Rolnictwo w laboratorium - część pierwsza

Czas żniw trwa w najlepsze i wszędzie tam gdzie pogoda sprzyja zbieraniu plonów, na polach możemy zauważyć pracujące kombajny. Rolnik już przed zbiorem potrafi ocenić czy dany rok uprawy przyniesie zyski czy niesprzyjające warunki meteorologiczne bądź inne problemy napotkane w sezonie wegetacyjnym przysporzą mu kłopotów. Rozsądne gospodarowanie wraz z odpowiednim doborem odmian roślin uprawnych pozwalają zaplanować kierunek prac w danym roku. Wiedząc jaki efekt chcemy uzyskać łatwiej jest dobierać stanowisko uprawy pod konkretną roślinę, dawki nawożenia, ochronę tak by wykorzystać jej maksymalny potencjał w kształtowaniu jakości plonu. Przekłada się to oczywiście na cenę jaką uzyskamy w punktach odbioru, które wyposażone w specjalistyczne laboratoria wykonując analizy potrafią ocenić nie tylko jakość ziarna, ale także i mąki, a co za tym idzie jakości uzyskanego wypieku.

Dzisiejszy wpis będzie poświęcony badaniom jakie mogą być wykonywane w takich laboratoriach. Nie będzie to jedynie wiedza teoretyczna, ale w większości oparta na zdobytym doświadczeniu w pracy w takim miejscu.  Parametry jakie zostaną scharakteryzowane będą odnosiły się w niektórych przykładach do pszenicy jako zboża, które stanowi w większości gospodarstw największy udział w strukturze zasiewów. Z uwagi na obszerność podejmowanego tematu postanowiliśmy podzielić go na dwa etapy.

Tematyka dzisiejszego postu będzie obejmowała opis m.in. masy tysiąca ziarna, gęstości ziarna w stanie zsypnym, frakcji ziarna, liczby opadania i wskaźnika sedymentacji.

Określając wartość technologiczną ziarna zbóż wykonuje się analizy ilościowe i jakościowe oznaczając metodami laboratoryjnymi poszczególne parametry:

·         Masa tysiąca ziaren,

·         Gęstość w stanie zsypnym (ciężar hektolitra)

·         Frakcje ziarna,

·         Liczba opadania metodą Hagberga-Pertena,

·         Wskaźnik sedymentacji wg Zeleny’ego,

·         Zawartość glutenu,

·         Index gluten,

·         Rozpływalność glutenu,

·         Ocena farinograficzna mąki: wodochłonność mąki, rozwój ciasta, stabilność ciasta, rozmiękczenie ciasta.

*W przypadku zbóż bezglutenowych lub takich, które zawierają śladowe jego ilości analizy wykonuje się na amylografie oznaczając parametry: początek kleikowania, temperaturę kleikowania oraz maksimum kleikowania.

W początkowym etapie oceny ziarna ważna jest ocena organoleptyczna pod kątem ilości zanieczyszczeń i stanu ziarna, a także ustalenie jego wilgotności. Niektóre laboratoria wykonują jeszcze dodatkowe badanie jakim jest określenie wyglądu i struktury bielma w celu ustalenia zdolności ziarna do przechowywania i przemiału. Badanie to wykonuje się za pomocą tzw. noża zbożowego inaczej farinotomu.

Podstawowe parametry do tzw. charakterystyki ilościowej to masa tysiąca ziarna, gęstość ziarna w stanie zsypnym i frakcjonowanie ziarna, a także nieco szerzej liczba opadania i wskaźnik sedymentacji. 

WYKONANIE ANALIZ LABORATORYJNYCH 

Próba ziarna, pobrana do oznaczenia masy tysiąca ziaren (MTZ), musi charakteryzować się idealną czystością. Ziarno musi być całe, bez ziarna połamanego, wolne od jakichkolwiek zanieczyszczeń. Oznaczenie MTZ wykonuje się za pomocą tzw. licznika ziaren. Masa tysiąca ziarna pozwala na szybką ocenę jakości zbóż. Im jest ona większa tym cenniejszy staje się surowiec. Duża masa ziarna poświadcza dorodność, a co za tym idzie korzystny skład badanego materiału tj. zawartości wody, skrobi i białka.

Gęstość zboża nazywana jest zamiennie ciężarem gatunkowym lub objętościowym. Masa hektolitra to stosunek masy ziarna do jego objętości, jaką zajmuje po nasypaniu do gęstościomierza. Jednostką gęstości w stanie zsypnym jest kg∙hl^-1. Ciężar hektolitra jest coraz istotniejszym parametrem jakościowym ziarna zboża. Im współczynnik ten jest większy tym wskazuje na lepszą jakość ziarna.  Wykorzystuje się go w celu określenia przydatności ziarna na cele przemiałowe.Ziarno pszenicy zwyczajnej o dobrej wartości przemiałowej powinno posiadać gęstość nie mniejszą niż 72 kg∙hl^-1 i nie większą niż 78 kg∙hl^-1. Można uzyskać wówczas wysoki wyciąg mąki, która jest najbardziej ceniona ze względu na najlepszą jakość. Oznaczając gęstość w stanie zsypnym wyklucza się próby zanieczyszczone. Do oznaczenia wykorzystuje się gęstościomierz litrowy oraz wagę elektroniczną z wbudowanym odważnikiem kalibracji.

Frakcjonowanie ziarna umożliwia oznaczenie jego wyrównania co jest podstawą przy określeniu przydatności zboża. Badanie to pozwala określić także celność ziarna, które oznacza odpowiednią wielkość i dorodność ziaren.Ziarno przeznaczone do oznaczenia frakcji musi być czyste, bez uszkodzeń czy połówek. Oznaczenie wykonuje się dla każdego wariantu w dwóch powtórzeniach. Z próby średniej pobiera się dwie próbki po 100g ziarna. Z osobna umieszcza się je na sitach wytrząsacza. Czas wytrząsania odpowiedni dla badanego zboża tj. pszenicy to trzy minuty. Następnie sita ręcznie przesuwa się suwnicą w prostopadłych sobie kierunkach tak, by ziarno po zsypaniu nie pozostało na sitach urządzenia. Otwarcie przekładki zabezpieczającej powoduje rozdzielenie ziarna do poszczególnych pojemników. Frakcjonowanie ziarna rozdziela je w przedziale wielkości:  <1,8mm; 1,8 – 2,0mm; 2,0 – 2,2 mm; 2,2 – 2,5mm; 2,5 – 2,8mm; >2,8mm. Zawartość każdego z przedziałów waży się za pomocą wagi technicznej i odnotowuje wynik w gramach.

Po wykonaniu wymienionych badań przystępuje się do przemielenia ziarna na młynach laboratoryjnych, a następnie do przesiania śruty na odpowiednim przesiewaczu. W tym celu uzyskamy dalszy materiał do badań m.in. do oznaczenia parametru liczby opadania i wskaźnika sedymentacji.

Liczba opadania określa poziom aktywności enzymów amylolitycznych zawartych w ziarnie. Pośrednio świadczy także o jego przydatności do przechowywania. Głównym działającym aktywnie enzymem jest alfa-amylaza. Jednostką liczby opadania są sekundy. Aktywność alfa amylazy osiąga bardzo niski poziom w czasie dojrzewania.

Parametrem przedstawiającym zawartość glutenu jest wskaźnik sedymentacji, który jest jednym z bardziej znanych wyróżników mąki pszennej. Parametr ten określa w przybliżeniu wartość wypiekową mąki ziarna pszenicy.

Odpowiedni dobór sit zapewnia uzyskanie czystej mąki, a tzw. otręby i krupczatka pozostają na sitach powyżej ramki mąki. Urządzenie pracując wykonuje ruch wahadłowy w połączeniu z ruchem obrotowym zmiennym. Odsiewanie próby przemiału odbywa się z użyciem kolejno sit o wymiarach oczek 315mm i 265mm (z przeznaczeniem do oceny farinograficznej) w czasie trzech minut.

Za pomocą śrutownika uzyskuje się śrutę stosowaną do dalszych analiz na liczbę odpadania, ilość glutenu i jego jakość, a także do oznaczenia wilgotności śruty. Mąkę otrzymaną z granulacji przesiewa się dodatkowo na sitach o wymiarach oczek 180mm i 150mm w czasie trzydziestu sekund w dwóch powtórzeniach. 

Liczbę opadania oznacza się za pomocą metody Hagberga-Pertena. Dla mąki pszennej i żytniej wyznaczono pięć grup interpretacji wyników. Badanie polega na odczycie czasu począwszy od zanurzenia probówki wiskozymetrycznej we wrzącej wodzie aż do opadnięcia mieszadła na dno probówki. Sprawne kleikowanie wodnej zawiesiny mąki (naważka i woda destylowana) umożliwia wytrząsarka mechaniczna, po działaniu której mieszadełkiem należy usunąć cząstki próby ze ścianek probówki i umieścić ją w łaźni z wodą destylowaną, której poziom należy uzupełniać.

Interpretacja wyników liczby opadania.

Grupa	LICZBA OPADANIA		WNIOSEK	ZASTOSOWANIE
	Mąka
	Pszenna	Żytnia
1	2	3	4	5
1	Poniżej 80 s	Poniżej 70 s	Bardzo wysoka aktywność alfa amylazy w mące	Mąka nie nadaje się do bezpośredniego wypieku. W małych ilościach można ją mieszać z grupą 4
2	90-150 s	75-100 s	Wysoka aktywność alfa amylazy	Nadaje się do sporządzania mieszanek z grupą 4
3	170-200 s	125-200 s	Średnia aktywność alfa amylazy	Odpowiednia do wypieku
4	Powyżej 300s	Powyżej 250 s	Niska aktywność alfa amylazy	Mąka żytnia nie nadaje się do bezpośredniego wypieku pieczywa o wysokim stopniu ukwaszenia. Należy ją stosować do produkcji pszenno-żytniej bądź mieszanek z grupą 2 lub 1. Mąkę pszenną należy mieszać z grupą 2 lub 1. W wyjątkowych przypadkach można użyć do gatunków pieczywa z dużymi ilościami cukru
5	60-750 s	60-400 s	Spotykane wahania wartości

Źródło: Sadkiewicz J., Sadkiewicz J. 2009. Badania parametrów technologicznych ziarna, mąki i pieczywa. Wydawnictwo Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, Bydgoszcz. 

Białko obok skrobi stanowi pod względem ilościowym drugi składnik ziarna pszenicy, który składa się z wielu frakcji. Pod względem technologicznym bardzo istotne jest gliadyna i gluteina. Frakcje te tworzą gluten, który odznacza się zdolnością wiązania wody i warunkuje wartość technologiczną mąki. Parametrem przedstawiającym zawartość glutenu jest wskaźnik sedymentacji, który jest jednym z bardziej znanych wyróżników mąki pszennej. Parametr ten określa w przybliżeniu wartość wypiekową mąki ziarna pszenicy. Badanie polega na sedymentacji zawiesiny mącznej w wodnym roztworze kwasu octowego, izopropanolu i obecności błękitu bromofenolowego. Wskaźnik sedymentacyjny Zeleny’ego określa ilość kompleksu białkowego. Do oznaczenia należy użyć mąki przesianej przez sita o oczkach 180mm i 150mm, do której po wsypaniu do cylindra dodaje się dwukrotnie roztwór roboczy.  Następnie po ręcznym wytrząsaniu próbki ponownie dodaje się roztworu i zakorkowany cylinder umieszcza się na pół minuty do pracującego statywu wytrząsarki. Po zasygnalizowaniu zakończenia wytrząsania, próbę odstawią się do zestawu pomiarowego. Po upływie pięciu minut następuje ciągły sygnał, który oznacza, że badanie dobiegło końca. Należy zanotować pojemność uzyskanego osadu, wynik zapisać w cm³ lub ml. Pojemność osadu poniżej 20cm³ stanowi jakość pszenicy niedostateczną, od 20cm³ do 34cm³ - jakość dostateczną. Za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną mnożąc wskazany odczyt przez współczynnik wyliczony z uwzględnieniem wilgotności mąki. Minimalne kryterium do produkcji mąki to wskaźnik na poziomie 22-25 cm³. Poniżej tej wartości ziarno przeznacza się na surowiec paszowy. 

Tak pokrótce wygląda część pracy wykonywanej w laboratorium technologii zbóż. Kolejne badania dotyczące ustalenia jakości mąki pochodzącej z przemiału badanego ziarna są o wiele bardziej czasochłonne i wymagają od laboranta dużej precyzji i skupienia. W następnym wpisie zaprezentujemy Wam analizy, dzięki którym dowiemy się o roli glutenu w kształtowaniu jakości mąki oraz o parametrach pozwalającym na ocenę mąki i powstałego z niej wypieku. 

Wiadomości jakie prezentujemy w obu częściach postów są oparte na wiedzy teoretycznej jak i praktycznej. Dobry dostęp do literatury z zakresu technologii zbóż pozwoli zgłębić ten temat nie tylko opierając się na odniesieniu do pszenicy. Zainteresowanych zapraszamy do dalszej lektury!

Pozdrawiamy, 

N&P