этого физиологически неподвижных веществ — начальному этапу перевода их в раство-

римое состояние и перемещения в зону зародыша для синтеза и формирования зачаточных тканей будущего растения.

Можно назвать две движущие силы переноса: первая — температурный градиент в теле зерновки, образуемый физи- ческим процессом — набуханием, которое сопровождается

408

СМЕШИВАНИЕ И ОБРАБОТКА ЗЕРНА

выделением теплоты набухания и биохимическим процессом

— усилившимся процессом дыхания, генерирующим тепло; вторая — активизация щитка, выполняющего физиологическую

роль передатчика питательных веществ из эндосперма к пробуждающемуся зародышу через соприкасающуюся с ним систему сосущих клеток.

Биохимические процессы в зерне и зародыше, усиливаю- щиеся при гидротермической обработке, тесно связаны с од- новременно развивающимися теплофизическими явлениями. Те и другие, имея разную природу, в условиях гидротермиче- ской обработки активизируют биохимические процессы в за- родыше, способствуют перемещению растворенных органи- ческих веществ.

Комплекс физико-химических и биохимических измене- ний тканей зерна при гидротермической обработке неодноз- начно сказывается на изменении технологического достоин- ства зерна. Все зависит от генетических особенностей, зрелости и качества обрабатываемого зерна. Для повышения хлебопе-

карного достоинства наиболее часто необходимо улучшать зерно пшеницы с очень слабой или, наоборот (более редко), с очень крепкой клейковиной, т. е. в одном случае клейковину требуется укрепить, во втором — ослабить. У слабой клейко- вины улучшают реологические свойства, т. е. укрепляют при частичной тепловой денатурации белковых веществ, что дос-

тигается обработкой увлажненного зерна при повышенной температуре. Физические свойства крепкой клейковины улуч- шаются в результате частичного протеолиза белковых веществ. Этой цели наиболее полно отвечают условия холодного кон- диционирования — продолжительного отволаживания при температуре 20—35 °С.

При увлажнении зерна от 12—13 до 17—18% и отволажива-нии в течение 24 ч наиболее сильно и в нежелательном направлении изменяются свойства слабой клейковины (упругость уменьшается, растяжимость возрастает). Это указывает на не-

целесообразность применения к обработке слабой пшеницы холодного кондиционирования. Клейковина сильной пшеницы при холодном кондиционировании более устойчива, но ее качество (в результате ослабления) улучшается.

409

ГЛАВА 14 ___________________________________________________________

Таблица 86

Величина соотношения —S—S—/—SH в смесях муки из слабой и сильной

пшеницы

Физические свойства теста из зерна с крепкой клейковиной при использовании горячего кондиционирования ухудшаются. Реологические свойства клейковины пшеницы связывают на- ряду с другими факторами с количеством и соотношением суль- фгидрильных групп и дисульфидных связей. Установлено, что сильная пшеницы имеет значительно большую величину отно- шения —S—S—/—SH-групп по сравнению со слабой.

При смешивании муки из зерна сильной и слабой пшеницы отношение —S—S—/—SH всегда возрастает в одной и той же последовательности — с увеличением в смеси доли муки из сильного зерна и с переходом от более мягкого режима гидро- термической обработки к более жесткому (фактические дан- ные во всех случаях выше расчетных табл. 86).

Гидротермическая обработка зерна усиливает технологи-

ческий эффект смешивания муки разной хлебопекарной силы в зависимости от метода и режима. Наблюдаемое возрастание отношения —S—S—/—SH (фактическое в большей степени, чем расчетное) свидетельствует о глубокой структурной пере-

стройке и активном химическом взаимодействии белковых фракций смешиваемых партий зерна и муки.

В результате кондиционирования происходит значительное изменение активности ферментов зерна. Активность протео- литических ферментов с увеличением влажности зерна и тем- пературы повышается, но до определенного предела, а затем снижается. Оптимальные для действия протеолитических

_____________________________ СМЕШИВАНИЕ И ОБРАБОТКА ЗЕРНА

ферментов условия получены в опытах с мягкой озимой пше- ницей: влажность зерна 17%, температура 50 °С и продолжи- тельность обработки 30 мин (активность возросла при отвола- живании в течение 24 ч в 1,5 раза). При более продолжительной

экспозиции и повышении температуры активность протеаз постепенно уменьшается.

При влажности зерна выше 13,5—14,5% резко возрастает (неодинаково в разных партиях пшеницы) активность глюта- мат-декарбоксилазы, особенно в призародышевой части зерна.

В результате содержание свободной глютаминовой кислоты уменьшается при одновременном увеличении количества у- аминомасляной кислоты.

На рис. 62 приведено изменение активности при гидротер-

мической обработке зерна пшеницы ферментных вытяжек б-амилазы и б-фруктофуранозидазы. Активность б-амилазы и б-фруктофуранозидазы зависит от влажности зерна. С увели- чением влажности зерна повышается активность этих фермен- тов. Существенное влияние на их активность оказывает также температура обработки зерна.

Осахаривающая способность цельноразмолотого зерна при кондиционировании возрастает. По опытным данным, у пше- ницы сорта Безостая 1 и рядовой она была соответственно (мг мальтозы на 10 г): в контроле 163 и 216, при холодном конди- ционировании 220 и 264 и при горячем 300 и 336. Активность

ферментов при гидротермической обработке повышается в результате увеличения их растворимости под влиянием нагрева и увлажнения зерна. Об этом свидетельствует возрастание доли азота водорастворимого белка (при холодном и горячем кондиционировании почти одинаково — примерно в два раза) при одновременном незначительном изменении процентно- го содержания небелкового азота в общем содержании азота. Содержание связанных липидов в зерне при кондициони- ровании остается почти без изменения, проявляя слабо выра-

женную тенденцию к увеличению при горячем и скоростном кондиционировании. Гидротермическая обработка зерна со-

провождается значительным изменением в групповом составе липидов. Опытным путем установлено, что наибольшее изме- нение претерпевают полярные липиды. Их содержание умень-