СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ КАЧЕСТВ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ
METHOD FOR DETERMINATION OF BAKING QUALITY OF WHEAT GRAINS

Изобретение относится к хлебопекарной промышленности, в частности к способам оценки хлебопекарных качеств зерна пшеницы.
Известен способ определения качества (хлебопекарных свойств) муки пшеничной хлебопекарной, основанный на проведении пробной лабораторной выпечки хлеба по стандартному методу согласно требованиям ГОСТ 27669-88 [ГОСТ 27669-88. Мука пшеничная хлебопекарная. Метод пробной лабораторной выпечки хлеба]. Для этого берут строго определенное количество ингредиентов: муки пшеничной хлебопекарной по ГОСТ 26574-85 [ГОСТ 26574-85. Мука пшеничная хлебопекарная. Технические условия], а также соли, дрожжей и воды, исходя из содержания в муке (для каждого сорта) сухого вещества. Дозирование сырья, включая воду, ведется по массе. Тесто замешивают вручную или на лабораторной тестомесильной машине, при этом температура теста должна быть +30…+32°C, относительная влажность воздуха от 80 до 85%. Тесто выбраживают в термостате при температуре воздуха +32°C в течение 170 минут и выпекают в лабораторной печи при температуре от +200 до +230°C в течение от 28 до 55 минут в зависимости от сорта муки.
Недостатками существующего способа определения хлебопекарных свойств являются значительные временные и трудовые затраты, необходимость точного дозирования сырья и поддержания температурно-влажностного режима, зависимость всех вышеназванных параметров от сорта муки, а также наличие субъективных ошибок и субъективных оценок органолептических и физических параметров оператором.
Известен способ определения хлебопекарных свойств пшеничной муки [Патент №2192637. Способ определения хлебопекарных свойств пшеничной муки], предусматривающий высушивание в измерителе потери массы «Эвлас» двух навесок пшеничной муки при температуре 100°С до постоянной массы, замес теста в течение 10 мин из 25 г высушенной муки и 15 г воды, выстойку теста в течение 1 ч, отвешивание 4-х навесок теста массой по 2 г, раскатывание полученной навески, ее высушивание в измерителе потери массы «Эвлас» в изотермическом режиме с последующим измерением текущей влажности навески в начале процесса сушки, выбор из полученных результатов влажности двух значений, величина которых отличается не более чем на 0,5% и сопоставление этих значений с графиком определения хлебопекарных свойств пшеничной муки.
Недостатками данного способа являются высокая трудоемкость и низкая точность результатов, не позволяющая широко использовать его для массовой оценки хлебопекарных качеств муки пшеницы.
Наиболее близким к предлагаемому является способ одновременного определения хлебопекарных качеств зерна пшеницы, включающий отбор проб, измельчение, снятие спектра в ближней ИК-области и определение содержания белка и влаги на компьютеризированном спектрофотометре при определенных длинах волн, с использованием соответствующего уравнения регрессии [Патент №2079262. Способ одновременного определения хлебопекарных качеств зерна пшеницы]. В данном способе одновременно определяют показатели массы 1000 зерен, натурной массы зерна, стекловидности, выхода муки, седиментации, содержания и качества сырой клейковины зерна, содержания и качества сырой клейковины муки, содержания сухой клейковины муки, удельной работы деформации теста, отношения упругости к растяжимости теста, водопоглотительной способности теста, времени до начала разжижения теста и разжижения теста, валориметрической оценки теста, объемного выхода хлеба из 100 г муки, общей балловой оценки качества хлеба, при различных длинах волн и соответствующих коэффициентах уравнения регрессии.
Прототип характеризуется невысокой точностью определения водопоглотительной способности теста, валориметрической оценки теста. Значения водопоглотительной способности теста и валориметрической оценки теста зависят не только от содержания белка, крахмала, влаги и неорганических веществ в зерне, определяемые методом, предложенным в прототипе, достаточно точно, но и в значительной мере от величины активной поверхности крахмальных зерен. К примеру, механически поврежденный крахмал способен поглощать адсорбционно почти в пять раз больше воды, чем неповрежденный. Снятие спектра в ближней ИК-области относительно слабо характеризует активную поверхность крахмальных зерен муки.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности определения хлебопекарных качеств пшеницы.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения хлебопекарных качеств зерна пшеницы производят размол зерна с получением муки 70% выхода, а затем определяют водопоглотительную способность и валориметрическую оценку муки. Для определения водопоглотительной способности и валориметрической оценки муки производят микроснимки размола зерна методом оптического микроскопирования, на которых из центра тяжести фигуры, ограниченной контуром частицы муки, проводят не менее 300 отрезков к контуру частицы во все стороны, определяют среднеарифметическое значение длин получившихся отрезков X, мкм, и коэффициент вариации длин получившихся отрезков K, %, затем определяют водопоглотительную способность муки, ВПС, %, по формуле:
,
валориметрическую оценку муки B, ед.пр., по формуле:
,
СР. СТ.
где Х - среднестатистические значения X при измерении не менее 5000 частиц зерна, мкм,
ср. ст.
К - среднестатистические значения К при измерении не менее 5000 частиц зерна.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Берут пробу зерна, например, в количестве 100 г, размалывают ее, например, на вальцовой мельнице «Квадрумат Юниор» для получения муки, используя для просеивания сито с 70% выходом муки. Размалывать зерно можно на лабораторных мельничках типа ЛЗМ, Пируэт, а также на установках МЛУ-202, ЛМ.
Выделенную навеску муки тщательно перемешивают, разравнивают в виде прямоугольника, делят на 10 частей и удаляют каждую вторую часть до тех пор, пока масса оставшейся муки не составит примерно 2 г. Из оставшихся 2 г выделяют навеску массой 24-26 мг муки. Выделенную навеску наносят на 2 предметных стекла с помощью набора сит №73, 38, 32. Нанесение препарата начинают при помощи сита, имеющего наименьший размер отверстий, для того, чтобы сначала нанести самую тонкую фракцию муки. Оставшийся на первом сите остаток переносят на второе сито, имеющее более крупный размер отверстий. Выбор номера второго сита определен с таким расчетом, чтобы оставшаяся на первом сите мука практически полностью просеялась через него. Оставшийся небольшой остаток второго сита переносится на третье сито, имеющее наибольший размер отверстий, и полностью наносится на предметные стекла. Нанесение препарата следует проводить при помощи легкого постукивания по обечайке сита. Подготовленный таким образом препарат муки устанавливают на предметном столике микроскопа. Путем перемещения предметного столика микроскопа выбирают соответствующие кадры и делают их микроснимки.
Для обеспечения статистической достоверности результатов измерения частиц муки методом оптического микроскопирования необходимо провести измерение не менее 5000 частиц. Получаемые микроснимки анализируются автоматически с помощью соответствующего программного обеспечения персонального компьютера (ПК) согласно предлагаемому способу. Анализ полученных изображений осуществляют с помощью, например, Open Source Computer Vision Library (OpenCV), библиотеки алгоритмов компьютерного зрения, обработки изображений и численных алгоритмов общего назначения с открытым кодом. OpenCV позволяет произвести структурный анализ изображений: выявление контуров предметов, описание их форм, обнаружение объектов и др.
С помощью данной библиотеки осуществляют анализ изображений микроснимков, а также автоматизированный расчет прогнозируемых значений показателей хлебопекарных качеств муки пшеницы - водопоглотительной способности муки и валориметрической оценки муки по следующему алгоритму: из центра тяжести фигуры, ограниченной контуром частицы, проводят не менее 300 отрезков к контуру частицы во все стороны; определяют среднеарифметическое значение длин получившихся отрезков X, мм, и коэффициент вариации длин получившихся отрезков К.
Водопоглотительную способность муки, ВПС, %, определяли по формуле:
,
СР. CT.
где Х - среднестатистические значения X при измерении не менее 5000 частиц зерна, мм,
СР. СТ.
К - среднестатистические значения К при измерении не менее 5000 частиц зерна.
Валориметрическую оценку муки В, ед.пр., определяли по формуле:
,
СР. СТ.
где Х - среднестатистические значения X при измерении не менее 5000 частиц зерна, мм,
СР. СТ.
К - среднестатистические значения К при измерении не менее 5000 частиц зерна.
Примеры выполнения предлагаемого способа
Пример 1
Образцы зерна яровой и озимой пшеницы 30 разнокачественных сортов (твердой и мягкой - сильной, средней, слабой) урожая 2008 и 2009 годов, выращенные в разных природно-климатических зонах, в количестве 100 г, размалывали на вальцовой мельнице «Квадрумат Юниор» с получением муки 70% выхода.
Полученные навески муки, тщательно перемешав, разравнивали в виде прямоугольника, делили на 10 частей и удаляли каждую вторую часть до тех пор, пока масса оставшейся муки не составляла примерно 2 г. Из оставшихся 2 г выделяли навеску массой 24-26 мг муки, наносили ее равномерно на 2 предметных стекла с помощью набора сит №73, 38, 32, начиная с сита, имеющего наименьший размер отверстий. Остаток первого сита переносили на второе сито, имеющее более крупный размер отверстий, остаток второго сита переносится на третье сито, имеющее наибольший размер отверстий. Подготовленный таким образом препарат муки устанавливали на предметном столике микроскопа, после чего производили микросъемку образцов муки.
Полученные микрофотографии частиц муки анализировали с помощью соответствующего программного обеспечения ПК, используя библиотеки алгоритмов компьютерного зрения, обработки изображений и численных алгоритмов OpenCV. Микрофотографии программно обрабатывали следующим образом: из центра тяжести фигуры, ограниченной контуром частицы, проводили не менее 300 отрезков к контуру частицы во все стороны, определяли среднеарифметическое значение длин получившихся отрезков X, мкм, и коэффициент вариации длин получившихся отрезков К, %. Для обеспечения статистической достоверности результатов анализу подвергали не менее 5000 частиц муки каждого образца.
Исходя из полученных среднестатистических значений X и К, с помощью описанных в предлагаемом способе уравнений находили значения водопоглотительной способности муки ВПС и ее валориметрической оценки В для данных образцов муки.
Для сравнительного анализа предлагаемого способа и прототипа параллельно определяли хлебопекарные качества зерна пшеницы одних и тех же образцов зерна методикой, описанной в прототипе.
Для определения достоверности полученных результатов воспользовались референтным методом - анализировали эти же образцы муки 70% выхода из зерна пшеницы по известной методике с помощью валориграфа [А.И.Моисеева. Технологические свойства пшеницы. М.: Колос, 1975, с.73-74].
Результаты корреляционного анализа полученных данных представлены в таблице 1. Сравнив результаты, полученные предлагаемым способом и по известной методике с помощью валориграфа, выявили устойчивую и статистически значимую корреляцию между показателями хлебопекарных качеств зерна пшеницы, определенными этими способами. В тоже время, предлагаемый способ по сравнению с прототипом показал большую точность в измерении хлебопекарных качеств зерна.
Таблица 1
Результаты оценки хлебопекарных качеств зерна пшеницы, полученных по известной методике с помощью валориграфа, в сравнении с предлагаемым способом и прототипом
Хлебопекарное качество зерна
Тип пшеницы по биологическим признакам
Тип пшеницы по целевому применению
Коэффициент корреляции результатов, полученных с помощью валориграфа и
предлагаемым способом
прототипом
Водопоглотительная способность муки
Твердая
0,95
0,84
Сильная
0,90
0,90
Мягкая
Средняя
0,92
0,86
Слабая
0,88
0,89
Валориметрическая оценка качества муки
Твердая
0,87
0,85
Сильная
0,85
0,84
Мягкая
Средняя
0,81
0,80
Слабая
0,83
0,80
Пример 2
По схеме, описанной в примере 1, оценивали хлебопекарные качества зерна яровой и озимой пшеницы 30 разнокачественных сортов урожая 2008 и 2009 годов.
В отличие от примера 1, оценку проводили только предлагаемым способом и по известной методике с помощью валориграфа. Кроме того, микрофотографии частиц муки программно обрабатывали следующим образом: из центра тяжести фигуры, ограниченной контуром частицы, проводили в первом случае - 100 отрезков, во втором - 300 отрезков и в третьем - 1000 отрезков к контуру частицы во все стороны. Затем, также как и в примере 1, определяли среднеарифметическое значение длин получившихся отрезков X, мкм, и коэффициент вариации длин получившихся отрезков К, %. Для обеспечения статистической достоверности результатов анализу подвергали не менее 5000 частиц муки каждого образца. Исходя из полученных среднестатистических значений X и К, с помощью описанных в способе уравнений находили значения водопоглотительной способности муки ВПС и ее валориметрической оценки В для данных образцов муки.
Сравнивали результаты определений хлебопекарных качеств зерна пшеницы каждого из трех случаев предлагаемого способа и результаты определений по известной методике с помощью валориграфа. Результаты проведенных оценок (таблица 2) показали, что наименьшее число отрезков, обеспечивающее максимально возможную точность (согласно коэффициентам корреляции), - не менее 300. Дальнейшее увеличение числа отрезков не приводило к повышению точности определения.
Таблица 2
Коррелятивность результатов оценки хлебопекарных качеств зерна пшеницы, полученных по известной методике с помощью валориграфа, в сравнении с предлагаемым способом
Хлебопекарное качество зерна
Тип пшеницы по биологическим признакам
Тип пшеницы по целевому применению
Коэффициент корреляции результатов, полученных с помощью валориграфа и предлагаемым способом
в первом случае (100 отрезков)
во втором случае (300 отрезков)
в третьем случае (1000 отрезков)
Водопоглотительная способность муки
Твердая
0,92
0,95
0,95
Мягкая
Сильная
0,88
0,90
0,90
Средняя
0,90
0,92
0,90
Слабая
0,85
0,88
0,89
Валориметрическая оценка качества муки
Твердая
0,84
0,87
0,87
Мягкая
Сильная
0,83
0,85
0,85
Средняя
0,80
0,81
0,82
Слабая
0,81
0,83
0,83
Пример 3
По схеме, описанной в примере 1, оценивали хлебопекарные качества зерна яровой и озимой пшеницы 30 разнокачественных сортов урожая 2008 и 2009 годов.
В отличие от примера 1, оценку проводили только предлагаемым способом и по известной методике с помощью валориграфа. Микрофотографии частиц муки программно обрабатывали следующим образом: из центра тяжести фигуры, ограниченной контуром частицы, проводили не менее 300 отрезков к контуру частицы во все стороны, определяли среднеарифметическое значение длин получившихся отрезков X, мкм, и коэффициент вариации длин получившихся отрезков К, %.
В отличие от примера 1, анализу подвергали в первом случае - 500, во втором - 5000, в третьем 50000 частиц муки каждого образца. Исходя из полученных среднестатистических значений X и К, с помощью описанных в способе уравнений находили значения водопоглотительной способности муки ВПС и ее валориметрической оценки В для данных образцов муки.
Таблица 3
Коррелятивность результатов оценки хлебопекарных качеств зерна пшеницы, полученных по известной методике с помощью валориграфа, в сравнении с предлагаемым способом
Хлебопекарное качество зерна
Тип пшеницы по биологическим признакам
Тип пшеницы по целевому применению
Коэффициент корреляции результатов, полученных с помощью валориграфа и предлагаемым способом
в первом случае (500 частиц)
во втором случае(5000 частиц)
в третьем случае (50000 частиц)
Водопоглотительная способность муки
Твердая
0,94
0,95
0,95
Мягкая
Сильная
0,87
0,90
0,90
Средняя
0,88
0,92
0,92
Слабая
0,87
0,88
0,88
Валориметрическая оценка качества муки
Твердая
0,86
0,87
0,87
Мягкая
Сильная
0,81
0,85
0,85
Средняя
0,81
0,81
0,81
Слабая
0,82
0,83
0,83
Сравнивали результаты определений хлебопекарных качеств зерна пшеницы каждого из трех случаев предлагаемого способа и результаты определений по известной методике с помощью валориграфа. Результаты проведенных оценок (таблица 3) показали, что наименьшее число частиц муки, обеспечивающее максимально возможную точность (согласно коэффициентам корреляции) - не менее 5000. Дальнейшее увеличение числа измеряемых частиц не приводило к повышению точности определения.
Таким образом, по сравнению с прототипом данный способ позволяет повысить точность оценки хлебопекарных качеств зерна пшеницы - водопоглотительную способность и валориметрическую оценку муки из этого зерна.