Меню Рубрики

Анализ содержания белка в зерне

Качество зерна и его химический состав определяют технологию производства, ее параметры и последующие продукты переработки. ГОСТом разработаны обязательные и дополнительны показатели, которые отвечают не только за вес и состав продукта, но и за активность ферментов и даже за удельный вес семени. Анализ проводится в лабораториях и состоит из нескольких этапов, результат которых учитывается при производстве муки и прочих продуктов, а также при определении экспортной цены и пригодности сырья для посева или хранения.

После уборки урожая зерно поступает на хлебоприемники и перерабатывающие предприятия. Каждая партия имеет собственные показатели, зависящие от сорта, погодных условий и соблюдения агротехнической технологии выращивания. Отбор производят на визировочных пунктах, а из каждой машины берут несколько проб для анализа.

Для стандартизации разработаны общие показатели качества зерна. Они вычисляются по цвету и вкусу, форме зерна, запаху и влажности, засоренности и зараженности зерна вредителями хлебных запасов. Делятся все показатели на обязательные и дополнительные. К первой группе относят:

  • Степень стекловидности;
  • Качество клейковины в зерне и ее количество;
  • Вес и удельный вес семени;
  • Размер зерна;
  • Пленчатость;
  • Процент ядер.

Дополнительные — это химический состав, количество и вид микроорганизмов, активность ферментов.

Для оценки качества пшеничных семян берут исходную единицу. Отбирают ее из общей партии при отгрузке или во время хранения. Называется исходная единица — выемкой, а все собранные выемки составляют образец зерна.

Для определения характеристики и технологических свойств зерна используются три основных параметра:

  • Выход продукта из единицы массы зерен;
  • Качество продукта;
  • Затраты на выход единицы продукта.

Технологические свойства пшеницы определяются и по дополнительным оценочным критериям. К ним относят показатель выхода и зольность муки высших сортов, коэффициент средневзвешенной зольности всех сортов муки.

Стандартная лаборатория для полного анализа поступившего пшеничного семени должна иметь:

  • Технические высокоточные весы;
  • Мельницу;
  • Аппараты для выявления свойств клейковины;
  • Чашу Петри и часовое стекло;
  • Сушильную камеру;
  • Ступы из фарфора и эксикатор;
  • Бутыли и емкости;
  • Приборы для измерения температуры;
  • Сита с разным диаметром ячеек.

Из отобранного сырья составляют среднюю пробу зерна в 35-55 г. Пробу очищают от сорта, размалывают при помощи мельницы до получения необходимой по размеру фракции. Измельченное зерно поступает на дальнейший анализ.

После измельчения определяется необходимая для анализа величина помола. Для этого используют два сита: из проволоки и с капроновой или шелковой сеткой. Остаток в первом сите не должен превышать 2%, а во втором быть более, чем 40%. Если эти нормы не соблюдены, повторяют помол пробы зерна.

Наличие сорняков и других примесей влияют на ценность пшеницы.

Для определения степени зараженности зерна размер навески составляет 50 г. Сорные и прочие примеси выявляются при помощи трех сит для примесей, мелких семян сорных растений и сколотых, дробленых и мелких семян пшеницы. Первым используют сито с крупной ячейкой, затем — среднее и мелкое. Примеси разделяют на органические и минеральные, и определяется их общее процентное содержание. Согласно ГОСТу 52554-2006 общий объем примесей не должен превышать 2%.

Для зерновой примеси предусмотрены нормы в 5-15% в зависимости от класса и качества зерна. При превышении показателей сырье определяют как смесь видов с указанием процентного состава. Зараженность зерна вредителями хлебных запасов не допускается. Исключение составляет только инфецированность клещами не выше 2 степени. Для определения зараженности навеску пропускают через 2 сита с ячейкой 2,5 и 1,5 мм.

Процент зараженности определяется только по живым насекомым. Мертвых вредителей пшеницы относят к примесям.

Показатель плотности семян связан с химическим составом. Созревшее пшеничное семя имеет плотность большую, чем молочная спелость. Связано это с тем, что данный показатель зависит от содержания крахмала и минералов. Для определения состояния углеводов и амилазов высчитывают число падения. Для кормовых сортов оно не должно превышать 80, а для сильной пшеницы — от 200 до 600.

Химический состав пшеницы — дополнительный показатель, который рассчитывается по запросу. Самый ценный компонент — белок. На долю углеводов приходится до 64% от всего состава пшеничных зерен, а главный из них — крахмал. Сахар также относится к углеводам, но его доля ниже — всего 3-7%. Сосредоточен сахар в зародыше и внешнем эндосперме.

Клетчатка находится в цветочной пленке и стенках клеточных оболочек, и на ее долю приходится до 3 от состава. Клетчатка не растворяется в воде и необходима для нормальной работы кишечника. Она же снижает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. Это объясняет ценности твердых сортов пшеницы. Средний процент жиров и липидов в пшеницы — 2,5.

Определение клейковины происходит при помощи специальных приборов, а ГОСТ Р52554-2006 задает следующие нормы:

  • Для первых 4 классов твердых сортов — 20-100 единиц по ИДК;
  • Для мягких сортов 1-2 класса — 45-75 единиц, 3-4 класса — 20-100 единиц;
  • Для 5 класса ограничений нет.

Влажность зерна влияет на количество и качество питательных веществ: чем воды больше, тем ниже питательность и хуже химический состав. В лабораториях используют следующий метод определения влажности: навеску зерна подсушивают в сушильных камерах. Если сырье имеет влажность выше 18%, то ускоренный метод завершают. Допустимый остаток влаги от 12 до 18%. Если влажность менее 18%, то процесс продолжают. Семена пшеницы охлаждают в аппарате, создающем искусственную тягу, и измеряют остаточное состояние влажности:

  • Для сухого зерна — до 14%;
  • Для средней сухости — от 14,1 до 15,5%;
  • Для влажного — от 15,6 до 17%.

К сырому относится сырье, имеющее влажность от 17,1%.

Химический состав зерна пшеницы также включает в себя аминокислоты, витамины, азотистые компоненты, минералы и пигменты.

К азотистым веществам относят кислород, углерод, фосфор, азот, которые образуют из аминокислот необходимые для любого организма белки. В состав входят: валин, метионин, лизин, изолейцин и треонин, триптофан и фенилаланин.

Из пигментов пшеничное семя богато хлорофиллом, каротином, акеантином, меланином и ксантофиллом. Витамины представлены аневрином, рибофлавином, аскорбиновой и никотиновой кислотой, витамном D и E.

Содержание белка в пшенице зависит от вида и может колебаться в диапазоне от 8 до 22%. Меньше всего белка содержится в мягких озимых сортах, твердые сорта могут содержать до 28% белка. Пищевую ценность определяет протеин или пшеничный белок.ГОСТ 9353-2016 определяет норму количества белка в зависимости от класса:

  • Для 1 касса содержание белка должно быть более 14,5%;
  • Для 2 — от 13,5 до 14,5%;
  • Для 3 класса — от 12 до 13,5%;
  • Для 4 — от 10 до 12%;
  • Все, что ниже 10% относится к 5 классу зерна.

Если содержание протеина менее 11% говорит о недостаточном количестве клейковины. Она представляет собой не растворяемый в воде упругий и эластичный гель. От уровня сырой клейковины зависят пекарские свойства муки и вкусовые качества хлеба. Минимальный уровень должен быть не менее 25%.

Гидролизат клейковины получают из цельных и неочищенных пшеничных семян. Для выделения гидролизованных протеинов пшеницы используют метод ферментации гидролиза, включая клейковину, пептиды и растворимые аминокислоты. Гидролизованные протеины пшеницы содержат много глутатиона, который защищает клетки организма от губительных окислительных процессов. Глутаминовая кислота необходима для питания кожи и поддержания ее молодости. Гидролизованные протеины пшеницы входят также в антиоксидантный комплекс, являются источником энергии для клеток. Используются гидролизованные протеины пшеницы и в косметологии: они являются неотъемлемой частью средств по уходу за поврежденными волосами. Они держатся дольше, чем коллаген или эластин, а также придают объем и легкость. Применяют их и в линиях для возрастной и проблемной кожи, в средствах против растяжек и пигментных пятен.

Стекловидность отражает состояние поверхности зерен и устройство внутренних тканей. Мучнистый эндосперм — это связь в зернах между белками и крахмалами. Для определения стекловидности берут навеску в 50 г. Пробу очищают от примесей, а ее влажность не превышает 17%. Сырье отправляют на просушку, а после отбирают 10 г, которые освобождают от семенных оболочек.

ГОСТ 10987-76 предусматривает два способа определения стекловидности. Первый — осмотр среза зерна. Второй — использование диафаноскопа ИДК-110 или любой другой модели. Для осмотра отбирают 100 семян, которые разрезают на две части. При использовании прибора каждое зерно кладут в ячейку кассеты.

По результатам осмотра подсчитывают количество семян с полной стекловидностью, и прибавляют количество зерен с частичной стекловидностью. Мучнистые зерна не принимают в расчет. Результат подтверждают повторной проверкой — процент расхождения должен быть не более 5. При большем показателе проверку повторяют с новой пробой.

Плотность зерна зависит от химического состава и анатомического строения. Для ее определения берут очищенную от примесей пробу. Семена пшеницы перед анализом нагревают до комнатной температуры, иначе показатели будут иметь большую погрешность.

Семена насыпают через воронку в пурку, соблюдая все правила загрузки. Точность прибора — до 1 г. В период работы аппарат нельзя двигать или создавать рядом вибрации. Определить плотность можно и методом набухания зерен. Для этого используют стеклянный мерный цилиндр и жидкость, которая не впитывается пшеницей. Наиболее точным является пинкометрический метод с использованием пинкометра. Суть метода — взвешивание сухих и набухших зерен. В полученном результате необходимо учитывать массу и плотность жидкости для определения точного результата.

Условия хранения, использования, методы предпосевной обработки и даже рыночная стоимость зависят от класса зерна.

Результаты анализов помогают определить состав, состояние по влажности и стекловидности, качество клейковины и пищевую ценность. Оценка качества зерна необходима также и для фуражного сырья: для выявления сорных примесей, вредных и опасных спор и грибков, определения пищевой ценности. Все нормы и способы проведения анализов определяются едиными стандартами, а отбор зерен на пробу происходит из каждой партии. Необходимо это и для контроля качества продукта, и для выявления зараженного и непригодного для употребления зерна.

источник

Как и любой сельскохозяйственный продукт, зерно имеет свои характеристики качества, которые определяют, насколько оно пригодно для использования человеком. Эти параметры утверждены ГОСТом и оцениваются в специальных лабораторях. Анализ зерна позволяет определить качество, пищевую ценность, стоимость, безопасность и сферу использования конкретной партии или сорта.

Результаты проверки зависят от трех составляющих:

  • генетических особенностей культуры, с которой был собран урожай;
  • условий выращивания и технологии транспортировки;
  • хранения.

Утвержденной государственной единицей оценки качества является партия, из которой и отбирают пробы на анализ.

Параметры, определяемые при помощи лабораторного анализа зерна, подразделяют на 3 большие группы:

  • показатели качества — совокупность физико-химических и биологических свойств, характеризующих степень полезности и пригодности зерна для технического и аграрного использования;
  • показатели безопасности — оценивают наличие вредных для здоровья химических примесей, характеризуют экологичность зерна;
  • содержание ГМО (генно-модифицированных образцов).

Первая группа самая обширная и является обязательной составляющей проверки зерновых партий. В оценку качества входят 2 типа показателей анализа зерна:

  • органолептические — оцениваются при помощи органов чувств человека;
  • лабораторные или физико-химические — определяются с использованием специфических методик и технического оборудования.

Среди лабораторных параметров присутствуют основные (обязательные для конкретной культуры) и дополнительные. Каждая характеристика качества зерна имеет особое название и методику определения.

Расшифровка анализа зерна

Параметр Характеристика Влажность Процент содержания воды в зерне. Температура Измеряется в разных точках на глубине зерновой массы. В норме не должна быть слишком высокой или быстро расти. Натура Характеризует массу одного литра зерна, выражается в г/л. Крупность Определяет размерные параметры зерна. В эту группу показателей входят масса 1000 зерен, удельный вес, а также длина, ширина и толщина семени. Стекловидность Характеризует степень прозрачности зерен. Пленчатость Определяется для крупяных культур (овес, ячмень, рис, гречиха и т.д.). Характеризует процентную долю пленок или оболочек в зерновой массе. Чем выше пленчатость, тем ниже выход готовой крупы. Засоренность Показывает процентное отношение примесей к общей массе зерна. Всхожесть Способность давать нормальные ростки в естественных для конкретной культуры условиях. Энергия прорастания Процент зерен, давших ростки в течение определенного промежутка времени. Число падения Характеризует степень прорастания зерна (чем выше показатель, тем ниже хлебопекарное качество муки). Зольность Количество минеральных (неорганических) веществ в зерне. Определяется взвешиванием массы, оставшейся после полного сгорания молотого зерна при температуре 750-850 °С. Выравненность Характеризует однородность зерен по размеру. Зараженность Количество вредителей в культуре (клопов-черепашек, амбарных долгоносиков и т.д.), выражается в числе живых особей на 1 кг зерна.

Для пшеницы дополнительно проводят анализ зерна на клейковину и на содержание белка.

Оценка качества зерна является неотъемлемой частью контроля агропромышленных товаров и составляет основу научных исследований урожая, которые сопровождают выведение новых сортов или изучение влияния различных экологических факторов на зерновые растения (удобрений, почвы, вредителей, фитогормонов и т.д).

К дополнительным параметрам анализа качества зерна относят химический состав, активность ферментов, содержание микроорганизмов и т.д.

Обилие урожая в значительной степени зависит от качества посевного зерна. При этом ключевыми характеристиками являются размер (чем крупнее семя, тем лучше пойдет рост), чистота (отсутствие сорных примесей и паразитов культуры) и результаты анализа всхожести.

Для анализа зерна на посевные качества из партии методом квартования выделяют 3 средних пробы, которые используют для определения разных показателей:

  • проба 1 — чистота, всхожесть, масса 1000 семян;
  • проба 2 — влажность и зараженность вредителями;
  • проба 3 — степень поражения семян болезнями.

На основании результатов анализа делается заключение о посевных качествах семян, которое включается в соответствующий инспекционный документ.

Всхожесть определяют путем помещения 100 зерен в подходящие для прорастания условия на 3 дня. При этом оценивают количество и равномерность всходов. Для быстрого выявления мертвых зерен эффективен метод Лекона, который дает результат уже через несколько часов. Живые зерна определяются по изменению цвета, что происходит при поглощении кислорода из раствора тетразолиевой соли. В мертвых же семенах дыхание отсутствует.

Главными органолептическими показателями являются цвет, блеск, вкус и запах, на основании которых делают вывод о доброкачественности и свежести партии зерна. Цвет должен быть однородным, поверхность семян — гладкой и блестящей. Присутствие посторонних запахов (не свойственных культуре) говорит об испорченности или нарушении технологии хранения.

На глаз оцениваются также:

  • форма и размер;
  • однородность партии;
  • сорность;
  • состояние оболочки.

Цвет, запах и вкус зерен проверяются на соответствие конкретному биологическому сорту. Органолептический анализ является поверхностным и приблизительным, но может выявить серьезные отклонения от нормы. Параметры исследуемого образца сравниваются с имеющимися в лаборатории эталонами.

Примеси делят на 2 большие группы: зерновую и сорную. Последняя подразделяется на 4 вида:

  • минеральную — частицы неорганической природы (камешки, песок, пыль, галька и др);
  • органическую — сторонние частицы органического происхождения, в большей степени — растительного (кусочки колосков, листьев и т.д.);
  • сорную — семена чужих культур;
  • вредную — плоды или семена, в составе которых есть вещества, ядовитые для человека.

Зерновой примесью называют дефектные (отличающиеся от нормальных) семена партии. Они тоже могут быть использованы для технологической переработки, хоть и дают продукт более низкого качества. Для снижения содержания сорной примеси зерно проходит очистку на производственных машинах.

Читайте также:  Анализ на аллерген молочного белка

Масса средних проб для анализа зерна на сорность составляет 20-25 грамм. Доля примесей определяется в процентах.

Зараженность может быть явная и скрытая. В первом случае вредителей отделяют от пробы при помощи сита, а во втором — раскалывают и осматривают каждое зерно (размер выборки — 50).

Данный анализ относится к категории дополнительных и подразумевает изучение химического состава зерна. При этом определяют процентное содержание следующих компонентов:

  • белков;
  • липидов;
  • углеводов (включая крахмал и клетчатку);
  • витаминов;
  • минералов (макро-, микро- и ультрамикроэлементов).

В химический анализ зерна также входит определение зольности.

Эти параметры показывают пищевую ценность конкретного сорта, а иногда и техническую полезность. Например, большое количество липидов в семени подсолнечника свидетельствует о высокой пригодности сырья для производства масла.

Определение некоторых компонентов состава является ключевым фаткором качества. Так, при анализе зерна пшеницы обязательно определяют процентное содержание белка. Этот показатель характеризует не только пищевую ценность, но и хлебопекарные свойства, так как коррелирует со стекловидностью и качеством клейковины.

Существует огромное количество приборов для анализа зерна, среди которых можно выделить специализированные (разработаны для лабораторной оценки зерновой продукции) и общие. К последним относятся приборы для физических и химических измерений, оборудование для работы с реактивами.

В стандартный набор лаборатории для анализа зерна входят:

  • весы высокой точности;
  • разновесы;
  • приборы для определения свойств клейковины;
  • часовые стекла и чашки Петри;
  • сита с ячейками разного диаметра;
  • фарфоровые ступы;
  • эксикатор;
  • мельница;
  • влагомеры;
  • прибор для измерения температуры;
  • лабораторная посуда (колбы, бутыли и т.д.);
  • сушильная камера;
  • химические реактивы.

В наборе также могут присутствовать узкопрофильные приборы, например, шелушители, при помощи которых определяют пленчатость. Наличие металломагнитных примесей выявляют при помощи миллитесламетров.

Некоторые приборы заменяют ручные методы определения некоторых параметров. Например, стекловидность можно установить при помощи диафаноскопа. Автоматизация анализа зерна значительно снижает субъективный фактор и экономит время.

Существуют также аппараты комплексного анализа, которые заменяют многоэтапный процесс определения разных параметров, требующий целый набор приборов и реактивов. Тем не менее, функционал таких устройств пока что ограничен.

В настоящее время оценка качества зерновой продукции представляет собой сочетание ручных и автоматизированных методов анализа зерна, соотношение которых определяется техническим обеспечением конкретной лаборатории и набором проверяемых показателей.

Влажность — один из ключевых параметров качества зерна, который определяет не только его пищевую ценность, но и условия хранения.

Существует 2 способа анализа влажности зерна:

  • с использованием электрического сушильного шкафа (СЭШ) — заключается в высушивании размолотой зерновой пробы и сравнении веса до и после процедуры;
  • с применением электровлагомера — определение степени влажности по электропроводимости, навеска зерна помещается в прибор под пресс.

Второй способ экономичен по времени, но он менее точен. В случае слишком высокой влажности (более 17 %) исследуемый образец предварительно подсушивают.

В зависимости от процентного содержания воды различают 4 степени влажности зерна:

  • сухое (меньше 14 %);
  • средней сухости (14-15,5 %);
  • влажное — (15,5-17 %);
  • сырое — (более 17 %).

Приведенные процентные соотношения приемлемы для основных зерновых культур (рожь, овес, пшеница и др).

Влажность более 14 % считается повышенной и нежелательной, поскольку приводит к снижению качества и всхожести зерна. Для каждой культуры существуют свои нормативы содержания воды, разработанные с учетом особенностей химического состава семян.

Оценка пленчатости включает 2 этапа:

  • подсчет количества оболочек или пленок;
  • определение процентной массовой доли оболочек.

Второй показатель является наиболее важным. Для его определения зерна предварительно освобождают от оболочек при помощи шелушителя или вручную, а затем отдельно взвешивают крупу и пленочную массу. В конце сравнивают вес очищенной и неочищенной проб.

Степень прозрачности зависит от соотношения белка и крахмала. Чем выше содержание последнего, тем зерно более мучнистое (крахмалистое) и мутное. И, наоборот, большое количество белка увеличивает прозрачность семени. Следовательно, значение стекловидности отражает пищевую ценность и хлебопекарное качество зерна. Кроме того, этот показатель связан с механико-структурными свойствами эндосперма. Чем выше стекловидность, тем зерно прочнее и требует больше энергетических затрат на размол.

Существует 2 метода определения этого параметра: ручной и автоматизированный. В первом случае прозрачность оценивают на глаз или с использованием диафаноскопа. Анализу подвергается выборка из 100 зерен. Каждое семя разрезается пополам и определяется в одну из трех групп стекловидности:

  • мучнистое;
  • частично стекловидное;
  • стекловидное.

Общее количество зерен из последних двух категорий составляет общую стекловидность (в сумму включается только половина числа частично стекловидных семян). Проверку осуществляют 2 раза (расхождение результатов не должно превышать 5 %).

Существуют также автоматизированные диафаноскопы, которые одновременно определяют стекловидность семян, помещенных в кювету. Некоторые приборы даже не требуют предварительного разрезания зерен.

Число падения — косвенный показатель степени прорастания, определяемый на основе уровня автолитической активности зерна. Последняя является результатом действия фермента альфа-амилазы, расщепляющего крахмал эндосперма до простых сахаров, которые необходимы для развития зародыша семени. Естественно, это приводит к значительному снижению хлебопекарного качества.

Автолитическая активность определяется при помощи специального оборудования (Falling Number, ИЧП, ПЧП и др). В основе метода лежит ферментативное разжижение (под действием альфа-амилазы) мучной суспензии, клейстеризованной в кипящей водяной бане.

Все составляющие анализа продукции строго регламентированы и прописаны в соответствующих стандартах. В ГОСТ содержатся нормативы качества, требования к оборудованию и методики для определения каждого показателя. Результаты анализа зерна признаются достоверными только в том случае, если получены в соответствии с установленными инструкциями.

Согласно ГОСТу определяются классы зерновых культур, для каждого из которых прописаны соответствующие значения параметров качества (так называемые ограничительные нормы). У мягкой пшеницы выделено 5 классов.

Ограничительные параметры мягкой пшеницы
Показатель 1 2 3 4 5
Массовая доля белка, не менее 14,5 13,5 12 10 нет ограничений
Количество сырой клейковины, не менее 32 28 23 18 нет ограничений
Число падений 200 200 150 80 нет ограничений
Натура, г/л, не менее 750 750 730 710 нет ограничений

Класс определяет характер обработки и использования, особенности хранения и рыночную стоимость зерна.

При помощи ИК-спектроскопии можно быстро и качественно определить:

  • влажность;
  • содержание белка и клейковины;
  • количество крахмала;
  • натуру;
  • плотность;
  • масличность;
  • зольность.

Для основных параметров анализа зерна погрешность не превышает 0,3 %.

Работа комплексных анализаторов основана на диффузном отражении света с длиной волны в пределах ближней области ИК-спектра. При этом значительно экономится время (анализ нескольких параметров осуществляется в течение минуты). Основным недостатком экспресс-метода является дороговизна оборудования.

Клейковина представляет собой плотную и вязкую резинообразную массу, образующуюся после вымывания из размолотого зерна водорастворимых веществ, крахмала и клетчатки. В состав клейковины входят:

  • белки глиадин и глютенин (от 80 до 90% сухого вещества);
  • сложные кглеводы (крахмал и клетчатка);
  • простые углеводы;
  • липиды;
  • минеральные вещества.

В пшенице содержится от 7 до 50 % сырой клейковины. Показатели больше 28 % считаются высокими.

Кроме процентного содержания при анализе зерна на клейковину оценивают четыре параметра:

Самым важным показателем является упругость, которая характеризует хлебопекарные свойства пшеницы. Для определения этого параметра используют прибор индекса деформации клейковины (ИДК). Образцом для анализа служит шарик, скатанный из 4 граммов исследуемого вещества и предварительно выдержанный в воде в течение 15 минут.

Качество клейковины является наследственным признаком конкретного сорта и не зависит от условий выращивания.

Анализ зерна пшеницы на содержание клейковины проводят строго в соответствии со стандартом, так как малейшая погрешность может сильно исказить результат. Суть метода состоит в отмывании определяемого вещества из теста, замешанного из пшеничного шрота (измельченных и просеянных зерен). Отмывание осуществляется под слабой водной струей температурой +16-20 °С.

источник

МЕТОД КЬЕЛЬДАЛЯ

Классическим способом определения белка в зерне пшеницы является метод, разработанный в 1883 г. датским химиком Иоганном Кьельдалем. Это очень трудоемкий и продолжительный анализ, поэтому в современной лабораторной практике метод Кьельдаля часто пытаются заменить альтернативными методами, в том числе с использованием дорогостоящих программно-аппаратных комплексов.

Но метод Кьельдаля до сих пор остается единственным общепризнанным методом определения белка и чаще всего используется в качестве эталонного для калибровки и настройки других методов определения массовой доли белка и приборов для экспресс-анализа.

Набор «стекла» для определения белка методом Кьельдаля есть практически в каждой лаборатории, а альтернативные методики применяются только как вспомогательные при очень большом количестве ежедневных анализов. Для предприятия, только начинающего становление своей лаборатории,безусловно, предпочтительным является использование именно метода Кьельдаля. Метод стандартизован (ГОСТ 10846-91«Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка»). Более чем столетняя практика применения метода Кьельдаля не нашла ему достойной альтернативы, поскольку он позволяет с высокой точностью определять количество азота, являющегося составной частью белков. Метод включает в себя несколько основных этапов: отбор и подготовку проб, мокрое озоление, отгонку с паром и определение концентрации аммония (фотометрически или титриметрически).

Процедура подготовки образца должна обеспечивать максимальную однородность, что повышает точность и воспроизводимость результата.Самым трудоемким и продолжительным этапом в методе Кьельдаля является стадия мокрого озоления образца в серной кислоте, при которой выделяется большое количество ядовитых паров диоксида и триоксида серы. Полученный после стадии разложения прозрачный раствор не годится для определения в нем аммонийного азота из-за большого содержания компонентов раствора.

Для отделения аммонийного азота он переводится в аммиачную форму (добавлением щелочи) и отгоняется с паром на дистилляторе. Дистилляторы могут также использоваться для отгонки аммонийного азота непосредственно из образцов без их предварительного разложения, что позволяет выделить содержание аммонийного азота из общего азота по Кьельдалю.

За окончательный результат определения азота принимается среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Расхождение между ними не должно превышать следующей величины: 0.051+0,014х, где X— среднее арифметическое параллельных измерений. Умножив полученную величину на коэффициент К=5,7 (для пшеницы), получаем значение допускаемого расхождения в пересчете на белок.

Пересчет на содержание белка осуществляется по известному коэффициенту,который в общем случае равен 6,25, но может несколько отличаться для различных типов белка. Несмотря на кажущуюся сложность комплекса оборудования для определения белка методом Кьельдаля, использование именно этого метода анализа гарантирует достоверность результатов. Ведущие фирмы по созданию лабораторных приборов выпустили экспресс анализаторы, позволяющие максимально механизировать процесс разложения и титрования раствора. Такое оборудование позволяет существенно увеличить воспроизводимость результатов, снизить расход реактивов и обеспечить безопасность персонала. Однако стоимость самих приборов составляет десятки тысяч евро (в отличие от набора стеклянных сосудов и холодильников).

Нестандартизованный в России, однако применяемый на договорных условиях при экспортных операциях, метод Дюма имеет широкое распространение в Европе и Америке. Метод разработан Ж. Дюма в 1831 году.

При этом методе навеску анализируемого органического соединения сжигают в кварцевой трубке в атмосфере СО 2 в присутствии СuО и металлической Сu. Объем выделившегося N 2 , измеряют в азотометре (градуированном сосуде), после чего рассчитывают содержание азота в анализируемом образце. Образующиеся наряду с азотом СО, СО 22 , Н 2 0, оксиды азота связываются в трубке (медью или ее оксидом) или поглощаются водным раствором щелочи, которым заполнен азотометр. В настоящее время разработаны и другие модификации этого метода. Например, анализируемое вещество сжигают в вакууме, продукты поступают в слой твердого Мg (СlO 4 ) 2 , затем в раствор щелочи и измерительный сосуд для установления объема выделившегося N2.

Иногда к навеске вещества добавляют различные окислители (NIO, РЬО, или их смесь в соотношении 1:1. АgМnО4, Со2О3, и другие), которые способствуют более полному и быстрому разложению вещества. Для определения объема N2, применяют инструментальные методы, в том числе газовую хроматографию. Существуют полуавтоматические приборы-анализаторы, позволяющие определять содержание азота одновременно с содержанием углерода и водорода. Основные преимущества метода Дюма (азот по Дюма) по сравнению с методом Кьельдаля (азот по Кьельдалю):

  • исключена работа с такими агрессивными реагентами, как концентрированная серная кислота и шелочь. Длявыполнения анализа по методу Дюма требуются только неагрессивные и неядовитые реагенты — окислители и восстановители: окись меди или медь, вольфрам, а также газы О2 и СО2
  • нет необходимости постоянно следить за кипящей кислотой в стеклянных сосудах, которые часто растрескиваются во время анализа или при их переносе. Таким образом, метод Дюма безопасен и не требует дорогостоящей утилизации отходов после проведения анализа.

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

Хорошей альтернативой титриметрии может стать фотометрическое определение аммонийного азота при помощи готовых реактивов в спектрофотометрах и фотометрах. Этот метод позволяет получить результат за считанные минуты. Например, в память спектрофотометра занесены разные методики определения аммонийного азота и азота по Кьельдалю, методы определения целого ряда металлов, различных форм азота и фосфора, практически всех важнейших анионов.

МЕТОД БИК-СПЕКТРОСКОПИИ

В настоящее время во многих странах мира для оперативного (экспрессного) анализа целого ряда показателей качества некоторых видов сельскохозяйственной продукции широко применяется метод спектроскопии в ближней инфракрасной области (БИК спектроскопия). Инструментальную базу спектрального анализа составляют ИК-анализаторы и спектрофотометры.

  • значительное сокращение времени на проведение анализа;
  • существенная экономия энергоресурсов;
  • применение недорогостоящих расходных материалов и химических реактивов;
  • менее жесткие требования к квалификации обслуживающего персонала, производящего рутинные измерения (по сравнению с их коллегами, осуществляющими традиционные лабораторные методы анализа).

От редакции

За полтора года действия ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия» накопилось много теоретических и практических вопросов, касающихся определения важнейших показателей качества зерна пшеницы — влажности, количества и качества клейковины, содержания белка. О проблемах определения количества клейковины мы писали в МОС № 11 -2008, С. 34—35. Данный материал посвящен определению массовой доли белка.

источник

Белок (протеин) — исключительно важное питательное вещество, определяющее пищевую ценность зерна.

Содержание белка — показатель мукомольных и хлебопекарных свойств пшеницы, оно связано с количеством и качеством клейковины, а также со стекловидностью.

Косвенным показателем содержания и качества белка у краснозерной пшеницы является цвет: высокобелковая пшеница обычно темно-красного и красного цвета, низкобелковая — желтого.

Содержание белка в зерне пшеницы колеблется в больших пределах в зависимости от сорта, района произрастания, почвенно-климатических условий и др. Так, при среднем содержании белка в пшенице 12-15% содержание его колеблется от 8 до 24%. Высоким считают содержание белка свыше 16-17%, средним — 14-16%, низким — менее 14% на сухое вещество.

Наиболее богата белками пшеница, произрастающая на юго-востоке по сравнению с пшеницей, выращенной в северных и западных районах. Большое количество осадков в период созревания зерна приводит к уменьшению относительного содержания белка.

У одних и тех же сортов пшеницы (и других культур), произрастающих в разных районах, содержание белка колеблется в больших пределах.

Количество белка в пшенице устанавливают по содержанию азота в зерне, результат умножают на белковый коэффициент 5,7 для пшеницы; коэффициент получают делением 100 на величину процентного содержания азота в белке (17,54% в белке пшеницы).

При определении белка в пивоваренном ячмене применяют коэффициент 6,25 (из расчета содержания азота в белке ячменя в среднем 16%).

Метод определения общего азота заключается в сжигании навески измельченного зерна концентрированной серной кислотой при кипячении в специальной тугоплавкой колбе Кьельдаля. При этом углерод органического вещества окисляется до С02, водород до Н20, азот, образуя аммиак, соединяется в колбе с серной кислотой и удерживается в ней в виде сернокислого аммония. Этот процесс можно представить уравнением

Читайте также:  Анализ на аллерген яичного белка

Аммиак в приемнике поглощается титрованным раствором серной кислоты, давая сернокислый аммоний

Зная количество взятой в приемник 0,1 н., можно титрованием щелочью определить количество оставшейся свободной щелочи, а по ней количество серной кислоты, связанной с аммиаком, а следовательно, и количество азота.

Применяемые реактивы: 0,1 н. раствор ; 0,1 н. раствор NaOH; химически чистая серная кислота (плотность 1,84); 33%-ный раствор предварительно прокипяченного технического едкого натра — сода каустическая (500 г едкого натра в 1 л дистиллированной воды); пемза или фильтровальная бумага; красная лакмусовая бумага; вода дистиллированная.

Катализатор. Тщательно перемешивают и растирают в ступке смесь, состоящую из 10 г сернокислой меди, 100 г сернокислого калия и 2 г селена металлического. При отсутствии селена можно использовать смесь только из сернокислой меди и сернокислого калия, но сжигание образцов при этом будет более продолжительным.

Индикатор. На технических весах отвешивают 0,13 г метиленового голубого и растворяют его в 100 мл этилового спирта. Отвешивают на технических весах 0,14 г метилового красного и растворяют его в 200 мл этилового спирта. Оба раствора тщательно взбалтывают до полного растворения входящих в них веществ, затем растворы сливают вместе. Хранят раствор индикатора в темной склянке. В кислом растворе индикатор дает красно-фиолетовое окрашивание, в щелочном — зеленое. В переходной стадии при рН 5,5 индикатор почти бесцветен.

33%-ный раствор едкого натра готовят следующим образом. Отвешивают 500 г едкого натра (технического), помещают его в фарфоровый стакан и приливают туда при постоянном помешивании стеклянной палочкой 1000 мл дистиллированной воды. Когда растворятся куски щелочи, раствору дают отстояться, затем его сливают в склянку и закрывают резиновой пробкой.

Порядок определения. Из среднего образца при помощи делителей или вручную выделяют около 50 г зерна, очищают его от сорной примеси, за исключением испорченных зерен, размалывают на лабораторной мельнице так, чтобы все размолотое зерно прошло при просеивании через проволочное сито № 08.

Размолотое зерно переносят на стекло размером примерно 20 X 20 см и двумя плоскими совками или картонными карточками смешивают его, разравнивают и придавливают другим стеклом такого же размера так, чтобы слой под стеклом был высотой не более 3-4 мм.

источник

Протеин является важным питательным веществом в зерне злаковых и продуктах их переработки. Содержание белка может варьироваться от 5 до 26% в разных видах зерновых. Также в зависимости от культуры будет различным и аминокислотный состав протеина, что непосредственно влияет на его питательную ценность.

Очень важно содержание протеина, в частности, для пшеницы, т.к. в коммерческих отношениях влияет на класс зерна, а на производстве является показателем мукомольных и хлебопекарных свойств пшеницы.

Определение белка (протеина) возможно как при помощи современных ИК-анализаторов, так и классическими химическими методами Къельдаля или Дюма.

Метод Къельдаля – самый распространённый классический метод определения азота/протеина в соответствии с международными стандартами в пищевой и комбикормовой промышлености, при производстве напитков, а также в химической и фармацевтической промышленности.

Проведение определения белка по методу Къельдаля включает в себя три основные стадии:

  • Минерализация (сжигание) образца. Рекомендуем использовать Дигесторы DK от Velp Scientifica .
  • Дистилляция (отгонка с паром). См.: Аппараты для перегонки с паром UDK .
  • Титрование.

Одним из важнейших условий получения достоверных результатов определения белка по Кьельдалю является тщательная пробоподготовка. Процедура подготовки образцов должна обеспечивать однородность и размол пробы таким образом, чтобы размер частиц не превышал 1 мм.
Для измельчения образцов рекомендуется использование специальных лабораторных мельниц, таких как LM 3100 производства Perten Instruments.

Взвешивание образцов для последующего анализа по Къельдалю обязательно должно проводиться на аналитических весах с точностью до 0,1 мг

Универсальный многофункциональный ИК анализатор зерна DA 7300. Быстрый (6 секунд) и точный анализ одновременно по нескольким параметрам. Различные виды зерновых, масличных и других видов пищевых продуктов.

Быстрое и точное определение одновременно для нескольких образцов путем их сжигания методом Дюма.

Для количественного определения общего азота (белка , протеина ) в различных продуктах перегонкой с паром по Кьельдалю

Аппараты для количественного определения общего азота (белка , протеина ) в различных продуктах.

Сверхкомпактный экспресс аппарат цельного (не размолотого) зерна и масличных культур. Автономное питание и встроенный модуль GPS для построения зонированных карт полей.

Автоматические и полуавтоматические дигесторы DK и DKL. Точное определение белка в зерновых культурах.

Универсальный многофункциональный ИК анализатор зерновых культур DA 7250 с технологией диодной линейки. Быстрый (6 секунд) и точный анализ одновременно нескольких параметров.

Анализатор цельного зерна и муки Inframatic 9500. Определяет основные показатели качества зерновых и масличных культур, включая натуру.

источник

Фракционный состав белков зерна злаковых культур. (% от общего количества белков) Культуры альбумины глобулины проламины глютелины Пшеница Рожь

(% от общего количества белков)

Культуры альбумины глобулины проламины глютелины
Пшеница
Рожь
Ячмень
Овёс
Кукуруза
Просо
Рис

В зерновках злаковых растений, кроме белков, содержатся в небольшом количестве и другие азотистые соединения: свободные аминокислоты и их амиды, пептиды, азотистые основания и нуклеотиды, нуклеиновые кислоты и др. На их долю приходится 5-10 %от общего количества азотистых веществ зерна. В наибольшем количестве они находятся в зародыше и алейроновом слое.

Белковые фракции зерна различаются по аминокислотному составу и в том числе по содержанию незаменимых аминокислот, от которых зависит биологическая ценность белков. Наиболее высокую биологическую ценность имеют водорастворимые белки — альбумины, в их составе все незаменимые аминокислоты содержатся почти в оптимальных соотношениях, отмечается лишь некоторый дефицит по содержанию метионина. Солерастворимые белки зерна — глобулины также характеризуются довольно хорошо сбалансированным аминокислотным составом, хотя содержание некоторых незаменимых аминокислот у них по сравнению с альбуминами понижено (метионин, триптофан, лейцин).

Щелочерастворимые белки — глютелины у ряда злаковых культур (рис, овес, ячмень, сорго) по содержанию незаменимых аминокислот близки к глобулинам, а у других (пшеница, рожь, кукуруза, просо) характеризуются довольно сильным дефицитом лизина, триптофана и метионина. Самую низкую биологическую ценность имеют спирторастворимые белки — проламины, которые накапливаются только в семенах злаковых растений. Они отличаются очень низким содержанием таких незаменимых аминокислот, как лизин, триптофан, метионин, и высокой концентрацией глутаминовой кислоты и пролина, на долю которых приходится от 20-35% (рис, просо, кукуруза) до 40-55% (пшеница, рожь, ячмень, сорго, овёс) от массы этих белков.

Синтез и накопление белков в зерновках злаковых культур происходит в основном за счёт оттока азотистых веществ (главным образом аминокислот) из вегетативных органов, так как поглощение минерального азота корнями и использование его в биосинтетических процессах после цветения сокращается (особенно у яровых культур). Наибольшее количество азотистых веществ поступает в формирующиеся зерновки из листьев, особенно верхнего яруса, меньше из колосковых чешуй и стеблей. После цветения в листьях, стеблях и колосковых чешуях активизируются процессы гидролиза высокомолекулярных веществ (полисахаридов, белков, липидов, нуклеиновых кислот) и усиливается отток образующихся низкомолекулярных продуктов в зерно.

В наших опытах с использованием меченного ¹⁵N азота показано, что на первых этапах формирования зерна в нём много содержится низкомолекулярных азотистых соединений, представленных в основном аминокислотами, а также легкорастворимых белков — альбуминов и глобулинов (рис. 54, 55). В дальнейшем в ходе созревания зерновок концентрация небелковых азотистых веществ и белков альбумино-глобулинового типа постепенно снижается, но увеличивается накопление запасных белков — проламинов и глютелинов, при этом общее количество белков в зерне также увеличивается.

При определённых условиях выращивания зерновых культур может наблюдаться снижение концентрации белков в фазе молочной спелости зерна. Это обычно происходит при затягивании созревания, когда интенсивный отток азотистых веществ из листьев в формирующиеся зерновки смещается на более поздние фазы развития или вследствие недостаточного азотного питания растений. При высоком уровне азотного питания у большинства злаковых культур снижения концентрации белковых веществ при созревании зерна обычно не происходит.

В связи с тем, что в процессе созревания зерна относительное содержание альбуминов и глобулинов снижается, а количество проламинов и глютелинов увеличивается, в суммарном белке зерна наблюдаются соответствующие изменения концентрации аминокислот. Поскольку при созревании в зерновках увеличивается доля запасных белков с низким содержанием лизина, триптофана и метионина, то и в общем суммарном белке зерна также усиливается дефицит этих незаменимых аминокислот. Поэтому биологическая ценность суммарного белка в процессе созревания зерна снижается.

Такая закономерность в изменении аминокислотного состава суммарного белка особенно заметно проявляется в процессе созревания зерна пшеницы, кукурузы, ячменя, проса, сорго, у которых на долю проламинов приходится 30-50% от общего количества белка в зерне.

У пшеницы по мере накопления запасных белков происходит формирование клейковинного комплекса зерна, в процессе созревания зерновок содержание клейковины повышается, улучшается её качество. В фазу молочной спелости зерна клейковина имеет низкую гидратационную способность и плохую связность, а к фазе полной спелости зерновок она приобретает характерные для неё реологические свойства. В ходе созревания зерна происходит постепенное уменьшение числа сульфгидрильных групп (-SН) в клейковине и увеличение количества дисульфидных связей вследствие снижения концентрации фермента протеиндисульфидредуктазы, катализирующего восстановление дисульфидных связей.

Накопление углеводов. Основной запасной углевод зерновки злаков — крахмал, который представлен двумя полисахаридами – амилозой и амилопектином. Соотношение между ними в зерновках может изменяться в зависимости от условий выращивания. В среднем количество амилозы обычно варьирует в пределах 15-25%, а амилопектина 75-85% от общего количества крахмала в зерне.

Запасной крахмал откладывается в мучнистой части эндосперма в виде крахмальных зерен величиной 5-50мкм. Размеры и строение крахмальных зёрен у разных видов и даже сортов злаковых растений имеют свою специфику и могут использоваться для характеристики генотипа. Вначале крахмал накапливается в пластидах (амилопластах), затем их мембранная структура разрушается и они превращаются в крахмальные зерна. Содержание крахмала в зерне риса, кукурузы, сорго составляет 50-70%, пшеницы, ржи и проса –50-60 %, в зерновках ячменя – 45-50 %, овса – 35-40 %.

Кроме крахмала, в зерновках злаков накапливаются и другие углеводы, но в меньших количествах: сахара — 2-5% массы зерна, клетчатка — 2-3% у голозерных и до 4-11 % у пленчатых форм, геммицеллюлозы, слизи, пектиновые вещества, полифруктозиды — в общей сумме до 18%.

Сахара в зерне наполовину представлены сазарозой, а также моносахаридами, мальтозой и рафинозой, они преимущественно локализованы в зародыше (около 15 %) и переферийных частях мучнистого эндосперма. Клетчатка, гемицеллюлозы, пиктиновые вещества входят в состав клеточных стенок и их также много в пленках и семенных оболочках. Полифруктозиды образуются в зерне на ранних стадиях созревания, в дальнейшем происходит их распад и превращение в другие углеводы.

В оболочках семян злаковых растений содержится довольно много слизей — полисахаридов, в основном построенных из пентоз, особенно много слизей образуется в зерновках ржи (2-3%). Установлено, что слизи, содержащиеся в зерне ржи, улучшают хлебопекарные свойства ржаной муки, укрепляют тесто, замедляют в нём гидролитические процессы и оно не расплывается при выпечке хлеба, сохраняя его форму.

Запасные полисахариды зерна синтезируются из углеводных продуктов, поступающих из вегетативных органов — листьев, стеблей, колосковых чешуй. В репродуктивный период развития злаков наиболее высокой фотосинтетической активностью обладают листья верхнего яруса и колосья, тогда как в стеблях и листьях нижнего яруса усиливаются процессы распада веществ, и происходит отток образующихся при распаде продуктов в формирующиеся зерновки. В ряде опытов показано, что в процессе распада полисахаридов в вегетативных органах растений наряду с моносахаридами образуется много сахарозы, являющейся транспортной формой углеводов.

В составе углеводистых веществ, поступающих в зерно, содержится довольно много водорастворимых фруктозидов, включающих от 2 до 10 остатков фруктозы. Это объясняется тем, что в листьях злаковых растений не образуется фотосинтетический крахмал, у них продукты фотосинтеза превращаются в полифруктозиды, содержание которых в тканях листьев может достигать 8-10% их сухой массы.

Из поступающих в зерновку моносахаридов, сахарозы и фруктозидов синтезируются структурные и запасные углеводы. Синтез крахмала начинается в фазу начала формирования зерна и достигает максимума в период молочно-восковой спелости, а затем интенсивность синтеза крахмала постепенно снижается вследствие уменьшающегося притока углеводов из отмирающей вегетативной массы. Наряду с крахмалом происходит также синтез и накопление гемицеллюлоз, пектиновых веществ, слизей.

Липиды и витамины. Важными качественными компонентами зерна являются также липиды и витамины, которые синтезируются непосредственно в созревающих семенах или поступают из вегетативных органов.

На первых этапах формирования зерна образуются главным образом структурные липиды — стеролы, фосфолипиды, гликолипиды, а в более поздние стадии происходит накопление их запасных форм — ацил-глицеринов (жиров), свободных фосфатидных кислот , фитина, фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов. Запасные липиды накапливаются преимущественно в зародыше и алейроновом слое, а в эндосперме их содержится значительно меньше. Общее содержание структурных липидов в зрелом зерне злаковых растений составляет 0.5-0.9%, запасных — 1.5-3%, а в зерновках овса, кукурузы, проса и сорго — 4-8 %.

Липиды зерновых культур содержат довольно много ненасыщенных

жирных кислот, в том числе линолевой, относящейся к незаменимым кислотам, которые не могут синтезироваться в организме человека и животных. Фитин, содержащийся в зерне, представляет собой важный источник органического фосфора. Почти все запасные липиды, взаимодействуя с белками и углеводами в процессе образования теста, улучшают его хлебопекарные свойства.

Зерно и зерновые продукты — источники витаминов. Их содержание в зерне колеблется от 0.1 до 10 мг%: В1 — 0.4-0.8, В2 — 0.1-0.3, В6 — 0.3-0.6, РР — 5-9, В5 — 0.5-1.5, Е — 1-6, фолиевая кислота — 0,02-0,05, биотин — 0,5-5.

Витамины группы В, никотиновая и пантотеновая кислоты откладываются в основном в тканях щитка зародыша, в самом зародыше и клетках алейронового слоя, тогда как их содержание в мучнистой части эндосперма в несколько раз ниже. Токоферол преимущественно накапливается в зародыше. В процессе созревания зерна содержание витаминов, как правило, увеличивается в 1.5 — 2 раза.

Влияние внешних условий. В созревающих зерновках злаковых культур происходят два взаимозависимых процесса — синтез углеводов и азотистых веществ, каждый из которых характеризуется своим оптимумом внешних условий. При изменении условий выращивания могут наблюдаться значительные сдвиги в ходе этих биосинтетических процессов, в результате чего будет меняться химический состав зерна и его качественные показатели. Так, например, известно, что синтез белков — многоэтапный и энергоёмкий процесс, требующий для своего осуществления высокой обеспеченности растений солнечной энергией.

В то же время для образования углеводов требуется больше воды, чем на синтез белков, вследствие чего при дефиците воды биохимические процессы в зерне смещаются в сторону большего накопления белковых веществ. Однако дефицит воды обычно наблюдается при солнечной погоде и, следовательно, повышенной температуре.

Читайте также:  Анализ на белки теплового шока

Таким образом, на формирование качества зерна чаще всего влияют три взаимосвязанных внешних фактора — свет, тепло, влага. В дождливую и прохладную погоду снижается обеспеченность растений световой энергией, в результате замедляется синтез белков и в зерновках больше накапливается крахмала. И наоборот, при солнечной погоде повышается температура и усиливается испарение воды, вследствие чего понижается обеспеченность растений влагой и, как следствие, происходит изменение биохимических процессов в созревающем зерне в сторону большего накопления азотистых веществ, то есть запасных белков.

Аналогичные явления наблюдаются и под влиянием климатических факторов. В северо-западных регионах нашей страны более влажный климат с умеренными летними температурами не обеспечивает оптимальных условий для накопления белков, что затрудняет получение высококачественного зерна. При продвижении на юг и юго-восток интенсивность световой энергии и среднесуточные температуры возрастают, усиливается дефицит влаги и, таким образом, складываются наиболее благоприятные условия для накопления в зерне белков.

В географических опытах с разными зерновыми культурами, проведенных по единой методике, было установлено, что в зависимости от действия климатических факторов и разных погодных условий содержание в зерне белков может изменяться в 1,5-2 раза.

На синтез и накопление в зерновках злаковых растений запасных веществ оказывает влияние не только интенсивность световой энергии, но и качество света. В опытах установлено, что при увеличении доли коротковолнового света в составе общей солнечной радиации из продуктов фотосинтеза больше образуется азотистых веществ — аминокислот и белков, в результате чего их концентрация в тканях растений повышается. С другой стороны, преобладание красного света активирует синтез и накопление в растениях углеводов.

Подобные сдвиги в обмене веществ постоянно происходят и в процессе вегетации злаковых растений, так как спектральный состав поглощаемого ими света заметно изменяется в зависимости от погоды, а также условий данного региона. В ясную погоду и при большей высоте стояния солнца над горизонтом в составе солнечной радиации увеличивается доля коротковолнового (синего) света, вследствие чего усиливается накопление в зерновках запасных белков.

В связи с тем, что увеличение содержания белков в зерне происходит в основном за счёт накопления их запасных форм, образующих клейковину, количество последней возрастает и улучшаются хлебопекарные и макаронные качества зерна.

Важный фактор формирования качества зерна – обеспеченность растений влагой. В условиях относительного дефицита влаги быстрее отмирают листья и сокращается приток углеводов в созревающее зерно, в результате чего в нём снижается накопление запасных углеводов, а концентрация белков повышается, в зерновках также быстро понижается активность гидролитических ферментов. При сильном дефиците влаги (засуха, суховеи) быстро ингибируются все биосинтетические процессы, в результате образуется щуплое зерно с невыполненным эндоспермом, вследствие чего уменьшается масса зерновок.

Под действием сильного дефицита влаги в зерновках ингибируются ферменты азотного, углеводного, липидного обмена и ускоряется их созревание, вследствие чего в зерне понижается концентрация сахаров, небелковых азотистых веществ и крахмала, но увеличивается содержание белков и клейковины. Поэтому главный ущерб от засухи или суховея – не ухудшение качества зерна, а снижение урожая и выхода муки при переработке зерна в вследствие недовыполненности эндосперма.

С другой стороны, высокая влажность в период налива зерна затягивает его созревание, в зерновки поступает больше углеводистых веществ, вследствие чего повышается содержание крахмала, а накопление белков снижается.

Очень часто при затяжных дождях, сильных туманах и росах во время созревания зерновок в них усиливается активность гидролитических ферментов, повышающих концентрацию сахаров и небелковых азотистых веществ, в результате чего в зерне увеличивается осмотическое давление за счёт притока воды с поверхности колосковых чешуй и на поверхность колоса инициируется выделение низкомолекулярных органических веществ.

За счёт потери сухих веществ быстро уменьшается масса зерна и ухудшаются его технологические свойства. Такие явления получили название «стекания зерна». Стекание зерна может наблюдаться также при неправильном орошении, когда, например, проводится дождевание в начале налива зерновок. Поэтому при орошении очень важно правильно определять сроки полива зерновых культур.

Если происходит переувлажнение зерна на завершающих этапах созревания, в нём могут инициироваться процессы скрытого прорастания (прорастание на корню), повышается активность гидролитических ферментов и особенно α-амилаз, наблюдается частичная деградация крахмала и клейковинных белков, что приводит к ухудшению технологических свойств зерна. Вследствие деградации крахмала и клейковины усиливается газообразующая и ослабляется газоудерживающая способность теста, повышается его растекаемость. В результате уменьшается объем хлеба и ухудшаются его вкусовые свойства (солодовый привкус), мякиш хлеба теряет упругость. Проросшее зерно очень плохо хранится и быстро теряет всхожесть.

Особенно склонна к прорастанию на корню такая злаковая культура, как рожь, зерно которой имеет очень короткий период покоя. При длительном переувлажнении пшеница также может подвергаться скрытому прорастанию на корню или в валках при раздельной уборке. При возделывании данных культур в регионах с повышенным увлажнением необходимо подбирать сорта с меньшей склонностью к прорастанию зерна на корню или такие сорта, у которых созревание зерновок происходит в более благоприятные по погодным условиям сроки.

При выращивании зерновых культур в засушливой зоне применяются приёмы орошения. С помощью поливов регулируется водный режим растений и создаются условия, необходимые для формирования высоких урожаев. Однако при этом очень часто снижается белковость зерна. В опытах с разными сортами яровой и озимой пшеницы показано, что в условиях орошения содержание в зерне белков может снижаться на 2-5%, примерно на такую же величину увеличивается содержание крахмала.

Одной из причин снижения белковости зерна при поливах является повышение влагообеспеченности растений, в связи с чем в период созревания зерна, как указывалось ранее, складываются более благоприятные условия для накопления углеводов. Другая возможная причина — недостаток питательных веществ, и прежде всего азота, в период налива зерна.

Орошение стимулирует ростовые процессы в первой половине ве-гетации растений, в результате из почвы поглощается много питательных веществ на формирование вегетативной массы, значительная часть азота связывается микрофлорой почвы или теряется за счёт вымывания. Таким образом, к началу налива зерна, когда начинается интенсивный синтез запасных белков, почва значительно обедняется доступными для растений формами азота. Поэтому важной задачей при выращивании зерновых культур в условиях орошения является обеспечение необходимого уровня азотного питания в период налива и созревания зерна. Только в этом случае можно получить высококачественное зерно.

В северных и восточных регионах нашей страны наряду с переувлажнением созревающее зерно может подвергаться действию низких температур (заморозки ниже –3 0 С), при этом в зерновках образуются кристаллики льда, разрушающие их ткани. После оттаивания наблюдается замедление или полное прекращение биосинтетических процессов в зерне.

Поэтому морозобойное зерно вследствие незавершённости процессов синтеза белков и крахмала не достигает своей полной массы, оно отличается повышенным содержанием сахаров и небелковых азотистых веществ, высокой активностью гидролитических ферментов, вследствие чего характеризуется низкими технологическими свойствами и непригодно для длительного хранения. Однако зерно полной спелости сохраняет своё качество при длительном действии заморозков.

Значительное ухудшение технологических свойств происходит при повреждении зерна клопом-черепашкой. Клоп-черепашка наносит укус вблизи зародыша и вводит в зерно гидролитические ферменты, вызывающие разложение крахмала и белков. Через укус из зерна всасываются растворённые вещества, вызывая потерю урожая. Введённые в зерно клопом-черепашкой ферменты изменяют в нём ход биохимических процессов, снижая содержание белков и крахмала. Остающиеся в зерне протеолитические ферменты насекомых могут деградировать клейковину при хранении зерна и в процессе приготовления хлебопекарного теста.

Оптимизация питания. Формирование урожая и интенсивность биохимических процессов в созревающем зерне злаковых культур зависят от обеспеченности растений элементами питания. В почве, как правило, содержится недостаточно питательных веществ в доступной для растений форме, поэтому для получения высоких урожаев зерна с оптимальным химическим составом необходимо вносить минеральные и органические удобрения.

В опытах по изучению действия удобрений установлено, что в процессе роста и развития злаковых культур между азотом, с одной стороны, и фосфором, и калием – с другой, происходит определённое взаимодействие, которое оказывает заметное влияние на формирование урожая и белковости зерна. В связи с тем, что азот используется растениями как на образование структурных компонентов, так и синтез запасных белков, при его недостатке понижается и урожайность, и накопление в зерне белков, тогда как при дефиците фосфора или калия снижается только урожай, а концентрация азотистых веществ в растениях может возрастать.

При внесении невысоких доз азота усиливаются ростовые процессы и увеличивается урожай, однако белковость зерна чаще всего не повышается или даже снижается. Последующее увеличение дозы азота повышает как урожайность культур, так и накопление в зерне белков до такого уровня, при котором фосфор или калий не окажутся в минимуме или не будет достигнута потенциальная урожайность, характерная для данного сорта. Дальнейшее увеличение дозы азота на 30-40 кг/га, как правило, не оказывает существенного влияния на урожай, но повышает белковость зерна. Одностороннее усиление фосфорного или калийного питания повышает урожай до такого уровня, при котором азот или один из указанных выше элементов переходит в минимум, но при этом происходит снижение белковости зерна.

Отмеченные нами закономерности по влиянию условий питания на формирование урожая и белковости зерна злаковых культур показаны в полевом опыте с пшеницей сорта Московская 35 (рис. 57).

В ходе исследований выяснено, что ведущую роль в формировании качества урожая имеют азотные удобрения. При увеличении доз азота урожайность зерновых культур повышается до определённого уровня, после достижения которого возрастает только концентрация азотистых веществ в зерне, и прежде всего запасных белков.

Однако чрезмерное увеличение доз азота, вносимого под зерновые культуры, может вызывать понижение урожайности этих культур, а очень часто и ухудшение качества зерна, хотя при этом концентрация азотистых веществ в зерне остается очень высокой. Это объясняется целым рядом причин. С одной стороны, при допосевном внесении повышенных доз азота в виде минеральных удобрений создаётся избыточная концентрация питательных веществ, которая ингибирует органогенез на стадии развития проростков, что снижает уровень урожайности выращиваемых культур. С другой стороны, усиленное азотное питание растений в первой половине вегетации стимулирует образование большой вегетативной массы, вызывая тем самым её полегание и раннее отмирание нижних листьев, приводящее к большому недобору зерна.

Учитывая высокую потребность злаковых культур в азоте в период формирования и налива зерна, разработаны приёмы и способы его внесения во время вегетации растений. Причём установлено, что чем позднее по фазам развития растений вносятся азотные удобрения, тем в большей степени азот удобрений используется для биосинтеза запасных белков.

В фазах выхода в трубку и колошения азотные удобрения обычно вносят в виде корневых, а в начале налива зерна — в виде некорневых подкормок. Корневые подкормки (30-80 кг азота на 1 га) проводятся путём поверхностного разбрасывания гранулированных нитратных и аммиачно-нитратных азотных удобрений. Для некорневых подкормок (20-40кг азота на 1 га) используется мочевина или её смесь с аммиачной селитрой (2:1), которые в виде 20-30% раствора разбрызгивают над посевом зерновых культур.

Наиболее эффективно проведение поздних некорневых азотных подкормок на посевах пшеницы и кукурузы — белковость зерна повышается на 1-3%, содержание клейковины у мягкой пшеницы — на 2-5%, улучшается также качество клейковины. Действие азотных удобрений, внесенных до посева, а также в виде азотных подкормок, на урожайность и качество зерна показано в таблице 17.

В ней представлены результаты опытов с яровой мягкой пшеницей сорта Московская 35, проведенных на дерново-подзолистой почве в Московской области. Из данных этой таблицы следует, что в условиях Московской области высококачественное зерно можно получить только при внесении достаточно высоких доз азотных удобрений (150 кг азота на 1га) в сочетании с поздней некорневой азотной подкормкой.

Повышение белковости зерна при некорневоой азотной подкормке объясняется тем, что нанесённая на листья мочевина очень быстро проникает в их ткани (1-2сут.) и включается в обмен азотистых веществ. В тканях листьев мочевина расщепляется с образованием аммиака, который далее включается в реакции восстановительного аминирования и используется для синтеза аминокислот.

17. Действие азотных удобрений на урожайность

и качество зерна пшеницы сорта Московская 35

Вариант Урожай-ность, ц/га Белок, % Сырая клейко-вина, % ИДК, ст.ед Категория качества зерна
90Р90К 21,6 12,4 19,7 слабая пшеница
90N90Р90К 36,4 13,8 23,4 слабая пшеница
50N90Р90К 39,1 14,6 25,7 ценная пшеница
180N90Р90К 90N90Р90К+60N в Кущение 34,2 40,7 14,9 14,7 26,1 26,4 ценная пшеница
150N90Р90К+40N в виде некорневой подкормки 40,7 16,2 29,7 сильная пшеница

Примечание: дозы удобрений в кг действующего вещества на 1 га.

В зависимости от питания и других условий выращивания растений изменяется не только уровень накопления в зерне белков и крахмала, но и их качественный состав. При более влажных условиях и умеренных температурах, способствующих большему накоплению крахмала, в нём увеличивается доля амилозы, а в более сухих и жарких условиях повышается относительное содержание амилопектина.

Значительные изменения происходят и в составе белков. При повышении белковости зерна в результате действия любых факторов увеличивается накопление запасных белков — проламинов и глютелинов, а концентрация белков альбумино-глобулинового типа понижается. Поскольку белки проламиновой фракции у всех зерновых культур очень бедны лизином и триптофаном, увеличение их доли в общем белковом комплексе зерна снижает биологическую ценность суммарного белка. Это наиболее заметно проявляется у пшеницы, кукурузы, ячменя, то есть у тех культур, которые характеризуются высоким содержанием в зерне спирторастворимых белков.

Как было указано ранее, фракции белков альбумины, глобулины, проламины и глютелины представлены большим набором индивидуальных белков. Методом электрофореза в полиакриламидном геле было установлено, что при разных уровнях азотного питания и под влиянием природно-климатических факторов субъединичный и компонентный состав альбуминов, глобулинов, проламинов и глютелинов зерна злаковых культур, зависящий от набора кодирующих их генов, не подвержен изменениям, вследствие чего остаётся постояннымм аминокислотный состав белковых фракций зерна.

Таким образом, регулируя влажность, обработку почвы, питание растений и другие факторы, можно в значительной степени повысить накопление в зерне белков и улучшить технологические свойства зерна. Однако аминокислотный состав и биологическая ценность белков от действия этих факторов не улучшаются, а у ряда культур — пшеницы, кукурузы, ячменя — даже ухудшаются. Объясняется это тем, что изменение аминокислотного состава белков зерна возможно только генетическими методами, путём изменения наследственных свойств растительных организмов.

Примером может служить создание селекционерами высоколизиновых гибридов кукурузы, у которых уровень урожайности примерно такой же, как и у обычных гибридов, однако в их зерновках содержится больше белков с повышенным содержанием лизина и триптофана (см. стр …).

Существуют также генно-инженерные проекты улучшения аминокислотного состава белков зерна, в которых предпринимаются попытки ввести в генотипы злаков природные или синтетические гены, кодирующие полипептиды, построенные в основном из незаменимых аминокислот.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник