Показатель седиментации и его роль в экспертизе качества зерна

Министерство сельского хозяйства РФ
ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»
Кафедра технологии хранения и переработки растениеводческой продукции
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к занятиям на тему:
«Показатель седиментации и его роль в экспертизе качества зерна»
для студентов, обучающихся по специальности 110 305.65
«Технология производства и переработки
сельскохозяйственной продукции»,
и по направлению подготовки 260 100.62 (бакалавры)
«Продукты питания из растительного сырья»
Краснодар 2010
2
Методические указания подготовили: профессор Казарцева А.Т., профессор
Сокол Н.В. , доцент Влащик Л.Г.
Рецензент профессор Родионова Л.Я.
Методические указания одобрены методической комиссией факультета
перерабатывающих технологий, протокол №5 от 19 января 2010г.
3
Цель занятия: – изучить теоретические положения по теме, метод
определения показателя седиментации и освоить технику его определения.
Задачи:
1.Изучить теоретический материал по взаимосвязи «силы» муки с
показателем седиментации.
2.Ознакомиться с понятиями: сильная, ценная, слабая пшеницы и их
значимость в хлебопечении.
3.Освоить технику определения силы муки седиментационным методом.
1.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Седиментация (набухаемость) муки, определяется двумя факторами –
качеством клейковины и её содержанием. Следовательно, этот показатель
характеризует качество муки в целом и является качественным показателем
качества зерна.
По этому поводу опубликовано большое количество работ J.Schellenberger
(1958)
была
установлена
высокая
корреляционная
взаимосвязь
между
седиментацией и результатами определения физических свойств теста на
альвеографе (с силой муки r = 0,87) и фаринографе (с валориметром r = 0,660,96). J.A.Anderson (1962) установил тесную связь (r = 0,92) показателя
седиментации с объемным выходом хлеба. Нами (1975) установлены так же
довольно высокие коэффициенты корреляции этого показателя с силой муки (r
= 0,73 – 0,90).
Эти исследования проведены не случайно, так как значения физических
свойств теста используемой муки в хлебопечении имеют огромное значение, а
определение
показателей
на
дорогостоящих
приборах:
фаринографе, экстенографе и других не всегда возможно.
альвеографе,
4
Исследование физических свойств теста на альвеографе основано на
определении сопротивления, оказываемого при растягивании пластинкой теста
давлению воздуха (рис.1).
Рисунок 1 – Альвеограф фирмы Шопен
В результате расшифровки полученных кривых, которые называются
альвеограммами, получают следующие данные: силу муки в единицах
альвеографа, как обобщающий показатель; упругость теста (она определяется
по высоте (h) альвеограммы); растяжимость теста ( определяется по длине (L)
альвеограммы) и отношение упругости к растяжимости (P/L), величина
которого является важным показателем физических свойств теста, так как в
определении его сопротивления известной степени определяет поведение его в
процессе брожения.
Исследование физических свойств теста на фаринографе основано на
механическому воздействию лопастей тестомесилки во время замеса при
определенной консистенции (рис.2).
5
Рисунок 2 - Фаринограф фирмы Брабендер
Обобщающим показателем физических свойств теста при испытании на
фаринографе является валориметрическая оценка. Она определяется с помощью
валориметра по величине площади, занимаемой фаринограммой. Кроме этого
получаемая на самописце кривая характеризует тесто по времени образования,
устойчивости и по разжижению (рис.3).
Рисунок 3 - Фаринограмма пшеничной муки
По качеству зерна, включая и физические свойства теста пшеница делится
на сильную, ценную (средняя) и слабую.
Эти термины возникли в Англии. Там в условиях влажного и
сравнительно прохладного климата, все сорта пшеницы дают зерно низкого
качества, из которого и хлеб получается совсем неважным – небольшого
объема, с грубыми толстостенными парами и влажным мякишем. Чтобы
улучшить качество хлеба, английские пекари издавна начали изготовлять муку
6
из смеси местных пшениц и привезенных из других стран высококачественных
пшениц главным образом из России и Америки. Было замечено, что разные
партии завезенного зерна в различной степени улучшают качество хлеба из
английской пшеницы. Тогда родились указанные названия:
Слабой стали называть пшеницу, из зерна которой получается хлеб
низкого качества, с низким объемным выходом и грубой или плотной
пористостью мякиши. Это пшеница низкобелковая с плохой по качеству
клейковиной и с плохими физическими свойствами теста.
Средней
(ценной)
доброкачественный
хлеб.
–
такую,
Такое
зерно
из
которой
является
можно
ценным
выпекать
сырьем
для
хлебопекарной промышленности. Сила муки по альвеографу у таких пшениц в
пределах 200 – 280 е.а.
Сильной – ту, которая не только дает тесто, устойчивая к механической
обработке, обеспечивающее выработку широкого ассортимента хлебобулочных
изделий с различным технологическим размолом тестоприготовления, но может
быть использована как улучшитель слабой. Вот почему сильную пшеницу
называют – улучшитель.
К ней предъявляются особенно высокие требования. Тесто из муки
сильных пшениц должно иметь силу муки не менее 280 е.а., упругость не менее
80 мм отношение Р/L в пределах 0,8 -2 , разжижению не более 80 е. ф. и
валометрическую оценку не менее 60 единиц валориметра.
Если к муке слабой пшеницы подмешать определенную часть – 25-50 % _
сильной можно получить высококачественный хлеб с хорошим объемом.
Нами была изучена смесительная ценность трех сортов сильной пшеницы в
смеси со слабой – Щедрое Полесье (табл.1, 2) [6].
Таблица 1 – Качество зерна сортов озимой мягкой пшеницы
Сорт
Клейковина
Сила
Валориметрическая
муки,е .в.
оценка, е.в.
Количество,
Качество,
%
е.п. ИДК.
Руфа
28,3
62
373
89
7
Леда
28,2
55
863
100
Ника Кубани
27,4
56
304
89
Щедрое29,4
115
71
30
Полесье(слабая)
Проведенные исследования показали, что все изучаемые образцы смесей
давали значительное превышение фактических величин объемного выхода
хлеба и его качества по сравнению со слабой пшеницей, что является
показателем высокой улучшающей способности образцов сильной пшеницы
(табл. 2).
Таблица 2 - Смесительная ценность сортов сильной пшеницы.
Руфа
700
5.0
4.7
5.0
4.7
4.9
Сортосмесь
25:75*
610
4,8
4,5
4,5
4,0
4,5
8,9
50:50
660
48
4,5
4,7
4,3
4,7
17,9
Леда
690
5,0
4,7
5,0
4,7
4,9
Сортосмесь
25:75
610
4,4
4,5
4,7
4,5
4,7
8,9
50:50
660
4,9
4,7
5,0
4,7
4,9
17,9
Ника
670
4,9
4,7
4,7
4,7
4,8
Кубани
Сортосмесь
25:75
610
4,4
4,0
4,0
3,7
4,2
8,9
50:50
650
4,8
4,5
4,7
4,7
4,7
16,1
Щедрое
410
3,3
3,0
3,0
2,7
3,2
Полесье(сла
бая)
ценность
Смесительная
ка, балл
Общ. х/п оц-
балл
Пористость,
балл
Эластичность,
балл
Цвет мякиша,
Обьемный.
сортосмесь
балл
Хлеб
муки, мл
Форма,
и
выход из 100 г
Сорт
8
*Сильная: слабая, %.
Наибольший эффект улучшения был получен в том случае, когда образец
сильной пшеницы использовался в качестве добавки к слабой в количестве 50
%, но и 25 %, сильной к слабой значительно увеличивало не только объемный
выход, но и качество хлеба по сравнению со слабой пшеницей.
При этом следует отметить, что нередко хлеб из такой смеси получается
даже лучшим, чем из муки одной только сильной пшеницы.
Одним из основных недостатков теста из слабой пшеницы заключается в
том, что оно сильно растягивается и при брожении плохо удерживает
углекислый газ в порах, поэтому значительная часть его уходит в воздух.
Отсюда малый объем хлеба и грубая его пористость. Тесто же из сильной
пшеницы отличается высокой упругостью и газоудерживающей способностью,
это приводит к тому, что газ в порах находится в сжатом состоянии, так как
упругие стенки пор довольно устойчивы.
Это в известной мере сдерживает рост объема хлеба. Вот почему тесто из
смеси сильной и слабой пшеницы, в которой высокая упругость сочетается с
большой растяжимостью, может дать хлеб более пышный, с большим объемом,
чем тесто из одной сильной пшеницы.
Мука из зерна сильной пшеницы требует для образования упругого,
эластичного
теста
сравнительно
много
воды,
т.е.
обладает
высокой
водопоглотительной способностью (ВПС). Тесто устойчиво сохраняет свои
физические свойства в процессе замешивания, а выпеченный из него хлеб не
расплывается поде и отличается большим объемом, хорошей тонкостенной
пористостью.
Но главная же ценность сильной пшеницы улучшать слабую. Вот почему
знания качества зерна и физических свойств теста имеют огромное значение
при
определении
целенаправленного
его
использования
и
разработке
технологического процесса при выпечке хлеба. Здесь необходимы экспресс -
9
микрометоды в определении качества и использование приобретает особое
значение.
Одним из таких экспресс - микрометодов является метод определения
седиментации (набухаемости) муки. Он основан на способности клейковинных
белков набухать в слабых растворах кислот. Метод седиментации, или, как его
еще называют, метод определения силы муки по набухаемости очень прост и не
требует сложного дорогостоящего оборудования.
Для определения набухаемости (седиментации) муки впервые в 1947 г L.
Zeleny был предложен метод проведения анализа путем смешения муки с
молочной кислотой. Основное отличие его метода от существовавших до этого
времени методов в том, что он предложил проведение этого анализа не с
клейковиной, а с мукой.
В
дальнейшем
A.
Pinckney,
W.
Greenaway,
L.
Zeleny
(1957)
модифицировали этот метод дополнительным введением изопропилового
спирта для получения более четких (достоверных) данных при испытании
пшеницы различного качества. Этот метод получил широкое распространение
во всех странах особенно в США, где показатель седиментации введен в
стандарт.
В 1960 г А.Я. Пумпянский модифицировал этот метод, где вместо
дорогостоящей молочной кислоты была использована
уксусная, более
доступная и менее дорогая, кроме этого был исключен и изопропиловый спирт.
Этот метод очень широко использовался в СССР многие годы в лабораториях
научно-исследовательских институтов. В дальнейшем при создании более
твердозерных сортов мягких пшениц вернулись к методу, где использовался
кроме уксусной кислоты изопропиловый спирт для получения более четких
объективных данных при оценке свежеубранного зерна. Кроме этого А.Я.
Пумпянский были использованы цилиндром емкостью 10 мл вместо 100, что
дало возможность уменьшить навеску муки с 3,2 до 0,5г. Это в свою очередь
позволило упростить методику анализа и сократить расход зерна до 2г с 200, т.е.
в 100 раз меньше, чем по методу L. Zeleny.
10
Разработана соответствующая классификация мягкой пшеницы по
показателям седиментации:
сильная – 50мл и выше;
ценная – 30-40мл;
слабая – менее 30мл.
Для оценки качества зерна твердых пшениц используется метод SDSседиментации. По данным Н.С.Васильчука (2001), предложенный J.W.Dick,
J.S.Quick (1983) метод микро SDS-седиметации позволяет получать более
точную информацию по качеству твердых пшениц, чем тот, который
используется в оценке мягких. По их мнению твердую пшеницу можно считать
высокого качества, если показатель SDS-седиментации более 45мл; средней 36-45мл и слабой – менее 36 мл.
С первого января 1995 года у нас в стране введен ГОСТ 30043 методом
прямого применения международного стандарта ИСО 5529 «Пшеница.
Определение показателя седиментации по методу Зелени» и полностью ему
соответствует. Он основан на применении молочной кислоты и рекомендован
для применения в экспортно-импортных операциях для оценки одного из
показателей, определяющих качество пшеницы с точки зрения хлебопекарной
силы муки, которую можно получить из этого зерна. Этот метод применим
только к мягкой пшенице (Triticum aestivum) мучнистой и стекловидной.
У нас в стране основным методом определения силы зерна мягкой
пшеницы по седиментационному осадку остается микрометод определения
показателя
седиментации
с
использованием
уксусной
кислоты
при
необходимости с добавлением изопропилового спирта по А. Я. Пумпянскому.
Этот метод используется довольно широко не только в нашей стране, но и в
других странах мира для предварительной оценки качества зерна.
Так
как
этот
показатель
качества,
несмотря
на
высокую
модификационную изменчивость от условий выращивания, высоконаследуемый
(Н2 0,54-0,89), генетически обусловленный, считается основным в определении
качества
зерна
на
ранних
этапах
селекции,
позволяющим
браковать
11
низкокачественный материал и эффективно вести селекцию сильных сортов
пшеницы.
2. АППАРАТУРА, РЕАКТИВЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
1. Весы (с точностью до 0,01 г.)
2. Мельница (для получения муки не менее 50 %выхода, («КвадруматЮниор»)
3. Прибор для определения седиментации (набухаемости) ПН-1-10
имеющий дозатор жидкости, смеситель и просмотровую камеру (рис. 4).
Рисунок 4- Прибор для определения показателя седиментации ПН-1-10.
4. Автоматическая пипетка (дозатор) на 10 мл.
5. Секундомер (таймер).
6. Мерные цилиндры с плоским дном на 10 мл.
7. Пластиковые или стеклянные пробки для цилиндров.
8. Ледяная уксусная кислота х.ч.
9. Изопропиловый спирт х.ч.
10. Метиленовая синь (4 мг на 1 л раствора) или толуидин синий.
Приготовление рабочего раствора
Сначала готовится 2 % раствор уксусной кислоты.
12
Берется мерная колба на 1 литр, заливается в нее 200 мл воды + 20 мл
уксусной кислоты (98 % ледяная химически чистая), затем объем доводится до
1 литра.
Далее готовится рабочий раствор с этиловым или изопропиловым
спиртом. Берется одна часть спирта и смешивается с четырьмя частями 2 %
уксусной кислоты.
Примечание: раствор 2 % уксусной кислоты и рабочий раствор готовится за 18
часов до анализа.
3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
Микрометод определения показателя седиментации
по А. Я. Пумпянскому
Анализ проводится следующим образом: 5-10 г.зерна помещают в
стаканчик, доводят влажность до 15,5 % и оставляют на 17 часов. Затем зерно
размалывают на четырех вальцовой мельнице Квадрумат-Юниор с выходом
муки не менее 50-70 %. Можно пользоваться и другими марками мельниц, но
при этом увеличивается навеска зерна и не исключено ухудшение качества
муки, что имеет большое значение в объективности получения данных анализа.
Из полученной муки отвешивают навеску 0,5 г.для анализа.
Наполняют рабочим раствором дозатор на 10 мл.
Выливают из него примерно половину раствора в мерный цилиндр, затем
всыпают в него 0,5 г. муки, энергично взбалтывают в течение 5 секунд до
получения однородной суспензии, проверяя отсутствие муки на дне цилиндра и
затем в течение 25 секунд медленно взбалтывают суспензию, перемещая
цилиндр в горизонтальном направлении. При наличии ПН-1-10 последнюю
операцию проводят на приборе. Затем цилиндр вынимают из смесителя (ПН-110) и помещают в просмотровую камеру или на стол с одновременным
включением реле времени или секундомера. Через 5 минут фиксируют
величину осадка в миллилитрах. Для получения показателя седиментации
(набухаемости) объем осадка умножают на 10.
13
Коэффициент
корреляции
между
величинами
седиментации
(набухаемости) полученными макро- и микрометодами, составляет 0,946 ± 0,010
(n=110 образцов).
Воспроизводимость этого показателя при данном методе определяется
высокая. Коэффициент вариации (V) при многократных повторениях не
превышает 4,5 %.
Величина достоверных различий между изучаемыми образцами зависит
от уровня показателя.
При высоте осадка 15-35 мл достоверными являются отклонения
показателя между повторностями не превышающие 3 мл, при 36-55 - 5 мл, 60-75
- 7 мл, выше 75 - 10 мл.
Применение этилового или изопропилового спирта способствует
получению более четких осадков муки любого зерна, тем более свежеубранного
или мучнистого. Коэффициент корреляции между величинами седиментации,
полученными без спирта и со спиртом равен 0,920 ± 0,016 (n=110).
4. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
Полученные экспериментальные данные заносят в таблицу
Повторность
Высота
Показатель
Среднее
осадка, мл
седиментации,
качества
мл
образца
4.1 ЗАДАНИЕ:
-законспектировать основные теоретические положения;
-определить показатель седиментации в образце муки;
- результаты и защитить у преподавателя.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Класс
14
1. Какое значение имеют физические свойства теста в процессе производства
хлеба?
2. Что такое «сила» муки?
3. Какая мука считается сильной?
4. Какими свойствами характеризуется слабая мука?
5. Какую муку принято считать средней (ценной)?
6. Какие показатели характеризуют «силу» муки?
7. Дайте понятие-пшеница улучшитель?
8. В чем заключается технологическое значение силы муки?
9. Какие существуют прямые и косвенные методы определения силы муки?
10. В чем заключается сущность определения показателя седиментации?
11. Что характеризует показатель седиментации.
12. Методы определения показателя седиментации?
13. Сущность микрометода определения показателя седиментации?
14. Классификация пшеницы по качеству согласно показателя седиментации?
6. ЛИТЕРАТУРА
1. Козьмина Н.П. «Зерно и продукты его переработки»-М.-1961-520 с.
2. А.Я. Пумпянский - Технологические свойства мягких пшениц-Ленинград-319
с.
3. Тарасенко Н.Д. - Качество зерна озимой мягкой пшеницы на КубаниКраснодар-1973-128 с.
4. Казарцева А.Т., Шеуджен А.Х., Нещадим Н.Н.-«Эколого-генетические и
агрохимические основы повышения качества зерна»-Майкоп-2004-159 с.
5. Васильчук Н.С. - Селекция яровой твердой пшеницы-Саратов-2001-123 с.
6. Казарцева А.Т., Сокол Н.В. - Качество зерна новых сортов озимой мягкой
пшеницы КНИИСХ - Вестник Российской с - х академии-М.-1993-с. 25-26.
7. Методические рекомендации по оценке качества зерна - Научный совет по
качеству СССР при ВАСХНИЛ-М.-1987-172 с.
15
8. ГОСТ 30043-«Определение показателя седиментации по методу Зелени» Сборник стандартов «Зерновые, зернобобовые и масличные культуры, М., 1997-с. 244-249.