Химический состав зерна, строение зерновки

В состав зерна зерновых культур входят вода, органические и минеральные вещества, а также ферменты и витамины. Состав зерна может изменяться в зависимости от условий произрастания, уровня агротехники и сорта.

Вода всегда присутствует в зерне в том или ином количестве. Содержание воды зависит от культуры, ее анатомических особенностей, количества гидрофильных коллоидов, степени спелости, условий уборки и хранения. Вода в зерне может быть в следующих видах:

химически связанная вода входит в состав молекул веществ в строго определенных соотношениях. Выделить такую воду можно только прокаливанием или химическим воздействием, при этом происходит разрушение структуры веществ, в ходящих в зерно;

физико - химически связанная вода входит в состав зерна в различных, не строго определенных соотношениях, к этой форме относится адсорбционно связанная, осмотически поглощенная и структурная вода. Молекулы воды, сорбированные гидрофильными коллоидами, теряют свойства растворителя, не могут легко перемещаться и участвовать в химических реакциях, поэтому физиологические процессы сведены к минимуму;

механически связанная вода размещена в микро- и макрокапиллярах зерна. Она имеет все свойства обычной воды и называется свободной, легко удаляется при сушке. Вода, удаленная из зерна при высушивании, называется гигроскопической, включает свободную воду и физически связанную.

Влажность зерна во время уборки разных культур в зависимости от климатических условий колеблется в больших пределах — от 10...12 до 25...30 % и более. Зерно с повышенной влажностью сушат, доводя его до воздушно-сyxого состояния (влажность 14...15 %).

Азотистые вещества - важнейшая составная часть зерна хлебных злаков. Основную массу азотистых веществ в зерне составляют белки. Содержание небелковых азотистых веществ в созревшем зерне не превышает 2...3 % общего количества азотистых веществ, которые в основном представлены свободными аминокислотами и амидами.

По содержанию энергии белки превосходят крахмал, сахар и уступают только растительным маслам. Наиболее богата белками твердая пшеница. Содержание белка в зерне всех хлебов увеличивается при продвижении их посевов с севера на юг и с запада на восток. Сухость климата и повышенное содержание азота в почве влияют на качество зерна. Повысить содержание белка в зерне можно, применяя соответствующую технологию возделывания. Наибольшему накоплению его в зерне способствуют размещение по лучшим предшественникам, применение органических и минеральных удобрений, защита посевов от вредителей и болезней, своевременная уборка. При уборки пшеницы в фазе восковой спелости содержание бека в зерне выше, чем при полной спелости.

Белки - основной материал при построении клеток и тканей у человека и животных. Они делятся на простые и сложные: нуклеопротеиды, липопротеиды, отличающиеся более сложным химическим составом. Простые белки в основном включают следующие фракции: альбумины (водорастворимые белки), глобулины (белки, растворимые в слабых растворах нейтральных солей), глиадины (белки, растворимые в 70...80%-ном этиловом спирте), глютенины (белки, растворимые в слабых растворах кислот и щелочей). Наибольшую ценность представляют глиадины и глютерины. Для хлебопечения лучше их соотношение 1:1.

Качество белка определяют по составу аминокислот: чем больше незаменимых и лимитирующих кислот (вaлинa, лизинa, триптофана и др.), тем выше продовольственное и кормовое достоинство культур.

Белки, нерастворимые в воде, называют клейковинными или клейковиной. Клейковина представляет собой сгусток белковых веществ, остающихся после отмывания теста от крахмала и других составных частей. Кроме белков в клейковине содержатся в не большом количестве крахмал, жир и другие вещества. От качества и количества клейковины зависят вкусовые и хлебопекарные свойства муки. Содержание сырой клейковины колеблется у пшеницы в пределах 1 б...52 %, y ржи - 8...26, y ячменя - 6...20, y тритикале - 28...44 %. Хорошая клейковина способна растягиваться в длину и, не разрываясь, оказывать сопротивление растяжению. Пшеничная клейковина отличается более высокими хлебопекарными качествами по сравнению c ржаной, благодаря чему пшеничный хлеб характеризуется высокой пористостью и переваримостью. На содержание и качество клейковины сильно влияют внешние условия, уровень агротехники и используемые сорта. Содержание клейковины повышается при применении органических и минеральных удобрений, соблюдении технологии возделывания, a также при жаркой погоде во время налива зерна. При повреждении зерна пшеницы клопами- черепашками значительно снижается его качество.

Углеводы в зерне мятликовых культур представлены глав-ным образом полисахаридами, среди которых большую часть составляеткрахмал. Наибольшее количество его содержится в эндосперме (около 80 % всех углеводов). Остальное количество приходится на долю растворимых углеводов — сахаров (2...3 %), находящихся преимущественно в зародыше. Больше всего углеводов находится в центральной части зерновки, меньше — по периферии. В зависимости от характера расположения крахмальных зерен в клетках эндосперма зерно хлебных культур может быть мучнистым или стекловидным. В зерне с мучнистым эндоспермом промежутки между крупными крахмальными зернами заполнены множеством мелких крахмальных зерен, прослойки белка тонкие.

В стекловидном зерне мелких крахмальных зерен почти нет, а промежупси заполнены белками. Содержание крахмала в зерне увеличивается по мере продвижения посевов на запад и на север, т. е. изменяется в обратном направлении по сравнению с изменением количества белка.

Ж и р — это запасное высокоэнергетическое вещество, исполь-зуемое при дыхании и при прорастании зародыша. Содержание жира в зерне хлебных культур составляет 2...6%. Распределение его в зерновке неравномерно, больше всего его в зародыше и алейроновом слое (в зародыше пшеницы до 14 %, ржи и ячменя до 12,5, кукурузы до 40, овса до 26, проса до 20 %). При наличии в муке большого количества жира она может прогоркнуть. Для улучшения качества муки у кукурузы перед помолом удаляют за-родыш, из него получают масло, используемое на продоволь-ственные и лечебные цели. Жиры растительного происхождения по консистенции жидкие, так как состоят главным образом из непредельных кислот жирного ряда — олеиновой, ленолевой и ли-ноленовой с одной, двумя или тремя двойными связями.

3 о л а входит в состав зерна в виде минеральных, или зольных, веществ (фосфор, калий, магний, кальций, натрий, железо, крем-ний, сера и хлор). В очень малых количествах присутствуют мар-ганец, цинк, никель, кобальт и др. Эти элементы входят в состав различных органических соединений и находятся в виде солей и кислот.

Соотношение между элементами в составе золы зерна у разных культур различно. Например, в зерне овса и проса кремния значи-тельно больше, чем в зерне пшеницы. Основную часть из мине-ральных веществ составляют фосфор, калий и магний. В золе зер-на пшеницы больше содержится фосфорной кислоты (около 50 % массы золы), окиси калия (около 30 %), несколько меньше — маг-ния (около 12 %) и очень мало — кальция (около 2,8 %).

Зерно и вырабатываемые из него продукты — важнейший ис-точник минеральных веществ для человека. При сложном помоле преобладающая часть золы отходит в отруби, поэтому чем лучше мука отделена от отрубей, тем меньше в ней золы.

К л е т ч а т к а — основная часть оболочек, более высокое содер-жание ее отмечено в зерне пленчатых культур, имеющих цветко-вые чешуи, а у голозерных — в плодовой оболочке. Содержание клетчатки зависит от крупности зерна. В крупном зерне клетчатки меньше, чем в мелком.

Пигменты (порфирины, каротиноиды, антоцианы и др.) также присутствуют в зерне хлебных злаков, они придают ему ту или иную окраску.

Ф е р м е н т ы — органические соединения, которые играют важную роль в переводе запасных питательных веществ семени в усвояемую для прорастающего зародыша форму, например амила-за, расщепляющая крахмал, липаза — жиры и др.

В и т а м и н ы сложного и разнообразного химического состава необходимы для нормальной жизнедеятельности человека и жи-вотных. В зерне хлебных злаков содержатся главным образом ви-тамины А1, В1, В2, С, D, РР, Е и др. При отсутствии или недостат-ке их в организме нарушается обмен веществ, может развиться за-болевание — авитаминоз.

Строение зерновки. Снаружи зерно покрыто не только семенной кожурой, но и сросшейся с нею плодовой оболочкой - околоплодником. Такое семя (рис. 2) называется зерновкой, или зерном. Основная часть зерновки заполнена белой мучнистой массой (эндоспермом), представляющей запас питательных веществ. К эндосперму прилегает зародыш, состоящий из корешка с корневым чехликом, почечки с листочками, стебелька и щитка - единственной семядоли зародыша. Среди зародышевых листочков почечки расположен конус нарастания стебля. Верхние зародышевые листочки почечки надежно предохраняют конус нарастания от повреждений при прорастании молодого стебелька через плотный слой почвы.

Рис. 2. Строение зерновки пшеницы: 1 - околоплодник сросшийся с кожурой; 2 - эндосперм; 3 - алейроновый слой; 4 - зародыш; 5 - корешок; 6 - почечка; 7 - стебелек; 8 - щиток; 9 - конус нарастания

Во время прорастания зерна за счет активизации ферментативных процессов происходит разжижение эндосперма. Наружные клетки щитка, граничащие с эндоспермом, удлиняются и наподобие корешков проникают в его питательную среду, откуда и высасывают необходимую пищу для роста зародыша. В центральной части эндосперма находятся паренхимные клетки с большим количеством крахмальных зерен, в наружной его части расположены квадратные клетки алейронового слоя, в котором откладываются запасные белки в форме алейроновых зерен.