К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПШЕНИЦЫ ПО СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ЗЕРНА

Федотов В.А.

ORCID: 0000-0002-3692-9722, Кандидат технических наук, Оренбургский государственный университет

К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПШЕНИЦЫ ПО СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ЗЕРНА

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы классификации зерна пшеницы по структурно-механическим свойствам. Оценивается характер связей  качества продукции с показателем твердозерности зерна, приоритетность целевого назначения зерна пшеницы различной твердозерности для хлебопекарной и кондитерской промышленности. Проведена сравнительная оценка различных методов определения твердозерности зерна – по микротвердости, индексу шелушения, сопротивлению к истиранию, индексу размера частиц, удельной поверхности частиц размола.

Ключевые слова: зерно, пшеница, структурно-механические свойства, экспресс-анализ, качество зерна.

Fedotov V.A.

ORCID: 0000-0002-3692-9722, PhD in Engineering, Orenburg State University

REVISITING THE EVALUATION OF WHEAT QUALITY BY THE STRUCTURAL-MECHANICAL PROPERTIES OF GRAIN

Abstract

The article considers the issues of wheat grain classification by the structural and mechanical properties. The author estimates the nature of the relationship between the quality of products and the indicator of the grain hardness, as well as the priority of the intended use of wheat grain of various hardness for baking and confectionery industries. A comparative evaluation of different methods for the determination of grain hardness is carried out: microhardness, peeling index, resistance to abrasion, particle size index, a surface area of grinding particles.

Keywords: grain, wheat, structural and mechanical properties, express-analysis, grain quality.

При заготовках, размещении и переработке пшеницы особое внимание уделяют консистенции зерна. Термин «консистенция» используют для описания реологических свойств вязкопластичного или вязкоэластичного тела. На практике консистенцию веществ часто оценивается качественно, сравнением с общеизвестными материа­лами. Зерно бывает прозрачным (стекловидным) и непрозрачным (мучнистым) [1, C. 22].

Стекловидность нередко связывают с технологическим качеством, так называемой силой пшеницы [2, C. 26]. Однако многочисленными научными исследованиями и практикой работы зерноперерабатывающей промышленности доказано, что даже при одина­ковой стекловидности зерна разные сорта пше­ниц могут характеризоваться различиями в технологических качествах зернопродуктов (количеству крупок и дунстов, вымалываемости, выходу муки, расходу электроэнергии при помоле зерна, объемному выходу и формоустойчивости хлеба и др.) [3].

В ряде стран (Канада, Австралия, США) существует разделе­ние пшениц на твердозерные (hard) и мягкозерные (soft). К твердозерным относят сорта, при помоле которых получают высокий выход крупок, рас­сыпчатую, крупитчатую муку, к мягкозерным - срав­нительно малое количество крупок, крахмалистую му­ку с частицами меньшего размера [4, C. 28].

Используемая в канадском стандарте классификация пшеницы по показателю твердозерности не нашла широкого распространения в России, по всей видимости, потому, что используемые для оценки твердозерности зерна методы имеют высокую погрешность и значительную трудоемкость [5, С. 34].

Особенности этих двух групп сортов пшеницы обус­ловлены различиями структурно-механических свойств, характеризуемых в разных странах одним показателем или совокупностью нескольких: расходом энергии на разрушение зерна, результатами его обработки в голлендре (по индексу шелушения, сопротивлению истиранию), микротвердостью зерновок, дисперсностью про­дуктов измельчения (индексом размера частиц, удель­ной поверхностью) и др.

На структурно-механические свойства зерна оказывают существенное влияние сортовые различия, почвенно-климатичес­кие условия возделывания, а также технологические приемы обработки и хранения зерна [6].

Знания о структурно-механических свойствах зерна позволяет повысить эффективность использования зерновых ресурсов. Мука мягкозерных пшениц является уникальным сырьем для изготовления мучнистых кондитерских изделий. Она характеризуется тонкокрупчастою структурой, низкой водопоглощающей способностью и невысоким содержанием протеина. Во всем цивилизованном мире кондитерские продукты из муки, такие как печенье, крекеры, пирожные, кексы, торты, вафли, изготавливают преимущественно из мягкозерных сортов пшеницы. Поскольку аграрная политика стран бывшего СССР была ориентирована на производство зерна сильных и ценных пшениц, селекцией сортов мягкозерных, или бисквитных, пшеницы не занимались вообще, и сегодня на территории СHГ не выращивают ни одного сорта мягкозерные пшеницы, а технологи-кондитеры часто даже и подозревают, что есть такая категория пшеницы.

Как известно, кондитерские изделия из муки отличается от хлеба прежде всего высоким содержанием сахара, что составляет почти треть общего веса теста. Отсюда и особые требования к кондитерской муке: она должна быть как можно менее гидрофильной, т.е. поглощать как можно меньше воды, которую добавляют в тесто. Так как мука мягких пшениц поглощает небольшое количество воды, большая ее часть идет на растворение сахара, а это в свою очередь улучшает диффузии сиропа в тесте. Также, с большим количеством сиропа, тесто способно оставаться жидким при высоких температурах выпечки, обеспечивающий нужное расширение его под действием разрыхлителей, следовательно, и значительно повышает качество конечного продукта.

Другим важным показателем, существенно влияет на качество кондитерского изделия, является содержание в муке белка. Именно белковой часть муки характеризуется высокой гидрофильностью. Содержание белка в мягкозерных сортах существенно ниже по сравнению с твердозерными.

Используемые на сегодняшний день методики определения твердозерности имеют низкую точность измерения, что ограничивает их использование.

В одной из групп методов для оценки твердозерности используются различные физические параметры процесса размола зерна. В ранних наиболее рациональных методах оценки прочностных свойств зерновой массы показатель твердозерности определялся на основе крутящего момента при разрушении зерна (по показаниям электродинамометра). На основании испытаний различных сор­тов пшеницы состав­лена шкала технологической «твердости» зерна. Однако, ввиду большого влияния влажности зерна на предел прочности, данный метод характеризуется невысокой точностью и большой трудоемкости.

В другой группе методов для оценки твердозерности пользуются различными вариациями приборов - твердомеров и микротвердомеров [7, C. 38]. В данном случае оценивают твердозерность каждого отдельного зерна, после чего либо определяют среднее значение твердозерности, либо распределение зерна по этому показателю. Отрицательной стороной данного способа является необходимость измерений разных участков одного зерна, а для получения статистически достоверной картины об твердозерности партии зерна число измерений возрастает до несколько сотен, делая невозможным применение метода в промышленных условиях.

Наибольшее применение в промышленности получала группа методов, в которых происходит оценка твердозерности на основе анализа физико-химических показателей размола зерна, например, показателя дисперсности. Дисперсность определяют с помощью поверхностемера по т. н. удельной поверхности размола зерна. При этом предполагается, что все частицы шрота или муки обладают шарообразной формой. Это допущение способа существенного снижает его точность.

Существенные различия между твердозерными и мягкозерными сортами пшеницы обнаруживаются в методе определения т.н. «индекса шелушения», обычно выражаемого удельным весом вещества, получившегося после шелушения образца пшеницы определенного веса в лабораторном шелушителе [8, C. 17]. Недостатками такого способа являются невысокая точность, поскольку количество оболочек зерна, получившихся после шелушения, также зависит от природно-климатических факторов, лишь косвенно характеризуя показатель твердозерности.

Наиболее популярными и широко используемыми являются методы, основанные на анализе гранулометрического состава муки. При помоле твердозерных сортов пшениц образу­ются более крупные и выровненные по размерам частицы, чем при помоле мягкозерных. Рассчитывают условный средний диаметр частиц муки, или же находят содержание частиц определенной фракции крупности - индекс размера частиц - про­ход сита № 0071 лабораторного помола (выход муки 70 %) [9, C. 23]. Однако данный метод оценивает размер частиц только одним параметром – проходом через сито с фиксированным размером отверстий, отсюда низкая точность определения [10, C. 37].

Потребительские качества пшеницы в значительной степени определяются структурно-механическими свойствами зерна и могут быть объективно оценены на основе методов определения твердозерности зерна.

Список литературы / References

1. Федотов В. А. Факторы формирования потребительских свойств зерномучных товаров / В. А. Федотов // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2011. – № 4. – С. 186-190.
2. Медведев П. В. Комплексная оценка потребительских свойств зерна и продуктов его переработки / П. В. Медведев, В. А. Федотов, И. А. Бочкарева // Международный научно-исследовательский журнал. - 2015. - № 7-1 (38). - С. 77-80.
3. ГОСТ 27669-88 Мука пшеничная хлебопекарная. Метод пробной лабораторной выпечки хлеба (с Изменениями N 1, 2) – Введ. 1989-07-01. – М. : Стандартинформ, 2007.
4. Медведев П. В. Управление качеством продуктов переработки зерна и зерномучных товаров / П. В. Медведев, В. А. Федотов, И. А. Бочкарева // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. - 2016. - № 1. - С. 61 – 69.
5. Калачев М. В. Малые предприятия для производства хлебобулочных и макаронных изделий / М. В. Калачев. - М. : ДеЛи принт, 2008. - 288 с.
6. Официальный Интернет-сайт Росстата. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.gks.ru. (дата обращения: 05.03.2017).
7. Хангильдин В. В. Гомеостатичность и адаптивность сортов озимой пшеницы / В. В. Хангильдин, Н. А. Литвиненко // Науч.-техн. бюл. – 1981. – № 1. – С.8-14.
8. Харченко М.А. Корреляционный анализ: Учебное пособие для вузов. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 2008. – 31 с.
9. Беркутова Н. С. Микроструктура пшеницы / Н. С. Беркутова, И. А. Швецова. - М. : Колос, 1977. - 122 с.
10. Гончаренко А. А. Об адаптивности и экологической устойчивости сортов зерновых культур / А. А. Гончаренко // Вестник РАСХН. – 2005. – № 6. – С. 49-53.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Fedotov V. A. Faktory formirovanija potrebitel'skih svojstv zernomuchnyh tovarov [Factors of formation for consumer properties of goods seromycin] / V. A. Fedotov // Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta [Journal of Orenburg state university]. – 2011. – № 4. – P. 186-190. [in Russian]
2. Medvedev P.V. Kompleksnaia ocenka potrebitel`skikh svoi`stv zerna i produktov ego pererabotki [Comprehensive assessment for consumer properties of grain and processing products] / P. V. Medvedev, V. A. Fedotov, I. A. Bochkareva // Mezhdunarodny`i` nauchno-issledovatel`skii` zhurnal [International science-research journal]. - 2015. - № 7-1 (38). - P. 77-80. [in Russian]
3. GOST 27669-88 Muka pshenichnaya hlebopekarnaya. Metod probnoj laboratornoj vypechki hleba (s Izmeneniyami ) [Wheat Flour. Method of test laboratory baking bread (with Amendments No. 1, 2). [in Russian]
4. Medvedev P. V. Upravlenie kachestvom produktov pererabotki zerna i zernomuchny`kh tovarov [Management of quality of grain processing products and seromycin products] / P. V. Medvedev, V. A. Fedotov, I. A. Bochkareva // Nauchny`i` zhurnal NIU ITMO. Seriia: Protcessy` i apparaty` pishchevy`kh proizvodstv [The scientific journal ITMO. Series Processes and equipment for food production]. - 2016. - № 1. - P. 61 – 69. [in Russian]
5. Kalachev M. V. Maly`e predpriiatiia dlia proizvodstva khlebobulochny`kh i makaronny`kh izdelii` [Small enterprises for the production of bread and pasta] / M. V. Kalachev. - M. : DeLee print, 2008. - 288 p. [in Russian]
6. Oficial’nyj Internet-sajt Rosstata [Official website of Rosstat]. [Electronic resource]. – URL http://www.gks.ru.. (accessed: 05.03.2017) [in Russian]
7. Khangildin V. V. Homeostasis and adaptability of winter wheat cultivars / V. V. Khangildin, N. A. Litvinenko // Scintif.-Techn. Bull. VSGI. – 1981. – № 1. – PP. 8-14. [in Russian]
8. Harchenko M.A. Korreljacionnyj analiz [Correlation analysis]: Uchebnoe posobie dlja vuzov [A manual for universities]. – Voronezh: Izd VGU, 2008. – 31 p. [in Russian]
9. Berkutova N. S. Mikrostruktura pshenitcy` [Wheat`s microstructure] / N. S. Berkutova, I. A. Shvetcova. - M. : Kolos, 1977. - 122 p. [in Russian]
10. Goncharenko A. A. About adaptive ability and ecological stability of grain crop varieties/ A. A. Goncharenko // Gazette of RAAS. – 2005. – № 6. – PP. 49-53. [in Russian]