Хлебопекарные свойства зерна пшеницы
Обновлено: 15.09.2024
В статье показано, что технологические, в частности хлебопекарные, свойства пшеницы тесно связаны со структурно-механическими характеристиками зерна (стекловидностью, твердозерностью зерна). Целью исследования стала сравнительная оценка этих структурно-механических характеристик вне зависимости от генотипических (сортовых) особенностей пшеницы. Показатель твердозерности, определяемый на основе фрактографического анализа муки выявил большую степень связи с важнейшими показателями качества пшеницы.
Ключевые слова: пшеница, зерно, хлебопекарные свойства, качество зерна, сорта пшеницы.
COMPARISON OF BAKING PROPERTIES OF VARIOUS WHEAT VARIETIES AND THEIR EVALUATION BY GRAIN QUALITY
Fedotov V. A.*
Orenburg State University
Abstract
The paper shows that the technological, in particular baking, properties of wheat are closely related to the structural and mechanical features of grain (vitreous, grain hardness). The goal of this study is a comparative assessment of the structural and mechanical features, regardless of the genotypic (varietal) characteristics of wheat. The hardness index, determined based on fractographic analysis of flour, revealed a strong connection with the most important indicators of wheat quality.
Keywords: wheat, grain, baking properties, grain quality, wheat varieties.
Введение
Многолетний опыт мукомольного, хлебопекарного, макаронного производства показывает, что важную роль в формировании физико-химических свойств зерна играют его структурно-механические характеристики. [3] Огромное воздействие на последние оказывают вид (твердая и мягкая), сорт, район и условия произрастания пшеницы. Неоднородность микроскопического строения и химического состава отдельных анатомических частей зерновки (прежде всего оболочек и эндосперма) обусловливает различия их физико-механических свойств пшеницы, что необходимо учитывать, как минимум, при подготовке ее к переработке.[4]
Методы и принципы исследования
Качество зерна определяет выход муки высших сортов, пищевые и вкусовые достоинства хлеба, свойства макарон и других хлебобулочных изделий. Пшеница – хлебная культура, имеющая наибольшую ценность. Большой интерес представляет изучение технологических свойств сортов твердых пшениц. [5]
Литературы, посвященной изучению хлебопекарных качеств твердой пшеницы, немного. Поэтому проведены исследования сортов твердых пшениц с целью установления их хлебопекарных свойств. [6]
Стекловидность зерна определяли визуально. Твердость зерна оценивалась микротвердомером ПМТ.
Объектами исследований служили образцы зерна твердой (Оренбургская 10, Безенчукская 200, Оренбургская 21, Безенчукская янтарь, Харьковская 3, Степь 3) и мягкой (Саратовская 42, Учитель, Оренбургская 13, Юго-восточная 3, Варяг, Прохоровка, Л-503) пшеницы различных районов Оренбургской области.
Основные результаты
Известно, что стекловидность отражает консистенцию пшеницы. Она формируется на последних стадиях созревания зерна в фазе восковой спелости. Стекловидное зерно по анатомо-морфологическим свойствам отличается от мучнистого более высокой твердостью и хрупкостью. [7]
Показатель стекловидности имеет важное значение при переработке мягкой и твердой пшеницы. В зависимости от него формируют помольные партии и определяют параметры технологического процесса подготовки и размола зерна. Чем выше его стекловидность, тем лучше технологические свойства. При первичном дроблении стекловидной пшеницы получается больше крупок и дунстов и меньше муки, чем при дроблении мучнистого зерна. Это служит основой высокого выхода муки в размольном процессе при окончательном измельчении обогащенных крупок и дунстов. От уровня стекловидности зависит не только выход, но и качество муки: крупность, зольность. [8]
Стекловидность помольных партий учитывают при расчете выходов муки и определении ее ассортимента. В связи с этим действующим стандартом на заготовляемое зерно мягкой пшеницы 1 и 2 классов (сильной) установлена ограничительная норма по показателю общей стекловидности – не менее 60 %. Такая стекловидность гарантирует хорошие мукомольные свойства помольной партии при добавлении пшеницы-улучшителя и обеспечивает при размоле получение заданных выходов сортовой муки стандартного качества. Из такой муки вырабатывают хлеб и макаронные изделия, отвечающие по качеству требованиям стандарта на соответствующие виды продукции. [9]
Отсутствие единства в оценке свойств зерна пшеницы создает определенные трудности во внешней торговле. В американском и канадском стандартах пшеницы различают по показателю твердости зерна (твердозерности), поскольку твердозерные и мягкозерные пшеницы характеризуются существенными различиями технологических свойств. В российской зерноперерабатывающей промышленности, ввиду отсутствия инструментальной и методологической базы для экспрессного определения твердозерности, такого разделения не делают. Отчасти этот показатель заменяет широко используемый для классификации зерна и легко определяемый показатель стекловидности. Данный показатель характеризуется высокой лабильностью: при одинаковых значениях стекловидности разные сорта пшеницы характеризуются существенными различиями мукомольных, макаронных и хлебопекарных свойств. [10]
Представляет интерес изучение количественной оценки показателя твердозерности пшеницы и в связи с этим ее хлебопекарных достоинств. Проводили лабораторный помол мельницей Labor muszeripari с выходом муки 70 %. Полученные образцы частиц зерна (муки) анализировали алгоритмами компьютерного зрения (библиотекой OpenCV). Производимый таким образом анализ в отличие от гранулометрического ведет учет не только размера частиц, но и их форм, и потому может называться фрактографическим. Современные интеллектуальные системы дают возможность описывать форму более совершенными способами.
В ходе анализа программно выделяли каждую частицу размолотого зерна, обрисовывая ее контуром и получая соответствующую фигуру. Затем, из центров масс фигур проводили отрезки к периметру, вычисляя средние значения (Х, в микрометрах) этих отрезков и коэффициенты вариации их длин (К). Для оценки твердозерности (HD, в кг/мм²) выведена следующая зависимость ( )
(1)
Полученное регрессионное уравнение позволяет прогнозировать твердозерность зерна пшеницы, основываясь на геометрических параметрах частиц ее размола. Погрешность предлагаемого фрактографического метода определения твердозерности составила не более 3,0 %.
Исследованиями выявлены высокие значения коэффициентов множественной корреляции между стекловидностью и технологическими свойствами твердой пшеницы (таблица 1). Похожие корреляции проявляет показатель твердозерности зерна с этими показателями качества пшеницы (таблица 2).
Таблица 1 – Сопряжение показателей качества со стекловидностью зерна
| Вариант | Сопряжение со стекловидностью показателей качества | Коэффициент множественной корреляции |
| 1 | Клейковина зерна, выход крупки, прочность макаронных изделий | 0,586 |
| 2 | Белок в зерне, выход крупки, прочность макаронных изделий | 0,637 |
| 3 | Клейковина зерна, ИДК клейковины зерна, растяжимость клейковины зерна | 0,516 |
| 4 | Клейковина крупки, ИДК клейковины крупки, растяжимость клейковины крупки | 0,688 |
| 5 | Со всеми основными показателями качества | 0,713 |
Таблица 2 – Сопряжение показателей качества с твердозерностью зерна
| Вариант | Сопряжение с твердозерностью показателей качества | Коэффициент множественной корреляции |
| 1 | Клейковина зерна, выход крупки, прочность макаронных изделий | 0,524 |
| 2 | Белок в зерне, выход крупки, прочность макаронных изделий | 0,682 |
| 3 | Клейковина зерна, ИДК клейковины зерна, растяжимость клейковины зерна | 0,551 |
| 4 | Клейковина крупки, ИДК клейковины крупки, растяжимость клейковины крупки | 0,672 |
| 5 | Со всеми основными показателями качества | 0,721 |
Заключение
Проведенный корреляционный анализ установил наличие тесных связей показателей структурно-механических свойств пшеницы с ее технологическими показателями качества. Стекловидность пшеницы позволяет прогнозировать технологические свойства зерна, непосредственно влияющие на качество производимых из него хлебобулочных и макаронных изделий. Показатель твердозерности, определяемый на основе фрактографического анализа муки выявил большую степень сопряжения с важнейшими показателями качества пшеницы.
Список литературы / References
Список литературы на английском языке / References in English
Чтобы получить полное представление о качестве зерна, мало знаний о его цвете, запахе, вкусе, влажности, засоренности, зараженности, так же необходимо учитывать специфические показатели, чтобы рационально распределить партии.
Среди этих дополнительных показателей НАТУРА зерна. Масса одного литра культуры и есть натура, или как еще ее можно охарактеризовать – масса определенного объема, измеряемая в определенных весовых единицах. По натуре возможно получение ориентировочных данных о хозяйственной ценности зерна, о его качестве и количестве в дальнейшем полученной муки, а так же благодаря этому показателю легко определяется емкость, необходимая для хранения культуры данного количества. Такой прибор как пурка, или хлебные весы, сыграл важную роль в определении натуры зерна, части из которых она состоит, обеспечивают стабильные условия насыпи зерна в мерную чашу. Пурка состоит из весов определенного вида, как же в комплект входит мерная емкость и разновесы. Перед тем как начать определять натуру зерна его в обязательном порядке очищают от примесей.
Консистенция эндосперма зерна определяет его технологические свойства. Она представляется мучнистой или СТЕКЛОВИДНОЙ. Данные свойства зависят от форм связей крахмальных зерен с белковыми веществами. Крахмальная связь в стекловидном эндосперме очень сильна, что означает. Что даже при интенсивной обработке полностью не удастся удалить белок. Тот белок, который невозможно удалить является прикрепленным. Существует еще промежуточный белок, которого больше в зерне с мучнистым эндоспермом, этот белое при размоле зерна легко выводится из его состава. Сорта твердой пшеницы чаще встречаются со стекловидной консистенцией, стекловидность же мягких сортов очень зависит от климатических условий произрастания, сорта и других различных факторов, очевидно, что больше всего белка содержится в высокостекловидной пшенице, это зерно имеет наибольшую механическую прочность. Выбор режима подготовки и самого помола зерна напрямую зависит от стекловидности. Из такого продукта получается отличная крупа с возможностью качественной сортировки перед размолом, данный фактор влияет на получение лучших сортов муки, ведь оттенок, который выйдет, будет полностью влиять в дальнейшем на цвет выпекаемого хлеба. Это зерно отлично подходит для кондитерской и крахмалопаточной отрасли. Но хлебопекарные свойства зерна оценивают все же по составу клейковины, так как при большом ее количестве тесто будет способно удерживать углекислый газ, что придаст ему пышность и пористость, а так же возможность легко пропечься и сохранить объем готового хлеба.
Что бы оценить качество КЛЕЙКОВИНЫ из помола делают шарик весом до четырех грамм и после того как он 15 минут отлежится, проводят его анализ на измерителе деформации клейковины. Прибор дает возможность увидеть сопротивление клейковины деформирующей нагрузке сжатия, которая создается благодаря свободно падающему грузу. Возникает прямо пропорциональная зависимость сопротивления и упругих свойств клейковины, которая отображается противоположно пропорционально на приборной шкале. Недостатки метода выявления клейковины, такие как необъективность оценки и высокие затраты времени и труда на анализ, сказались на признание этого свойства негативным образом, не повлиял даже тот факт, что стандарт по определению клейковины был введен еще в 1934 году. Поэтому данное свойство изначально пытались заменять стекловидностью, но анализ дал понять, что определить хлебопекарные достоинства зерна, исходя лишь из стекловидности, не представляется возможным, даже если это зерно одного сорта.
В итоге вывод таков, что оценка хлебопекарных качеств для нашей страны, с ее разнообразием почвенных и климатических условий, а так же большом количестве сортов зерновых культур, производится по качеству и количеству клейковины. Все остальные же показатели – стекловидность, содержание белка, натура, а так же пробные выпечки теста, - необходимы и обоснованы лишь на селекционном этапе, при всестороннем изучении сорта или проведения научных исследований в его отношении.
Все свойства, которые описаны в этой статье, применимы на хлебопекарных предприятиях, но если зерно передают для другой отрасли промышленности, то и показатели для его оценки будут иными.
Поэтому так важны мукомольные и хлебопекарные свойства зерна. Мука – это не только хлеб, будь то румяная буханка, аппетитный батон или булочка с корицей, но и огромное количество продуктов, которые производят из муки (макароны, пироги, торты, пирожные, пельмени, всего и не перечислишь).
Показатели мукомольных свойств зерна
В процессе переработки с целью получения муки проявляются мукомольные свойства зерна, которые влияют на ее качество, выход, расход электроэнергии на измельчение.
Показателями мукомольных качеств зерна являются такие пункты:
- качество и выход муки. В том числе получение высшего и первого сорта;
- количество крупок и дунстов;
- затраты электроэнергии на производство 1 т муки;
- степень вымалываемости оболочек зерна.
Зависят эти показатели от следующих свойств:
- стекловидность;
- зольность;
- влажность;
- натура;
- плотность;
- выравненность;
- крупность;
- масса тысячи зерен.
Мукомольные свойств зерна
Теперь подробнее рассмотрим свойства, от которых зависят вышеперечисленные показатели.
Стекловидность
При переработке стекловидной пшеницы получают больше муки, особенно высших сортов. Эндосперм в таком зерне представляет собой однородную монолитную массу, которая состоит из белка и крахмала, которые связаны между собой. Стекловидная зерновка на сколе выглядит полупрозрачной.
Зольность
Зола, которая получается при сжигании зерновок в муфельных печах. Состоит из солей и окислов калия, натрия, фосфора, кальция, магния и т. д. Это один из основных показателей мукомольных свойств, который говорит о качестве конечных и промежуточных продуктов производства.
Влажность
Влажность важна и при хранении, и при переработке. На предприятие зерно поступает с естественной влажностью, где ее уже доводят до технологических показателей.
Натура
Это масса 1 литра зерна, выраженная в граммах. Она определяется плотностью самого зерна и плотностью его укладки в емкости. Чем она выше, тем лучше мукомольные свойства зерна. Это значит, что в нем мало оболочек и много эндосперма. Базисная норма в мукомольной промышленности установлена для пшеницы 750 г/л. Чем выше натура, тем больше выход продукции.
Плотность
Плотность колеблется в зависимости от анатомического строения зерновки и ее химического состава от 1,33 до 1,48 г/мл.
Масса 1000 зерен
Это дополнительный показатель, характеризующий крупность и плотность. Такие признаки непостоянны, зависят от климатических и почвенных условий, сорта, агротехники и года урожая.
Выравненность
Это показатель однородности массы зерна. При просеивании через сита с продолговатыми или круглыми отверстиями вычисляют процент зерен средних и крупных фракций (сход с сит 2,5х20 мм и 3,0х20 мм). Чем их больше, тем выше выход готовой продукции. Выравненное зерно легче очищается от примесей.
Крупность
При содержании в партии зерна 85% средних и крупных зерен его считают однородным и выравненным по крупности.
Особенности мукомольных свойств ржи
Мукомольные и хлебопекарные свойства ржи дают в результате хлеб с плотным мякишем. Эндосперм у нее почти всегда мучнистый, лишь частично стекловидный. Показатель варьируется от 15 до 49%. Некоторые сорта и крупные зерна отличаются высокой стекловидностью. Содержание эндосперма 75-79%.
Натура ржи меньше, чем пшеницы из-за морщинистости зерен и удлиненной формы. Она составляет 710-750 г/л. В зависимости от района культивирования и сорта масса 1000 зерен составляет 13-32 г, зольность 1,5-2,3%.
Из-за более высокого содержания углеводов в зерновках ржи меньше белка, чем в пшенице. При замесе теста из ржаной муки клейковину отмыть невозможно. В ржаном тесте находятся коллоидные белковые и углеводные вещества, которые растворяются в воде. Среди этих соединений есть растительные слизи, не позволяющие клейковине сформироваться.
Особенности мукомольных и хлебопекарных свойств пшеницы
Вышеперечисленные мукомольные свойства пшеницы связаны с формой зерна. Наиболее предпочтительна шаровидная зерновка. Такая пшеница легче обрабатывается, давая больший выход муки.
При производстве наиболее выгодна пшеница твердых сортов. Стекловидное зерно хоть и требует серьезных энергозатрат на обработку, но муки из него получается больше. Помимо этого, стекловидная пшеница отличается высоким содержанием белка. Поэтому хлеб из нее выпекают лучшего качества.
Не менее важным фактором качества пшеничной муки остаются ее хлебопекарные свойства:
- качество и количество клейковины;
- газоудерживающая и газообразовательная способности;
Клейковина — белок, состоящий из двух белков глютенина и глиадина. Извлекают ее путем промывания теста водой. При этом удаляется крахмал и другие водорастворимые вещества. На выходе получается сырая клейковина, в которой до 70% воды.
В пшенице содержание клейковины колеблется от 12 до 50%. Если ее больше 30%, то это считается высоким показателем, 26-30% — средним, а меньше 20% — низким. Когда в зерне много белков, то процент клейковины выше и более высоки хлебопекарные свойства муки.
Главными технологическими показателями, определяющими хлебопекарные свойства зерна мягкой пшеницы, являются массовая доля белка и сырой клейковины, а также качество клейковины.
Клейковина – это комплекс белковых веществ зерна, способных при набухании в воде образовывать связную эластичную массу. Ее выделяют из теста отмыванием водорастворимых веществ, крахмала и клетчатки. Клейковина, отмытая из кусочка теста, называется сырой. В ней содержится до 70 % воды, при пересчете на сухое вещество 82-88 % клейковины составляют белки – глиадин и глютенин. Содержание сырой клейковины примерно в два раза превышает содержание белка.
Качество клейковины определяется ее физическими свойствами: упругости, растяжимости, эластичности, способности к набуханию. Эти ценные свойства клейковины обусловливают высокую газоудерживающую способность пшеничного теста, что обеспечивает высокий объемный выход хлеба и его хорошую пористость.
Качество клейковины определяют на приборе ИДК-1 (индекс деформации клейковины). В зависимости от показаний прибора клейковина по качеству делится на три группы: І – хорошего качества; ІІ – удовлетворительного; ІІІ – неудовлетворительного. Зерно пшеницы с клейковиной ІІІ группы не пригодно для хлебопечения.
На количество и качество клейковины оказывают влияние следующие факторы: сортовые особенности; технология возделывания пшеницы (предшественники, сроки сева, уровень азотного питания); погодные условия в период созревания зерна и уборки урожая; неблагоприятные воздействия, которые зерно испытывает при выращивании (поражение вредным клопом-черепашкой), хранении (прорастание и самосогревание) и обработке (перегрев при сушке).
По хлебопекарным свойствам мягкую пшеницу подразделяют на три группы: сильная, средняя и слабая.
Сильная пшеница – это зерно одного сорта или смеси сортов, характеризующееся генетически обусловленными высокими хлебопекарными качествами и потенциальной способностью быть улучшителем слабой в хлебопекарном отношении пшеницы. В нашей зоне возделываются непревзойденные по качеству сорта сильной озимой пшеницы – Обрий, Безостая 1, Панна, Куяльник. Зерно сильной пшеницы отличается высокой натурой, высоким содержанием белка и клейковины, соответственно не менее 14 и 28 %. Клейковина должна быть только хорошего качества – не ниже І группы.
Из муки сильной пшеницы получают формоустойчивый хлеб большого объема, с хорошим пористым эластичным мякишем и куполообразной поверхностью. Добавка такой пшеницы к зерну с низкими хлебопекарными свойствами обеспечивает получение хорошей хлебопекарной муки. Чем выше смесительная ценность сильной пшеницы, тем меньше ее добавляют к слабой для улучшения качества. В мировом производстве мягкой пшеницы доля сильной составляет всего 15-20 %, поэтому ее рациональное использование является важнейшей задачей. При продаже закупочные цены на сильную пшеницу должны быть значительно выше, чем на рядовую пшеницу.
Средняя пшеница дает муку и хлеб нормального и хорошего качества, составляет основу помольных смесей (филлер) или используется для хлебопечения в чистом виде. В зерне такой пшеницы содержится достаточное количество клейковины (около 23 %) с качеством не ниже ІІ группы и белка (10-12 %). Однако средняя пшеница уступает сильной по содержанию клейковины и не обладает большой смесительной ценностью. Наибольшим спросом пользуется пшеница 3-го класса, называемая при заготовках ценной. На долю средней пшеницы приходится 25-30 % от общего валового сбора ее зерна.
Характеристика технологических свойств твердой пшеницы
Твердая пшеница очень сильно отличается от мягкой по своим технологическим свойствам. В зерне твердой пшеницы на достаточно высоком агрофоне синтезируется больше белка и клейковины, чем в зерне мягкой пшеницы. Например, в твердой пшенице 1-го класса должно содержаться не менее 15 % белка, тогда как в мягкой – 14 % (требования стандарта).
Зерно твердой пшеницы имеет, как правило, стекловидную консистенцию эндосперма, обусловленную тесной связью белковых веществ с крахмальными зернами. Стекловидное зерно имеет плотную структуру, отличается высокой механической прочностью, на срезе оно гладкое, блестящее и просвечивается на специальном приборе – диафаноскопе. Если же зерно по консистенции мучнистое, то оно имеет рыхлую структуру, на срезе белое, мучнистое и не просвечивается на приборе. Стекловидное зерно формируется в условиях солнечной, сухой, умеренно жаркой погоды в период созревания, а дождливая, пасмурная погода может привести к повышению доли мучнистого зерна.
Стандарт нормирует общую стекловидность зерна твердой пшеницы, для определения которой подсчитывают и выражают в процентах количество стекловидных и половину частично стекловидных зерен (мучнистые зерна не учитываются). Зерно твердой пшеницы 1-го и 2-го классов должно быть высокостекловидным: общая стекловидность составляет соответственно не менее 70 и 60 %. Необходимость нормирования этого показателя связана с тем, что стекловидное зерно имеет высокие технологические качества при переработке. И в целом стекловидность определяет макаронные и крупяные достоинства твердой пшеницы.
При специальных сортовых помолах стекловидное зерно твердой пшеницы превращается в макаронную муку высшего сорта, или крупку, и первого сорта, или полукрупку. Мучнистое зерно при помоле плохо вымалывается, давится, поэтому получить из него крупку не представляется возможным. Крупка имеет белый цвет с кремовым оттенком и крупитчатую структуру. Для хлебопечения она не пригодна, но из нее получают макаронные изделия отличного качества, которые характеризуются большой прочностью (не крошатся), желтым или кремовым цветом без серого оттенка (снаружи и на изломе), большой развариваемостью (значительным увеличением объема без потери частиц и ослизнения), хорошим сохранением формы. Макаронное тесто характеризуется повышенной упругостью и пониженной пластичностью, поэтому оно проходит пластификацию под высоким давлением (свыше 100 атм.) в специальных макаронных прессах, которые снабжены насадками-матрицами, придающими изделиям любую форму. Макароны высушивают до влажности 11-13 %.
Стекловидное зерно твердой пшеницы при переработке дает большой выход крупы (Полтавская, Артек), которая при варке сохраняет свою форму, не разваривается и не ослизняется. По внешнему виду такая крупа полупрозрачная, блестящая, красивого желтого или кремового цвета. Из зерна же с мучнистой консистенцией частицы крупы получаются более хрупкие и ломкие, в каше они развариваются и распадаются.
Высокая технологическая ценность твердой пшеницы обусловливает необходимость увеличения площадей возделывания этой культуры и реализацию ее по более высоким ценам в сравнении с мягкой пшеницей. Наиболее распространенными сортами озимой твердой пшеницы в нашей зоне являются Алый Парус, Айсберг одесский, Дельфин. Следует отметить, что низкобелковое и низкостекловидное зерно твердой пшеницы (5-го класса) не пригодно для производства крупяных и макаронных изделий. Необходимо зерно только высокого качества.
Читайте также: