Вуглеводи

Вода.

Ферменти, пігменти, кислотність зерна.

Мінеральні речовини, вітаміни, феноли.

Ліпіди.

Вуглеводи.

Білкові речовини.

Лекція 4

ХІМІЧНИЙ СКЛАД ЗЕРНА (НАСІННЯ)

Вивчення кількісного співвідношення речовин, які входять до складу зерна злакових, насіння бобових, олійних культур, має дуже важливе значення для використання його у продовольчих і харчових цілях. Харчова цінність, як і кормові властивості продуктів перероб­ки, залежить в першу чергу від вмісту в зерні (насінні) білкових речо­вин, вуглеводів, жирів, різних вітамінів і мінеральних речовин.

В процесі виробництва хліба, макаронних виробів і інших цінних продуктів суттєву роль відіграють ферменти зерна, від активності яких залежить перетворення білків і вуглеводів на різних етапах виготовлення цих продуктів. Інтенсивність життєдіяльності зерна і насіння значною мірою пов'язана як з вмістом води в них, так і з активністю ферментного комплексу і особливостями хімічного складу. Від того, наскільки інтен­сивно проходять процеси життєдіяльності в зерні (насінні), залежить можливість його зберігання без погіршення вихідної якості.

Таблиця 1

Вміст основних хімічних речовин у зерні (%)

Культура	Білок	Крохмаль	Клітко­вина	Жири	Зола
Пшениця	8...22	49...73	2,0...3,0	2,0...2,5	1,5...2,2
Жито	8...16	55...73	1,8...3,2	1,7...3,5	1,7...2,3
Ячмінь	8...16	45...68	4,5...7,2	1,9...2,6	2,7...3,1
Овес	8...16	24...64	7...24	4,5...5,8	4,0...5,7
Тритикале	11...23	49...57	2...3	3...5	1,8...2,2
Рис	7...10	48...86	7,4...16,5	1,5...2,5	4,5...6,8
Сорго	9...14	51...61	5,0...6,5	2,7...3,7	1,8...2,4
Просо	8...15	51...70	10...11	1,9...2,3	3,7...4,5
Кукурудза	8...14	61...83	2,5...3,0	4...6	1,4...1,8
Гречка	8...14	66...68	10...16	2,3...3,1	2,2...2,6
Горох	19...34	46...61	3...7	1,3...2,9	2,4...4,0
Соя	36...48	2...4	3...7	15...26	4,0...6,0

За хімічним складом зерно злакових культур належить до групи крохмальної рослинної сировини, бо в ньому знаходиться більше крохмалю, який є важливим енергетичним джерелом для майбутньої рослини. Зерно круп'яних культур містить багато клітковини, сої - білка і жиру (табл. 1).

Дані, наведені в таблиці 1, орієнтовні, тому що вміст хімічних ре­човин у зерні значно залежить від сорту, умов погоди, агротехніки, строків і способів збирання тощо.

За хімічним складом зерно і насіння поділяють на 3 групи: багате на крохмаль; багате на білки; багате на жири. До першої групи відно­сять зерно злакових культур і насіння гречки. Вони містять вуглево­дів - 70...80%, основну частину яких становить крохмаль, білків -10...16 і жиру - 2...5%. До другої групи належить насіння бобових культур, яке містить білків 25...30, вуглеводів 60...65 і жиру 2...4%. До третьої групи належать олійні культури, в насінні і плодах яких жиру міститься 25...50, білків 20...40%, а також бобові (соя, арахіс), капустяні культури.

1. Білкові речовини. Білки - це складні високомолекулярні сполуки, до складу яких входять вуглець (51...55%), азот (16,5...18,5%), кисень (21...23%), водень (6,6...7,3%), сірка (0,3...2,4%), до складу деяких білків вхо­дять фосфор (0,2...2,0%), залізо та інші елементи. Первинна структу­ра білків утворена поліпептидними ланцюжками з різних амінокис­лот. Різноманітність хімічних і фізико-хімічних властивостей білків зумовлена відмінностями в первинній, вторинній, третинній і четвер­тинній структурах їх молекул. Спеціальні методи дозволяють одержа­ти важливі відомості про властивості білків, їх роль у технологічних процесах борошномельного, круп'яного, хлібопекарського та мака­ронного виробництва і спрямувати ці процеси в бажаному напрямку.

Для характеристики білкових речовин визначають амінокислоти, які знаходяться в продуктах харчування. Основними структурними елементами білків є такі двадцять амінокислот: глікокол, аланін, норвалін, валін, лейцин, ізолейцин, лізин, аргінін, аспарагінова кислота, глютамінова кислота, треонін, серин, цистин, цистеїн, метионін, фе­нілаланін, тирозин, пролін, гістидин, триптофан. Усі ці амінокислоти синтезуються рослинним організмом і мають важливе значення для усіх живих істот, тому що за рахунок них здійснюється синтез білка.

Особливо суттєве значення мають незамінні амінокислоти. Орга­нізм людини і тварини не може синтезувати ці амінокислоти і повинен одержувати їх у готовому вигляді з продуктами харчування. Незамін­ними для людини вважаються 8 амінокислот: лізин, триптофан, метионін, фенілаланін, валін, треонін, ізолейцин і лейцин, для тварин - ще аргінін і гістидин, їх вміст залежить від культури, її сорту, а також умов вирощування (табл. 2).

Таблиця 2

Вміст незамінних амінокислот в білку зерна (г на 100г білка)

Амінокислота	Пшениця	Кукурудза	Рис	Жито	Овес
Аргінін	4,3	4,8	7,2	5,6	6,0
Гістидин	2,1	2,5	1,7	2,4	2,0
Лізин	2,7	2,3	3,2	4,1	3,3
Лейцин	7,0	15,0	8,2	6,1	8,0
Ізолейцин	4,0	6,4	5,2	3,4	5,3
Валін	4,3	5,3	6,2	1,5	6,5
Метионін	2,5	3,1	3,0	1,8	2,3
Треонін	3,3	3,7	3,8	3,2	3,5
Фенілаланін	5,1	5,0	5,0	3,2	6,9
Триптофан	1,2	0,6	1,3	1,0	1,3

Лізин потрібний для синтезу складних білків - нуклепротеїдів, які містяться в значній кількості в ядрах клітин і відіграють першочерго­ву роль в явищах спадковості.

Триптофан потрібний для синтезу гемоглобіну крові і нікотинової кислоти (вітамін РР), яка стимулює процеси біологічного окислення. Нестача вітаміну РР викликає захворювання шкіри. В організмі лю­дини нікотинова кислота може синтезуватися із триптофану, внаслі­док чого потреба у вітаміні РР змінюється залежно від вмісту в про­дукті триптофану (тобто від рівня білковості продукту харчування).

Метионін, цистин і цистеїн є джерелом сірки, вони беруть участь в окислювально-відновних процесах організму. Метионін потрібний для синтезу гормону адреналіну і біологічно важливих речовин - кре­атину і холіну.

Лейцин сприяє утворенню холестерину і каротиноїдів. В організмі людини і тварини каротиноїди відіграють важливу роль як вихідна речовина для синтезу вітамінів групи А.

Фенілаланін бере участь в утворенні гормону адреналіну, який впливає на обмін речовин. Порушення обміну фенілаланіну викликає у немовлят недоумкуватість.

Вмістом незамінних амінокислот визначається біологічна цінність білка. Відсутність або нестача цих амінокислот в продуктах харчуван­ня викликає порушення нормальної діяльності організму людини. Якщо людина щоденно не одержить 1г триптофану, 4...6 - лейцину, 3...4 - ізолейцину, 4 - валіну, 2...3 -треоніну, 3...5 - лізину, 2...4 - метионіну, 2...4 - фенілаланіну (в сумі всього від 21 до 31г), то рівнова­га між процесами розпаду і синтезу порушиться, і людина буде голо­дувати, не відчуваючи почуття голоду. Отже, білки злакових культур неповноцінні за деякими незамінними амінокислотами, перш за все за лізином, метионіном, триптофаном і треоніном. Для харчування тва­ринного організму і організму людини важливе значення має збалан­сованість амінокислотного складу білків.

У білку знаходяться різні форми зв'язку. Велика і складна молеку­ла білка утворюється внаслідок виникнення різноманітних зв'язків рі­зної міцності. Найміцніші - ковалентні зв'язки. До них належать пептидні, дисульфіди і складноефірні.

Пептидним зв'язком (-СО-МН-) з'єднуються між собою рештки амінокислот. Дисульфідний зв'язок (-S-S) утворюється за рахунок двох сульфгідрильних груп (-SН) решток цистеїну. Для фосфопротеїнів характерне утворення ефірів фосфорної кислоти і серину.

Важливим є також іонний зв'язок (сольовий), характерний для со­лей і обумовлений притяганням між протилежно зарядженими іонами.

В білках існують також слабкі водневі зв'язки. Водневий зв'язок проявляється між атомами водню з атомами найбільш електровід'ємних елементів (О, N, Fе тощо). Він слабкіший, ніж ковалентний чи іонний зв'язок, але сильніший, ніж слабкі сили міжмолекулярного притягання. Ще слабкіші гідрофобні взаємодії - особливий різновид слабких міжмолекулярних сил, які діють лише між неполярними мо­лекулами (радикалами) і тільки у водяному середовищі. Гідрофобною взаємодією володіють рештки (радикали) валіну, лейцину, фенілала­ніну, а також, можливо, проліну, аланіну, триптофану і цистину.

За сучасним уявленням білки мають декілька послідовних типів просторової організації структури. Розрізняють чотири рівні структу­ри або організації білкової молекули: первинна, вторинна, третинна і четвертинна.

Первинна структура виникає завдяки пептидним зв'язкам між α-карбоксильною і α – аміногрупою.

Вторинна структура утворюється завдяки водневим зв'язкам. Хоч водневі зв'язки слабкі, але вони присутні в молекулі білка в значній кількості і тому відіграють важливу роль в підтриманні структури бі­лкової молекули.

Третинною структурою називають упаковку в просторі поліпептидного ланцюга, окремі ділянки якого мають вторинну структуру. За формою білкової молекули, яка склалася на третьому рівні просторо­вої її організації, розрізняють білки глобулярні і фібрилярні. Глобу­лярні білки - розчинні речовини з компактною третинною структу­рою. За формою вони наближаються до кулі або еліпсоїда обертання. Фібрилярні білки мають ниткоподібну форму. Вони, як правило, не­розчинні, виконують захисні функції.

Четвертинна структура - це асоціація декількох мономерів, які утворені окремими поліпептидними ланцюгами. Четвертинну струк­туру утворюють водневі зв'язки.

Білки зерна за здатністю розчинятись у різних розчинниках поді­ляють на альбуміни - розчинні в чистій воді і в сольових розчинах; глобуліни - розчинні тільки в сольових розчинах, але не розчинні в чистій воді; проламіни - нерозчинні у воді і в сольових розчинах, специфічним розчинником для цих білків є етиловий або метиловий спирт у концентрації від 50 до 70%; глютеліни - розчинні тільки в слабких кислотах або лугах.

У зерні міститься декілька тисяч білків, що мають різні функції -структурні, транспортні, захисні, запасні тощо. Основна частина їх представлена різними ферментами, які забезпечують життєдіяльність клітин в процесі формування і достигання зерна, а також розвитку рослин під час проростання насіння. Найбільше в зерні запасних біл­ків: проламінів і глютелінів, частка яких у сумарному білку становить 80...85%.

2. Вуглеводи - це основні енергетичні ресурси, сконцентровані в клітинах ендосперму зерна. За вмістом легкозасвоюваних вуглеводів бо­рошно і крупа посідають перше місце серед інших продуктів харчу­вання людини. Значення вуглеводів у технологічному процесі переро­бки зерна також дуже суттєве. Найістотнішу роль у процесі замісу тіс­та і випіканні хліба відіграє крохмаль. Необхідні вуглеводи і для хар­чування людини. Вони є складовою частиною корму тварин. Водночас цукри - основний субстрат бродіння і дихання. Вуглеводи (крохмаль, цукри, клітковина, геміцелюлоза, пентозани) - основна складова час­тина зерна. Вміст їх може досягати 80 %. Найважливіші вуглеводи, які зустрічаються в зерні, можна представити у вигляді схеми 1.

МОНОЦУКРИДИ ПОЛІЦУКРИДИ

(прості цукри) (складні цукри)

Пентозани Гексози Поліцукриди Поліцукриди

1-го порядку 2-го порядку

арабіноза, глюкоза, цукроза, крохмаль, глікоген, ксилоза фруктоза, мальтоза, клітковина, слизі,

рибоза рафіноза геміцелюлоза

Схема 1. Вуглеводи, що містяться в зерні.

Моноцукриди легко розчиняються у воді, багато з них мають со­лодкий смак, під час нагрівання обвуглюються.

Вміст пентозів становить в цілому пшеничному зерні 8,1%, ендо­спермі - 2,72%, зародку - 9,74%, оболонках і алейроновому шарі - 36,65%.

Серед вуглеводів крохмалю найбільше у зерні, він становить від 65% до 80% маси ендосперму. Загальний вміст крохмалю значно коли­вається залежно від впливу багатьох факторів під час наливу і дости­гання зерна. Серед цих факторів необхідно відзначати сортові власти­вості, використання добрив, кліматичні умови, наявність у ґрунті води і кількості опадів під час достигання, їх значна кількість сприяє більшо­му накопиченню крохмалю в зерні. У зв'язку з тим, що між вмістом бі­лка і крохмалю існує зворотна залежність, то всі фактори, які сприяють нагромадженню білка, зумовлюють зменшення вмісту крохмалю в зер­ні. Залежно від властивостей сорту й умов вирощування кількість кро­хмалю в зерні може істотно змінюватись: у пшениці - від 49% до 73%, жита - від 55% до 73%, ячменю - від 45% до 68%, вівса - від 24% до 64%, кукурудзи - від 61% до 83%, проса - від 51% до 70%, рису - від 48% до 68%, а в шліфованому рисі - від 71% до 86%.

В зерні крохмаль міститься у вигляді крохмальних зерен різного розміру і форми. Розміри крохмальних зерен пшениці становлять 3...50, жита - 5...50, ячменю - 5...12, кукурудзи - 10...30, вівса - 5...12, рису - 2...10 мкм. Крохмальні зерна пшениці, жита і ячменю прості, а у кукурудзи, вівса і рису складні, які являють собою окремі, ніби склеєні між собою дрібні крохмальні зернята.

Фізико-хімічні властивості крохмалю залежать від розмірів крох­мальних зерен, кількісного співвідношення окремих фракцій і їх мо­лекулярної структури. У крупних зернівок частка дрібніших крохма­льних зерен (менше 10 мкм в діаметрі) значно більша, ніж у дрібних за розміром. Крохмаль крупних зернівок мас більшу молекулярну ма­су, збільшений вміст амілози і володіє більшим набуханням під час нагрівання з водою. Крохмаль дрібних зернівок має більшу гігроско­пічність, легше розщеплюється амілазами.

Крохмальні зерна під час нагрівання їх у воді утворюють крохма­льний клейстер. Клейстеризація крохмалю різного походження відбу­вається за різної температури: пшеничного - при 62,5°С, житнього - при 58,6°С.

Розміри крохмальних зерен впливають на хлібопекарські якості пшениці. Проте єдиної думки нема. Одні дослідники вважають, що добре в хлібопекарському відношенні борошно має найбільшу кіль­кість дрібних крохмальних зерен, інші стверджують, що між кількіс­тю крохмальних зерен різних розмірів і хлібопекарськими якостями немає ніякого зв'язку. Очевидно, це пов'язано з хімічним складом і фізичними властивостями крохмалю.

Крохмаль складається з амілози і амілопектину. Ці речовини дуже відрізняються за своїми фізичними і хімічними властивостями. Аміло­за легко розчиняється в теплій воді і дає розчин порівняно незначної в'язкості, в той час як амілопектин розчиняється у воді лише від нагрі­вання під тиском і дає дуже в'язкі розчини. В крохмалі міститься від 20 до 25% амілози і від 75 до 80% амілопектину. Так, вміст амілози в крохмалі зерна пшениці становить 25,0%, жита - 23,2%, тритикале - 22%, сорго - 22,2%, кукурудзи - 23,7%, рису - 21,8%, проса - 20%, ячменю - 21,8%, вівса - 22%.

Амілоза і амілопектин відрізняються своєю хімічною будовою. В молекулі амілози окремі рештки глюкози зв'язані між собою ніби нерозгалуженим ланцюжком, а молекула амілопектину досить розгалу­жена. Молекулярна маса амілози коливається від 3·10⁵ до 1·10⁶, а мо­лекулярна маса амілопектину досягає сотень мільйонів.

Значення крохмалю в технології борошномельного, круп'яного і хлібопекарського виробництва визначається його властивостями як високомолекулярної речовини. При цьому найважливіше значення має водовбирна здатність та в'язкість розчинів клейстеризованого крохмалю. Чим більша водовбирна здатність (вона може коливатись від 45 до 83%) та в’язкість, тим кращі хлібопекарські якості пшениці.

Вміст цукрів у зерні порівняно з крохмалем значно менший. Вони під час випікання хліба мають важливе значення для розвитку дріжджів і молочнокислих бактерій і представлені моно-, ди- і трицукридами. Моноцукриди складаються з глюкози і фруктози, дицукриди - цукрози і мальтози, трицукриди - рафінози. Загальний вміст цукрів у стиглому зерні усіх злакових культур становить 3...5%, за винятком вівса - 0,6...2,2% і жита-9%.

Клітковина, або целюлоза, утворює структурну основу оболонок рослинних клітин і являє собою полімер глюкози. Міститься головним чином у квіткових клітинах і оболонках зерна та в стінках клітин алей­ронового шару.

Клітковина - дуже стійка хімічна речовина, нерозчинна в воді. Во­на розчиняється лише в аміачному розчині окису міді, в концентро­ваному розчині хлористого цинку і в концентрованих мінеральних кислотах. Клітковина не перетравлюється в шлунково-кишковому тракті людини, вона перетравлюється лише жуйними тваринами, в шлунку яких є особливі бактерії, які гідролізують клітковину за до­помогою ферменту целюлази.

Клітковини в зерні пшениці, жита і кукурудзи міститься 2...3%. Її вміст залежить від плівчастості. У плівчастих сортах ячменю він стано­вить 4,7...5,1%, в голозерних - 1,9%, у плівчастому вівсі змінюється залежно від сорту й умов вирощування від 7 до 24%, а в голозерному - усього 4,7%, у рисі - від 7,4 до 16,5%, шліфованому - у середньому 0,2%. Цей показник залежить також від розмірів зерна і його виповне­ності. Чим воно дрібніше і щупліше, тим більше в ньому клітковини.

Геміцелюлози об'єднують поліцукриди різного хімічного складу, але з однаковими фізичними властивостями. Вони не розчиняються у воді, але розчиняються в лугах. Містяться головним чином у висівках, в периферійних частинах плівок зерна, в кукурудзяних стрижнях, соломі.

Геміцелюлоза, як і клітковина, не засвоюється людським організ­мом. Кислотами вона гідролізується легше, ніж клітковина. Продукти гідролізу геміцелюлози поділяються на дві групи. Ті, які дають гексо­зи, називаються гексозанами, а ті, які гідролізуються до пентоз, нази­ваються пентозанами. У зерні пшениці і жита міститься від 8 до 10% геміцелюлоз (інколи до 14%), в тому числі від 5 до 8% пентозанів.

В ендоспермі пшениці й інших злаків міститься біля 2% нероз­чинних у воді, але які набухають в ній, некрохмальних поліцукридів, які утворюють під час відмивання крохмалю слизистий шар. У зерні ячменю міститься значна кількість (до 10%) геміцелюлоз і до 15% водорозчинних слизів. Вони збільшують в'язкість екстракту, що має важливе значення для якості пива, зокрема для стійкості піни.

3. Ліпіди об'єднують велику кількість різних за складом речовин із спільними ознаками:

- гідрофобністю - нерозчинністю у воді;

- розчинністю в неполярних органічних розчинниках: диетиловому і петролейному ефірах, бензолі, хлороформі;

- великим вмістом в них гідрофобних радикалів і угруповань -
високомолекулярних кислот аліфатичного (жирного) і аліциклічного рядів або аналогічних їм спиртів і вуглеців.

Ліпіди відіграють значну роль в рослинному організмі як запасні речовини і важливі компоненти протоплазми і біологічних мембран. Ліпіди мають першочергове значення у визначенні харчових і техно­логічних властивостей борошна і крупи.

Відповідно до хімічного складу ліпіди поділяються на три групи. До першої належать прості (жири і віск), до другої - складні (містять, крім вуглецю, кисню і водню, також фосфор, азот, інколи сірку; це фосфатиди і сульфоліпіди), до третьої - циклічні ліпіди (стерини і їх ефіри з високомолекулярними жирними кислотами - стериди).

Жири (водонерозчинні запасні речовини) являють собою концентрований енергетичний і будівельний резерв організму. На долю їх припадає 63...65% усіх ліпідів зерна. Вони можуть бути у великій кі­лькості в насінні багатьох рослин, особливо олійних. Середній вміст жиру в зерні пшениці, жита, ячменю становить 2%, проса - 4%, гре­чки - 3%, рису і кукурудзи - 5%, гороху, квасолі - 2%, сої - 20%, соняшнику - 45%, рицини - 60%. У зерні жири розміщені нерівно­мірно, про що свідчать дані в продуктах його переробки. Так, у пше­ниці в цілому зерні їх 1,92%, у борошні - 1,18%, висівках - 5,12%, у зародку - 8,76%. У зародку жита жирів до 15%, кукурудзи - 35...43% на суху масу зерна.

Усі жири рослинного походження за консистенцією рідкі, бо складаються головним чином з неграничних кислот жирного ряду: олеї­нової, лінолевої і ліноленової відповідно з одним, двома або трьома подвійними зв'язками. Серед рослинних жирів є і тверді (масло ка­као, кокосової пальми). Вони складаються переважно з насичених (граничних) жирних кислот (пальмітинової).

Залежно від співвідношення гліцеридів неграничних (ненасичених) кислот різко міняються властивості жиру і можливості його викорис­тання. Тому рослинні олії і насіння, з якого їх виробляють, класифіку­ють на такі групи: висихаючі, напіввисихаючі, невисихаючі, касторові.

Висихаючі (подібно льоновій). У них основну масу складають глі­цериди, які містять лінолеву (50...60%) і ліноленову (17...45%) кис­лоти. В місці подвійного зв'язку даних кислот легко приєднується ки­сень, внаслідок чого жир перетворюється в твердий продукт. Нане­сення таких масел тонким шаром утворює міцну окислену плівку - ліноксин. Масла цієї групи використовують для одержання натураль­ної оліфи і лаків, які дають стійкі плівки - покриття. Подібні масла одержують з насіння льону, конопель, перили і лялеманції.

Напіввисихаючі (подібно маковій олії). Такі олії складаються голо­вним чином з гліцеридів лінолевої кислоти (40...57%) і містять неграничну кислоту з одним подвійним зв'язком - олеїнову (28...50%). Значна кількість олеїнової кислоти і мала ліноленової зменшують можливість окислення, тому такі олії називають напіввисихаючими. їх одержують з насіння соняшнику, бавовнику, сої, рижію, сафлори, кукурудзи, грецьких і кедрових горіхів. Присутні вони і в зерні пше­ниці, жита та інших злаків.

Невисихаючі (подібно оливковій олії). Олії цієї групи складаються головним чином з олеїнової (до 83%) і ерукової кислот. Вони не здатні висихати. Містяться в насінні арахісу, гірчиці, кунжуту, ріпаку і свиріпи.

Касторову олію одержують з рицини, її основу складає рицинова кислота - монооксикислота (85%). У такої олії велика щільність (0,95...0,97), сильна і постійна в'язкість. Використовують її на техні­чні і медичні цілі.

Олія кожної групи і в її межах характеризується певними фізични­ми і хімічними властивостями: щільністю, температурою застигання, кислотним і йодним числом, числом омилення. Відхилення деяких показників відбувається головним чином внаслідок раннього збиран­ня або поганого зберігання насіння. Під час збирання недостиглого насіння синтез жиру не закінчується і частина жирних кислот зали­шається у вільному стані, не зв'язана з гліцерином. Кислотне число жиру в цьому випадку буває збільшеним, а йодне число зменшеним. При неправильному зберіганні (велика вологість насіння, його проро­стання, самозігрівання, пліснявіння) жир інтенсивно гідролізується, що характеризується збільшенням кислотного числа. Це впливає на зменшення виходу олії і зниження її сорту.

До складу рослинних олій входять також особливі жирні кислоти, які зустрічаються в насінні деяких рослин. В олії з насіння хрестоцві­тих рослин - ріпаку, рижію, гірчиці - міститься особлива жирна кис­лота - ерукова. Вона специфічна для рослин з родини хрестоцвітих. До складу тригліцеридів входять насичені і ненасичені жирні кисло­ти. В тригліцеридах зерна превалюють ненасичені. На їх частку при­падає 70...85%. Поліненасичені жирні кислоти потрібні людині, їх називають "незамінними" або "есенціальними". Особливе місце від­водиться лінолевій кислоті. Людині в середньому щодоби потрібно споживати 20...25г рослинного і 55...60г тваринного жиру. Поліне­насичені жирні кислоти сприяють виведенню з організму холестери­ну, запобігаючи і послаблюючи атеросклероз, а також сприятливо ді­ють на стінки кровоносних судин - збільшують їх еластичність. Рідкі рослинні олії перетворюють в тверді жири за допомогою гідрогеніза­ції - приєднанні з участю спеціальних каталізаторів водню в місці подвійних зв'язків неграничних жирних кислот. Гідрогенізовані рос­линні олії використовують в харчовій промисловості для виготовлен­ня маргарину і кулінарного жиру. Якість олії визначають за кислот­ним числом, йодним числом і числом омилення.

Кислотне число - кількість міліграмів КОН, необхідного для нейтралізації вільних жирних кислот, які містяться в 1г жиру. Кислотне число вказує на кількість вільних жирних кислот, які залишилися не­використаними для біосинтезу олії під час дозрівання насіння, або на початок псування олії, яке супроводжується збільшенням вмісту ві­льних жирних кислот.

Йодне число - це кількість грамів йоду, що повністю насичує вільні зв'язки в 100г олії. За величиною йодного числа олію поділяють на висихаючу - з йодним числом 130 і більше (лляна, конопляна) і невисихаючу - з йодним числом менше 85 (рицинова, арахісова). Висихаючі і деякі напіввисихаючі, які мають проміжне йодне число (рижієва, ріпа­кова), олії використовують для виготовлення оліфи, лаків, клейонок і лінолеуму. Невисихаючі використовуються в харчовій промисловості. Чим більше йодне число, тим легше окислюється і швидше гіркне олія.

Число омилення - це кількість міліграмів КОН, необхідного для нейтралізації як вільних, так і зв'язаних з гліцерином жирних кислот, які містяться в 1 г олії.

Віск - складні ефіри, утворені жирними кислотами і високомолекулярними одноатомними спиртами жирного ряду. Віск покриває тон­ким шаром листки, стебла і плоди рослин. Восковий наліт на плодах оберігає їх від змочування водою, висихання і ураження мікроорганіз­мами. Вміст воску в зерні дуже малий. Він міститься головним чином в оболонках зерна, покриваючи його тоненькою плівкою. Так, в обо­лонках насіння соняшнику міститься 0,2% воску від маси оболонок, в насінні льону - 0,03, сої - 0,01%.

Усі ліпіди умовно поділяються на вільні, зв'язані і міцно зв'язані. За вмістом вільних ліпідів основні культури можна розподілити так: овес (5,70%), кукурудза (4,78%), сорго (4,20%), просо (4,05%), гре­чка (2,56%), рис (2,34%), пшениця (1,85%), жито (1,68%). За сума­рним вмістом зв'язаних форм ліпідів основні зернові культури поді­ляються на дві групи. До першої відносяться культури з відносно бі­льшим вмістом зв'язаних форм ліпідів: жито (34%), гречка (32,8%), пшениця (31%); і до другої - з їх відносно невеликою кількістю: рис (17%), просо (11,6%), кукурудза (11,3%) і овес (10,2%). Усі групи ліпідів як у вільній, так і у зв'язаній формі в зародку містяться в значно більшій кількості, ніж в інших частинах зернівки.

4. Мінеральні речовини, вітаміни і феноли. Мінеральні речовини. До складу сухого зерна входять елементи двох груп. На першу групу (С, О, Н, N, S) припадає 95...98,5%, на другу (усі інші елементи) - 1,5...5,0%. Мінеральні елементи другої групи поділяють на три підгрупи:

- макроелементи - підгрупа об'єднує елементи, вміст яких визначається від десятків процентів до сотих часток його (10¹...10^-2). До
неї входять дев'ять елементів: Р, К, Мg, Na, Fе, S, А1, Sі, Са;

- мікроелементи - підгрупа об'єднує елементи, вміст яких сягає
від тисячних до стотисячних часток процента (10^-3...10^-5). До цієї
групи належать Мn, В, Sг, Си, Zn, Ва, Ті, Lі, J, Вг, Мо, Со і інші;

- ультрамікроелементи - підгрупа складається з елементів, вміст
яких визначається мільйонними частками (10^-6) процента і менше: Сs,
Sе, Сd, Нd, Ag, Аu, Rа.

Вміст мінеральних речовин визначають, спалюючи наважку зерна (борошна) в муфельній печі при температурі 650...850°С. Після спалю­вання залишається зола. Маса золи, виражена в процентах до маси нава­жки, називається зольністю зерна. Зольність і якісний склад золи значно змінюються залежно від виду, сорту, ґрунтово-кліматичних умов і агротехніки вирощування зернових культур. У золі пшениці і жита переважають фосфор, калій і магній. На фосфор припадає біля половини усієї золи, на калій - біля 1/3 і на магній - 12...13%. У плівчастих культур значно збільшується частка кремнію, у насінні бобових фосфору міститься менше, ніж у зернових, а частка заліза збільшується майже вдвічі. Хімічний склад золи насіння олійних культур дуже різноманітний. Так, зола соняшнику багата не лише фосфором, а й калієм, магнієм, кальцієм, а зола сої містить збільшену кількість калію. У зерні і насінні міститься також велика кількість мікроелементів. Так, у зерні пшениці марганцю 3...6,9%, нікелю 0,3...0,6%, цинку 3,7...7,9%, міді 0,72...0,75 %, молі­бдену 0,035%, кобальту 7,9...8,1%; у зерні ячменю - міді 0,3...0,6%, кобальту 0,04...0,07%, молібдену 0,02...0,05%; в насінні гороху - міді 1,41%, цинку 1,66%, молібдену 0,08%.

Зерно і продукти його переробки - одне з вагомих джерел поста­чання мінеральних речовин в організм людини, перш за все фосфору, калію, магнію, кальцію, сірки і заліза. Мінеральні речовини в зерні розподілені нерівномірно. Зольність ендосперму кукурудзи менша від зольності ендосперму пшениці і жита приблизно на одну третину. Найбільша різниця відмічається в зольності зародка і плівок. Якщо в зерні кукурудзи понад дві третини мінеральних речовин зосереджено в зародку, то в зерні пшениці і жита понад дві третини зольних еле­ментів припадає на плівки. Таке співвідношення зольності зерна цих трьох культур є наслідком того, що зародок кукурудзи майже в 1,5 раза більший від зародка пшениці і жита, і його частка в загальній масі зернівки в 4 рази більша, ніж у пшениці і жита. На відміну від злакових у ядрі насіння олійних культур міститься більше мінераль­них речовин, ніж в оболонках. Практично усі мінеральні речовини потрібні організму людини, оскільки вони беруть участь в різних процесах життєдіяльності. Проте в певних концентраціях деякі з них погіршують здоров'я людини. Найважливішими серед них в гігієніч­ному контролі харчових продуктів є вісім мікроелементів - ртуть, ка­дмій, свинець, миш'як, цинк, мідь, олово, залізо.

Науково-технічна революція і пов'язані з нею масові відходи підприємств, аварії установок атомної енергетики і газопроводів, викиди автотранспорту тощо значно забруднили навколишнє середовище і призвели до глибоких змін екологічної взаємодії людини з довкіллям. Забруднення повітря, води і ґрунту веде до зміни хімічного складу сільськогосподарської продукції, в тому числі до збільшеного вмісту важких металів і інших токсичних елементів.

Необхідність використання інсектофунгіцидів і гербіцидів спричи­нює їх накопичення в ґрунті. Біля 1% інсектофунгіцидів і від 5 до 40% гербіцидів їх загальної кількості використовуються для знищення хвороб, шкідників, бур'янів, решта надходить в фунт і рослини як забруднювачі. Токсичні речовини можуть утворюватися в зерні від са­мозігрівання, внаслідок обробки його хімікатами для боротьби зі шкі­дниками хлібних запасів тощо.

Необхідність захисту харчових продуктів від шкідливих для лю­дини речовин вимагає організації систематичного контролю за їх які­стю. Сертифікат якості дає гарантію потрібної якості і безпечності продукту. Безпечність продовольчої сировини і харчових продуктів визначається їх відповідністю гігієнічним нормативам, що включають потенційно небезпечні хімічні сполуки, вміст яких в харчовому про­дукті не повинен перевищувати гранично допустиму концентрацію. Серед показників небезпечності основними є важкі метали (Нg, Рb, Сd, Аs, Zn, Сu), хлор - і фосфороорганічні пестициди і фуміганти, мікотоксини, поліциклічні ароматичні вуглеці і радіонукліди. Гранично допустимі концентрації токсичних елементів наведені в таблиці 3.

Таблиця 3

Гранично допустимі концентрації токсичних елеме­нтів

в зерні, зернопродуктах і хлібобулочних виробах, мг/кг

Шкідливі речовини	Зерно	Зерно- бобові	Крупа	Борошно	Макаронні вироби	Хлібобулочні вироби	Вітаміни
Важкі метали: свинець	0,5	0,5	0,05	0,5	0,5	0,35
миш'як	0,2	0,3	0,2	0,2	0,2	0,15	0,2
кадмій	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,07	0,1
ртуть	0,03	0,02	0,03	0,03	0,02	0,015	0,03
мідь	10,4
цинк
Мікотокснни: афлотоксин	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005
дезоксиніваленол	0,7	-	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7
Т-2 токсин	0,1	-	0,1	0,1	0,1	0,1	-
зеараленон		-
Пестициди: гексахлорцикло-гексан	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
ДДТ і його мета­боліти	0,02	0,05	0,02	0,02	0,02	0,02	0,2
гексахлорбензол	0,01	-	0,01	0,01	0,01	0,01	-

Важкі метали належать до категорії найнебезпечніших забрудню­ючих речовин. Це пов'язано з їх біологічною активністю, а також з тим, що, потрапивши в біологічний цикл, вони дуже повільно виво­дяться з нього. Серед пестицидів, які використовуються для обробки зернових культур і підлягають контролю, потрібно виділити такі ос­новні групи сполук:

- галогеноорганічні пестициди (ГХЦГ, гептахлор, чотирихлористий вуглець, метилбромід, метилхлорид);

- фосфороорганічні пестициди (карбофос, метилнітрофос, трихлорметафос - 3, байтекс, фостоксин, актелик тощо);

- похідні феноксиалканкарбонових кислот (2,4 -Д тощо);

- похідні карбамінової кислоти (карбарил, бенлат, вітавакс тощо);

- похідні тіо- і дитіокарбамінової кислоти (цінеб, полікарбацин,
ТМТД);

- пестициди, які містять ртуть (гранозан, меркурбензол).

Мікотоксини - вторинні метаболіти плісеневих грибів відзнача­ються високою токсичністю. Відомо, що пшеницю, ячмінь і кукуру­дзу уражує хвороба - фузаріоз, яка викликається грибом Fusarium.

Вітаміни. Усі вони мають загальні характерні для них особливості:

- біосинтез їх відбувається переважно в рослинах. В організм людини і тварин вони надходять головним чином з продуктами харчування і годівлі;

- вітаміни біологічно активні в малих кількостях і абсолютно необхідні для усіх життєвих процесів;

- нестача вітамінів або порушення їх асиміляції організмом призводить до розвитку патологічних процесів у вигляді гіповітамінозів
(хвороби внаслідок тривалої нестачі) і авітамінозів (хвороби внаслідок відсутності вітамінів).

Дія вітамінів базується на тому, що, надійшовши в організм, вони перетворюються в свої активні форми і, як правило, є коферментами або простетичними групами, які входять до складу найважливіших фе­рментних систем. Так, до активних форм рибофлавіну (вітамін В₂) на­лежать флавінмононуклеотид і флавінаденіндинуклеотид, які входять до складу окислювальних ферментів. Якщо в продуктах не вистачає ті­аміну (В₁), то не утворюється в достатній кількості фермент пируватдекарбоксилаза, до складу якого він входить у формі тіамінпірофосфату. За нестачі в продуктах вітаміну В₁ у нервовій системі накопичується піровиноградна кислота, яка викликає поліневрит (порушення відчуття і рухових апаратів, атрофію м'язів тощо).

У зерні міститься дев’ять водорозчинних вітамінів: тіамін, рибо­флавін, ніацин, піридоксин, біотин, аскорбінова кислота, пантотенова кислота, холін, міо-інозит.

Тіамін відіграє важливу роль в процесах перетворення вуглеводів в організмі людини, тварини, рослини і мікроорганізмів. Під впливом світла і кисню повітря він не руйнується і не окислюється, мало руй­нується під час варіння харчів і випікання хліба (у кислому середо­вищі). Від нагрівання в нейтральному і особливо лужному середови­щі, навпаки, легко руйнується, наприклад, під час випікання конди­терських виробів, що виготовляються з використанням соди або вуг­лекислого амонію (лужні розрихлювачі). Добова потреба людини в тіаміні 2...3 мг. Основне джерело тіаміну - пшеничний і особливо житній хліб. Зерно і продукти його переробки містять тіамін в таких кількостях: зерно пшениці - 5,7...6,6, пшеничні зародки - 14,2...20,5, борошно пшеничне - 5,2, борошно житнє оббивне - 3,5...4,7, кукуру­дза - 4,5...6,2, ячмінь 4...5, овес - 6...8, рис - 2,2...2,9, висівки рисові - 22, борошно соєве - 7,7, горох - 1,5...3,8, квасоля - 0,6... 1,0 мкг на 1г продукту.

Рибофлавін (вітамін В₂) тісно пов'язаний з білковим обміном ор­ганізму. Нестача рибофлавіну викликає порушення апетиту, втрату маси, слабкість, різь в очах, хворобливі відчуття в слизових оболон­ках рота. Він стійкий до високих температур, але легко руйнується на світлі. Добова потреба людини в рибофлавіні 2 мг. Вміст рибофлавіну в пшениці становить 1,5...1,9, житі - 1,2...1,8, пшеничних висівках - 2,3, кукурудзі - 1,2, ячмені - 1,7...2,2, вівсі - 1,7...2,0 мкг/г.

Ніацин (нікотинамід, РР) володіє високою стійкістю до впливу зо­внішніх факторів: не руйнується під час варіння, під впливом соняч­ного світла, повітря і лужних розчинів. Добова потреба в ніацині 15...20 мг. Його нестача або відсутність в продуктах спричиняє за­хворювання пелагрою. Вміст ніацину в пшениці 45...70, пшеничних висівках - 120...325, пшеничному зародку - 27...90, кукурудзі - 15, ячмені - 94...104, вівсі - 15...17 мкг/г.

Піридоксин (вітамін В₆) стійкий до тепла, лугу і кислот, руйнуєть­ся на світлі, особливо під дією ультрафіолетових променів. Добова потреба людини в ньому 1,5...2 мг. Вміст піридоксину в зерні пшениці 3,5...4,3, пшеничних висівках - 8,9...16,2, ячменеві 1,1...4,1, вівсі - 0,9...3,1, кукурудзі - 3,5...9,5, просі - 2,6...5,2 мкг/г.

Біотин (вітамін Н) - важливий фактор для росту дріжджів та інших мікроорганізмів. Він стійкий до високої температури, лугу і кислот, кисню повітря. Добова потреба людини в біотині біля 10 мкг. Головне джерело біотину для людини і тварин - бактеріальна мікрофлора шлунку. В зерні пшениці біотину міститься 0,06...0,12, кукурудзи - 0,12, сої - 0,6, ячменю - 0,06...0,12, гороху - 0,18, сорго - 0,1...0,25 мкг/г.

Аскорбінова кислота (вітамін С) добре зберігається в кислому середовищі, а в лугах швидко руйнується. У водних розчинах легко руйнується, особливо за наявності повітря, світла і слідів міді або заліза. В стиглих зернах злакових культур аскорбінової кислоти нема. Вона заявляється під час проростання зерна і міститься у великій кількості в ростках і в солоді.

Пантотенова кислота входить до складу деяких ферментів, в тому числі коферменту А, з участю якого відбувається синтез жирних кис­лот, стеринів і інших сполук. Добова потреба людини у пантотеновій кислоті 10... 12 мг. Висока температура, луг і кислоти руйнують цей вітамін. Нестача пантотенової кислоти супроводжується порушення­ми діяльності нервової системи, шлунково-кишкового тракту, затрим­кою росту, ураженнями шкіри. Пантотенова кислота міститься в усіх харчових продуктах, крім того, синтезується мікробною флорою шлунку. У зерні жита її міститься 10, кукурудзи - 5, сої - 18, гороху - 20, у пшеничних висівках - 25 мкг/г.

Холін бере участь в обміні фосфоліпідів, в побудові ацетилхоліну -сполуки, зв'язаної з передачею нервового збудження, регулює жировий обмін в організмі, запобігаючи розвитку атеросклерозу. У зерні пшени­ці холіну міститься 90, жита - 45, ячменю - 80, вівса - 90, кукурудзи - 40, гороху і бобів - 150...300, у пшеничних висівках - 130 мкг/г.

Міо-інозит (мезо-інозит) стійкий до кислот і лугів. Він стимулює ріст дріжджів, бере участь у процесах, які проходять в нервовій тка­нині, в регулюванні рухової діяльності шлунково-кишкового тракту. Добова потреба людини в інозиті біля 1г. В рослинних тканинах іно­зит міститься головним чином у вигляді фітину.

У зерні присутні три жиророзчинні вітаміни: каротиноїди (прові­тамін А), вітамін Д і вітамін Е.

Каротини - провітаміни А у воді нерозчинні, погано розчиняються в спирті, але добре в хлороформі, бензолі, ефірі, в жирах. Стійкі до високої температури без доступу повітря. Добова потреба у вітаміні А 1мг. У цілому зерні пшениці каротинів міститься 0,2, в ендоспермі - сліди, алейроновому шарі і оболонках - 3,3, зародку - 6,0, в зародку жита - 2,8...7,6, в зерні ячменю і вівса до 3 мкг/г.

Вітамін Д стійкий до лугів, але руйнується в мінеральних кисло­тах. Основна функція вітаміну Д в організмі - стимуляція засвоєння кальцію. У зерні злакових культур вітамін Д практично відсутній.

Вітамін Е (токоферол) використовують як антиокислювач і для запобігання згіркнення олії. Його відсутність викликає порушення стате­вих функцій. У зерні пшениці вітаміну Е міститься 30, жита - 49, вівса - 23, проса - 26, кукурудзи - 96, рису - 34, гречки - 66, гороху - 45, квасолі - 27, сочевиці - 25, у пшеничному зародку - 355, кукурудзяному - 302, в олії з пшеничних зародків - 1500...3000, в соняшниковій олії - 350...420 мкг/г.

Феноли. В біохімії зерна до останнього часу феноли розглядались лише в аспекті впливу на них ферменту поліфенолоксидази. Хінони і продукти їх полімеризації, які утворюються під час окислення фено­лів, зумовлюють потемніння хліба і макаронних виробів.

До групи монофенолів відноситься тирозин, який входить до складу білків зерна злакових культур. У зерні пшениці, недостиглому, пророс­лому чи пошкодженому клопом-черепашкою, тирозину значно більше, ніж в здоровому. Можливо, що певну роль відіграють також сортові властивості. Встановлено, що в зерні мексиканських карликових пше­ниць вільного тирозину вдвічі більше (170...240), ніж у високорослих (100...114 мкг/г). У борошні, хліб з якого має темнішу м'якушку, також виявлено підвищений вміст тирозину, який окислюється під впливом поліфенолоксидази.

5. Ферменти, пігменти і кислотність зерна. Ферменти. Роль ферментів серед біологічно активних речовин, які знаходяться в зерні, надзвичайно велика не лише для життєдіяльності зерна (насіння) як живого організму, але й для якості продукції. Ви­значальний вплив на якість продукції має активність гідролітичних і окислювальних ферментів. Біохімічні процеси в зерні й продуктах його переробки під час достигання, зберігання, переробки, випікання хліба відбуваються за участю ферментів, тобто майже усі процеси в зерні ферментативні. Значну роль ферменти відіграють у багатьох га­лузях промисловості, насамперед у харчовій.

Ферменти поділяються на дві великі групи: однокомпонентні, які складаються виключно з білків, і двокомпонентні, до яких входять бі­лки (апоферменти) і небілкові частини (простетична група). Апофер­мент двокомпонентних ферментів називається також білковим носієм, а простетична група - активною групою. У роботі з зерном найча­стіше маємо справу з протео- і амілолітичними ферментами, поліфенолоксидазою, пероксидазою, каталазою, ліпоксигеназою, ліпазою, фосфатазою тощо.

Дія ферментів залежить від багатьох факторів, насамперед від температури і реакції середовища (рН). Оптимальна температура, за якої активність ферментів найвища, знаходиться в межах 40...50°С. За ни­жчої температури швидкість ферментативної реакції зменшується, а за температури, близької до 0°С, зовсім припиняється. За більшої темпе­ратури, понад оптимальну, ферментативна реакція також зменшується, а потім повністю припиняється. Пояснюється це руйнуванням (дена­турацією) білка.

Важливим фактором, від якого залежить дія ферментів, є активна реакція середовища - рН. Так, (β-амілаза може працювати в кислішо­му середовищі, ніж α-амілаза. Активна діяльність усіх ферментів знаходиться в зоні рН від 4 до 5,5.

Пігменти. В зерні (насінні) тих чи інших культур можуть бути пі­гменти, які надають йому певного кольору. Це - порфірини, кароти­ноїди, антоціани, флавоноїди. Вони належать до однієї з трьох груп:

- жиророзчинні пігменти (порфірини і каротиноїди);

- нерозчинні в жирах пігменти (антоціани, флавоноїди і флавони);

- фарбуючі речовини, які утворюються внаслідок взаємодії сполук, що входять до складу зерна і насіння (меланіни, меланоїдини.)

Порфірини представлені хлорофілом. Цей пігмент надає рослині, зерну (насінню) зеленого кольору. Так, зерно жита, насіння конопель і деяких сортів сочевиці, сої, квасолі і гороху має зелений колір. Цей колір у зерна пшениці свідчить про те, що воно недостигле.

Каротиноїди обумовлюють жовтий колір різних відтінків. За хімі­чною природою каротиноїди - ненасичені вуглеці або їх кисневі по­хідні. Найпоширеніші в зерні каротиноїди - каротин, лютеїн, цеаксантин і криптоксантин.

Пігментація каротиноїдами зерна хлібних злаків впливає на його технологічну цінність. Кремовий колір, характерний для високоякіс­ного пшеничного борошна, пояснюється, головним чином, вмістом каротиноїдів. Пігментація зерна високо ціниться у твердої пшениці, з якої виробляється макаронне борошно і манна крупа.

Будучи за хімічною природою сполуками сильно ненасиченими, каротиноїди легко окислюються і знебарвлюються. Для запобігання окислювального знебарвлення каротиноїдів в макаронних виробах відомі способи введення в тісто антиокислювачів - бутилоксианізолу, диальдегідного кукурудзяного крохмалю 25% - го ступеня окислення тощо.

Флавоноїди об'єднуються в надзвичайно поширені в рослинах речо­вини фенольної природи. Вони відіграють важливу роль в обміні речо­вин рослинної клітини, беруть участь в окислювально-відновних про­цесах, в процесі росту рослин. Окремі групи флавоноїдів відрізняються ступенем окислення або відновлення. Це флавони і антоціани.

Флавони - речовини жовтого кольору, вони зустрічаються рідко. Найпоширені­ шими є антоціани. Найчастіше вони синього або фіолетового кольору, містяться в оболонках деяких сортів кормових бобів і квасолі, кукурудзи, жита, соняшнику.

Меланоїдини утворюються при неферментативному процесі - вза­ємодії цукрів, а також карбонових сполук з амінокислотами і білками. Вони викликають потемніння продукту, беруть участь у створенні аромату, обумовленого природою реагуючих амінокислот і утворених карбонових сполук - проміжних продуктів. Так, лейцин викликає ха­рактерний запах червоного житнього солоду і житнього хліба, гліцин - карамелі, фурфурол - яблук, оксиметилфурфурол - медовий. Меланоїди коричневого кольору різних відтінків утворюються в зерні (на­сінні) внаслідок самозігрівання, неправильного сушіння.

Кислотність зерна. У зерні є речовини, які у водних розчинах дисоціюють з утворенням іонів водню і гідроксилу. Таким чином зерно здатне зв’язувати кислоту і луг. Здатність зв'язувати луг залежить від білків, які містять карбоксильну групу; від жирних кислот, які звіль­няються внаслідок розщеплення жирів під дією триацил-гліцерол-ліпази; від фосфорної кислоти, яка у вигляді різних сполук міститься в зерні у значній кількості; від оцтової, молочної, яблучної та інших органічних кислот, яких у зерні міститься мало. Найбільшу кількість лугу зв'язують білки і неорганічні фосфати. Кислоту зв'язують пере­важно білкові речовини і фосфати.

Внаслідок великої кількості фосфорної кислоти (фітін, фосфатиди), яка входить в деякі сполуки зерна, фосфати відіграють значну роль в кислотності зерна. Сполуки кислого характеру дещо превалюють.

Нормальне за якістю зерно має незначну кислотність. За різних небажаних процесів під час збирання чи зберігання - проростання, самозігрівання - вміст кислих речовин збільшується. Під час цих процесів відбувається розпад жирів з виділенням вільних жирних ки­слот, здатних зв'язувати луг, розпадаються також і фосфороорганічні сполуки, внаслідок чого з'являються кислі фосфорнокислі солі. Отже, сума речовин, які зв'язуються лугами, значно зростає, а титрована кислотність різко збільшується. Величина кислотності є однією з ознак, яка характеризує ступінь свіжості зерна. При детальному ви­вченні стану зерна обов'язково визначають його кислотність.

Для оцінки кислотності зерна методом визначення активної кисло­тності, як правило, не користуються внаслідок великої буферної здат­ності речовин, які входять до складу зерна; у зв'язку з цим концентра­ція водневих іонів суспензій або водних витяжок змінюється у вузьких межах і не показує дійсної якості зерна. Якість зерна повніше характе­ризується показниками титрованої кислотності, яка вимірюється гра­дусами кислотності. Градус кислотності дорівнює кількості мілілітрів однонормального лугу, який пішов на нейтралізацію 100г розчиненого зе­рна (борошна). Здорове дозріле зерно пшениці має кислотність 3°.

6. Вода в зерні має важливе значення як для зберігання, так і переро­бки його. Зволоження змінює фізичні властивості зерна - зменшує опір роздавлюванню, збільшує еластичність оболонок. За високої во­логості погіршується подрібнення, збільшуються затрати енергії, зменшується вихід готової продукції, погіршується її якість. Сушіння, важливий спосіб обробки зерна перед зберіганням і переробкою його на борошно, крупу та інші продукти, проводять з урахуванням вмісту води в зерні і складністю її віддачі. Розвиток мікроорганізмів, кліщів, комах та інших шкідників, життєдіяльність яких сприяє суттєвим втратам зерна, пов'язаний з вмістом води в зерні.

Вода, яка входить до складу зерна, є середовищем, в якому відбу­ваються життєві процеси, сама вона також бере участь в безперервних біохімічних перетвореннях. Завдяки воді в протоплазмі підтримуються характерні для даної системи інтенсивність і спрямованість процесів обміну. Будучи основним розчинником, вона служить середовищем для процесів переміщення продуктів обміну з одних тканин в інші. Певний вміст води викликає або прискорює багато фізико-хімічних і біологічних процесів (набубнявіння, гідролітичний розпад високомолекулярних речовин, дихання), що ускладнює зберігання і переробку зерна. Якщо не запобігти надмірному вмісту води, ці процеси призво­дять до погіршення якості зерна і навіть до його повного псування. Вода на різних етапах біохімічних перетворень в зерні володіє неодна­ковою реакційною здатністю. Різний ступінь готовності води вступати в ту чи іншу біохімічну реакцію - наслідок різної величини міцності її зв'язку з тканинами зерна.

Вода виступає в ролі активатора біохімічних процесів у зерні. Якщо в сухому зерні вони настільки незначні, що практично ними під час зберігання і переробки можна понехтувати, то під час зволоження є ви­рішальними для технологічної цінності і якості зерна. Між вологістю зерна і активністю ферментів існує тісний зв'язок. Вода - обов'язковий учасник ферментативних процесів. Зі збільшенням вмісту води актив­ність ферментів зростає.

Форма і види зв'язку води з сухими речовинами зерна, розподіл її по окремих тканинах і анатомічних частинках впливають на стан зер­на, весь комплекс процесів у ньому, збереженість, переробку і харчову цінність. Усю воду колоїдного капілярно-шпаристого тіла, залежно від величини енергії зв'язку поділяють на 4 форми: хімічнозв'язану, адсорбційнозв'язану, капілярнозв'язану і осмотичноутримувану.

Хімічнозв'язана вода володіє найвищою енергією зв'язку з матеріа­лом. Ця вода зв'язана у вигляді гідроксильних груп іонним зв'язком внаслідок хімічної реакції (гідратації). Хімічнозв'язана вода вивільню­ється лише внаслідок хімічної взаємодії або інтенсивної обробки - прожарювання.

Адсорбційнозв'язана вода утримується силовим полем на зовніш­ній і внутрішній поверхні міцел колоїдного тіла, тобто частин, обрам­лених сольватним шаром, а інколи й подвійним шаром іонів, що ви­значає заряд міцели. Розрізняють адсорбцію фізичну і хімічну. При фі­зичній адсорбиії адсорбційні молекули зберігають свою хімічну інди­відуальність. Хімічна адсорбція, або хемосорбція, є результатом про­яву хімічних сил взаємодії.

Зерно, володіючи властивостями колоїдного капілярношпаристого тіла, не знає роздільної хімічної та фізичної сорбції води. Як правило, обидва види сорбцій зливаються, а в зерні, що є живою біологічною системою, сумарна сорбційна вода змінює характер, напрямок або ін­тенсивність біохімічних процесів, що, в свою чергу, змінює стан тка­нин в усьому комплексі фізико-хімічних показників.

Капілярнозв'язана вода являє собою сорбційнозв'язаний полімолекулярний шар води біля стінок капіляра. Ця вода в тканинах зерна має свої особливості, вона вступає не лише в фізичну взаємодію, але й в хімічний зв'язок з матеріалом стінок капіляра.

Осмотичноутримувана вода з'являється, коли дотикаються два розчини різної концентрації, відокремлені напівпроникненою перети­нкою, що перешкоджає проходженню частинок розчиненої речовини і яка пропускає молекули розчинника (води). Осмотична вода, проникаючи в клітину, змінює свою форму і властивості. Вона є складовою частиною цитоплазми і клітинного соку, вступаючи в різні фізичні і хімічні взаємодії з компонентами клітини.

В роботі з зерном, як правило, мають справу з рівнозваженою гігроскопічною і критичною водою. Вологість, при зменшенні якої біохімі­чні процеси в зерні різко послаблюються, а при збільшенні - бурхливо зростають, називають критичною. Це такий стан зерна, за якого з'являється вільна вода, тобто вода зі зниженою енергією зв'язку, що забезпечує інтенсифікацію ферментативних процесів. В основних зер­нових культур критична вологість знаходиться в межах 14,5... 15,5 %, в насінні олійних культур вона значно менша в зв'язку з великим вміс­том ліпідів (6...9%).

Гігроскопічна вода - це вода, що поглинається (сорбується) зерном з повітря. Рівнозважена вода - це вода, яка міститься в зерні в такій кількості, яка відповідає певному поєднанню відносної вологості і температури повітря.

Вміст, стан і характер взаємодії води з анатомічними частинами зерна істотно впливають на його технологічні властивості. З ураху­ванням стійкості під час зберігання, а також можливості переробки установлено чотири стани зерна за вологістю: сухе (до 14% включ­но), середньої сухості (понад 14% до 15,5% включно), вологе (понад 15,5% до 17% включно) і дуже вологе (понад 17%).

Більша частина речовин, які входять до складу зерна, здатна до обмеженого набухання у воді. До них належить більшість білкових речовин, крохмаль, клітковина, пентозани, слизі та інші високомолекулярні вуглеводи. Не набухають у воді і не розчиняються в ній гідрофобні речовини - жири, інші ліпіди, розчинні в жирах пігменти, каротиноїди, хлорофіл, жиророзчинні вітаміни. Частина речовин зер­на розчиняється у воді (цукри, вільні амінокислоти, білки, альбуміни, фосфати). Речовини, здатні до набухання у воді, становлять в зерні пшениці 80...85%, інших культур - 72...75%.

Окремі частини зерна набухають по-різному з трьох причин: різної фізичної структури складових частин зерна; різного ступеня гідрофі­льності хімічних речовин зерна; нерівномірності розподілу хімічних речовин в зернівці.

Дата добавления: 2014-01-07