Изменение микроструктуры зерна при тепловой обработке Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

досперма, что является одним из определяющих факторов выхода муки при помоле.

Натура образцов пшеницы VI типа варьирует от 735 (Коралл Одесский) до 824 г/л (А-81). Сорта Тэртэр, Гарагылчыг-2, Леукурум 096/1 и А-81 — высоконатурные и превосходят яровую твердую пшеницу, натура у которой находится на уровне 784 г/л. Сравнительно низкую натуру имеют сорта Коралл Одесский и Айсберг - соответственно 735 и 750 г/л.

Сорта Тэртэр, Вугар, Гарагылчыг-2, Кяхраба имеют не только крупные зерна, но и более выровненные. Так, суммарный сход сита 2,8 х 20 и 2,5 х 20 составляет соответственно 96,4; 97,7; 97,6; 92,0%. По выровненности яровой твердой пшенице уступают сорта Гарагылчыг-1, Коралл Одесский, Айсберг и А-81.

Зольность зерна пшеницы VI типа новых селекционных сортов также имеет различные значения: наивысшее значение зольности — у сорта Гарагылчыг-1 (2,17%), а наименьшее — у Вугара

(1,67%). Остальные сорта по этому показателю занимают промежуточные положения. Новые селекционные сорта пшеницы VI типа практически по всем показателям физико-химических свойств отличаются от пшеницы II типа. Такие существенные различия требуют разработки оптимальных режимов подготовки и переработки зерна пшеницы VI типа в муку для макаронных изделий.

С точки зрения физико-химических свойств наилучшими сортами для макаронных изделий являются Гарагылчыг-1, Коралл Одесскйй, Айсберг, А-81 и Тэртэр.

ЛИТЕРАТУРА

1. Е г о р о в Г. А., И с м а и л о в Н. С. Геометрическая характеристика зерна пшеницы IV типа. — М.: ЦНИИТЭИ хлебопродуктов, ВНПО Зернопродукт. — С. 6.

2. Е г о р о в Г. А. Технологические свойства зерна. — М.: Агропромиздат. 1985.

3. К а з а к о в Е. Д. Зерноведение с основами растениеводства. — М.: Колос, 1983.

Кафедра технологии ^

переработки зерна Поступила 08.06.92

664.72.047.354.002.23

ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ЗЕРНА ПРИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ

Б .В. ЕГОРОВ, М.В. КУЗНЕЦОВ. Н.Н. НОВИКОВ

Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова

Тепловая обработка зерна все более широко применяется в зерноперерабатывающей промышленности. Однако представления о зависимости между микроструктурой зерна и способами его тепловой обработки носят весьма отрывочный характер. Лишь немногие из полученных данных были использованы при усовершенствовании существующих и разработке новых технологий тепловой обработки зерна [ 1 ], тогда как исследования в этой области [2] позволяют полнее объяснить суть протекающих изменений в зерне на молекулярном уровне и более рационально подойти к выбору оптимального способа и режимов тепловой обработки зерна, обеспечивающих максимальное разрушение антипитательных и токсических веществ, а также улучшение качества белков, крахмала и других питательных веществ.

Мы изучали микроструктуру срезов зерна до и после тепловой обработки. Зерно подвергали поджариванию, СВЧ-обработке, микронизации и влаготепловой обработке. Микроструктуру зерна исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа типа «Джеол»-840А при увеличении в 300, 500, 2000 раз и фотографировали.

Изучение микроструктуры исходного зерна ячменя показало, что его эндосперм состоит из относительно тонкостенных клеток, внутри которых крахмальные гранулы расположены в белковой матрице, образуя монолитную структуру. Гранулы крахмала имеют правильную овальную форму и достигают в диаметре 16—20 мкм. Белок

находится в основном в виде глобул диаметром 2—6 мкм. Поджаривание зерна ячменя при 200° С в течение 10 мин приводит к значительной деформации клеточных структур, увеличению размера крахмальных зерен до 18—23 мкм и растяжению глобул белка. Микронизацию зерна ячменя проводили в барабанном микронизаторе типа БАРС-ЕМ (источник инфракрасного излучения — лампы КГТ-1000) в течение 73 с. В обработанном зерне произошло разуплотнение клеточных структур до пористого состояния, крахмальные зерна уменьшились в диаметре до 11 —15 мкм, очевидно, из-за интенсивного испарения влаги. При СВЧ-обработке в течение 6 мин сохраняются контуры исходных клеточных структур ячменя, диаметр крахмальных зерен по отношению к исходному несколько увеличивается. Наиболее существенные изменения в микроструктуре зерна ячменя происходят при влаготепловой обработке в течение 15 мин при давлении пара 0,20 МПа. Белок приобретает тягучую консистенцию, образуя так называемые резиноподобные тяжи, что объясняется частичной денатурацией белка. Гранулы крахмала вспучены и развернуты. Такое изменение крахмальных гранул объясняется воздействием на зерно значительных градиентов температуры и влагосодержания, а также конформационным изменением полисахаридных цепей амилозы, быстрое «развертывание» которых приводит к резкому увеличению объема крахмальных гранул, деструкции полимера и увеличению

стіг;;

И

С К ВЇ

МОНГЛ

Ік'.ікС

кр.=

ТГ]1ПГ

край й те*

.ІМіРІІ

Ч 1-ил

крут

йоіоі!

ПРрЦІ

Р.К'ЕЪН

МБЇИр

кращі

кеш!

1Ы ІІ.Ї

сітс'О

ДР'чНІ V НЯЛИ К К ".і. ЧСІІ.И!

И

ЗЕрКЭ н* ч>

Є,іі. :1

ех-оё ЛІ л лье) зерен

ЛЧЯТ I

ЛИШ

■кн.

Ні

КОГО і ХрЗУК

круп»

0.Л'Ґ'Г

дяис!

г/іраб

піхти

МІІКОІ І ііХгтр ЛІЧЦіЙ

течек

Л !■!►-■ .

степени декстринизации крахмала [3].

При изучении микроструктуры зерна пшеницы отмечено, что его крахмальные зерна имеют наибольший диаметр 20—26 мкм и погружены в белковое вещество. Можно видеть такие хлопья крахмалистого материала, преимущественно интерстициального белка, которые накрывают зерна крахмала. Поджаривание зерна пшеницы при 200° С в течение 10 мин приводит к высвобождению зерен крахмала из-под хлопьев интерстициального белка и пленок аморфного материала, происходит разрыхление клеточных структур. Размер крахмальных зерен при этом не изменился. При мик-ронизации зерна пшеницы происходит разрыв крупных крахмальных зерен, образуются резиноподобные белковые тяжи и резко повышается пористость зерна. СВЧ-обработка зерна пшеницы вызывает значительно меньшие изменения в его микроструктуре по сравнению с микронизацией, крахмальные зерна по-прежнему утоплены в белковом веществе и покрыты пленками аморфного материала. Влаготепловая обработка зерна пшеницы при давлении пара 0,20 МПа в течение 15 мин способствовала практически полному высвобождению крахмальных зерен, которые значительно увеличились в объеме, достигая в диаметре 30-40 мкм. Аналогичные результаты получены при изучении микроструктуры других злаков.

Результаты исследования микроструктуры зерна, подвергнутого различным видам тепловой обработки, показывают, что наименьшее влияние на микроструктуру зерна оказывает СВЧ-обработка, а наибольшее — влаготепловая обработка, при которой расслоение белковых агрегатов максимально, как и увеличение объема крахмальных зерен. В связи с этим большой интерес представляет исследование микроструктуры зерна во взаимосвязи с его биохимическими свойствами в зависимости от режимов влаготепловой обработки.

На рис.1 представлена микроструктура исходного зерна сорго. Крахмал зерна сорго идентичен крахмалу зерна кукурузы, средний размер его крупных зерен колеблется около 11 —12 мкм. Особенно отчетливо видны глобулы белка, находящегося в нативном состоянии. Влаготепловая обработка зерна сорго приводит к изменению его биохимических свойств (таблица). Любопытно сопоставить характер этих изменений и состояние микроструктуры зерна. На рис. 2 приведена микроструктура зерна соргс, подвергнутого влаготепловой обработке при давлении пара 0,20 МПа в течение 5 мин. Как видно, по сравнению с исходным зерном произошло значительное изменение

первоначальной формы зерен крахмала и белковых глобул: крахмальные зерна увеличились в объеме, на их поверхности появились небольшие углубления. Анализ биохимических свойств показал, что переваримость белков возросла на 40,1%, а степень декстринизации крахмала составила 63,1%. При этом наблюдалось существенное разрушение термолабильной части таннинов, основного антипитательного вещества сорго, общее содержание которых уменьшилось на 26,6% по сравнению с исходным. Это, очевидно, связано с разрушением белково-крахмального комплекса, нарушением белковой матрицы, что хорошо видно на рис. 2.

Рис. 2

Таблица

Режим обрабо гки Биохимический по казатель

давление пара, МПа темпера- Т!Г продол- житель- ность, мин содер- жание танни- нов степень декстри- низации крахмала перева- ри- мость белков

— — — 1.14 2.3 4'.).8

0,20 132 5 0,90 62.1 69,8

0,20 132 10 0,86 64,1 72,6

0,20 132 15 0.85 64.5 79.1

0,20 132 20 0.84 65.0 64,0

Увеличение длительности влаготеплоной обработки до 10 мин способствовало разрушению белковых агломератов до появления тяжей, которые видны на рис. 3. Крахмальные зерна еще более увеличились в объеме, усилилась деформация их поверхности. Именно эти превращения способствовали увеличению переваримости белка на 45,7% по сравнению с исходной, степень декстринизации крахмала также возросла, но незначительно.

Рис. з

Рис. 1

Влаготепловая обработка зерна сорго при этом же давлении пара в течение 15 мин способствовала разрыву белковых тяжей (рис. 4) и значительному увеличению объема крахмальных зерен. При этом резко уменьшился объем воздушных полостей, а некоторые гранулы крахмала начали терять свою форму, становясь расплывчатыми. Все эти преобразования микроструктуры зерна сорго сопровождались резким повышением переваримости белков (на 58,8% выше исходной) и максимальным разрушением таннинов (34,1% от исходного содержания).

Рис. 4

Дальнейшее ужесточение параметров влаготепловой обработки зерна сорго, а именно увеличение ее длительности до 20 мин при давлении пара 0,20 МПа привело к «взрыванию» крахмальных зерен и разрыву пептидных связей. Биохимические исследования подтверждают резкое снижение переваримости белков — на 18,1% по сравнению с максимально достигнутым уровнем, очевидно, вследствие их глубокой денатурации. Степень декстринизации крахмала при этом несколько возросла, однако обработку при таких режимах нельзя считать эффективной, так как она снижает переваримость белков и приводит к потерям 27% лизина, в то время как при более мягких режимах эти потери не превышают 10%. Следовательно, более предпочтительна влаготепловая обработка зерна сорго при давлении пара

0.20 МПа в течение 15 мин. Анализ микроструктуры зерна сорго (рис. 1, 2, 3, 4) показал, что зависимость количества крахмальных зерен с диаметром не менее 11 мкм в фрагменте клеточной структуры размером 45 х 110 мкм от продолжительности влаготепловой обработки носит экспо-

ненциальный характер и описывается уравнением:

3 = 14,9 е^’235Г , (1)

где 3 — количество крахмальных зерен с диаметром не менее 11 мкм в фрагменте клеточной структуры размером 45 х 110 мкм, шт.;

Т — продолжительность влаготепловой обработки. мин:

Зависимость диаметра крахмальных зерен от продолжительности обработки также носит экспоненциальный характер и описывается уравнением:

Дз = 11,34 е°-°138Т (2)

где Дз — диаметр крахмального зерна, мкм.

Экспоненциальный характер полученных зависимостей, очевидно, можно объяснить уплотнением компонентов клеток из-за набухания зерен крахмала.

ВЫВОДЫ

1. Изучена микроструктура зерна ячменя, пшеницы и сорго, установлено, что наибольшие изменения микроструктуры вызывает влаготепловая обработка.

2. Установлены рациональные режимы влаготепловой обработки зерна сорго: давление пара 0,20 МПа, продолжительность обработки 15 мин, а также взаимосвязь между изменениями в микроструктуре зерна и его биохимическими свойствами.

3. Предложены зависимости, позволяющие определять количество и размер крахмальных зерен сорго в зависимости от режимов его влаготепловой обработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. П о п о в а Е. П. Микроструктура зерна и семян. — М.: Колос, 1979. — 224 с.

2. В о л ь ф В. Ультраструктура сои и ее связь с переработкой / Белки семян зерновых и масличных культур: Пер. с англ. Н.А.Емельяновой и А.Г.Тихоновой / Под ред. Б.П.Плешкова. — М.: Колос, 1977. — С. 230—240.

3. А ф а н а с ь е в В. А.. Е г о р о в Г. А. Влияние инфракрасного нагрева на микроструктуру зерна ячменя //Технология, механизации и автоматизация производственных процессов на комбикормовых предприятиях: Сб. науч. тр. — М.: ВНИИ комбикорм, пром-сти. — 1983. — Вып. 22. — С. 1—7.

Кафедра технологии

и комбикормов Поступила 01.10.92

664.715.016.8:633.11

О ВЛИЯНИИ ФОРМЫ БОРОЗДКИ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ

О.Ф. КУДИНОВА, Я.Ф. МАРТЫНЕНКО, Э.Е. ВДОВКИН, В.В. КОСТИН

Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко

Вырабатываемая в настоящее время на мель- пшеницы, отнесенные к VI типу. Они характери-

ницах хлебопекарного помола макаронная мука зуются рядом особенностей анатомического стро-

(крупка и полукрупка) из сортов мягкой пшеницы ения, физико-химических и биохимических

обладает низкими технологическими свойствами, свойств, которые обусловливают мукомольные

В КНИИСХ выведены новые сорта озимой твердой свойства зерна.

Ц«

!Г.Ъ

ГмЯ

Аф

а ИЙ — \

ПГлЛ ;

соде 1, ап ^сгг И ■: I ка ц

ПП121

Нгм*

Ешр&с.

А,1ь1

флич

.тл :&■

Срцл

Нстй!

Ь\:а>.т

■Килдл

г

Дш'И]

ц

ройсгл

олр'яр) ■IV;- ие Х:?НГ-мч -|3; .Л.!- и -1"-: ср:

ИГСИЫЬ.

чониц |

ы

нтЯ

ни я Г.<| ГС- '.И- I

Па1

ре:1>,1ЬТ