Анализ зерна в лаборатории

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.

Основные параметры анализа

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.

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.

Особенности анализа посевного зерна

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.

Органолептическая оценка

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.

Оценка сорности и зараженности

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.

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).

Химический анализ

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.

Оборудование

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.

Определение влажности

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.

Пленчатость

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.

Стекловидность

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

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.

ГОСТы анализа зерна

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.

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

Экспресс-анализ зерна при помощи ИК-спектроскопии

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.

Анализ на содержание и качество клейковины

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:

• упругость;
• растяжимость;
• эластичность;
• вязкость.

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.