Что такое неполноценное зерно
Сырье мукомольной и крупяной промышленности
Зерновая масса, образующаяся при уборке урожая, неоднородна. Кроме полноценного зерна, в ее составе находится определенное количество неполноценных и испорченных зерен основной культуры, семян других культурных и дикорастущих растений, минеральная и органическая примеси, микроорганизмы, а иногда и амбарные вредители. В то же время при любых операциях с зерном (заготовках, переработке, хранении) необходимо знать качество данного зерна, чтобы обеспечить объективный расчет с поставщиками и оптимальное использование. На хлебоприемные пункты зерно поступает партиями.
Органолептическая оценка имеет важное значение, поскольку окончательное суждение о достоинстве продукта питания можноиметь только при потреблении его в пищу. Нормальное зерно! любой культуры имеет характерные для нее естественную окраску, блеск, запах и вкус. Эти показатели легко изменяются при неблагоприятных условиях созревания, уборки, перевозки, нарушении режимов сушки и хранения.
Цвет и характерный блеск, придаваемый хорошо созревшему зерну восковым налетом на поверхности, легко теряются, если влажное зерно долго не сушат, оно начинает самосогреваться и на его поверхности развиваются микроорганизмы. Зеленоватые оттенки имеет недозревшее и морозобойное зерно.
Отряд жуков-вредителей хлебных запасов многочислен по количеству представителей и широко распространен по всей территории нашей страны. Жуки проходят следующие стадии развития: из яйца образуется личинка (гусеница с ножками или без них), через определенное время она окукливается. Из созревшей куколки выходит взрослый, способный к размножению жук. Продукты поедают личинки, а у большиства видов и взрослые насекомые, лишь у некоторых видов жуков взрослые особи не питаются и погибают сразу после кладки яиц.
Правильное использование повреждённого и неполноценного зерна
Повреждение зерновок злаковых культур происходит часто в поле, при хранении и сушке. После уборки партии оценивают по степени, размерам и типу поврежденности. Этот фактор учитывают при установлении класса пшеницы и определяют, сможет ли такая поврежденность повлиять на технологические свойства и сохранность урожая.
Виды повреждений зерна
Далее подробно рассмотрим виды:
Неполное созревание зерна
Зерно, убранное до достижения полной спелости, считается неполноценным, если оно сморщенное, неполновесное. В такой партии видны зелёные зерновки. Они щуплые, мелкие, легко деформирующиеся при нажатии ногтем.
Неполноценное поврежденное зерно получается в результате неодинакового созревания растений в поле, снижения температуры воздуха и нарушения водного баланса. Такие зерновки плохо хранятся из-за большого количества водорастворимых веществ и активных ферментов. При этом снижаются технологические качества всей партии, ухудшаются хлебопекарные свойства полученной муки.
Поврежденным считается и зерно, собранное с больных растений (парша, грибковые инфекции).
Проросшее зерно
Наступившая после созревания, но до уборки, сырая погода приводит к появлению плесневых грибков и прорастанию большого количества зерновок прямо в колосе. Такая поврежденная пшеница даст пониженный выход муки. При этом мука имеет повышенную диастическую активность.
Суховейное зерно
Суховейное зерно получается при недостатке воды. Чем раньше оно было застигнуто суховеем, тем меньше его масса. Зерновка не вырастает до своих нормальных размеров, она легковесная и щуплая. Такое явление встречается в южных регионах.
Высокая температура воздуха затрудняет фотосинтез и приводит к гидролизу полисахаридов. Клейковина в суховейном поврежденном зерне достаточно крепкая, но менее растяжимая, чем у нормального.
Стекание зерна
Агрономы часто встречаются с явлением быстрого «похудания» зерновки во время созревания. Зародыш чернеет, на поверхности появляются белесые мучнистые и розовые пятна. Само зерно становится плоским и легковесным. Этот процесс называют по-разному: медвяная роса, черная плесень, падение натуры, стока. В связи с этим значительно снижается урожайность, посевные качества зерна и его технологическая ценность.
Такое положение вещей часто вызывают продолжительные дожди, долго не проходящие туманы и росы, особенно в начале созревания. Накапливается недостаточное количество сухих веществ, развиваются микроорганизмы.
Поврежденное зерно (клоп-черепашка)
Зерновка, которую клоп повредил в стадии восковой спелости, становится плоской и ссыхается. Возле зародыша видна черная точка с жёлтым ореолом. В этом месте эндосперм рыхлый и легко разрушается при надавливании.
Морозобойное зерно
Под воздействием морозов в зерновке останавливаются биохимические процессы, уменьшается содержание белков и крахмала. Клейковина плохо поглощает воду. Она становится короткорвущейся, теряет эластичность и легко крошится. Хлеб из такой муки невкусный, имеет низкую пористость и заминающийся мякиш.
Как использовать поврежденное и неполноценное зерно
Зерно, поврежденное клопом-черепашкой, перед помолом на муку увлажняют и прогревают в течение 30 минут до 80°C. Или увлажняют в горячей воде (80°C) 5 минут, а затем сушат при 35°C. В результате улучшается качество клейковины и, соответственно, хлеба. Такое зерно для переработки смешивают со здоровыми партиями.
Морозобойное зерно на мукомольных заводах подвергают очистке с удалением щуплых зерен. Тесто из такой муки улучшают подкислением.
Суховейное зерно имеет больше клейковины, но она плохого качества. Из такого сырья получают нормальную хлебопекарную муку, но в меньшем количестве из-за небольшого количества эндосперма в зерновке. Выход крупы и муки в этом случае снижен.
Зерно, поврежденное в результате стекания, с чёрным зародышем, отправляют на хранение. Но хранят не более 12 месяцев отдельно от других партий. Выделяют партии твердой пшеницы с содержанием поврежденных зерен до 8% для изготовления макарон. А мягкую пшеницу используют для хлебопечения с содержанием зерен с чёрным зародышем до 30%. Их перерабатывают без смешивания с другим, здоровым сырьем. Во всех остальных случаях такую пшеницу перерабатывают только после перемешивания со здоровыми партиями.
Неполноценное зерно, поврежденное в результате прорастания. Наличие небольшого количества проросших зерен в хлебопекарной партии несет даже некоторое улучшение характеристик муки. При этом может не понадобиться внесение при размоле и выпечке диастических добавок. Поэтому такие партии перед переработкой смешивают со здоровым сырьем в определённых пропорциях.
Поврежденное зерно: виды и классификация
Собранное зерно в массе выглядит качественным. Но класс каждой отдельной партии присваивают не за ее внешний вид, а с учетом особенностей повреждения отдельных злаков и их процента в общем объеме. Результат анализа скажется на стоимости собранного урожая и будет ориентиром для определения требований по хранению, вариантов по применению.
Типичные повреждения зерна
Абсолютно идеальные условия для выращивания урожая создать невозможно, поэтому часть собранного всегда не соответствует нормативам.
Основные причины появления неполноценного зерна:
Прорастание зерна
Повышенная влажность воздуха на протяжении длительного периода с момента, когда зерно уже практически созрело, приводит не только к развитию грибка в колосьях. Из-за нее начинается фаза активного роста в зернах, отчего собранная пшеница или другой злак теряет способность к долгому хранению в неизменном виде. При переработке такого сырья выход типичной качественной продукции уменьшается. А, например, в пшеничной муке из такого зерна показатели диастической активности выше нормы. Объем пригодной для употребления муки из такого зерна невелик.
Морозобойное зерно
Хранение собранного урожая при температуре существенно ниже нуля или внезапный сильный заморозок на поле, пока зерно еще не собрано, скажется на количестве крахмала и белков. Из-за понижения их процента клейковина в зерне теряет способность к поглощению влаги. От этого готовый хлеб на основе такой муки получается с заминающимся мякишем, плох на вкус и не имеет должной пористости.
Суховейное зерно
Недостаток влаги при развитии колоса мешает его зерну наливаться. В результате зерновки не дотягивают по весу и размеру до типичной для вида нормы. Недостаточной фотосинтез в растениях из-за длительно повышенной температуры запускает процесс гидролиза полисахаридов, приводит к понижению пластичности клейковины зерна.
Плохо созревшее зерно
Зерновки с незавершенным циклом созревания сохраняют определенную сочность, зеленоватые на вид, легко деформируются при незначительном механическом воздействии. В них повышено количество ферментов и влаги, поэтому хранить такое зерно долго невозможно.
Важно! Проблема является следствием нарушения агротехники, пониженных температур в период созревания урожая или в нестабильном орошении. Мука из такого зерна снижает качество полученной из хорошо вызревшего.
Поврежденное зерно
Парша, грибковые инфекции, клоп-черепашка – это типичные внешние враги хорошего урожая зерновых. Клоп часто портит содержимое колоса еще в период восковой спелости, отчего зерна ссыхаются до состояния пластины.
Стекшее зерно
Черная плесень, стока, медвяная роса либо падение натуры – это все наименования одной проблемы, возникающей при дождливом лете или обильных туманах, часто накрывавших поля в период созревания зерна. Неприятный факт диагностируют, обнаружив зерновки с потемневшим до черноты зародышем и поверхностью, в розовых и беловатых пятнах, похожих на след от муки. Пораженные зерна не набирают вес, постепенно уплощаются, утрачивают технологическую ценность, активно поражаются патогенными микроорганизмами.
Куда идет зерно низкого качества?
Мука из проросшего зерна обогащена ферментами, поэтому ее в небольших количествах добавляют в первосортное сырье – для получения продукта с улучшенной формулой, позволяющей не применять полезные добавки.
Морозобойное зерно отправляют на муку после очистки общего объема от щуплых зерновок. При подозрении на закупку такой муки, для улучшения вкуса изделий в тесто добавляют подкисляющие продукты.
Стекшее зерно сохраняют год. В пищевой промышленности твердые сорта пшеницы с такой проблемой отправляют на производство макарон – если общий процент поврежденных злаков не превышает 8%. Пшеница мягких сортов идет на муку для хлебобулочных изделий – при условии, что бракованных зерен не более 30%. В процессе замеса теста добавление сырья более высокого качества не требуется. Если процент повреждений выше, пшеницу перерабатывают с обязательным добавлением лучшего по качеству зерна.
Зерно, пострадавшее от клопа-черепашки, ради стабилизации состояния клейковины перед отправкой в жернова увлажняют. После его температуру повышают до 80 градусов, выдерживая в таком состоянии до получаса. Иногда такого же результата добиваются пятиминутным мытьем зерна в воде, нагретой до 80 градусов, а затем сушкой при температуре 35 градусов. Полученное сырье соединяют с зерном безупречного качества и применяют для выпечки хлеба.
Зерно пострадавшее от засушливого лета, содержит достаточно клейковины. Поэтому подходит для выпечки хлебобулочных изделий. Недостаток суховейного зерна – малый объем сырья, пригодного для изготовления крупы или муки.
Характеристика поврежденного, неполноценного зерна
Морозобойное зерно. В период созревания зерна, преимущественно в северной полосе России, Западной и Восточной Сибири, на внешний вид зерна, его биохимические и технологические свойства могут повлиять ранние заморозки.
Зерно, поврежденное заморозками в период созревания, сморщенное, деформированное, с сильно изменившимся цветом (белесоватое или потемневшее), называют морозобойным. На не полностью созревшем зерне образуются кристаллы льда, которые быстро проникают в межклеточное пространство и внутрь клеток, разрушая их.
Это приводит к прекращению или замедлению процессов синтеза при одновременном усилении гидролиза. В результате прекращается поступление в зерно питательных веществ, не заканчивается образование высокомолекулярных соединений из более простых. Для такого зерна характерны уменьшенное содержание эндосперма, большая активность ферментов, особенно а-амилазы, повышенное количество водорастворимых веществ (табл. 6.10).
6.10. Биохимические особенности морозобойного зерна пшеницы (по данным В.Л. Кретовича и Р.Р. Токаревой)
морщинистое без изменения цвета
морщинистое с изменением цвета
морщинистое без изменения цвета
морщинистое с изменением цвета
В морозобойном зерне в результате незавершенности процессов синтеза снижается содержание крахмала и белка. Клейковина зерна пшеницы имеет пониженную водопоглотительную способность, плохую эластичность, становится крошащейся и короткорвущейся. Хлеб из муки с такой клейковиной отличается меньшей пористостью, заминающимся мякишем и ухудшенными вкусовыми свойствами.
На мукомольных заводах для улучшения хлебопекарных качеств муки из морозобойного зерна при его очистке рекомендуется отбирать в отходы щуплые зерна.
Для морозобойного зерна характерны повышенная интенсивность дыхания, легкая подверженность самосогреванию, повышенная обсемененность плесневыми грибами, из-за чего усложняется его хранение.
Зерно суховейное. В южных и юго-восточных районах Российской Федерации на качество зерна существенно влияет недостаточная обеспеченность сельскохозяйственных растений водой, сопровождаемая обычно высокой температурой (засуха) или действием сухих ветров при высокой дневной температуре и низкой относительной влажности воздуха (суховей).
Однодневные интенсивные суховеи в большинстве случаев повреждают лишь вегетативную массу, что почти не сказывается 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. Зерно, захваченное суховеем в период молочной спелости, обычно не имеет блеска, матовое, с морщинистой поверхностью, щуплое, так как многие важные ферменты азотного, углеводного и фосфорного обмена ингибируются. Высокая температура тормозит фотосинтез, поэтому затрудняется приток углеводов в зерно. Суховейное зерно богаче нормального белковым азотом, но беднее растворимыми соединениями азота (аминокислотами и др.)
Что такое неполноценное зерно
При производстве зерна, в предуборочный период и в процессе уборки под влиянием неблагоприятных условий погоды или при несоблюдении требований агротехнических мероприятий зерно может стать неполноценным.
К такому зерну относят товарные партии с содержанием недоразвитого, поврежденного вредителями и болезнями, обесцвеченного, проросшего, морозобойного, поврежденного сушкой, фузариозного, самосогревшегося зерна и др.
При неблагоприятных условиях погоды, а именно, в первую половину лета – засуха, а во вторую – выпадает много дождей, способствующих возобновлению роста и развития растений, в том числе цветения и созревания вновь выросших побегов. В этих условиях зерно у вновь выросших побегов созреть не успевает. Это приводит к неравномерному созреванию растений: на одних побегах зерно перезрело и начинает осыпаться, на других – еще находится только в молочной или начале восковой спелости. При таком стеблест о е, как при раздельной уборке, так и при прямом комбайнировании зерновая масса содержит много недоразвитых, щуплых или зеленых зерен, которые являются неполноценными и не могут быть использованы на продовольственные цели.
При послеуборочной обработке зерновой массы на сепарирующих машинах щуплое, недоразвитое (легковесное) зерно, как правило, уходит в относы, что ведет к уменьшению массы товарной партии, но несколько улучшает ее качество, делая зерно пригодным на продовольственные цели. Однако значительная часть недоразвитых зерен попадает в основное зерно, снижая его качество и в первую очередь белкового комплекса.
Наличие в товарной партии зеленых и щуплых зерен оказывает отрицательное влияние на хлебопекарные свойства товарной партии. Степень этого влияния зависит от исходных свойств (качества) зерна конкретной товарной партии. Наличие 5-10 % зеленых зерен значительно ухудшает качество зерна и, в первую очередь, состояние клейковинного комплекса пшеницы, что отрицательно сказывается на хлебопекарных свойствах всей товарной партии. Поэтому для выявления полноценности в хлебопекарном отношении товарных партий пшеницы с примесью зеленых зерен необходим обязательный контроль по показателям количества и качества клейковины.
Резкое ухудшение хлебопекарных свойств зерна пшеницы происходит в результате попадания не полностью вызревшего зерна на корню или в валках под ранние заморозки. Это чаще всего имеет место в условиях Сибири, Дальнего Востока, а иногда и в Нечерноземье. Действие ранних заморозков, когда еще зерно находится в восковой или начале полной спелости, действует в первую очередь на клейковинный комплекс, снижая количество клейковины и ухудшая ее качество: клейковина значительно укрепляется.
Морозобойные зерна в отличие от нормального зерна имеют на поверхности зерновки белесоватую сеточку и теряют блеск. Чтобы выявить возможность использования такого зерна на хлебопекарные цели необходим обязательный контроль по количеству и качеству клейковины.
Под влиянием неблагоприятных условий погоды, а именно, при частом выпадении дождей в предуборочный и уборочный периоды происходит прорастание зерна пшеницы и, особенно, ржи на корню или в валках. Это может происходить также при хранении зерна на открытых токах. Прорастание зерна резко ухудшает хлебопекарные свойства ржи и пшеницы: хлеб получается малого объема, мякиш плотный, липкий, легко заминается, цвет корки белесый с сильными подрывами. Это происходит в результате биохимического распада веществ зерна и, в первую очередь, перехода крахмала в более простые соединения – сахара. При сильном прорастании может начаться также распад клейковинных белков и липидов. Поэтому при наличии в партии проросших зерен даже в небольшом количестве (менее 1 %) необходим контроль качества зерна на амилолитическую активность методом числа падения, принятым во всех странах мира (стандарт ИСО 3093-74, стандарт IGG № 107) с помощью специальных приборов, выпускаемых как за рубежом (Швеция), так и в нашей стране (прибор ПЧП-3). Предельно допустимые нормы по этому показателю представлены в табл. 1 и 2.
В южных районах страны, в Поволжье, а в последние годы и в лесостепной зоне России все большее распространение получает поражение зерна вредным клопом черепашкой. Это приводит к резкому ухудшению хлебопекарных свойств зерна пшеницы. Этот бич характерен не только для нашей страны, но и для Западной Европы. Особенно большое распространение в повреждение посевов пшеницы наблюдается в Румынии, Болгарии, Польше, несколько меньше в Чехословакии и Германии.
Клоп-черепашка – насекомое 12-15 мм с наружным типом пищеварения. Он дает одно поколение в год, взрослые особи зимуют в лесополосах, кустарниках, под опавшими листьями, а также на полях многолетних трав. Весной, когда воздух прогреется до 18-19°С, начинается массовый перелет клопов-черепашек на посевы пшеницы. Взрослые насекомые сосут молодые стебли пшеницы. Уколы стеблей клопом-черепашкой в этот период (начало и массовое колошение) вызывают побеление и высыхание колосьев, что может привести к полной гибели посевов (раннее повреждение) и, следовательно, урожая.
Спустя 6-14 дней после вылета, самки откладывают яйца на стебли и листья пшеницы, а также на сорняки. Родившиеся личинки в процессе развития проходят 5 возрастов, увеличиваясь в размере после каждой линьки.
Начиная со 2-го возраста личинка клопа-черепашки активно питается, поражая в основном зерно, ости и пленки передвигаясь только по вертикали растения и поражая его части – это также раннее повреждение, приводящее к резкому снижению урожайности, появлению множества щуплых зерен. В последующие 3-4 стадии развития личинки повреждают в основном колоски и зерно. Это в первую очередь также снижает урожайность посевов пшеницы.
Взрослая особь появляется в начале молочной или в восковую спелость зерна пшеницы в зависимости от погодных условий.
Повреждение взрослыми особями зерна пшеницы в восковую и, особенно, в полную спелость, приводит к ухудшению качества зерна и, в первую очередь, к снижению клейковинных белков (в этом случае мало щуплых зерен, видны лишь укусы клопом-черепашкой).
Как правило, высокой вредоносности клопа-черепашки способствует жаркая сухая погода в предуборочный и уборочный периоды. Клоп-черепашка, прокалывая своим длинным (до 6 мм) хоботком оболочку зерна, вводит в центр зерновки около зародыша жидкость, содержащую очень сильные ферменты, типа триптазы с оптимумом действия при слабощелочной реакции. При этом в месте укуса образуется белое пятно с черной точкой. При надавливании эндосперм в месте поражения легко крошится.
Введенные клопом-черепашкой ферменты остаются в зерне и надолго сохраняют активность. После размола зерна, пока мука остается в сухом состоянии, ферменты не действуют или действуют слабо, в зависимости от ее влажности и относительной влажности окружающего воздуха. Как только из муки начинают месить тесто, ферменты активизируются, и начинается бурный процесс расщепления белковых молекул. В результате клейковина теряет свои упруго-эластичные свойства, становится липкой, тянущейся; приобретает серый или темно-серый цвет.
Расслабление клейковины и резкое ухудшение ее физических свойств является результатом изменений белково-протеиназного комплекса. При этом содержание в зерне общего и белкового азота резко снижается и возрастает содержание водорастворимых азотистых веществ, а также резко повышается протеолитическая активность зерна. Отмечено возрастание гидратации клейковины, за счет чего создается иллюзия увеличения количества клейковины при повреждении зерна клопом-черепашкой, хотя на самом деле возрастание массы сырой клейковины происходит за счет ее большей обводненности, которая увеличивается в 2 раза (330 вместо 160).
Дезагрегирующие клейковину протеолитические ферменты клопа-черепашки затрагивают и ее сульфгидрильно-диоульфиндую систему, что ведет к расслаблению клейковины.
Специальными исследованиями ВНИИЗ установлено, что у зерна, поврежденного клопом-черепашкой, увеличивается в 3,5 раза протеолитическая активность (138,5 % против 45-39 % в нормальном зерне); в 1,5 раза повышается содержание свободных аминокислот. Изменяется состав белка: снижается содержание клейковинных белков – 69 против 88 % – в нормальном зерне, что связано с торможением синтеза клейковинных белков и, в первую очередь, глютенина: его в 4 раза меньше, чем в нормальном зерне.
Протеолитическая активность увеличивается тем выше, чем в более позднюю фазу произошло повреждение зерна клопом-черепашкой. У зерна, поврежденного клопом-черепашкой, резко повышается микробиологическая обсемененность, снижается всхожесть.
Что касается физических свойств теста, то они резко ухудшаются с увеличением показателей на приборах ИДК-2 или ИДК-3.
То же происходит и с качеством хлеба. Хлеб, выпеченный из зерна с показаниями ИДК свыше 103 ед, не отвечает требованиям стандарта по объемному выходу хлеба (ниже 300 см 3 ) или по формоустойчивости (ниже 0,30).
Полученные ВНИИЗом в последние годы данные подтвердили ранее проведенные исследования, что зерно с наличием зерен, поврежденных клопом-черепашкой, свыше 3 % не пригодно для выпечки хлеба (качество клейковины III гр.)
Одновременно было установлено, что число поврежденных зерен в пробе не характеризует хлебопекарные свойства. Таким показателем является качество клейковины, определяемое на приборе ИДК, который коррелирует с результатами пробной лабораторной выпечки хлеба. Поэтому все зерновые, мукомольные, хлебопекарные и макаронные предприятия должны быть оснащены этим прибором.