Химический состав зерна

Зерно злаковых культур имеет сложный химический состав (табл. 2). Оно состоит из многих жизненно необходимых человеку ве­ществ. Все вещества подразделяют на две большие группы: органичес­кие и неорганические. К органическим относят углеводы, белки, ли­пиды, ферменты, витамины, пигменты и др. К неорганическим относят минеральные вещества и воду.

Таблица 2

Химический состав зерна злаковых культур, г на 100 г (по Скурихину И. М.)

Примечание. Значения химического состава приведены с учетом стандартной влажности зерна.

Наибольший удельный вес занимают углейоды, которые представ­лены, в основном, крахмалом (см. табл. 2).

Крахмал откладывается в клетке эндосперма в виде крахмальных зерен, или гранул различной формы, характерной для разных культур. Так, у пшеницы они овально-округлой или чечевицеобразной формы, у ржи — овальной с характерной трещиной. Размер крахмальных зерен колеблется в пределах 2...180мкм. Самые мелкие крахмальные зерна у риса (2...5 мкм), крупнее — у овса (З...10мкм), еще крупнее — у ячменя и кукурузы (2...25 мкм). У пшеницы они достигают 25...40мкм, а у ржи —

40. .50мкм. С размерами крахмальных гранул связаны атакуемость их

ферментами зерна, пищеварительными ферментами и скорость усвое­ния крахмала организмом.

В эндосперме пшеницы содержание крахмала составляет 75...80%

1. ш сухое вещество или около 54 % с учетом влажности зерна. Однако и н эндосперме крахмал распределен неравномерно. Наиболее богата крахмалом центральная часть эндосперма. У кукурузы небольшое ко­личество крахмала находится в зародыше. Содержание крахмала в зер­не одной и той же культуры колеблется в зависимости от сорта, райо­на, условий произрастания и степени спелости зерна. Так, при большом количестве осадков содержание крахмала выше. В выполнен­ном зерне крахмала больше по сравнению с зерном щуплым.

Крахмальное зерно состоит в основном из крахмала (96,1...98,0%), небольшого количества минеральных веществ (0,1...0,8%) и жирных кислот (до 0,6 %). Каждое зерно крахмала состоит из слоев, а каждый слой, в свою очередь, из радиально расположенных кристаллов двух веществ, составляющих крахмал, — амилозы и амилопектина. Амилоза и амилопектин отличаются строением молекулы и свойствами.

Амилоза образует внутреннюю часть крахмального зерна, а амило­пектин — наружную. Амилоза и амилопектин в крахмале находятся в разных соотношениях. Так, в крахмале пшеницы содержится около 24 % амилозы и 76 % амилопектина, в крахмале риса — 17 % амилозы и 83 % амилопектина. Некоторые разновидности злаков (восковидная кукуруза, сорго, глютинозный рис) образуют амилопектиновый крах­мал, доля амилозы в котором не превышает 1 %, что резко меняет свойства продуктов, полученных из такого сырья. Чаще амилопектин составляет около 75 % массы крахмала.

Важным показателем свойств крахмала является температура его клейстеризации. Температура клейстеризации крахмала разных расте­ний неодинакова и чаще находится в пределах 60...70°С. Наиболее низкая у крахмала ржи — 50...55 °С.

Крахмал гигроскопичен и способен поглощать до 70 % воды от своей массы. Это свойство является одним из основных факторов, обуславливающих гигроскопичность зерна и продуктов его перера­ботки (крупы, муки и др.) и обязательно учитывается при выборе ус­ловий хранения.

Под действием ферментов а- и |3-амилаз крахмал гидролизуется до сахара мальтозы. Процесс идет постепенно с образованием промежу­точных продуктов — растворимого крахмала, затем декстринов, имею­щую более короткую молекулярную цепь. В зависимости от молеку­лярной массы различают: амилодекстрины, эритродекстрины, ахродекстрины и мальтодекстрины. Амилодекстрины наиболее близки по своей структуре к крахмалу и окрашиваются йодом в синий цвет. Эритродекстрины с йодом дают красно-бурую окраску. Ахродекстри­ны и мальтодекстрины йодной реакции не дают. Способность декстри­нов проявлять определенное окрашивание с йодом используют в опре­делении глютинозного и мелового риса.

В созревшем зерне декстринов очень мало. Например, в зернах зла­ков их 0,4...0,6% массы зерна. В проросшем зерне в результате гидро­лиза крахмала количество декстринов увеличивается. Образование и накопление декстринов происходит в тесте в период его брожения и в начальных стадиях выпечки хлеба.

Сахара содержатся в зерне злаковых в небольшом количестве. Обычно доля моносахаридов (глюкозы, фруктозы, галактозы) не пре­вышает 0,2...0,3 %. Олигосахариды (сахароза, раффиноза и др.) явля­ются основными сахарами зерна. В зерне недозревшем, морозобой- ном, проросшем увеличивается доля моносахаридов, декстринов, мальтозы, что отрицательно сказывается на качестве хлеба.

Количество и соотношение различных групп углеводов влияют на технологические свойства зерна, на качество хлеба, так как сахара и крахмал необходимы для развития дрожжей в тесте, а крахмал вместе с белками составляет «формирующую» основу теста.

Клеточные стенки состоят из некрахмальных полисаха­ридов — балластных веществ, которые не усваиваются организмом, но оказывают положительное влияние на процессы пищеварения, а также способствуют выведению из организма тяжелых металлов и ра­дионуклидов. К некрахмальным полисахаридам относят целлю­лозу (клетчатку), гемицеллюлозу (полуклетчат- ку), пектины и лигнин.

Клетчатка состоит из макромолекул, соединенных в мицеллы (пучки), последние, в свою очередь, образуют так называемые фиб­риллы. Клетчатка как бы пронизана инструктирующими веществами (пектинами, лигнином) и гемицеллюлозами, которые заполняют про­странство между пучками молекул клетчатки. Такая структура обуслав­ливает прочность клетчатки. Клетчатка нерастворима в воде, спирте и в Других растворителях. Она не разлагается под действием слабых кис­лот и щелочей даже при нагревании. Не разрушается она и многими микроорганизмами. Под действием концентрированных кислот (42 %-ной соляной кислоты на холоду) клетчатка гидролизуется до глюкозы, а под действием фермента целлюлазы (распространенного у некоторых микроорганизмов) — до сахара глюкозы.

Содержание клетчатки зависит от культуры, сорта, района, условий иырашивания и выполненности зерна. В зерне пленчатых культур клетчатки значительно больше, чем в голозерных. Это объясняется вы­соким содержанием ее в цветковых пленках. В наружных покровах «рна клетчатки намного больше, чем в эндосперме. Поэтому мелкое и щуплое зерно содержит всегда больше клетчатки, чем крупное и вы­полненное.

В пищеварительных органах человека нет фермента, гидролизую­щего клетчатку, поэтому только ее небольшая часть расщепляется при пищеварении под действием ферментов микроорганизмов кишечника. Однако клетчатка, как доказано в последнее время, совершенно необ­ходима для нормальной функциональной деятельности пищевари­тельного тракта. Клетчатка и подобные ей вещества получили назва­ние «пищевые волокна». Благодаря высокой гидрофильности и адсорбционной способности пищевые волокна связывают в кишечни­ке соли тяжелых металлов, радионуклиды и способствуют выведению их из организма. Принято считать, что потребность взрослого человека н пищевых волокнах составляет 25...30 г в сутки в зависимости от воз­раста и физиологического состояния организма. При недостаточном потреблении пищевых волокон ухудшается перистальтика и развива­ется дивертикулез кишечника, болезни толстой и прямой кишок, за­медляется опорожнение кишечника и, вследствие этого, накопление в нем токсичных для человека отходов пищеварения.

Гемицеллюлозы (полуклетчатка) объединяют полисахариды разнооб­разного химического состава, но характеризующиеся общностью физи­ческих свойств. По своим свойствам они занимают промежуточное по­ложение между клетчаткой и крахмалом, играя двоякую роль: с одной стороны, вместе с клетчаткой они являются строительным материалом, с другой — запасными питательными веществами. Гемицеллюлозы име­ют разветвленные молекулы и являются гетерополисахаридами, состоя­щими из 3...6 разных моносахаридов. По преобладающему в гидроли­затах сахару их принято подразделять на гексозаны, дающие при гидролизе соответствующие гексозы — галактозу и маннозу, и пен- тозаны, гидролизуемые до пентоз арабинозы и ксилозы. Часть геми­целлюлоз, называемых пентозанами, растворяясь в воде образуют вяз­кие коллоидные растворы — слизи. Слизи на 75...80% состоят из пентозанов (табл. 3). Кроме пентоз, в состав слизей входит небольшое количество гексоз (маннозы и галактозы), а также 2...7% водораство­римых белков. Наибольшее количество слизей у ржи (2,5...7,0 %), овса (8,0...12,0 %), ячменя (до 15 %).