Физико технологические и биохимические свойства зерна общие сведения

Обновлено: 15.09.2024

При оценке технологических свойств зерна учитывают требования, предъяв­ляемые к зерну мукомольной, хлебопекарной, крупяной, макаронной и другими от­раслями промышленности.

Мукомольные свойства зерна характеризуются комплексом показателей, а именно: количеством и качеством извлеченных крупок и дунстов, степенью выма-лываемости оболочек, общим выходом муки и ее качеством, выходом и качеством муки высоких сортов, расходом электроэнергии на выработку 1 т муки. Мукомоль­ные свойства зерна определяют по результатам лабораторного помола пробы зерна массой 5-10 кг на экспериментальной мельнице.

Косвенными показателями, по которым можно получить ориентировочное представление о мукомольных свойствах зерна, являются: выполненность зерна, стекловидность, крупность, выравненное^, натура, зольность.

Хлебопекарные свойства муки- это способность муки обеспечивать при со­ответствующем режиме тестоведения и выпечки качественный хлеб с наибольшим припеком. Хлебопекарные достоинства пшеничного зерна и полученной из него му­ки зависят от газообразующей способности; силы муки; цвета муки и его изменения в процессе приготовления хлеба; крупности частиц муки.

Газообразующей способностью называют способность муки образовывать ди­оксид углерода при брожении теста в результате жизнедеятельности пекарских дрожжей и действия ферментов, содержащихся в зерне.

Сила муки - это ее способность при замесе давать тесто с хорошими структур­но-механическими свойствами, устойчиво сохраняющимися при брожении и обра­ботке теста. Сила пшеничной муки зависит от белково-протеиназного комплекса, то есть от количества и свойств белковых веществ (прежде всего количества и качества клейковины), а также от количества и активности протеолитических ферментов, расщепляющих белки.

Цвет муки в основном определяется цветом эндосперма зерна, из которого по­лучена мука, а также цветом и количеством в муке периферийных (отрубянистых)

Показатели качества, стандартизация и сертификация зерна

частиц зерна, то есть зависит от сорта муки. Способность муки к потемнению в про­цессе приготовления хлеба обусловливается содержанием в ней свободного тирози­на и активностью фермента - тирозиназы, катализирующей окисление фенолов и тирозина с образованием темноокрашенных меланинов. От образования в тесте ме­ланинов зависит потемнение как теста, так и мякиша хлеба.

Крупность частиц муки влияет на ее водопоглотительную способность, струк­турно-механические свойства, сахаробразующую способность. Мука с очень круп­ными частицами или излишне мелкими, перетертая дает хлеб неудовлетворительно­го качества.

Хлебопекарные свойства зерна ржи и ржаной муки имеют свои особенности. Клейковина в ржаном тесте, как уже указывалось ранее, не образуется из-за высоко­го содержания слизистых веществ. Поэтому качество хлеба из ржаной муки зависит от состояния углеводно-амилазного комплекса, то есть от содержания и набухания в воде крахмала, слизей и других углеводов, а также от активности амилолитических ферментов. Для ржаного хлеба характерны меньший объем, менее выраженная по­ристость, более липкий мякиш.

Способность зерна и полученной из него муки давать печеный хлеб того или иного качества выявляют пробной выпечкой. Однако, если выпечку проводят только по одной методике, то хлебопекарные достоинства анализируемой пробы можно и не раскрыть. Поэтому для более полного выявления потенциальных достоинств пшеничной муки разработано несколько методов проведения пробных выпечек, раз­личающихся рецептурой, ходом технологического процесса и использованием улучшителей. Применяют варианты пробных выпечек с добавлением сахара и бро-мата калия. Стандартный метод пробной выпечки, принятый у нас в стране, - безо-парный без применения улучшителей. Из муки высшего, 1-го и 2-го сортов готовят тесто по следующей рецептуре: мука - из расчета содержания 960 г сухого вещест­ва, соль - 15 г, прессованные дрожжи - 30 г. Количество муки и воды, требующееся для пробной выпечки, зависит от влажности муки и приведено в стандарте.

Выпеченные хлебцы оценивают по таким показателям, как объемный выход, формоустойчивость (расплываемость) булочки, выпеченной на поду, внешний вид хлеба (форма и окраска поверхности корки), степень и структура пористости, цвет мякиша, запах и наличие хруста.

Объемный выход - это объем хлеба в кубических сантиметрах, пересчитанный на 100 г муки при влажности 14,5%. Объемный выход хлеба, полученного по стан­дартной методике, составляет 300-600 см3 и более. С применением улучшителей этот показатель может превышать 1000 см3.

Формоустойчивость ~ это отношение высоты к диаметру у подового хлеба. У хороших в хлебопекарном отношении пшениц показатель формоустойчивости равен 0,4-0,5 и более.

Внешний вид хлеба и состояние мякиша оценивают органолептически. При этом обращают внимание на форму хлеба, состояние поверхности и цвет корки. Форма хлеба может быть куполообразная, овальная, полуовальная, плоская, вогну­тая; поверхность хлеба - гладкая, ровная, шероховатая, бугристая, трещиноватая, рваная; цвет корки - золотисто-коричневый, светло-коричневый, желтый, бледный с сероватым оттенком, пепельный. О состоянии мякиша судят по его цвету, эластич­ности, пористости. Цвет мякиша может быть белым, серым или темным с различ­ными оттенками. Эластичность мякиша определяют, легко надавливая на него паль-

цами. При полном восстановлении деформации мякиша - эластичность хорошая, почти полном восстановлении - средняя, при заминаемости - плохая. Отмечают также липкость мякиша. Пористость хлеба характеризуют по крупности пор (мел­кая, средняя и крупная), равномерности (равномерная, неравномерная) и толщине стенок (тонкостенная, толстостенная).

В связи с продолжительностью пробных выпечек (4-6 ч) и необходимостью их проведения в нескольких вариантах применяют косвенные методы оценки техноло­гических свойств. К косвенными показателям хлебопекарных свойств относятся массовая доля клейковины и ее качество, структурно-механические свойства теста, определяемые на альвеографе, фаринографе (валориграфе), и др.

На альвеографе определяют газоудерживающую способность теста, выражен­ную через работу, затраченную на выдувание теста в пузырь. Специально приготов­ленные блинки теста раздуваются нагнетаемым воздухом в пузырь до его разрыва. Работу, которая при этом затрачивается, фиксирует пишущий прибор, вычерчивая кривую, называемую альвеограммой. Конфигурация и площадь альвеограммы дает представление о газоудерживающей способности теста и силе муки (рис. 6.10).

Рис. 6.10.Кривые, полученные с использованием водяного манометра альвеографа: 1 - среднее значение максимальных ординат; 2 - кривая, которую нужно исключить; 3 - абсцисса в точке разрыва; 4 - среднее значение абсциссы в точке разрыва

При расшифровке альвеограммы определяют максимально избыточное давле­ние (упругость), среднее значение абсциссы в точке разрыва пузыря (растяжимость теста), показатель формы кривой, площадь альвеограммы. Величина максимально избыточного давления зависит от сопротивления пластинки теста деформации при раздувании его в пузырь. Его находят умножением среднего значения максималь­ных ординат (Р) на коэффициент 1,1 и выражают в миллиметрах. Растяжимость (L) характеризуется максимальным объемом полученного пузыря. Показатель формы кривой - это отношение упругости к растяжимости, которое характеризует меру сбалансированности между упругостью и растяжимостью. Площадь альвеограммы в квадратных сантиметрах определяют с помощью планиметрической шкалы или планиметра. Далее определяют энергию деформации теста или силы муки умноже­нием площади альвеограммы на коэффициент 6,54 и выражают ее в джоулях (10^).

На фаринографе или валориграфе определяют сопротивление теста механиче­скому воздействию лопастей тестомесилки. По кривой, называемой фаринограммой или валоригрсшмой (рис. 6.11), можно следить за изменением свойств теста во вре­мени: его образованием, устойчивостью и разжижением.

Показатели качества, стандартизация и сертификация зерна

ЕВ 700-ъ / Врем; 600-4 I е. .______ I.

Время образования теста
600-4 I

*!• ——--T±jggggjj^~j~-T-——~ Степень разжижения

75 Время, мин

Рис. 6.11.Репрезентативная фаринограмма, показывающая измеряемые показатели

По фаринограмме определяют: время образования теста (перо прибора достига­ет наивысшей точки), устойчивость теста (время, в течение которого полоса идет горизонтально), его сопротивляемость (сумма времени образования и устойчивости теста) и разжижение (разность между максимальной консистенцией и конечным ее значением). В соответствии с ГОСТ Р 51404-99 в расшифровку фаринограммы вне­сены некоторые изменения. Под временем образования теста понимают время от начала добавления воды до точки на кривой непосредственно перед появлением первых признаков снижения консистенции (см. рис. 6.11). Устойчивость теста рас­считывают как разницу времени, с точностью до 0,5 мин, между точкой, где верхняя граница фаринограммы впервые пересекает линию 500 ЕФ, и точкой, где верхняя граница фаринограммы снова пересекает линию 500 ЕФ. Степень разжижения теста рассчитывают как разницу между значением центра фаринограммы в конце времени образования теста и значением центра фаринограммы через 12 мин после прохож­дения этой точки. В некоторых случаях вычисляют показатель числа качества. Это длина в миллиметрах вдоль оси времени между точкой добавления воды и точкой, где значение центра фаринограммы уменьшилось на 30 ЕФ по сравнению со значе­нием центра фаринограммы при требуемой величине консистенции. Показатель числа качества можно использовать вместе или вместо устойчивости и степени раз­жижения. По фаринограмме можно также определить валориметрическую оценку. Ее находят с помощью специального устройства валориметра.

При оценке качества ржаной муки тоже используют пробную выпечку, но чаще применяют косвенные методы, основанные на определении активности амилазы или ее влияния на углеводы (по вязкости водно-мучной суспензии, изменению содержа­ния сахаров). В зависимости от состояния крахмала, степени его гидролиза, физиче­ских свойств слизистых веществ и активности амилолитических ферментов в пла­стических свойствах ржаного теста наблюдаются заметные различия. При уменьше­нии степени полимеризации крахмала под действием активной амилазы получается плывущее тесто, дающее хлеб низкого качества.

При помощи прибора амилографа Брабендера определяют вязкость водно-мучной суспензии. С повышением температуры вязкость в результате клейстериза-

ции крахмала возрастает, если крахмал находится в нормальном состоянии. Мука с высокой активностью амилазы (из проросшего зерна) отличается низкими показате­лями вязкости. Прибор вычерчивает кривые, и по ним судят о качестве муки (рис.6.12).Чем выше кривая, тем выше вязкость клейстера и, следовательно, тем лучшее состояние крахмала, а значит лучше будет и качество хлеба. Низкие кривые характерны для муки с большой активностью а-амилазы, содержащей много декст­ринов, которые обладают меньшей вязкостью.

Ржаная мука имеет хорошие хлебопекарные свойства при вязкости не менее 400 е.а. (единицы амилографа). Лучшие отечественные сорта харак­теризуются показателем вязкости в 500-800 е.а. и более.

О вязкости водно-мучной суспензии можно судить и по другому показателю - числу падения (ЧП), определяемому на шведском приборе Хаг-берга-Пертена или на отечественном приборе.

Число паденияхарактеризует а-амилазную
активность зерна и продуктов его переработки.
Рис 6 12Амилограммы хоро- Чем больше в зеРне водорастворимых и гидроли-
шей (а и б) и плохой (виг) зованных веществ (сахаров, декстринов и т.д.),

в хлебопекарном отношении тем хУже ^W пластические свойства теста и

в хлеоопекарном отношении качество печен0Г0 хлеба. Приготовленная по оп-

ржанои муки ределенным правилам водно-мучная суспензия из

такого зерна (проросшего, морозобойного, поврежденного клопом-черепашкой) имеет значительно меньшую вязкость, чем суспензия из нормально дозревшего зер­на. Если в пробирку с суспензией из проросшего зерна опускать специальное уст­ройство - вискозиметрический плунжер, то он будет проходить через нее до опреде­ленного уровня пробирки за менее продолжительное время (в секундах), чем через суспензию из зерна нормального качества. Отсюда и название показателя - число падения. Предварительно суспензию нагревают, чтобы она приобрела вид клейсте-ризованной массы.

Итак, под ЧП понимают время в секундах, необходимое для свободного паде­ния штока-мешалки прибора под действием своей массы в клейстеризованной вод­но-мучной суспензии.

Активность а-амилазы считается высокой, если ЧП для пшеницы менее 150 с, ржи - менее 80 с, средней - 150-300 с для пшеницы и 80-200 с для ржи, низкой -свыше 300 с для пшеницы и более 200 с для ржи.

Зерно пшеницы считают полноценным при ЧП 151-200 с (средняя активность -а-амилазы), если содержание клейковины не менее 25% первой группы качества. Зерно с высокой активностью а-амилазы при ЧП 80-150 с подсортировывают к пол­ноценному в количестве 10-20%. При ЧП менее 80 с его применяют только в ком­бикормовой промышленности или на технические цели.

Зерно ржи с низкой активностью а-амилазы (ЧП 200-350 с) используют в каче­стве улучшителя. При ЧП 141-200 с мука любого выхода будет иметь устойчивое хорошее хлебопекарное качество. Из зерна ржи при ЧП 80-140 с хлеб хорошего ка­чества не получается. Такое зерно нуждается в подсортировке зерна с низкой актив­ностью а-амилазы. Зерно ржи с высокой активностью а-амилазы (ЧП менее 80 с) не пригодно для хлебопечения.

Показатели качества, стандартизация и сертификация зерна

Мука, используемая для производства макаронных изделий, должна давать тес­то со строго определенными физико-механическими свойствами: плотное, вязкое, с хорошей сопротивляемостью разрыву, очень упругое, пластичное при формова­нии, не сминающееся при изготовлении и сушке тестовых заготовок.

Признаками технологических свойств крупяных культур являются: содержание ядра, легкость или трудность отделения (шелушения) оболочек зерна, выход и каче­ство крупы, коэффициент извлечения ядра, расход энергии на выработку 1 т крупы, а также пищевое достоинство крупы.

6.4. Классификация показателей качества зерна,
нормируемых национальными стандартами

Показатели качества, характеризующие потребительские свойства зерна, можно условно подразделить на три группы.

Первая группа показателей - показатели, регламентированные для партий зер­на любой культуры независимо от ее целевого назначения. К ним относят: цвет, за­пах, вкус, влажность, зараженность вредителями хлебных запасов и засоренность. Показатели этой группы определяют на всех этапах хлебооборота, начиная от фор­мирования партий при уборке урожая. Все они включены в государственных стан­дартах в заготовительные кондиции (базисные и ограничительные нормы). Обяза­тельные показатели положены в основу расчетов за зерно, поэтому с учетом их го­товят партии зерна к продаже.

Вторая группа показателей - показатели, регламентированные для партий зер­на некоторых культур или партий определенного целевого назначения. Для пшени­цы, овса, ржи и ячменя таким показателем является натура. В зерне крупяных куль­тур помимо обязательных показателей качества определяют крупность; выравнен-ность; пленчатость; содержание ядра для овса, гречихи и проса; для риса такие спе­цифические показатели как содержание зерен желтых, красных, глютинозных, тре-щиноватость. В зерне ячменя, предназначенном для пивоварения и спиртового про­изводства, определяют жизнеспособность и способность к прорастанию; в зерне пшеницы - количество и качество клейковины, стекловидность.

Третья группа показателей - показатели дополнительные. Их проверяют в за­висимости от возникшей необходимости на различных этапах хлебооборота. Стан­дартами они не регламентированы. Так, иногда определяют полный химический состав зерна, содержание аммиака при установлении степени порчи зерна, выявляют особенности видового и численного состава микрофлоры, исследуют остаточное содержание фумигантов в зерне после его газации в целях дезинсекции и т.д.

Оценку каждой партии зерна или семян начинают с определения показателей, относимых к первой группе. Затем с учетом целевого назначения партии определя­ют показатели, предусмотренные государственным нормированием.

Стандарты содержат также требования по показателям безопасности: содержа­нию токсичных элементов, микотоксинов и пестицидов.

Зерно как биологический объект — чрезвычайно сложное образование. Каждая его часть и все зерно в целом несут определенную информацию о способности дать продукцию заданного выхода и качества, о технологических приемах, необходимых для получения этой продукции, о режимных параметрах, при которых необходимо вести технологию. Так, по крупности зерна судят о содержании в зерне эндосперма и о возможном выходе продукции. По стекловидности и влажности — о преобладающем виде деформации при измельчении (пластическая или хрупкая) и о способности зерна к крупообразованию. По качеству клейковины — о режимных параметрах гидротермической обработки зерна при его подготовке к помолу.

А. Физические свойства зерна.Для оценки качества зерна важное значение имеют его физические признаки: форма, линейные размеры, выравненность, масса 1000 зерен и натура, удельная масса.

Форма.Зерно твердой пшеницы имеет удлиненно-овальную форму, мягкой пшеницы – бочкообразную форму.

Линейные размеры.К ним относят длину, ширину и толщину зерна.

При переработке выполненного зерна округлой формы получают больше муки, чем при переработке зерна, имеющего удлиненную форму и заостренные края.

Выравненностьхарактеризует однородность массы зерна. По этому показателю оценивают мукомольные свойства зерна, которые определяют на наборе сит с круглыми или продолговатыми отверстиями. Чем больше в массе крупных и средних фракций (сход с сит 3,0×20 мм и 2,5×20 мм), зерно которых обладает более шаровидной формой по сравнению с мелкими фракциями, тем больше в нем эндосперма и меньше оболочек и тем больше будет выход муки.

Если содержание зерен крупной и средней фракции в зерновой партии составляет 85%, то зерно считают однородным или выравненным по крупности.

Выравненное зерно лучше очищается от примесей, так как можно более точно подобрать соответствующий размер отверстий сит для сепарирующих машин, размер и форму ячеек в триерах, скорость воздушного потока в аспирационных машинах, выбрать рабочие зазоры в измельчающих машинах.

Масса 1000 зерен(в пересчете на абсолютно сухое вещество) служит дополнительным показателем к линейным размерам, характеризующим крупность и выравненность зерна. Эти признаки очень изменчивы и зависят от сорта, почвенно-климатических условий, уровня агротехники, года урожая и др.

Натура. Это масса 1 л зерна, выраженная в граммах. На величину натуры влияют форма, характер поверхности и влажность зерна, его выравненность, характер и количество примесей.

В однородном по форме и качеству зерне чем выше натура, тем меньше содержится оболочек и больше эндосперма, следовательно, тем выше мукомольные свойства зерна.

Удельная масса зерна. Она зависит от химического состава и анатомического строения зерна. Удельная масса зерна пшеницы 1,33-1,48 г/см 3 , ржи – 1,26-1,42 г/см 3 .

Б. Химический состав.В зерне пшеницы содержатся белки, углеводы, жиры, пигменты, витамины, ферменты и различные минеральные вещества.

Белки пшеницы содержат около 20 % альбумин6а и глобулина и 80 % проламина (глиадин) и глютелина (глютенин) от веса всех белков зерна. При добавлении воды глиадин и глютенин образуют клейковину. Как видно из таблицы 4.4, белков в зерне ржи значительно меньше, чем в пшенице, и они не образуют клейковину.

Оболочки, алейроновый слой и зародыш содержат максимальное количество мине5ральных веществ: калий, магний, кальций, фосфор.

Зерно пшеницы и ржи содержит витамины В1, В2, и РР.

В. Мукомольные свойства зерна.Характеризуются следующими показателями:

- общим выходом муки и ее качеством;

- выходом и качеством муки высоких сортов;

- количеством извлеченных крупок и дунстов;

- степенью вымалываемости оболочек;

- расходом энергии на выработку 1 т муки.

Эти показатели напрямую зависят от свойств самого зерна – стекловидности, влажности, зольности, прочности, твердости, выравненности, объемной массы и др.

Мукомольные свойства зерна в значительной степени зависят от содержания эндосперма, количество которого в зерне пшеницы колеблется от 74 до 85%, во ржи – от 75 до 79%.

Мукомольные свойства зерна определяют опытными лабораторными помолами.

Стекловидность.Консистенция эндосперма, или его стекловидность, определяется при разрезании зерна – фаринотомом или просвечивании на диафоноскопе. Мучнистое зерно в разрезе имеет матовый оттенок, напоминающий мел, полустекловидное зерно – полупрозрачное, а стекловидное – прозрачное.

С повышением стекловидности зерна выход крупных фракций крупок возрастает. Поэтому стекловидность служит одним из показателей, определяющих мукомольные свойства зерна.

Стекловидное зерно вымалывается легче, чем мучнистое, и дает большой выход крупок. Стекловидность зерна влияет также на удельный расход электроэнергии при его измельчении.

С возрастанием стекловидности зерна продукты лучше просеиваются и частицы эндосперма эффективнее отделяются от оболочек.

Содержание эндосперма.Важный показатель, определяющий выход муки. Большое значение имеет его качественная характеристика – зольность. С повышением зольности эндосперма уменьшается выход муки высоких сортов.

Зольность зерна.Это количество золы (%), образующейся при сжигании зерна по отношению к сухому веществу сжигаемого продукта.

Зола состоит из окислов и солей калия, фосфора, натрия, кальция, магния и др. В золе содержится около 30% фосфора и 60% калия. Зольность анатомических частей зерна неодинакова: наибольшую зольность имеют оболочки с алейроновым слоем, наименьшую – эндосперм. См. таб. 4.5

Зольность, как косвенный показатель соотношения частей зерна, имеет значение для контроля степени отделения оболочек от эндосперма и оценки качества муки. Чем выше зольность муки, тем больше в ней содержится оболочек, тем темнее мука и ниже ее сорт.

Влажность зерна. Следует отличать естественную влажность зерна, с которой оно поступает на предприятие, хранится и направляется на переработку, от технологической влажности, которая создается искусственно и с которой зерно размалывают.

При производстве обойной муки размалывают зерно естественной влажности, если влажность полученной из него муки не превышает установленную стандартом – 15,0%.

При сортовом помоле в процессе гидротермической обработки зерну придают оптимальную влажность, величина которой в зависимости от определенных показателей зерна колеблется от 14,5 до 16,5% и которая предопределяет лучшие результаты его переработки. При ГТО пшеницы вода в оболочках с развитой капиллярной системой выступает как пластификатор, способствуя усилению прочности и вязкости оболочек. Проникновение воды в эндосперм снижает его прочность. При переработке сухого зерна влажностью менее 15% его оболочки легко деформируются, дробятся и, попадая вместе с частицами эндосперма в муку, резко ухудшают ее качество.

Биохимические свойства зерна определяются его химическим составом, распределением химических веществ по анатомическим частям зерна. Все физиологические процессы в зерне регулируются ферментативной системой, поэтому активность ферментов имеет важнейшее значение.

Изучение биохимических превращений, которые происходят в зерне во время его созревания, прорастания, хранения и переработки позволяет путем регулирования внешних условий повысить технологические достоинства и пищевую ценность зерна. Зерно, как и всякий живой организм, чутко реагирует на внешнюю среду, поэтому воздействовать на зерно нужно с учетом его физиологии.

Все химические вещества, входящие в состав зерна, можно разделить на органические и неорганические. К органическим веществам относятся белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, углеводы, жиры, витамины, пигменты. К неорганическим — вода и минеральные вещества.

Белки

Белок является важнейшей составляющей зерна. Белки входят в состав всех его клеток, а также являются частью всех ферментов.

Белки в зависимости от аминокислотного состава делятся на полноценные и неполноценные. Все белки зерна злаков бедны некоторыми незаменимыми аминокислотами, особенно лизином, поэтому не являются полноценными. Более полноценными являются белки гречихи. Еще больше незаменимых аминокислот содержат бобовые культуры. Тем не менее, лишь белки сои можно считать действительно полноценными. Однако по количеству белка первое место занимают бобовые.

Вместе с тем, зерно является одним из основных источников белка для организма человека и животных.

Белки зерна образуют вязкие коллоидные растворы, играющие важную роль в технологии производства муки и выпечки хлеба. Под влиянием различных факторов внешней среды (температуры, сильных кислот, щелочей, ионов тяжелых металлов) белки денатурируют, т. е. теряют свою природную структуру. Этот процесс используется в пищевой промышленности, например, при выпечке хлеба. Наибольшее технологическое значение имеет клейковина пшеницы — высокогидратированная вязкая масса, отмываемая водой из размолотого зерна или муки, которая на 70-80% состоит из белков — глютенина и глиадина в соотношении близком 1:1. При набухании клейковины с водой получается структура, способная удерживать свою форму в пространстве и во времени (тесто). Углекислый газ, образующийся при брожении теста, растягивает клейковину, тесто закрепляется в таком разрыхленном виде, и при выпечке хлеба формируется характерный хлебный мякиш.

Клейковина обладает комплексом физических свойств: упругостью, вязкостью, связностью, растяжимостью. От количества и качества клейковины зависит качество пшеничного хлеба. Наилучшей считается клейковина, которая обладает хорошей упругостью и растяжимостью. Если клейковина слабая, то тесто расплывается. Если же, наоборот, — крепкая, то тесто плохо поднимается, выход хлеба небольшой, со слабопористой структурой.

Качество клейковины зависит от сортовых особенностей зерна, почвенно-климатических условий выращивания зерна, химических и физических факторов, действующих на зерно (минеральные удобрения, сушка, кондиционирование зерна), условий хранения зерна, воздействия вредителей (например, повреждение зерна клопом-черепашкой) и др.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты представляют собой сложные полимеры из пуриновых или пиримидиновых оснований, сахара (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты.

Нуклеиновые кислоты выполняют в живой клетке (в том числе и в клетках зерна) функции хранения, реализации и передачи по наследству генетической информации.

В состав простетической группы сложных белков (нуклеопротеидов) входят РНК и ДНК. В зерне нуклеиновые кислоты и нуклеопротеиды в наибольшем количестве сосредоточены в зародыше.

Углеводы

Углеводы очень широко распространены в природе, в растениях их доля составляет до 85% на сухое вещество. В состав зерен и семян входят различные углеводы, прежде всего крахмал, клетчатка и сахара. Они являются основным источником энергии для живых организмов. Также играют важную роль в технологических процессах переработки зерна. К примеру, сахара и крахмал необходимы для хлебопечения. Сахара являются питательной средой для дрожжей в тесте. Крахмал определяет структуру теста, а также качество хлеба. Клетчатка, хотя и не усваивается организмом человека, но играет важную роль в питании, так как выводит ионы тяжелых металлов из организма и помогает процессу пищеварения.

Наибольшее количество углеводов содержится в злаках. Например, крахмала в зерне пшеницы — 65-75%, во ржи — 57-65%, в ячмене — 56-64% на сухое вещество.

Из моносахаридов присутствуют пентозы и гексозы. Особенно много пентоз в оболочках зерна. Из гексоз наиболее заметны глюкоза и фруктоза, но их довольно мало, всего 0,2%. Моносахаридов больше в проросшем и недозрелом зерне. Из дисахаридов содержатся сахароза и мальтоза. Причем мальтоза только в момент прорастания. На сахарозу приходится почти половина Сахаров зародыша. Кроме того, встречается и трисахарид — рафиноза.

Сахаров больше в зародыше. Так, доля сахара в зерне пшеницы составляет 1-2%, в горохе и фасоли — 4-7%, в сое — 4-15%. Сахара служат основным питанием зародыша.

Полисахариды — крахмал, клетчатка, слизи и гемицеллюлозы — важная часть зерна.

Особенно много крахмала в эндосперме злаков. Он откладывается в виде зерен различной формы и величины. Крахмал способен клейстеризоваться, что имеет значение при выпечке хлеба.

Клетчатка — является основным химическим веществом оболочек зерна. Она придает механическую прочность растениям, входя в состав клеточных стенок растений. В зерне пленчатых культур ее больше. Так, клетчатка в овсе составляет 9,5-10,2%, в просе — до 8%. В то время как в пшенице и ржи — всего 1,5-2,0%.

Слизи представляют собой полисахариды, образующие с водой вязкие, коллоидные растворы. Во ржи их больше 2,7%), в пшенице меньше Быстрая набухаемость слизей используется при выпечке ржаного хлеба. При гидролизе образуют пентозы; кроме того, в них присутствует глюкоза, фруктоза и галактоза. Наличие слизей существенно осложняет переработку ржи в муку, в этом случае зерно является более вязкой при разломе.

Липиды

Наиболее важной группой липидов являются жиры, которые в живых организмах служат энергетическим материалом.

Жиры практически нерастворимы в воде, а растворимы в органических растворителях. Животные жиры обычно твердой консистенции, растительные жиры (масла), как правило, жидкие.

Жир — это сложный эфир трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. В его состав могут входить, как насыщенные, так и ненасыщенные жирные кислоты. В расти-тельных жирах (в частности в злаках) присутствуют ненасыщенные высокомолекулярные жирные кислоты: олеиновая, линолевая и линоленовая. Ненасыщенные жирные кислоты в свободном виде (т. е. после гидролиза жира) способны влиять на качество клейковины пшеницы, они уменьшают водопоглотительную способность клейковины и увеличивают ее упругость.

Под воздействием фермента липазы происходит гидролиз жиров зерна. В дальнейшем при участии другого фермента — липоксигеназы, а также под действием света и О2 воздуха окисляются ненасыщенные жирные кислоты до перекисей и гидроперекисей, которые затем превращаются в альдегиды и кетоны. Таким образом, происходит прогоркание жира, т. е. порча продуктов, при этом появляется неприятный запах и вкус.

Кроме жиров, в группу липидов входят фосфатиды, каротиноиды, стероиды, гликолипиды и воска.

Из фосфатидов наиболее важен лецитин, в котором в качестве азотистого основания содержится холин. В зерне пшеницы лецитин составляет 0,65%, ржи — 0,57%, кукурузы — 0,38%, льна — 0,88%, сои — 1,68%. Он играет важную роль в обмене веществ, регулируя проницаемость клеток. В пищевой промышленности его используют в качестве эмульгатора при производстве маргарина или шоколада.

В зерне встречается также фосфатид, или фитин. Он представляет собой соль инозитгексафосфорной кислоты. Фитин содержится в зерне злаков, конопляном и хлопковом жмыхе, фитиновая кислота образует с кальцием труднорастворимые соли, что препятствует усвоению человеком кальция.

Каротиноиды представляют собой высокомолекулярные углеводороды или их кислородные производные желтого или желто-оранжевого цвета Кремовый оттенок пшеничной муки связан с наличием каротиноидов.

Гликолипиды зерна образуют с белками клейковины комплексы и тем самым оказывают положительное влияние на хлебопекарные свойства пшеницы.

Восков в зерне мало. Они служат для образования пленки на зерне.

Ферменты

Ферменты — это биологические катализаторы белковой природы. В живом организме играют чрезвычайно важную роль, регулируя все биохимические процессы в клетке. Созревание, прорастание и дыхание зерна происходит с обязательным участием ферментов. Хранение и переработка зерна, выпечка хлеба, производство пива и других продуктов из зерна невозможны без участия ферментов.

Из ферментов класса оксндоредуктаз наибольшее значение имеют монофенол-монооксигеназа (тирозиназа), пероксидаза, каталаза, аскорбатоксидаза, липоксигеназа.

Тирозиназа окисляет тирозин, при этом образуются меланины. Темный цвет ржаного хлеба и потемнение макарон при сушке объясняются действием этого фермента.

Фермент пероксидаза окисляет с помощью перекиси водорода восстановленные вещества. Пероксидаза расщепляет также и перекись водорода. В дыхании зерна пероксидаза играет заметную роль. Она хорошо изучена у зародыша пшеницы.

Каталаза разрушает ядовитую для клетки перекись водорода. Она более активна, чем пероксидаза. В свою очередь, ее активность изменяется в зависимости от сорта, биологических особенностей, района и условий выращивания зерна.

Аскорбатоксидаза способствует превращению в зерне аскорбиновой кислоты в дегидроаскорбиновую. Фермент в своем составе содержит медь.

Фермент липоксигеназа катализирует реакцию окисления ненасыщенных жирных кислот и, прежде всего, линолевой и линоленовой. Так как липоксигеназа способна окислять каротиноиды, то ее можно использовать для отбеливания теста. Липоксигеназа вместе с липазой активно участвует в процессе прогоркания муки и крупы.

Из ферментов второго класса — трансфераз — в зерне пшеницы, овса и в горохе обнаружена гексокиназа. Она относится к фосфотрансферазам; ускоряет реакцию взаимодействия гексозы с аденозинтрифосфорной кислотой и образование гексозофосфата.

Третий класс ферментов — гидролазы — широко представлен в зерне и семенах: протеазы, амилазы, α-глюкозидаза.

Протеазы расщепляют белки и пептиды. Тиоловые протеиназы обнаружены в зерне пшеницы, ржи, в семенах фасоли. В состав несульфгидрильных растительных протеиназ входят ферменты, изученные в сое, горохе, ячмене, пшенице. Важное значение имеет наличие ингибиторов трипсина в сое, арахисе, ячмене, пшенице, овсе, рисе, кукурузе, просе. Поэтому из семян сои был получен ингибитор трипсина, являющийся по своей природе белком. Этот ингибитор обладает способностью подавлять активность пищеварительных ферментов человека и животных.

Фермент α-глюкозидаза (мальтаза) осуществляет гидролиз мальтозы. Значительное количество этого фермента содержится в солоде проса. Проросшее зерно проса добавляют к ячменному солоду при изготовлении мальтозной патоки.

Липаза относится к ферментам, вызывающим гидролиз жиров. Существуют две формы липаз: водорастворимый фермент и нерастворимый фермент. Липаза клещевины — нерастворимый в воде фермент, оптимум ее действия при рН 3,6. Липаза в злаках и многих масличных культурах — водорастворимый фермент; пик ее воздействия при рН 8. Активность липаз зависит от влажности зерна, а также от вида субстрата. Наибольшее значение для липазы имеет длина углеродной цепочки жирных кислот, которые входят в состав жира.

При хранении муки и крупы (особенно пшена) необходимо контролировать активность липазы. Действие этого фермента при хранении этих продуктов в условиях повышенной влажности приводит к их прогорканию и порче. Ферменты амилазы вызывают гидролиз крахмала. Амилазы имеют важное биологическое значение при созревании и прорастании зерна и семян. Ряд технологических процессов в пищевой промышленности основан на гидролитических превращениях крахмала под влиянием амилаз зерна.

Существуют три вида амилаз:

1. α-Амилаза (α-1,4-D-глюкан-глюканогидролаза), содержащаяся в проросшем зерне ржи, ячменя, пшеницы, а также в непроросшем зерне сорго и ржи. α-Амилаза гидролизует в крахмале а-1,4-плюкановые связи и действует беспорядочно.

2. β-Амилаза (α-1,4-D-глюкан-мальтогидролаза), последовательно отщепляющая в полисахаридах остатки мальтозы и действующая с нередуцирующих концов. β-Амилаза гидролизует α-1,4-глюкановые связи. Фермент содержится в зерне пшеницы, ржи, ячменя, в семенах сои.

3. Глюкоамилаза (1,4-α-D-глюкан-глюкогидролаза). При воздействии фермента на крахмал образуется, в основном, глюкоза. Глюкоамилаза содержится в плесневых грибах.

При совместном действии α- и β-амилаз крахмал гидролизуется на 95%. Продуктами гидролиза являются мальтоза, декстрины и глюкоза.

У амилаз оптимальное значение рН различно, так α-амилаза действует при рН 6,0, а β-амилаза — при рН 4,8. Кроме того, для β-амилазы оптимальная температура 51, а для α-амилазы 65°С. Более устойчива α-амилаза к воздействию высокой температуры.

Фермент фитаза встречается во всех злаках. Больше во ржи. Оптимум действия при рН 5,1 и температуре 35°С. Фитаза расщепляет соли кальция и магния инозитгексафосфорных кислот. Фитаза своим действием улучшает пищевую ценность хлеба, способствует лучшему усвоению организмом человека солей кальция.

К четвертому классу ферментов — лиазам — относится глутаматдекарбоксилаза. Этот фермент катализирует расщепление глутаминовой кислоты на СО2 и γ-аминомасляную кислоту. Глутаматдекарбоксилаза активна в зародышах злаков. Присутствует в зерне ячменя, ржи и пшеницы, в меньшей степени — овса.

Витамины

Многие витамины входят в состав ферментов в качестве коферментов. Таким образом, они принимают участие в обмене веществ живых организмов. Витамины играют важную роль в питании человека и животных. Недостаток, а равно и избыток витаминов приводят к возникновению серьезных заболеваний.

В зерне содержатся как водорастворимые витамины, так и жирорастворимые.

К водорастворимым витаминам зерна относятся: тиамин (B1), рибофлавин (В2), ниацин (РР), пиридоксин (В6), биотин (Н), аскорбиновая кислота (С), пантотеновая кислота (В12), миоинозит.

Больше всего витамина В1 в отрубях, в муке высшего сорта его совсем мало. В зерне злаков витамина В2 меньше, чем витамина B1. Много витамина РР в пшеничных отрубях. Витамин присутствует в зерне пшеницы, ячменя, овса, кукурузы, проса и др. Витамина Н в зерне ячменя содержится 6-12 мкг/г, в пшеничном хлебе — 4,8 мкг/г, в горохе — 18,0 мкг/г, в сорго — 20,0 мкг/г Аскорбиновая кислота образуется в зерне с момента прорастания. Витамин С содержится в солоде. Пантотеновая кислота (В3) входит в состав всех зерен и семян. Миоинозит содержится в зерне в форме фитина. Особенно много его в отрубях злаков и хлопчатниковом жмыхе. Для водорастворимых витаминов характерно неравномерное распределение их по зерну.

Жирорастворимые витамины представлены в зерне витамином D, Е и каротиноидами (провитамины А).

Такими образом, зерно содержит в своем составе почти все витамины, необходимые человеку.

Пигменты

Пигменты участвуют в обмене веществ растений. Они определяют окраску зерна, так как другие его вещества либо бесцветны, либо белые.

Различают пигменты, растворимые в жирах — хлорофилл и каротиноиды, и растворимые в воде — антоцианы, флавоны и флавоноиды. Также в плодах и семенах присутствуют пигменты, которые образовались вследствие окисления некоторых веществ зерна — это меланины и меланоидины.

Хлорофилл — зеленый пигмент, обычно присутствует в не-дозрелых плодах и семенах, но и созревшее зерно, например, ржи сохраняет хлорофилл. Этот пигмент играет важную роль в процессе фотосинтеза в растениях.

Каротиноиды придают желто-оранжевую окраску, определяют цвет оболочек зерна и семян.

Антоцианы —— пигменты синего, фиолетового, либо красного цвета.

Флавоны — пигменты желтого, либо оранжевого цвета. Флавоны и антоцианы объединены в группу флавоноидов.

Флавоноиды представляют собой химические вещества фенольной природы.

Меланоидины в зерне образуются в результате взаимодействия восстанавливающих Сахаров с аминокислотами, либо белками. Золотистая корочка пшеничного хлеба — следствие меланоидинообразования.

Меланины представляют собой темные пигменты — продукты окисления ароматических аминокислот, прежде всего тирозина, при участии фермента тирозиназы. Этот процесс обуславливает темный цвет ржаного хлеба.

Пигменты обычно сосредоточены в одной какой-либо анатомической части зерна. Поэтому окраска зерна может быть использована для оценки его качества.

Минеральные вещества

Минеральные вещества зерна входят в состав золы, полученной в результате полного сгорания размолотого зерна при температуре 750-850°С. Зольность имеет разное значение, как для отдельных анатомических частей зерна, так и для разных культур. Больше всего минеральных веществ сосредоточено в оболочках, алейроновом слое зерна пшеницы, а также в зародыше. Зольность зерна пленчатых культур выше, чем голозерных.

В золе злаков главным элементом является фосфор, очень много также калия и магния. Кальция в золе содержится крайне мало.

Наличие минеральных веществ в продуктах из зерна влияет на их пищевую ценность и определяет технологические свойства зерна. Количество минеральных веществ в зерне изменяется в широких пределах и зависит от почвы, климата, вносимых удобрений, сорта и вида растения.

Вода имеет огромное значение для живого организма, в том числе и для зерна. Она участвует во всех биохимических процессах и создает среду для биохимических реакций.

Количество воды является важнейшим показателем качества зерна. Оно влияет на хранение и переработку зерна.

В зерне принято различать свободную и связанную влагу. Влажность зерна — это процентное содержание воды в зерне. Определение влажности стандартным методом позволяет учитывать содержание в зерне свободной воды и лишь частично связанной воды.

Зерно обладает гигроскопичностью, вследствие чего влажность зерна легко изменяется. Зерно может отдавать влагу в окружающую среду, равно как и поглощать пары воды. Может наступить и равновесная влажность, при которой давление паров воды в зерне равно давлению паров в окружающей среде.

Зерно злаков имеет значение критической влажности, равное 14,5-15,5%. Все процессы в зерне активизируются именно в этом интервале влажности. Значение критической влажности для зернобобовых культур выше, а для масличных культур ниже 14,5-15,5%.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Технологические свойства зерна в значительной степени определяются его структурой, соотношением масс анатомических частей, а также распределением по ним химических веществ: белков, крахмала, клетчатки и др. Особенности анатомического строения зерна оказывают решающее влияние на организацию и ведение технологии муки, крупы и комбикормов. Например, наличие цветковых пленок обусловливает введение в технологический процесс этапа шелушения.
Основные показатели анатомических особенностей зерна с технологической точки зрения следующие: а) массовое соотношение анатомических частей зерна, прежде всего относительное содержание крахмалистого эндосперма; б) строение цветковых пленок, оболочек и алейронового слоя, их толщина; в) конфигурация петли бороздки (для пшеницы); г) микроструктура эндосперма.
Результат переработки зерна во многом определяется относительным массовым содержанием его анатомических частей. Выход муки, крупы и побочных продуктов теоретически должен соответствовать их соотношению.
В таблице VI-1 приводим обобщенные данные различных авторов по соотношению масс анатомических частей зерна для основных хлебных и крупяных культур. Все значения существенно варьируют. Например, содержание крахмалистого эндосперма в зерне пшеницы у разных партий различается на 8%, в зерне ржи почти на 7% и т.д. Поэтому неодинаковы и потенциальные мукомольные достоинства зерна. Для пшеницы можно принять, что в среднем содержание крахмалистого эндосперма равно 82,5%, плодовых и семенных оболочек (в сумме) 7, алейронового слоя 8, зародыша со щитком 2,5%.

Читайте также: