Пищевая Биохимия / Казаков Е.Д., Карпиленко Г.П. - Биохимия зерна и хлебопродуктов

УДК 644.6/.7:577.1(075.8) ББК 36.821 К 14

Рецензенты: профессор, доктор биологических наук В.Ф. Голенков (РГТЭУ);

профессор, доктор биологических наук А. Ф. Топунов (институт биохимии им. А.Н. Баха РАН)

Е.Д. Казаков, Г.П. Карпиленко. Биохимия зерна и хлебопродуктов К 14 (3-е переработанное и дополненное издание). — СПб.: ГИОРД, 2005. — 512с.

ISBN 5-901065-82-4

В учебном пособии для студентов вузов приведены химический со- став зерна, муки и крупы, процессы, происходящие в зерне при его прорастании, созревании, хранении и переработке, а также в муке и крупе при их производстве и хранении. Содержатся данные о химиче- ском составе и качестве готовой продукции. Приведены оптимальные показатели биохимических процессов, обеспечивающих сохранность качества зерна и продуктов его переработки.

УДК 644.6/.7:577.1(075.8) ББК 36.821

ОГЛАВЛЕНИЕ

§16. Смешивание зерна пшеницы с клейковиной разного качества..102

§17. Факторы, влияющие на выход и качество клейковины зерна пше

Оглавление

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

Биологическая химия (биохимия) — составная часть биоло- гии, ее называют также физиологической химией, или наукой о химии живого. Она изучает химический состав растений, жи- вотных и микроорганизмов, происходящие в живых организ- мах биохимические процессы, связь между жизнедеятельно-

стью организмов и протекающими в них биохимическими процессами.

В задачу биохимии входит также изучение физиологической роли отдельных веществ в жизни организмов, процессов био- синтеза сложных органических веществ из неорганических со- единений. Совокупность химических превращений, отража- ющих постоянную взаимосвязь организма с внешней средой, составляет биологический обмен веществ. Обмен веществ ле- жит в основе наиболее сложной формы движения материи, называемой жизнью. Нередко вместо слов «обмен веществ» применяют термин «метаболизм». Вещества, возникающие в организме в результате обмена веществ, называют продуктами обмена, или метаболитами.

Биохимия по своему содержанию и методам тесно связана с физиологией — наукой о природе живых организмов, о фун- кциях и процессах, протекающих в живом организме и его ча- стях (органах, тканях, клетках). Физиология растений изучает

общие закономерности жизнедеятельности растительных организмов и разрабатывает пути управления ими. Задача фи- зиологии состоит в изучении процессов роста и развития, цве- тения и плодоношения растений, почвенного и воздушного питания, синтеза и накопления пластических веществ, т. е. совокупности всех тех процессов, которые определяют спо- собность роста и воспроизводства растений.

Введение

Биохимия развивалась в борьбе с господствовавшим в био- логии в XVIII в. и в четверти XIX в. идеалистическим учени- ем — витализмом, согласно которому организмы строят свои вещества с обязательным участием непознаваемой жизнен- ной силы, не подчиняющейся законам сохранения материи и энергии.

Достижения органической и биологической химии в XIX— XX вв. показали полную несостоятельность витализма. Немец- кий химик Ф. Велер в 1828 г. осуществил превращение неорга-

нического циановокислого аммония в хорошо известное органическое вещество мочевину, русский ученый А. М. Бутле- ров в 1861 г. получил из формальдегида сахаристые вещества, французский химик М. Бертло выполнил синтез ряда органиче- ских соединений. В изучения липидов важную роль сыграли ра- боты французского химика-органика М. Шеврёля, показавше- го, что жиры состоят из остатков жирных кислот и глицерина. Многие исследования, касающиеся структуры углеводов, ами- нокислот и белков, связаны с именем немецкого химика-орга- ника Э. Фишера, доказавшего, что аминокислоты связываются между собой посредством карбоксильных и аминогрупп, и обо- сновавшего полипептидную теорию строения белков.

В начале XIX в., в 1814 г., действительный член Российской академии наук К.С. Кирхгоф установил, что в проросшем зерне содержится вещество, вызывающее осахаривание крахмала. Это вещество было первым описанным наукой ферментом. Откры- тие Кирхгофа было началом развития ферментологии.

Крупный вклад в органический синтез внес русский химик Л.М. Бутлеров, разработавший в 1861 г. теорию строения орга- нических веществ. На основе этой теорий во второй половине X IX в. и в XX в. синтезировано множество соединений, начи- ная от простейших спиртов, кислот и эфиров до углеводов, витаминов, дубильных веществ и др. Многие крупные химики изучали процесс брожения. Французский ученый Л. Пастер

ввел в науку представление об анаэробных микроорганизмах и раскрыл природу процессов брожения. Немецкий химик и биолог Э. Бухнер в 1897 г. установил, что экстракт из дрожже- вых клеток способен сбраживать сахар. Основы учения о фо- тосинтезе были заложены швейцарским ученым К. Соссюром

Введение

в 1804 г. Знания о природе фотосинтеза, а также о физике и химии хлорофилла были значительно расширены исследова- ниями русского ученого К. А. Тимирязева.

Подлинный расцвет биохимии наступил в XX в. Важные открытия следовали одно за другим. Русский ученый Н.И. Лу- нин положил начало учению о витаминах — веществах орга-

нической природы без незначительных количеств которых наряду с белками, углеводами, жирами и минеральными со- лями невозможны нормальный рост и развитие живых орга- низмов. Выдающийся английский биохимик Ф. Гопкинс от- крыл трипептид глютатион, содержащийся во всех живых клетках, в том числе в зерне пшеницы (особенно много его в зародыше и в дрожжах). Глютатион влияет на активность мно- гих ферментов, особенно тех, действие которых связано с пре- вращениями белков и клейковины.

Большие успехи достигнуты в изучении состава, структуры и функций белка и нуклеиновых кислот. Расшифрована струк- тура многих нуклеиновых кислот и белков. Полипептидная теория строения белка обоснованная Э. Фишером составной частью входит в современную теорию строения белковой мо- лекулы, исходящей из того, что белки имеют четыре последо-

вательно возникающих уровня пространственной организации с использованием пептидных, водородных, дисульфидных, солевых сложноэфирных связей, а также сил ван-дер-ваальсо- ва взаимодействия, электростатического, гидрофобного взаи- модействий и др.

Расшифровано строение полипептидных цепей многих бел- ков, среди них инсулина — гормона белковой природы, выде- ляемого поджелудочной железой, ферментов рибонуклеазы, лизоцима, химотрипсина, растительного фермента папаина, белков, входящих в состав цитохромов-катализаторов, участву- ющих в процессе дыхания.

Вторая половина XX столетия характеризуется крупнейши- ми открытиями в области структуры и биосинтеза белков, ме- ханизма функционирования белков и нуклеиновых кислот. Русский исследователь А.А. Баев в 1967 г., развивая исследова- ния по биохимии нуклеиновых кислот, расшифровал структу- ру транспортной РНК (тРНК) — валиновой, переносящей при

10

Введение

синтезе белка аминокислоту валин. Им была построена двух- мерная модель молекулы РНК в виде линейно организован- ной цепочки структурных единиц— нуклеотидов, связанных между собой обычными (ковалентными) связями.

В 1970 г. американский ученый Г. Корана с сотрудниками впервые синтезировал ген носителя наследственной инфор- мации дрожжевого грибка. В 1971 г. английские исследовате- ли Р. Диксон и Дж. Постгэйт сообщили о пересадке гена асси- миляции молекулярного азота воздуха из клеток бактерий, способных осуществлять этот процесс, в клетки бактерий, ли- шенных такой способности.

Английские ученые Д. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. предложи- ли модели строения молекулы дезоксирибонуклеиновой кис- лоты (ДНК) — носительницы наследственности — в виде двой- ной завитой спирали, соединенной в одно целое водородными связями. С этого времени начинается создание новой науки — молекулярной биологии, совместившей достижения совре- менной генетики, биохимии, биофизики, кристаллографии, математики. В становлении молекулярной биологии, связан- ной с биохимией, сыграли большую роль идеи и методы клас- сической генетики, микробиологии, вирусологии, физики и химии полимеров, теории информации.

Важны исследования по расшифровке и пересадке генов азотфиксации. Этой способностью обладают только неко- торые микроорганизмы свободно живущие в почве или оби- тающие в клубеньках бобовых растений. Усиление процесса азотфиксации или наделение ими других, не обладающих по- добной особенностью растений, позволит повысить урожай- ность сельскохозяйственных культур не прибегая к азотсодер- жащим удобрениям.

С начала 80-х годов XX столетия возникла и стала развиваться генетическая инженерия — раздел молекулярной гене-тики, связанный с целенаправленным созданием in vitro новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке-хозяине и синтезировать измененные конечные продукты обмена. Положено начало технологии на-

правленного конструирования биологических объектов с новыми свойствами.

Введение

Генная инженерия открывает новые возможности в обла- сти борьбы с вредителями сельского хозяйства, так как при- менение химических препаратов иногда наносит существен- ный вред природной среде. Не нарушая природного баланса, при помощи генной инженерии можно добиться нужных ре- зультатов направленным изменением наследственного аппа-

рата вредителей в результате чего количество вредителей уменьшится.

Большая роль принадлежит генной инженерии в промыш- ленной микробиологии, в генно-инженерном конструирова- нии промышленных микроорганизмов, продуцирующих такие важные соединения, как ферменты, аминокислоты, антибио- тики, витамины и пищевые белки, биологические средства защиты растений, пептидные гормоны животных и человека и т.д. Во Всероссийском научно-исследовательском институте генетики и селекции промышленных микроорганизмов вы- делены клоны* мутантных генов, кодирующих синтез амино- кислоты треонина. Получен штамм** по ряду параметров превосходящий все используемые в мировой практике в на- стоящее время продуценты L-треонина.

Проводят работы по введению в пекарские дрожжи генов, кодирующих пищевые белки овальбумина (основного белка куриного белка) и миозина (белка мышц).

Исследуют дрожжевые штаммы, использующие дешевые субстраты — этанол и метанол.

В рамках новой отрасли биологии — геномики завершили глобальный международный проект расшифровки генома че- ловека, представляющего собой набор генов не отдельной осо- би, а вида. Получаемые результаты открывают возможности установить генетические причины большинства болезней, ста- рения и смерти, во многом понять влияние наследственности на наши способности, таланты и недостатки. Геномика позво- лит расширить увеличение урожайности, улучшение качества

*Клон — совокупность клеток или особей, происходящих от общего пред- ка бесполым размножением. Клон — основная единица учета в генетике мик- роорганизмов.

**Штамм — чистая культура микроорганизма, выделенного из опреде- ленного источника или полученного в результате мутаций.

12

Введение

и повышения биологической ценности зерна и других сель- скохозяйственных культур.

КПД фотосинтетического использования энергии активной солнечной радиации (ФАР) у большинства растений невелик и составляет менее 1%, лишь у отдельных сельскохозяйственных культур достигает 1—2%. Интенсивность фотосинтеза можно повысить до 3—6% направленным изменением наследствен- ности зеленых пластид хлоропластов, улавливающих энергию солнца, используемую для усвоения углекислоты воздуха. Под- считано, что в зависимости от географической широты и осо- бенностей природной зоны можно будет получать урожаи зер- на на уровне 100—150 ц/га.

Повышается внимание к фитонцидам — веществам, проду- цируемым растениями и обладающим бактерицидными*, фунгицидными**, протистоцидными свойствами***.

Фитонциды играют важную роль в иммунитете растений и во взаимоотношениях организмов в биоценозах.

Методы биохимии имеют большое практическое значение для медицины, сельского хозяйства, отраслей промышленно- сти, перерабатывающих растительное сырье. Биохимия дает знания, необходимые для решения задач управления развити- ем растительных организмов, изучения закономерностей и регулирования синтеза веществ в растениях, создания новых форм организмов, селекции новых форм организмов, селек- ции новых сортов. Биохимия составляет научную основу хра- нения запасов зерна, плодов и овощей, выращиваемых в сель- ском хозяйстве и поступающих в переработку.

Академик А. И. Опарин указывал, что потери сельскохозяй- ственных продуктов, происходящие при хранении, — свиде- тельство нашего незнания физиологических, биохимических и микробиологических процессов, происходящих в раститель- ном сырье. Организация рационального хранения и борьбы с

*Бактерицид — химический или биологический препарат для защиты растений от бактериальных заболеваний.

**Фунгицид — химический или биологический препарат для защиты растений от грибковых заболеваний.

***Протистоциды — препараты для борьбы с простейшими организмами, вызывающими заболеваний растений и животных.

Введение

потерями растительного сырья, а также сведение их до мини-

мума возможны лишь на основе глубокого изучения сущности биохимических процессов и исследования влияния различных факторов, вызывающих эти процессы и потери при хранении. Правильная организация и совершенствование технологиче- ских процессов мукомольной, крупяной, комбикормовой, эле- ваторной, хлебопекарной промышленности возможны лишь на основе широкого использования биохимии. В результате накопления и обобщения научных исследований, практики хранения и переработки сельскохозяйственного сырья как на- учная дисциплина сложилась техническая биохимия, вклю- чающая биохимию зерна, биохимию хлебопечения и т.д.

Биохимия зерна изучает химический состав семян, зерна, муки, крупы и хлеба; биохимические процессы, происходящие при созревании и прорастании семян и зерна; биохимические процессы при хранении зерна и продуктов его переработки, а также пути борьбы с потерями при хранении; биохимические процессы, происходящие в зерне при его переработке; разра-

ботку научной основы мероприятий по улучшению качества муки, крупы и других продуктов из зерна и для системы произ- водственного технологического контроля; биохимические про- цессы в продуктах переработки зерна при их хранении; пище- вую ценность зерна и продуктов его переработки.

Итальянский ученый Беккари в 1745 г. опубликовал доклад

о выделении им из пшеничного теста отмыванием водой от крахмала и отрубей связной эластичной и упругой массы (клей- ковины). Обширные исследования клейковины выполнил член Петербургской академии наук Модель (1768 г.).

Развитие науки о зерне в нашей стране тесно связано с име- нем Д. И. Менделеева, исследовавшего клейковину, ее свойства и значение для хлебопечения. Сведения о химическом составе зерна пшеницы и зависимости содержания в нем белковых ве-

ществ от климатических и почвенных условий дал профессор Московского университета Н. Э. Лясковский в 1865 г.

На рубеже XIX и XX вв. американский биохимик Т. Б. Ос- борн изучил состав белков зерна (наиболее полно зерно пше- ницы). Исследования химического состава зерна пшеницы, ржи и ячменя в начале XX в. проводили П. П. Петров и Я.Я. Ни-

Введение

китинский, выдающийся русский агрохимик академик Д.Н. Прянишников, который прославился и как биохимик. Им выполнены ставшие классическими работы по азотистому пи- танию и химизму превращения белков в растительном орга- низме.

На протяжении XX в., особенно во вторую его половину, в нашей стране выполнено большое число научных исследова- ний в области биохимии зерна и хлебопродуктов — химиче- ского состава, процессов при хранении и переработке, пище- вого достоинства.

Большой вклад в биохимию растений и технической био- химии внесли академики А.Н. Бах и А.И. Опарин, основавшие

в1935 г. в Москве институт имени А.Н. Баха, превратившийся

вцентр научно- исследовательских работ по биохимии. Из об-

ширного круга вопросов над которыми работали эти ученые необходимо выделить исследования по ферментам, значитель- но расширившими представления о биохимических процес- сах в зерне и при производстве хлеба.

Вначале 4О-х годов академик В.А. Энгельгардт внес значи- тельный вклад в мировую науку, открыв дыхательное фосфо- рилирование — основу биоэнергетики. Русский ученый В.А. Белицер и ряд других ученых установили, что энергия, ос- вобождающаяся при окислительных процессах дыхания, трансформируется (запасается) в высокоэнергетических фос- фатных связях аденозинтрифосфорной кислоты (АТР). Энер- гия этих фосфатных связей приводит в действие механизм все- го разнообразия биологических функций.

Профессор Ленинградского института растениеводства Н.Н. Иванов выполнил большую работу по биохимической ха- рактеристике важнейших видов и сортов культурных растений. Профессор Московского университета А.Р. Кизель исследовал ферменты зерна, связь влажности зерна и зерновой массы с физиологическими и биохимическими процессами. Сотруд- ник Ленинградского института растениеводства К.М. Чинго- Чингас составил первую сводку мукомольных и хлебопекар- ных особенностей сортов советской пшеницы в 1922 и 1931 гг. Работы члена АМН СССР Б.И. Збарского показали роль бел- ков в питании человека и необходимость изучения аминокис-

Введение

лотного состава всего комплекса белков для характеристики биологической ценности пищевых продуктов.

Обширные исследования были посвящены разработке науч- ных основ уборки и хранения зерна. В работах А.Н. Баха, А.И. Опарина, А.Р. Кизеля, В.Л. Кретовича, Н.И. Соседова, М.И. Княгиничева, Н.И. Проскурякова подробно изучены био- химические процессы накопления в созревающем зерне основ- ных запасных веществ — белков и углеводов, и дана характери- стика его ферментов. Роль микроорганизмов в самосозревании зерновых масс и интенсивность их развития выяснены работа- ми Б.Л. Исаченко, Н.П. Михаловского, Е.Н. Мищустина, Л.А. Трисвятского, В.Л. Кретовича, Я.И. Раутенштейна. Труда- ми В.Л. Кретовича, А.П. Прохоровой, Е.Д. Казакова, Б.П. Не- красова выяснены биохимические аспекты и на их основе раз-

работаны практические режимы долгосрочного хранения зерновых запасов и научно обоснованные нормы убыли зерна при хранении. М. Голиком глубоко исследованы физиологичес- кие и биохимические процессы, происходящие при созревании, уборке и хранении кукурузы.

Проведены исследования по физиолого-биохимическим основам хранения и переработки масличных семян (A.M. Гол- довский, В.Л. Кретович, В.Г. Щербаков, В.М. Копейковский, А.И. Стародубцева). Детально изучен химический состав пше- ничного зерна и его анатомических частей (Н.В. Роменский);

химический состав промежуточных продуктов помола зерна на современных мельзаводах (С.Д. Чигирев, Н.И. Соседов; A.M. Братухин). Полученные результаты использовались при разработке схем помола и для стандартизации сортов муки.

Важное значение приобрел способ оценки качества муки по зольности, введенный в практику еще в 20-е годы П.А. Козь- миным и B.C. Смирновым. Многочисленные работы были по- священы изучению отдельных компонентов зерна — белков, углеводов, полисахаридов, липидов, минеральных веществ и т.д. (А.Р. Кизель, В.Л. Кретович, Н.П. Козьмина, Н.И. Сосе- дов, А.Б. Вакар, В.Ф. Голенков и многие другие). Работы по химии и биохимии зерновых культур были обобщены в моно- графии А.П. Нечаева и Ж.Я. Сандлер «Липиды зерна». Физи- ко-химические основы размола зерна разработаны Я.Н. Куп-

Введение

рицем и изложены в его монографии «Физико-химические основы зерна». Биохимические процессы при холодном и го- рячем кондиционирования (гидротермической обработке) зерна подробно исследованы Н.И. Соседовым, В.Л. Кретови- чем, Н.Н. Зотовой, Е.Д. Казаковым, И.А. Сахаровой.

В технологическом плане биохимическим процессам при гидротермической обработке зерна отведено большое место в грудах ГА. Егорова. Биохимические процессы нашли также отражение в работах Г.А. Егорова по проблеме тепломассооб- мена в зерне и в его двух монографиях, посвященных муко- мольно-технологическим признакам и свойствам зерна.

Активного участия биохимиков потребовали вопросы ис- пользования разных видов неполноценного зерна. Многочис- ленные исследования в этом направлении, выполненные в разные годы, обобщены в монографии Е.Д. Казакова и В.Л. Кретовича «Биохимия дефектного зерна и пути его ис- пользования».

Вода — среда и активный участник биохимических процес- сов в зерне на всех этапах его онтогенеза, хранения и перера- ботки. Без воды полностью прекращается действие фермен- тов — движущей силы биохимических процессов. Роль воды в зерне отражена в монографии «Вода, ее функции в зерне» (Е.Д. Казаков). Развитие крупнопромышленного хлебопечения и широкое строительство хлебозаводов в стране с начала 30-х годов XX столетия потребовало создания науки о хлебопече- нии. Этот труд был выполнен Л.Я. Ауэрманом, разработавшим основы науки о технологии заводского производства хлеба.

Перевод хлебопечения на индустриальные рельсы и широ- кое внедрение в хлебопекарную промышленность механиза- ции и автоматизации, создание автоматической техники не-

прерывного действия поставили перед учеными задачу глубокого познания сущности биохимических и микробиоло- гических процессов, лежащих в основе приготовления хлеба. Вначале особенно детально была исследована а-амилаза зер- на и муки, ее свойства, методы ее определения и подавления (Н.П. Козьмина, Н.И. Проскуряков, СИ. Пронин). Значитель- ное число работ было посвящено клейковине пшеницы от ко- торой зависит газоудерживающая способность теста и «сила»

Введение

муки. Разработаны условия и методы количественного опре-

деления содержания клейковины в зерне и муке и создан ряд приборов и методов для объективной оценки ее качества (Н.П. Козьмина, Л.Я. Ауэрман). Подробно исследовано влия- ние различных факторов на количество и качество клейкови- ны (Н.П. Козьмина, Л.Я. Ауэрман, В.Л. Кретович, А.Б. Вакар, К.Н. Чижова).

Проведенные в Институте биохимии им. А.Н. Баха АН

СССР исследования природы различий между клейковиной разного качества показали, что реологические свойства бел- кового комплекса клейковины зависят от дисульфидных и во- дородных связей и возможно от гидрофобных взаимодей- ствий. Количество и прочность этих связей определяют собой физические свойства клейковины в целом, т. е. ее качество (В.Л. Кретович, А.Б. Вакар). Было показано наличие клейко- вины в некоторых других злаках (ячмень, рожь, пырей) и ис- следованы ее свойства (П.Н. Шибаев, М.М. Самсонов, В.Л. Кретович). Установлено, что в образовании ароматиче- ского комплекса хлеба играет роль окислительно-восстанови- тельное взаимодействие восстанавливающих Сахаров и амино- кислот (реакция Майара). В образовании аромата хлеба принимают участие фурфурол, оксиметилфурфурол, ацеталь- дегид, изовалериановый альдегид и др. альдегиды, сопро- вождающие меланоидиновую реакцию (В.Л. Кретович, P.P. То- карева). При изучении кинетики образования летучих ароматических соединений хлеба в процессе выпечки было об- наружено, что в ароматический комплекс входят также про- дукты спиртового и молочнокислого брожения — альдегиды, органические кислоты, спирты и образующиеся при их взаи- модействии сложные эфиры (В.Л. Кретович, P.P. Токарева, В.И. Маклюкова). Для улучшения качества хлеба Московским технологическим институтом пищевой промышленности со- вместно с институтом биохимии им. А.Н. Баха АН СССР был предложен метод добавок соевой муки — источник фермента липоксигеназы (Л.Я. Ауэрман, В.Л. Кретович, Р.Д. Поландова). В результате работ Всесоюзного научно-исследовательского института хлебопекарной промышленности, проводившихся совместно с Институтом питания АМН СССР (Л.Я. Ауэрман,

Введение

В.А. Патт, А.А. Покровский) был разработан набор рациональ- ных смесей для новых видов хлеба повышенной пищевой цен- ности с увеличенным содержанием в хлебе белковых веществ, незаменимых аминокислот (лизина, триптофана, метионина), кальция и фосфора, витаминов, лецитина, полиненасыщен- ных жирных кислот.

Интенсивно проводятся исследования в области химиче- ских методов борьбы с вредителями зерновых запасов, изыс- кания более эффективных инсектицидов и методов их приме- нения (ГА. Закладной). Поставлена задача всемирного внедрения в растениеводство интенсивной технологии— ма-

гистрального пути увеличения продовольственного фонда страны, прежде всего зерна с высокой урожайностью и повы- шенным качеством — мукомольным и хлебопекарным. Сущ-

ность интенсивной технологии заключается в оптимизации условий выращивания.

Проводятся исследования биохимических и технологиче- ских свойств и показателей качества зерна выращенного на раз- личных уровнях окультуренности почвы (Г.П. Карпиленко).

Большое значение имеет дальнейшая разработка и совер-

шенствование на основе биохимических данных объективных методов оценки качества зерна и муки, а также методов техно-

химического контроля технологических процессов и качества ютовой продукции.

Особое значение здесь приобретает разработка и внедрение специальных экспрессных и автоматических методов на осно- ве хроматографии, электрофореза, спектроскопии, люминес- центного и изотопного анализа, а также других современных методов химического и физического анализа.

К основным научным центрам России по биохимии зерна и хлебопродуктов относятся институты биохимии им. А.Н. Баха РАН, Московский государственный университет пищевых производств, Всероссийский научно-исследовательский ин- ститут зерна и продуктов его переработки.

Глава 1

ВВОДНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ

§ 1. МЕТАБОЛИЗМ

Биохимию при изучении условно делят на статическую и динамическую. Статическая биохимия изучает химический состав и свойства веществ живых организмов. Задача динами- ческой биохимии — изучение превращений веществ в живых организмах. Это деление позволяет облегчить изучение био- химии. В действительности тот и другой аспекты познания биохимии невозможно расчленить. Невозможно изучить и понять превращения какого-либо вещества организма без зна- ния его строения и свойств и вместе с тем описания особенно- стей биохимических соединений без характеристики их пре- вращений в организме.

Для биологического обмена веществ характерно большое разнообразие химических соединений, степени их сложности, размеров и функций, что связано с различием форм и проч- ности химических связей, регулирующих это разнообразие.

Первоосновой этого разнообразия является своеобразие и большая разносторонность физико-химических свойств и по- ведение углерода. По всем численным признакам он занимает

стабильные четные места в периодической системе элементов Д.И. Менделеева: находится во 2-м периоде, II ряду, IV груп- пе; его атомный номер равен 6, в его заряде 6 протонов и 6 ней- тронов, а в орбите 6 электронов. Атом углерода четырехвален- тен. При любой химической реакции его атом приобретает заполненную стабильную электронную оболочку из 8 элект- ронов путем обобществления 4 электронов. В таком виде атом углерода способен соединяться с другими элементами основ- ной ковалентной связью с образованием органических веществ:

________________________________ВВОДНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ

Важной особенностью углерода является его способность образовывать двойные и тройные связи, наиболее часто встре- чаются двойные связи:

Соединяясь прочными ковалентными связями, углерод способен образовывать углеродные цепи практически неогра- ниченной длины. Многообразие органических соединений определяется и тем, что при одинаковом числе атомов углеро- да в молекуле возможны не только соединения с открытой не- замкнутой цепью атомов, но также вещества, которые содер- жат циклы (циклические соединения).

Совокупность всех происходящих химических, физических, коллоидных и других процессов, происходящих в организме с момента рождения и на протяжении его онтогенеза, т. е. за- рождения, а также индивидуального развития на протяжении

всей жизни до ее конца представляет собой биологический обмен веществ, коротко говоря «обмен веществ» или просто «обмен», его называют еще метаболизмом. В метаболизме — общей совокупности процессов — различают два вида химиче- ских реакций: катаболизм и анаболизм. Реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии, составляют основу катаболизма (энергетического обмена или диссимиля- ции поступивших в организм пищевых продуктов). При ката- болизме высокомолекулярные органические вещества распа-

даются до простых веществ в результате разнообразных реакции (гидролиза, фосфоролиза, окисления) с одновремен- ным выделением свободной химической энергии, используе- мой затем на процессы жизнедеятельности. При анаболизме происходят реакции синтеза образования сложных высокомо- лекулярных веществ, входящих в ткани организма. Процессы обмена происходят между пищевыми продуктами (белки, уг-