Исследование физических и биохимических свойств новых сортов мягкой и твердой пшеницы Казахстана

На рынке продуктов питания широким спросом пользуются высококачественные и недорогие продукты повседневного ассортимента. Это в полной мере относится к такому незаменимому продукту, как макароны. Макаронные изделия представляют собой консервированное тесто из пшеничной муки специального помола. Они имеют высокую питательную ценность, хорошую усвояемость, быстро развариваются, хорошо перевозятся и сохраняются.

Хотя макаронные изделия по составу чрезвычайно просты, их повсеместное распространение началось всего сто с не большим лет назад. Причину следует искать в том, что выращивание пшеницы долгое время было делом непростым, возможным лишь в отдельных регионах планеты. Это мешало макаронам достичь той популярности, какую они по праву заслуживают. Кроме того, путь пшеничного зерна от посева до мельничного жернова был долог и труден – упростить и ускорить процесс удалось только с помощью современной сельскохозяйственной техники.

Основными видами сырья для производства макаронных изделий служат мука, получаемая размолом зерна пшеницы, и вода. К дополнительному сырью относят различные обогатительные и вкусовые добавки [1,2].

В настоящее время Казахстан производит зерно пшеницы в достаточном количестве для полного удовлетворения собственных нужд и экспортной торговли. При этом общепризнано, что казахстанское зерно отличается высокими технологическими достоинствами. Республика Казахстан, занимая 2% территории мира, 3,3% площади посевов зерновых при 0,3% населения производит 1,5% зерна всех видов, а на долю пшеницы приходится 3,2% мирового сбора [3].

Основой товарной классификацией пшеницы в отечественных стандартах является разделение по типам, т.к. тип зерна – это его характеристика по устойчивым природным признакам, связанным с его технологическими и товарными достоинствами.

В Казахстане пшеницу подразделяют в соответствии с действующим стандартом ГОСТ 9353-90 на шесть типов, которые (кроме пятого и шестого) включают в себя подтипы по цвету (оттенкам) и стекловидности [3]:

• I.    Мягкая яровая краснозерная (4 подтипа: 1- темно-красная стекловидная; 2 – красная; 3– светло-красная; 4- желтая);

• II.    Твердая яровая (2 подтипа: 1– темно-янтарный; 2– светло-янтарный);

• III.    Мягкая яровая белозерная (2– подтипа: 1–белый стекловидный; 2 – белый);

• IV.    Мягкая озимая краснозерная (4 подтипа: 1-темно-красный; 2-красный; 3-светло-красный; 4-желтый);

• V.    Мягкая озимая белозерная (подтипов не имеется);

• VI.    Твердая озимая (подтипов не имеется).

Многовековая практика производства макаронных изделий показывает, что лучшими макаронными свойствами обладает пшеница II типа – яровая твердая. Сорта этой пшеницы культивируют в степных засушливых районах на хорошо удобренных почвах.

Для изготовления макаронных изделий хорошего качества пригодны также некоторые сорта мягкой яровой белозерной пшеницы (тип III), отличающиеся высокой стекловидностью и большим содержанием белка, высокостекловидная, сильная пшеница. К их числу относятся: Целинная 20, Целинная 21, Шортандинская 25, Безенчук-ская 98, Кзыл-бас, Карагандинская 2, Уральская 52, Саратовская 29, Саратовская 42 и др.

Мука, которую получают размолом зерна мягкой пшеницы с низкой степенью стекловидности (мучнистое зерно), используется для изготовления макаронных изделий только при недостатке продуктов помола твердой и высокостекловидной мягкой пшеницы, поскольку, несмотря на меньшую требовательность мучнистой пшеницы к условиям выращивания и более высокую урожайность ее по сравнению с твердой пшеницей, она имеет более низкие макаронные свойства. Это связано в первую очередь с отличиями в составе и свойствах основных химических компонентов зерна пшеницы.

Увеличение числа сортов сильных и ценных пшениц обладающих хорошими технологическими свойствами зерна является определяющим фактором продовольственной безопасности республики. Товарная ценность партии зерна зависит от качества зерна. О качестве судят по многим характеристикам, в том числе по природным особенностям, при этом большое значение имеет строение, форма зерна, линейные размеры, его химический состав, физические и биохимические свойства. Изучение особенности строения зерна и его физических, биохимических свойств имеет большое значение – это позволит установить потенциальную возможность извлечения эндосперма в виде муки высших сортов с высокими хлебопекарными и макаронными свойствами.

Объекты и методы исследований

Для проведения экспериментальных исследований использованы образцы зерна мягкой (Богарная 56, Алмалы, Казахстанская 10) и твердой (Дамсинская 90, Дамсинская янтарная, Корона) пшеницы и определены показатели, характеризующие их физические и биохимические свойства.

Применявшиеся методы исследования свойств зерна изложены в соответствующих руководствах [4-9].

Натурную массу зерна определяли по ГОСТ 10840-64 и выражали в г/л.

Общую стекловидность определяли по ГОСТ 10987-76 и выражали в процентах.

Замеры твердозерности выполнены на инфракрасном анализаторе UK (Pacific Scientific 4250), предварительно откалиброванном с прибора SKCS 4100 (Single Kernel characteristic system).

Способ определения числа падения – это международный метод определения а-амилазы в зерне пшеницы и ржи, в муке. Метод основан на быстрой желатинизации суспензии муки или муки крупного помола в кипящей водяной бане с последующим изменением разжижающего действия а-амилазы на крахмал. Значения числа падения обратно пропорциональны количеству а-амилазы в образце.

Для определения массы 1000 зерен навеску после удаления сорной и зерновой примесей смешивали и распределяли ровным слоем в виде квадрата, который делили по диагонали на четыре треугольника и из каждых двух противоположных треугольников отсчитывали пробы по 500 целых зерен (по 250 зерен от каждого треугольника). Массу обеих проб складывали и получали массу 1000 зерен. Разница между массами двух проб не должна превышать 5 % их среднего значения.

Влажность зерна определяли стандартным методом путем высушивания навесок размолотого зерна в электрическом шкафу СЭШ-3М при температуре 130 ⁰ C в течение 40 мин с последующим охлаждением и определением разницы в массе, получившейся в результате обезвоживания. Влажность выражали в процентах.

Количество и качество клейковины зерна определяли по ГОСТ 13586.1-68. Метод определения показателя седиментации по методу Зелени, применяемый для оценки качества пшеницы, применяют только к пшенице Triticum aestivum. Под показателем седиментации понимают объем осадка, полученного в установленных условиях из суспензии испытуемой пшеничной муки в растворе молочной кислоты. Сущность метода заключается в том, что анализируемый материал суспензировали в течение 10 мин, отстаивали в течение 5 мин, после чего определяли объем образовавшегося осадка в мл. Число, показывающее объем осадка, выраженного в миллиметрах, является показателем осаждения.

Результаты и их обсуждение

Анализ приведенных данных (таблица 1) позволяет сделать вывод, что физические (масса 1000 зерен, натура, стекловидность, твердозерность, выравненность) и биохимические (количество и качество клейковины, белок, зольность, число падения) показатели исследуемых образцов пшеницы колеблются в значительных пределах.

Масса 1000 зерен – один из очень важных показателей, характеризующих технологическую ценность зерна. Считается, что чем выше масса 1000 зерен, тем ценнее зерно и тем оно лучше выполнено. Одновременно этот показатель характеризует плотность зерна, при равном его размере высокая масса 1000 зерен свидетельствует о большом запасе в зерне питательных веществ. Масса отдельных зерен может быть одинаковой при различной их форме вследствие разной степени выполненности зерна. Масса 1000 зерен тесно связана с другими показателями, поэтому оказывает заметное влияние на технологические свойства зерна. С увеличением массы 1000 зерен возрастает крупность зерна и относительное содержание в нем эндосперма. Установлено, что зерно с большей массой 1000 зерен позволяет получить больший выход муки лучшего качества. Результаты оценки качества исследуемых образцов показали, что масса 1000 зерен у твердых сортов колеблется в пределах от 40,2 до 43,4 г, у мягких сортов – от 29,7 до 31,6 г. Максимальной массой 1000 зерен обладала твердая пшеница Дамсинская 90, а минимальной – мягкая пшеница Казахстанская 10. При этом наблюдается тенденция уменьшения массы 1000 зерен при заметном снижении стекловидности зерна.

Особого внимания заслуживает натура зерна, нашедшая повсеместное применение в практике внутренней и международной оценки товарного зерна. Ее издавна рассматривают как косвенный показатель выходов муки. Значение этого показателя в твердой пшенице Дамсинская 90 составил 831 г/л, в Дамсинской янтарной – 826 г/л, в Короне - 816 г/л, а в мягкой пшенице Богарная 56 натура составила 791 г/л, в Алмалы – 779 г/л, в Казахстанской 10 – 748 г/л. Из исследуемых образцов зерна самой низкой натурой характеризовался сорт Казахстанская 10. Высокими величинами натуры характеризовались все твердые сорта пшеницы.

Таблица 1 – Показатели качества исследуемых сортов пшеницы

Сорт пшеницы	Тип	43 о о 1 m	Засоренность, %		cd	со О О О cd о cd 5	43 о о те о и	О о те Н	те те о	Клейковина			о те К О о	45 Н О О m	43 о те о сс
			сорная	зерновая						%	ИДК
Мягкая пшеница:
Богарная 56	ІV	11,58	0,6	1,0	791	31,6	63	73	54,6	28,9	72	13,45	255	76	1,92
Алмалы	ІV	11,96	0,8	0,9	779	32,4	58	69	54,4	28,1	76	13,14	238	74	1,80
Казахстанская 10	І	11,77	1,0	1,6	748	29,7	48	58	38,7	23,7	86	11,96	200	73	1,85
Твердая пшеница:
Дамсинская 90	ІІ	11,7	0,9	0,9	831	43,4	96	92	-	33,4	67	18,8	-	82	1,92
Дамсинская янтарная	ІІ	12,1	0,8	0,8	826	42,6	94	87	-	32,6	70	17,6	-	83	1,95
Корона	ІІ	11,8	1,0	1,0	816	40,2	91	80	-	30,9	72	16,8	-	80	1,97

Стекловидность характеризует консистенцию эндосперма пшеницы и оказывает основное влияние на условия подготовки и переработки зерна в муку, т.е. мукомольные свойства. Считается, что стекловидное зерно обладает наибольшей прочностью, и мука из такой пшеницы получается рассыпчатая, с хорошей севкостью. Значение стекловид-ности исследуемых образцов колеблется в диапазоне от 48 до 96 %. Общей стекловид-ностью выше 60% обладают образцы пшеницы Богарная 56, Дамсинская 90, Дамсинская янтарная, Корона.

Многочисленными исследованиями доказано, что показатель стекловидность очень лабильный и значительно изменяется под воздействием различных факторов. Установлено также, что при одинаковой стекловид-ности зерно пшеницы разных сортов может иметь различные технологические свойства. В связи с этим в последние годы при оценке качества пшеницы все большее признание получает такой показатель, как твердозерность. Диапазон твердозерности испытываемых образцов колеблется в пределах от 58 до 92 ИТ. Представленные сорта относятся к двум категориям: твердозерным и среднетвердозерным, соответственно с величиной твердозерности свыше 66 ИТ и от 65 до 48 ИТ.

Крупность, выравненность партии зерна во многом определяют условия его переработки. Режим и стабильность технологического процесса размола зерна, выход и качество муки в значительной степени зависят от крупности зерна и его выравненности. Естественно, что зерно крупное, выровненное обладает более высокими технологическими качествами.

Выравненность зерна определяли по наибольшей суммарной массе остатков на двух смежных ситах. Наиболее высокая выравненность зерна у твердых сортов пшеницы 80% и выше, мягкие сорта пшеницы Богарная 56, Алмалы и Казахстанская 10 относятся по выравненности к средней группе от 73 до 76%.

Исследования биохимических свойств зерна показали, что изучаемые образцы пшеницы различны по качественным параметрам зерна. Содержание клейковины в пшеничном зерне и муке является очень важным показателем. Высокие пищевые достоинства пшеничной муки в значительной мере обусловлены содержанием и качеством клейковины. Установлено, что содержание сырой клейковины в твердых сортах пшеницы больше чем в мягких сортах. Так, содержание клейковины в твердых сортах пшеницы Дамсинская 90, Дамсинская янтарная, Корона составляет, соответственно, 33,4; 32,6; 30,9%; в мягких сортах пшеницы Богарная 56, Алмалы, Казахстанская 10 - 28,9; 28,1 и 23,7.

Под качеством клейковины понимают совокупность ее физических свойств: растяжимость, эластичность, связность. Эти свойства зависят от плотности «упаковок» индивидуальных белковых компонентов в единый межмолекулярный комплекс, имеющий, как известно, сложную четвертичную структуру. Структура клейковинного белка создается межмолекулярными связями, среди которых значительная роль принадлежит дисульфидным и водородным связям. Основная функция этих связей – стабилизация макромолекулярной структуры белков в пространстве. От количества этих связей в структуре клейковинного белка зависит качество клейковины [10]. Поэтому учет в зерне наряду с количеством клейковины и ее качества является обязательным, этот признак считается менее стабильным, в некоторых случаях наблюдается переход клейковины из одной группы в другую, когда ее исходное качество находилось на грани двух групп. В наших случаях исследуемые сорта пшеницы по качеству клейковины относятся к двум группам : первой и второй.

Общий белок пшеницы – это важнейший составной компонент зерна, жизненно необходимый в пищевом рационе человека, выступает в первую очередь как показатель его биологической ценности, являющейся частью пищевой ценности.

Анализ данных показывает, что в изучаемых твердых сортах пшеницы содержание белка колеблется в пределах от 16,8 до 18,8%, в мягких сортах – от 11,96 до 13,45%.

Зольность зерна изменяется в довольно широких пределах и зависит как от сортовых особенностей, так и от почвенно-климатических условий выращивания. Зольность зерна влияет на содержание балластной группы муки и на ее цвет. Известно, чем больше зольность зерна, тем меньше выход сортовой муки определенного качества. По данным таблицы видно, что зольность в твердой пшенице Дамсинская 90 составила 1,92%, Дамсинской янтарной – 1,95%, Короне – 1,97%, Богарной 56 - 1,92%, Алмалы – 1,8%, Казахстанской 10 - 1,85%.

По величине числа падения сорта пшеницы можно отнести к зерну с оптимальной амилазной активностью, отличного качества с величиной числа падения от 200 до 300 с.

Заключение, выводы

Таким образом, представленные образцы зерна мягкой (Богарная 56, Алмалы, Казахстанская 10) и твердой (Дамсинская 90, Дамсинская янтарная, Корона) пшеницы различаются по физическим и биохимическим свойствам и принадлежат к разным группам и классам.