Химический состав зерна

Химический состав зерна сильно зависит от культуры и сорта, почвенно-климатических условий, приемов агротехники, условий хранения и других факторов. В среднем зерно состоит из 14% влаги и 86% сухих веществ.

Вода. Взерне по сравнению с клубнями картофеля значительно меньше влаги, что придает ему более прочную структуру. Влажность зерна зависит не только от его гигроскопических свойств, но и от зрелости и других условий.

Различают четыре состояния товарного зерна: сухое, средней сухости, влажное и сырое. Например, для ржи, пшеницы и ячменя эти состояния характеризуются следующими показателями содержания влаги (%): сухое – до 14; средней сухости – от 14 до 15,5; влажное – от 15,5 до 17 и сырое – более 17. В дефектном и подмоченном зерне влажность может достигать 30% и выше. Влага, соответствующая сухому состоянию, является коллоидно-связанной, жизненные процессы в зерне сведены к минимуму; при средней сухости появляется небольшое количество свободной воды и зерно может пробуждаться к жизни. Общая влажность, соответствующая этому состоянию зерна, называется критической.

Сухие вещества. В зерне в среднем 84% органических и 2% минеральных веществ, в том числе (%): крахмала 52, сахара 3, клетчатки 6, пентозанов и пектиновых веществ 9, азотистых веществ 11, жира 3.

Крахмал содержится (%): в здоровых зрелых зернах пшеницы – 48-57; ржи – 46-53; ячменя – 43-55; овса – 34-40; проса – 42-60; кукурузы крахмалистой – 61-70, зубовидной – 58-64, кремнистой – 54-71. В дефектном зерне количество крахмала снижается.

Сахара в здоровом зерне обычно от 0,6 до 7,0%. Он состоит в основном из сахарозы и небольших количеств три- и тетрасахаридов. В ячмене и ржи в заметных количествах присутствует раффиноза. Мальтозы нет, но она появляется при прорастании зерна.

В недозрелом, морозобойном и проросшем зерне сахара больше, он состоит, главным образом, из редуцирующих сахаров (инвертированного сахара, мальтозы).

Целлюлозы в зерне, свободном от цветочных пленок, относительно немного – 1,5-2,5%. В зерне с неотделенными пленками оно повышается и составляет (%): в овсе 10, просо 8, ячмене 4-5, горохе 7,7.

Пентозаны – доминирующая составная часть гумми (слизей). В зерне содержатся гемицеллюлозы (полуклетчатки), состоящие из гексозанов (маннана, галактана, глюкозана) и пентозанов (ксилана, арабана), наряду с клетчаткой участвующие в формировании клеточных стенок.

Общее количество пентозанов в зерне 7-15%. Много пентозанов в овсе (13-15%), ячмене (9-13%) и ржи (около 10%). В овсе содержится слизеобразующий полисахарид типа лихенина. Особенно много гумми в зерне ржи (до 2,8%), что вызывает высокую вязкость разваренной массы, полученной из нее. Для кукурузы характерно присутствие декстринов (1-6%). В недозрелом зерне ржи и пшеницы в значительных количествах найдены фруктозаны.

Пектиновых веществ в зерне относительно немного.

Азотистые вещества в здоровом зрелом зерне состоят главным образом из белков, которых может содержаться от 7 до 25%. Свободные аминокислоты, амиды и пептиды присутствуют в очень небольших количествах. Лишь в зерне ржи их несколько больше, что, по-видимому, и объясняет благотворное действие ржи на дрожжи при добавлении ее в дрожжевое сусло. Содержание небелкового азота (включая аммиачный) составляет в среднем 2%. В недозрелом, подвергшемся самосогреванию и проросшем зерне количество аминокислот увеличивается.

В зерне найдены альбумины – белки, растворимые в воде; глобулины – белки, растворимые в слабых (3-10%-ных) растворах нейтральных солей, а некоторые из них – в слабых (0,2%-ных) растворах кислот; проламины – белки, растворимые в 60-80%-ных растворах спиртов; глютелины – белки, растворимые в слабых (0,2%-ных) растворах щелочей.

Типичные представители белков: альбуминов – лейкозин пшеницы; глобулинов – эдестин ячменя, глютенин пшеницы; проламинов – глиадин пшеницы, зеин кукурузы, гордеин ячменя, авенин овса; глютелинов – зеинин кукурузы. Примерное соотношение этих белков приведено в таблице.

Небольшое содержание водорастворимых азотистых веществ в зерне кукурузы и неполноценность по аминокислотному составу большей части белков при размножении засевных дрожжей на сусле из этого сырья требуют добавления азотистого питания.

Жиры, триглицериды жирных кислот, содержатся в зерне в относительно небольшом количестве – от 1,8 до 2,5 %. В кукурузе жиров – 5-7 %, в овсе – 5-6%, в просо – 3,5-5%. Приблизительно 85% жира локализовано в зародыше, 12 – в алейроновом слое и 3% – в мучнистой части эндосперма. В состав жира входят, в основном, непредельные кислоты – линолевая, линоленовая и олеиновая, из предельных, главным образом, – пальмитиновая.

В эфирные экстракты из зерна кроме собственно жиров переходят липоиды – фосфатиды, стеролы, воски, пигменты и другие вещества. Типичным и наиболее распространенным представителем фосфатидов в злаках является лецитин – триглицерид, содержащий фосфорную кислоту и азотистое основание холин. В кефалин вместо азотистого основания входит коламин. Содержание лецитинов небольшое (0,3-0,7% к массе зерна). При гидролизе фосфатидов высвобождается фосфорная кислота – одно из веществ, определяющих кислотность зерна. Фосфатиды играют важную роль в регулировании проницаемости клеток. Стеролы составляют главную часть неомыляемых фракций экстракта из зерна. Из стеролов в зерне присутствуют высокомолекулярные одноатомные спирты – фитостеролы (0,03-0,07%), они близки к витаминам группы D (кальциферолу). В зерне содержится также фитин – кальциймагниевая соль инозитфосфорной кислоты (0,2-0,5%). Из пигментов в зерне найдены каротины, антоцианы, флавоны.

Витамины зерна представлены жирорастворимыми витаминами – токоферолами (в зародыше, особенно в значительных количествах в пшеничном) и водорастворимыми (мг на 100 г.): тиамин 0,3-0,8; рибофлавин 0,07-0,3; никотиновая кислота 1,3-7,2; а также пиридоксин, биотин, пантотеновая кислота. Аскорбиновой кислоты в покоящемся зерне нет, но она появляется при его прорастании.

Минеральные вещества (зола) и кислоты составляют 1,5-3,0% от массы зерна. Они находятся главным образом в периферийных частях зерна (оболочках и цветочных пленках) и в зародыше. Относительно много золы в пленчатых культурах: овсе, ячмене и просо.

Доминирующая часть золы состоит из фосфата калия. Около 85% фосфора от общего его содержания в зерне находится в органических соединениях – нуклеопротеидах, фосфатидах и фитине.

Кислоты зерна представлены фосфорной, щавелевой, яблочной и молочной. Общая кислотность зерна 1,5-2,5 мл 1 Н раствора гидроксида натрия на 100 г. зерна. Активная кислотность водной вытяжки соответствует рН 5,5-6,5. При самосогревании, плесневении и прорастании кислотность зерна повышается.

МЕЛАССА

Мелассой называют последний маточный раствор – оттек, получающийся при отделении кристаллов сахарозы на центрифугах. В мелассе содержатся несахара сока сахарной свеклы или сахарного тростника, не удаляемые при его химической очистке, и сахароза, которую выделять классическим методом кристаллизации уже экономически невыгодно. При выработке сахара из свеклы выход мелассы в расчете на безводную колеблется от 3,5 до 5% от ее массы. С мелассой отходит от 10 до 15% всего сахара, содержащегося в перерабатываемой свекле.

В соответствии с видом исходного сырья для производства сахара различают свекловичную и тростниковую мелассу. В нашей стране сахарный тростник не произрастает, но на сахарных заводах после свеклы на белый сахар перерабатывают импортный сахар-сырец. Получаемую при этом мелассу называют сырцовой.

Меласса представляет собой густую вязкую жидкость темно-коричневого цвета со специфическим запахом карамели и меланоидинов; свекловичная меласса имеет еще и запах триметиламина и других летучих аминов, образующихся при разложении бетаина.

Для спиртового производства меласса – наилучшее сырье. Ценность ее заключается в том, что наряду с высоким содержанием сахара в ней находятся все вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности дрожжей. При переработке мелассы упрощается технологическая схема, так как исключаются операции разваривания сырья и осахаривания крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов. В мелассном сусле отсутствуют декстрины и неосахаренный крахмал, поэтому оно быстрее сбраживается, при этом уменьшаются потери сбраживаемых углеводов и увеличивается выход спирта в пересчете на условный крахмал, снижается себестоимость спирта и возрастает производительность труда. Из мелассной барды можно получать большой ассортимент ценных для народного хозяйства продуктов.