Характеристика пивоваренного ячменя

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОУ ВПО КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кафедра «Технология бродильных производств и консервирования»

Реферат на тему

Характеристика пивоваренного ячменя

Выполнил: студент гр. БП-81

Зиангирова С.С

Руководитель: к.т.н., доцент

Лапина Т.П

Кемерово 2012



Введение

Пиво - один из старейших хмельных напитков, который употреблялся еще в Древнем Египте и Месопотамии. И надо сказать, что основные ингредиенты, которые входили в его состав, практически не изменились. Поменялись только технологические процессы и оборудование.

Сырьем для приготовления пива служит ячменный солод, который получают из пивоваренных сортов ячменя. Посевы ячменя широко распространены в нашей стране и занимают большие площади. В настоящее время потребность отрасли в пивоваренном ячмене составляет примерно 1, 2 млн т, что соответствует 950 тыс. т солода [1]. В стране производится около 600 тыс. т солода среднего качества, на что идет 750 т .Ячмень, используемый для пивоварения, должен обладать целым рядом необходимых качеств. При закупке зерна обращают внимание на его цвет, спелость, тонкокожесть, вес (качественное спелое зерно тонет в воде, а недозрелое всплывает). Злаки также не должны содержать никаких примесей, в противном случае качество напитка будет низким.ыс. т ячменя.

Ячмень по сравнению с другими видами зерна в качестве сырья для пивоварения имеет следующие преимущества: содержит много крахмала; произрастает практически повсеместно; менее требователен к почвенно-климатическим условиям; легко обрабатывается при получении солода; цветочные пленки дробленого ячменного солода позволяют получить хороший фильтрующий слой дробины при фильтровании затора; состав ячменного солода, включая его ферменты, дает возможность получить пиво с наилучшими качественными показателями.



1. Общая характеристика ячменя

Ячмень относится к семейству злаковых. Соцветие ячменя представляет собой колос, состоящий из плоского тонкого коленчатого стержня, с обеих сторон которого располагаются по три цветка на каждом выступе колосового стержня.

По морфологическим признакам ячмень может быть двухрядный и многорядный.

Шестирядные ячмени используются на корм скоту, их называют фуражными, а из двухрядных, или пивоваренных, производя солод.

И зависимости от времени посева ячмень бывает яровой и озимый. Двухрядные ячмени преимущественно яровые, а шестирядные - озимые и яровые. Зерно двухрядного ячменя по сравнению с шестирядным более крупное, выравненное.

Ячменное зерно представляет собой нераскрывшийся плод - продолговатую зерновку - и состоит из трех основных частей: зародыша , эндосперма , оболочек .

Зародыш - зачаток будущего растения, находится на спинной стороне основания зерна. Зародыш состоит из щитка и зародышевого листа (зачатков почки и первичного стебля), а также зародышевых корешков . Клетки щитка со стороны эндосперма узкоцилиндрические, образуют всасывающий эпителий. Щиток с всасывающим эпителием передает питательные вещества от эндосперма к зародышу для его жизнедеятельности.

Эндосперм - мучнистая часть зерна 6 представляет собой хранилище питательных веществ для развития зародыша и молодого растения. Основная масса эндосперма - крупные клетки с тонкими стенками, заполненным крахмальными зернами, заключенными в оболочку. Наружная части эндосперма представляет собой алейроновый слой 7, который состоит из трех слоев толстостенных клеток. По мере приближения к зародышу клетки становятся мельче, толщина слоя уменьшается, а у зародыша алейроновым слой исчезает. Вблизи зародыша клетки эндосперма 4 не содержат крахмала так как он был израсходован зародышем при созревании и хранении зерна.

Оболочки защищают зерно от повреждений и предохраняют зародыш от попадания вредных для него веществ: наружная - цветочные пленки 9, затем сросшиеся плодовая и семенная 8. Семенная и плодовая оболочки полностью облегают зерно, цветочные пленки не закрывают обоих концов его. Если цветочные пленки срослись с зерном, такой ячмень называется пленчатым, если не срослись, то - голозерным. В пивоварении используются пленчатые ячмени.

1 - зародыш корешка, 2 - зародыш стебля, 3 - зародыш листка, 4 -пусть израсходованные клетки, 5 - щиток, 6 - эндосперм, 7 - алейроновый слой, 8 -сросшиеся плодовая и семенная оболочки, 9 - мякинная оболочка

Сорта пивоваренного ячменя.

В зонах с умеренным климатом произрастают лучшие ячмени (например, ячмень из юго-западных областей Белоруссии не уступает по качеству лучшим мировым сортам). Хорошие пивоваренные ячмени получают и в других областях Белоруссии, в Украине, а также в некоторых областях Центрально-Черноземного района и Центрального района России, Прибалтики, Закавказья, Кыргызстана, Казахстана.

Районированы и высеваются следующие сорта: в Белоруссии - Надя, Мами, Эльгина, Фаворит, Московский 121, Винер, Аметист, Баронесса, Гана, Атлас, Триумф, Спартан.

Ведущими сортами за рубежом являются следующие: в Чехии 8..10 сортов, представляющих собой гибриды сорта Диамант; в Германии - Алексис, Диамант, Эльгина, Надя, Триумпф, Карина, Хильда; в Великобритании - Проктор; в Польше - Боми, Эльгина, Виза и другие..

солод зерно ячмень сушилка



2. Качественная характеристика ячменя для пивоварения. ГОСТ на пивоваренный ячмень

Выбор ячменя для пивоварения имеет большое значение, так как по показателям его качества можно судить о пригодности ячменя для получения солода и о режиме переработки. Качество зерна пивоваренного ячменя нормируется ГОСТом 5060-86.

Зерно должно обладать быть сухим, желтого цвета без затхлого запаха, содержать заданное количество белка и крахмала, быть крупным и выполненным и жизнеспособным. Органолептические показатели (цвет, запах) характеризуют общее состояние зерна и определяются фитосанитарным состоянием, условиями уборки, первичной доработки и хранения. При повышении влажности до 17-18% происходит самосогревание вороха. Поражение гельминтоспориозными и фузариозными пятнистостями, а так же бактериозами приводит к потемнению и появлению затхлого запаха.

Содержание белка должно быть в пределах 8-12%. При повышении содержания более 12% зерно в процессе солодоращения плохо разрыхляется, сильно греется. Такое зерно может быть использовано только для производства темного пива. Содержание белка менее 8% является предельным, так как это минимум необходимый для питания дрожжей, а затем образования стойкой пены и букета пива. Число Кольбахи (отношение растворимого и нерастворимого белка) должно варьировать в пределах 38-43%. Экстрактивность -- этот показатель характеризует количество органического вещества, которое способно переходить в водный раствор под воздействием ферментов солода. Она должна составлять 80-82%. В основном экстрактивность обусловлена содержанием крахмала. Пивоваренные свойства зерна возрастают по мере увеличения содержания экстрактивных веществ. Поражение болезнями приводит к нарушению обмена веществ, преждевременному усыханию и угнетению растений, вследствие чего увеличивается содержание белка и Число Кольбахи, что приводит к снижению экстрактивности.

Способность к прорастанию и жизнеспособность определяются активностью ферментативной системы и фитосанитарным состоянием зерна и должна быть не менее 95%. Поражение пятнистостями листьев и колоса приводит к заселению пивоваренного зерна патогенной микрофлорой, накоплению микотоксинов, поражению «черным зародышем» и, как результат, снижению энергии прорастания.

Физические свойства зерна характеризуют физиологическое состояние зерна. Крупность (сход с сит 2,8 и 2,5 мм) должна составлять не менее 85%. Зерно с натурой 610 г/л считается хорошим, а 680-700 г/л -- отличным. Чем выше натура зерна, тем ниже пленчатость и содержание белка. Поражение всеми болезнями от корневых гнилей до пятнистостей приводит к нарушению обмена веществ, угнетению растений и уменьшению крупности.



3. Характеристика пивоваренных свойств ячменя

Характеристика ячменя. Ячмень относится к семейству злаковых, роду Гордеум (Hordeum sativum), в котором различают два вида: двухрядный Hordeum vulgare convar Distichon и многорядный (шестирядный) Hordeum vulgare convar Hexastichon. Двухрядные ячмени бывают в основном яровыми, а шестирядные - озимыми и яровыми.

Двухрядные ячмени имеют на колосовом стержне по обе стороны по одному нормально развитому зерну и несколько неразвившихся. При таком расположении зерна двухрядного ячменя хорошо развиваются, вырастают крупными и одинакового размера. Боковые зерна шестирядного ячменя имеют не правильную изогнутую форму и более мелкие.

Шестирядные ячмени (фуражные) используют на корм скоту, а двухрядные (пивоваренные) - для производства солода. У пивоваренных сортов ячменя оболочка зерна более тонкая, содержание экстрактивных веществ (в основном крахмала) больше, а белка - меньше, чем у кормовых ячменей.

Средний химический состав ячменного зерна ( % к массе СВ): крахмал-45-70; белок - 7-26; пентозаны - 7-11; целлюлоза - 3, 5-7, 0; жир - 2-3; зольные элементы - 2-3; сахароза - 1, 7-2, 0. В пивоварении возможно применение ячменя с содержанием белковых веществ 9-11, 5 %, допускается 7, 5-12; для темного пива - до 12, 5 %.В массе зерна компоненты распределяются неравномерно. Наибольшее количество углеводов находится в эндосперме, жиры, азотистые и минеральные вещества - в зародыше, а сырая целлюлоза - в оболочке.

3.1 Крахмал ячменя

В ячмене (Hordeum vulgare) содержится необходимый для приготовления пива крахмал, который позднее, в варочном цехе, превращается в сбраживаемый экстракт. Путем правильного возделывания необходимо получать соответствующие сорта ячменя, дающие солода, богатые экстрактом.

Основная масса углеводов представлена крахмалом, содержание которого зависит от условий выращивания и генотипа. У сортов, выращенных на территории Украины, содержание крахмала в зерне колеблется от 44 до 66% в пересчете на сухое вещество. Повышенное содержание крахмала увеличивает пивоваренную ценность ячменя, поскольку экстрактивные вещества солода состоят на две трети из сахаров, образовавшихся из крахмала под действием амилолитических ферментов, и на треть - из других сахаров. Крахмальное зерно содержит два типа полисахаридов, различающихся по своим физико-химическим свойствам; линейный полисахарид амилозы и разветвленный амилопектина. Молекулярная масса амилозы варьирует от 30 до 1000 кD, а амилопектина достигает сотен миллионов дальтон. Амилоза более растворима и обладает меньшей вязкостью, чем амилопектин. Амилоза и амилопектин входят в различных пропорциях в состав крахмального зерна, в результате чего у сортов наблюдается неодинаковая скорость осахаривания и температура клейстеризации крахмала, различная его устойчивость к солям и кислотам.

В зависимости от сорта содержание амилозы в крахмале варьирует от 0 до 26%. Наблюдается обратная корреляция между содержанием крахмала в зерне и амилозы в крахмале.

3.2 Моно-, ди- и олигосахариды ячменя

Содержание моно- и олигосахаридов в зерне ячменя, по данным различных авторов, варьирует в пределах 1,4-6,8%. В зародыше обнаружено 4,9% рафинозы, моно- и олигосахарозы, которые, образуя с аминокислотами меланоидины, обуславливают цвет и запах пива.



3.3 Некрахмалистые полисахариды ячменя

Наряду с этим такие углеводы как гемицеллюлозы и b-глюкан отрицательно влияют на пивоваренные свойства ячменя. Гемицеллюлозы дают при распаде плохо сбраживаемые продукты. b-глюкан обуславливает получение солода плохого качества, ухудшая производство пива. b-D-глюкан зерна ячменя представляет собой полисахарид некрахмального типа. Выделенный препарат глюкана дает вязкие устойчивые растворы. Смешанный b-D-глюкан эндосперма ячменя относится к группе неразветвленных полисахаридов, состоящих из 1-4 и 1-3 связанных - D-глюкапиранозных остатков в варьирующих соотношениях.

3.4 Белки ячменя

В соответствии с требованиями ГОСТ 5060 в хорошем пивоваренном ячмене должно содержаться 9-12 % белка. Зерно ячменя периодически характеризуется высоким содержанием белка и низким уровнем экстрактивности.

Повышенное содержание белка снижает выход пива, его коллоидную стойкость, способствует размножению вредной микрофлоры .Анализ протекания биохимических превращений при производстве солода и пива, влияния этих превращений на качество готового напитка свидетельствует о том, что важна не количественная характеристика белка пивоваренного ячменя, а качественный и количественный состав белковых фракций. Именно от качественного состава белка во многом зависят качество пива, его пенообразующая способность, пеностойкость, питание дрожжей и в этой связи - интенсивность брожения.

Существовало мнение, что для пивоварения пригодно лишь зерно ячменя с низ ним содержанием белка. Однако сейчас установлено, что главное значение здесь имеет не общее содержание белков, а их качество.

Исследования показали, что наилучшие результаты в пивоварении дает ячмень, содержащий высокомолекулярные белки (глобулины и проламины), почти нерастворимые в воде. Отрицательное влияние на производство пива оказывают небелковый азот и азот альбуминов.

Содержание белка в зерне сильно изменяется в зависимости от географического положения, места высева и условий выращивания. Влажный климат снижает содержание белка в зерне; кроме того, при этом повышается накопление крахмала. Например, содержание белка в зерне составляло под Белгородом 18,6, а под Ленинградом 11,7%. Поздняя подкормка посевов ячменя азотными удобрениями повышает содержание белка в зерне.

3.5 Оценка качества ячменя по органолептическим показателям

К ним относятся показатели качества зерна (цвет, запах, вкус), определяемые при помощи сенсорных систем органов чувств. Они являются показателями свежести зерна, полноценности потребительских качеств.

При определении качества зерна, как и всякого другого пищевого продукта, органолептическая оценка имеет решающее значение, поскольку окончательное суждение о достоинстве продукта питания можно иметь только при употреблении его в пищу.

Цвет.

Незрелое или испорченное зерно имеет изменённый цвет, по которому при определённом навыке можно судить о степени зрелости или характере порчи. Зерно изменяет цвет при неправильной уборке (утрата блеска, присущего здоровому зерну), под влиянием мороза (морозобойное зерно), под влиянием суховея, в результате длительного нахождения в валках, перегревания в зерносушилках и т. д.

Запах.

Здоровому зерну каждой культуры свойствен специфический запах. Посторонние запахи в зерне появляются в результате сорбции зерном легколетучих и пахучих посторонних веществ и порчи (распада органических веществ) зерна.

При неправильном хранении и самосогревании зерно и семена могут приобрести несвойственный им запах продуктов распада, образующихся под влиянием микроорганизмов. К этим запахам относятся:

Амбарный запах: возникает в партиях зерна и семян, хранившихся без перемещения и проветривания (запах лежалого зерна). Чаще такой запах появляется в свежеубранном зерне, имеющем повышенную биологическую активность. Этот запах при проветривании и размоле исчезает, поэтому зерно с амбарным запахом не считают испорченным.

Солодовый запах: остроароматный запах, свойствен прорастающему зерну, является первым признаком того, что зерно грелось или греется. Вкус зерна сладковатый. Внешние покровы зерна сначала обесцвечиваются, а затем становятся красноватыми. Эндосперм приобретает сероватый оттенок. Зерно с солодовым запахом отличается от нормального также несколько повышенным содержанием моносахаридов, кислотностью по болтушке и величиной кислотного числа жира. Возрастает содержание аммиака. Мукомольные свойства ухудшаются.

Плесневелый запах: появляется у влажного и сырого зерна в результате развития плесневых грибов. Этот запах быстро переходит сначала в едва уловимый, а затем резко ощутимый затхлый запах. Вкус зерна с плесневелым запахом слабокислый. Внешние покровы зерна становятся коричневыми, эндосперм -- кремовым. Биохимическая характеристика зерна с плесневелым запахом по сравнению с нормальным зерном существенно изменяется; протеолитическая и диастатическая активность возрастает почти в два раза, кислотность -- в два с лишним раза, кислотное число жира -- в три раза, содержание аммиака -- в 40 с лишним раз.

Клейковина приобретает серый цвет, становится слабой, сильно растягивающейся.

Затхлый запах: появляется с проникновением плесени внутрь зерна и сопровождается глубоким распадом органических веществ.

Степень и устойчивость затхлости зависят от того, насколько сильно было воздействие микробов и насколько глубоко они, особенно гифы плесневых грибов, проникли в зерно. Поверхность зерна становится тёмно-коричневой, эндосперм - кремовым или коричневым.

Затхлый запах сушкой и мойкой полностью удалить не удаётся. Из зерна с резко выраженным затхлым запахом невозможно получить доброкачественные хлеб и крупу.

Гнилостный запах: характерен для зерна с глубоко зашедшим процессом распада органических веществ. Внешние покровы зерна сильно темнеют, становятся тёмно-коричневыми и чёрными, эндосперм приобретает коричневый цвет. Биохимические изменения ещё более значительны, клейковина не отмывается.

3.6 Оценка пивоваренного ячменя по физиологическим показателям

К физиологическим свойствам зерна и семян относятся: форма зерна, линейные размеры и крупность, объём, выполненность и щуплость, выравненность, масса 1000 зёрен, стекловидность, плотность, плёнчатость и лузжистость, натура, механические повреждения зерна, трещиноватость, механические свойства, аэродинамические свойства, заражённость вредителями, засорённость.

Форма зерна.

Форма зерна и семян весьма разнообразна. Зерно и семена разных культур и их сортов отличаются по форме. В пределах каждой культуры и отдельной партии зерна по форме также наблюдаются различия вследствие неодинаковой степени физиологической зрелости и других причин.

Существуют следующие формы зерна: шарообразная, чечевицеобразная, эллипсоид вращения; форма с различными размерами в трёх направлениях.

Форма зерна и семян имеет существенное значение при очистке от примесей и сортировании. Зерно, более приближающееся по форме к шару, даёт больший выход муки, поскольку при такой форме на оболочечные частицы приходится относительно меньшая доля, чем при любой другой форме. Зерно шарообразной формы имеет более высокую натуру, так как плотнее укладывается в мерке.

Линейные размеры и крупность зерна.

Под линейными размерами понимается длина, ширина и толщина зерна и семени. Длиной считается расстояние между основанием и верхушкой зерна, шириной -- наибольшее расстояние между боковыми сторонами и толщиной -- между спинной и брюшной стороной (спинкой и брюшком). Совокупность линейных размеров называется также крупностью.

Крупное зерно даёт больший выход готовой продукции, так как в таком зерне больше эндосперма и меньше оболочек.

Из трёх размеров (длины, ширины и толщины) толщина в наибольшей степени характеризует мукомольные свойства зерна.

Объём зерна имеет значение для величины и расчёта скважистости зерновой массы, величины объёмной массы, определения режима очистки и переработки зерна, величины выхода готовой продукции.

Выполненность и щуплость зерна.

Выполненными - называют зёрна, достигшие при полном созревании формы с максимальной выравненностью всех структур, характерных для сорта, линии, гибрида.

Выполненным может быть также не крупное, а мелкое, нормально развитое зерно. Такое зерно хотя и уступает несколько по качеству крупному зерну, но способно дать доброкачественные продукты переработки, хоть и в значительно меньшем объёме.

Щуплым - называется зерно недостаточно выполненное, неестественно сморщенное вследствие неблагоприятных условий его развития. Щуплое зерно мелкое, с ограниченным запасом питательных веществ, иногда состоящее почти из одной оболочечной ткани.

Между выполненными и щуплыми зёрнами находятся промежуточные формы зерна различных размеров с неодинаковой выполненностью.

Причинами щуплости зерна могут быть: засуха, суховей, мороз, «стекание», подгар, грибные болезни (пыльная головня, фузариоз, нигроспориоз, ржавчина), бактериозы (блекчаф, базальный бактериоз, бактериальный вилт), вирусные болезни (закукливание, хлороз), цветковые паразиты (повилика, заразихи), полевые вредители (клоп-черепашка, пшеничный трипс, хлебные пилильщики, злаковые мухи) и другие неблагоприятные условия развития и созревания.

Степень щуплости зависит от стадии налива зерна, в которую стали проявляться неблагоприятные условия созревания.

Выравненность зерна.

Выравненностью называется степень однородности отдельных зёрен, составляющих зерновую массу, по влажности, размерам, химическому составу, цвету и другим показателям. Наибольшее значение имеет выравненность по влажности вследствие особой роли влаги при хранении и переработке и по крупности.

В практической работе обычно имеют дело с выравненностью по размерам. Выравненность нельзя путать с крупностью. Это разные понятия. Зерно может быть выравненным и одновременно мелким, крупным и вместе с тем невыравненным. Выравненность имеет особенно большое значение при переработке зерна в крупу.

Выравненные по размерам семена дают дружные всходы, растения развиваются равномерно, и, следовательно, зерно созревает одновременно, что облегчает уборку урожая, а также повышает качество зерна нового урожая.

Масса 1000 зёрен.

Масса 1000 зёрен показывает количество вещества, содержащегося в зерне, его крупность. Естественно, что более крупное зерно имеет и более высокую массу 1000 зёрен. В крупном зерне количество оболочек и масса зародыша по отношению к ядру наименьшие. Масса 1000 зёрен является также хорошим показателем качества семенного материала. Крупные семена дают более мощные и более продуктивные растения.

Для определения массы 1000 зёрен навеску после удаления сорной и зерновой примесей смешивают и распределяют ровным слоем в виде квадрата, который делят по диагонали на четыре треугольника и из каждых двух противоположных треугольников отсчитывают пробы по 500 целых зёрен (по 250 зёрен от каждого треугольника). Массу обеих проб складывают и получают массу 1000 зёрен. Разница между массами двух проб не должна превышать 5% их среднего значения.

Масса отдельных зёрен одной и той же культуры колеблется в больших пределах в зависимости от сорта, года урожая, района произрастания, степени выполненности и т. д.

Стекловидность зерна.

Зерно имеет разную структуру, т. е. определённую взаимосвязь, взаиморасположение тканей, придающее определённое строение её тканям. Структура зерна может быть стекловидной и мучнистой.

Мучнистым - называется зерно, имеющее непрозрачную консистенцию с рыхломучнистой структурой. Мучнистое зерно на поперечном разрезе имеет белый цвет и вид мела.

Стекловидным --зерно, имеющее почти прозрачную консистенцию с роговидной структурой в разломе. Поперечный разрез стекловидного зерна сходен с поверхностью осколка стекла и создаёт впечатление прозрачной поверхности монолитного плотного вещества.

Различают также частично стекловидное зерно. К нему относят зёрна с частично просвечиваемым или частично непросвечиваемым эндоспермом. В частично стекловидном зерне стекловидная структура может быть несплошной, или занимать часть поверхности поперечного среза, или в виде мелких пятен, в беспорядке разбросанных по поверхности среза. В этом случае срез становится пёстрым.

Стекловидность наблюдается в зерне пшеницы, ржи, ячменя, кукурузы, риса. Она является важным технологическим показателем зерна. Стекловидное зерно оказывает большое сопротивление раздавливанию и скалыванию, в связи с чем, при размоле требуется больше энергии, чем для мучнистого зерна. Стекловидное зерно даёт более высокий выход муки, чем мучнистое. Из мучнистого зерна мука получается, как правило, мягкая, мажущаяся (при растирании между пальцами). Мука из стекловидного зерна более крупитчатая, что очень ценится в хлебопечении.

Общая стекловидность выражается в процентах и равняется числу процентов полностью стекловидных зёрен плюс половина числа процентов частично стекловидных зёрен.

Всхожесть семян - это способность семян образовывать нормально развитые проростки, то есть стебли растения в самом начале его развития из семени (ростки) вместе с развившимися зародышевыми корешками. Всхожесть определяют проращиванием семян в течение семи-десяти дней при оптимальных условиях, установленных для каждой культуры.

Энергия прорастания - это способность семян быстро и дружно прорастать. Энергию прорастания определяют в тех же условиях и одновременно со всхожестью (в первые 3-4 дня). Энергия прорастания считается важным показателем посевных качеств семян, она характеризует одновременность роста и развития растений, а также созревания и налива зерна, что улучшает его качество и облегчает уборку. Количество нормально развитых проростков подсчитывают в сутках (первая цифра -- энергия прорастания, вторая -- всхожесть).

Плёнчатость и лузжистость

Плёнчатостью называется процентное содержание в зерне цветковых оболочек (ячмень, просо, рис, овёс), плодовых (гречиха), или семенных оболочек (клещевина). При характеристике семян масличных культур (подсолнечника, сафлора) плёнчатость заменяется лузжистостью.

Содержание оболочек характеризует ценность зерна для переработки. Чем больше содержание оболочек, тем относительно меньше в нём питательных веществ. Наличие оболочек усложняет и удорожает переработку плёнчатых культур. От плотности и массы оболочек зависит выход крупы. Величина плёнчатости изменяется по культурам. Она неодинакова у разных сортов одной и той же культуры, а в пределах сорта колеблется по районам произрастания и годам.

Натура зерна.

Натурой зерна называется масса 1 литра семян в граммах.

Натуру определяют на литровой пурке с падающим грузом -- её выражают в граммах на литр или на 20-литровой пурке -- выражают в килограммах одного гектолитра зерна.

На величину натуры влияют: примеси, состояние поверхности зерна, форма зерна, крупность, плотность, влажность, плёнчатость, зрелость и выполненность зерна, масса 1000 зёрен, выравненность.

Натура приближённо показывает степень выполненности зерна. Зерно выполненное, полновесное имеет повышенную натуру.

В некоторых случаях устанавливают строгие требования к натуре.

Механические свойства зерна.

Под механическими свойствами зерна понимается способность его сопротивляться разрушению с одновременным изменением формы, т. е. упруго деформироваться под действием внешних механических сил. Механические свойства зерна находят выражение в сопротивлении деформированию, разрушению и пластичности.

Аэродинамические свойства зерна.Аэродинамические свойства зерна -- это особенности его поведения в воздушном потоке. Движущееся зерно в воздухе встречает сопротивление (давление), которое зависит от ряда факторов. Давление воздушного потока на находящееся в нём тело зависит от массы тела, его размеров, формы, состояния поверхности, относительной скорости движения и расположения зерна, а также от состояния воздушной среды.

Аэродинамические свойства зерна и его примесей используют при очистке и сортировании зерновой массы. Воздушным потоком из зерновой массы выделяют органический сор (кусочки соломы, мякину, полову). Вторичный пропуск через воздушный поток позволяет выделить многие семена сорных растений.

Заражённость зерна вредителями.

При неблагоприятных условиях хранения в неподготовленных и необеззараженных хранилищах в зерновой насыпи развиваются вредители, клещи и насекомые.

Вредители наносят значительный ущерб зерну: поедают его, загрязняют его своими трупами, личиночными шкурками и экскрементами, способствуют повышению влажности и развитию микроорганизмов.

В стандартах на зерно установлены степени заражённости клещами, амбарными и рисовыми долгоносиками, зерновками.

Зерно, сильно загрязнённое вредителями, может оказаться для животного организма ядовитым.

Борьба со всеми видами вредителей хлебных запасов в виде профилактических и истребительных мероприятий не только обеспечивает сохранность зерна и предохраняет его от порчи, но и является исключительно важным делом с точки зрения охраны здоровья людей.

Засорённость зерна.

Примеси в зерновой массе усложняют хранение и переработку зерна, ухудшают качество готовой продукции. Все примеси подразделяются на две основные фракции: сорную и зерновую.

Сорная примесь - является бесполезной или вредной для питания. Кроме того, в неё включают зёрна других культур, которые нельзя использовать так же, как зерно основной культуры.

Зерновая примесь - имеет пониженную ценность по сравнению с нормальными зёрнами основной культуры, но может быть использована по целевому назначению последних.

Содержание сорной, вредной и зерновой примеси определяется государственными стандартами на зерно каждой культуры. Норма примесей увязана с целевым назначением зерна. В зависимости от процентного содержания примесей в зерне его делят на две группы: зерно отвечающее базисным кондициям, и зерно, имеющее отклонения по качеству в пределах ограничительных кондиций.

Для очистки зерна от примесей применяют разнообразные производственные машины. Отделение семян сорных растений, как и других примесей, основывается на отличии их физико-механических свойств от свойств зёрен основной культуры. Отделение тем проще и полнее, чем больше отличаются свойства примесей от свойств зерна, и, наоборот, тем сложнее и менее полно, чем меньше это отличие.



4. Основные принципы селекции пивоваренного ячменя

Качество зерна зависит как от сорта, так и от условий, в которых возделывалась культура. Лучшие пивоваренные ячмени получают в условиях мягкого климата, умеренного количества света, тепла и осадков. Сочетание необходимых условий для возделывания пивоваренного ячменя имеется в Центрально-Черноземном и частично Центральном районах России. В Европе ведущие страны в производстве пивоваренного ячменя - Австрия, Белоруссия, страны Балтии, Великобритания, Бельгия, Дания, Нидерланды, ФРГ, Финляндия, Франция, Швеция, Польша, Чехия, Украина.

4.1 Стратегия и методы отбора отдельных признаков

В рамках используемого метода селекции необходимо выбрать верную стратегию отбора отдельных требуемых признаков. При этом нужно учитывать как генетическую характеристику того или иного признака, так технологические и экономические аспекты отбора данного признака. Простые в генетическом отношении признаки можно отбирать в первых поколениях, а отбор можно производить среди отдельных растений или среди потомства растений на небольших участках. Речь идет, например, о признаках скороспелости, длины стебля или устойчивости к некоторым болезням. Наоборот, отбор признаков, за которые отвечают несколько генов и на которые оказывает сильное влияние среда, должен осуществляться на больших участках, в процессе точных несколько раз повторяющихся экспериментов, в разных районах выращивания и в течение нескольких лет. К таким признакам относится прежде всего урожайность, а также, к примеру, комплекс солодовых свойств. Результаты исследований в разных областях (генетика, биохимия, физиология и т.д.) постоянно позволяют создавать новые методы тестирования самых разных характеристик ячменя, однако некоторые из них очень трудоемки и дорогостоящи, поэтому их использование должно быть оправдано с точки зрения ожидаемого результата селекции новых сортов.

4.2 Урожайность зерна

Урожайность- комплексный признак, определяемый большим количеством генов. Его реализация зависит от множества иных свойств (устойчивость к полеганию, устойчивость к болезням и т.д.) и от условий среды (сильное взаимодействие генотипа со средой) . Урожайность зерна с единицы площади можно разложить на отдельные составляющие урожайности. Урожайность определяется массой тысячи зерен и числом зерен на 1 мг, которое, в свою очередь, зависит от числа зерен в колосе и числа колосьев на 1м2 (равному произведению числа плодоносных отростков на одном растении и числа растений на 1м2).

Число отростков на одном растении сильно варьируется и зависит от плотности побегов, поэтому отбор по этому признаку мало эффективен. Число зерен в колосе, а в особенности масса тысячи зерен существенно в меньшей степени зависит от среды, и отбор по этому признаку может оказать определенное положительное влияние на общую урожайность. Однако нужно принимать во внимание, что между составляющими урожайности действует механизм взаимной компенсации, например, при небольшом числе растений на единицу площади растения дадут больше отростков, колосья будут длиннее и масса тысячи зерен будет выше. Важным является знание физиологии образования урожайности, действия ассимиляции, транспортировки, накопления и локализации ассимилятов в зерне. Стебель в процессе вегетации накапливает значительное количество ассимилятов, которые попадают в зерно в период его созревания. Это одна из причин, из-за которой попытки выведения очень коротких сортов ячменя не были успешными. Соотношение между массой зерна и массой общей надземной биомассы (так называемый индекс урожайности) является важной характеристикой сортов. В последнее время у большинства современных сортов он колеблется в пределах оптимального значения - 0,5. Дальнейшего повышения урожайности можно достичь при повышении общей надземной биомассы при сохранении индекса урожайности.

Очень мало известно о возможностях повышения урожайности путем селекции признаков, относящихся к корневой системе. Вариативность морфологии и физиологических функций корней, конечно, не меньше, чем вариативность надземных частей растений, однако технические трудности оценки корневой системы до сих пор не позволили использовать на практике селекцию на основе их свойств.

Одинаковая урожайность разных сортов может быть задана разной комбинацией составляющих урожайности. Урожайность - это прежде всего функция побега, выращенного в производственных условиях, и потому конечный отбор должен проводиться по признаку урожайности как таковому, на больших участках, в процессе многократно повторяющихся испытаний, во многих районах выращивания и в течение многих лет. Испытания должны проводиться таким образом, чтобы их результаты можно было оценить соответствующими статистическими методами, позволяющими определить много важных характеристик: кроме средней урожайности, например, значимость различий между сортами, степень взаимодействия со средой (стабильность урожайности) и другие ценные сведения.

4.3 Агрономические и сельскохозяйственные свойства

Чтобы сорт можно было успешно выращивать, он должен обладать и рядом других признаков, которые влияют на урожайность, ее стабильность, а также на экономичность и рентабельность возделывания сорта. К ним можно отнести, например, пригодность для определенных производственных условий (в отношении температуры, осадков и почвы), длительность периода вегетации, высоту побегов, устойчивость к полеганию и ломкости стебля, способность давать отростки, засухоустойчивость или, наоборот, влагоустойчивость, устойчивость к высокой кислотности почвы, устойчивость к повреждению зерен при уборке урожая. Отбор по приемлемому уровню этих признаков должен быть также включен в процесс селекции. Для этого растения оценивают в полевых условиях (разные районы выращивания, многолетние тесты), а также в искусственно созданных условиях влажности. Для оценки устойчивости к низкому уровню рН и связанной с ней устойчивости к токсическому действию ионов алюминия используются лабораторные тесты. Устойчивость к полеганию можно оценить в экстремальных условиях - при густом посеве, при высоких дозах азота.

4.4 Устойчивость к болезням

Яровой ячмень подвержен ряду заболеваний, которые могут существенно снизить не только урожайность с гектара, но и качество собранного ячменя. И хотя в распоряжении растениеводов есть много пестицидов, позволяющих ограничить заболеваемость, сами средства, также как и их применение на полях довольно недешевы. Выведение сортов, устойчивых к болезням, избавляет от применения химикатов или существенно его ограничивает, что дает не только положительный экономический, но и экологический эффект. Предпосылкой успеха в селекции, по устойчивости к болезням является существование и доступность донора устойчивости, знание генетики устойчивости, знание биологии патогенно и применение соответствующих методов селекции по признаю устойчивости. Генетическими источниками устойчивости могут быть возделываемые сорта, региональные и национальные сорта, имеющие необходимые гены устойчивости. За последнее время было идентифицировано много новых генов устойчивости в популяциях дикорастущего ячменя Hordeum vulgare ssp. spontaneum, также в Hordeum bulbosum. По генетическому принципу устойчивость к болезням можно разделить на два главных типа. Первым из них является устойчивость, за которую отвечает один ген сильного действия (майор-ген), называемая также вертикальной или расово-специфической . С точки зрения селекции работа с эти типом устойчивости более проста, а отбор устойчивых генотипов производить легче. Недостатком является возможность изменения вирулентности в популяциях патогенов, из-за чего данный ген устойчивости перестанет быть эффективным. Второй тип - это горизонтальная, расово-специфическая, полевая устойчивость, зависящая от большого количества генов. Она может быть и частичной, но обычно бывает более длительна, чем вертикальная устойчивость. Однако методы отбора по признаку горизонтальной устойчивости более трудоемки. Биология патогенов, способ их размножения и переноса, а также спектр видов растений, на которых они паразитируют, являются важными факторами при поиске необходимого механизма устойчивости и выборе методов селекции. В отношении некоторых заболеваний селекция проста и дешева, в отношении других - очень сложна и дорогостояща. В зависимости от вида заболевания, свойств донора, генетических особенностей устойчивости и биологии патогенов выбирают соответствующий метод отбора по признаку устойчивости. Главными методами отбора по признаку устойчивости являются следующие:

* оценка линий в полевых условиях при естественной инфекции,

* тестирование в полевых фитопитомниках при искусственной инфекции,

* оценка в парниковых условиях,

* разные типы лабораторных тестов.

Наиболее важными заболеваниями ярового ячменя являются: мучнистая роса (Blumeria graminis), бурая ржавчина (Puccinia hordei), сетчатая пятнистость (Pyrenophora teres) рин-хоспориоз или окаймленная пятнистость (Phynchosporium secalis), фу-зариоз (Fusarium sp.), рамуляриоз или белая пятнистость (Ramularia collo-cygni) и вирус желтой карликовости ячменя (BYDV). Интересна история селекции по признаку устойчивости к мучнистой росе. В начале целенаправленного использования устойчивости было идентифицировано большое количество генов устойчивости в разных культурных и национальных сортах и популяциях. Эти гены в большей или меньшей степени использовались при селекции новых сортов, но сейчас они уже не эффективны. Большую роль сыграли алели локуса М1а, который располагается на коротком плече хромосомы 1Н. В селекции по преимуществу использовались алели Mla3, Mla6, Mla9 и М1а13, однако вновь возникшие расы мучнистой росы оказались сильнее этой устойчивости. Когда утратил эффективность ген М1а13, казалось, что наступил кризис в селекции по признаку устойчивости к мучнистой росе, так как не были известны другие, новые источники устойчивости. Однако впоследствии был открыт совершенно иной тип устойчивости, расово-неспецифической и обусловленной рецессивным геном Mlo, локализованным в хромосоме 4Н. Если остальные гены функционируют по принципу гиперчувствительности, когда после поражения клетки происходит ее отмирание, и тем самым отмирание паразита, у устойчивости типа mlo клетка в ответ на стремление споры прорасти через клеточную стенку в цитоплазму реагирует так, что стенка клетки в месте атаки споры начинает утолщаться изнутри, ограничивая тем самым проникновение волокон гриба в клетку . Устойчивость mlo имеет большое преимущество в том, что она эффективна против всех рас мучнистой росы, а ее эффективность имеет долговременный характер . Согласно генетико-фитопатологическим работам, в ближайшем будущем она не должна потерять своей эффективности.

Бурая ржавчина - менее опасное заболевание, так как в большинстве случаев проявляется уже в конце периода вегетации и не может вызвать серьезных повреждений. В селекции использовался ген РаЗ, который, однако, уже неэффективен, но еще не утратил своей эффективности, другой используемый ген - Ра7. Новые источники устойчивости также были обнаружены в Hordeum vulgare ssp. spontaneum, а также в Hordeum bulbosum. Известны также сорта с горизонтальным типом устойчивости (так называемое медленное ржавение). Сетчатая и окаймленная пятнистость (или ринхоспориоз) являются факультативными паразитами, которые не дифференцированы до четко различимых патотипов. Сетчатая пятнистость встречается в двух формах, отличающихся по виду бурых пятен на листьях. Техника инфицирования при тестировании устойчивости к этим болезням значительно более трудоемкая, чем в случае с мучнистой росой и бурой ржавчиной (рис. 10). Известны гены устойчивости к сетчатой и окаймлен ной пятнистости, но по преимуществу речь идет о частичной устойчивости . Приобретают важное значение и другие болезни. Первой из них является рамуляриоз или белая пятнистость, впервые идентифицированная в Чешской Республике в 1998 г. на селекционной станции в Ступице. В Чехию это заболевание пришло из Баварии и Австрии. Заболеванию подвержены прежде всего верхние листья в период после колошения, когда впервые начинают появляться маленькие бурые пятнышки, которые быстро увеличиваются и сливаются, уничтожая за короткое время всю зеленую поверхность листьев. Идентификация заболевания по виду пятен затруднительна, сейчас проверяется возможность использования для этой цели цветной химической реакции в лабораторном тесте на сегментах листа. Под микроскопом на поврежденных листьях можно распознать конидиофоры с характерным видом, который трудно спутать с другими болезнями (рис. 11). По их виду это заболевание и получило свое название (collo-cygni -«лебединая шея»). Преждевременное уничтожение поверхности листа оказывает отрицательное влияние на урожайность, размер зерен и солодовые свойства. Самой большой проблемой селекции по признаку устойчивости к этому заболеванию является ограниченное количество источников резистентности. Неизвестен ген полной устойчивости, были обнаружены лишь некоторые сорта ячменя, несколько менее подверженные этому заболеванию. Методы искусственного инфицирования, также как и оценка степени повреждения достаточно трудоемки и технически сложны.

Другим серьезным заболеванием ячмень находящимся сейчас в центре внимания, является фузариоз, вызываемый грибами ро, Fusarium, главными видами которого у нас являются F. graminearum и F. culmorum. Инфиирование цветков ячменя происходит в пери цветения в основном при влажной и теплой п годе. Мицелий гриба прорастает в зерно, поверхности которого образуется розовый к лет. Зерна бывают сморщенными, плохо разетными. Основная опасность заключается в производимых токсинах (ниваленол, деоксиниЕленол, зеараленон и другие), которые даже очень слабых концентрациях опасны для 3J. здоровья и могут стать причиной серьезных заболеваний. Токсины не уничтожаются ни при производстве солода, ни при варке пива. Кроме вреда для здоровья человека, фузарии так могут способствовать возникновению изб точного пенообразования пива (гашинг). Селекция устойчивости к этому заболеванию, довольно затруднительна. Известны лишь генн источники частичной устойчивости, и в основном это мало продуктивные и неадаптирован ные к нашим природным условиям сорта, после скрещивания с которыми трудно выбор; приемлемые линии. Полевые оценки очень надежны, искусственное инфицирование фи питомников трудоемко, оценить степень повреждения зерна также очень трудно. Кроме того во многих случаях степень видимого повреждения зерен не соответствует количеству образуемых токсин Лабораторное определение токсинов возможно, но это та! трудоемкая и экономически накладная процедур. Несмотря на эти трудности, селекция устойчивости к фузарии продолжается, и уже были достигнуты некоторые успехи. К совершенно иной группе болезней относится вирус той карликовости ячменя (BYDV - Barley Yellow Dwarf Virus), видно уже из названия, речь идет о заболевании, вызываемые вирусами растений. Оно вызывает пожелтение листьев, и раннем инфицировании карликовостью растений, которые вообще не колосятся. При сильной зараженности потери могут быть значительны. Переносчиками инфекции является тля, которая заражается на больных растениях некоторых трав, по мигрирует на побеги ячменя и инфицирует растения этой культуры. В селекции используются источники с геном устойчиво Yd2, характерным для некоторых сортов с большей или мены степенью толерантности к BYDV. Тестирование с использованием искусственного инфицирования весьма проблематично, тому что предполагает разведение переносчика - тли, ее заражение вирусом BYDV, перенесение всегда одного и того же количества на тестируемые линии под изоляционными , потом оценку симптомов заболевания. Но и здесь ли достигнуты определенные успехи: в ассортименте чешских сортов наибольшей степенью устойчивости к BYDV отличают например, сорта «Мальваз» и «Атрибут».

4.5 Солодовенные свойства

Качество солода является результатом гидролитической активности многих ферментов, разлагающих основные высокомолекулярные соединения зерна на простые вещества, растворимые в воде. Последние потом выступают в качестве субстрата для дрожжей при сбраживании и влияют на органолептические свойства пива. Солодовые свойства - комплексный признак, с генетической точки зрения детерминируемый большим количеством генов. Но и отдельные параметры качества солода - содержание белка, экстракт, относительный экстракт при 45°С и т.д. - это количественные признаки, на которые в значительной степени влияет среда. Основной предпосылкой производства качественного солода является сорт с высоким генетическим потенциалом солодовых свойств. Однако реализация этого потенциала в значительной степени зависит от факторов среды - почвенно-климатических условий, агротехники, уборки и хранения урожая. В качестве внешней среды нужно понимать и условия соложения - влажность, температуру, время проращивания и т.д. - которые в определенной мере влияют на показатели солода. Если условия среды неблагоприятны, впоследствии даже из самого лучшего сорта ячменя нельзя получить качественный солод. С точки зрения селекции важно сочетание отбора по признаку качества и отбора по всем остальным признакам, важно, какие параметры качества выбираются, какие методы селекции и в каком поколении используются.

В наших условиях качество сортов оценивают с помощью индекса солодовых свойств (ИСС), включающего в себя восемь параметров: содержание белка в зерне ячменя, содержание экстракта, относительный экстракт при 45°С, число Кольбаха, диастатическую силу, конечную степень сбраживания, фриабильность и содержание бетаглюкана в сусле. Для каждого параметра определяется его важность, минимально допустимые значения и оптимальные значения (табл. 1 - см. первую часть статьи). Для нужд программ селекции необходимо определять параметры качества у большого количества линий (порядка тысячи) за сезон. Количество просоложенных образцов составляет 30-200 г, соложение проводят в разных типах микросолодовен, предназначенных для целей селекции. Лабораторные анализы солода проводятся по методам ЕВС, в случае необходимости модифицированным в зависимости от количества образца. Кроме признаков ИСС оценивают и другие признаки, например, массу тысячи зерен, крупность зерна, энергию прорастания, жизнеспособность, длительность послеуборочного дозревания, водопоглощение при замачивании, структуру эндосперма, содержание крахмала, долю шелухи и т.д. Достижения в области биохимии, физиологии и генетики способствуют более глубокому познанию метаболических и биохимических процессов, протекающих при соложении и производстве пива. Генная инженерия и белковая инженерия сделали возможным ранее недоступное вмешательство в собственно ферментативный процесс, от которого зависит конечное качество солода и пива.При селекции по признаку качества солода необходимо знать, насколько сильно на отдельные признаки влияет среда, и в соответствии с этим выбирать соответствующий вариант тестирования, метод селекции и поколение. Максимально наследуется содержание экстракта, наследуются (в нисходящем порядке) диастатическая сила, число Кольбаха, конечная степень сбраживания, относительный экстракт при 45°С, масса тысячи зерен, содержание белка, разница экстрактов и объемная масса . Уже при индивидуальном отборе растений можно оценить полученное зерно по размеру и виду зерен, по виду и цвету оболочки. Оценка проводится без использования приборов, только визуально. Хотя существуют приборы, способные распознавать и анализировать вид и цвет зерна, оборудование и соответствующее программное обеспечение дорогостоящи, и неизвестно, способны ли они полностью заменить опыт селекционера. Большие возможности открывает перед селекционерами NIR (Near Infrared) спектрометрия, так как речь идет о недеструктивном методе, зерно при этом не страдает и может быть использовано для посева в следующем поколении. Поэтому метод может быть использован уже в первых поколениях, когда в распоряжении есть лишь небольшое количество зерна. В зерне ячменя можно относительно точно определить влажность и содержание белка, несколько менее точно определение содержания крахмала и экстракта, только ориентировочные значения для грубого различия на «хорошую» и «плохую» дает оценка диастатической силы. Определение растворимого аминного азота, растворимых белков, содержания бета-глюкана и бета-глюканазы неточны, а потому не используются на практике . Метод NIR находит широкое применение при анализе целых зерен солода, когда можно достаточно точно оценить экстракт, диастатическую силу, растворимый аминный азот, растворимые белки, содержание бета-глюкана и бета-глюканазы. Авторы цитируемой работы рекомендуют использование метода NIR в двух фазах: во-первых, для ориентировочной оценки экстракта и диастатической силы из зерна ячменя первых поколений и исключения «плохих» линий, а во-вторых, в последующих поколениях для более точной оценки экстракта, диастатической силы, растворимого а-аминного азота, растворимых белков, содержания бета-глюкана и бета-глюканазы из целых зерен солода.

После соложения зерна из линий, тестируемых на урожайность, солод подвергают классическим лабораторным анализам. В первый год тестов на урожайность обычно оценивают белок и экстракт, в последующие годы постепенно добавляют анализы по другим параметрам, а перед подачей лучшего материала на регистрационные испытания оценивают уже все восемь параметров, а также длительность периода покоя, индекс прорастания, иногда и другие параметры. Кроме того, систематически определяется вид зерна, масса тысячи зерен и фракции 2,5 мм. Так же как при оценке остальных признаков, в случае с солодовыми свойствами селекционер всегда должен выбирать некоторый компромисс. Вследствие технических и экономических причин