Химический состав и пищевая ценность зерновых продуктов

Строение зерна

Зерно является покоящейся формой растения. Оно состоит из небольшой зародышевой и очень большой по массе питательной части. Все зерно покрыто несколькими оболочками, состоящими из разнообразных по форме клеток с прочными клеточными стенками. Зерновые оболочки создают прочное многослойное покрытие для внутренних частей зерна. Под оболочками расположен алейроновый сл )й, состоящий из одного ряда клеток многоугольной формы. Питательная часть зерна называется эндоспермом и состоит из крупных тонкостенных клеток, наполненных крахмальными зернами. Питательная часть зерна (эндосперм) составляет приблизительно 84—85% всей его массы. Зародышевая часть по отношению ко всей массе зерна весит около 1,4—1,5%.

Распределение составных веществ в отдельных частях зерна

Клетки оболочек зерна после его созревания, вследствие потери протоплазмы, грубеют и уплотняются. Стенки этих клеток состоят из сильно развитой клетчатки и гемицеллюлозы, пропитанных минеральными веществами. Лежащий под оболочками алейроновый слой клеток содержит значительное количество белка, жира и витаминов, а эндосперм — очень большое количество углеводов и небольшое количество жира, минеральных веществ и клетчатки. В эндосперме по сравнению с другими частями меньше белка и меньше витаминов. В зародышевой части зерна имеются все вещества, которые должны обеспечить питательными веществами прорастающее растение в самый начальный период его развития. В зародыше находится очень большое количество белка, жира и большое количество углеводов в виде сахара, т. е. в наиболее подвижной форме. В зародышевой части заключено большое количество минеральных веществ, необходимых молодому растению для обеспечения его развития на ранних стадиях. В этой части зерна содержится и наибольшее количество ферментов. Большое количество ферментов, подвижность форм органических веществ и легкая их изменяемость делают особенно неустойчивой эту часть зерна при хранении. Это обстоятельство побуждает мукомолов удалять из муки зародышевую часть зерна, чтобы повысить стойкость муки. Удаление при помоле зерна зародышей и периферической части уменьшает в продукте ценные составные вещества. Поэтому зерновые продукты, приготовленные из цельного зерна, содержат больше питательных веществ, хотя усвояемость отдельных составных веществ в продуктах из целого зерна понижена.

Химический состав зерна и характеристика его составных веществ

По своему химическому составу отдельные зерновые культуры имеют значительные различия. В зависимости от химического состава, зерновые культуры можно разделить на три группы:

  1. хлебные злаки, всегда богатые крахмалом;
  2. бобовые, содержащие много белка, но меньше крахмала;
  3. масличные семена, очень богатые жиром и белками.

Но химический состав даже одной и той же зерновой культуры сильно различается в зависимости от принадлежности ее к той или другой разновидности и от условий произрастания культуры.

Вода

Содержание воды в зерне колеблется в пределах 12—15%. Повышение содержания воды в зерне активирует ферментативные процессы и способствует развитию в зерне микрофлоры. В результате биохимических процессов под влиянием зерновых и бактериальных ферментоа наступает изменение в составе зерна и в его свойствах.

Белок

Проф. Н. Лясковский в 1865 г. впервые установил, что содержание белка в пшенице значительно колеблется в зависимости от района произрастания. При исследовании пшеницы арнаутка, культивированной в Баварии, он нашел содержание в ней белка 12%. В том же виде пшеницы, выращенной около Твери (Калинин), он нашел белок в количестве 13,4%, а выращенной около Харькова — 24,9%.

По данным сети государственного сортоиспытания, пшеница «альбидиум» содержала белка: в Краснодаре — 14,46%, в Ростове — 15,08%, в Омске — 14,04%, в Безенчуке — 19,86% и Красном Куте — 20,59%.

Разница между минимальным и максимальным содержанием белка в этом селекционном сорте достигала 6%.

Дальнейшими многочисленными русскими исследователями (проф. Н. Н. Иванов и др.) было установлено, что содержание белка в одном и том же виде пшеницы повышается по мере перемещения ее культивирования с запада на восток и с севера на юг.

Наши советские виды пшеницы отличаются исключительно высоким содержанием белка. Среднее содержание белка в пшенице из юго- восточной части России достигает до 18,45%, превышая среднее содержание его во всех других странах. Рожь, культивируемая в России, по содержанию белка превосходит все виды ржи, культивируемые в других странах. Содержание белка в ней колеблется от 12,2 до 18,6%, в германской ржи — от 9,5 до 10,5%. Это обусловило особенно высокую оценку зерновых продуктов России на мировом хлебном рынке.

Количество белка особенно значительно в бобовых и масличных: культурах. Соя и земляной орех, являющиеся также бобовыми растениями, по содержанию в них белка превосходят другие культуры.

Аминокислотный состав белка в отдельных зерновых культурах и в отдельных частях зерен одной и той же культуры меняется.

Наиболее ценный аминокислотный состав имеют белки зародыша. Белки эндосперма, которые входят в состав муки высших сортов, освобожденной от периферических частей зерна, являются менее ценными! по содержанию в них некоторых важных аминокислот—аргинина,, гистидина и особенно лизина.

Клейковина, получаемая при отмывании пшеничного теста водой, представляет собой резиноподобную массу, обладающую большой эластичностью. Она является сильно гидратированной белковой массой,, содержащей некоторое количество крахмала, клетчатки, жиров, липоидов; и минеральных веществ. Количество клейковины и степень ее эластичности в пшенице разных видов сильно колеблются. В зависимости от этого меняются хлебопекарные свойства муки и способность муки давать эластичный и пышный мякиш.

Таблица 1. Аминокислотный состав белков пшеницы и ее частей (в процентах)

Аминокислоты

Цельное зерно

Зародыш

Эндосперм

Аргинин

3,0

6,0

3,9

Гистидин

1,2

2,5

2,2

Лизин

2,7

5,5

1,9

Тирозин

3,8

3,8

3,8

Триптофан

1,0

1,0

1,0

Фенилаланин

5,7

4,2

5,5

Цистин

1,3

0,6

1,8

Метионин

3,0

2,0

3,0

Треонин

3,3

3,6

2,6

Лейцин

13,0

7,0

12,0

Изолейцин

4,0

3,0

4,0

Валин

3-4

3,0

3,0

Углеводы

Углеводы представлены в зерновых продуктах в основном в форме крахмала, который содержится в эндосперме зерна в виде крахмальных зерен различной величины и формы. При нагревании до 60—80° крахмальные зерна набухают, увеличиваются в объеме и изменяют свою форму. Этот процесс изменения крахмала под влиянием воды и температуры называется клейстеризацией. Клейстеризация крахмальных зерен разных злаков происходит при разной температуре. Легче всего клейстеризуется крахмал пшеницы (62°). Крахмал риса и картофеля клейстеризуется при 72°. Сахароза содержится лишь в зародыше. Процент клетчатки в хлебных злаках около 1,5—2. Очень мало клетчатки в шелушеном рисе. Бобовые (горох, соя, фасоль) содержат сравнительно значительные количества клетчатки.

Жиры

Количество жира в злаках очень невелико (около 2%). В более значительном количестве жир содержится в кукурузе, просе (около 4%) и особенно много его в овсе (до 7%). В горохе и фасоли содержание жира также невелико, около 1,5—2%. Очень значительное количество жира содержится в сое. Содержание жира очень значительно в зародышах разных культур (12—32%).

В жирах зерновых продуктов имеется значительное количество непредельных кислот. Это способствует порче зерновых продуктов при их хранении, вследствие окисления неустойчивых непредельных жирных кислот. Интенсивное окисление может наблюдаться в пшене вследствие значительного содержания в нем легко окисляющегося жира и отсутствия антиоксидантов. Бобовые растения содержат в своем составе антиоксиданты. Поэтому жир в бобовых продуктах оказывается более устойчивым к окислению. Благодаря присутствию антиоксидантов, гороховая мука может прибавляться к готовым зерновым продуктам в целях предохранения их жира от порчи.

Кроме триглицеридов, в зерновых продуктах содержатся фитостерины и лецитин. Особенно много лецитина в жирах бобовых растений.

Минеральные вещества

В зерне содержится 1,5—3% минеральных веществ. Основное количество их сосредоточено в оболочке и в алейроновом слое. Около 50—60% всей золы состоит из фосфорной кислоты (Р205). Большая часть фосфора находится в органических соединениях. В цельном зерне около 70—75% фосфора входит в состав фитина. Фитин представляет собой двойную кальций-магниевую соль инозитфосфорной кислоты. Содержание кальция в зерне невелико (около 40—70 мг%). Кальций, входящий в состав фитина, организмом не усваивается. Содержание железа в зерновых продуктах колеблется. Как и других минеральных веществ, железа больше в оболочках и зародыше. Поэтому содержание железа в белой муке около 0,8—1 мг%, а в муке низшего сорта—около 3—4 мг%. Зола зерна содержит некоторое количество микроэлементов.

Витамины

Продукты из цельного зерна являются важным источником витаминов группы В. Цельное пшеничное зерно содержит около 0,4—0,5 мг% тиамина, около 0,15—0,3 мг% рибофлавина, около 4—6 мг% никотиновой кислоты, около 1,3 мг% пантотеновой кислоты и около 0,5 мг% пиридоксина. Основное количество витаминов находится в зародыше и в периферических частях зерна, включая алейроновый слой. Поэтому чем выше сорт муки и меньше в ней периферических частей при отсутствии зародышей, тем меньше содержание всех витаминов.

Как видно из диаграммы, количество витаминов группы В может уменьшаться в зависимости от выхода в 3—10 раз. Токоферол сосредоточен в зародышевой части зерна. Зародыши, получаемые при помоле зерна, являются сырьем для получения препаратов этого витамина.

Ферменты

Зерно содержит разнообразные ферменты, которые при соответствующей влажности и температуре могут вызывать в нем изменения органических веществ. Ферменты расщепляют углеводы, белки и жиры зерна. Периферические части зерна я зародыш более богаты ферментами, чем эндосперм. Поэтому мука высших сортов более устойчива при хранении, чем мука из цельного зерна. Важнейший фермент зерна — диастаза, вызывающий гидролиз крахмала, был открыт еще в 1814 г. петербургским академиком Кирхгофом. Под влиянием этого фермента крахмал сначала превращается в растворимые формы полисахаридов — декстрин, а затем в мальтозу.