УДК 664.236:633.11

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОХРАННОСТИ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ СВОЙСТВ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ ПРИ ЕГО ДОЛГОСРОЧНОМ ХРАНЕНИИ

Петренко В.В.
Институт продовольственных ресурсов Национальной академии аграрных наук, г.Киев, Украина
научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук

Аннотация
В статье приведены результаты исследований влияния условий хранения на динамику технологических свойств зерна пшеницы озимой. А также рассчитаны математические модели прогнозирования изменения общей хлебопекарной оценки зерна при его долгосрочном хранении (9 – 12 месяцев), в зависимости от систем земледелия.

Ключевые слова: зерно пшеницы озимой, математическая модель прогнозирования, система земледелия, срок и режим хранения


FORECASTING MATHEMATICAL MODELS OF STORING BACKING QUALITIES BY WHEAT GRAIN AMONG LONG STORAGE TERMS

Petrenko V.V.
Institute of Food Resources National Academy of Agriculture Sciences, Kiev, Ukraine
scientific researcher, PhD in primary processing of grain products

Abstract
In this article we showed the results of influence storage conditions on dynamic of technological properties of winter wheat grain. And also we worked out the forecasting mathematical models by changing grain bakery quality through long storage period from 9 to 12 months, in dependence of agriculture systems.

Keywords: agriculture system, forecasting mathematical model, storage terms and modes, winter wheat grain


Рубрика: Общая рубрика

Библиографическая ссылка на статью:
Петренко В.В. Математические модели прогнозирования сохранности хлебопекарных свойств зерна пшеницы при его долгосрочном хранении // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2014. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2014/03/1343 (дата обращения: 26.01.2017).

В последнее время учеными и технологами многих стран поднимается вопрос о математическом моделировании процессов изменения технологических свойств зерна при его созревании, первичной обработке и хранении. Так французскими учеными разработаны модели накопления белка в зерне пшеницы озимой, в период налива, зависимо от норм азотных удобрений и предшественников [1, стр. 285].

При условии соблюдения заданных технологией целей и критериев, полученные модели дают результат максимально приближенный к реальному. По сути, единственным фактором влияния в растениеводстве, которым человек еще не может полностью руководить, остаются погодные условия. Но при хранении урожая именно этот фактор оказывает минимальное действие на объект исследований. Вследствие чего модели, разработанные для процессов хранения и первичной обработки продуктов растениеводства, имеют высокие значения коэффициента корреляции с реальными результатами. К примеру, модели зависимости выхода муки от выполнености зерна разработанные C.W. Miles, A. Van Biljon и др. [2, стр. 58]; либо модели накопления продуктов распада белка при долгосрочном хранении зерна, где значение коэффициента корреляции превышает 0,92 – 0,97 [3, стр. 110-112].

Еще одной тенденцией в современном мире является движение в сторону уменьшения химической нагрузки на пахотные земли вследствие уменьшения норм минеральных удобрений и пестицидов, в частности при выращивании зерновых культур [4, стр. 5]. В границах современных моделей биологического и экологического земледелия есть возможность получить соответствующее количество чистой продукции, но реализовать стратегическое задание растениеводства – обеспечение высокой урожайности с наиболее высоким уровнем использования солнечной энергии и других природных ресурсов полной мерой невозможно. Такие модели обеспечивают определенное качество продукции, долгосрочное поддержание потенциала плодородия почвы и снижение энергетических затрат. Но наиболее эффективным будет их обоснованное внедрение с учетом почвенно-климатических условий, спросом на такую продукцию, технической оснащенностью хозяйств, требованиями экологии и экономики.

Методика опыта. Для проведения исследований отбирали образцы зерна пшеницы озимой выращенные на полях стационарного опыта кафедры земледелия и гербологии НУБиП Украины в зоне Северной Лесостепи Украины. Содержанием вариантов в опыте является соединение трех градаций систем земледелия и четырех градаций систем основной обработки почвы в севообороте для сравнительной оценки эффективности систем земледелия.

В исследованиях использовали образцы зерна пшеницы озимой украинской селекции сорта Национальна, урожая 2009–2012 гг., выращенные при биологической, экологической и интенсивной (промышленной) системах земледелия. Предшественником пшеницы были многолетние травы (клевер). Системы удобрения и защиты растений существенно отличались по системам земледелия. Контрольным вариантом была модель интенсивной системы, при которой ресурсным обеспечением программированной продуктивности пахотных земель было предусмотрено внесение на 1 га севооборота 12 т органических и 300 кг/га действующего вещества минеральных удобрений, в том числе под пшеницу озимую N130, K114, P126 кг/га действующего вещества и интенсивное использование рекомендованных пестицидов. С контрольным вариантом сравнивали модели биологического и экологического земледелия. При первом варианте в севооборот вносили исключительно органические удобрения в расчете 24 т/га. В частности при выращивании пшеницы проводили лишь обработку семян биоудобрением. С вредителями, болезнями и сорняками боролись исключительно механическими и биологическими средствами. Экологическая система подразумевала внесение в севооборот 24 т/га органических удобрений, а также 150 кг/га действующего вещества NPK, в частности под пшеницу вносили N130, K34, P64 и экологически обоснованные по критерию эколого-экономического порога численности вредных организмов нормы пестицидов.

Хранили зерно в тканевых мешках в сухом (контроль) и в охлажденном состоянии при температуре +6±2 0С, а также без доступа воздуха в герметических полиэтиленовых рукавах, изготовленных из пленки толщиной 90 мкм. Опыт закладывали в течении одного дня, через две недели после уборки урожая. Влажность зерна по всем вариантам опыта составляла 13,0–13,5 %. Относительную влажность воздуха поддерживали в пределах 55–65 %. Касательно сроков контроля над процессом хранения программой исследований предусматривалась оценка качества зерна до хранения (контроль) и в динамике через один, три, шесть, девять и двенадцать месяцев хранения.

Содержание сырой клейковины определяли согласно ГОСТ 13586.1–68, а лабораторную выпечку и оценку полученного хлеба по 9-бальной шкале проводили согласно методики Института растениеводства им. В.Я. Юрьева НААН Украины [5, стр. 12-20].

Математическую обработку полученных данных проводили с помощью программ Ехеl и Agrostat.

Результаты и их обсуждение. Особую роль в технологических процессах производства хлебобулочных, макаронных и отдельных кондитерских изделий играет клейковина, благодаря тому, что она определяет способность пшеничной муки при брожении образовывать упругое, эластичное тесто. Как правило, различия между видами пшениц в мире зависят от количества и качества их клейковины.

Из представленных в табл. 1 данных видно, что более высоким содержанием клейковины, до закладки на хранение, отличалось зерно, выращенное при интенсивной системе земледелия.

Таблица 1. Динамика количества клейковины зерна пшеницы озимой, выращенного при различных системах земледелия в процессе хранения, % (среднее за 2009-2012 гг.)

Режим хранения

До закладки (контроль)

Срок хранения, месяц

НСР05

1

3

6

9

12

Интенсивная система земледелия (контроль)
В сухом состоянии (контроль)

30,1

30,4

30,8

31,0

30,9

30,0

0,8

Без доступа воздуха

30,1

30,5

30,5

30,9

30,6

30,4

0,6

В охлажденном состоянии

30,1

30,2

30,8

31,3

31,2

31,1

0,6

НСР05

0,3

Fk<F0

0,3

0,5

0,5

Биологическая система земледелия
В сухом состоянии (контроль)

25,9

26,7

27,1

26,9

26,8

26,1

0,9

Без доступа воздуха

25,9

26,1

26,7

26,7

26,5

25,9

0,7

В охлажденном состоянии

25,9

25,9

27,0

27,3

27,1

26,5

0,9

НСР05

0,4

0,3

0,3

0,4

0,4

Экологическая система земледелия
В сухом состоянии (контроль)

28,7

29,3

29,9

30,1

29,6

29,2

0,9

Без доступа воздуха

28,7

29,0

29,6

30,2

30,0

29,4

0,7

В охлажденном состоянии

28,7

28,9

29,2

30,2

29,9

29,8

0,8

НСР05

0,3

0,5

Fk<F0

0,4

0,3

Необходимо заметить, что во всех исследуемых образцах содержание клейковины на протяжении первых шести месяцев хранения увеличивалось в среднем на 0,8–1,3 %. Максимально высоким содержание сырой клейковины, во всех вариантах опыта, было зафиксировано после 6 месяцев хранения и составляло у зерна полученного при биологической системе 26,7–27,3, экологической 30,1–30,2 и интенсивной 30,9–31,2 %. При последующем хранении данный показатель постепенно снижался. Потери клейковины в процессе хранения можно объяснить гидролизом жира и постепенным накоплением жирных кислот, которые в свою очередь при отмывании клейковины частично растворяют белковые соединения.

О хлебопекарных свойствах зерна пшеницы наиболее объективно можно судить по пробным лабораторным выпечкам. Обобщающим показателем, который охватывает все качественные характеристики хлеба, является общая хлебопекарная оценка (табл. 2). При этом оценивают объем полученного хлеба, его форму, характер и цвет поверхности, свойства мякиша (цвет, эластичность, структуру пористости), а так же вкус и аромат.

Выше общая хлебопекарная оценка, до закладки зерна на хранение, была у образцов, полученных при интенсивной системе земледелия – 5,65 бала, что на 0,22 бала больше, чем при экологической и на 0,28 балов больше чем у зерна, выращенного при биологической системе.

В процессе хранения качество хлеба существенно улучшалось уже после первого месяца при условии хранения в сухом и охлажденном состоянии зерна независимо от систем земледелия. Улучшался исследуемый показатель и на протяжении следующих 6 месяцев хранения. В частности, возрастала хлебопекарная оценка зерна, выращенного при биологической системе земледелия на – 0,33–0,73, экологической – 0,27–0,77 и интенсивной – 0,15–0,67 бала. Что обеспечило наивысшие балы общей хлебопекарной оценки зерну, полученному при интенсивной системе земледелия – 6,27–6,32 бала.

В период хранения зерна на протяжении 12 месяцев общая хлебопекарная оценка его постепенно снижалась. Менее интенсивным этот процесс был при хранении зерна в условиях охлаждения. Среди образцов зерна, которые хранили в сухом состоянии, наивысшие балы общей хлебопекарной оценки на двенадцатый месяц хранения были у зерна, выращенного при интенсивной системе земледелия 5,48–5,88 бала.

Таблица 2. Динамика общей хлебопекарной оценки зерна пшеницы в процессе хранения, бал (среднее за 2009-2012 гг.)

Режим хранения

До закладки (контроль)

Срок хранения, месяц

НСР05

1

3

6

9

12

Интенсивная система земледелия (контроль)
В сухом состоянии (контроль)

5,65

5,83

5,95

6,03

5,97

5,68

0,26

Без доступа воздуха

5,65

5,67

5,80

5,72

5,75

5,48

0,22

В охлажденном состоянии

5,65

5,80

6,32

6,27

6,17

5,88

0,41

НСР05

0,17

0,23

0,19

0,11

0,22

Биологическая система земледелия
В сухом состоянии (контроль)

5,37

5,60

5,77

5,80

5,75

5,45

0,32

Без доступа воздуха

5,37

5,48

5,7

5,67

5,68

5,37

0,28

В охлажденном состоянии

5,37

5,50

6,10

5,98

5,90

5,77

0,36

НСР05

Fk<F0

0,27

0,16

0,21

0,30

Экологическая система земледелия
В сухом состоянии (контроль)

5,43

5,62

5,75

5,80

5,82

5,55

0,33

Без доступа воздуха

5,43

5,57

5,63

5,70

5,67

5,45

0,21

В охлажденном состоянии

5,43

5,62

6,20

6,10

6,00

5,87

0,27

НСР05

Fk<F0

0,17

0,30

0,24

0,24

Расчет коэффициентов и статистическая обработка полученных на протяжении трех лет данных дала возможность получить регрессионные уравнения, которые адекватно описывают общую хлебопекарную оценку зерна для периодов хранения 9 и 12 месяцев, в зависимости от выбранных исходных факторов (рис 1).

Разработанные нами уравнения прогнозирования показателя общей хлебопекарной оценки зерна при условии его долгосрочного хранения являются линейными и имеют вид:

у9 = 1,8318 + 0,0128 × х1 + 0,6195 × х2, r = 0,9311

у12 = 0,5115 + 0,0302 × х1 + 0,7139 × х2, r = 0,9129, где:

y9 и у12 – общая хлебопекарная оценка зерна в границах девяти и двенадцати месяцев хранения соответственно, балы;

х1 – содержание сырой клейковины в зерне при хранении пшеницы озимой в пределах 3 месяцев хранения, %;

х2 – общая хлебопекарная оценка при хранении зерна пшеницы озимой в пределах 3 месяцев, балы;

r – коэффициент корреляции.

В результате моделирования определена тенденция, что чем выше качество зерна после 3 месяцев хранения, тем выше она будет и после 9 либо 12 месяцев, в сравнении с низкокачественным зерном. Но снижение общей хлебопекарной оценки зерна, при долгосрочном хранении является неизбежным.


Рис. 1. Влияние факторов прогнозирования показателя общей хлебопекарной оценки при долгосрочном хранении зерна:

- содержание сырой клейковины;

 - общая хлебопекарная оценка зерна;

 - другие факторы.

Выводы. Полученные модели являются универсальными и подходят к любой из трех исследуемых систем земледелия. Также они адекватно вписываются и в разные режимы хранения зерна. Фактором, который имеет наибольшее влияние на изменение общей хлебопекарной оценки зерна при его хранении на протяжении 9 – 12 месяцев является срок хранения.


Библиографический список
  1. Debaeke P. Grain nitrogen content of winter bread wheat (Triticum aestivum L.) as related to crop management and to the previous crop / P. Debaeke, T. Aussenac J. Fabre, A. Hilaire // European Journal of Agronomy – 1996. – V. 5. – Is. 3–4. – P. 273-286.
  2. Miles C. Grain and milling characteristics and their relationship with selected mixogram parameters in hard red bread wheat / C. Miles, A.Van Biljon, W.Otto, M. Labuschagne // Journal of Cereal Science – 2013. – V. 57. – Is. 1. – P. 56-60.
  3. Shewrya P. Storage product synthesis and accumulation in developing grains of wheat / P. Shewrya, C. Underwood, Y. Wan, A. Lovegrove // Journal of Cereal Science – 2009. – V. 50. – Is. 1. – P. 106–112.
  4. Чекмарев П.А. Система удобрения в условиях биологизации земледелия / П.А. Чекмарев, С.В.Лукин // Достижения. науки и техники АПК – 2012. – № 12. – С. 10-12.
  5. Методичні рекомендації оцінки якості зерна Харків. – Інститут растениеводства им. В.Я. Юрьєва НААН Украины. Харьков, 2008. – 47 с.


Все статьи автора «Петренко В.В.»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: