1.1.1. Хімічний склад основного компонента зернової маси

На зберігання закладають партії зерна продовольчого та насін­нєвого призначення понад 100 різних видів зернових злакових, бо­бових, кормових, технічних культур. Плоди їх різняться формою, будовою, складом. У зернівці злакових, що складається із зародка, ендосперму та оболонок (рис. 1), запасні поживні речовини містять­ся переважно в ендоспермі, в якому можна виділити багатий на жир і білок алейроновий шар. Насіннєва оболонка малоцінна у про­довольчому значенні, проте відіграє важливу роль під час зберіган

ня зерна. Зародок, багатий на вугле­води, білки, жири, ферменти, є ви­значальним при проростанні зерна. Він важко піддається обробці, а після відокремлення від зерна швидко псу­ється. Під час переробки зерна заро­док зазвичай відокремлюється від ендосперму й надалі зберігається чи переробляється за іншими техноло­гіями і режимами.

У насінні бобових культур запасні речовини зосереджуються в зарод­ку — в сім'ядолях. Насіння різних олійних культур неоднакове за будо­вою: зовнішня частина одних є на­сінною, а інших — плодовою оболон­кою. Більшу частину насінини со­няшнику, сої, льону становить заро­док, а рицини — ендосперм.

Незважаючи на різну будову зер­на (насіння), його для зручності ви­кладу матеріалу називатимемо зер­новою масою.

Головне значення для переробки має стан ендосперму зерна і насіння. Водночас зернівка є цілісним органі­змом, і зміни в якості однієї її части­ни неминуче зумовлюють зміни в інших. Тому зернові маси оцінюють за їх основним компонентом — зер­ном як комплексом хімічних і фізич­них властивостей. Хімічний склад і фізичні властивості зерна зале­жать від кліматичних, метеорологічних умов, технології вирощу­вання, проте в межах одного роду культур вони характеризуються певними середніми значеннями.

За хімічним складом зернові, круп'яні, олійні та ефіроолійні культури поділяють на чотири групи:

1) багаті на крохмаль (55 — 80 %) — хлібні злаки (жито, пшениця,
овес, ячмінь, рис, кукурудза), круп'яні (гречка, просо);

2) багаті на білок (понад 20 %) — бобові (горох, квасоля, люпин,
соя);

3) багаті на олію (понад 35 %) — соняшник, льон, гірчиця, ріпак,
мак, кунжут, рицина;

4) багаті водночас на рослинну та ефірну олії — коріандр, кмин, фенхель (табл. 1).

Таблиця 1. Середній хімічний склад зерна і насіння

(з розрахунку на 100 г маси), г

Вплив географічного фактора на хімічний склад зерна оче­видний. Так, вміст білка більший у зерні культур, вирощених на південному сході та півдні країни; в насінні соняшнику, вирощеного в північних районах, більший вміст ненасичених жирних кислот; в умовах жаркого клімату в насінні бобових збільшується вміст соле-розчинних білків і зменшується вміст водорозчинних. Водночас фак­тор збільшення вмісту білка діє лише за температури не вище 30 °С.

Різноякісність хімічного складу спостерігається навіть у зерні з різних частин колоса (зерно середньої частини колоса багатше на білок, зерно кукурудзи з нижньої частини качана найкраще за хі­мічним складом).

Хімічний склад зернових, зернобобових та круп'яних куль­тур. Білки зерна злакових культур переважно розчинні в 70 %-му спирті. Це — проламіни. В зерні пшениці вони представлені гліадином, кукурудзи — зеїном, вівса — авеніном. Білки, розчинні в розчинах лугів, називаються глютелінами, у розчинах солей — глобулінами, у воді — альбумінами.

Білкові речовини нерівномірно розподіляються по тканинах зер­на; найбільше їх у периферійній частині ендосперму. Багатше на білок зерно м'яких пшениць, вирощених у посушливе літо. Вміст білка завжди більший у крупних зернівках твердих пшениць.

Велике значення для оцінки харчового зерна різних куль­тур має амінокислотний склад білків. У зерні пшениці най­більше глютамінової кислоти, а в її зародках багато незамінних амінокислот, зокрема лізину. В периферійних частинах ендосперму пшениці міститься 3 — 4 % від загальної кількості аргініну, валіну; 1 — 2 % — лізину, цистину, метіоніну; до 1 % — триптофану; в його центральній частині — 6 — 8 % ізолейцину та лейцину і 3 — 4 % фені­лаланіну; в алейроновому шарі багато триптофану. Однак алейро­новий шар, що складається з товстостінних клітин, засвоюється шлу­нком людини погано. Низькобілкові пшениці багаті на лізин. Висо-кобілкові та висококлейковинні м'які пшениці мають добрі хлібопека-рькі властивості.

Білки зерна жита порівняно з білками пшениці більш цінні, оскільки містять більше лізину, треоніну, фенілаланіну. Кількість білка більша в зерні, вирощеному в регіонах з теплим і сухим клі­матом. Білки ярого та озимого, ди- і тетраплоїдного жита мають ідентичний амінокислотний склад. Алейроновий шар зерна жита багатий на лізин, гістидин, тирозин, серин. У його складі є гліадин і глютенін, але іншого амінокислотного складу, ніж у пшениці.

Вміст білка в зерні тритикале більший, ніж у зерні жита і пше­ниці, але якість його клейковини набагато нижча.

Білок зерна ячменю за сумою незамінних амінокислот трохи цінніший за білок пшениці, містить більше лізину й треоніну, особ­ливо багатий на ці амінокислоти білок зерна плівчастого ячменю. Клейковина зерна ячменю сірого кольору, короткорозривна, з низь­кою гідратаційною здатністю. Ячмінне борошно використовують для виготовлення хліба та перепічок (у Прибалтиці та азіатських краї­нах). Вміст білка в пивоварному ячмені не повинен перевищувати 12 % (погіршується якість та знижується вихід пива).

У зерні вівса вміст білка може коливатись у межах 9 — 19 %. По­рівняно із зерном пшениці в ньому більше аргініну та лізину, але втричі менше глютамінової кислоти.

Зерно кукурудзи містить від 8 до 14 % білка залежно від типу, особливо багато його в зародку. Скловидне зерно багатше на білок, ніж борошнисте. Вміст незамінних амінокислот у зерні кукурудзи незначний.

В зерні проса різних типів білка міститься від 9 до 16 %, в його ядрі — в середньому 16 %. Вирізняється підвищеним вмістом алані­ну та низьким — аспарагінової кислоти, лізину, аргініну.

Зерно гречки містить 8 — 14 % білка, причому близько полови­ни — в його зародку. Високий вміст у ньому водорозчинних глобу­лінів та незамінних амінокислот. Лізину й треоніну у зерні гречки більше, ніж у зерні проса, пшениці, жита, рису.

Рис містить 7 — 9 % білка. Найбільша кількість його у зародку та зовнішніх шарах зернівки. У складі білків рису є всі незамінні амі­нокислоти.

У насінні бобових вміст білків пропорційний його розмірам і в середньому становить: у квасолі — 25 %, гороху — 28, кормових бо­бів — 29, сочевиці — 30, сої — 39 %. Основна фракція білків пред­ставлена глобулінами. Насіння бобових багате на аспарагінову та глютамінову кислоти, лейцин, ізолейцин, валін, треонін, фенілала­нін. Високий вміст білків характерний і для насіння олійних куль­тур. Наприклад, у ядрі соняшнику його понад 25 %, льону 20 — 30 %. У складі білка його багато незамінних амінокислот — глютамінової, аспарагінової, а також лізину. З білків соняшнику та бавовнику одержують ізоляти, які добавляють у борошно для випікання хліба.

Вуглеводи становлять до 2/3 маси зерна злакових і містяться пе­реважно в ендоспермі. Представлені здебільшого полісахаридами, які складаються з глюкозних залишків.

Моносахариди й сахароза беруть участь у процесах бродіння, за­безпечуючи якісне тісто для випікання хліба. За вмісту моно- і ди­сахаридів у зерні пшениці понад 2,5 %, а жита — 3,5 технологія ви­готовлення хліба з такого борошна змінюється, а вихід його — змен­шується.

Полісахариди. Середній вміст крохмалю в зерні становить: злакових 65 - 70 %, рису — 80, зернобобових — 40 %. Кількість, фор­ма, розмір, щільність, розміщення крохмальних зерен у зерні зла­кових різні.

За високої температури сушіння зерна крохмальні зерна бубня­віють, а структура їх стає розпушеною. На швидкість бубнявіння крохмалю впливає багато факторів. Із старінням зерна та борошна температура бубнявіння підвищується — тісто теплішає. У великих зернівках крохмаль має більшу молекулярну масу, підвищений вміст амілози, більшу здатність до бубнявіння при нагріванні з во­дою, а в дрібних — більші гігроскопічність і здатність легко розщеплюватися амілазами. Крохмальні зерна пшениці і жита при темпе­ратурі води вище 50 °С утворюють клейстер.

До складу зерна кукурудзи входить полісахарид глікоген. Слизи (гумі, пентозани) — це розчинні у воді полісахариди. Містяться в зерні жита (до 7 %) та пивовареного ячменю (беруть участь в утво­ренні піностійкості). При гідролізі легко розщеплюються до арабіно-зи та ксилози. Легко набухають у воді, утворюючи в'язкі (липкі) ма­си, сприяють формуванню житнього тіста. Тільки в зерні жита ви­явлено левулезани — полісахариди, що складаються із залишків фруктози.

Клітковина (целюлоза). У голозерному зерні чи плівчастому вміст клітковини різний: у жита — 2 %, рису, ячменю — 9, соняш­нику — 15 %.

Ліпіди. В зерні ліпіди містяться у вигляді простих жирів (65 % ліпідів): у пшениці їх 2 %, просі — 4, вівсі 5 — 6, кукурудзі — 5, со­няшнику — 45, сої — 20, горосі — 2 %. У складі рослинних жирів близько 75 — 80 % жирних кислот — пальмітинової, олеїнової, ліно­ленової. При слабкій дії ферменту ліпоксигенази невелика кіль­кість жирних кислот прискорює дозрівання пшеничного борошна, тому його треба зберігати на холоді або нетривалий час. Для при­скорення випічки до тіста додають трохи олії. Складні жири, або фосфоліпіди, разом з білками входять до складу клітинних мембран та зародка, є поверхнево-активними речовинами і найкращим засо­бом для поліпшення властивостей пшеничного борошна.

Вітаміни. З вітамінів у зерні є 9 водо- (тіамін, рибофлавін, ніа-цин, піридоксин, пантотенова кислота, холін) та жиророзчинних (каротиноїди, D, Е) вітамінів, а також вітамін С (аскорбінова кисло­та, яка появляється при проростанні зерна). Особливо багато в за­родках зерна вітаміну Е, а в алейроновому шарі — каротину.

Ферменти. Всі процеси синтезу та розщеплення здійснюються лише за умови діяльності ферментної системи. Кожен фермент має свої оптимальний і максимальний водневий показник та функцію. Так, для дихання зерна мають значення ферменти дегідрогеназа і декарбоксилаза, для зберігання борошна — ліпаза і фосфатаза, для випікання хліба — амілаза і протеаза. Вони містяться переважно в зародку та алейроновому шарі зерна. Ферменти зерна поділяються на шість класів: 1) оксиредуктази — каталізують окисно-відновні реакції; 2) трансферази — каталізують реакції перенесення окре­мих атомів і груп атомів від одних субстратів до інших; 3) гідрола-зи — каталізують гідролітичні реакції; 4) ліази — каталізують про­цеси відщеплення яких-небудь груп негідролітичним шляхом з утворенням подвійного зв'язку або, навпаки, приєднання відповід­них груп атомів на місці подвійного зв'язку; 5) ізомерази — прискорюють процеси ізомеризації органічних сполук; 6) лігази (синтета-зи) — каталізують реакції синтезу, які пов'язані з використанням енергії АТФ та деяких інших трифосфатів. Усі ці ферменти є в зерні (насінні) сільськогосподарських культур. Активна дія їх виявляєть­ся при формуванні, дозріванні, проростанні, а також в усіх випад­ках порушення нормальної життєдіяльності зерна. Головною умо­вою для функціонування ферментів є наявність вологи.

Кислотність. Зерно має певну кислотність, що зумовлюється карбоксильними групами білків та жирними кислотами, які вивіль­няються внаслідок розщеплення жиру, а також наявністю фосфор­ної, оцтової, молочної та яблучної кислот у зерні. Більшість біохіміч­них процесів у зерні та борошні супроводжуються нагромадженням кислих продуктів. Наприклад, внаслідок самозігрівання і проки­сання зерна в ньому збільшується вміст молочної та оцтової кислот (за вмістом останньої визначають свіжість зерна та борошна пше­ниці (4°) і жита (5°)). Наявність вільних кислот негативно впливає на властивості клейковини, забарвлення крупи та властивості бо­рошна.

Мінеральні речовини. Висушене зерно, яке не містить вологи, складається з таких елементів, %: вуглецю — 45; кисню — 42; вод­ню — 6,5; азоту — 1,5 (всього 95 - 98). Решту сухих речовин (2 - 5 %) становлять мінеральні елементи, що містяться в золі після озолення зерна.

За кількісним вмістом мінеральні елементи у тканинах зерна поділяють на такі підгрупи, % до маси золи:

1) макроелементи — вміст їх коливається від десятих до сотих
часток (10 - 1 - 10 - 2) процента (Р, К, Mg, Na, Fe, S, Al, Si, Ca);

2) мікроелементи — вміст їх коливається від тисячних до стоти­
сячних часток (10 — 3 — 10 — 5) процента (Mn, B, Sr, Cu, Zn, Ba, Ti, I,
Br, Mg, Ca та ін.);

3) ультрамікроелементи — вміст їх становить мільйонні частки
(10 - 8) процента і менше (Cs, Se, Cd, Hg, Ag, Au, Ra).

У золі пшениці та жита переважають фосфор, калій, магній; у золі плівчастих зерен — кремній; у золі бобових фосфору вдвічі ме­нше, а заліза вдвічі більше; в золі соняшнику багато фосфору, ка­лію, кальцію, магнію, а в золі бавовнику, сої — калію. У зерні пше­ниці мінеральні речовини містяться переважно в оболонці, а в зерні кукурудзи — в зародку. Зольність ендосперму м'якої пшениці ста­новить 0,42 %, оболонки 7 - 11 %, твердої — трохи вища.

Пігменти. У зерні й насінні сільськогосподарських культур ви­явлено чотири групи пігментів, які надають їм певного забарвлен­ня: порфірини, каротиноїди, антоціани, флавони та пігменти, що утворюються під час окислення речовин зерна.

До порфіринів належить хлорофіл. Він входить до складу зерна жита, насіння конопель і деяких сортів бобових — сочевиці, сої, ква­солі, гороху. Зелений колір багатьох плодів і насіння свідчить про їх недозрілість.

Каротиноїди поширені в покривних тканинах багатьох плодів і насіння, містяться в ендоспермі злакових і сім'ядолях бобових куль­тур.

Антоціани найчастіше мають синій або фіолетовий колір, міс­тяться в оболонках деяких сортів бобових (квасоля) і олійних (со­няшник) культур.

Флавони надають зерну жовтуватого забарвлення.