Материал: Казаков Е.Д., Карпиленко Г.П. - Биохимия зерна и хлебопродуктов

ГЛАВА 2_____________________________________________________________

Разжижающее действие цистеина и глютатиона на тесто и клейковину обычно объясняли тем, что эти вещества активи- зируют протеолитические ферменты муки, которые начина- ют энергично расщеплять белки клейковины. Опыты, прове- денные вне действия протеолитических ферментов, показали, что цистеин или глютатион вызывают немедленное расплы- вание клейковины. Сульфгидрильные соединения оказывают действие непосредственно на белки клейковины, вызывая глу- бокое изменение их физических свойств.

Качество клейковины зависит также от действия протеолити- ческих ферментов. Под их влиянием клейковина теряет свои первоначальные физические свойства, разжижается и иногда становится неотмываемой. Это явление наблюдается у муки, полученной из зерна, пораженного клопами-черепашками. Из такой муки нельзя отмыть клейковину потому, что клопы-чере- пашки, накалывая созревающее зерно, впускают в него слюну, содержащую активный протеолитический фермент. Внесенный в зерно протеолитический фермент сохраняется в нем, фермент начинает действовать, разрушая белки клейковины в приготов- ленном из такой муки тесте. В зернах злаковых и семенах бобовых культур содержатся белки-ингибиторы, способные соединяться с протеолитическими ферментами, снижая их активность, что также может сказываться на качестве клейковины.

В эндосперме пшеничного зерна клейковина распределена неравномерно (рис. 16). Больше всего клейковины в наруж- ном слое эндосперма, в следующих меньше, совсем мало во

_________________________________________БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА

ническая обработка пшеничной муки с использованием ша-

ровой мельницы оказывает необычайно сильное воздействие на клейковину, резко укрепляя ее. Цвет клейковины не сказы-

вается на упругих свойствах и на хлебопекарном достоинстве пшеничной муки.

Немецкий исследователь Гесс выдвинул теорию микро- и субмикроструктуры эндосперма пшеницы. При обработке муки высшего сорта органическими жидкостями с относитель- ной плотностью около 1,38 он выделил две фракции белка. Одна из них состоит почти из чистого белка и в неразрушен- ном зерне составляет сплошную основу (подложку), в кото- рой распределены зерна крахмала. При исследовании в элек-

тронном микроскопе этот белок имеет вид бесструктурных пластинок. Гесс назвал эту фракцию белка промежуточным, или клиновидным белком — цвикельпротеином (Zwickelprotein). Вторая фракция белка плотно прикреплена к по- верхности крахмальных зерен, ее не удается выделить даже после измельчения муки на шаровой мельнице. По Гессу при- крепленный белок— хафтпротеин (Haftprotein), имеет фиб- риллярную структуру. Российские исследователи подтверди- ли наличие двух фракций белка в эндосперме пшеницы. Гесс утверждал, что прикрепленный белок не может формировать сам по себе клейковину, но участвует в ее образовании вместе с промежуточным белком, обусловливая газоудерживающую способность набухшей клейковины. Российские исследовате- ли убедились, что оба типа белка образуют нормальную клей- ковину. Они доказали также, что из стекловидного эндоспер-

ма даже после энергичного механического воздействия шаров вибрационной мельницы фракционированием (по Гессу) из- влекается меньше промежуточного белка, чем из мучнистого.

Азот этой фракции из зерна мучнистой пшеницы составляет в среднем 36,8% общего азота муки, а из зерна стекловидной пше- ницы — 12,03% (в три раза меньше). Отсюда вытекает зависи-

мость количественного соотношения между промежуточным и прикрепленным белком от консистенции зерновки.

Встекловидном эндосперме зерна белковая подложка прочно

снизана с крахмалом. При разрушении такого эндосперма крахмаль- ные зерна раскалываются вместе с окружающим их белком.

ГЛАВА 2____________________________________________________________

В мучнистом эндосперме крахмальные зерна слабо связаны со слоем прикрепленного белка, промежутки между зернами крахмала легко освобождаются от окружающего их белка. Бел- ковые фракции, получаемые по Гессу, охарактеризованы не- достаточно. При измельчении стекловидный эндосперм раз- рушается по линиям между группами клеток, а содержимое клеток сохраняется как организованное целое даже при разру- шении клеточных оболочек.

При измельчении мучнистого эндосперма его клетки раз- рушаются полностью, их содержимое высыпается наружу. Ча- стицы муки из такого эндосперма лишены клеточной структу- ры. Отсюда становятся понятными физические различия между крупчатой мукой из стекловидного эндосперма и мажу- щейся из мучнистого.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие элементы и в каком количестве входят в состав бел ков?

2.Каковы свойства и биологическая роль белков в организ

ме?

3.Какие аминокислоты входят в состав белков?

4.Какие основные формы связей в белке существуют?

5.В чем состоит пространственная организация белковой молекулы?

6.Как классифицируются белки?

7.Что представляет собой небелковый азот?

8.Что представляют собой запасные белки?

9.Какие способы выделения белков существуют?

10.Какие белки называются биологически полноценными?

11.Что такое клейковина, каково ее значение, состав и свой

ства?

12.Какая пшеница называется сильной, средней, слабой?

13.В чем заключается смесительная ценность зерна пше ницы, от чего она зависит?

14.Какие методы определения количества и качества клейковины вы знаете?

15.Какие факторы влияют на выход и качество клейковины?

114

Глава 3

БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ,

СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР

§ 1. БЕЛКИ ЗЕРНА РЖИ

По многолетним данным биохимической лаборатории ВИР, содержание белка в зерне ржи колеблется от 9 до 20%. В зави-

симости от места выращивания разница в содержании белка у одного и того же сорта может достигать 30% и более (табл. 12). Повышение процента белка в зерне ржи наблюдается с севе- ро-запада на юго-восток и с севера на юг. По содержанию бел- ка зерно ржи несколько уступает зерну пшеницы.

Аминокислотный состав белков озимой ржи разных лет уро- жая, сортов и районов произрастания показан в таблице 13.

Белки зерна ржи несколько отличаются по аминокислотному составу от белков зерна пшеницы. Аминокислотный состав

суммарных белков озимой ржи колеблется в значительных пределах в зависимости от сортовых особенностей и от усло-

Таблица 12

Содержание белка в зерне озимой ржи, % (данные Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур)

ГЛАВА 3 ____________________________________________________________

Таблица 13

Аминокислотный состав белковых веществ озимой ржи Вятка Московская, % сухого вещества

вий выращивания. Предшественники не оказывают суще- ственного влияния на аминокислотный состав зерна. Коле-

бания в содержании отдельных аминокислот в большинстве случаев находятся в пределах ошибок определения.

Белки зерна ржи в связи с более высоким содержанием незаменимых аминокислот— лизина, треонина и фенилала- нина — более ценные в пищевом отношении, чем белки зерна пшеницы. Различий в аминокислотном составе зерна озимой и яровой ржи нет. Аминокислотный состав отдельных частей зерна ржи неодинаков. Белки алейронового слоя и зародыша значительно отличаются по составу от белков эндосперма. Они содержат больше лизина, гистидина, тирозина, серина. Их

БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ, СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ

биологическая ценность значительно выше, чем белков эн- досперма. Различия аминокислотного состава белков зерна диплоидной и тетраплоидной ржи незначительны.

О фракционном составе белков зерна ржи можно судить по данным лаборатории биохимии ВИР, дополненным различ- ными литературными источниками (табл. 14). В солевую вы- тяжку из тщательно растертой муки переходит до 53% азоти- стых веществ и среди них альбумины, глобулины и небелковые вещества. В зерне озимой ржи основных сортов разных лет уро-

жая и разных районов произрастания содержание общего азота колеблется от 1,50 до 2,24%. Из них (% к общему азоту) со- лерастворимых фракций белка (альбумин + глобулин) — от 36,46 до 46,65 и спирторастворимых — от 22,82 до 32,77. Если

клейковина зерна пшеницы изучалась длительное время и о ее составе и свойствах накоплен обширный материал, то клейко-

вина зерна ржи стала предметом углубленных исследований только во второй половине XX столетия.

При обычных условиях замеса теста из ржаной муки клей- ковина не отмывается, и на этом основании долгое время счи- тали, что ржаная мука в отличие от пшеничной клейковины не содержит.

Первое сообщение о получении клейковины прямым отмыванием из ржаной муки появилось в 1945 г. В 1950—1955 гг. при экстрагировании белков слабыми органическими кисло- тами и осаждении их при нейтрализации была выделена клей- ковина зерна ржи.

Российские исследователи отмывали ржаную клейковину двумя способами. По первому способу клейковинные белки извлекают из сортовой ржаной муки слабыми кислотами (на- пример, 0,01 нм раствором муравьиной кислоты). Смесь энер-

ГЛАВА 3

гично встряхивают и центрифугируют. После фильтрации че- рез стеклянную вату жидкость осторожно нейтрализуют (на- пример, насыщенным раствором Са(ОН)2 Выделяющийся при рН 5,8-6,0 осадок отделяют центрифугированием. Таким способом получили 5,3-9,3% сырой клейковины с влажно- стью 75—86,9%, выходом сухой клейковины 1,0—1,63% и со- держанием белка в сухом веществе 85,90%. Клейковина ржи слабая и малоэластичная. При осторожном промывании во- дой из нее удаляется часть крахмала и много растворимых уг- леводов, главным образом слизей. При этом клейковина ста- новится более крепкой, влажность ее уменьшается до 66,7%.

Второй способ заключается в отмывании клейковины из белковых фракций, полученных фракционированием белков муки в безводной среде методом Гесса. Клейковину выделяют из промежуточного белка, составляющего около 3,5% от мас- сы муки. Промежуточный белок выделяют также из обогащен- ной белком (24%) фильтровой пыли пневматических мельниц, перерабатывающих зерно ржи. Выход промежуточного белка достигает 26% (от массы, взятой для анализа пыли) с содержа- нием белка 69,7—74,9%. Гидратация ржаной клейковины ко- леблется от 200 до 290%, удельная растяжимость — от 0,06 до 1,33 см/мин. Клейковина зерна ржи отличается от клейкови- ны зерна пшеницы по цвету (светло-серый).

Применяемые методы не обеспечивают полного извлече- ния ржаной клейковины. Потери белков, содержащихся в муке, при отмывании клейковины достигают 50% и более. Поэтому

вопрос о количественном содержании клейковины в зерне ржи и изменчивости этого признака пока недостаточно ясен.

Содержание клейковины в зерне ржи рассчитывают сле- дующим образом. Составляют смесь из 80% пшеничной муки, содержащей не менее 26—27% клейковины нормального ка- чества и 20% ржаной муки. Присутствие большой массы пше-

ничной клейковины способствует агрегатированию частиц ржаной клейковины и предохраняет их от вымывания. Из об-

щего количества отмытой клейковины из смеси вычитают долю, приходящуюся на пшеничную клейковину. При исследовании этим способом 34 проб зерна ржи установле- но: содержание белка — 9,6-17,9%, сырой клейковины — 6—

_______ БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ, СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ

26% и сухой клейковины — 1,5—6,8%. Этот способ и приме- няемый расчет неточны, поскольку тот и другой, видимо, по-

казывают лишь какое количество белков ржи входит в состав пшеничной клейковины.

Слизи оказывают существенное влияние на формирование клейковины зерна ржи. Высказывают предположение, что

слизистые вещества не просто мешают частицам клейковины слипаться, но, вступая в соединение с белком, образуют ра- створимые в воде комплексы. Отрицательного влияния на об- разование клейковины ржи можно ожидать также от продук- тов реакции растворимых белков с углеводами. Присутствие в зерне ржи гликопротеидов было известно раньше, возможно, ли вещества образуются в тесте.

Учитывая особенности образования и выделения клейко- вины зерна ржи, разработан метод ее прямого отмывания. Муку (50 г) замешивают в виде суспензии на 1%-ном растворе K2SO4 В 3%-ном NaCl. Из суспензии на сите с отверстиями 300— 400 мкм частично удаляют оболочки. Суспензию 4—5 раз цен-

трифугируют с повторными ее приготовлениями на том же растворе солей. Конечный осадок промывают водопроводной кодой на шелковом (капроновом) сите. Выход клейковины при этом обычно составляет до 90% от теоретически возможного.

По физическим свойствам клейковина зерна ржи напоми-

нает слабую клейковину зерна пшеницы с низкой упругостью И эластичностью. Растяжимость ее колеблется в очень широ- ких пределах. В одних случаях она растягивается до тонкой нити, в других получается в виде рыхлой малосвязанной мас- сы, которая быстро разрывается даже при слабом растягива- нии. Клейковина зерна ржи обладает гидратацией, превыша- ющей гидратацию зерна пшеницы и ячменя (220—310%).

Физические свойства клейковины зерна ржи различных сортов и мест произрастания сильно отличаются. При опре- делении белковых фракций методом последовательной экст- ракции 0,01 М раствором пирофосфата натрия (рН 7,0), 70%- ным этанолом и 0,2%-ным раствором едкого натра видно, что клейковина зерна ржи отличается от клейковины зерна пше- ницы преобладанием спирторастворимой фракции над щело- черастворимой (табл. 15).

ГЛАВА 3 ____________________________________________________________

Таблица 15

Сравнительный фракционныйсостав белков клейковины ржи и пшеницы, % от общего содержания азота

В белках зерна пшеницы на долю клейковинных фракций приходится 70—75% общего их содержания в зерне, а в белках зерна ржи они составляют лишь 40%. Большая часть белков зерна ржи растворяется в воде и слабых солевых растворах. В зерне пшеницы отношение глиадина к глютенину прибли- зительно составляет 1:1, ржи — 2:1. Глиадин ржи — гетероген- ный белок, состоящий из восьми одноцепочных и трех много- цепочных компонентов. Главный компонент глиадина — белок с молекулярной массой 40000. Глютенин зерна ржи менее ге- терогенен. Обнаружено, что увеличение его содержания со- провождается укреплением клейковины.

Содержание общего азота и белка в зерне снижается от периферии к центру. В периферическом слое эндосперма най- дено белка 12,9%, а в центре его 6,2%. Содержание белка в зародыше самое большее (25,8%), он наиболее богат водо- и солерастворимыми белками (63,1%), в нем повышенное ко- личество лизина (7,2%) и серина (6,7%). Наибольшее количе-

ство сырой клейковины сосредоточено в периферических слоях (7,8%), наименьшее — в центре зерновки (0,6%).

Клейковина, отмытая из различных частей зерновки, отли- чается по своим физическим свойствам, лучшая — из перифе- рических слоев. Из зерна ржи с применением измельчения на

шаровой мельнице были выделены фракции промежуточного (смесью хлороформа с бензолом) и прикрепленного (этилен- хлоргидрином) белка. Они отличались по составу. Если в про- межуточном белке содержание солерастворимой и спиртора- створимой фракций мало различалось (24,7 и 27,2%), то в

________БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ, СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ

прикрепленном белке соотношение этих фракций оказалось резко различным (50,8 и 26,4%). В аминокислотном составе фракций белка ржи наибольшие различия обнаружены по ли- зину (в промежуточном белке 2,73%, прикрепленном 4,58%), аланину (соответственно) 3,45 и 4,74% и цистину + цистеину

2,31 и 1,58%.

§ 2. БЕЛКИ ЗЕРНА ТРИТИКАЛЕ

Тритикале — новый ботанический род, первая искусствен- но созданная зерновая культура, полученная от скрещивания пшеницы (Triticum) и ржи (Secale). Разные формы тритикале являются пшенично-ржаными амфидиплоидами (АД). Боль- шое внимание, уделяемое сейчас тритикале, вызвано тем, что этот гибрид объединяет в себе достоинства пшеницы и ржи — высокую продуктивность, повышенное содержание белка,

Стойкость к низким температурам и другим неблагоприятным факторам среды.

По содержанию белка зерно тритикале превосходит не только зерно ржи, но и зерно пшеницы. Зерно пшеницы Ми- роновская 808 в разные годы содержало белков 12,9—12,0% и зерно ржи Харьковская 55 — 11,3-10,2%. В зерне трехвидо- вых тритикале, полученных с участием названных родителей, содержание белков разных лет урожая оказалось: АД 201 — 16,0 и 13,8%, АД 19616,3 и 13,6, АД 33315,2 и 14,1. Боне высокое содержание белка в зерне тритикале объясняет-ся его повышенной щуплостью и относительно большим со- дeржанием богатых белком алейронового слоя и зародыша. Из муки семи сортов тритикале отмывали клейковину в ко- личестве 27,6...30,8%, в среднем 29,7%, которая имеет худ- шее качество, более слабая, чем клейковина зерна пшени- цы, — показатели ИДК-1 составили 103—108.

Клейковина тритикале уступает клейковине зерна пшени-

цы также по набухаемости и растворимости в слабой уксусной кислоте. По фракционному составу белки тритикале в основном занимают промежуточное положение между бел- ками зерна ржи и пшеницы. Белковый комплекс тритикале одержит большое количество альбуминов, унаследованное