Зерно, поврежденное клопом черепашкой - не приговор

Важной проблемой любого элеватора и зерноперерабатывающего предприятия является необходимость хранения и переработки некондиционного зернового материала, появляющегося вследствие поражения вредителями, повреждения при уборке и начальной обработке урожая, а также испорченного другим путем до поступления на производство. Одной из самых болезненных проблем этого спектра является поражение зерна клопом-черепашкой. В частности, это касается важнейшего продовольственного ресурса - зерна пшеницы. Повреждение зерна клопом-черепашкой приводит к резкому ухудшению потребительских свойств пшеницы, влияет на стоимость и технологические показатели. А это, в свою очередь, характеризует условия хранения такого сырья, особенности его переработки и качество готовой продукции, изготовленной с его использованием.

Как минимизировать потери при повреждении зерна пшеницы клопом-черепашкой?

Клопы-черепашки повреждают злаковые культуры в течение вегетативного периода. Поврежденное зерно на стадии окончательного созревания становится плоским, сморщенным, а при хранении в нем, как и во время созревания, продолжаются нежелательные процессы, связанные с нарушением функционирования ферментативных комплексов, которые приводят к снижению его качества. Ухудшение технологических свойств зерна влияет на показатели качества полученных из такого зерна полуфабрикатов и готовых изделий, и, следовательно, на экономические составляющие производственно-товарных цепочек. Использование муки, полученной из поврежденного зерна, затрудняет технологические процессы производства продукции, так как под действием протеолитических ферментов, которые вводятся вредителями в зерно, происходит частичное или полное разрушение высокомолекулярных белковых структур и снижаются выход и качество клейковины. Кроме того, в такой муке, рядом с некондиционными свойствами, наблюдается повышенная активность не только протеолитических, но и амилолитических ферментов, что еще больше усложняет процессы производства качественных продуктов питания.

Для улучшения свойств поврежденного клопом-черепашкой зерна пешеницы и произведенной из него муки прибегают к определенным мероприятиям, однако они недостаточно эффективны. Именно поэтому исследования, направленные на разработку способов улучшения качества поврежденного клопом-черепашкой зерна и продуктов его переработки, является важными научными и практическими задачами, решение которой позволит уменьшить убытки зернохранилищ, зерноперерабатывающих и хлебопекарских предприятий.

При хранении зерна, поврежденного клопом-черепашкой, в семенах возникают процессы, приводящие к ухудшению его качества, связанные с действием протео- и амилолитических ферментов. Под действием очень сильного гидролитического фермента - триптазы - разрушается белок, который содержится в эндосперме зерна пшеницы. Ферменты, входящие в состав слюны вредителя, могут гидролизовать не только белки, но и углеводы зерна, подвергающиеся воздействию чрезвычайно активных амилаз. В муке во время замешивания теста указанные ферменты активизируются и начинают негативно влиять на его технологические свойства, в частности, расщеплять белковые молекулы. В результате клейковина, содержащая высокомолекулярные белковые структуры, теряет свои упруго-эластичные свойства, становится липкой, тянется, а также приобретает серый или темно-серый цвет. Резко снижается содержание общего и белкового азота, повышается протеолитическая активность, возрастает содержание водо-, спирторастворимых и не осаждающихся трихлоруксусной (ТХУ) кислотой азотных веществ. Следует отметить, что ТХУ не осаждает продукты распада белка с низким молекулярным весом, например, пептоны, пептиды и аминокислоты. Установлено, что в зерне, пораженном клопом-черепашкой, увеличивается в 3,5 раза протеолитическая активность (138,5% по сравнению с 45,39% в нормальном зерне) и в 1,5 раза повышается содержание свободных аминокислот.

Кроме того, в пораженном зерне резко увеличивается микробиологическая загрязненность, возникают глубокие физиологические изменения, влияющие на повышение интенсивности дыхания пораженного зерна при хранении и на снижение посевных качеств семян, в частности, энергии прорастания. Сильная пшеница при содержании в ней 3-4% пораженного зерна переходит в слабую группу. Таким образом, в снижении качества зерна, пораженного клопом-черепашкой, главную роль играет повышение активности гидролитических ферментов, в частности, протеолитических, а также заметное нарушение функционирования других ферментных систем. В результате меняются физиологические процессы синтеза и формирования зерна, особенности которых в дальнейшем влияют на ход процессов во время хранения поврежденного зерна и его переработки.

Хранение зерна пшеницы, поврежденного клопом-черепашкой

Сегодня разработаны рекомендации по режимам обработки и хранения, которые способствуют стабильному хранению зерновой массы, поврежденной клопом-черепашкой. Они сводятся к необходимости максимального обезвоживания таких семян и, по возможности, - дальнейшего хранения в охлажденном состоянии. Благодаря этому удается затормозить все физиологические и ферментативные процессы в зерне в течение его хранения. Следует отметить, что такой подход не является решением проблемы негативного воздействия ферментов и позволяет лишь затормозить их деструктивное влияние на определенное время. Поэтому следует иметь в виду, что при дальнейшем изменении режимов хранения такого зерна, его транспортировки или других технологических операций, процесс ухудшения показателей качества поврежденной пшеницы достаточно интенсивно возобновляется.

Хранение зерна пшеницы, поврежденного клопом вредной черепашкой

В перерабатывающей промышленности для улучшения свойств поврежденной клопом-черепашкой пшеницы перед его помолом на муку рекомендуют увлажнять зерно и прогревать до температуры 75 ... 80°С в течение 30 мин или увлажнять в течение 5 мин в горячей воде 80°С с последующей сушкой при температуре 30. ..35°С. В результате прогревания ферменты частично инактивируются, качество клейковины улучшается и, соответственно, улучшается качество хлеба. Есть и другие способы гидротермической обработки пораженного зерна, но все они требуют дополнительного оборудования и технологических приемов, используемых на мукомольных предприятиях. Считается целесообразным при подготовке пораженной пшеницы к помолу использовать комбинированную воздушно-ситовую сепарацию для удаления легчайших зерновок из партии.

Интересна современная обработка зерна пшеницы с использованием увлажнения до 15-19,4%. После этого формируют партию поврежденного зерна массой около 50 т и обрабатывают ее тепло- воздушной смесью в течение 1,5-5 с, обеспечивая нагрев зерна до температуры 55 ... 75°С. Температуру теплоповоздушной смеси рекомендуют поддерживать в пределах 450 ... 600°С, а после обработки - охлаждать зерно до температуры окружающей среды. Как утверждают авторы, техническим результатом использования этого способа является то, что удается получить зерно, которое по своим технологическим свойствам, несмотря на повреждения клопом-черепашкой, может храниться длительное время.

Учитывая это, очень актуальны вопросы разработки высокоэффективных и экономически целесообразных способов, позволяющих обеспечить противодействие последствиям поражения зерна пшеницы клопом-черепашкой. Это будет способствовать улучшению технологических свойств такого зерна во время его хранения и переработки. Любые новые способы, простые и универсальные в использовании, должны способствовать не только эффективному хранению зернового сырья, но и давать возможность улучшить некоторые технологические, физико-химические, потребительские и экологические характеристики зерновой массы, поврежденной клопом-черепашкой. Среди этих способов наиболее перспективным, по мнению многих исследователей, является использование озона и воздуха, обогащенного озоном, основным действующим веществом которых является наиболее экологически чистый элемент - кислород.

Озон - самая активная форма кислорода и вместе с ним входит в состав газовой смеси, формирующей воздух. Поэтому условно можно назвать воздух с искусственно увеличенной частью озона в нем активной формой воздуха (АФВ) или использовать для этого широко известный термин - озоно-воздушная смесь (ОВС). Продукты распада озона не загрязняют окружающую среду и не приводят к образованию канцерогенных веществ в отличии от окисления хлором или фтором.

Ре­зуль­та­ты исследования улцчшение качества пшеницы, поврежденной клопом вредной черепашкой

Основным направлением проведенных исследований было изучение влияния АФВ на биополимеры растительного происхождения (БРП) - зерна, муки, для улучшения существующих и разработки новых технологических режимов, направленных на улучшение качества и безопасности растительного сырья при обработке, переработке и хранении зерна. Проведенные в лабораторных и производственных условиях исследования позволили отработать режимы обработки зерновой массы ОВС. В то же время важнейшим критерием обработки считали качество и безопасность полученной продукции.

Анализ результатов изучения влияния озона в составе ОВС при воздействии его на зерно пшеницы позволил определить механизм воздействия этого окислителя на компоненты зерна, что, в свою очередь, позволило разработать ряд инновационных технологий, которые помогут повысить качество пшеницы, поврежденной клопом вредной черепашкой. Было установлено, что при определенных режимах обработки ОВС зерна пшеницы удается повлиять на показатели качества зерновой массы, например, улучшить перевариваемость компонентов зерна (повысить его пищевую и кормовую ценность). Это производит благоприятное воздействие при переработке зерна на продукты питания или корм и осуществляется путем направленного воздействия на белковую составляющую. Благодаря использованию отработанных режимов обработки пшеницы ОВС удается увеличить количество растворимой фракции низкомолекулярного белка в 1,5-2 раза благодаря расщеплению высокомолекулярных белковых структур зерна. Следует отметить, что при этом, как и при активном действии протеолитических ферментов, возникают процессы глубокой деструкции высокомолекулярных белковых структур, соответственно, возрастает содержание водо-, спирторастворимых и не осажденных ТХУ азотсодержащих веществ, но эти процессы имеют одно отличие - в течение такой обработки почти полностью инактивируется действие самих ферментов.

Эти особенности влияния ОВС использовали при разработке другой технологии, которая позволяет повысить хлебопекарные свойства муки, полученной из обработанного ОВС (при менее жестких режимах, чем в предыдущем примере) зерна пшеницы, благодаря улучшению качества и выхода клейковины в муке. Такой эффект достигается благодаря частичной, направленной деструкции высокомолекулярных белков, которые являются основной составляющей клейковины. Под действием озона происходят количественные изменения белковой фракции, приводит частичный разрыв плотной белковой цепи. Благодаря такой частичной деструкции структура высокомолекулярного белкового комплекса становится более растянутой, что помогает ему при контакте с водой впитывать и удерживать большее количество влаги, увеличивая таким образом выход клейковины. Следует отметить, что в таком случае при отработке оптимальных режимов обработки ОВС для достижения указанной цели, наряду с применением ОВС, использовали низкотемпературные режимы обработки. Такой подход позволяет замедлить биохимические процессы, протекающие в зерне во время реакции его с озоном и предотвратить сильную деструкцию белкового комплекса под действием гидролитических ферментов. Низкие температуры обработки помогли удерживать изменения в нужных пределах. В этой технологии использовали особенности влияния озона на ферментативные комплексы, в частности на суммарную амилолитическую активность и активность отдельных амилолитических и протеолитических ферментов. Другими словами, при разработке этой технологии был отработан режим, способствующий снижению суммарной амилолитической активности в зерне пшеницы за счет уменьшения a-амилазной и b-амилазной активности. Кроме того, использовали влияние низкой температуры ОВС и ее окислительного действия на снижение протеазной активности. В результате этого удалось направить действие протеаз на частичное расщепление белковых веществ, при котором происходят конформационные и другие изменения структуры белковых молекул, образуются низкомолекулярные белки и фракции, которые способствуют удержанию влаги.

Благодаря полученным результатам удалось определить факторы, влияющие на активность ферментативного комплекса пшеницы, в частности, установить закономерности влияния температуры, влажности и окислительного действия озона, способствующие замедлению и интенсификации ферментативной активности белковых и углеводных комплексов зерна пшеницы. На основе этих закономерностей определены оптимальные режимы обработки зерновой массы с примесью пораженного клопом-черепашкой зерна в количестве 10 (± 0,5)% для устранения негативных последствий повреждения пшеницы этим вредителем. Следует отметить, что для экспериментов использовали зерно пшеницы, большая часть которого получила повреждения клопом течение поздней восковой спелости. Такой выбор материала связан с тем, что именно при поражении зерна в течение поздней восковой спелости ферменты, содержащиеся в слюне вредителя, оказывают наиболее отрицательное влияние на качественные характеристики пораженного зерна во время его хранения. Перед проведением исследования зерновая масса, в соответствии с действующими рекомендациями по режимам обработки и хранения пораженного зерна, была обезвожена к общей средней влажности зерна 12%. После этого сухую и охлажденную до средней температуры (10±1)°С зерновую массу пшеницы продували ОВС с температурой смеси (4±1)°С и массовой долей озона в ней (8,5±1) мг/м3, в течение (18±0,1) мин.

Для проверки влияния указанного режима обработки и проведения анализа полученных в ходе эксперимента результатов до и после обработки зерновой массы ОВС были отобраны образцы контрольной и опытной партий. Кроме того, для определения изменений характеристик зерна, из обработанной (опыт) и необработанной (контроль) партий при хранении были созданы условия для хранения указанных (опытной и контрольной партий) зерновых масс. В течение всего срока исследования зерно из обеих партий хранили при одинаковых условиях, но в отдельных емкостях. Образцы для определения характеристик обеих партий (опытной и контрольной) отбирали одновременно: до обработки, сразу после обработки, после 7 и 14 суток хранения соответственно. Кроме того, для получения возможности сравнения поврежденной и неповрежденной вредителем пшеницы отобрали образец зерна, который состоял из зерна той же партии, но на 100% неповрежденного и полностью «здорового».

Вывод

На основании серии этих лабораторных экспериментальных исследований установлено перспективное направление использования озоновых технологий в перерабатывающей и пищевой промышленности для хранения и переработки зерна, а так же улучшения качества зерна пшеницы, поврежденной клопом-черепашкой. Разработан инновационный подход противодействия последствиям поражения зерна пшеницы клопом-черепашкой с использованием современного экологически чистого средства - ОВС. Комплексный подход к изучению качественных характеристик неповрежденной (здоровой), поврежденной клопом, а также поврежденной и обработанной ОВС зерновой массы пшеницы, позволил доказать эффективность использования предложенного способа для улучшения технологических и физико-химических показателей партии зерна, что важно для дальнейшего гарантированного хранения и эффективной переработки его на продукты питания.

Выявлено, что обработка ОВС в 1,5 раза (почти до нормы) уменьшает протеазную активность, растет в поврежденном зерне. Амилолитическая активность также уменьшается на 30-33%. При этом уменьшаются как суммарная, так и a- и b-амилазная активности. В зерне, поврежденном клопом-черепашкой и обработанном ОВС, содержание клейковины в значительной мере не меняется и ее упруго-эластичные свойства не ухудшаются.

Г. Станкевич, д-р тех. наук, профессор, Одесская национальная академия пищевых технологий,

Ю. Сухенко, д-р тех. наук, профессор,  

В. Василив, канд. тех. наук, доцент,

А. Бабков, канд. тех. наук, асистент,

Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, 

С. Кудашев, канд. тех. наук, ст. на­учн. сотрудник, 

Одесский национальный политехнический университет