Лекция для Д-А405

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ И СЕМЯН

Целесообразность использования плодов и семян различных сельскохозяйственных культур на те или иные цели (продовольственные и фуражные) определяют прежде всего по химическому составу и показателям безопасности. Существенную роль играет анатомия и структура плода и семени. В состав любого плода, например, зерновки зерна входит органические соединения (белки, углеводы, липиды, пигменты, витамины, ферменты), минеральными вещества и воду.

При изучении биохимию условно делят на статическую и динамическую. Статическая биохимия изучает химический состав и свойства веществ живых организмов. Задача динамической биохимии — изучение превращений веществ в живых организмах. Это деление позволяет облегчить изучение биохимии. В действительности тот и другой аспекты познания биохимии невозможно расчленить. Невозможно изучить и понять: превращения какого-либо вещества организма без знания его строения и свойств и вместе с тем описание особенностей биохимических соединений без характеристики их превращений в организме не даст о них полного представления. Совокупность химических процессов, происходящих в живом организме, составляет биологический обмен веществ. Обмен веществ (метаболизм) живой клетки состоит из двух групп основных реакций — катаболических и анаболических. Часть общего процесса обмена веществ, завершающаяся разрушением веществ, входящих в состав организма, т. е. распадов элементов живого тела и их диссимиляцией, называют катаболизмом. Сюда относятся разнообразные реакции расщепления (гидролиз, фосфоролиз) и окисления. При этом высокомолекулярные органические вещества расщепляются до простых веществ с одновременным выделением содержащейся в них свободной химической энергии, влияющие затем на процессы жизнедеятельности. Другая часть общего процесса обмена, называемая анаболизмом —это поглощение и усвоение (ассимиляция),т.е. совокупность химических процессов в живых организмах, направленных на образование и обновление структур клеток й тканей. При анаболизме из относительно простых молекул строятся сложные. Эти процессы обычно осуществляются с затратой энергии. Анаболические и катаболические процессы протекают в живой клетке. Различают три уровня связи между катаболизмом и анаболизмом. На первом уровне — источников углерода — продукты катаболизма могут стать субстратами анаболических реакций. На втором уровне — энергетическом — анаболические процессы протекают с потреблением энергии АТР и других высокоэнергетических соединений, образующихся в процессе катаболизма. На третьем уровне — восстановительных эквивалентов — реакции анаболизма потребляют восстановительные эквиваленты, а в случае процессов катаболизма в основном окислительные. Метаболизм включает в себя все разнообразие реакции, происходящих в живом организме: окисление, восстановление, расщепление, объединение молекул, межмолекулярный перенос и т.д. Строение клетки. Тело многоклеточного организма (растения) содержит огромное количество клеток, которые выполняют различные функции и образуют разнообразные ткани и органы. Снаружи клетка покрыта клеточной оболочкой или клеточной стенкой, за которой располагается наружная мембрана, окружающая протоплазму. Протоплазма состоит из ядра и цитоплазмы. Цитоплазма. Полужидкое содержимое клетки, в которой расположены все субклеточные органеллы (ядро, пластиды, митохондрии, рибосомы, лизосомы и растворимые ферменты).Ядро. Необходимая составная часть всех клеток, участвующая во всех жизненных процессах, протекающих в клетке. Для него характерна более плотная консистенция по сравнению с цитоплазмой. Ядро состоит из оболочки, наружной мембраны, ядрышка и хромосом. Число хромосом строго определено для каждого вида растений. Даже у пшенице это количество разное: у твердой пшеницы — 28, мягкой — 42. Хромосомы несут видовую и индивидуальную информацию, обеспечивающую передачу наследственных признаков организма. Основная функция ядра— хранение и реализация наследственной информации. Пластиды. Особые органеллы в цитоплазме растительных клеток, состоящие из липидов, белков, пигментов и минеральных веществ. Они содержат также различные ферменты, витамины и органические вещества из неорганических (фотосинтез).

Рибосомы. В них происходит процесс синтеза белков. Они расположены во всех участках клетки. Функция рибосом — синтез белков из аминокислот, выработанных или поглощенный клеткой и используемых для построения новых белков.

Мембраны. Входят в клеточные органеллы (ядро, хлоропласты, митохондрии). Они представляют собой функционально активные поверхностные структуры клеток, состоящие из нескольких молекулярных слоев, отграничивающих цитоплазму и большинство внутриклеточных структур, а также образующих внутриклеточную систему канальцев, складок и замкнутых полостей. Мембраны обладают свойствами полупроницаемых перегородок. Через поры могут проникать вода и растворенные в ней вещества, если размеры их молекул меньше диаметра пор. Кроме того, в мембранах имеются так называемые каналы ионной проводимости, которые избирательно пропускают определенные ионы. Они преодолевают мембранный барьер и проникают в цитоплазму разными путями — через поры и каналы ионной проводимости с помощью диффузионных сил благодаря градиенту концентрации, определяемому химическим потенциалом. Через мембрану клетка вступает в контакт с внешней средой. Растительные клетки покрыты толстыми наружными стенками (оболочками), представляющими собой дополнительное образование на наружной поверхности тонкой клеточной мембраны — клеточные стенки. В состав клеточных стенок у большинства растений входят клетчатка.

Оболочки. Делятся на плодовую и семенную. Плодовая оболочка покрывает зерно, ее сравнительно легко можно удалить. Семенная оболочка прочно срастается с находящимся под ней алейроновым слоем и состоит из двух слоев: верхнего, содержащего красящие вещества, которые придают окраску зерну, и внутреннего — бесцветного слоев оболочек имеют одеревеневшие стенки, построенные из клетчатки. В созревшем зерне клетки оболочек внутри пустые. Общая масса оболочек довольно значительна — до 9% массы всего зерна.

Алейроновый слой. Состоит из одного ряда очень крупных клеток, стенки которых довольно толстые, прозрачные, содержат в основном клетчатку. Клетки заполнены наполовину белком— алейроном, а также минеральными веществами и капельками жира. Алейроновый слой играет важную роль при доставке питательных веществ развивающемуся молодому колосу. Масса алейронового слоя составляет 5—7 % массы зерна.

Эндосперм. Составляет главную массу зерна, до 85%. На 2/з и более эндосперм состоит из крахмала и содержит около 15 % белка. Весь крахмал зерна заключен в эндосперме. Кроме крахмала и белка эндосперм содержит небольшое количество сахаров, клетчатки, жира, минеральных солей и некоторых других веществ. Причем содержание химических компонентов неодинаково во всех частях эндосперма: центральные его части богаты крахмалом, а части, примыкающие к оболочкам (периферийные части), наиболее богаты белками, сахарами, витаминами, ферментами и т. п.

Зародыш. Составляет 2—3 % массы зерна. Он богат белками, сахарами, жировыми веществами; здесь сосредоточено более половины всех витаминов зерна.

Химический состав частей зерна пшеницы не является постоянным, так как на него большое влияние оказывают район произрастания, климатические условия, применявшаяся агротехника выращивания и сортовые отличия В таблице 1 представлен средний химический состав зерна пшеницы различных видов. Кроме указанных в таблице веществ твердая пшеница содержит до 0,5 мг% (0,5 мг в 100 г зерна) каротиноидных пигментов, которые почти полностью отсутствуют в мягкой пшенице и в очень небольшом количестве (менее 0,2 мг%) содержатся в мягкой стекловидной пшенице. Именно это свойство является основным показателем твердой пшеницы как сырья для макаронного производства, так как красящие каротиноидные пигменты придают зерну п макаронным изделиям привлекательный янтарно-желтый цвет.

Зерно пшеницы, продольный разрез которого изображен на рис. 2,состоит из оболочек 1, алейронового слоя 2, эндосперма3 и зародыша 4.

Рис. 2. Продольный разрез зерна пшеницы

В таблице 1 приводятся данные о составе зерна различных культур, которые следует рассматривать как средние, подверженные значительным отклонениям.

Таблица 1.

Химический состав зерна в %

Компоненты зерна	Пшеница		Рожь	Овес	Кукуруза	Просо	Ячмень
	озимая	яровая
Вода	15,0	15,0	15,0	15,0	15,0	15,0	15,0
Белок	11,0	13,2	9,0	10,3	9,9	10,6	9,5
Безазотистые экстрактивные вещества	68,5	66,1	70,7	56,4	67,2	58,6	67,0
Жир	1,9	2,0	1,7	4,8	4,4	3,9	2,1
Клетчатка	1,9	1,8	1,9	10,3	2,2	8,2	4,0
Зола	1,7	1,9	1,7	3,6	1,3	3,8	2,5