Характеристика исследуемого зерна и зерновых продуктов

Пшеница (лат. Tríticum) – род травянистых, в основном однолетних, растений семейства Злаки, или Мятликовые (Poaceae), ведущая зерновая культура во многих странах. Получаемая из зёрен пшеницы мука идёт на выпекание хлеба, изготовление макаронных и кондитерских изделий. Пшеница также используется как кормовая культура, входит в некоторые рецепты приготовления алкогольных напитков.

Это однолетние травянистые растения 30–150 см высотой. У растения пшеницы – свойственный всем злакам стебель-соломина с узлами и обычно полыми междоузлиями, а листья 3–20 мм шириной, обычно плоские, линейные или широколинейные, голые или волосистые, шероховатые. Каждый лист отходит от узла и состоит из влагалища, охватывающего вышележащее междоузлие наподобие расщепленной трубки, и длинной узкой пластинки. На границе между влагалищем и пластинкой находятся три выроста – широкий пленчатый язычок длиной 0,5–3 мм, прилегающий к стеблю, и два охватывающих последний пальцевидных ушка. Корневая система мочковатая.

Верхнее междоузлие, или цветонос, несет соцветие – сложный колос. Он состоит из коленчатой центральной оси и очередно отходящих от нее мелких простых соцветий – колосков, обращенных к оси широкой стороной. Каждый колосок несет на своей оси от двух до пяти очередно отходящих цветков, совокупность которых прикрыта снизу двумя – верхней и нижней – колосковыми чешуями, представляющими собой кроющие листья простого соцветия. Общее соцветие – прямой, линейный, продолговатый или яйцевидный, сложный колос длиной от 3 до 15 см, с не распадающейся или распадающейся при плодах на членики осью. Колоски одиночные, расположены на оси колосьев двумя правильными продольными рядами, сидячие, все одинаковые, 9–17 мм длины, с 2–5 тесно сближенными цветками, из которых верхний обычно недоразвит; ось колоска очень коротковолосистая, без сочленений, с короткими нижними члениками и более длинным самым верхним члеником.

Каждый цветок защищен парой специализированных прицветников – более крупной и толстой нижней и относительно тонкой верхней цветковыми чешуями. У некоторых, т.н. остистых, сортов пшеницы нижняя цветковая чешуя оканчивается длинной остью. Колосковые чешуи обычно 6–15

(редко 25–32) мм длиной, продолговатые или яйцевидные, кожистые, реже перепончатые, вздутые, неравносторонние, вверху неравнобоко усечённые, голые или коротковолосистые, с 3–13 жилками, из которых 1–2 жилки значительно более развитые и выступающие в виде более-менее крылатых килей, на верхушке с 1–2 зубцами, из которых более крупный иногда переходит в прямую ость до 5 см длиной.

Нижние цветковые чешуи 7–14 (реже 15–20) мм длиной, от яйцевидных до продолговатых, кожистые, гладкие, шероховатые или коротковолосистые, с 7–15 жилками, без киля, на верхушке переходящие в зубец или ость до

18 см длиной; каллус очень короткий, тупой.

Верхние цветковые чешуи обычно немного короче нижних, по более-менее крылатым килям очень короткореснитчатые; цветковые плёнки в числе 2, обычно цельные, по краю реснитчатые.

Цветки обычно обоеполые, с тремя тычинками и пестиком, несущим два перистых рыльца. У основания завязи находятся две или три мелкие чешуйки – цветковые пленки, или лодикулы, эквивалентные околоцветнику. Ко времени цветения они набухают и раздвигают окружающие цветок чешуи.

Пшеница – растение в основном самоопыляемое, хотя у некоторых ее типов происходит и перекрестное опыление. После оплодотворения завязь превращается в маленький твердый плод зерновку, удерживаемую в колосе цветковыми чешуями. Строение пшеницы изображено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Строение пшеницы

Несмотря на значительное разнообразие формы, размеров семян хлебных растений, нетрудно выделить ряд общих свойств в строении и функциях семян различных видов и родов этих растений и выяснить наиболее важные их особенности. Типичным примером плода злаков является зерновка пшеницы.

Зерновка пшеницы состоит из нескольких анатомических частей:

- оболочек;

- эндосперма;

- зародыша.

Анатомические части зерновки пшеницы характеризуются различными физиологическими функциями и в связи с этим имеют разное строение и химический состав.

Оболочки защищают зерновку от вредных внешних воздействий – механических повреждений и попадания ядовитых веществ, особенно опасных для зародыша. Благодаря непроницаемости оболочек для разнообразных органических и неорганических веществ зерно можно обрабатывать ядохимикатами, чтобы уничтожать споры грибов, вызывающих болезни растения. Оболочки пропускают внутрь зерна воду и кислород, необходимые для прорастания зерна.

При повреждении оболочек открывается доступ микроорганизмам внутрь зерна. Это снижает его стойкость при хранении.

Самая наружная оболочка, которую называют плодовой, состоит из трех слоев клеток: продольного, поперечного и трубчатого.

Продольный слой включает несколько рядов клеток, идущих вдоль главной оси зерна. Этот слой слабо окрашен в соломенно-желтый цвет. На верхушке зерна клетки продольного слоя образуют полые выросты бородку. У твердой пшеницы бородка выражена очень слабо.

Клетки поперечного слоя расположены перпендикулярно к главной оси зерна. Этот слой окрашен в более интенсивный желтый цвет. Поперечный и продольный слои плодовой оболочки соединены не­прочно, нередко между ними имеются разрывы или они полностью отстают один от другого.

Трубчатый слой состоит из отдельных или соединенных между собой трубочек. Около зародыша этот слой сплошной, в других частях зерна встречаются лишь отдельные его клетки.

Следующая за плодовой семенная оболочка также состоит из трех слоев – прозрачного водонепроницаемого слоя, который плотно срастается со вторым ярко окрашенным пигментным слоем, и гиалинового совершенно прозрачного набухающего слоя.

Главная масса зерна заполнена эндоспермом, или мучнистым ядром, развившимся из оплодотворенного вторичного ядра зародышевого мешка. Эндосперм состоит из наружного алейронового слоя, образованного из толстостенных крупных клеток, заполненных зернами крахмала. Этот слой – хранилище питательных веществ, необходимых для развития зародыша.

Зародыш – зачаток будущего растения, который при доступе кислорода и определенных температуре и влажности почвы начинает прорастать, используя запасы, отложенные в эндосперме. Зародыш прилегает к эндосперму со стороны спинки зерна и состоит из почечки, зачаточного корешка и щитка. Последний является образованием, характерным для зародыша злаков, и представляет собой плоское тело, одной стороной обращенное к эндосперму, а другой, вогнутой, охватывающее зародыш. Биологическое назначение щитка состоит в том, что через него питательные вещества из эндосперма поступают в зародыш.

Посеянное зерно пшеницы впитывает воду, набухает и прорастает. Почечка и зародышевый корешок выходят наружу и растут соответственно вверх и вниз. У поверхности почвы от первого узла формирующейся из почечки соломины отходят придаточные корни, которые усиленно ветвятся и образуют т.н. мочковатую корневую систему. Место перехода стебля в корень называется корневой шейкой. Чуть выше нее нижние узлы стебля тесно сближены, и из пазух их листьев вблизи поверхности почвы развиваются боковые побеги – происходит кущение пшеницы.

До этой стадии растение считается всходом. Затем начинается фаза выхода в трубку, т.е. быстрого удлинения соломины, за тем следует колошение, т.е. образование соцветия: верхнее междоузлие (цветонос) выносит колос на 7–10 см выше верхнего листа.

Достигшее окончательного размера зерно содержит зародыш и водянистый, сначала прозрачный, затем по мере увеличения содержания крахмала становящийся белым, эндосперм (стадия т.н. молочной спелости). Постепенно влажность зерна снижается и его содержимое по консистенции начинает напоминать липкое тесто (восковая спелость). Полностью созревшее (технически спелое) зерно – твердое. На рисунке 2 изображено строение зерна пшеницы.

1 – эндосперм; 2 – зародыш; 3 – корешок; 4 – зачаточный лист; 5 – щиток; 6 – цилиндрический эпителий; 7 и 8 – плодовые оболочки; 9 – семенная оболочка; 10 – алейроновый слой.

Рисунок 2 – Строение зерна пшеницы, продольный разрез пшеницы

На рисунке 3 изображено анатомическое строение зерновки пшеницы.

а – продольные клетки плодовой оболочки;б – поперечные клетки и трубчатый слой плодовой оболочки;в – деталь поперечного разреза зерна;г – гиалиновый слой семенной оболочки; д – алейроновый слой эндосперма;1 – наружный слой – продольные клетки (эпикарпий);2 – поперечные клетки (мезокарпий);3 – трубчатые клетки (эндокарпий);4 – пигментный слой;5 – гиалиновый слой;6 – алейроновый слой;7 – крахмалистый эндосперм.

Рисунок 3 – Анатомическое строение зерновки пшеницы

Пшеница – пластичная культура, она достаточно нетребовательна к почвенно-климатическим условиям, благодаря чему с успехом выращивается на всех континентах кроме Антарктиды. Растения пшеницы бывают яровые или озимые. Пшеница хорошо переносит низкие положительные температуры. По холодостойкости она уступает лишь ячменю, картофелю и некоторым кормовым травам. Также пшеница прекрасно переносит высокие температуры, если они не сочетаются с высокой влажностью. В этом случае большие потери урожая связаны с высокой поражаемостью растений болезнями. Оптимальная температура для роста и развития пшеницы составляет порядка 25 °С, в целом же культура хорошо растет в диапазоне от 3 до 32 С. Слишком ранний и слишком поздний сев пшеницы нежелательны. В первом случае возрастает риск заболеваний всходов, во втором – очень вероятна опасность зимнего вымерзания, если растения не успели достичь фазы кущения перед уходом под зиму. Яровую пшеницу в зависимости от климатических условий высевают с марта по май, вегетационный период ее длиться около 70–110 дней. Озимую пшеницу высевают в конце лета – начале осени в зависимости от зоны и погодных условий. Она имеет 2 периода активной вегетации – осенний, в течение которого идет рост вегетативной массы и весенне-летний, во время которого продолжается вегетативный рост, формируются генеративные органы и урожай. Растения озимой пшеницы хорошо переносят отрицательные зимние температуры. Самые морозостойкие сорта выдерживают температуры до 35 °С ниже нуля. Однако обязательным условием хорошей перезимовки является наличие хорошего снегового покрова. Зимостойкость культуры также определяется устойчивостью к таким неблагоприятным факторам, как выпревание, вымокание, выпирание, ледяная корка и пр. Оптимальная температура для появления всходов находится в пределах 13–15 °С, однако прорастать семена пшеницы начинают уже при 1–2 °С.

Пшеница «Саратовская-29» выведена методом ступенчатой гибридизации – скрещиванием гибридных сортов «Альбидум-24» и «Лютесценс-55/11». Разновидность лютесценс. Колосья безостые, белые, чешуи неопушенные. Колос по форме близок к призматическому, кверху слегка суживается, средней длины и плотности. Остевидные образования достигают 15 см, часто они в виде крючков.

Колосковые чешуи яйцевидно-ланцетной формы среднего размера, грубые. Нервация выражена довольно ясно, киль – слабо. Килевой зубец короткий (0,5–1 мм) тупой или слегка заостренный, у основания широкий. Плечо от узкого до широкого и от скошенного до приподнятого. Цветочные чешуи неплотно облегают зерно.

Зерно стекловидное, овально-удлиненное, расширяется к зародышу, крупное – масса 1000 зерен 30–40 г. Сорт среднеустойчив к осыпанию.

Листья средней ширины и длины, сильно опушенные. Куст по форме промежуточный. Ушки без ресничек. Солома светло-желтая средней высоты, при созревании под колосом не сгибается. Всходы довольно сильно опушены. Колеоптиле антоцианом не окрашено.

Обладая ценными хозяйственными и биологическими свойствами, этот среднеспелый сорт вытеснил многие старые сорта.В Казахстане преимущество по урожаю в сравнении с ранее высевавшимися сортами составляет 0,9–2,6 ц с 1 га. Высокая пластичность сорта позволила занять им значительные площади. Особенно ценна засухоустойчивость, проявляющаяся в наибольшей степени в восточных районах возделывания яровой пшеницы. «Саратовская-29» обладает отличным качеством зерна, содержанием белка до 15–16 % и относится к выдающимся сортам сильной пшеницы-улучшителя. Отличается повышенными требованиями к теплу в период налива и формирования зерна, поэтому в годы с низкими температурами и обильными осадками во время налива и созревания дает зерно, не отвечающее требованиям сильной пшеницы. Сорт

«Саратовская-29» относительно устойчива к пыльной головне, среднеустойчив к корневым гнилям, весьма восприимчив к твердой головне. Значительно поражается бурой ржавчиной. Восприимчив к «черному зародышу» зерна. Среднеустойчив к повреждению шведской мухой. Недостаточно устойчив к полеганию и в результате этого слабо использует условия благоприятных лет с повышенным количеством осадков. При полегании снижается содержание белка в зерне и резко ухудшается его качество. Пшеница сорта «Саратовская-29» изображена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Пшеница сорта «Саратовская-29»

Овёс (лат. Avéna) – род однолетних травянистых растений из семейства Злаки, или Мятликовые (Poaceae), включающий широко известный вид–овёс посевной, возделываемый в промышленных масштабах как пищевое и кормовое растение. Однолетнее травянистое растение высотой 50–170 см, всегда с голыми узлами. Корень мочковатый. Стебель – соломина 3–6 мм в диаметре, с 2–4 узлами. Листья очерёдные, зелёные или сизые, линейные, шероховатые, 20–45 см длины и 8–30 мм ширины. Цветки мелкие, собраны по 2–3 в колоски, образующие раскидистую, реже однобокую метёлку до 25 см длиной. Колоски средней величины, двух-трёхцветные; цветки только нижние с остью, реже все безостые. Чешуя колоска до 25 мм длиной, немного длиннее цветка. Все цветки в колоске без сочленений; ось колоска голая. Нижняя цветочная чешуя ланцетная, около 20 мм длиной, на верхушке двузубчатая, большей частью голая, при основании с немногими волосками или вся голая; ость немного согнутая, или прямая, или отсутствует. Цветёт в июне - августе.

Овес посевной делится на плёнчатый и голозёрный. Наиболее урожайной является плёнчатая форма, которая занимает наибольшие посевные площади, а голозёрная распространена редко. У плёнчатого цветочные плёнки твёрдые. Голозёрный овёс требователен к влаге. Между собой разновидности овса различаются строением метёлки (раскидистая или одногривая), цветом цветочных чешуек (белый, жёлтый, коричневый), остистостью зерна. Безостые формы овса имеют в метёлке не более 25 % остистых колосков. Во влажные годы остистость меньше, а в засушливые (при низкой агротехнике) остистость одного и того же сорта увеличивается.

Овёс влаголюбив, холодостоек и менее требователен к почве, чем другие хлебные злаки (кроме ржи). Семена начинают прорастать при температуре

2–3 °С, всходы выдерживают заморозки до 5 °С ниже нуля. Вегетационный период длится от 80 до 110 дней в зависимости от условий выращивания и сорта. Семена овса при прорастании обычно развивают 3 зародышевых корешка. В первые дни главный стебель растёт очень медленно (1–2 мм в сутки), а корни быстро. Всходы в полевых условиях появляются на

восьмой – десятый день. При образовании третьего – четвёртого листа начинается фаза кущения (на седьмой – девятый день после всходов), во время которой образуются дополнительное корни, боковые побеги (побеги кущения) и 2–3 производительных стебля. В этой фазе на главном и боковых побегах закладываются зародышевые метёлки. Энергичный рост стебля и метёлки наблюдается после фазы выхода в трубку, крупнейшее накопление сухого вещества – в период выхода в трубку до фазы выбрасывания. Цветение овса идёт от верхушки метёлки до основания и от концов ветвей первого порядка до главной оси метёлки. Оно продолжается 6–8, иногда 9–10 дней. Налив и созревание зерна в метёлке растянуто примерно на месяц. В верхней части метёлки и на концах ветвей низших порядков труднее всего развивается зерно, которое при опоздании со сбором осыпается первым, что снижает не только урожай, но и его качество.

Зерновки овса пленчатые, но чешуи не срастаются с зерновкой, а свободно ее обволакивают (у голозерных овсов пленок нет). Они имеют удлиненную, сильно суженную форму, а у пленчатых – веретеновидную с сильным заострением к верхушке. Поверхность чешуй гладкая, а самой зерновки – слабо опушенная, бороздка широкая, имеется хохолок. Окраска у голых семян светло-желтая, у пленчатых – белая, желтая, коричневая. Зародыш овса содержит все типичные для злаков образования: щиток, колеоптиле с конусом нарастания, колеоризу с 5–6 корешками и эпибласт.

В пазухе колеоптиле закладывается почечка бокового побега. Конус нарастания имеет два хорошо развитых эмбриональных листка, которые упираются в свод колеоптиле, третий листок в виде бугорка, а четвертый – зачаток бугорка. Корешков пять, из них один – центральный, хорошо сформированный, два – ясно обозначаются, а два – в зачаточной форме.

Эпибласт сильно развит – верхняя часть его достигает нижней части колеоптиле, а нижняя часть – соприкасается с колеоризой. Строение зерновки овса изображено на рисунке 5.

А – общий вид зерновки со стороны бороздки и спинки. Б – строение зародыша: 1 – щиток; 2 – лигула; 3 – колеоптиле; 4 – листочки; 5 – эпибласт; 6 – проваскулярный пучок; 7 – первичные корешки; 8 – колеориза. В – поперечный разрез зерновки. Г – строение оболочек: а – перикарп; б – остатки перисперма; в – алейроновый слой; г – слой клеток с мелкими зернами крахмала и бедна; д – эндосперм.

Рисунок 5 – Строение зерновки овса

Овес – важнейшая зерновая культура, по сумме посевных площадей занимает пятое место в мире после пшеницы, риса, кукурузы и ячменя.

Сорт ярового овса «Иртыш-22» на зеленый корм выведен методом сложной гибридизации сортов «Универсал-1» × («Мирный» × «Черкасский») × «Галоп».

Разновидность Мутика., А. sativa. Метелка полусжатая (21–24 см), при созревании почти не поникает, светло-желтая, плотная (2,9 зерна на 1 см длины метелки). Озерненность метелки в среднем 64 зерна. Зерно длиннопленчатого типа, белое, среднепленчатое (27,4 %), среднекрупное. Масса 1000 зерен в среднем за три года составила 39,4 г. – на уровне стандарта. Заключение зерен в пленках полуоткрыто, относительно прочное, при обмолоте обрушенность слабая. Остистость зерна средняя, до 20% колосков. Ости слабо выражены, слегка изогнуты, желтой окраски. Высота растений – 128 см. Сорт более устойчив к полеганию за счет большего диаметра стебля и междоузлий. Диаметр нижнего междоузлия составляет 5,5 мм. Соломина зеленая, при созревании светло-желтая. По вегетационному периоду сорт относится к группе среднеспелых (79 суток).

Сорт овса «Иртыш-22» устойчив к головневым заболеваниям и восприимчив к корончатой ржавчине. Овес сорта «Иртыш-22» изображён на рисунке 6.

Рисунок 6 – Овес сорта «Иртыш-22»

Мука – продукт питания, получаемый в результате перемалывания зёрен различных культур. Мука может изготовляться из таких сортов хлебных зерновых культур как пшеница, рожь, гречиха, овёс, ячмень, просо, кукуруза. Основную массу муки вырабатывают из пшеницы. Является необходимой составляющей при изготовлении хлеба. Мука, получаемая из зёрен пшеницы – самый популярный вид муки, применяемый для выпечки. Пшеничную хлебопекарную муку подразделяют на сорта: крупчатку, высший, первый, второй, обойную.

Мука «Пахомовская», высшего сорта, ценится производителями хлеба, полуфабрикатов и кондитерских изделий благодаря своим стабильным качественным характеристикам: она обладает сильной клейковиной и выровненным гранулометрическим составом, что позволяет использовать её как улучшитель, обеспечивает хороший объем и пористость хлебобулочных изделий. На рисунке 7 изображена мука «Пахомовская» высшего сорта, в упаковке.

Рисунок 7 – Мука «Пахомовская» высшего сорта, в упаковке.