Спектрофотометрический метод повышения качества зерна пшеницы

Стекловидность, наряду с содержанием белка и клейковины, - один из основных показателей при оценке качества зерна хлебных зла­ков. Важное технологическое зна­чение имеет стекловидность зерна пшеницы, ячменя, тритикале и риса. Так, зерноперерабатывающие пред­приятия заинтересованы в стекло­видном зерне ячменя. Считается, что зерно повышенной стекловид­ности обладает лучшими технологи­ческими свойствами. Наибольший выход перловой крупы получают при переработке стекловидного зерна ячменя. Муку из высокостекловид­ного зерна предпочитают и произ­водители макаронных изделий.

В хлебопечении наиболее важ­ным показателем является содер­жание клейковины. И всех произво­дителей устроило бы повышенное содержание белка. На рис. 1 пока­зано соотношение стекловидности и содержания белка, в зависимости от класса пшеницы.


Стекловидность зерна опреде­ляется морфологией эндосперма, соотношением крахмальных гра­нул и белка (прикреплённого и про­межуточного). В стекловидных зёр­нах больше прикреплённого белка, тесно связанного с крахмальными гранулами, чем в мучнистых зёр­нах. При этом общее содержание белка может быть одинаковым. На формирование структуры зерна и соотношение белковых и угле­водных компонентов, кроме типа и сорта, существенно влияют усло­вия возделывания (почва, агротех­ника, климатические условия и т.п.), т.е. множество часто непредсказу­емых факторов. Показатель «общая стекловидность» не даёт полного представления о том, какая фрак­ция по стекловидности зерна пре­обладает в партии - стекловидная, частично стекловидная или муч­нистая. С этой точки зрения более информативным является процент содержания только стекловидных зёрен.

В последние годы для очистки зерна от примесей широко приме­няют фотосепараторы, в которых с высокой степенью точности оце­нивается спектрофотометрическая характеристика отдельных частиц, в том числе и зёрен, и имеется механизм удаления частиц по тем или иным критериям. Используя данный подход, можно несколько повысить, например, стекловид­ность зерна в партии [1]. При этом представляет интерес изменения других показателей качества.

Анализ более 30 образцов зерна тритикале различных сортов и годов урожая не выявил значимой корре­ляции между общей стекловидно­стью и содержанием белка (коэф­фициент корреляции r= 0,146). Для девяти сортов пшеницы урожая 1954, 1956 и 1961 гг. (всего 32 образца) коэффициент корреляции r = - 0,021, т.е. можно говорить об отсут­ствии какой-либо связи [3]. Для пше­ницы, выращенной в разных регио­нах СССР в 70-х годах XX в., коэффи­циент корреляции r = 0,26-0,737, что также свидетельствует либо о сла­бой связи между этими показате­лями, либо об её отсутствии [2]. Но это для образцов из различных пар­тий зерна. Однако, если образцы взяты из одной партии посредством отбора стекловидных и мучнистых зёрен, то такая связь наблюдается.

Результаты анализа содержания белка в стекловидных и мучнистых зёрнах одной и той же партии три­тикале и трёх образцов пшеницы приведены в табл.1.


Согласно полученным данным, содержание белка в стекловидных зёрнах существенно (на 26-30%) больше, чем в мучнистых. Итак, удаляя мучнистые зерна, можно не только повысить стекловидность зерна в партии, но и увеличить в ней содержание белка.

Для подобной подсортировки зерна предложено использо­вать промышленные фотосепара­торы [1]. В качестве диагностиче­ского признака использовали уро­вень отражённого сигнала в крас­ной области спектра (например, на средней длине волны 630 нм). Коэффициент вариации K_v, пред­ставляющий собой отношение стандартного отклонения сигнала у стекловидных зёрен к разности средних значений уровней сиг­нала обучающей выборки мучни­стых и стекловидных зёрен, соста­вил 0,55-0,6. Чем этот коэффици­ент меньше, тем более эффективна процедура отделения мучнистых зёрен.

На основе данных спектраль­ного анализа отражённого излу­чения зерна возможно формиро­вание и других диагностических признаков. При анализе спектров диффузного отражения мучни­стых и стекловидных зёрен пше­ницы для образцов двух серий (рис. 2), кроме разности уров­ней сигналов в красной области, установлена разность формы спектров. У стекловидных зёрен спектр в среднем более пологий, а у мучнистых имеет тенденцию к росту от коротких волн к длин­ным, т.е. существует некоторое различие градиентов сигнала по длине волны.


Максимум уровней сигналов для зерна обеих серий наблюдался при длине волны 630 нм.
В качестве диагностического признака было выбрано отноше­ние сигналов на разных длинах волн к сигналу на длине волны 630 нм. На рис. 3 приведены усреднённые зна­чения отношения данного показа­теля на разных длинах волн.
Разность уровней диагностиче­ского признака у мучнистых и сте­кловидных зёрен показана на рис. 4, а значения коэффициента вариа­ции диагностического признака - на рис. 5.
 

При использовании в качестве диагностического признака уровня плотности потока отражённого излучения в диапазоне длин волн 500-700 нм коэффициент вариа­ции K_v = 0,5-0,6. В случае использо­вания в качестве диагностического признака отношения сигналов наи­меньший коэффициент вариации K_v наблюдался в диапазоне длин волн 370-395 нм и составлял 0,45-0,5, что свидетельствует о большей эффективности последнего диагно­стического признака.
Результаты исследования в каче­стве диагностического признака отно­шения уровня сигнала на длине волны 630 нм к уровню сигнала на длине волны 375 нм приведены на рис. 6.


Выводы
Использование уровня спек­тральной плотности в красном диапазоне длин волн (коэффици­ент вариации K_v = 0,55-0,6) позво­лило на фотосепараторе фирмы «СиСорт» (г. Барнаул) производи­тельностью 4т/ч отсортировать мучнистые зерна из опытной наве­ски зерна пшеницы, что привело к повышению содержания стекло­видных зёрен пшеницы в партии с 56 до 73% [1].

В случае выбора в качестве диа­гностического признака для отде­ления мучнистых или стекловид­ных зёрен отношения уровня спек­тральной плотности в красном диа­пазоне спектра отражения к уровню спектральной плотности в фиолето­вом диапазоне (коэффициент вари­ации K_v = 0,45-0,5) получены луч­шие результаты по отбору мучни­стых зёрен.

Подсортировка зерна по сте­кловидности несколько повышает и содержание белка. В некоторых случаях подобная операция позво­ляет перевести партию пшеницы в более высокий класс и может быть экономически обоснованной.

Литература
1. Зверев, С.В. Оценка стекловидности зерна тритикале по его спектральным характеристикам / С.В. Зверев [и др.] // Хлебопро­дукты. - 2017. - № 9. - С. 54-55.
2.  Казаков, К.Д. Биохимия зерна и продуктов его переработки / К.Д. Казаков, В.Л. Кретович. - М.: Агропромиздат, 1989. - 368 с.
3. Торжинская, Л. Р. О взаимо­связи между физическими и биохимическими свойствами зерна пшеницы / Л. Р. Торжинская [и др.] // Изв. вузов. Пищевая технология. -1965. -№ 2. - С. 12-15.

 

С.В. Зверев, доктор техн. наук,И.А. Панкратьева, канд. с.-х. наук,
О. В. Политуха, ВНИИЗ – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН;
В.Б. Зайцев, канд. физ.-мат. наук, МГУ им. М.В. Ломоносова

Статья опубликована в журнале:
Хлебопродукты. – 2018. - №3. – С.46-48.