Качество и биохимия зерна ячменя

Большое значение в технологии пищевых производств имеют сырье, его вид, сорт и качество. Поэтому при производстве пищевых продуктов всегда предъявляют определенные требования к используемому сырью, его химическому составу, технологическим свойствам, способности храниться максимальное время без порчи.

Под качеством зерна понимают совокупность биологических, физико-химических, технологических и потребительских свойств и признаков зерна, определяющих его пригодность к использованию по определенному назначению: на продовольственные, семенные, фуражные, технические цели. Оценка качества зерна позволяет определить его доброкачествен- ность, степень пригодности к использованию, стойкость при хранении, технологические свойства, правильно организовать транспортирование, хранение и переработку [1 -3].

Целью исследований являлось изучение качества и биохимических показателей зерна ячменя сорта Биом, выращенного в условиях Новосибирской области в 2012-2013 гг. В связи с этим ставились следующие задачи:

• -    определить стекловидность, массу 1000 зерен, натуру, пленчатость, засоренность и влажность зерна ячменя;

• -    выделить а-амилазу, в-амилазу и определить их активность, определить активность суммарной амилазы. Оценка качества зерна осуществлялась по общепринятым методикам [1-3].

Яровой ячмень Биом относится к группе среднеранних сортов с вегетационным периодом 79-82 дня. Устойчивый к полеганию, головневым заболеваниям. Крупнозерный, масса 1000 зерен 47,7 г. Содержание белка в зерне 11,3-13,0%. Средняя урожайность 42,4 ц/га, превышает стандарт по урожайности зерна на 3,4 ц/га. Ячмень сорта Биом пивоваренного и зерно-кормового назначения [4].

Основными качественными показателями зерна являются его крупность, натура, стек-ловидность, количество протеина и т.д.

Эндосперм ячменя может быть мучнистым, стекловидным и полустекловидным. Стек-ловидность ячменя вызывается прежде всего большим содержанием белков. Но иногда и при сравнительно небольшом содержании белков эндосперм бывает стекловидным, вследствие цементации крахмальных зерен гумми веществами и белками. Эта стекловидность исчезает, если зерно замочить, а затем высушить при низкой температуре. Зерна с исчезающей стекло-видностью называют полустекловидными. Нормы допустимой стекловидности ячменя не установлены. Общая стекловидность ячменя сорта Биом за годы исследований составила 24%.

Полновесность и крупность зерна оценивают по его абсолютной массе, которую определяют как массу сухих веществ 1000 зерен. Абсолютная масса зависит только от крупности, спелости и плотности зерна. Чем больше абсолютная масса ячменя, тем выше его экстрактивность и выход I и II сорта при сортировании ячменя. Абсолютная масса пивоваренных ячменей колеблется в пределах 37-48 г в расчете на воздушно-сухое вещество, но бывают и крупнозернистые ячмени с массой более 50 г. В наших исследованиях масса сухих веществ 1000 зерен была 5 5,2 г, масса 1000 зерен при фактической влажности составила 49,7 г.

Объемной, или натурной, массой (натурой) называют массу 1 л зерна, выраженную в граммах. Натура зерна зависит от формы, размеров, массы зерен основной культуры, плотности укладки, доли и вида примесей, влажности, и потому натура не является устойчивым признаком конкретной зерновой массы, хотя и нормируется стандартами. Натура зерна ячменя в наших исследованиях составила 715 г/л.

Пленчатостью называют количество цветочных пленок (мякинной оболочки), выраженное в процентах от общей массы зерна. С увеличением пленчатости соответственно уменьшается доля других сухих веществ зерна и, прежде всего крахмала. Следовательно, экстрактивность толстопленчатых ячменей ниже, чем тонкопленчатых. Кроме того, толстая пленка содержит больше дубильных и горьких веществ, понижающих качество пива. Для пивоваренного ячменя она должна быть в пределах 7-10%. Пленчатость ячменя Биом составила 6,95%.

Ячмень, принимаемый на завод, должен подвергаться очистке и сортировке. Только чистый ячмень без битых зерен, без отходов можно хранить в зерноскладах или силосах. Количество присутствующей в зерне сорной и зерновой примеси затрудняет его очистку. Зерно с большим количеством примесей склонно к самосогреванию и порче, так как интенсивность дыхания у примесей выше, чем у основного зерна. Поврежденные зерна, семена и остатки сорных трав часто оказываются перенасыщенными влагой и могут повысить ее в ячмене, снизить устойчивость ячменя при хранении, так как их эндосперм не защищен, и создаются благоприятные условия для развития микроорганизмов. Для ячменя высокого качества сор- ной примеси должно быть менее 2%, зерновых примесей - менее 2%. В наших исследованиях массовая доля содержания зерновой примеси - 3,83%, массовая доля содержания сорной примеси - 0,3%.

К показателю качества зерна относится и массовая доля влаги в зерне. Зерно содержит воду в виде свободной влаги и в виде связанной. Связанной называют воду, которая довольно прочно химически и физически связана с составными частями зерна, в первую очередь с его белковыми веществами. В зерне связанной воды 14-15%. Если влажность зерна больше, то в нем появляется свободная влага и поэтому резко усиливаются все биохимические процессы. Чем больше массовая доля влаги в зерне, тем ниже массовая доля сухих веществ, а следовательно, и выход экстракта из единицы массы ячменя. Зерно считается сухим при влажности 14,5%, средней сухости - свыше 14,6-16%, влажное - свыше 16%, и сырое - свыше 17%. Нормативный показатель по влажности пивоваренного ячменя для 1-го класса -15%, для 2-го - 15,5% (ГОСТ 5060).

Кроме того, с влажностью связаны потери сухих веществ при хранении ячменя, причем дыхание ячменя при хранении в большей степени зависит от влажности, чем от температуры. Так, повышение влажности на 2% ведет к увеличению потерь зерна при хранении в 80 раз. Это объясняется тем, что к обычным потерям сухих веществ зерна добавляются потери вследствие активизации жизнедеятельности зерна, а также микроорганизмов и вредителей, что приводит к самосогреванию зерна и его порче. В результате зерно, имеющее влажность 16%, может храниться без изменения своих качественных характеристик не более 45 месяцев, при влажности 12-13% - до следующего урожая, сухое, обеззараженное, очищенное и охлажденное зерно - 2-3 года (в силосах) и 4-5 лет (на складе). Массовая доля влаги у ячменя сорта Биом составила 10,1%.

Биологические катализаторы, синтезируемые живыми клетками, называются ферментами. Их главная роль заключается в превращении сложных органических соединений в простые, которые участвуют в биосинтетических процессах. По химической природе ферменты представляют собой простые или сложные белки.

С точки зрения технологии солодоращения и пивоварения представляют интерес ферменты, относящиеся к классам гидролаз (3-й класс) и оксидоредуктаз (1-й класс). Гидролазы расщепляют гликозидные (карбоксигидролазы), эфирные (эстеразы) и пептидные связи (пептидазы) путем присоединения радикалов воды. Оксидоредуктазы катализируют отделение или присоединение водорода. Это каталаза, пероксидаза, полифенолоксидаза, липоксигеназа. Все эти ферменты находятся либо в зародыше, либо в алейроновом слое одновременно, например, в-амилаза, пептидаза.

а-амилаза и в-амилаза относятся к амилолитическим ферментам. в-амилаза обнаружена как в проросших зернах хлебных злаков, так и в зернах нормального качества; а-амилаза содержится только в проросших зернах. а-амилаза относится к металлопротеинам; в состав ее молекулы входит кальций. Обе амилазы гидролизуют крахмал и декстрины. Наиболее легко разлагаются амилазами механически поврежденные зерна крахмала, а также оклестеризо-ванный крахмал. Нативный крахмал гидролизуется в-амилазой очень медленно. в-амилаза, действуя на амилозу, превращает ее полностью в мальтозу. При воздействии на амилопектин в-амилаза отщепляет мальтозу только от свободных концов глюкозидных цепочек, вызывая гидролиз 50-54% количества амилопектина. Высокомолекулярные декстрины, образующиеся при этом, сохраняют гидрофильные свойства крахмала. а-амилаза отщепляет ответвления глюкозидных цепочек амилопектина, превращая его в низкомолекулярные декстрины, не окрашиваемые йодом и лишенные гидрофильных свойств крахмала. Поэтому при действии а-амилазы субстрат значительно разжижается. Затем декстрины гидролизуются а-амилазой до мальтозы [5].

Выделение из зерна ячменя а-амилазы и в-амилазы основано на хорошей растворимости в воде, поэтому их можно получить в виде водной вытяжки. Для получения раствора амилаз навеску размельченных зерен (10 г) растирают в ступке с небольшим количеством воды до однородной массы и количественно переносят в мерную колбу вместимостью

100 мл. Объем доводят до метки, содержимое перемешивают и оставляют на холоде (4-2◦С) на 10-12 ч. По истечении времени экстрагирования содержимое перемешивают и центрифугируют в течение 10 мин со скоростью 3000 об./мин. Центрифугат используют в качестве источника α-амилазы и β-амилазы [6].

Разделение α-амилазы и β-амилазы из водной вытяжки основано на различной устойчивости этих ферментов к температуре и рН среды. При нагревании водной вытяжки до 70◦С β-амилаза денатурирует, тогда как α-амилаза при этой температуре сохраняет природную конформацию и активность. Оптимум действия β-амилазы проявляется при рН 4,8, однако α-амилаза при таких значениях рН теряет свою активность, а при понижении до рН 3,3 – денатурирует.

Активность амилаз определяли в зернах нормального качества, проросших на 4-е и 7-е сутки колориметрическим методом по массе расщепленного крахмала, предложенным Б.П. Плешковым [7]. Суть метода состоит в том, что активность амилаз рассчитывается по разности между массами взятого для опыта и оставшегося по окончании опыта нерасщеп-ленного крахмала, определяемого фотометрическим анализом по цветной реакции с йодом. Активность амилаз выражают в условных единицах (мг расщепленного крахмала на 1 г ячменя за 1 мин).

Результаты исследований показали, что амилолитическая активность зерна ячменя нормального качества за годы исследований составила 70,27 усл. ед. Активность α-амилазы 4,71 усл. ед., β-амилазы 1,97 усл. ед. у проросшего зерна ячменя на 4-е сутки активность амилаз составила 128,53 усл. ед., α-амилазы 28,45 усл. ед., β-амилазы 11,36 усл. ед. У проросшего зерна ячменя на 7-е сутки амилолитическая активность 136,8 усл. ед., α-амилазы 41,32 усл. ед., β-амилазы 20,24 усл. ед.

По результатам исследований можно сделать следующие выводы: 1) стекловидность ячменя Биом составила 24%, масса 1000 зерен 49,7 г, натура 715 г/л, пленчатость 6,95%, массовая доля зерновой примеси 3,83%, сорной примеси – 0,3%, влажность 10,1%; 2) амилолитическая активность зерна (в усл. ед.) нормального качества 70,27,

α-амилазы 4,71, β-амилазы 1,97. У проросшего зерна на 4-е сутки активность амилаз 128,53, α-амилазы 28,45, β-амилазы 11,36. У проросшего зерна на седьмые сутки амилолитическая активность 136,8, α-амилазы 41,32, β-амилазы 20,24.