Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема самообеспечения продовольственным зерном как страны в целом, так и отдельных ее регионов, является ключевой в реализации Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации (Указ Президента РФ № 120 от 30.01.2010 г.) и Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года (Указ Президента РФ от 12.05.2009 г. № 537). Производство товарного зерна в последние годы в целом удовлетворяет потребности перерабатывающей промышленности. Однако, соотношение товарных классов основной зерновой культуры - пшеницы - вызывает трудности в обеспечении населения широким ассортиментом качественных и здоровых продуктов питания из пшеничной муки. Это в определенной степени противоречит положениям Федерального закона РФ № 29 от 02.01.2000 г. «О качестве и безопасности пищевых продуктов», предусматривающего повышение качества жизни российских граждан путем гарантирования высоких стандартов жизнеобеспечения, развития пищевой промышленности и расширения ассортимента ее продукции.
Учитывая вышеизложенное, на первый план выходит задача производства зерна с заранее заданными технологическими свойствами, обеспечивающими производство продуктов питания определенного состава и целевого назначения. Основа качества зерна закладывается на этапе селекции, а последующее управление качеством осуществляется на этапах сортоиспытания, товарного производства и переработки. Разработано достаточное число приемов и способов, позволяющих решать локальные задачи улучшения качества на том или ином этапе, но применяемые для каждого из этапов критерии оценки технологических свойств не гармонизированы друг с другом и не учитывают целевую направленность производимого зерна.
Проблеме улучшения качества пищевых продуктов по всей технологической цепочке, начиная с ранних этапов производства, посвящены работы многих исследователей - В.А. Панфилова, А.Б. Лисицына, Е.И. Сизенко, А.И. Изтаева и др. В частности, Е.П. Мелешкиной разработана концепция обеспечения хлебопекарных свойств пшеницы «от семян до хлеба» - начиная с этапов семеноводства и заканчивая получением готовой хлебобулочной продукции. Одним из важнейших положений этой концепции является создание единой системы оценки качества зерна пшеницы. Вместе с тем, при разработке указанной системы автор не решал задачи включения в нее этапа селекции, а также оценки мукомольных свойств зерна.
В настоящее время при оценке качества селекционных линий или сортов применяется большое количество показателей, что позволяет селекционерам всесторонне характеризовать свой материал по различным свойствам. Вместе с тем, существующий порядок оценки селекционного и сортового материала в силу недостаточного ранжирования показателей по их значимости в определении тех или иных потребительских свойств создает определенные трудности для работников селекционных учреждений и сортоиспытательных служб в части выбора наиболее перспективных линий и сортов. В связи с этим представляется актуальной разработка системы объективной оценки хлебопекарных и мукомольных свойств пшеницы от этапов селекции и сортоиспытания до переработки с использованием современных методов и средств анализа.
Экспериментальная часть работы выполнена на селекционном, сортовом материале и товарном зерне пшеницы в условиях Республики Башкортостан, имеющей собственную базу для селекции и сортоиспытания зерновых культур и располагающей развитой перерабатывающей промышленностью. Территория Башкортостана в определенной мере отражает все разнообразие природно-климатических условий Российской Федерации, охватывая 6 природно-климатических зон - от горно-лесной до зауральской степной. При этом вопрос улучшения качества товарного зерна и зернопродуктов в Башкортостане является актуальным как для мягкой, так и для твердой пшеницы.
Известно, что в формировании потребительского достоинства высококачественного зерна пшеницы ведущая роль принадлежит веществам бел- ково-протеиназного комплекса, изучению свойств которых посвящены труды Н.П. Козьминой, В. Л. Кретовича, Е. Д. Казакова, В. Г. Конарева, Б. Е. Кравцовой, М.П. Попова, Г.П. Карпиленко, Н.С. Беркутовой и других известных ученых. Однако, в настоящее время недостаточно данных о свойствах и особенностях белковых веществ зерна пшеницы Башкортостана. Вместе с тем, исследование этого вопроса необходимо для решения задачи управления технологическими свойствами зерна и корректировки его качества.
Выращиваемая в условиях Башкортостана пшеница обычно характеризуется слабым качеством клейковины при ее низком количестве, в связи с чем вопрос укрепления клейковины является ключевым для решения задачи управления технологическими свойствами зерна.
Задача повышения качества тесно взаимосвязана с вопросом эффективного и рационального использования зерновых ресурсов по их целевому назначению с учетом расширяющегося ассортимента продуктов питания на зерновой основе, в первую очередь, с повышенной пищевой и биологической ценностью. Вследствие этого актуальной является разработка технологии получения продуктов переработки зерна, в максимальной степени использующих фотохимический потенциал пшеницы.
Актуальность выбранного направления исследований подтверждается проведением их в рамках следующих тем: «Создание сорта яровой мягкой пшеницы, удовлетворяющего требования интенсивной технологии ее возделывания», № ГР 01.9.10.026866; «Создание сорта яровой твердой пшеницы, удовлетворяющего требования интенсивной технологии ее возделывания», № ГР 01.9.10.026865; «Создание, проведение комплексной оценки и передача на государственное сортоиспытание нового сорта яровой мягкой пшеницы, отличающегося устойчивостью к стрессовым факторам среды и наиболее опасным болезням, обеспечивающего формирование высокой, устойчивой по годам урожайности зерна с высокими хлебопекарными качествами», № ГР 01.960.006041; «Создание, проведение комплексной оценки и передача на государственное сортоиспытание нового сорта яровой твердой пшеницы, отличающегося устойчивостью к стрессовым факторам среды и наиболее опасным болезням, обеспечивающего формирование высокой, устойчивой по го-
дам урожайности зерна с высокими макаронными качествами», № ГР 01.960.006042; «Разработка теоретических и практических основ методологии сквозной оценки эффективности управления мукомольным и хлебопекарным качеством зерна пшеницы, определяющей оптимальные технологические решения для обеспечения аграрно-пищевой системы производства хлеба» (задание 10.02.03 ГНУ ВНИИЗ плана НИР Россельхозакадемии 2006-2010 гг.).
Цель и задачи исследований. Цель работы - развитие системы оценки качества пшеницы при селекции и сортоиспытании для получения хлебобулочных и макаронных изделий стандартного качества, а также новых продуктов питания на основе максимального использования фитохимического потенциала.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
выявить динамику, особенности и основные проблемы качества товарного зерна мягкой пшеницы за последние 20 лет и составить прогноз по товарным классам (на примере Башкортостана);
получить сомаклональные варианты сортов и селекционных линий, устойчиво превышающие исходный материал по показателям качества;
выявить и исключить полиморфизм сортов-доноров и селекционного материала по белкам-маркерам - глиадинам и эстеразам;
провести ранжирование косвенных признаков мукомольных, хлебопекарных и макаронных свойств и выявить минимальный комплекс показателей, обеспечивающих объективную оценку технологических свойств на этапах селекции и сортоиспытания с использованием математического моделирования;
разработать стратегию сортосмены пшеницы, основанную на сортах, которые не расщепляются в товарном производстве на биотипы и тем самым обеспечивают наиболее высокие и стабильные технологические свойства, с последующим определением занимаемых ими площадей на краткосрочную и долгосрочную перспективу;
провести анализ агротехнических приемов производства товарной пшеницы и выявить варианты, обеспечивающие повышение потребительских свойств зерна в различных природно-климатических условиях;
изучить взаимосвязь технологических свойств пшеницы с различными дефектами зерна, определяемыми интроскопическим методом;
разработать технологию переработки зерна пшеницы, учитывающую особенности качества местного сырья, с одновременным максимальным использованием его фитохимического потенциала.
Научная концепция. Использование системного подхода к оценке качества зерна пшеницы от селекции и сортоиспытания до товарного производства и переработки с гармонизацией критериев, методов и показателей, выявлением их взаимосвязи и значимости для адаптации пшеницы к определенным природно-хозяйственным условиям с одновременным обеспечением потребительских свойств получаемой из нее готовой продукции.
Научная новизна. Разработана система оценки технологических свойств мягкой и твердой пшеницы в селекционных отборах и сортоиспытании, направленная на получение муки и готовых изделий из нее стандартного качества на основе математического моделирования.
Установлены закономерности формирования качественного потенциала ресурсов пшеницы с его количественной оценкой за период с 1985 по 2009 гг. на примере Башкортостана, для чего применен принципиально новый оптимизационный подход. Выявлено перманентное снижение качества производимого в регионе зерна пшеницы до 2007 г. и последующее изменение тренда в положительную сторону, обусловленное внедрением рациональных приемов производства, а также сортосмены, основным содержанием которой является замена сортов с недостаточно высоким и стабильным качеством зерна на сорта, не расщепляющиеся в товарном производстве на биотипы.
Выявлена закономерность для твердой пшеницы, позволившая разработать новый показатель взаимосвязи количества и качества клейковины, и его нормы для селекционного материала с целью обеспечения высоких и стабильных макаронных свойств.
Создан селекционный материал и сорта пшеницы селекции Башкирского НИИСХ, в которых практически исключен внутрисортовой полиморфизм по глиадинам и эстеразам.
Установлена взаимосвязь между дефектами зерна, определяемыми ин- троскопическим методом, и показателями его качества, создающая основы использования метода для предварительной оценки качества урожая в полевых условиях.
Научно обоснована технология производства крупяного национального продукта с повышенным фитохимическим потенциалом из зерна мягкой пшеницы 4-го класса с его предварительным проращиванием для рационального использования зерновых ресурсов пшеницы в регионе, существенная часть которых относится к 4-му классу качества и характеризуется слабой клейковиной.
Практическая ценность. Разработана методология, обеспечивающая объективную оценку качества зерна и выявление ценных селекционных линий и сортов для внедрения в производство.
Определена норма показателя твердозерности мягкой пшеницы для использования при отборах по качеству зерна в селекционном процессе.
Создана и внедрена стратегия сортосмены пшеницы, основанная на использовании сортов мягкой пшеницы, не расщепляющихся на биотипы в товарном производстве и обеспечивающих получение зерна стабильного качества.
Разработаны (в соавторстве) система ведения сельского хозяйства в Республике Башкортостан, а также агротехнические и организационные рекомендации по получению зерна сильной и ценной пшеницы.
Разработаны предложения по выделению зерна как мелкой, так и наиболее крупной фракций, обладающих повышенной ферментативной активностью и ухудшающих технологические свойства товарных партий при хранении.
Составлен алгоритм применения передвижными лабораториями интро- скопического метода для предварительной оценки качества зерна в полевых условиях с целью обеспечения элеваторно-складских и мукомольных предприятий однородными по технологическим свойствам партиями пшеницы.
Подтверждена возможность укрепления слабой клейковины и повышения ее фитохимического потенциала путем внесения в муку растительных экстрактов, в частности, экстракта люцерны.
Разработана и внедрена технология получения крупы «Талкан» на основе пророщенного зерна пшеницы и нормативно-техническая документация на производство.
Результаты работы включены в методическую литературу, используемую в учебном процессе и дипломном проектировании кафедры технологии хранения и переработки продукции растениеводства факультета пищевых технологий Башкирского государственного аграрного университета.
Апробация. Основные положения и результаты докладывались на I и III Международных конференциях «Управление свойствами зерна в технологии муки, крупы, комбикормов» (Москва, 1995 и 2005); заседании Проблемного совета РАСХН по качеству зерна (Краснодар, 1998); Международно- практической конференции «Актуальные проблемы развития прикладных исследований и пути повышения их эффективности» (Казань, 2001); II Международной конференции «Зерновая индустрия в ХХ! веке» (Москва, 2004); III Международной конференции «Качество - 2006» (Москва, 2006); Всероссийской научно-практической конференции в рамках ХУ! Международной выставки Агрокомплекс-2006 (Уфа, 2006); Международной конференции «Агро- 2008» (Уфа, 2008), VII Съезде мукомольных и крупяных предприятий России (Москва, 2008); совместных совещаниях Министерство сельского хозяйства Республики Башкортостан и инспектуры по Республике Башкортостан - филиала ФГУ «Госсорткомиссия» (Уфа, 2008 и 2009); Международной научно- практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия ХХ1 века» (Краснодар, 2009); конференции в рамках ХХ Всероссийской Юбилейной выставки «Агрокомплекс -2010» (Уфа, 2010); Республиканском совещании «Качество муки - гарантия крепких партнерских отношений» (Уфа, 2010) .
Личный вклад автора. Результаты диссертационной работы являются обобщением научных исследований, проведенных с 1985 по 2010 годы лично автором, либо при его непосредственном участии и под его руководством, в том числе, в качестве соруководителя, ответственного исполнителя и соисполнителя госбюджетных и хоздоговорных НИР.
Полевые опыты закладывались в опытных хозяйствах Башкирского НИИСХ. Исследования проводились в лабораториях Чишминского селекционного центра и Центральной аналитической лаборатории Башкирского НИИ сельского хозяйства; на кафедре биохимии и биотехнологии Башкирского государственного университета; на кафедре технологии хранения и переработки продукции растениеводства и в лабораториях Научно-экспериментального комплекса Башкирского государственного аграрного университета; в ГНУ ВНИИЗ
Россельхозакадемии. Автор выражает благодарность руководителям и сотрудникам перечисленных организаций за оказанное содействие в выполнении работы.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 73 работы, в том числе, 13 - в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, 3 - в зарубежных изданиях, 1 - монография; получен 1 патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, десяти глав, заключения и выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 328 страницах, содержит 64 таблицы и 51 рисунок. Список литературы включает 402 наименования, в том числе 127 иностранных. В приложениях приведены акты производственных испытаний, нормативно- техническая документация и другие материалы, подтверждающие практическое использование результатов исследований
