Abstract and keywords
Abstract (English):
It has been found that the improper storage of buckwheat grain lead to its quality worsening. As a result hatched, sprouted, blackpoint grains as well as grains with damaged fruit shell appear. Moisture-heat treatment at the stage of hydrothermal treatment leads to the condition when defective grains darken and become rotted, the mass fraction of the output decreases, the amount of crushed core and the mass fraction of waste increase. So, the study of defective grains is urgent. The aim of this study is to investigate the influence of hydrothermal treatment on mechanical properties of buckwheat grain stored under snow. The objects of study are the core and grits of buckwheat harvested in spring 2015 after thawing of snow as well as the core and grits of normal quality. Analysis of buckwheat grain harvested in spring suggests that all test samples meet the requirements of regulatory documents in terms of quality and safety and can be used for processing into buckwheat grits. The study on mass fraction of grain processing products has been conducted. The microstructure of the core surface of defective grains and that of sound grains is given; their mechanical characteristics have been investigated. The results show that the grain without post-harvest treatment and stored in improper condition is not uniform in its physical-chemical and mechanical properties. The research results make it possible to confirm that the grain stored in improper conditions differs from the normal one in low mechanical strength and increased proportion of defective grains. Their presence should be considered when preparing grain for processing.

Keywords:
Buckwheat grain, grain of spring harvest period, strength, core, hydrothermal treatment, the grain defects, grain storage
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение В настоящее время проблема качества зерна, идущего на производство крупы, связана со значительным снижением требований, предъявляемых к зерну, которое направляется в цех на переработку [1]. Такой подход при переработке зерна приводит к ухудшению его качества, изменению потреби- тельских свойств, уменьшению массовой доли вы- хода и срока хранения готового продукта. По мне- нию специалистов, главными причинами резкого снижения качества хранимого зерна является ряд нерешенных проблем. Изменение, потеря качества и массы зерна про- исходит на всех этапах его движения от поля до переработки. При производстве зерна под влиянием неблаго- приятных погодных условий, при частом выпаде- нии дождей в предуборочный и уборочный перио- ды происходит прорастание зерна на корню в вал- ках или при хранении зерна на открытых токах. Прорастание зерна ухудшает его технологические качества и потребительские свойства готового про- дукта. Нарушение качества зерна может произойти и при несоблюдении требований агротехнических мероприятий [2]. Товарное зерно может быть ухудшено не только в поле, но и в результате сушки влажного или сы- рого зерна, особенно при несоблюдении установленных режимов сушки, такое зерно имеет характерный коричневый или темный цвет. По данным Всероссийского НИИ зерна, затраты на послеубо- рочную обработку и хранение составляют 25-30 % от общих затрат на производство зерна, из них до 60-70 % приходится на сушку, что связано с энер- гоемкостью процесса. Снижение роли элеваторно-складского хозяй- ства в подготовке и формировании партий зерна для переработки в крупу создает проблему разно- качественности зерна. В результате товарные пар- тии формируются поставщиками зерна из большого числа мелких партий разного качества и поставля- ются непосредственно на перерабатывающие пред- приятия вместо больших однородных партий, что ведет к проблеме обеспечения стабильности выхо- да и качества крупы. В России только 10-20 % зерна хранится на эле- ваторах и хлебоприемных предприятиях, так как элеваторы находятся в собственности акционерных обществ или частных владельцев. Следовательно, 80-90 % зерна хранится у производителей, где практически отсутствует зерносушильная, очисти- тельная техника, необходимое количество зерно- хранилищ и отсутствуют условия для обработки и хранения зерна [3]. Кроме того, хранение зерна в хозяйстве требует значительных финансовых затрат, поэтому далеко не все производители могут соблюсти необходимую технологию приёма и по- слеуборочной обработки зерна. При этом наибольшие потери у производителей зерна могут происходить в процессе хранения из-за низкой материально-технической базы по обработ- ке и хранению зерна. Условно все процессы, происходящие в пищевых продуктах при хранении, можно подразделить на пять основных групп: физические (увлажнение и усушка), химические (прогоркание жиров), биохимические (дыхание и гидролиз), микробиологические (плесне- вение, гниение) и биологические (вызываются грызу- нами и насекомыми-вредителями) [4]. Все вышеуказанные проблемы значительно влияют на показатели качества зерна, используемо- го для выработки крупы. Выработанная из такого зерна крупа менее стабильна при хранении, в ней распад липидов происходит интенсивнее, чем в выработанной из нормального зерна [5, 6]. В настоящее время для того, чтобы подготовить партию для переработки, производители круп вы- нуждены устанавливать фотоэлектронные сортировщики как при подготовке зерна для удаления дефектных зерен, так и для контроля крупы для удаления трудноотделимой примеси и испорчен- ных зерен, которые могут возникнуть при перера- ботке зерна в крупу на этапе гидротермической обработки. В связи с этим важным является исследование зерна гречихи, которое по каким-то причинам не прошло послеуборочной обработки, и хранилось в неприспособленных условиях. Наиболее характерным примером является зерно гречихи, убранное из-под снега. Целью настоящей работы является исследова- ние влияния процесса гидротермической обработки на механические характеристики зерна гречихи хранившегося под снегом. Объекты исследования В качестве объектов исследования использовали ядро и крупу зерна гречихи убранного весной 2015 года после схода снега, и ядро и крупу нормального качества. Анализ зерна гречихи, убранного весной, позво- ляет утверждать, что все исследуемые образцы по показателям качества и безопасности соответству- ют требованиям нормативной документации и мо- гут быть использованы для переработки в крупу гречневую ядрица. Однако было установлено, что хранение зерна под снегом приводит к порче зерна и появлению дефектных зерен. По своим показателям дефекты такого зерна можно считать незначительными, так как использование фотоэлектронного сортировщи- ка позволяет удалять такие зерна на этапах очистки зерна и контроля крупы гречневой ядрица. Перера- ботка зерна в производственных условиях показала, что выработать крупу гречневую высшего сорта из такого зерна даже при наличии фотоэлектронного сортировщика согласно требованиям нормативной документации невозможно. В зерне гречихи были выявлены четыре основ- ных дефекта, наличие которых как показали произ- водственные испытания, приводит к появлению испорченных зерен на этапе гидротермической обработки (ГТО). Как известно, производство крупы гречневой ядрица включает этап гидротермической обработки зерна [7]. К таким дефектам были отне- сены: проклюнувшиеся, проросшие, заплесневелые и зерна с поврежденной плодовой оболочкой. При- чем два дефекта (проклюнувшиеся и зерно с по- врежденной оболочкой) не регламентируются требованиям ГОСТ Р 56105-2014 и не учитывались при приемке и формировании партий для перера- ботки зерна в крупу. Характеристика дефектов зерна гречихи убранного весной после схода снега, представлена в табл. 1. Таблица 1 Характеристика дефектов зерна гречихи весеннего срока уборки Дефект Характеристики дефекта Требования ГОСТ56105-2014 Причинывозникновения Влияние на качествоготовой продукции Проклюнувшее-ся ядро Внешне не отличается отнормального зерна Не нормируется Повышенная влаж-ность зерна Потемнение эндоспер- ма при ГТО, относят к испорченным зернам Заплесневелое ядро Затхлый запах и вкус Общее содержаниеиспорченных зерен в партии не более 0,3 % Нарушение условийхранения (высокая влажность и темпе- ратура) Проросшее ядро В вершине зерна виденросток Не более 3,0 % Повышенная влаж-ность зерна Ядро из зерна с поврежденными оболочками Зерно с поврежденнойоболочкой, открытая часть ядра может бытьокрашена (светло- илитемно-коричневого цвета) Не нормируется Механическое по- вреждения зерна во время уборки или транспортировки Подготовку образцов производили по следую- щей методике. Из поступающего в бункер готовой продукции крупы ядрица производственно- техническая лаборатория выделяла образцы массой 5,0 г для каждого вида дефектных зерен. Из этой навески методом случайного отбора выбирали ядро и направляли на исследования. Исследования про- водили для образцов ядра вышеуказанных дефек- тов и нормального ядра результаты приведены в табл. 2. Таблица 2 Образцы вышеуказанных дефектов и нормального ядра Образец До ГТО Образец После ГТО 1 Проклюнувше-еся ядро 1/1 Проклюнувшеесяядро 2 Заплесневелоеядро 2/1 Заплесневелоеядро 3 Проросшееядро 3/1 Проросшее ядро 4 Ядро из зерна споврежденны- ми оболочками 4/1 Ядро из зерна споврежденными оболочками 5 Нормальноеядро 5/1 Нормальное ядро Анализ представленных образцов дефектных зерен позволяет утверждать, что проклюнувшиеся, заплесневелые и проросшие зерна являются резуль- татом биохимических изменений, зерна с повре- жденными оболочками - результатом механическо- го разрушения плодовых оболочек зерна в процессе обмолота или его перемещения. При подготовке материала были использованы общепринятые методы, а также методы электрон- ной микроскопии и термомеханического анализа [8]. Все исследования проводились в 3-5-кратной повторности и обрабатывались статистически. Результаты и их обсуждения В результате исследований, проводившихся в 2001-2015 гг., было выявлено, что при переработке зерна гречихи, которое хранилась в ненадлежащих условиях, в том числе и в зерне, убранном весной в 2015 г. после схода снега, появление испорченных зерен в крупе ядрица связано с наличием дефект- ных зерен. Микрофотографии поверхности ядра вышеука- занных дефектов и нормального зерна до и после этапа ГТО изучали на сканирующем электронном микроскопе JSM-840 (Jeol, Япония), полученные изображения представлены на рис. 1. Из представленных на рис. 1 микрофотографий следует: Проклюнувшееся до ГТО ядро в области вершины имеет повреждение оболочки, видны за- чатки ростка. При ГТО проклюнувшегося зерна гречихи рис. 1.1/1) характер повреждений не изме- няется, такие зерна в зерне гречихи выделить из основного зерна согласно требованиям норматив- ной документации невозможно. В зерне возможно наличие плесневых грибов, (рис. 1.2), которые образуют на поверхности ядра ветвящиеся мицелии, они хорошо видны невооруженным глазом. Их наличие на поверхности ядра не только ухудшает технологические свойства зер- на, но и вредит здоровью при употреблении. При ГТО зерна, поврежденного плесенью (рис. 1.2/1), происходит спекание мицелий, а ядро темнеет. Проросшее ядро до ГТО (рис. 1.3): в области вершины видны значительные повреждения тре- щины оболочки и росток, который может дости- гать нескольких миллиметров. При ГТО проросше- го зерна (рис. 1.3/1) характер повреждений не из- меняется. После шелушения значительная часть ростков удаляется и в вершине образуется харак- терное повреждение в виде воронки, что приводит Проклюнувшееся ядро до ГТО 1/1) Проклюнувшееся ядро после ГТО Ядро заплесневелое до ГТО 2/1) Ядро заплесневелое после ГТО Проросшее ядро до ГТО 3/1) Проросшее ядро после ГТО Ядро с поврежденной оболочкой до ГТО 4/1) Ядро с поврежденной оболочкой после ГТО Ядро нормальное до ГТО 5/1) Ядро нормальное после ГТО Рис. 1. Микрофотографии поверхности ядра гречихи с различными дефектами и нормального зерна до и после ГТО к ухудшению товарного вида вырабатываемой крупы. Кроме вышеназванных возможных дефектов, в зерне содержатся зерна с поврежденной плодо- вой оболочкой, ядро до ГТО (рис. 1.4) под влияни- ем неблагоприятных условий хранения может ста- новиться неполноценным, на поверхности видны повреждения, которые, возможно, возникли в ре- зультате поражения открытых частей ядра микро- организмами. Такие места у ядра характеризуются изменением цвета ядра, становятся более темными (пигментированные ядра). При ГТО зерна с повре- жденной плодовой оболочкой (рис. 1.4/1) характер повреждений ядра несколько уменьшается, воз- можно, вследствие желатинизации крахмала по- верхности ядра, однако указанная часть ядра тем- неет - такие зерна относят к испорченным. На рис. 1.5 представлена микрофотография наружной поверхность нормального ядра гречихи, семенная оболочка имеет ячеистую структуру. Ячейки различной многогранной формы с хорошо различимыми границами без повреждений. При ГТО зерна (рис. 1.5/1) изменяется его ячеистая структура, форма ячейки становится более выраже- на, такие изменения, возможно, связаны с клейсте- ризацией крахмала как на поверхности зерен, так и внутри его и приводят к упрочнению ядра. Зерно, содержащее вышеуказанные дефекты, характеризуется более высокой массовой долей кислотного числа жира (КЧЖ) и кислотности [9]. Изменение механических свойств изучали на термомеханическом анализаторе Shimadzu-60 (Япония) по методике, описанной в работе [10]. Устройство для испытания образцов (рис. 2) пред- ставляет собой латунный цилиндр - 1, в котором для устойчивого расположения ядра выбрана по- лость с углом 60º и глубиной 0,5 мм - 2. Рис. 2. Устройство для механических испытаний образцов На столик этой измерительной ячейки помеща- ли ядро гречихи вертикально вниз, а затем на одну точку грани ядра направляли индентор диаметром 3 мм со скоростью нагружения 10 г/мин в течение 40 мин, максимальная нагрузка (Р) на образец со- ставляла 400 г. Результаты механических испытаний ядра гре- чихи до ГТО представлены на рис. 3, где по оси у, слева, показано изменение линейного размера об- разца в %; справа по оси у - нагружение индентора прибора на образец в граммах. По оси х указано время проведения эксперимента в минутах. Свой- ства прибора и его программное обеспечение поз- воляют производить нагрузку на образец только в граммах. Эксперименты проводили в воздушной среде при атмосферном давлении и температуре 20 °С. Цифры, указанные на механических кривых, означают величину деформации при максимальной нагрузке 400 г на образец за 40 мин. Рис. 3. Механические кривые дефектных ядер до ГТО «весеннего» и нормального ядра, где 1 - проклюнувшееся ядро, 2 - заплесневелое ядро, 3 - проросшее ядро, 4 - ядро из зерна с поврежденной оболочкой, 5 - нормальное ядро «осеннего» урожая Рис. 4. Механические кривые дефектных ядер «весеннего» и нормального ядра после ГТО, где 1 - проклюнувшееся ядро, 2 - заплесневелое ядро, 3 - проросшее ядро, 4 - ядро из зерна с поврежденной оболочкой, 5 - нормальное ядро «осеннего» урожая Из представленных на рис. 3 данных следует, что минимальная относительная деформация со- ставляет 4,5 % и соответствует образцу нормально- го ядра. Для проклюнувшегося ядра относительная деформация составляет 4,8 %, для заплесневелого зерна - 52,4 % (образец разрушился), для пророс- шего зерна - 17,1 %, для зерна с поврежденной оболочкой - 8,5 %. Результаты механических испытаний ядра после ГТО гречихи представлены на рис. 4. Из представленных на рис. 4 данных следует, что минимальная относительная деформация составляет 2,3 % и соответствует образцу нормально- го ядра. Для проклюнувшегося ядра относительная деформация составляет 3,2 %, для заплесневелого зерна - 6,9 %, для проросшего зерна - 3,0 %, для зерна с поврежденной оболочкой - 6,3 %. Проведенные исследования и характер де- формации дефектных зерен позволяют утверждать, что вышеуказанные дефекты можно характеризо- вать как развитие двух параллельных процессов механического разрушения ядра и биохимической порчи ядра: проклюнувшиеся, проросшие ядра - стадия прорастания, механическое разрушение ядра, свя- занное с разрушением оболочек и деформацией ядра; ядра с темными ребрами, заплесневелые ядра - стадия порчи зерна, вследствие протекания гидролитических процессов расщепления жира происходит прогоркание и потемнение ядра. Для сравнения упругих свойств дефектных и нормального ядер был определен модуль упругости при 4,0 % деформации. Результаты изменения мо- дуля упругости при 4,0 % деформации исследуе- мых образцов зерна гречихи представлены в табл. 3. Таблица 3 Результаты изменения модуля упругости при 4,0 % деформации исследуемых образцов зерна гречихи Образец До ГТО Модуль упругости, кг/см2 Образец После ГТО Модуль упру- гости, кг/см2 1 Проклюнувшееся ядро 10,8 1/1 Проклюнувшее ядро 11,2 2 Заплесневелое ядро 0,5 2/1 Заплесневелое ядро 5,8 3 Проросшее ядро 2,0 3/1 Проросшее ядро 15,3 4 Ядро из зернас поврежденными оболочками 4,5 4/1 Ядро из зерна с поврежден-ными оболочками 6,1 5 Нормальное ядро 12,5 5/1 Нормальное ядро 20,9 Из представленных результатов следует, что при шелушении зерна гречихи вероятность разру- шения ядра будет происходить в следующей после- довательности: - заплесневелое; - с поврежденной плодовой оболочкой; 3 - проклюнувшееся; - проросшее; - нормальное. Отличительной особенностью всех вышеука- занных дефектных зерен является низкая прочность по отношению к нормальному зерну. В табл. 4 представлен коэффициент уменьшения прочности ядра как отношение прочности ядра до и после ГТО. Таблица 4 Коэффициент уменьшения прочности ядра 1 - ядро из зерна с поврежденными оболочками; 2 - проклюнувшее ядро; - проросшее ядро; - заплесневелое ядро. При переработке зерна с указанными дефектами в крупу выход целого ядра уменьшается и увеличивает- ся доля разрушенного ядра (продела, кормовой муч- ки). Кроме того, при выделении испорченных ядер, которые образуются при переработке зерна на этапе ГТО, возможно удаление определенной массовой доли крупы ядрица. Показатели массовой доли про- дуктов переработки нормального и весеннего срока уборки урожая представлены в табл. 5 [11]. Таблица 5 Массовая доля продуктов переработки нормального зерна и весеннего срока уборки урожая Образец Наименование Коэффициентуменьшения прочности 1 Проклюнувшееся ядро 1,5 2 Заплесневелое ядро 7,6 3 Проросшее ядро 5,7 4 Ядро из зерна с повре-жденными оболочками 1,3 5 Нормальное ядро 1,9 Наименова- ние Массовая доля продуктовпереработки, % Нормально- го зерна сорт 1 Весеннего срока убор- ки сорт 3 Базис-ные нормы выхода Крупаядрица 69,3-72,1 62,5-65,5 не менее62,0 Крупапродел 0,2-0,8 0,6-1,2 не более5,0 Мучкакормовая 0,4-1,2 0,9-2,1 не более3,5 Отходы Ι иΙΙ категории 4,5-5,7 6,3-7,8 не более6,5 Как следует из представленных данных по сте- пени деградации механической прочности ядра, изученные образцы можно расположить в таком порядке: Из представленных данных следует, что при пе- реработке зерна весеннего срока уборки в крупу гречневую ядрица массовая доля выхода и целого продукта уменьшается по отношению к нормаль- ному зерну, однако показатели соответствуют ба- зисным нормам. Таким образом, проведенные исследования позволяют утверждать, что зерно хра- нившееся в ненадлежащих условиях, отличается от нормального заниженной механической прочно- стью и увеличенной долей дефектных зерен. Их наличие влияет не только на качество, но и массо- вую долю вырабатываемой готовой продукции.
References

1. Meleshkina, E.P. Sovremennye aspekty kachestva zerna pshenicy / E.P. Meleshkina // Agrarnyy vestnik Yugo- Vostoka. - 2009. - № 3. - S. 4-7.

2. Vazhov, V.M. Agroekologicheskie voprosy vyraschivaniya Fagopyrum esculentum moench na Altae / V.M. Vazhov, V.N. Kozil, S.V. Vazhov // Uspehi sovremennogo estestvoznaniya - 2016. - № 1-0. - S. 56-60.

3. Zhuravlev, A.P. Posleuborochnaya obrabotka zerna s osnovami hraneniya zernoproduktov: monografiya / A.P. Zhuravlev, L.A. Zhuravleva. - Samara: RICSG SHA, 2012. - 365 s.

4. Influences of High Hydrostatic Pressure, Microwave Heating, and Boiling on Chemical Compositions, Antinutritional Factors, Fatty Acids, In Vitro Protein Digestibility, and Microstructure of Buckwheat / Yun Deng, Olga Padilla-Zakour, Yanyun Zhao, Shishi Tao // Food and Bioprocess Technology. - 2015. - Vol. 8. - Is. 11. - Pp. 2235-2245. DOIhttps://doi.org/10.1007/s11947-015-1578-9.

5. Formation of off-flavour components during storage of buckwheat / Przybylski R., Eskin N.A.M., Malcolmson L.M., Ryland D., Mazza G. // Proceedings of the 7th International Symposium on Buckwheat, 12-14 August 1998,Winnipeg, Canada. - Pp. 3-7.

6. Mar'in, V.A. Vliyanie pokazateley kachestva zerna grechihi na izmenenie kislotnogo chisla zhira / V.A. Mar'in, A.L. Vereschagin // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2015. - № 3 (125). - S. 147-152.

7. Regulirovanie cvetnosti yadra grechnevoy krupy / V.A. Mar'in, E.A. Fedotov, A.L. Vereschagin, K.S. Baraboshkin // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ya. - 2009. - № 5. - S. 39-41.

8. Mar'in, V.A. Vliyanie termofilirovaniya na prochnostnye harakteristiki obolochek zerna grechihi / V.A. Mar'in, A.L. Vereschagin, N.V. Bychin // Hleboprodukty. - 2013. - № 1. - S. 54-55.

9. Mar’in V.A. Effects of humidity and the content of sprouted and spoiled buckwheat grains on the changes of acid number of fat and grain acidity / V.A. Mar’in, A.L. Vereshchagin // Foods and Raw Materials. - 2014. - Vol. 2. - № 1. - Rr. 31-35.

10. Mar'in, V.A. Tehnologicheskie svoystva vlazhnogo i syrogo zerna grechihi / V.A. Mar'in, A.L. Vereschagin, N.V. Bychin // Tehnika i tehnologiya pischevyh proizvodstv. - 2015. - T. 38. - № 3.  S. 35-40.

11. Mar'in, VA. Mehanicheskie i fiziko-himicheskie svoystva krupy yadricy grechnevoy iz zerna, ubrannogo iz-pod snega / V.A. Mar'in, A.L. Vereschagin, N.V. Bychin // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2016. - № 6 (140). - S. 167-172.


Login or Create
* Forgot password?