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

ГЛАВА 7

йода начинают окрашиваться в темно-бурый, затем красный цвет и, наконец, перестают давать реакцию с йодом. В соот- ветствии со свойствами различают следующие виды декстри- нов:

1)амилодекстрины, окрашивающиеся раствором йода в фиолетово-синий цвет и представляющие собой белые порош ки, растворимые в 25%-ном растворе спирта и осаждаемые

40%-ным раствором спирта, удельное вращение амилодекст- ринов [а]20D колеблется от +190° до +196°;

2)эритродекстрины, окрашивающиеся йодом в красно- бурый цвет, растворяются в 55%-ном растворе этилового

спирта, но осаждаются при его концентрации 65%, удель ное вращение эритродекстринов [а]20D=+194°, из теплых спиртовых растворов они кристаллизуются в виде сферок- ристаллов;

3)ахродекстрины, не окрашивающиеся йодом, раствори мые в 70%-ном растворе спирта, при выпаривании горячих

спиртовых растворов образуют сферокристаллы, удельное вра щение [a]20D =+192°;

4)мальтодекстрины не дают реакции с йодом и не осажда ются спиртом, [а]20D— от +181° до +183°.

Амилазы разжижают крахмал, обладают декстринирую- щим действием, т. е. способны превращать крахмал в различ- ные декстрины, что можно легко проследить по изменению окраски йодом. Поскольку при действии амилаз на крахмал образуется сахар (мальтоза), они обладают осахаривающим действием. Амилазы содержатся в зерне в двух видах — в виде свободных амилаз, которые могут быть легко экстрагирова- ны из муки водой, и в виде связанных, прочно адсорби- рованных, связанных с белками. В зерне имеются специфи- ческие ингибиторы амилаз.

При связывании амилаз с белками происходит их инакти- вирование. Такое связывание является фактором, регулиру- ющим действие амилаз в прорастающем и созревающем зер- не. Амилазы имеют очень большое значение в оценке каче- ства зерна и муки — процесс накопления сахара во время

брожения теста и сам процесс брожения зависит от скорости накопления в тесте мальтозы, что, в свою очередь, зависит от

___________________________________________________________УГЛЕВОДЫ

действия б-амилазы. а- и б- амилазы существенно раз- личаются по своим свойствам: б-амилаза интенсивнее дей- ствует в более кислой среде, чем a-амилаза (рис. 29). Оп- тимум действия а-амилазы ржи — при рН 5,2...5,5, б-ами-

лазы — при рН 4,0...4,5. Если подкислять тесто, а-амилаза будет быстро терять свою ак- тивность. Это имеет большое

значение при переработке муки из проросшего зерна, в которой много а-амилазы,

ухудшающей ее хлебопекарные достоинства, а- и б-амилазы различаются также по термостабильности, устойчивости к дей- ствию высоких температур (рис. 30). Температурный оптимум действия a-амилазы пшеничного зерна находится около 64 °С, а б-амилазы — 49—51 °С; a-амилаза более устойчива к повы- шенной температуре.

Этим различием пользуются при исследованиях. Если тре- буется устранить действие б-амилазы, изучаемый материал на- гревают до 60—65 °С. В этом случае б-амилаза инактивируется и проявляется лишь действие а-амилазы.

Зависимость действия амилолитического комплекса от температуры имеет большое значение в практике работы с зерном. Самосогревание зерна может вызвать глубокие изме- нения активности амилаз, что

скажется на хлебопекарном достоинстве муки из такого зерна. Гидротермическая об- работка зерна, особенно при повышенной температуре,

также вызовет изменение активности амилаз и хлебо- пекарных достоинств муки.

ГЛАВА 7_______________________________________________________________

Таблица 42

Активность а-амилазы в прорастающем зерне пшеницы

Влияние температуры на активность амилаз имеет большое значение на различных этапах хлебопечения — приготовления заварок, брожения и расстойки теста, самой выпечки.

В таблице 42 приведены данные о распределении а-амила- зы в прорастающем зерне пшеницы.

Из приведенных данных видно, что а-амилаза концентри- руется в щитке. В эндосперме и в зародыше фермент практи- чески отсутствует.

Крахмал может претерпевать ферментативные превраще- ния не только под влиянием а- и б-амилаз, но также под вли- янием глюканфосфорилазы. Этот фермент, содержащийся в зерне, катализирует следующую реакцию:

Как видно из уравнения, фосфорилаза при других условиях

катализирует также и обратную реакцию синтеза крахмала из глюкозофосфата. Однако синтез крахмала в созревающем зер- не происходит при участии ферментов, переносящих остатки глюкозы — гликозилтрансфераз.

Гликоген. Близкий к крахмалу полисахарид содержится в некоторых сортах и видах кукурузы и в дрожжах.

Гликоген имеет структуру, сходную со структурой амило- пектина, т. е. также представляет собой разветвленный поли- сахарид, однако в отличие от амилопектина молекула глико- гена построена более компактно, что видно из рисунка 31.

________________________________________________УГЛЕВОДЫ

В горячей воде гликоген об- разует коллоидные растворы, дающие с йодом красно-бурое, а иногда фиолетовое окрашивание. При гидролизе кислотами, а также при действии у-амилазы (глюкоамилазы) гликоген дает глюкозу, а при комплексном действии а- и б-амилаз расщеп- ляется до мальтозы. По после- дним данным, молекулярная масса животного гликогена на- ходится в пределах 107— 109 и выше.

Слизи (гумми). Представляют собой полисахариды, в большинстве случаев растворимые в воде. Сравнительно мно- го слизей в зерне ржи — от 2,5 до 7,4% от сухого вещества зер- на. Слизи ржаного зерна — полисахариды, которые при кипя- чении с кислотами (при гидролизе) дают пентозы, а именно арабинозу и ксилозу. В состав слизей входят также глюкоза (до 20%), немного фруктозы и галактозы. Слизи зерна ржи очень легко набухают в воде и образуют чрезвычайно вязкие рас- творы. Если приготовить растворы желатина и слизи опреде- ленной концентрации, то окажется, что вязкость раствора

ржаных слизей во много раз выше вязкости раствора желатина той же концентрации.

Слизи имеют большие значение при переработке зерна ржи,

потому что благодаря содержащейся слизи оно размалывается труднее, чем зерно пшеницы. Повышенная по сравнению с черном пшеницы вязкость ржи при размоле объясняется на- личием слизей в ее зерне.

Содержание слизей в зерне ржи неравномерно. Наиболее богаты слизистыми веществами периферийные части зерна.

К центру зерна содержание слизистых веществ уменьшается почти в два раза. Вместе с тем относительная вязкость слизей в центральных частях в 50 раз выше, чем у слизей, выделенных из периферийных частей зерна. Установлена зависимость вяз- кости слизей от их химического состава — с повышением доли

ГЛАВА 7

пентозанов и одновременным уменьшением относительного содержания гексозанов их вязкость возрастает. Слизи играют

определенную роль в формировании структуры ржаного теста и его реологических свойств.

Левулезаны. Содержатся в зерне многих культур (ржи, пше- ницы, овса, ячменя). Левулезаны — полисахариды, состоящие из остатков левулезы (фруктозы), сложные полисахариды, в большинстве случаев растворимые в воде, которые при гидро- лизе (при кипячении с кислотами) дают левулезу. Левулезаны в заметном количестве содержатся в зерне ржи — до 1,5% от сухого вещества. Они играют важную роль в процессе созрева- ния зерна пшеницы и ржи, в процессе образования крахмала. Углеводы, образовавшиеся в листьях при фотосинтезе, пре- вращаются в левулезаны различной молекулярной массы, в

виде которых они поступают затем в стебель и созревающий колос и превращаются в крахмал. На ранних фазах созревания зерна левулезанов в нем содержится до 35% от сухого веще- ства. По мере дальнейшего созревания количество левулеза- нов постепенно падает до 2... 1,5%, в то время как количество крахмала соответственно возрастает.

В зерне пшеницы левулезанов значительно меньше — око- ло 0,3%. На этом основании применяют метод распознавания примеси ржаной муки к пшеничной (реакция Селиванова) по разной интенсивности цветной реакции на фруктозу. С этой

целью пробу муки нагревают с крепкой соляной кислотой и резорцином. В присутствии левулезы появляется интенсивное вишнег5О-красное окрашивание. При большой концентрации левулезанов образуется красно-бурый осадок.

Клетчатка, или целлюлоза. Наиболее распространенное органическое соединение, образует структурную основу оболо- чек растительных клеток. Содержится главным образом в цвет- ковых оболочках зерна и в стенках клеток алейронового слоя.

Это очень прочное химическое вещество, нерастворимое в воде и большинстве других растворителей. Клетчатка ра- створяется в аммиачном растворе окиси меди (реактив Швей- цера), в концентрированном растворе хлористого цинка, в концентрированных минеральных кислотах и в растворах не- которых других веществ.

________________________________________________________УГЛЕВОДЫ

При кипячении с крепкой серной кислотой вся клетчатка превращается в глюкозу. При бо- лее слабом гидролизе из клет- чатки получается целлобиоза. Молекула клетчатки имеет ните- видную форму. Нитевидные мо-

лекулы за счет водородных связей атомов гидроксильных групп клетчатки и адсорбированных молекул воды соединяются в пучки, называемые мицеллами (рис. 32). В каждую мицеллу вхо- дит около 60 молекул клетчатки.

Клетчатка, как и крахмал, состоит из остатков глюкозы. В чем различие химического строения крахмала и клетчат- ки? Основной «строительный кирпичик» крахмала — дисаха- рид мальтоза. У клетчатки основная строительная единица — дисахарид целлобиоза. Если у мальтозы а-1,4-глюкозидная связь и она представляет собой а-глюкозидоглюкозу, то у цел- лобиозы — б-1,4-гликозидная связь и она является б-глюко- зидоглюкозой.

В молекуле клетчатки остатки целлобиозы связаны глико- зидными связями в виде длинной цепочки:

ГЛАВА 7

Зерно и семена содержат клетчатку в следующих количе- ствах (%): пшеница 3; рожь 2,2; ячмень с цветковыми оболоч- ками до 8; кукуруза 2,2; рис с цветковыми оболочками 9 и без них 1,2; горох 4; соя 3,8; подсолнечник с плодовой оболочкой

15 и ядро 2,2.

Гемицеллюлозы (полуклетчатки). Объединяют полисахари-

ды разнообразного химического состава с общими физиче- скими свойствами. Они не растворяются в воде, но раствори- мы в щелочах. Содержатся главным образом в отрубях, в периферических, оболочечных частях зерна, в кукурузных по- чатках, соломе. Кислотами они гидролизуются легче, чем клет- чатка. Продукты гидролиза дают основание разделить геми- целлюлозы на две группы. Те из них, которые дают гексозы, называют гексозанами. При этом среди гексозанов в зависимо- сти от сахара различают маннаны (если образуется манноза), галактаны (галактоза) и т.д.

Гемицеллюлозы, гидролизующиеся до пентоз, называют пентозанами. Они дают главным образом арабинозу и ксилозу

исоответственно называются арабан и ксилан. Имеются так- же гемицеллюлозы смешанного состава, дающие при гидро- лизе гексозы, пентозы и уроновые кислоты. В зерне пшеницы

иржи содержится от 8 до 10% гемицеллюлоз (в отдельных слу- чаях до 14%), в том числе от 5 до 8% пентозанов.

Внедавнем прошлом считали, что клетчатка и гемицеллю- лозы не усваиваются организмом человека, относили их к бал- ластным веществам. По этой причине стремились при произ- водстве пищи как можно больше ее рафинировать, очищать от пищевых волокон — так стали называть клетчатку и гемицел- люлозу, а также некоторые другие вещества.

Исследованиями конца XX века установлена многообраз- ная и важная роль пищевых волокон в питании человека. Пи- щевые волокна являются питательной средой для микрофло- ры желудочно-кишечного тракта, продукты обмена которой

становятся одним из источников некоторых нутриентов для организма; частично снабжают его энергией; выводят из него ряд продуктов биологического обмена и загрязняющих ве- ществ; регулируют физиологические и биохимические про- цессы в органах пищеварения.

___________________________________________________УГЛЕВОДЫ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каково значение углеводов в жизни растений и в питании человека?

2.Как классифицируются углеводы, входящие в состав зерна?

3.Что такое моносахариды, каковы их состав и свойства?

4.Какие важнейшие пентозаны и гексозаны встречаются в зерне?

5.Что такое гликозиды, их а- и б-формы?

6.Что такое гликозидный гидроксил, и каково его участие в процессах, совершающихся в зерне?

7.Каков состав, свойства и значение в зерне мальтозы и сахарозы?

8.Чем характеризуется крахмал? Каково его содержание и распределение в зерне, состав и свойства?

9.Что такое крахмальные зерна, каковы их состав, свойства?

10.Что такое декстрины, каковы их состав, свойства и вли яние на качество хлеба?

11.Каково содержание, состав и свойства слизей в зерне?

12.Что представляет собой клетчатка, каковы ее состав, свойства?

13.Каковы особенности гемицеллюлоз, их состава и уча стия в процессах при переработке зерна?

Глава 8

липиды,

КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА

§ 1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ

Общепринятого определения липидов нет. Их объединяют по трем особенностям:

—большое разнообразие по химическому составу и струк туре;

—растворимость в органических растворителях: одних в неполярных безводных (диэтиловый эфир, бензин, бензол и др.), других — в гидрофильных полярных (этанол, хлороформ, ацетон и др.);

—нерастворимость в воде.

Липиды играют большую роль в растительном организме в качестве запасных веществ и важнейших компонентов клетки.

К основным функциям липидов в растительном организме относят: структурную, регуляторную, энергетическую и защит- ную. В виде двойного слоя полярные липиды со встроенными в него белками — ферментами образуют структуру клеточных мембран.

Регуляторную роль липиды выполняют, будучи жирораство- римыми витаминами и производными некоторых жирных кис- лот. Липиды — постоянно восполняемое энергетическое депо клеток: при окислении 1 г нейтральных жиров (триациглице- ринов) тканями организма выделяется 38 кДж свободной энер- гии для непрерывно идущего метаболизма — основы жизне- деятельности организма. Велика защитная роль липидов, главным образом восков. Они образуют водоотталкивающие и термоизоляционные покровы растений, их семян и плодов, предотвращая избыточное испарение воды из листьев и пло- дов. Их химическая инертность защищает растение от

220

_______________________________ ЛИПИДЫ, КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА

гидролитического распада ферментами микроорганизмов, а повышенная твердость— от технических повреждений. Еди- ной классификации нет. В соответствии с химическим соста- вом липиды зерна можно разделить на три группы. К первой группе относят липиды простые. Вторую группу составляют липиды сложные. Они содержат кроме углерода, кислорода, водорода, также фосфор, азот, иногда серу. Это фосфатиды и сульфолипиды. Третью группу называют циклическими ли- пидами. Сюда относят стерины и их эфиры с высокомолеку- лярными жирными кислотами — стериды. В липидах раство- римы некоторые пигменты — хлорофилл и каротиноиды, придающие окраску зерну и семенам.

§2. ПРОСТЫЕ ЛИПИДЫ

Кпростым липидам относят жиры и воски.

Жиры. Жиры представляют собой особую группу липидов, содержащуюся в зерне в наибольшем количестве. Они явля- ются смесью ацилглицеринов с веществами липидного и не- липидного характера. Те и другие вещества чаще всего нахо-

дятся в составе жиров в количестве нескольких процентов (3—5); их называют веществами, сопутствующими ацилгли- церинам в жирах. В научную практику вводится терминология жирных кислот, их производных и ацилглицеринов, в соот- ветствии с разработками Международного Союза теоретиче- ской и прикладной химии (JUPAC) совместно с комиссией по биохимической номенклатуре (JUP).

Термин «жирные кислоты» предназначен для алифатиче- ских монокарбоновых кислот, которые выделяются при гид- ролизе из натуральных жиров. Наименование «высшие жир- ные кислоты» относится к алифатическим соединениям с длиной цепи более 10 углеродных атомов.

В ненасыщенных жирных кислотах положение двойной связи указывают цифрами в виде приставки перед названием кислот, первым углеродным атомом считают атом углерода карбоксильной группы, например:

9-октадеценовая (олеиновая) кислота СН3СН2СН2СН2СН2СН2СН2СН2СН = СН(СН2)7СООН

221