Как определить число падения пшеницы

Число падения - базовый критерий для распределения собранного урожая на классы пшеницы, индикатор цены, надежд на большую прибыль или разочарований фермера в этом сезоне.
Этот параметр измеряется довольно быстро, без использования реактивов, с минимальным набором оборудования и принадлежностей. Нужно только строго следовать установленным процедурам.

Метод определения числа падения (активности α-амилазы) предложен в середине XX века Хагбергом (разработка методики) и Пертеном (техническая реализация). За это время англоязычное название термина (falling number) стало нарицательным.

Как определить число падения пшеницы

Проросшие зерна и активность ферментов

Определение числа падения – универсальная методика при сборе урожая и закладке зерна на хранение для установления класса пшеницы. В каких случаях его нужно измерять:

• селекционерам при выводе новых сортов;
• специалистам по качеству зерна в мукомольных и хлебопекарных организациях;
• это косвенный критерий проросшего зерна. При начинающемся проращивании видимые признаки присутствуют не всегда.

Зерно может прорастать как в колосе на поле при обильных осадках, так и при нарушении условий хранения на току и в элеваторах,
Деструктивные процессы “запускаются” в перезрелых зернах, поврежденных морозом, при длительном воздействии влажности.
Усиливается автолитическая активность ферментов, для каждого из которых существует набор условий-катализаторов, среди которых температура, влажность, кислотность, наличие химических веществ, повышающих или гасящих активность.
Ферменты содержатся в зерне в мизерных количествах, но оказывают серьезное влияние на органолептические показатели. Каждый фермент – активатор определенного процесса, вызывающего изменения в зерне.
При чрезмерной температуре ферменты начинают разрушаться. Чем активнее деятельность ферментов, тем ниже классность пшеницы. Ферментная активность зерна зависит от условий выращивания, хранения, сушки и вентилирования.
Проросшее зерно характеризуется высокой амилолитической активностью.

По мере снижения количества влаги в зерне до начала обмолота, при хранении сухого зерна, осуществлении надлежащего контроля за температурным режимом и влажностью, процессы прорастания приостанавливаются, жизнедеятельность ферментов находится на низком уровне.
В условиях повышенной влажности и температуры, зерно согревается, проявляется активность альфа-амилазы, запускаются процессы распада крахмала, создаются благоприятные условия для прорастания. На развитие ростков затрачивается энергия, зерно становится слабым, а мука из него – низкокачественной.

1. Физиологические изменения, происходящие в проросшем зерне, жизненно важны при производстве солода из злаковых (ржи, пшеницы, ячменя).
2. Распавшийся крахмал превращается в сахар, а позже в спирт.
3. При производства хлебопекарной муки, наличие проросших зерен недопустимо.

Для того, чтобы определить насколько активно внутри зерна “запущены” процессы прорастания, необходим объективный тест на число падения.
Это косвенный метод не оценивает непосредственно активность альфа-амилазы, а определяет качество зерна путем анализа изменений физических свойств крахмала.

Если число падения чрезмерно велико, активность ферментов зерна находится на недопустимом уровне. Ослабляются процессы брожения – малоактивные ферменты слабо взаимодействуют с добавленными дрожжами.
Сахар, образующийся при разложении крахмала - основа для питания дрожжей, формирования запаха и вкуса хлеба.
При значительном числе падения дрожжи находятся “на голодном пайке”, тесто плохо поднимается, снижается объемный выход хлебо-булочных изделий.
Умеренная активность ферментов (среднее число падения) благотворно влияет на хлебопекарные свойства муки, созревание теста, клейковина пшеницы размягчается, что улучшается пористость и форма хлеба.
При внутренних поставках и экспорте на зарубежные рынки анализ числа падения зерна - один из критериев качества и цены.
Стандартом устанавливается минимальное значение для классов пшеницы.

Влияние на качество хлеба

При пониженном значении числа падения возможен отрыв внешней корки от мякиша, хлеб приобретает солодовый запах и кисловатый вкус (следствие активного брожения), понижается формоустойчивость и пористость.
Изделие получается небольшого объема, с сероватым оттенком и неэстетичным внешним видом.
Хлеб плохо нарезается, быстро черствеет, резко уменьшается срок годности.
До начала выпечки на некачественную муку укажет расплывающееся, липкое тесто.
Качество хлебопродуктов снижается из-за низкой абсорбции - мука теряет способность к поглощению воды, частицы теста плохо связаны друг с другом.
При пробной выпечке в хлебопекарном шкафу число падения не должно понижаться до 150 (оптимальные показатели: 240-250).
Слабую муку с малым числом падения можно улучшить путем введения окислителей, снижающих активность ферментов.
Для комплексной оценки качества хлеба дополнительно следует использовать устройства для определения пористости и объемного выхода.

Непосредственно само значение числа падения, оценивается периодом времени, которое требуется для опускания стального стержня в разогретую суспензию воды и муки.
Последовательность действий, требования к точности, временные интервалы при определении числа падения изложены в ГОСТ 27676-88.

Процесс частично автоматизирован и состоит из трех этапов:

На первом и втором этапе на точность и достоверность результатов влияет человеческий фактор, на третьем – строгое соответствие прибора ПЧП требованиям стандарта.

Подготовка к тесту – отбор проб, размол зерна, взвешивание образца

Отбор проб с зернохранилищ, элеваторов, автотранспорта проводится ручным или автоматическим пробоотборником. Формировать среднюю пробу весом 300 г может делительно-смешивающее устройство.
Влажность образца не должна превышать 18 %. При большем уровне производят подсушивание.
Проба должна быть очищена от сорных примесей.

Зерно размалывается, после чего образец просеивается через металлотканое или шелковое сито с размером ячейки ≤ 0,8 мм.

На лабораторных весах с точностью не ниже чем ±0,01 г взвешивают 2 навески муки весом 7 г каждая.
Значительная разница в весе между пробой (300 грамм) и образцом муки для анализа зерна (7 грамм) объясняется необходимостью формирования репрезентативной выборки. Чем больше отобранная масса зерна, тем выше вероятность соответствия результата объему всей партии.
Две навески необходимы для последующего усреднения показаний. Для этих же целей приборы числа падения часто оснащаются двумя параллельными механическими мешалками и дисплеями.

Предварительное смешивание муки и воды

Муку засыпают в вискозиметрические пробирки, добавляют дистиллированную воду с температурой 20 °С в объеме 25 мл и закрывают пробками.
Следующий этап – ручное встряхивание до получения однородной суспензии.
Часть вязкой смеси оседает на стенках пробирок. Эту оставшуюся суспензию необходимо аккуратно добавить в общую массу при помощи колесика шток-мешалки.

Автоматический подсчет

Лабораторный прибор для определения числа падения должен быть предварительно подготовлен - водяная баня разогрета до кипения. В зависимости от функционала, можно программировать режимы работы.
Из пробирок удаляют пробки, вставляют шток-мешалки в калиброванные отверстия.
Двойное название ключевой конструктивный элемент – “шток–мешалка” получил из-за двойственного применения:

• взбивание нагретой смеси воды и муки до получения клейстера;
• последующего погружения в тесто.

Шток-мешалка фактически выступает как возвратно-поступательный инструмент.
Спустя 5 секунд захваты фиксируют стержни шток-мешалок и начинаются перемещения по вертикали с частотой 2 Гц.
Разогреваемая суспензия загущается, смесь набухает, происходит клейстеризация, крахмал распадается за счет активации амилазы.
Через 60 секунд шток-мешалки освобождаются и опускаются на дно пробирок под действием тяжести. Время числа падения зависит от степени сопротивления, которое оказывает раствор.
В проросших зернах, активные ферменты расщепляют крахмал, суспензия становится менее вязкой (густой, плотной) и шток индикатор погружается быстрее. Так что корректнее было бы говорить опускание, поскольку процесс это не мгновенный.
В ГОСТ 27676-88 предусмотрен контроль полного опусканя шток-мешалок при помощи фотоэлемента. Еще один вариант – использование герконового датчика и магнита.
Результаты времени опускания в 2-х вискозиметрических пробирках (число падения в секундах) усредняются и округляются до целых значений. Разница не должна превышать 10 %.

Фактически прибор для определения числа падения зерна моделирует тепловые процессы пробной выпечки. За короткое время альфа-амилаза достигает максимальной активности с последующей тепловой деактивацией.

Лабораторные исследования доказали высокую степень корреляции между активностью фермента и числом падения - до 98%. Это позволило стандартизовать метод и реализовать в линейке специализированных устройств

От чего зависит точность

Достоверность результатов, зависит от соблюдения требований ГОСТа.
На каждом этапе последовательно накапливаются погрешности. Часть из них не устранимы в виду технологического несовершенства оборудования, либо ими можно пренебречь.
Другая группа погрешностей связана с человеческим фактором.

1. Фракционный состав муки не отвечает требованиям стандарта (крупный/мелкий помол мельницей либо просеивание муки ситами с меньшей (большим) размером ячеек).
2. Не учтен уровень влажности пробы.
3. Повышенная/пониженная температура воды и муки.
4. Недостаточно точные весы при измерении навески.
5. Сокращенное время ручного перемешивания в вискозиметрических пробирках.
6. Вода в бане не нагрета до температуры кипения.
7. Раньше или позже срабатывает датчик погружения штока в клейстер.