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

ГЛАВА 2____________________________________________________________

даются с одновременным увеличением сульфгидрильных групп и ослаблением качества клейковины.

Разработан способ ферментативного улучшения хлебопе- карного качества пшеничной муки.

Берут небольшое количество растительного масла и неболь- шое количество соевой муки, особенно богатой ферментом ли- поксигеназой, затем энергично размешивают эту смесь и вно- сят в пшеничное тесто. Липоксигеназа окисляет кислородом воздуха ненасыщенные жирные кислоты. При этом кислород присоединяется к двойным связям жирных кислот, образуя их перекиси (пероксиды), обладающие очень сильным окисляю- щим действием. Гидроперекиси жирных кислот укрепляют клейковину муки, улучшают ее физические свойства. При дей-

ствии гидроперекисей на каротиноиды тесто желтокремового цвета становится более светлым. Такое же благоприятное дей- ствие на хлебопекарное качество оказывает отлежка свежесмо- лотой муки в течение двух-трех недель. В том и другом случае это связано с образованием небольшого количества гидропере- кисей — первым этапом действия липоксигеназы на ненасы- щенные жирные кислоты муки и теста. Более длительные сро-

ки хранения свежесмолотой муки и увеличенные количества примешивания соевой муки, т. е. использование большей дозы фермента липоксигеназы приводит к отрицательным результа- там. Гидроперекиси окисляют другие вещества пшеничной муки, в первую очередь жир, с образованием альдегидов и ке- тонов, которые придают продуктам неприятный вкус и запах. В этом заключается сущность прогоркания муки и крупы.

§ 16. СМЕШИВАНИЕ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ СКЛЕЙКОВИНОЙРАЗНОГОКАЧЕСТВА

Технологи большое внимание уделяют смесительной цен- ности зерна пшеницы. Смешивание партий зерна с различ-

ными качественными показателями рассматривается как эффективный способ повышения технологического досто- инства зерна пшеницы. Под смесительной ценностью по-

нимают способность зерна сильной пшеницы улучшать в смеси хлебопекарные качества слабой пшеницы. Смеси-

_________________________________________ БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

тельную ценность определяют проведением пробной лабо-

раторной выпечки хлеба с повторным промесом теста из смеси муки того и другого зерна в соотношении 50:50. Муку из слабой пшеницы используют 70%-ного выхода или хле- бопекарную 1-го сорта с содержанием клейковины не более 20% и качеством II группы слабой.

Показатель смесительной ценности (СЦ) вычисляют по формуле:

где Vо — объемный выход хлеба из смеси муки из сильной и слабой пшеницы в соотношении 50:50, см3; V1 — объемный выход хлеба из муки слабой пшеницы.

Величина изменения объема хлеба не в полной мере оцени- вает смесительную ценность зерна, т. к. позволяет судить толь- ко об одной ее части. Смешивание партий зерна разного каче- ства решает более широкие производственные задачи.

Одни производственные требования к зерну предъявляют мукомольные заводы (объем очистки и подготовки зерна к раз- молу, выходы готовой продукции с качеством в пределах стан- дартных показателей, удельный расход энергии). По-другому оценивают муку предприятия, изготавливающие хлеб: им не- обходима мука высокого хлебопекарного достоинства с широ- ким кругом признаков.

Мельзаводы, оценивая зерно с производственных позиций сложного превращения зерна в муку, одновременно призваны обеспечить высокие требования предприятий, вырабатывающих хлебные изделия. Свои сложности и требования к зерну у мельза- водов при макаронных помолах и макаронных фабрик к муке.

Неодинаковые требования к зерну при смешивании зер- новых партий разного качества усложняются значительны-

ми колебаниями содержания количественного содержания и свойств отдельных веществ, составляющих зерно.

Наряду с белками, составляющими наибольшую часть клей- ковины, на хлебопекарное качество пшеничной муки оказы- вает большое влияние крахмал. На его долю приходится свы-

ГЛАВА 2

ше 60% в зерновке и почти 80% в эндосперме. Стекловидность, крупность, твердозерность связаны с различными размерами крахмальных гранул. В стекловидном эндосперме формирует- ся больше средних и меньше мелких гранул крахмала, чем в мучнистом.

Высокое хлебопекарное достоинство зерна пшеницы свя- зано с преобладанием зерен крахмала округлой формы над зер- нами крахмала ограненной формы.

Размеры крахмальных гранул в зерне неодинаковы: наибо- лее крупные находятся в зерновках самых больших размеров, по мере уменьшения размера зерновки ее крахмальные грану- лы также уменьшаются. Набухаемость крахмальных гранул при уменьшении их размера снижается. Особенно низкий объем- ный выход хлеба при самых мелких крахмальных гранулах.

С повышением водопоглотительной способности крахмала объем хлеба уменьшается. Смешивание партий зерна разного качества приводит не только к изменению соотношения ком- понентов составляющих клейковину, но и к их взаимодей- ствию. Взаимодействия между всеми формами белков, бога-

тых активными реакционными химическими группами на поверхности ее комплексных макромолекул, дают сочетание свойств клейковины, отличающихся от свойств сочетающихся белков из смешиваемого зерна. В такое взаимодействие всту- пают и все остальные составные части зерна (и муки) пшени- цы, из которых наибольшую долю после белков в новые

свойства клейковины и хлебопекарное качество смеси вносят крахмал и другие углеводы, а также липиды. При смешивании используют не только нормально созревшее зерно разного ка- чества. В зерновую смесь входит также зерно с той или иной неполноценностью, не улавливаемой обычно применяемыми методами, но влияющей на технологическое достоинство зер- на (пораженное клопами-черепашками, морозом, проросшее и др.), что сказывается на составе и качестве клейковины и зерна пшеницы в целом. Глубокие изменения в технологиче-

ское качество смеси вносят ферментные системы различного состава и силы разнокачественного зерна, вошедшего в смесь.

Утрата зерном всхожести, т. е. жизнеспособности, сопро- вождается глубоким изменением его физико-механических

104

БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

ифизиолого-биохимических свойств. Все признаки и свой- ства зерна при этом ухудшаются. Всхожесть, не являясь пря- мым признаком качества зерна продовольственного наз- начения, показывает степень сохранения зерном своих природных достоинств. Зерно, поступающее на хранение и переработку, как правило, имеет низкую всхожесть. Однако всхожесть его обычно не проверяется и не учитывается.

Наиболее частой причиной утраты всхожести является пе- регрев зерна. В результате перегрева снижается способность

тканей зерна и особенно зародыша поглощать парообразную

икапельно-жидкую влагу. Удлиняются сроки увлажнения зер- на при кондиционировании. Наблюдается неравномерная влажность различных участков насыпи зерна, что может при- нести к гнездовому самосогреванию. Понижается механиче- ская прочность зерна, что увеличивает его дробление, образо- вание мучки, распыл, ухудшение товарного качества, снижает стойкость при хранении. Ослабляется интенсивность дыха- ния, нарушается координированное действие фермента ка- талазы, снижается растворимость белковых веществ. Все это способствует интенсивности развития микроорганизмов, уве- личению количества токсичных веществ, снижению стойко- сти при хранении. Ослабляется иммунитет и сопротивляе- мость зерна внедрению в его ткани плесневых грибов, их количество увеличивается в несколько раз интенсивнее, чем на всхожем зерне. Технологические свойства ухудшаются: содержание и качество клейковины снижаются, увеличивается зольность и кислотность муки, физические свойства теста становятся хуже. Изменяются в худшую сторону объемный выход хлеба и его качество.

За рубежом для улучшения качества слабой пшеницы в помольную партию добавляют не только сильную пшеницу, но и сухую клейковину.

Развертывается отечественное производство сухой клей- ковины в нашей стране. Для выработки сухой клейковины

рекомендуется использовать хлебопекарную муку второго сорта, получаемую при специальном 85%-ном помоле и муку второго сорта, получаемую из твердой пшеницы при сортовом помоле. Добавление в хлебопекарную муку 5%

сухой

ГЛАВА 2

клейковины, содержавшей белка от 75,4 до 81,2%, повышало удельный объем хлеба (см3/100 г) на 2,4—9,5%, пористость на 2,5—3,9%, сжимаемость мякиша на 34—58%. При опти-

мальной продолжительности замеса теста объем контрольной пробы увеличивается до 3%, а при добавке сухой клейкови-

ны—до 13-31%.

Предложена технология производства с использованием сухой пшеничной клейковины кондитерских изделий, в том числе, галет, диетических и диабетических кексов.

Под смесительной ценностью в широком плане следует понимать способность веществ зерна пшеницы взаимодей-

ствовать с разнокачественным пшеничным зерном других (одной или нескольких) партий и давать при определенных

их количественных соотношениях зерновую смесь заданного технологического качества. Учитывая крупномасштабную разнонаправленную природную изменчивость качества зер-

на и фактически сложившееся качественное состояние его при хранении, необходимые количественные соотношения зерновых партий, намечаемых к включению в смесь желае- мого технологического достоинства, следует отбирать опыт- ным путем в зерновой лаборатории помола в каждом отдель- ном случае.

Оценку смесительной ценности сильной и слабой пшеницы по одному показателю — клейковине следует рассматривать предварительной или проводить ее одновременно с определе-

нием интегральной технологической оценки смешиваемого зерна.

Технологическую оценку смешиваемых партий зерна мож- но проводить по ограниченному перечню показателей их фак- тического состояния и качества с учетом намечаемой произ- водственной цели.

§17. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫХОД И КАЧЕСТВО КЛЕЙКОВИНЫ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ

Выход клейковины и ее качественная характеристика, а, следовательно, и хлебопекарное достоинство пшеницы изме- няются в очень широких пределах. Факторы, влияющие на

106

БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

клейковину, можно объединить в три группы: внутренние при- чины, свойственные сорту (генетические); условия произрас- тания злакового растения и созревания зерна (экологические); действие физических и химических агентов, которыми обра- батывают зерно, муку или клейковину (экзогенные).

Сорт несет в себе совокупность всех наследственных факторов злакового растения, от которых в значительной мере зависит химический состав тканей растения, в том числе и его важнейшего репродуктивного органа — семени. В связи с этим

становится понятным наблюдаемые наследственные различия сортов пшеницы по способности накапливать в одних и тех же условиях определенное количество белка и клейковины. Экс- периментально проверены генетические различия между сор- тами по уровню белковости и содержанию клейковины. Установлено, что доля генотипической изменчивости достаточно высока и составляет 48% по содержанию белка и 43% по содержанию сырой клейковины от общей изменчивости.

Обнаружена сортовая устойчивость содержания глиадино- вой фракции в клейковине. Можно говорить о полноценно- сти белка как о сортовом признаке. Доказана роль

определенных хромосом и генов в наследовании содержания белка в зерне пшеницы. Работы по изучению генетической (сортовой) зависимости содержания и качества белка и клейковины расширяются.

Получены данные о том, что компонентный состав глиади- на, глютенина и консистенция эндосперма являются важней- шими факторами, обусловливающими генетический уровень качества муки, в том числе по таким показателям, как седи- ментация, сила муки, водопоглотительная способность, объем хлеба. Выявлено, что основную роль в накоплении белка в зер- не пшеницы и формировании его качества играют гены ядра. Получена замещенная линия* сорта Одесская 26, в которую введена чужеродная хромосома линии пшеницы 168. В заме- шенной линии значительно увеличилось содержание клей-

* Линия — потомство одного гомозиготного самоопыляющегося растения, размножающегося половым путем. Гомозиготный организм — особь, содер- жащая в клетках тела одинаковые гены.

ГЛАВА 2

ковины, но физические свойства теста резко ухудшились. Та- ким образом, селекция способна увеличить содержание бел- ка в зерне пшеницы, но может при этом ухудшить физичес- кие свойства клейковины. Это направление обеспечивает лишь создание высокобелковых форм фуражной пшеницы, относящихся к высокопотенциальному, преимущественно полукарликовому типу*.

Со временем с помощью цитогенетических методов у зерна пшеницы можно будет направленно регулировать уровень со- держания и качество белка и клейковины, а также их амино- кислотный состав. Решающее влияние на содержание и каче- ство клейковины оказывают почвенно-климатические условия выращивания пшеницы. Эти условия могут сильно исказить

количественную и качественную характеристику белкового комплекса как наследственного признака.

Между содержанием белка и влажностью (количеством осад- ков на протяжении вегетационного периода) наблюдается устойчивая обратная зависимость: чем выше влажность, тем ниже содержание накопленного белка. Высокая влажность, обеспечи- вающая повышенные урожаи, обычно ведет к снижению белко- вости зерна и, следовательно, его пищевой ценности. Выдающий- ся российский агрохимик и биохимик Прянишников показал, что зерно при большой влажности беднее азотом, так как расте-

нию приходится образовывать гораздо большее число зерен при том же запасе азота в почве, что и при малой влажности. Он опре-

делил пути предотвращения обеднения зерна белком с ростом урожайности. Если с увеличением влажности повысить уровень питания азотом, то можно предупредить снижение белковости зерна даже при резком увеличении урожая.

Практика подтвердила правильность этого положения — можно регулировать содержание белковых веществ в зерне, умело применяя азотистые удобрения, орошение и сортовые особенности. Наука и практика выявили, что влияние запасов

азота в почве на количество и качество белка и клейковины пшеницы проявляется не однозначно, а носит сложный ха-

* Карликовые формы растений — низкорослые, обычно скороспелые ра- стения, имеющие низкое отношение зерна к соломе.

108

________________________________________ БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

рактер. Различное содержание белка в зерне в условиях обиль- ного или недостаточного увлажнения зависит не только от со- держания азота в почве, но и от многих других факторов: вели- чины, структуры урожая (соотношение между корнями и надземной массой), особенностей углеводного обмена и кис- лородного режима, влияющих на характер и интенсивность процессов поглощения и усвоения азота растением и др.

Так как синтез белковых веществ связан с затратой энергии, температурные условия вегетационного периода пшеницы, особенно в период формирования и налива зерна, оказывают влияние на формирование качества зерна пшеницы. Вегета- ционными опытами показано, что снижение температуры с 15 до 20 °С уменьшает содержание белка в зерне яровой пше- ницы с 15,5 до 12,2%. В годы с сухим и жарким летом сила пшеничной муки всегда значительно выше, чем в годы с обиль- ными осадками и пониженной температурой.

Связность белкового комплекса и стойкость теста при бро-

жении в зависимости от условий роста и развития растения пшеницы, особенно в период созревания и налива зерна, из- меняются более чем в два раза. На количество и особенно ка- чество клейковины в период вегетации большое влияние ока- зывают вредители (клоп-черепашка, пшеничный трипс и др.) И болезни, а также неблагоприятные условия произрастания (засуха, действие заморозков). Велика роль агротехнических приемов: способов и сроков обработки почвы; количества и состава удобрений; сроков, дозы и способов их внесения; предшественников, орошения, сроков и способов уборки и т. д.

Разнообразны средства, при помощи которых можно изме- нить выход и качество клейковины после того, как зерно пше- ницы убрали с поля (при обработке и переработке). На коли-

чество и состав клейковины влияют степень раздробленности муки (ее крупность), соотношение между количеством воды и муки при замесе куска теста, продолжительность и температу- ра отлежки теста, промывная жидкость и ее состав, способ и продолжительность отмывания (результаты отмывания клей- ковины во многом зависят от навыков и умения лаборанта).

Жидкость, применяемая для отмывания клейковины, име- ет большое значение, так как клейковинные белки способны

109

ГЛАВА 2

растворяться в различных жидкостях неодинаково. Так, в за-

висимости от состава промывной жидкости количественное соотношение глютенина и глиадина изменялось от 1,61 (от- мывание 0,001%-ным водным раствором бромата калия) до 6,13 (отмывание водой). Дистиллированная вода значительно снижает выход сухой клейковины в результате перехода в ра- створ клейковинных белков, главным образом глиадина,

обладающего заметной растворимостью в дистиллированной воде. Известную роль в переходе белков клейковины в раствор

играет также повышенная растворимость диоксида углерода воздуха в дистиллированной воде.

Солевые растворы и водопроводная вода значительно мень- ше растворяют клейковинные белки. Соли укрепляют клей- ковину, делают ее более упругой, менее растяжимой. Практи- чески наиболее удобно применять водопроводную воду. Установлено влияние химического состава воды (содержание и состав растворенных в ней солей) на количество и качество отмываемой клейковины. Выход клейковины из одной и той же пробы муки различен в зависимости от жесткости воды. Рас- хождение достигает 3,7%.

При отмывании клейковины из зерна пшеницы Безостая 1 дистиллированной и водопроводной водой, взятой в г. Крас- нодаре, жесткостью 4,1 мг/экв и в станице Каневской, жестко- стью 0,52 мг/экв получен выход (%): 27,9; 29,5; 27,0. Неоди- наковым оказалось и качество клейковины (в единицах прибора ИДК): 70,8; 85,5; 73,5. Значение имеет не только об- щая жесткость воды, но и ее состав — содержание в воде одно- валентных катионов К+ и Na+ и двухвалентных Mg++ и особенно Са++. Увеличение продолжительности отлежки замешенного теста значительно повышает выход клейковины из морозобой- ного и пересушенного зерна, особенно в течение первых 20— 30 мин. Это следствие того, что в таком зерне белки менее гид- рофильны и требуют большего времени для набухания, предшествующего образованию связной клейковины.

Большое значение имеет содержание в муке ненасыщенных жирных кислот: олеиновой, линолевой и линоленовой. Эти

кислоты и их соли оказывают сильное укрепляющее действие на клейковину. Присутствие ничтожного количества этих кис-

БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

нот делает клейковину упругой, малорастяжимой и даже кро- шащейся. Это имеет большое значение при хранении пшенич- ной муки, в процессе ее так называемого созревания. Подоб-

ное действие ненасыщенных жирных кислот объясняется влиянием на клейковину продуктов их окисления. Качество

клейковины в значительной степени зависит от повышенных температур при сушке и горячем кондиционировании зерна, при котором зерно перед помолом увлажняется, а затем про- гревается в кондиционерах. Повышенные температуры укреп- ляют клейковину, она становится менее растяжимой и более упругой. Если температура нагрева зерна слишком высокая, белки клейковины свертываются, денатурируются, и тогда отмыть ее уже нельзя. Зерно, подвергшееся действию слиш- ком высоких температур, теряет свои первоначальные хлебо- пекарные достоинства.

На качество клейковины большое влияние оказывают ве- щества, содержащие сульфгидрильные группы, —SH. Эти ве-

щества при добавлении их в небольшом количестве к муке или к тесту резко ухудшают качество клейковины и теста, вызыва- ют их расплывание и разжижение (рис. 15). Среди соедине- ний, содержащих группу —SH, нужно особенно отметить уже рассмотренные ранее аминокислоты цистеин и глютатион. Глютатион представляет особый интерес, так как содержится I довольно большом количестве в зародыше пшеничного зер- на (0,45%), а также в дрожжах (особенно старых). Глютатион оказывает на клейковину сильное разжижающее действие — клейковина и тесто расплываются и ослабевают.

Отрицательное влияние на клейковину оказывает только восстановленная форма глютатиона (Г— SH).

Рис. 15. Влияние глютатиона на клейковину:

а - клейковина теста, приготовленного без глютатиона; б — клейковина те- ста, отмытая из теста, к которому перед замесом было прибавлено небольшое

количество восстановленного глютатиона

ГЛАВА 2_____________________________________________________________

Разжижающее действие цистеина и глютатиона на тесто и клейковину обычно объясняли тем, что эти вещества активи- зируют протеолитические ферменты муки, которые начина- ют энергично расщеплять белки клейковины. Опыты, прове- денные вне действия протеолитических ферментов, показали, что цистеин или глютатион вызывают немедленное расплы- вание клейковины. Сульфгидрильные соединения оказывают действие непосредственно на белки клейковины, вызывая глу- бокое изменение их физических свойств.

Качество клейковины зависит также от действия протеолити- ческих ферментов. Под их влиянием клейковина теряет свои первоначальные физические свойства, разжижается и иногда становится неотмываемой. Это явление наблюдается у муки, полученной из зерна, пораженного клопами-черепашками. Из такой муки нельзя отмыть клейковину потому, что клопы-чере- пашки, накалывая созревающее зерно, впускают в него слюну, содержащую активный протеолитический фермент. Внесенный в зерно протеолитический фермент сохраняется в нем, фермент начинает действовать, разрушая белки клейковины в приготов- ленном из такой муки тесте. В зернах злаковых и семенах бобовых культур содержатся белки-ингибиторы, способные соединяться с протеолитическими ферментами, снижая их активность, что также может сказываться на качестве клейковины.

В эндосперме пшеничного зерна клейковина распределена неравномерно (рис. 16). Больше всего клейковины в наруж- ном слое эндосперма, в следующих меньше, совсем мало во

_________________________________________БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

ническая обработка пшеничной муки с использованием ша-

ровой мельницы оказывает необычайно сильное воздействие на клейковину, резко укрепляя ее. Цвет клейковины не сказы-

вается на упругих свойствах и на хлебопекарном достоинстве пшеничной муки.

Немецкий исследователь Гесс выдвинул теорию микро- и субмикроструктуры эндосперма пшеницы. При обработке муки высшего сорта органическими жидкостями с относитель- ной плотностью около 1,38 он выделил две фракции белка. Одна из них состоит почти из чистого белка и в неразрушен- ном зерне составляет сплошную основу (подложку), в кото- рой распределены зерна крахмала. При исследовании в элек-

тронном микроскопе этот белок имеет вид бесструктурных пластинок. Гесс назвал эту фракцию белка промежуточным, или клиновидным белком — цвикельпротеином (Zwickelprotein). Вторая фракция белка плотно прикреплена к по- верхности крахмальных зерен, ее не удается выделить даже после измельчения муки на шаровой мельнице. По Гессу при- крепленный белок— хафтпротеин (Haftprotein), имеет фиб- риллярную структуру. Российские исследователи подтверди- ли наличие двух фракций белка в эндосперме пшеницы. Гесс утверждал, что прикрепленный белок не может формировать сам по себе клейковину, но участвует в ее образовании вместе с промежуточным белком, обусловливая газоудерживающую способность набухшей клейковины. Российские исследовате- ли убедились, что оба типа белка образуют нормальную клей- ковину. Они доказали также, что из стекловидного эндоспер-

ма даже после энергичного механического воздействия шаров вибрационной мельницы фракционированием (по Гессу) из- влекается меньше промежуточного белка, чем из мучнистого.

Азот этой фракции из зерна мучнистой пшеницы составляет в среднем 36,8% общего азота муки, а из зерна стекловидной пше- ницы — 12,03% (в три раза меньше). Отсюда вытекает зависи-

мость количественного соотношения между промежуточным и прикрепленным белком от консистенции зерновки.

Встекловидном эндосперме зерна белковая подложка прочно

снизана с крахмалом. При разрушении такого эндосперма крахмаль- ные зерна раскалываются вместе с окружающим их белком.

ГЛАВА 2____________________________________________________________

В мучнистом эндосперме крахмальные зерна слабо связаны со слоем прикрепленного белка, промежутки между зернами крахмала легко освобождаются от окружающего их белка. Бел- ковые фракции, получаемые по Гессу, охарактеризованы не- достаточно. При измельчении стекловидный эндосперм раз- рушается по линиям между группами клеток, а содержимое клеток сохраняется как организованное целое даже при разру- шении клеточных оболочек.

При измельчении мучнистого эндосперма его клетки раз- рушаются полностью, их содержимое высыпается наружу. Ча- стицы муки из такого эндосперма лишены клеточной структу- ры. Отсюда становятся понятными физические различия между крупчатой мукой из стекловидного эндосперма и мажу- щейся из мучнистого.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие элементы и в каком количестве входят в состав бел ков?

2.Каковы свойства и биологическая роль белков в организ

ме?

3.Какие аминокислоты входят в состав белков?

4.Какие основные формы связей в белке существуют?

5.В чем состоит пространственная организация белковой молекулы?

6.Как классифицируются белки?

7.Что представляет собой небелковый азот?

8.Что представляют собой запасные белки?

9.Какие способы выделения белков существуют?

10.Какие белки называются биологически полноценными?

11.Что такое клейковина, каково ее значение, состав и свой

ства?

12.Какая пшеница называется сильной, средней, слабой?

13.В чем заключается смесительная ценность зерна пше ницы, от чего она зависит?

14.Какие методы определения количества и качества клейковины вы знаете?

15.Какие факторы влияют на выход и качество клейковины?

114

Глава 3

БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ,

СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР

§ 1. БЕЛКИ ЗЕРНА РЖИ

По многолетним данным биохимической лаборатории ВИР, содержание белка в зерне ржи колеблется от 9 до 20%. В зави-

симости от места выращивания разница в содержании белка у одного и того же сорта может достигать 30% и более (табл. 12). Повышение процента белка в зерне ржи наблюдается с севе- ро-запада на юго-восток и с севера на юг. По содержанию бел- ка зерно ржи несколько уступает зерну пшеницы.

Аминокислотный состав белков озимой ржи разных лет уро- жая, сортов и районов произрастания показан в таблице 13.

Белки зерна ржи несколько отличаются по аминокислотному составу от белков зерна пшеницы. Аминокислотный состав

суммарных белков озимой ржи колеблется в значительных пределах в зависимости от сортовых особенностей и от усло-

Таблица 12

Содержание белка в зерне озимой ржи, % (данные Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур)

ГЛАВА 3 ____________________________________________________________

Таблица 13

Аминокислотный состав белковых веществ озимой ржи Вятка Московская, % сухого вещества

вий выращивания. Предшественники не оказывают суще- ственного влияния на аминокислотный состав зерна. Коле-

бания в содержании отдельных аминокислот в большинстве случаев находятся в пределах ошибок определения.

Белки зерна ржи в связи с более высоким содержанием незаменимых аминокислот— лизина, треонина и фенилала- нина — более ценные в пищевом отношении, чем белки зерна пшеницы. Различий в аминокислотном составе зерна озимой и яровой ржи нет. Аминокислотный состав отдельных частей зерна ржи неодинаков. Белки алейронового слоя и зародыша значительно отличаются по составу от белков эндосперма. Они содержат больше лизина, гистидина, тирозина, серина. Их

БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ, СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ

биологическая ценность значительно выше, чем белков эн- досперма. Различия аминокислотного состава белков зерна диплоидной и тетраплоидной ржи незначительны.

О фракционном составе белков зерна ржи можно судить по данным лаборатории биохимии ВИР, дополненным различ- ными литературными источниками (табл. 14). В солевую вы- тяжку из тщательно растертой муки переходит до 53% азоти- стых веществ и среди них альбумины, глобулины и небелковые вещества. В зерне озимой ржи основных сортов разных лет уро-

жая и разных районов произрастания содержание общего азота колеблется от 1,50 до 2,24%. Из них (% к общему азоту) со- лерастворимых фракций белка (альбумин + глобулин) — от 36,46 до 46,65 и спирторастворимых — от 22,82 до 32,77. Если

клейковина зерна пшеницы изучалась длительное время и о ее составе и свойствах накоплен обширный материал, то клейко-

вина зерна ржи стала предметом углубленных исследований только во второй половине XX столетия.

При обычных условиях замеса теста из ржаной муки клей- ковина не отмывается, и на этом основании долгое время счи- тали, что ржаная мука в отличие от пшеничной клейковины не содержит.

Первое сообщение о получении клейковины прямым отмыванием из ржаной муки появилось в 1945 г. В 1950—1955 гг. при экстрагировании белков слабыми органическими кисло- тами и осаждении их при нейтрализации была выделена клей- ковина зерна ржи.

Российские исследователи отмывали ржаную клейковину двумя способами. По первому способу клейковинные белки извлекают из сортовой ржаной муки слабыми кислотами (на- пример, 0,01 нм раствором муравьиной кислоты). Смесь энер-

ГЛАВА 3

гично встряхивают и центрифугируют. После фильтрации че- рез стеклянную вату жидкость осторожно нейтрализуют (на- пример, насыщенным раствором Са(ОН)2 Выделяющийся при рН 5,8-6,0 осадок отделяют центрифугированием. Таким способом получили 5,3-9,3% сырой клейковины с влажно- стью 75—86,9%, выходом сухой клейковины 1,0—1,63% и со- держанием белка в сухом веществе 85,90%. Клейковина ржи слабая и малоэластичная. При осторожном промывании во- дой из нее удаляется часть крахмала и много растворимых уг- леводов, главным образом слизей. При этом клейковина ста- новится более крепкой, влажность ее уменьшается до 66,7%.

Второй способ заключается в отмывании клейковины из белковых фракций, полученных фракционированием белков муки в безводной среде методом Гесса. Клейковину выделяют из промежуточного белка, составляющего около 3,5% от мас- сы муки. Промежуточный белок выделяют также из обогащен- ной белком (24%) фильтровой пыли пневматических мельниц, перерабатывающих зерно ржи. Выход промежуточного белка достигает 26% (от массы, взятой для анализа пыли) с содержа- нием белка 69,7—74,9%. Гидратация ржаной клейковины ко- леблется от 200 до 290%, удельная растяжимость — от 0,06 до 1,33 см/мин. Клейковина зерна ржи отличается от клейкови- ны зерна пшеницы по цвету (светло-серый).

Применяемые методы не обеспечивают полного извлече- ния ржаной клейковины. Потери белков, содержащихся в муке, при отмывании клейковины достигают 50% и более. Поэтому

вопрос о количественном содержании клейковины в зерне ржи и изменчивости этого признака пока недостаточно ясен.

Содержание клейковины в зерне ржи рассчитывают сле- дующим образом. Составляют смесь из 80% пшеничной муки, содержащей не менее 26—27% клейковины нормального ка- чества и 20% ржаной муки. Присутствие большой массы пше-

ничной клейковины способствует агрегатированию частиц ржаной клейковины и предохраняет их от вымывания. Из об-

щего количества отмытой клейковины из смеси вычитают долю, приходящуюся на пшеничную клейковину. При исследовании этим способом 34 проб зерна ржи установле- но: содержание белка — 9,6-17,9%, сырой клейковины — 6—

_______ БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ, СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ

26% и сухой клейковины — 1,5—6,8%. Этот способ и приме- няемый расчет неточны, поскольку тот и другой, видимо, по-

казывают лишь какое количество белков ржи входит в состав пшеничной клейковины.

Слизи оказывают существенное влияние на формирование клейковины зерна ржи. Высказывают предположение, что

слизистые вещества не просто мешают частицам клейковины слипаться, но, вступая в соединение с белком, образуют ра- створимые в воде комплексы. Отрицательного влияния на об- разование клейковины ржи можно ожидать также от продук- тов реакции растворимых белков с углеводами. Присутствие в зерне ржи гликопротеидов было известно раньше, возможно, ли вещества образуются в тесте.

Учитывая особенности образования и выделения клейко- вины зерна ржи, разработан метод ее прямого отмывания. Муку (50 г) замешивают в виде суспензии на 1%-ном растворе K2SO4 В 3%-ном NaCl. Из суспензии на сите с отверстиями 300— 400 мкм частично удаляют оболочки. Суспензию 4—5 раз цен-

трифугируют с повторными ее приготовлениями на том же растворе солей. Конечный осадок промывают водопроводной кодой на шелковом (капроновом) сите. Выход клейковины при этом обычно составляет до 90% от теоретически возможного.

По физическим свойствам клейковина зерна ржи напоми-

нает слабую клейковину зерна пшеницы с низкой упругостью И эластичностью. Растяжимость ее колеблется в очень широ- ких пределах. В одних случаях она растягивается до тонкой нити, в других получается в виде рыхлой малосвязанной мас- сы, которая быстро разрывается даже при слабом растягива- нии. Клейковина зерна ржи обладает гидратацией, превыша- ющей гидратацию зерна пшеницы и ячменя (220—310%).

Физические свойства клейковины зерна ржи различных сортов и мест произрастания сильно отличаются. При опре- делении белковых фракций методом последовательной экст- ракции 0,01 М раствором пирофосфата натрия (рН 7,0), 70%- ным этанолом и 0,2%-ным раствором едкого натра видно, что клейковина зерна ржи отличается от клейковины зерна пше- ницы преобладанием спирторастворимой фракции над щело- черастворимой (табл. 15).

ГЛАВА 3 ____________________________________________________________

Таблица 15

Сравнительный фракционныйсостав белков клейковины ржи и пшеницы, % от общего содержания азота

В белках зерна пшеницы на долю клейковинных фракций приходится 70—75% общего их содержания в зерне, а в белках зерна ржи они составляют лишь 40%. Большая часть белков зерна ржи растворяется в воде и слабых солевых растворах. В зерне пшеницы отношение глиадина к глютенину прибли- зительно составляет 1:1, ржи — 2:1. Глиадин ржи — гетероген- ный белок, состоящий из восьми одноцепочных и трех много- цепочных компонентов. Главный компонент глиадина — белок с молекулярной массой 40000. Глютенин зерна ржи менее ге- терогенен. Обнаружено, что увеличение его содержания со- провождается укреплением клейковины.

Содержание общего азота и белка в зерне снижается от периферии к центру. В периферическом слое эндосперма най- дено белка 12,9%, а в центре его 6,2%. Содержание белка в зародыше самое большее (25,8%), он наиболее богат водо- и солерастворимыми белками (63,1%), в нем повышенное ко- личество лизина (7,2%) и серина (6,7%). Наибольшее количе-

ство сырой клейковины сосредоточено в периферических слоях (7,8%), наименьшее — в центре зерновки (0,6%).

Клейковина, отмытая из различных частей зерновки, отли- чается по своим физическим свойствам, лучшая — из перифе- рических слоев. Из зерна ржи с применением измельчения на

шаровой мельнице были выделены фракции промежуточного (смесью хлороформа с бензолом) и прикрепленного (этилен- хлоргидрином) белка. Они отличались по составу. Если в про- межуточном белке содержание солерастворимой и спиртора- створимой фракций мало различалось (24,7 и 27,2%), то в

________БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ, СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ

прикрепленном белке соотношение этих фракций оказалось резко различным (50,8 и 26,4%). В аминокислотном составе фракций белка ржи наибольшие различия обнаружены по ли- зину (в промежуточном белке 2,73%, прикрепленном 4,58%), аланину (соответственно) 3,45 и 4,74% и цистину + цистеину

2,31 и 1,58%.

§ 2. БЕЛКИ ЗЕРНА ТРИТИКАЛЕ

Тритикале — новый ботанический род, первая искусствен- но созданная зерновая культура, полученная от скрещивания пшеницы (Triticum) и ржи (Secale). Разные формы тритикале являются пшенично-ржаными амфидиплоидами (АД). Боль- шое внимание, уделяемое сейчас тритикале, вызвано тем, что этот гибрид объединяет в себе достоинства пшеницы и ржи — высокую продуктивность, повышенное содержание белка,

Стойкость к низким температурам и другим неблагоприятным факторам среды.

По содержанию белка зерно тритикале превосходит не только зерно ржи, но и зерно пшеницы. Зерно пшеницы Ми- роновская 808 в разные годы содержало белков 12,9—12,0% и зерно ржи Харьковская 55 — 11,3-10,2%. В зерне трехвидо- вых тритикале, полученных с участием названных родителей, содержание белков разных лет урожая оказалось: АД 201 — 16,0 и 13,8%, АД 19616,3 и 13,6, АД 33315,2 и 14,1. Боне высокое содержание белка в зерне тритикале объясняет-ся его повышенной щуплостью и относительно большим со- дeржанием богатых белком алейронового слоя и зародыша. Из муки семи сортов тритикале отмывали клейковину в ко- личестве 27,6...30,8%, в среднем 29,7%, которая имеет худ- шее качество, более слабая, чем клейковина зерна пшени- цы, — показатели ИДК-1 составили 103—108.

Клейковина тритикале уступает клейковине зерна пшени-

цы также по набухаемости и растворимости в слабой уксусной кислоте. По фракционному составу белки тритикале в основном занимают промежуточное положение между бел- ками зерна ржи и пшеницы. Белковый комплекс тритикале одержит большое количество альбуминов, унаследованное