Зерно, пошкоджене клопом черепашкою - не вирок
Збільшення термінів зберігання і якісних показників зерна пшениці, ураженої клопом-черепашкою, під впливом озонованого повітря.
Важливою проблемою будь-якого елеватора і зернопереробного підприємства є необхідність зберігання та переробки некондиційного зернового матеріалу, що з’являється внаслідок ураження шкідниками, пошкодження при збиранні й початковій обробці врожаю, а також зіпсованого іншим шляхом до надходження на виробництво. Однією з найболючіших проблем цього спектра є ураження зерна клопом-черепашкою. Зокрема, це стосується найважливішого продовольчого ресурсу — зерна пшениці. Пошкодження зерна клопом-черепашкою призводить до різкого погіршення споживчих властивостей пшениці, що впливає на вартість і технологічні показники. А це, своєю чергою, характеризують умови зберігання такої сировини, особливості її переробки і якість готової продукції, виготовленої з його використанням.
Як мінімізувати втрати при пошкодженні зерна клопом-черепашкою?
Клопи-черепашки ушкоджують злакові культури протягом вегетативного періоду. Пошкоджене зерно на стадії остаточного дозрівання стає плюсклим, зморщеним, а під час зберігання в ньому, як і під час дозрівання, тривають небажані процеси, пов’язані з порушенням функціонування ферментативних комплексів, які призводять до зниження його якості. Погіршення технологічних властивостей зерна впливає на показники якості отриманих із такого зерна напівфабрикатів і готових виробів, і, отже, на економічні складові виробничо-товарних ланцюжків. Використання борошна, отриманого з пошкодженого зерна, ускладнює технологічні процеси виробництва продукції, бо під дією протеолітичних ферментів, що вносяться шкідниками в зерно, відбувається часткове або повне руйнування високомолекулярних білкових структур і зменшується вихід та якість клейковини. Крім того, в такому борошні, поряд із некондиційними властивостями, спостерігається підвищена активність не лише протеолітичних, а й амілолітичних ферментів, що ще більше ускладнює процеси виробництва якісних продуктів харчування.
Для поліпшення властивостей пошкодженого клопом-черепашкою зерна й виробництва з нього борошна вдаються до певних заходів, проте вони не досить ефективні. Саме тому дослідження, спрямовані на розробку способів поліпшення якості пошкодженого клопом-черепашкою зерна і продуктів його переробки, є важливим науковим і практичним завданням, вирішення якого дасть змогу зменшити збитки зернозберігаючих, зернопереробних та хлібопекарських підприємств.
За зберігання зерна, пошкодженого клопом-черепашкою, у насінні виникають процеси, що призводять до погіршення його якості, пов’язані з дією протео- й амілолітичних ферментів. Під дією дуже сильного гідролітичного ферменту — триптази — руйнується білок, який міститься в ендоспермі зерна пшениці. Ферменти, що входять до складу слини шкідника, можуть гідролізувати не лише білки, а й вуглеводи зерна, що піддаються дії надзвичайно активних амілаз. У борошні під час замішування тіста зазначені ферменти активізуються і починають негативно впливати на його технологічні властивості, зокрема, розщеплювати білкові молекули. Внаслідок цього клейковина, що містить високомолекулярні білкові структури, втрачає свої пружно-еластичні властивості, стає липкою, тягнеться, а також набуває сірого чи темно-сірого кольору. Різко знижується вміст загального та білкового азоту, підвищується протеолітична активність, зростає вміст водо-, спирторозчинних і не осадних трихлороцтовою (ТХО) кислотою азотних речовин. Слід зазначити, що ТХО не осаджує продукти розпаду білка з низькою молекулярною вагою, наприклад, пептони, пептиди й амінокислоти. Встановлено, що в зерні, ураженому клопом-черепашкою, збільшується в 3,5 разу протеолітична активність (138,5% порівняно з 45,39% у нормальному зерні) і в 1,5 разу підвищується вміст вільних амінокислот.
Крім того, в ураженому зерні різко збільшується мікробіологічна забрудненість, виникають глибокі фізіологічні зміни, що впливають на підвищення інтенсивності дихання ураженого зерна під час зберігання і на зниження посівних якостей насіння, зокрема, енергії проростання. Сильна пшениця за вмісту в ній 3–4% ураженого зерна переходить у слабку групу. Таким чином, у зниженні якості зерна, ураженого клопом-черепашкою, головну роль відіграє підвищення активності гідролітичних ферментів, зокрема, протеолітичних, а також помітне порушення функціонування інших ферментних систем. Унаслідок цього змінюються фізіологічні процеси синтезу і формування зерна, особливості яких у подальшому впливають на перебіг процесів під час зберігання пошкодженого зерна і його переробки.
Сьогодні розроблено рекомендації щодо режимів обробки і зберігання, які сприяють стабільному зберіганню зернової маси, пошкодженої клопом-черепашкою. Вони зводяться до необхідності максимального зневоднення такого насіння і, за можливості, — подальшого зберігання в охолодженому стані. Завдяки цьому вдається загальмувати всі фізіологічні і ферментативні процеси в зерні протягом його зберігання. Слід наголосити, що такий підхід не є вирішенням проблеми негативної дії ферментів і дає змогу лише загальмувати їхню деструктивний вплив на певний час. Тому слід мати на увазі, що за подальшої зміни режимів зберігання такого зерна, його транспортування або інших технологічних операцій, процес погіршення показників якості пошкодженої пшениці досить інтенсивно відновлюється.
У переробній промисловості для поліпшення властивостей пошкодженого клопом зерна перед його помелом на борошно рекомендують зволожувати зерно і прогрівати до температури 75...80°С протягом 30 хв або зволожувати впродовж 5 хв у гарячій воді за 80°С із подальшим сушінням за температури 30...35°С. У результаті прогрівання ферменти частково інактивуються, якість клейковини поліпшується і, відповідно, покращується якість хліба. Є й інші способи гідротермічної обробки ураженого зерна, але всі вони пов’язані з використанням додаткового обладнання і технологічних прийомів, використовуваних на борошномельних підприємствах. Вважають за доцільне під час підготовки ураженої пшениці до помелу використовувати комбіновану повітряно-ситову сепарацію для видалення найлегших зернівок із партії.
Цікавою є сучасна обробка зерна пшениці з використанням зволоження до 15,0–19,4%. Після цього формують партію пошкодженого зерна масою близько 50 т і обробляють її тепло-повітряною сумішшю протягом 1,5–5,0 с, забезпечуючи нагрівання зерна до температури 55...75 °С. Температуру теплоповітряної суміші рекомендують використовувати в межах 450...600 °С, а після обробки — охолоджувати зерно до температури навколишнього середовища. Як стверджують автори, технічним результатом використання цього способу є те, що вдається отримати зерно, яке за своїми технологічними властивостями, попри ушкодження клопом-черепашкою, може зберігатися тривалий час.
Зважаючи на це, дуже актуальними є питання розробки високоефективних і економічно доцільних способів, що дають змогу забезпечити протидію наслідкам ураження зерна пшениці клопом-черепашкою. Це сприятимуть поліпшенню технологічних властивостей такого зерна під час його зберігання і переробки. Будь-які нові способи, прості й універсальні у використанні, мають сприяти не лише ефективному зберіганню зернової сировини, а й давати змогу покращити деякі технологічні, фізико-хімічні, споживчі й екологічні характеристики зернової маси, пошкодженої клопом-черепашкою. Серед цих способів найперспективнішим, на думку багатьох дослідників, є використання озону й повітря, збагаченого озоном, основною діючою речовиною яких є найбільш екологічно чистий елемент — кисень.
Озон — активніша форма кисню і разом з ним входить до складу газової суміші, яка формує повітря. Тому умовно можна назвати повітря зі штучно збільшеною частиною озону в ньому активною формою повітря (АФП) або вживати для цього широковідомий термін — озоно-повітряна суміш (ОПС). Продукти розпаду озону не забруднюють довкілля і не призводять до утворення канцерогенних речовин на відміну від окислення хлором або фтором.
Результати дослідження
Основним напрямом проведених досліджень було вивчення впливу АФП на біополімери рослинного походження (БРП) — зерна, борошна, задля поліпшення існуючих і розробки нових технологічних режимів, спрямованих на покращання якості та безпеки рослинної сировини за обробки, переробки і зберігання зерна. Проведені в лабораторних і виробничих умовах дослідження дали змогу відпрацювати режими обробки зернової маси ОПС. Водночас найважливішим критерієм обробки вважали якість і безпеку отриманої продукції.
Аналіз результатів вивчення впливу озону в складі ОПС, за впливу його на зерно пшениці, дали змогу визначити механізм впливу цього окислювача на компоненти зерна, що, своєю чергою, дало можливість розробити низку інноваційних технологій. Було встановлено, що за певних режимів обробки ОПС зерна пшениці вдається вплинути на показники якості зернової маси, наприклад, поліпшити перетравність компонентів зерна (підвищити його харчову і кормову цінність). Це справляє сприятливу дію під час переробки зерна на продукти харчування або корм і здійснюється шляхом спрямованого впливу на білкову складову. Завдяки використанню відпрацьованих режимів обробки пшениці ОПС вдається збільшити кількість розчинної фракції низькомолекулярного білка в 1,5–2,0 рази завдяки розщепленню високомолекулярних білкових структур зерна. Слід зазначити, що при цьому, як і за активної дії протеолітичних ферментів, виникають процеси глибокої деструкції високомолекулярних білкових структур, відповідно, зростає вміст водо-, спирторозчинних і не осаджених ТХО азотовмісних речовин, але ці процеси мають одну відмінність — протягом такої обробки майже повністю інактивується дія самих ферментів.
Ці особливості впливу ОПС використали під час розроблення іншої технології, що дає змогу підвищити хлібопекарські властивості борошна, отриманого з обробленого ОПС (за менш жорстких режимів, ніж у попередньому прикладі) зерна пшениці. Завдяки поліпшенню якості й виходу клейковини в борошні. Такий ефект досягається завдяки частковій, спрямованій деструкції високомолекулярних білків, які є основною складовою клейковини. Під дією озону відбуваються кількісні зміни білкової фракції, яка зумовлює частковий розрив щільного білкового ланцюга. Завдяки такій частковій деструкції структура високомолекулярного білкового комплексу стає розтягнутішою, що допомагає йому під час контакту з водою всмоктувати й утримувати більшу кількість вологи, збільшуючи таким чином вихід клейковини. Слід зазначити, що в такому разі за відпрацювання оптимальних режимів обробки ОПС для досягнення зазначеної мети, поряд із застосуванням ОПС, використали низькотемпературні режими обробки. Такий підхід дає змогу уповільнити біохімічні процеси, що перебігають у зерні під час реакції його з озоном, і запобігти сильнішій деструкції білкового комплексу під дією гідролітичних ферментів. Низькі температури обробки допомогли утримувати зміни в потрібних межах. У цій технології використали особливості впливу озону на ферментативні комплекси, зокрема на сумарну амілолітичну активність і активність окремих амілолітичних та протеолітичних ферментів. Іншими словами, за розробки цієї технології було відпрацьовано режим, який сприяє зниженню сумарної амілолітичної активності в зерні пшениці за рахунок зменшення a-амілазної і b-амілазної активності. Крім того, використали вплив низької температури ОПС та її окисної дії на зниження протеазної активності. В результаті цього вдалося скерувати дію протеаз на часткове розщеплення білкових речовин, за якого відбуваються конформаційні та інші зміни структури білкових молекул, утворюються низькомолекулярні білки і фракції, які сприяють утриманню вологи.
Завдяки отриманим результатам, удалося визначити фактори, що впливають на активність ферментативного комплексу пшениці, зокрема, встановити закономірності впливу температури, вологості й окисної дії озону, що сприяють уповільненню й інтенсифікації ферментативної активності білкових і вуглеводних комплексів зерна пшениці. На основі цих закономірностей визначено оптимальні режими обробки зернової маси з домішкою ураженого клопом-черепашкою зерна, в кількості 10(± 0,5)%, для усунення негативних наслідків пошкодження пшениці цим шкідником. Слід зазначити, що для експериментів використовували зерно пшениці, більша частина якого зазнала пошкодження клопом протягом пізньої воскової стиглості. Такий вибір матеріалу пов’язаний з тим, що саме за ураження зерна протягом пізньої воскової стиглості ферменти, які містяться у слині шкідника, чинять найнегативніший вплив на якісні характеристики ураженого зерна під час його зберігання. Перед проведенням дослідження зернову масу, відповідно до чинних рекомендацій щодо режимів обробки і зберігання ураженого зерна, було зневоднено до загальної середньої вологості зерна 12,0%. Після цього суху й охолоджену до середньої температури (10,0 ± 1,0) °С зернову масу пшениці продували ОПС із температурою суміші (4,0 ± 1,0) °С і масовою часткою озону в ній (8,5 ± 1 , 0) мг/м3, протягом (18,0 ± 0,1) хв.
Для перевірки впливу зазначеного режиму обробки та проведення аналізу отриманих під час експерименту результатів до й після обробки зернової маси ОПС були відібрані зразки контрольної і дослідної партій. Крім того, для визначення змін характеристик зерна, з обробленої (Дослід) і необробленої (Контроль) партій протягом зберігання були створені умови для зберігання зазначених (дослідної та контрольної партій) зернових мас. Протягом усього терміну дослідження зерно з обох партій зберігали за однакових умов, але в окремих ємностях. Зразки для визначення характеристик обох партій (дослідної і контрольної) відбирали одночасно: до обробки, одразу після обробки, після 7 і 14 діб зберігання, відповідно. Крім того, для отримання можливості порівняння пошкодженої і неушкодженої шкідником пшениці відібрали зразок зерна, який складався із зерна тієї ж партії, але на 100% неушкодженого і повністю «здорового».
Висновок
На підставі серії цих лабораторних експериментальних досліджень встановлено перспективний напрямок використання озонових технологій у переробній і харчовій промисловості для зберігання і переробки зерна. Розроблено інноваційний підхід протидії наслідкам ураження зерна пшениці клопом-черепашкою з використанням сучасного екологічно чистого засобу — ОПС. Комплексний підхід до вивчення якісних характеристик неушкодженої (здорової), пошкодженої клопом, а також пошкодженої і обробленої ОПС зернової маси пшениці, дозволив довести ефективність використання запропонованого способу для поліпшення технологічних і фізико-хімічних показників партії зерна, що важливо для подальшого гарантованого зберігання і ефективної переробки його на продукти харчування.
Виявлено, що обробка ОПС в 1,5 разу (майже до норми) зменшує протеазну активність, яка зростає в пошкодженому зерні. Амілолітична активність також зменшується на 30–33%. При цьому зменшуються як сумарна, так і a- і b-амілазні активності. У зерні, пошкодженому клопом-черепашкою та обробленому ОПС, вміст клейковини значною мірою не змінюється і її пружно-еластичні властивості не погіршуються.
Г. Станкевич, д-р тех. наук, професор, Одеська національна академія харчових технологій,
Ю. Сухенко, д-р тех. наук, професор,
В. Василів, канд. тех. наук, доцент,
А. Бабков, канд. тех. наук, асистент,
Національний університет біоресурсів і природокористування України,
С. Кудашев, канд. тех. наук, ст. наук. співробітник,
Одеський національний політехнічний університет