Цветовые характеристики зерна озимой твердой пшеницы

Одним из показателей качества макаронных изделий, характеризующий товарный вид продукции, является цвет, зависящий от цвета муки. Зависимость цвета макаронных изделий от цвета муки, полученной при размоле зерна твердой пшеницы, определена как сильная - коэффициент корреляции R²=0,983 [1]. На основе анализа взаимосвязей между качеством макаронных изделий и качеством муки (по цвету и зольности), на предыдущих этапах исследований установлено, что показатели «цвет» и «зольность» муки для контроля качества макаронных изделий равноценны [1, 2], т.е. практически одинаковы. Однако преимущества показателя «цвет» достаточно весомы: экспрессность инструментального метода определения цвета [3]; объективность определения; повышенные требования потребителя к товарному виду готовой продукции (макарон). При этом следует отметить, что все исследования по изучению цветовых характеристик муки из твердой пшеницы, макаронных изделий, а также исследования при разработке инструментального метода оценки цвета муки из твердой пшеницы проведены на яровой твердой пшенице II типа [1, 2]. В настоящее время выведению сортов озимой твердой пшеницы VI типа селекционеры России уделяют большое внимание для ликвидации дефицита в твердой пшенице, так как объем производства товарного зерна твердой пшеницы в России недостаточен для обеспечения населения высококачественными макаронными изделиями из твердой пшеницы [4], спрос на которые растет [5]. Основная задача, над которой работают селекционеры, - добиться стабильности показателей качества твердой озимой пшеницы, при этом обращая внимание на «цветность» муки (крупки), макаронной продукции [6]. Исследованиям, направленным на обеспечение рынка высококачественной твердой пшеницей, посвящены работы и зарубежных ученых [7, 8].

Целью исследования является изучение цвета зерна твердой пшеницы VI типа и муки (крупки) из него, для определения возможности использования муки при производстве макаронных изделий с цветом, соответствующим сорту муки (крупки) – светло-кремовым с желтым оттенком (ГОСТ 31463-2012), без использования дополнительного сырья, изменяющего цвет изделий.

Объект исследования

Цветовые характеристики (показатель «желтизны», рассчитанный по специальному алгоритму, и характеристика цвета в синем участке спектра в цветовом пространстве RGB) проб:

• –    зерна твердой пшеницы семи новых сортов озимой твердой пшеницы, внесенных в Государственный реестр селекционных достижений РФ, допущенных к использованию в производстве (Аксинит, Кристелла, Амазонка, Лазурит, Агат донской, Оникс, Янтарина), созданных отделом селекции и семеноводства пшеницы и тритикале ФГБНУ «ДЗНИИСХ»;

• –    муки высшего сорта (крупки), полученной при лабораторном помоле по развитой технологической схеме зерна твердой озимой пшеницы сортов Аксинит, Кристелла, Амазонка, Лазурит, Агат донской.

Физико-химические свойства изученных проб представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели качества зерна озимой твердой пшеницы

Показатели качества	Сорт озимой твердой пшеницы
	Аксинит	Амазонка	Агат донской	Кристелла	Лазурит
Стекловидность, %	97	99	96	97	96
Натура, г/л	835	830	804	817	820
Масса 1000 зерен, г	37,3	40,9	40,1	39,6	43,3
Влажность, %	10,8	10,6	11,2	11,2	11,0
Количество клейковины, %	24,2	24,1	30,0	25,2	34,3
Качество клейковины, ед. ИДК, группа	80 II удовл. слабая	90 II удовл. слабая	93 II удовл. слабая	75 I хорошая	97 II удовл. слабая
Число падения, с	305	371	377	345	379
Сорная примесь, %	0	0	0,04	0	0
Зерновая примесь, %	0,1	0,34	0,1	0,11	0,11
Поврежденные клопом-черепашкой, %	1,32	1,36	2,22	2,32	1,88

Анализируемый материал предоставлен специалистами ФГБНУ «ДЗНИИСХ», имеет 100 %-ную сортовую чистоту без всяких примесей. Анализ данных, представленных в таблице 1, показал, что качество изученных сортов твердой озимой пшеницы соответствует требованиям ГОСТ Р 52554-2006. Дополнительно были определены по озимой пшенице масса 1000 зерен (от 37,3 до 43,3 г).

Методика исследования

Изучение цветовых характеристик - показателя «желтизна», рассчитанного по специальному алгоритму по трем базовым цветам (зеленый G, синий B, красный R) и характеристики цвета в синем участке спектра в цветовом пространстве RGB зерна озимой твердой пшеницы (зерна в нативном состоянии, цельносмолотого), муки высшего сорта (крупки) - проведено с использованием экспериментального образца сканирующего анализатора, предназначенного для получения и анализа изображения исследуемой пробы в цифровом формате (САМ), в качестве основного узла которого использован стандартный планшетный сканер типа Epson Perfection c датчиком типа CCD и с разрешением от 300 точек на дюйм. Экспериментальный образец сканирующего анализатора муки разработан во ВНИИЗ – филиале ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН совместно с ООО «НИЦ Интеллектуальные сканирующие системы».

Для измерения на сканирующем анализаторе подготовка проб муки из твердой пшеницы проведена по специально разработанной методике с использованием специальной кюветы. Измерение на сканирующем анализаторе муки проводят следующим образом: кювету с исследуемым объектом устанавливают на специальный шаблон - фиксатор, помещенный на поверхность стекла экспонирования сканера, создают изображение муки в цифровом формате, которое передается в компьютер для обработки данных.

Определение физико-химических показателей проведено по методикам, регламентируемым межгосударственными и национальными стандартами.

Лабораторные помолы зерна твердой озимой пшеницы проведены по технологической схеме помола твердой пшеницы в муку для макаронных изделий [9, 10]. По каждому помолу проводили отбор крупок первого и второго качества, а также муки 2-го сорта. Высший сорт с определенным выходом муки формировали из крупки первого и второго качества.

При обработке результатов измерения использован критерий Фишера для оценки характера распределения и информативности отдельных показателей по массивам исследуемых проб. Оценка повторяемости результатов измерений, воспроизводимости проведена по ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 «Точность (правильность) и прецизионность методов и результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике».

Таблица 2

Выход и качество продуктов переработки различных сортов озимой твердой пшеницы

Наименование сорта озимой твердой пшеницы	Выход и зольность продуктов переработки зерна
	мука в/с (крупка)		2-й сорт		общий выход, %
	выход, %	зольность, %	выход, %	зольность, %
Аксинит	60,8	0,74	20,1	2,09	80,9
Амазонка	62,9	0,85	19,4	2,24	82,3
Агат донской	60,9	0,78	24,4	1,79	81,3
Кристелла	60,2	0,80	19,4	2,17	79,6
Лазурит	61,1	0,86	21,8	1,76	82,9

Мука высшего сорта (крупка), полученная из озимой твердой пшеницы, по показателю зольность – «массовая доля золы в пересчете на сухое вещество» - соответствует требованиям ГОСТ 31463-2012 (не более 0,90%).

Результаты исследования и обсуждение

Цветовые характеристики (показатель «желтизны», рассчитанный по определенному алгоритму, и характеристика цвета в синем участке спектра в цветовом пространстве RGB) представлены в таблице 3.

Таблица 3

Цветовые характеристики зерна озимой твердой пшеницы и муки высшего сорта (крупки), полученной при лабораторных помолах

Наименование исследуемой пробы	Цветовые характеристики, отн. ед.
	в синем участке спектра (В)	желтизна (Ж)
	мин ^ макс
	ср (мин + макс)/2
Зерно твердой пшеницы VI типа (в нативном состоянии)	528 ÷ 585 556 (551,5)	37,55 ÷ 41,65 39,9 (39,6)
Зерно твердой пшеницы VI типа (цельносмолотое)	1472÷ 1516 1493(1494)	29,6÷ 31,9 30,4 (30,7)
Мука высшего сорта (крупка) из твердой пшеницы VI типа	1230 ÷ 1296 1259 (1263)	79,30 ÷ 103,10 92,66 (91,20)

Совпадение средней арифметической величины, рассчитанной по результатам измерения цвета по всем изученным пробам с серединой интервала варьирования (min + max)/2 свидетельствует об информативности массива данных и отсутствии резко выскакивающих величин (отбраковке данных массив не подлежит). Для определения насколько значимы различия в цвете для каждого вида исследуемых проб были изучены метрологические характеристики (повторяемость) при измерении цвета на сканирующем анализаторе муки (САМ). В результате статистической обработки данных, полученных при определении цветовых характеристик зерна твердой пшеницы для макаронных изделий и продуктов его переработки в лабораториях ВНИИЗ филиале ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН и ООО «НИЦ Интеллектуальные сканирующие системы», были установлены значения повторяемости, воспроизводимости и абсолютной погрешности метода анализа изображения исследуемой пробы в цифровом формате. Эксперимент был проведен в соответствии с требованиями ГОСТ ИСО 5725-1, ГОСТ ИСО 5725-2, ГОСТ ИСО 5725-3 и ГОСТ ИСО 5725-6.

Результаты определения метрологических характеристик (повторяемости) представлены в таблице 4.

Таблица 4

Повторяемость результатов измерений цветовых характеристик проб зерна твердой пшеницы и муки высшего сорта (крупки)

Наименование исследуемой пробы	Величина повторяемости при измерении цветовых характеристик, отн. ед.
	в синем участке спектра (В)	желтизна (Ж)
	мин ^ макс
	ср (мин + макс)/2
Зерно твердой пшеницы VI (в нативном состоянии)	1 ÷ 20	0,20÷2,57
	9,8 (10,5)	0,99 (1,39)
Зерно твердой пшеницы VI (цельносмолотое)	0 ÷10	0,16 ÷1,04
	4,7 (5,0)	0,57 (0,60)
Мука высшего сорта (крупка) из твердой пшеницы VI типа	0,0÷5,0	0,05÷1,92
	2,4 (2,5)	0,90 (0,98)

В результате сопоставления величины установленных различий по цветовым характеристикам для зерна твердой озимой пшеницы и для муки высшего сорта (крупка), представленных в таблице 2, с величинами метрологических характеристик для каждого вида измеряемых проб (табл. 3) получено:

• –    по характеристике цвета в синем участке спектра (В) различия значимы для зерна твердой озимой пшеницы (в нативном и измельченном состояниях) и для муки (крупки) из него, так как превышают предел повторяемости в 6-9 раз для зерна и более чем в 25 раз для крупки;

• –    по показателю «желтизна» - новому показателю, предназначенному для оценки цвета крупки (светло-кремового с желтым оттенком) и рассчитанному по определенному алгоритму, на основании данных, получаемых на основе анализа изображения муки в цифровом формате по трем базовым цветам (зеленый G, синий B, красный R) в цветовом пространстве RGB, различия значимы для крупки (в 26 раз превышает повторяемость). Для зерна твердой озимой пшеницы различия по показателю «желтизна» незначительны (только в 4 раза превышают повторяемость результатов измерения).

До настоящего времени в соответствии с требованиями ГОСТ 31463-2012 на муку высшего сорта (крупку) для макаронных изделий цвет определяется органолептически. Сорт характеризуется показателем «массовая доля золы в пересчете на сухое вещество», т.е. показателем «зольность». В связи с этим необходимо было определить, насколько показатель «зольность» связан с цветовыми характеристиками, полученными на основе анализа изображения исследуемой пробы муки (крупки) в цифровом формате с использованием САМ.

Взаимосвязи между показателями «желтизна», характеристикой цвета в синем участке спектра и показателем «зольность» представлены на рисунке 1.

Величины достоверности аппроксимации, равные 0,89 и 0,77, свидетельствуют о высокой корреляционной связи цветовых характеристик (показателя «желтизна», характеристикой цвета в синем участке спектра) крупки из твердой озимой пшеницы и ее зольностью (рис. 1).

В работе ВНИИЗ [11] установлена взаимосвязь между показаниями колориметра CR-410 Konica Minolta (Япония) и сканирующего анализатора муки (величина достоверности аппроксимации R2 составляет 0,989) (рис. 2).

Зольность крупки, Z, %

Рисунок 1 - Взаимосвязь между цветовыми характеристиками крупки, полученной при лабораторных помолах пшеницы VI типа, и зольностью

Желтизна по CR-410, отн. ед.

Рисунок 2 - Взаимосвязи между показаниями колориметра CR-410 и разрабатываемого сканирующего анализатора муки

Исходя из этой взаимосвязи определен диапазон по показателю «желтизна» для крупки из озимой пшеницы (за исключением крупки, полученной из зерна сортов Лазурит, Агат донской) от 40,0 до 46,0 отн. ед., т.е. ниже норм цвета (не менее 47,0) отн. ед. для муки высшего сорта (крупки), вырабатываемой из зерна твердой пшеницы (дурум) в соответствии с ГОСТ Р 52554 и предназначенной для производства макаронных изделий. Проект норм цвета [11] разработан в 2015 г. на основе изучения цветовых характеристик 90 проб муки высшего сорта (крупки) из твердой пшеницы для макаронных изделий, выработанной в производствен- ных условиях при переработке пшеницы. Однако только мука высшего сорта (крупка) из твердой озимой пшеницы сортов Лазурит и Агат донской имеет желтизну по колориметру CR-410 46,5 - 47,5 отн. ед., т.е. с учетом абсолютной погрешности измерения на колориметре соответствует проекту норм цвета (не менее 47,0) отн. ед., установленных для муки высшего сорта (крупки), вырабатываемой из зерна твердой пшеницы (дурум) в соответствии с ГОСТ Р 52554 и предназначенной для производства макаронных изделий.

Из 5 изученных сортов озимой твердой пшеницы наиболее желтый цвет имела крупка, полученная при лабораторном помоле сорта Лазурит и Агат донской, что корреспондирует с данными ФГБНУ «ДЗНИИСХ». В сборнике [12], выпущенном ФГБНУ «ДЗНИИСХ», по описанию сортов зерна, разработанных специалистами Института, дана оценка макаронных свойств зерна озимой твердой пшеницы, в том числе приведена оценка и сортов Лазурит и Агат донской, макароны из крупки которых были желтого цвета (4,8–5,0 баллов).

По результатам проведенных исследований, несмотря на отличные мукомольные свойства изученных сортов озимой твердой пшеницы [13], не все представленные образцы могут быть рекомендованы для самостоятельной переработки в муку для макаронных изделий, так как не обеспечат получение муки высшего сорта (крупки), отвечающей требованиям, регламентированным проектом норм по цвету (по показателю «желтизна»). Внешний (товарный) вид макаронных изделий, выработанных из макаронной крупки отдельных изученных сортов озимой пшеницы, по цвету, без использования дополнительного сырья, изменяющих цвет изделий, не будет обеспечен.

Выводы

Результаты проведенных исследований показали, что, несмотря на отличные мукомольные свойства изученных сортов озимой твердой пшеницы и установленную (на основе изученных проб) тесную связь между полученными цветовыми характеристиками макаронной крупки и ее зольностью, не все из представленных проб зерна озимой твердой пшеницы могут быть рекомендованы для самостоятельной переработки в муку (крупку) для макаронных изделий группы А.