Лабораторная работа 6 Определение морфологических и биохимических показателей качества зерна подвергнутого самосогреванию

Цель работы: исследовать изменение строения, физико-химические показатели качества и ферментативной активности при самосогревании зерна.

Теоретическое обоснование:

При неблагоприятных условиях хранения, особенно если зерновая масса повышенной влажности, в ней начинается самосогревание (или самонагревание) - повышение температуры; она может подняться до 55-65 °С, иногда до 70-75 °С.

Главной причиной самосогревания является тепло, выделяемое в результате дыхания зерна и микроорганизмов, а также низкая теплопроводность зерновой массы. Самосогревание зерна представляет собой сложный процесс, в котором одновременно участвуют ферменты зерна и эпифитная микрофлора.

Самосогревание сопровождается изменениями химического состава и технологического достоинства зерна под влиянием высокой температуры и интенсивного развития микроорганизмов.

В результате развития плесневых грибов при хранении зерна с повышенной влажностью снижается его всхожесть, интенсифицируется дыхание микроорганизмов и зерна, что приводит к потере сухих веществ, ухудшается пищевая ценность зерна, резко снижаются его технологические и хлебопекарные достоинства, возрастает влажность и температура зерновой массы, что приводит к ее самосогреванию.

Установлена способность обычных «плесеней хранения» (виды Aspergillus, Penicillium, Mucor) образовывать более 200 вредных и токсичных для человека и животных веществ - афлатоксины, охратоксины, патулин, зеараленон и др., среди которых ввиду особой токсичности и канцерогенности наибольшую опасность представляют афлатоксины.

На самых первых стадиях самосогревания начинаются биохимические превращения в зерне, сказывающиеся на его качестве. С развитием процесса самосогревания происходит постепенное уменьшение на зерне микробов Bacterium herbicola, характерных для свежего зерна, и одновременное накопление споровых форм и микроорганизмов, практически отсутствующих на здоровом зерне.

Зерно в начальной стадии самосогревания приобретает солодовый запах, свойственный прорастающему зерну. Вкус зерна сладковатый. Внешние покровы зерна сначала обесцвечиваются, а затем становятся красноватого цвета. Эндосперм приобретает сероватый оттенок. Зерно с солодовым запахом от нормального отличается более высоким содержанием моносахаридов, более высокой кислотностью по болтушке и повышенным кислотным числом жира. Мука из такого зерна содержит повышенное количество оболочек и обладает увеличенной активностью ферментов. Хлеб получается более темный, чем из нормального зерна.

При последующих стадиях самосогревания, с повышением температуры до 40-50 °С и выше, наблюдается общее потемнение покровов зерна, а затем и эндосперма. При этом цвет зерна изменяется от темно-красного до коричневого и даже черного.

Наиболее глубокие физиолого-биохимические изменения происходят в поверхностном слое очага самосогревания: всхожесть намного ниже, чем в контроле; интенсивность дыхания, содержание аммиака, кислотность по болтушке, кислотное число жира наиболее высокие. Эти показатели свидетельствуют о распаде в самосогревшемся зерне углеводов, белков и жиров. Содержание клейковины резко снизилось, в некоторых случаях ее было невозможно отмыть. В одних случаях она укреплялась, в ряде случаев (в поверхностных слоях) ослаблялась, вероятно, в результате гидролиза ее плесневыми грибами.

Активность α-амилазы в слоях зерновой насыпи возросла, о чем можно судить по «числу падения». Активизация α-амилазы в данном случае объясняется усилением развития плесневых грибов - продуцентов этого фермента, а также активизацией амилаз зерна при его увлажнении в результате переконденсации влаги. Увеличение «числа падения» и снижение автолитической активности в средних и нижних слоях самосогревшейся зерновой насыпи связано с частичной тепловой инактивацией гидролитических ферментов и увеличением вязкости мучного клейстера под влиянием высоких температур.

При самосогревании снижается общая и полная стекловидность, зольность муки намного возрастает, белизна снижается за счет перехода в нее большего количества отрубянистых частиц. Далеко зашедшее самосогревание приводит к снижению натуры и массы 1000 зерен.

Хлеб из самосогревавшегося зерна низкого качества. Мука из центра и низа очага самосогревшегося зерна дает хлеб с высокими значениями H/D, что указывает на укрепление клейковины. Хлеб из зерна поверхностных слоев отличается пониженной формоустойчивостью, темным заминающимся мякишем; при хранении в нем быстро начинают проявляться признаки «картофельной болезни».

Ухудшение биохимических и хлебопекарных достоинств зерна происходит под влиянием следующих факторов: активной химической деятельности (главным образом гидролитической) плесневых грибов и длительным воздействием повышенных (до 50-60 °С) температур на белки, липиды и ферменты зерна. Действие того и другого фактора неодинаково по зонам самосогревшейся зерновой массы: в наружных слоях преобладающее влияние оказывает первый фактор, а в центре и внизу очага самосогревания - второй.

По мере усиления порчи зерна и появления характерных запахов в нем повышаются кислотность по болтушке, кислотное число жира, диастатическая и протеолитическая активность, увеличивается содержание моносахаридов. При сильном плесневении и дальнейшей порче зерна в нем уменьшается содержание крахмала, понижается количество и качество клейковины, повышается содержание водо- и спирторастворимого азота.

Методика выполнения

За два-три дня до проведения лабораторной работы необходимо увлажнить продукт (овес, ячмень, пшеницу, рожь) до влажности 30 %. Для равномерного распределения влажности по всей массе продукта его увлажняют следующим образом. Взвешивают образец сухого продукта 5 г и определяют его влажность w_н⁰ в сушильном шкафу по стандартной методике. Затем рассчитывают количество воды W, которое необходимо добавить к навеске, чтобы получить заданную влажность продукта w_к⁰ по формуле

,

где G_н - масса продуктов при влажности w_к⁰; w_н⁰ и w_к⁰ - соответственно влажность продукта до и после увлажнения, % на общую массу.

При тщательном перемешивании в продукты в течение первого дня добавляют воду небольшими порциями. Увлажненный продукт ставят в холодильник или термостат и хранят при температуре 3-5 °С два дня По истечению заданного времени образцы выдерживают в течении 24-48 часов в термостате при температуре 40-45 ⁰С. Затем исследуют по внешнему виду, по физико-химическим показателям качества зерна и изменение ферментативной активности (методики определения берут из первой лабораторной работы). Делают сравнительный анализ нативного зерна (первая лабораторная работа) и изменений произошедших в зерне при самосогревании. Результаты исследований записывают в таблицу 13.

Таблица 13 – Сравнительная анализ

Объект исследований	Нативное зерно (лабораторная работа № 1)	Исследуемое зерно (сомосогретое)
Внешний вид, вкус, запах, цвет
Влажность, %
Кислотность, град
Количество сырой клейковины, %
Качество сырой клейковины, ед ИДК
Активность каталазы
Амилолетическая активность
Активность полифенолоксидаза

Контрольные вопросы:

1. Что такое процесс самосогревания зерна?

2. Какова температура при согревании зерна?

3. При каких условиях происходит самосогревание зерна?

4. Какова главная причина самосогревания зерна?

5. Как влияет самосогревание зерна на всхожесть, содержание сухих веществ, технологические и хлебопекарные достоинства?

6. Что происходит с численностью «плесеней хранения» при самосогревании?

7. Что происходит с численностью «полевых плесеней» видов Alternaria, Helmintosporium, стерильного мицеллия при самосогревании?

8. Какие плесневые грибы преобладают в самосогревшемся зерне?

9. Какой запах приобретает зерно на начальной стадии самосогревания?

10. Какой вкус приобретает зерно на начальной стадии самосогревания?

11. Что происходит с внешними покровами зерна на начальной стадии самосогревания?

12. Какой оттенок приобретает эндосперм зерна на начальной стадии самосогревания?

13. Как изменяется содержание моносахаридов, кислотность, кислотное число жира на начальной стадии самосогревания зерна?

14. Каким образом характеризуется мука, полученная из зерна на первой стадии самосогревания?

15. Как изменяется количество оболочек и активность ферментов в муке из зерна на начальной стадии самосогревания?

16. Какая окраска хлеба, полученного из зерна на начальной стадии самосогревания, по сравнению с нормальным зерном?

17. Как изменяется активность -амилазы при самосогревании?

18. Как изменяется при самосогревании зерна стекловидность, белизна, натура, масса 1000 зёрен, зольность?

19. Под влиянием каких факторов происходит ухудшение биохимических и хлебопекарных достоинств самосогревшегося зерна?