зерно
зерна. Зародыш, богатый углеводами, белки, жиры, ферменты, является определяющим при прорастании зерна. Он трудно поддается обработке, а после отделения от зерна быстро портится. При переработке зерна зародыш обычно отделяется от эндосперма и дальше сохраняется или перерабатывается по другим технологиям и режимами.
В семенах бобовых культур запасные вещества сосредотачиваются в зародыше — в семядолях. Семена различных масличных культур неодинаковое по строению: внешняя часть одних есть семенной, а других — плодовой оболочкой. Большую часть семени подсолнечника, сои, льна составляет зародыш, а клещевины — эндосперм.
Несмотря на различное строение зерна (семена), его для удобства изложения материала называть зерновой массой.
Рис. 1. Продольный разрез зерна пшеницы:
1, 2, 3 — плодовые и семенные оболочки, 4 — алейроновый слой, 5 — эндосперм, 6 — щиток, 7 — зародыш, 8 — бородка
Главное значение для переработки имеет состояние эндосперма зерна и семян. Вместе зерновка является целостным организмом, и изменения в качестве одной ее части неизбежно обусловливают изменения в других. Поэтому зерновые массы оценивают по их основным компонентом — зерном как комплекс химических и физических свойств. Химический состав и физические свойства зерна зависят от климатических, метеорологических условий, технологии выращивания, однако в пределах одного рода культур они характеризуются определенными средними значениями.
По химическому составу зерновые, крупяные, масличные и эфиромасличные культуры разделяют на четыре группы:
1) богатые крахмалом (55 — 80%) — хлебные злаки (рожь, пшеница,
овес, ячмень, рис, кукуруза), крупяные (гречиха, просо)
2) богатые белком (более 20%) — бобовые (горох, фасоль, люпин,
соя);
3) богатые масло (свыше 35%) — подсолнечник, лен, горчица, рапс,
мак, кунжут, клещевина;
4) богатые одновременно на растительное и эфирное масла — кориандр, тмин, фенхель (табл. 1).
Таблица 1. Средний химический состав зерна и семян
(В расчете на 100 г массы), г
Влияние географического фактора на химический состав зерна очевиден. Так, содержание белка больше в зерне культур, выращенных на юго-востоке и юге страны; в семенах подсолнечника, выращенного в северных районах, большее содержание ненасыщенных жирных кислот в условиях жаркого климата в семенах бобовых увеличивается содержание соле-растворимых белков и уменьшается содержание водорастворимых. Вместе фактор увеличения содержания белка действует только при температуре не выше 30 ° С.
Разнокачественность химического состава наблюдается даже в зерне из разных частей колоса (зерно средней части колоса богаче белком, зерно кукурузы из нижней части кочана лучше по химическому составу).
Химический состав зерновых, зернобобовых и крупяных культур. Белки зерна злаковых культур преимущественно растворимые в 70%-м спирте. Это — проламинов. В зерне пшеницы они представлены глиадином, кукурузы — зеин, овса — авенин. Белки, растворимые в растворах щелочей, называются глютелины, в растворах солей — глобулинами, в воде — альбуминами.
Белковые вещества неравномерно распределяются в тканях зерна; всего их в периферической части эндосперма. Богаче белком зерно мягких пшениц, выращенных в засушливое лето. Содержание белка всегда больше в крупных зерновках твердых пшениц.
Большое значение для оценки пищевого зерна различных культур имеет аминокислотный состав белков. В зерне пшеницы всего глутаминовой кислоты, а в ее зародышах много незаменимых аминокислот, в частности лизина. В периферийных частях эндосперма пшеницы содержится 3 — 4% от общего количества аргинина, валина, 1 — 2% — лизина, цистина, метионина, до 1% — триптофана, в его центральной части — 6 — 8% изолейцина и лейцина и 3 — 4 % фенилаланина; в алейроновом слое много триптофана. Однако алейроновый слой состоит из толстостенных клеток, усваивается желудком человека плохо. Низькобилкови пшеницы богаты лизином. Высо-кобилкови и висококлейковинни мягкие пшеницы имеют хорошие хлебопеки-рьки свойства.
Белки зерна ржи по сравнению с белками пшеницы более ценны, так как содержат больше лизина, треонина, фенилаланина. Количество белка больше в зерне, выращенном в регионах с теплым и сухим климатом. Белки ярового и озимого, ди-и тетраплоидной ржи имеют идентичный аминокислотный состав. Алейроновый слой зерна ржи богатый лизином, гистидин, тирозин, серин. В его составе есть глиадина и глютенин, но другого аминокислотного состава, чем в пшенице.
Содержание белка в зерне тритикале больше, чем в зерне ржи и пшеницы, но качество его клейковины намного ниже.
Белок зерна ячменя по сумме незаменимых аминокислот немного ценнее белок пшеницы, содержит больше лизина и треонина, особенно богат на эти аминокислоты белок зерна пленчатого ячменя. Клейковина зерна ячменя серого цвета, короткорозривна, с низкой гидратационная способностью. Ячменное муку используют для приготовления хлеба и лепешек (в Прибалтике и азиатских странах). Содержание белка в пивоваренном ячмене не должен превышать 12% (ухудшается качество и снижается выход пива).
В зерне овса содержание белка может колебаться в пределах 9 — 19%. По сравнению с зерном пшеницы в нем больше аргинина и лизина, но втрое меньше глутаминовой кислоты.
Зерно кукурузы содержит от 8 до 14% белка в зависимости от типа, особенно много его в зародыше. Стекловидное зерно богаче белком, чем мучнистые. Содержание незаменимых аминокислот в зерне кукурузы незначительный.
В зерне проса различных типов белка содержится от 9 до 16%, в его ядре — в среднем 16%. Отличается повышенным содержанием аланина и низким — аспарагиновой кислоты, лизина, аргинина.
Зерно гречихи содержит 8 — 14% белка, причем около половины — в его зародыше. Высокое содержание в нем водорастворимых глобулинов и незаменимых аминокислот. Лизина и треонина в зерне гречихи больше, чем в зерне проса, пшеницы, ржи, риса.
Рис содержит 7 — 9% белка. Наибольшее количество его в зародыше и внешних слоях зерновки. В составе белков риса есть все незаменимые аминокислоты.
В семенах бобовых содержание белков пропорционален его размерам и в среднем составляет: в фасоли — 25%, гороха — 28 кормовых бобов — 29 чечевицы — 30, сои — 39%. Основная фракция белков представлена ??глобулинами. Семена бобовых богато аспарагиновую и глютаминовую кислоты, лейцин, изолейцин, валин, треонин, фенилаланин. Высокое содержание белков характерен и для семян масличных культур. Например, в ядре подсолнечника его более 25%, льна 20 — 30%. В составе белка его много незаменимых аминокислот — глутаминовой, аспарагиновой, а также лизина. Из белков подсолнечника и хлопчатника получают изоляты, которые добавляют в муку для выпечки хлеба.
Углеводы составляют до 2/3 массы зерна злаковых и содержатся преимущественно в эндосперме. Представленные основном полисахаридами, которые состоят из глюкозных остатков.
Моносахариды и сахароза участвуют в процессах брожения, обеспечивая качественное тесто для выпечки хлеба. По содержанию моно-и дисахаридов в зерне пшеницы более 2,5%, а ржи — 3,5 технология изготовления хлеба из такой муки меняется, а выход его — уменьшается.
Полисахариды. Среднее содержание крахмала в зерне составляет: злаковых 65 — 70%, риса — 80, зернобобовых — 40%. Число, форма, размер, плотность, размещение крахмальных зерен в зерне злаковых разные.
При высокой температуре сушки зерна крахмальные зерна набухают, а структура их становится разрыхленной. На скорость бубнявиння крахмала влияет много факторов. С старением зерна и муки температура бубнявиння повышается — тесто теплеет. В больших зерновках крахмал имеет большую молекулярную массу, повышенное содержание амилозы, большую способность к бубнявиння при нагревании с водой, а в мелких — больше гигроскопичность и способность легко расщепляться амилазами. Крахмальные зерна пшеницы и ржи при температуре воды выше 50 ° С образуют клейстер.
В состав зерна кукурузы входит полисахарид гликоген. Слизи (резине, пентозаны) — это растворимые в воде полисахариды. Содержащиеся в зерне ржи (до 7%) и пивоваренного ячменя (участвуют в образовании пиностийкости). При гидролизе легко расщепляются до арабин-зы и ксилозы. Легко набухают в воде, образуя вязкие (липкие) массы, способствуют формированию ржаного теста. Только в зерне ржи обнаружено левулезаны — полисахариды, состоящие из остатков фруктозы.
Клетчатка (целлюлоза). В голозерного зерне или пленчатые содержание клетчатки разный: у ржи — 2%, риса, ячменя — 9, подсолнечника — 15%.
Липиды. В зерне липиды содержатся в виде простых жиров (65% липидов): в пшенице их 2%, просе — 4, овсе 5 — 6, кукурузе — 5, подсолнечника — 45, сои — 20, горохе — 2%. В составе растительных жиров около 75 — 80% жирных кислот — пальмитиновой, олеиновой, линоленовой. При слабой действия фермента липоксигеназы небольшое количество жирных кислот ускоряет созревание пшеничной муки, поэтому его надо хранить на холоде или непродолжительное время. Для ускорения выпечки в тесто добавляют немного масла. Сложные жиры или фосфолипиды, вместе с белками входят в состав клеточных мембран и зародыша, является поверхностно-активными веществами и лучшим средством для улучшения свойств пшеничной муки.
Витамины. Из витаминов в зерне есть 9 водо-(тиамин, рибофлавин, ниа-цин, пиридоксин, пантотеновая кислота, холин) и жирорастворимых (каротиноиды, D, Е) витаминов, а также витамин С (аскорбиновая кислота, которая появляется при прорастании зерна). Особенно много в зародышах зерна витамина Е, а в алейроновом слое — каротина.
Ферменты. Все процессы синтеза и расщепления осуществляются только при деятельности ферментной системы. Каждый фермент имеет свои оптимальный и максимальный водородный показатель и функцию. Так, для дыхания зерна имеют значение ферменты дегидрогеназа и декарбоксилаза, для хранения муки — липаза и фосфатаза, для выпечки хлеба — амилаза и протеаза. Они содержатся преимущественно в зародыше и алейроновом слое зерна. Ферменты зерна подразделяются на шесть классов: 1) оксиредуктазы — катализируют окислительно-восстановительные реакции, 2) трансферазы — катализируют реакции переноса отдельных атомов и групп атомов от одних субстратов к другим 3) гидролиза зы — катализируют гидролитические реакции 4) лиазы — катализируют процессы отщепления каких-либо групп негидролитичним путем с образованием двойной связи или, наоборот, присоединение соответствующих групп атомов на месте двойной связи, 5) изомеразы — ускоряют процессы изомеризации органических соединений, 6) лигазы (син-зы) — катализируют реакции синтеза, связанные с использованием энергии АТФ и других трифосфатов. Все эти ферменты есть в зерне (семенах) сельскохозяйственных культур. Активное действие их проявляется при формировании, созревании, прорастании, а также во всех случаях нарушения нормальной жизнедеятельности зерна. Главным условием для функционирования ферментов является наличие влаги.
Кислотность. Зерно имеет определенную кислотность, что обусловлено карбоксильными группами белков и жирными кислотами, которые высвобождаются в результате расщепления жира, а также наличием фосфорной, уксусной, молочной и яблочной кислот в зерне. Большинство биохимических процессов в зерне и муке сопровождаются накоплением кислых продуктов. Например, в результате самосогревания и прокисания зерна в нем увеличивается содержание молочной и уксусной кислот (по содержанию последней определяют свежесть зерна и муки пшеницы (4 °) и ржи (5 °)). Наличие кислот отрицательно влияет на свойства клейковины, окраска крупы и свойства муки.
Минеральные вещества. Высушенные зерно, не содержит влаги, состоит из следующих элементов,%: углерода — 45; кислорода — 42; водорода — 6,5; азота — 1,5 (всего 95 — 98). Остальные сухих веществ (2 — 5%) составляют минеральные элементы, содержащиеся в золе после озоления зерна.
По количественному содержанию минеральные элементы в тканях зерна подразделяют на подгруппы,% к массе золы:
1) макроэлементы — содержание их колеблется от десятых до сотых
долей (10 — 1 — 10 — 2) процента (Р, К, Mg, Na, Fe, S, Al, Si, Ca)
2) микроэлементы — содержание их колеблется от тысячных до стоты
месячного частиц (10 — 3 — 10 — 5) процента (Mn, B, Sr, Cu, Zn, Ba, Ti, I,
Br, Mg, Ca и др..)
3) ультрамикроэлементы — содержание их составляет миллионные доли
(10 — 8) процента и меньше (Cs, Se, Cd, Hg, Ag, Au, Ra).
В золе пшеницы и ржи преобладают фосфор, калий, магний, у золе пленчатых зерен — кремний, у золе бобовых фосфора вдвое меньше, а железа вдвое больше; в золе подсолнечника много фосфора, калия, кальция, магния, а в золе хлопчатника, сои — калия. В зерне пшеницы минеральные вещества содержатся преимущественно в оболочке, а в зерне кукурузы — в зародыше. Зольность эндосперма мягкой пшеницы составляет 0,42%, оболочки 7 — 11%, твердой — несколько выше.
Пигменты. В зерне и семенах сельскохозяйственных культур выявлено четыре группы пигментов, которые придают им определенной окраски: порфирины, каротиноиды, антоцианы, флавоны и пигменты, образующиеся при окисления веществ зерна.
К порфиринов относится хлорофилл. Он входит в состав зерна ржи, семян конопли и некоторых сортов бобовых — чечевицы, сои, фасоли, гороха. Зеленый цвет многих плодов и семян свидетельствует об их недозрелые.
Каротиноиды распространены в покровных тканях многих плодов и семян, содержащихся в эндосперме злаковых и семядолях бобовых культур.
Антоцианы чаще имеют синий или фиолетовый цвет, содержатся в оболочках некоторых сортов бобовых (фасоль) и масличных (подсолнечник) культур.
Флавоны предоставляют зерну желтоватой окраски.