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.)

Культура	Белки	Крахмал	Моно- и ди­сахариды	Клет­ чатка	.Липиды	Минераль­ные вещества	Вода
Пшеница мягкая: озимая	11,2	54,0	1,2	2,4	2,1	1,7	14,0
яровая	12,5	53,0	0,9	2,5	2,3	1,7	14,0
Пшеница твердая	13,0	54,5	0,8	2,3	2,5	1,7	14,0
Рожь	9,9	54,0	1,5	2,6	2,2	1,7	14,0
Тритикале	12,8	53,5	1,0	2,6	2,1	1,7	14,0
Кукуруза	10,3	56,9	1,6	2,1	4,9	1,2	14,0
Ячмень	10,3	48,1	1,3	4,3	2,4	2,4	14,0
Овес	10,0	36,5	1,1	10,7	6,2	3,2	13,5
Рис	7,5	55,2	0,9	9,0	2,6	3,9	14,0
Просо	11,2	54,7	1,9	7,9	3,9	2,9	13,5
Сорго	10,6	58,0	1,6	3,5	4,1	2,2	13,5

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 %).