Раздел 10.Роль биохимических процессов при

ХРАНЕНИИ И ПЕРЕРАБОТКЕ ПИЩЕВОГО СЫРЬЯ

Лекция 16.Биохимические процессы, происходящие

в пищевом сырье при хранении

1. Прикладное значение биохимических превращений,

происходящих в пищевом сырье при его хранении и переработке

Биохимические показатели и превращения лежат в основе качественной оценки пищевого сырья, мероприятий по борьбе с потерями в процессе хранения и разработки путей усовершенствования технологических процессов пищевой промышленности.

За последние 50 лет возникли совершенно новые отрасли пищевой промышленности, базирующиеся на достижениях биологической химии и представляющие собой ее практические приложения. К примеру, производство органических пищевых кислот – лимонной, молочной и других с помощью различных микроорганизмов.

Если взять витаминную промышленность, то она целиком является примером приложения успехов биологической химии. Выявление сырьевых ресурсов, разработка и совершенствование технологии производства, нормы и способы применения витаминов – все базируется на биохимии, на ее успехах и достижениях.

Нужно отметить, что качественное изучение растительного сырья биохимик должен вести в неразрывной связи с селекционером и технологом. Примером того, к каким печальным результатам приводит забвение этой истины, является история пшеницы «Заря», которая была выведена селекционерами как весьма урожайный и хороший во многих отношениях сорт. Этот сорт пшеницы без предварительной биохимической оценки с точки зрения свойств его белково-протеазного комплекса и качества клейковины в свое время занял на Украине большие площади. Оказалось, что он дает муку с совершенно неудовлетворительными хлебопекарными качествами.

Интересные работы, свидетельствующие о высокой эффективности связи селекционеров с биохимиками, проведены в последние десятилетия в США по выведению высокомасличных форм кукурузы. В результате обширных исследований, проведенных селекционерами в тесной увязке с биохимиками, выведены формы кукурузы, содержащие в зерне до 14% жира.

Весьма важной задачей, стоящей перед селекционерами и биохимиками, является повышение пищевой и кормовой ценности белков зерновых и зернобобовых культур путем выведения сортов, запасные белки которых более богаты незаменимыми аминокислотами, в первую очередь, лизином, триптофаном и метионином.

Ряд важных задач стоит перед биохимией в связи с борьбой за повышение качества пищевых продуктов. В целях улучшения вкусовых качеств и аромата продукции приходится применять специальные методы, которые дают возможность выделять вещества ароматического комплекса в неизменном состоянии, а также производить их идентификацию и количественное определение в ничтожно малых количествах, исчисляемых тысячными долями миллиграмма.

2. Биохимические процессы, происходящие при прорастании и созревании зерна

Для прорастания зерна необходимы три условия: влага, доступ кислорода и известный минимум тепла.

В результате прорастания резко усиливается действие ферментов зерна, начинается процесс растворения отложенных в эндосперме сложных веществ с образованием более простых. Крахмал превращается в декстрины и мальтозу, белок – в аминокислоты, жир – в глицерин и жирные кислоты.

Сухой вес зерна при прорастании очень сильно понижается, т.к. в этот период зерно теряет большое количество содержащихся в нем органических веществ. В процессе прорастания зерна активность ферментов резко увеличивается: особое значение имеет увеличение активности -амилазы. Именно оно является главной причиной резкого ухудшения хлебопекарных качеств муки, полученной из проросшего зерна (мука, полученная из проросшего зерна, дает плохой хлеб с невкусным, заминающимся, неэластичным и недостаточно пористым мякишем).

Другой причиной ухудшения качества муки, полученной из проросшего зерна, является изменение свойств клейковины под влиянием протеолитических ферментов. Клейковина теряет упругость и становится очень слабой, липкой, а затем полностью разрушается. На первых этапах прорастания разрываются дисульфидные и водородные связи в клейковинном белке, а далее начинают расщепляться пептидные связи (происходит протеолиз).

При прорастании резко возрастает дыхание зерна. Поэтому совершенно ясно, что проросшее зерно при прочих равных условиях будет храниться значительно хуже, чем нормальное.

При созревании зерна происходят процессы, в целом как бы обратные тем, которые наблюдаются при прорастании. При созревании, во-первых, постепенно понижается активность ферментов и доходит, наконец, до какой-то величины, характерной для полностью созревшего зерна. Поскольку при созревании понижается активность ферментов, естественно, что и процесс дыхания, интенсивность которого зависит от действия ферментов, также будет ослабевать и, наконец, достигнет какой-то величины, характерной для полностью созревшего зерна. По мере созревания происходит превращение растворимых низкомолекулярных веществ, притекающих в зерно из листьев и стеблей, в высокомолекулярные нерастворимые вещества.

На ранних фазах созревания почти половина сухого вещества зерна состоит из сахаров и растворимых левулезанов. По мере созревания количество высокомолекулярных углеводов – крахмала и гемицеллюлоз – постепенно возрастает, а содержание сахаров и левулезанов соответственно убывает. Образование нерастворимых полисахаридов происходит за счет притекающих в зерно растворимых сахаров.

При созревании зерна количество аминокислот в нем постепенно уменьшается, а содержание белка возрастает: синтез белков идет за счет притекающих в него аминокислот.

Клейковина образуется в созревающем зерне очень рано, еще до начала молочной спелости, однако качество ее в этот период низкое, она крошится и с трудом образует связный комок. По мере созревания зерна содержание клейковины в нем растет, а качество улучшается. При созревании семян происходит также накопление жира (за счет углеводов, притекающих в семена из листьев и стеблей). По мере созревания происходит постепенное превращение крахмала в жир, т.е. как бы «ожирение» крахмальных зерен.

Вопрос о накоплении веществ в созревающем зерне имеет большое практическое значение в связи с определением правильных сроков уборки урожая и в связи с борьбой за снижение потерь зерна при уборке. Важнейшим средством борьбы с потерями является раздельная уборка зерновых культур, при которой зерно, убранное в период восковой спелости, остается некоторое время после жатвы в снопах и валках. Раздельная уборка значительно снижает потери зерна от осыпания и способствует при благоприятной погоде быстрому подсыханию зерна в валках, что улучшает его товарные и семенные качества. Практически раздельную уборку следует начинать при влажности зерна около 35-40%, что соответствует середине фазы восковой спелости.

При созревании зерно может подвергаться различным неблагоприятным воздействиям, в результате чего ухудшаются его мукомольные и хлебопекарные качества.

Во-первых, это прорастание зерна во время созревания и в процессе уборки.

Второй важный вид дефектного зерна – это морозобойное зерно пшеницы. Морозобойная пшеница появляется в результате воздействия мороза на не совсем созревшее зерно. Если влажность зерна выше 45%, оно особенно легко повреждается морозом.

Морозобойное зерно пшеницы отличается от нормального по внешнему виду: оно более щуплое, имеет морщинистую поверхность, цвет его изменен. Морозобойное зерно дает муку с низкими хлебопекарными качествами, плохо хранится и легко подвергается самосогреванию и порче. Мука, полученная из морозобойного зерна, содержит меньше клейковины и, что особенно важно, качество клейковины значительно ухудшается. Клейковина, отмытая из такой муки, крошащаяся, неупругая, неэластичная. Вместе с тем мука из морозобойного зерна отличается повышенной активностью -амилазы. Чем зерно менее зрелое и чем выше его влажность, тем сильнее оно повреждается морозом и тем хуже его семенные и хлебопекарные качества. Мука, полученная из морозобойного зерна, дает хлеб с заминающимся мякишем, сладковатым, имеющим неприятный запах и вкус солода.

Во время созревания зерно пшеницы может быть повреждено клопами-черепашками. Зерно, поврежденное этими насекомыми, отличается от нормального тем, что в месте повреждения имеет темную точку и светлое пятно; иногда темной точки нет и в месте повреждения имеется лишь светлое пятно с морщинистой поверхностью. Клоп-черепашка во время созревания зерна накалывает его своим хоботком и в месте укола вводит слюну, в которой содержатся очень активные ферменты. Особенно активны в слюне этого насекомого протеазы, расщепляющие белки и поэтому разрушающие клейковину. Этот фермент наиболее активно действует при слабощелочной реакции и в этом отношении сходен с трипсином кишечника человека.

В результате повреждения зерна клопами-черепашками снижается содержание общего азота в зерне: если в нормальной части зерна азота 2,76% от сухого вещества, то в поврежденной – лишь 1,14. Это происходит потому, что черепашка, накалывая зерно, частично растворяет и высасывает его содержимое, в первую очередь белок. В поврежденной части зерна под влиянием фермента, внесенного черепашкой, половина всего белка расщеплена, превращена в низкомолекулярные азотистые соединения.