Пошкоджене і неповноцінне зерно та його використання

Зерно легко піддається впливу несприятливих зовнішніх умов, що призводить до зниження його якості та погіршення технологічних властивостей. У польових умовах не завжди можна попередити або ж послабити вплив негативних факторів. Погіршення якості зерна ускладнює його зберігання і переробку, впливає на якість готової продукції (борошна, крупи, хліба тощо).

Також варто розрізняти пошкоджене зерно у полі, під час збирання врожаю, післязбиральної доробки та за несприятливих умов зберігання. До пошкодженого зерна в польових умовах відносять зерно проросле, суховійне, пошкоджене польовими шкідниками, забруднене бур'янами, з механічними пошкодженнями, знебарвлене тощо. До пошкодженого зерна під час зберігання відносять самозігріте, проморожене, пошкоджене сушенням, шкідниками хлібних запасів, мікроорганізмами.

Зерно суховійне

Недостатнє забезпечення сільськогосподарських рослин водою, що супроводжується високою температурою (посуха), або ж дія сухих вітрів за високої денної температури і низької вологості повітря (суховії) погіршує якість зерна, знижує врожайність і може спричинити повну загибель посівів.
За дії посухи або суховію в період формування колосу, цвітіння чи на початку наливання зерно може зовсім не сформуватися. Зерно пшениці, що піддалося впливу суховію в період ранньої молочної стиглості і пізніше, стає більш або менш плосклим. Що раніше зерно зазнало впливу суховію, то більше зменшується його маса.
Залежно від ступеня стиглості зерна на момент суховію, швидкість потрапляння до нього поживних речовин знижується до 40-60%. Дія суховію полягає, в основному, у прискоренні процесу дозрівання зерна.
Основною особливістю рослин, що піддаються впливу суховію, є призупинення азотного, вуглеводного і фосфорного обміну, що, своєю чергою, призводить до плескатості і неповноцінної білковості зерна. Надходження вуглеводів у зерно утруднюється: висока температура гальмує фотосинтез і може викликати розщеплення складних цукрів. Суховійне зерно багатше за звичайне на білковий азот і клейковину та бідніше на розчинні сполуки азоту. Недостатнє надходження вуглеводів у зерно може призвести до зменшення вмісту жиру.
Із суховійного зерна можна отримати хліб задовільної якості. Шкода від суховію полягає у різкому зменшенні врожаю, зменшенні виходу борошна і крупи, оскільки відносна величина його периферійних шарів і, відповідно, висівок більша, частка борошнистого ендосперму менша, ніж у звичайного виповненого зерна через невеликі розміри зернівки.

Стікання зерна

Часто відмічають, що під час дозрівання і збирання зерно швидко і сильно «худішає», стає плюсклим, на ньому з'являються борошнисті плями, інколи рожевий наліт і чорний зародок. Це явище в різних місцевостях називають по-різному: роса медова, чорна пліснява, чорноточкова хвороба колоса і зерна, падіння натури, стікання тощо. У результаті такого явища врожай помітно зменшується, посівні та технологічні показники погіршуються.
Біохімічні процеси, що відбуваються в рослині і зернівці, розвиток мікроорганізмів та ще ціла низка причин викликають це захворювання.

Тривалі дощі, особливо на ранніх стадіях дозрівання злакових рослин, значно знижують накопичення сухих речовин у зерні та призводять до суттєвого недобору зерна. Дощовою водою із ендосперму вимиваються розчинні вуглеводи, що утворилися на ранніх стадіях накопичення крохмалю, з одночасним підвищенням витрат вуглеводів на дихання рослин. Під час затяжних дощів витрачаються не тільки вуглеводи, а й азотисті та мінеральні речовини.

В умовах вологої погоди, дуже довго не спадаючої роси і туманів під час дозрівання зерна і жнив процес стікання зерна відбувається в два етапи.

На першому етапі під дією ферментів розчіплюються білки і вуглеводи та за підвищеної вологості із зерна виділяються цукри і азотисті речовини. За інтенсивного розвитку процесу колосся і зернівки стають солодкуватими на смак (роса медова). Одночасно в зерні значно посилюється дихання, поглинається додаткова волога і більш інтенсивно проходять процеси розчинення та окислення, що за одну-три доби може призвести до значної втрати маси, погіршення посівних, технологічних та кормових якостей.

Другий етап вирізняється заселенням колосся і зерна грибами, що проявляються у вигляді чорних крапок або плям різної форми й розміру та за подальшого процесу - суцільного чорного, рідше рожево-білого, нальоту плісняви на зерні та колосі. В такому зерні можуть також накопичуватися різні токсини, що слід враховувати під час визначеня можливості використання даного зерна на продовольчі і кормові цілі.

Для захисту врожаю від стікання зерна слід збирання і післязбиральну доробку проводити в стислі строки, оптимізувати режими мінерального живлення злакових рослин, використовувати ретарданти та стійкі проти стікання і чорної плісняви сорти.

Зерно, пошкоджене клопом-черепашкою

Шкідлива черепашка пошкоджує всі зернові культури, особливо пшеницю. За сильного заселення, в роки масового розмноження, клоп-черепашка знижує врожай до 50% і більше. Пошкодження насіння, особливо в районі зародка, дає меншу кількість рослин, нижчу продуктивність стебел, меншу середню довжину колоса, меншу масу 1000 зерен, велику кількість дрібних зерен, меншу енергію проростання і схожості, слабшу клейковину.

У нашій країні це особливо актуально. А боротьба з клопом-черепашкою є серйозною народногосподарською проблемою як нашої, так і низки інших країн. Уколи клопа-черепашки в стебло і колос перед і на початку колосіння викликають недорозвинутість зерна і білоколосицю. Зерно, пошкоджене до фази воскової стиглості, зсихається і стає плюсклим. У всіх випадках врожай зменшується. Якщо зерно пошкоджується у фазі воскової стиглості, на поверхні його зазвичай з'являється темна крапка від уколу, навколо якої - різко окреслена пляма світло-жовтого кольору, зморшкувата. Ендосперм у місці уколу легко кришиться за надавлювання.

Клопи-черепашки (на 70-80%) наносять уколи в зоні зародка, що викликає зниження або ж втрату схожості. Ферменти, що вприскує шкідник в зерно, можуть розчіпляти білки і вуглеводи. При цьому зміни в пошкодженому зерні сильно впливають як на технологічні, так і на посівні якості зерна. В ньому відбуваються глибокі фізіологічні зміни: підвищується інтенсивність дихання, збільшується активність ферментів. Борошно із такого зерна має низькі хлібопекарські якості, зруйновану клейковину. В ушкодженому зерні клейковина не відмивається, у частково ушкодженому кількість її зменшується, і якість різко погіршується. Тісто стає рідким, не піднімається, під час випікання отримують хліб низької якості, невеликим об'ємом, поганою пористістю, з темною скоринкою.

Насіння соняшнику найбільш сильно пошкоджує ягідний клоп, який викликає зменшення маси 1000 зерен, знижує схожість (на 45%), різко падає олійність (до 9%), значно погіршується якість олії.

Для покращання технологічних властивостей зерна пшениці, пошкодженого клопом-черепашкою, його змішують із здоровим зерном. Однак клейковина більшості сортів легко розщеплюється під впливом ферментів клопа-черепашки, обмежуючи ефект поліпшення під час змішування, тому слід дуже обережно і тільки після детальної перевірки вводити пошкоджене зерно в суміш.

Під час підготовки пшениці до помелу доцільно використовувати повітряно-решітне сепарування для виділення найбільш легких і плюсклих зерен, що утворюються за раннього пошкодження. Встановлено, що пошкоджені клопом-черепашкою частини зерна менш міцні і за удару викришуються. На основі цих особливостей розроблено технологічну схему переробки такого зерна, за якої пошкоджені ділянки видаляються, а та частина, що залишилася, дає борошно задовільної якості. Загальний вихід борошна знижується на 2,0-2,5%, що компенсується поліпшенням якості продукції.
Якість клейковини зерна, пошкодженого клопом-черепашкою, може бути покращена термічною обробкою - нагріванням до температури 70...80°С протягом декількох годин. Добрих результатів досягають за гарячої і швидкісної гідротермічної обробки ураженого зерна.

Також за тривалого зберігання ураженого зерна, і особливо борошна, активність ферментів послаблюється, і хлібопекарські властивості дещо покращуються.

Розроблено багато методів, що дають змогу підвищити якість хліба із зерна, пошкодженого клопом-черепашкою: підвищення кислотності тіста, збільшення кількості солі в тісті, поліпшення фізичного стану клейковини тощо.
Крім того, на хлібозаводах у технологічний процес тістоутворення і випікання вносять такі зміни: готують тісто прискореним способом, щоб клейковина під час бродіння найменше піддавалася негативній дії ферментів, скорочують час розстоювання, хліб випікають за підвищеної температури, тісто готують на рідких дріжджах.
Подолання руйнівної дії клопа-черепашки на зерно під час його зберігання і переробки є другорядним завданням, а першочергове - не допустити пошкодження зерна цим шкідником у полі.

Зерно з гірким смаком і запахом

У посівах зернових часто зустрічається бур'яни: полин гіркий і полин Сіверса. Під час збирання суцвіття полину (з гіркою речовиною абсинтином) попадають в зерно, і воно набуває специфічного полинового запаху та сильної гіркоти.
За звичайної схеми помелу гіркополинове зерно дає гірке борошно, гіркота зберігається і під час випікання хліба.
Абсинтин розчиняється у спирті, ефірі і воді, добре абсорбується з води розчином активованого вугілля. З підвищенням температури розчинність абсинтину у воді зростає. Найбільша кількість абсинтину концентрується в периферійних шарах зерна. Ступінь гіркоти зерна збільшується із збільшенням його вологості. Зерно накопичує гіркоту двома шляхами: накопичення полинового пилу на поверхні зерна і проникнення в зернівку розчинного у воді абсинтину.
Механічне видалення полинового пилу (перетиранням і відвіюванням) значно знижує гіркоту зерна. Миття зерна теплою водою перед помелом дає змогу повністю видалити абсинтин із зерна. З використанням цих заходів розробленно способи очищення і розмелювання гіркополинового зерна на борошномельних заводах, що дасть можливість отримати з такого зерна нормальне за запахом і смаком борошно.

Зерно з чорним зародком

Хвороба чорний зародок уражує зерно пшениці, ячменю, жита, знижує валові збори і якість насіння. Ознаками хвороби є бурий, темно-коричневий і навіть чорний колір оболонок у місці зародка на зерні, а сам зародок при цьому часто лишається не пошкодженим.

Хворобу викликають, головним чином, гриби Alternaria teenis Nees (альтернаріоз) і рідше Helminthosporium sativum P. K. et B. (гельмінтоспоріоз). Ураження зерна цими грибами відбувається в полі під час формування і дозрівання зерна. Ураження чорним зародком насіння твердої пшениці може сягати 12-33%, м'якої - 4-24 та зустрічаються партії зерна із 50-60% уражених зерен. У пшениці з вмістом зерен з чорним зародком і вологістю до 14% вміст уражених зерен під час зберігання залишається без суттєвих змін, однак під час зберігання таких партій за умов підвищеної вологості і температури повітря в результаті прихованого ураження може відбуватися незначне збільшення кількості зерен з чорним зародком. Схожість і життєздатність ураженого зерна протягом дев'яти місяців лишається без змін.
За даними інституту харчування, зерно з чорним зародком можна використовувати на продовольчі цілі, оскільки воно нетоксичне. Одночасно велика кількість уражених зерен змінює колір борошна, погіршує його товарну цінність і хлібопекарські властивості.

Зерно з чорним зародком рекомендують зберігати не більше одного року. Розміщувати його слід залежно від вмісту уражених зерен окремо. З партій із вмістом уражених зерен відділяють для окремого зберігання партії твердої пшениці, що використовують для виготовлення макаронів з вмістом зерен з чорним зародком до 8%, а також партій м'якої пшениці, що використовується для хлібопечення, з вмістом уражених зерен до 30%. Ці партії зерна переробляють на борошно без попереднього змішування. У всіх інших випадках партії зерна з чорним зародком слід переробляти на борошно тільки в суміші з звичайним зерном.

Велике значення під час підготовки ураженого зерна до помелу має ефективна робота оббивних, щіткових машин і пневмосепарувальних пристроїв, а також віджимних колонок-мийок. Вони можуть знизити вміст зерен з чорним зародком на 40-50%.    

Фузаріозне зерно

Гриби із роду Fusarium уражують злакові рослини, що перезимували в полі, крім того, вони спричинюють загибель сходів, загнивання кореневої системи, потемніння і в'янення листя, безплідність колосу, погіршення якості зерна. З ними пов'язане утворення плюсклого, легковагого, а також отруйного зерна.

Явно фузаріозні зерна зазвичай плюсклі і нежиттєздатні. Грибниця фузаріуму пронизує повністю всю зернівку, що відбувається в результаті глибокого ураження насіння за раннього пошкодження колосся у полі, у фазі молочної і початку воскової стиглості. За прихованої форми ураження грибниця поширюється в зовнішніх шарах зернівки (у плодовій і насіннєвих оболонках). Вона проявляється у разі пізнього ураження або слабораннього ураження колосу «на корені», а також за інфекції насіння під час збирання або ж під час зберігання за підвищеної вологості.
Дослідження, проведенні як у нас, так і за кордоном, свідчать, що мікотоксини, які продукують гриби роду Fusarium, є найпоширенішими у світі мікотоксинами.

У практиці використання зерна, пошкодженого фузаріозом, застосовують змішування його з партіями здорового зерна. Кількість фузаріозного зерна, що його додають до нормального, розраховується залежно від ступеня ураженості зерна в даній партії. Одні вважають, що для харчового зерна максимум фузаріозного ураження - це 3-5%, інші знаходять можливість отримувати хліб за додавання до борошна із здорового зерна до 15% борошна із зерна, ураженого фузаріозом. Для годування тварин із використанням фузаріозного зерна його в невеликій кількості добавляють до здорового.

До заходів боротьби з фузаріозом відносять: очищення і передпосівну обробку насіння, своєчасне збирання хлібних злаків, їхнє обмолочування і сушіння, протруювання насіння тощо. Багато грибів роду Fusarium - сапрофіти, тому вони можуть розвиватися на зерні після його збирання і під час зберігання, одночасно пошкоджуючи здорові зерна. За сильного ступеня розвитку гриба під час зберігання міцелій, що розростається, може цементувати всю масу зерна у щільні грудки. Зерно, зібране під час дощу або уражене грибом, не можна змішувати зі здоровим і слід зберігати окремо.
Рожево-червоний колір зерна не завжди є ознакою ураження фузаріозом. Встановлено, що рожевий і червоний колір зерна може спричинювати стерильний міцелій Ордина грибного походження. За замочування рожево-червоні зерна швидко втрачають колір, вода стає рожевою. За підозри на фузаріозне походження рожевого кольору зерен відбирають проби і направляють в санепідемстанцію або ветеринарну лабораторію для токсикологічного аналізу. У такому разі партію зерна використовують залежно від отриманого висновку.

Наявність у партіях зерна пшениці і жита з рожевим кольором зерен нефузаріозної природи не відбивається на їхніх біохімічних і технологічних властивостях. Зерно з ознаками фузаріозу і вмістом рожевих зерен понад 1% не можна використовувати на продовольчі цілі. Таке зерно, якщо воно виявиться нетоксичним, за висновками ветеринарної та санітарної лабораторій, використовують на фураж, а якщо воно токсичне - на технічні цілі.

Зерно, пошкоджене сушінням

Правильно проведене сушіння насіннєвого зерна (наприклад, з вологістю до 25% за температури агента сушіння 70°С і середньої температури зерна не вище 45°С) не тільки не погіршує його посівні якості, а, навпаки, значного покращує схожість і енергію проростання. Сушіння продовольчого зерна з вологістю до 22% за температури агента сушіння не більше 120°С за одноступеневого режиму і 110/130°С - за двоступеневого режиму також не погіршує хлібопекарські якості, а в більшості випадків дещо поліпшує їх.

Проте на практиці часто спостерігається порушення встановлених режимів сушіння, особливо нерівномірне нагрівання зерна в гарячій камері, що призводить до пошкодження зерна. Найбільшу нерівномірність температури зернової маси відзначають у шахтних сушарках. За неправильного сушіння зерно може бути повністю зіпсоване: колір ендосперму - від коричневого до чорного. Таке зерно належить до смітної домішки і для виробництва борошна та крупи не придатне.
Зерно, частково пошкоджене сушінням, зі зміною кольору оболонок і ендосперму (від кремового до світло-коричневого) відносять до зернової домішки. Також зерно може бути пошкоджене високою температурою і без явних ознак псування. При цьому воно частково або повністю втрачає свої насіннєві якості та погіршує технологічні показники. В пшеничному борошні із зерна, пошкодженого сушінням, зменшується кількість клейковини, а за сильного ушкодження - вона зовсім не відмивається. Властивості клейковини різко змінюються: вона характеризується низькою вологоємністю, майже повністю втрачає здатність до розтягування.

Хліб, випечений із борошна, отриманого із неправильно висушеного зерна пшениці, отримують зі значно зниженим об'ємом, слабо розвинутою і товстостінною пористістю, блідою шкоринкою. Все це результат денатурації білків і інактивації ферментів.

У зерносушарках деяких типів паливом слугує кам'яне вугілля. За його згоряння утворюються продукти неповного згоряння і сірчистий ангідрид з неприємним задушливим запахом, який легко передається зерну. Сірчистий ангідрид легко взаємодіє з білками і викликає зменшення кількості клейковини (на 2-3%), погіршує її якість (клейковина стає липкою, слабоеластичною).

За сушіння зерна топковими газами слід використовувати вугілля з мінімальною кількістю сірки (до 1,5-2%). Особливо це важливо під час висушування сирого зерна і за умов високої відносної вологості повітря. Критична температура сушіння зерна - 40...45°С. За дальшого підвищення температури борошномельні властивості зерна погіршуються, підвищується зольність і знижується вихід борошна. За збільшення температури сушіння клейковина укріплюється, стає крихкою і за температури 85°С перестає відмиватися через повну денатурацію білків. Резистентність білкових речовин зі збільшенням температури постійно зростає в результаті їхнього теплового ущільнення.
Найефективніший спосіб покращання зерна, пошкодженого сушінням, - змішування його перед розмелювання або змішування вже отриманого борошна з відповідною кількістю борошна нормальної якості. Додавання 25-50% пересушеного зерна до слабкої пшениці дещо укріплює клейковину, одночасно зменшується розпливчастість подового хліба. Додавання пересушеного зерна до сильної пшениці в кількості 25% і більше за всіма показниками погіршує якість хліба. Тому використовувати зерно, зіпсоване сушінням, змішуючи його з нормальним, слід дуже обережно, детально попередньо перевіряючи.

Наявні данні про можливість накопичення в зерні поліциклічних ароматичних вуглеводнів (бензпирен і ін.), що мають канцерогену дію. Основним джерелом появи бензпирену в зерні є забруднена атмосфера, вода, грунт і використання деяких канцерогенних пестицидів. Додатковим джерелом канцерогенних речовин можуть бути деякі технологічні операції під час збирання, післязбиральної доробки, зберігання та переробки зерна. Забруднення зерна можливе і під час сушіння за прямого контакту продуктів горіння палива із зерном.

Для попередження потрапляння канцерогенних вуглеводнів у зерно під час сушіння слід у зерносушарках, замість твердого палива, використовувати рідке і газоподібне та чітко дотримувати розрахованих режимів спалювання палива.
З усіх факторів, що впливають на збільшення кількості бензпирену, найбільше значення має тривалість контакту зерна з продуктами горіння. Найкращі умови в такому разі створюються під час сушіння зерна в підвішеному стані, за рециркуляційного сушіння.  Для запобігання зниженню якості зерна під час сушіння використовують висушування навколишнім повітрям методом активного вентилювання з урахуванням волого-температурних параметрів повітря і зернової маси, а також попередньо нагрітого повітря, яке використовують з цією метою.

Зерно проморожене

Суттєва частина запасів зерна в нашій країні під час зберігання піддається впливу мінусових температур. При цьому створюються сприятливі природні умови для тривалого зберігання зерна. За низьких температур в зерні різко уповільнюються біологічні процеси, знижується або ж майже призупиняється життєдіяльність шкідників і мікрофлори, що забезпечує добру збережуваність зерна.
Насіннєві властивості сухого зерна (вологість - не більше 14-16%) під час зберігання у промороженому стані не знижуються. Однак на зерно вологе і сире мінусові температури діють згубно: знижуються схожість та енергія проростання. Що вища вологість і нижча температура зберігання, то більшою мірою погіршуються посівні якості зерна.
У промороженого зерна погіршуються і технологічні властивості. Вміст клейковини дещо знижується, клейковина при цьому стає міцнішою, гідратаційні властивості її зменшуються. За умов заморожування до -20°С і нижче в клейковинному білку відбувається часткова денатурація. За переробки промороженого зерна спостерігається зменшення виходу борошна високих гатунків і зниження його якості, що погіршує виробничі показники борошномельних заводів і рентабельність.
Для поліпшення технологічних властивостей зерна пшениці його перед розмелюванням слід прогріти до температури не нижче плюс 15°С. За таких умов майже повністю відновлюються технологічні властивості зерна. Такого ж результату можна досягти за допомогою гідротермічної обробки насіння.

Самозігрівання зерна

За несприятливих умов зберігання, особливо за підвищеної вологості і значної засміченості, в зерні починається процес самозігрівання, за якого його температура може піднятися до 55...65°С, а інколи і до 70...75°С. Головна причина самозігрівання - тепло, що виділяється в результаті дихання зерна і мікроорганізмів, а також низька теплопровідність зернової маси.

Технологічні властивості зерна пшениці змінюються залежно від температури і тривалості самозігрівання. Зерно в початковій стадії самозігрівання набуває солодового запаху та смаку, властивого пророслому зерну. Зовнішні плівки зерна починають знебарвлюватися, а потім стають червонуватого кольору. Ендосперм набуває сірого відтінку. Зерно із солодовим запахом має підвищений вміст моноцукрів, підвищену кислотність. Борошно із такого зерна містить велику кількість оболонок і характеризується підвищеною активністю ферментів, а хліб має темніший колір, ніж із нормального зерна.

Солодовий запах і його наслідки частково можуть бути видалені під час очищення і розмелювання зерна, а також у процесі тістоутворення і випікання хліба. Партії пшениці із солодовим запахом у більшості випадків переробляють на борошно в суміші з нормальним зерном.

На наступних стадіях самозігрівання з підвищенням температури до 40...50°С і вище спостерігається загальне потемніння оболонок зерна, а потім і ендосперму. При цьому колір зерна змінюється від темно-червоного до коричневого і навіть чорного. Найглибші фізіолого-біохімічні зміни відбуваються в поверхневому шарі місця зігрівання, значно зменшується схожість та суттєво зростає інтенсивність дихання, кислотність і вміст аміаку. Вміст клейковини різко зменшується, або ж її неможливо взагалі відмити. В одних випадках вона укріплюється, інших (у поверхневому шарі) - послаблюється під впливом ферментів пліснявих грибів. За самозігрівання зменшується склоподібність, зольність, навпаки, зростає. Останні стадії самозігрівання призводять до зниження натури і маси 1000 зерен.
Існує система, згідно з якою зерно, що має солодовий запах, відносять до дефектного першого ступеня, плісняво-затхлий - до другого; гнилисто-затхлий - до третього; що змінило колір оболонок на чорний - до четвертого ступеня. Дефектне зерно, починаючи з другого ступеня, для продовольчих цілей не придатне.
Будь-яку боротьбу, в тому числі із погіршенням якості зерна, слід розпочинати з профілактики. Тому для запобігання пошкодженню зерна треба впроваджувати покращені технології вирощування, використовувати врожайні і стійкі до хвороб та шкідників сорти, застосовувати матеріально-технічні засоби та машини для якісного і безпечного збирання, післязбиральної доробки та зберігання зернових. А якщо, все ж таки, під час збирання, доробки чи зберігання було отримано пошкоджене і неповноцінне зерно, слід детально вивчити його біохімічний та фізіологічний стан і чітко дотримувати вимог та рекомендацій щодо використання та зберігання дефектного зерна.

Н. Ящук, канд. с.-г. наук, асистент НУБіП України