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

ГЛАВА 8

церол-липаза отщепляет от фосфатидов жирные кислоты, глицерофосфатаза — фосфорную кислоту — одно из важней- ших веществ, определяющих кислотность зерна.

Если отщепляются только холин (или коламин) и жирные кислоты, то остается глицеринфосфорная кислота.

В зародышах пшеницы найдены фосфатидные кислоты. Выделенная из зародышей пшеницы смесь фосфатидов со- стояла из 46,6% лецитинов, 11,3% кефалинов и 42,1% фос- фатидных кислот. Фосфатиды вместе с белками образуют ли- попротеиды, входящие в состав мембран, регулирующих поступление в клетку и ее органеллы разнообразных веществ. Липопротеиды входят также в состав органелл клетки (ядра, пластиды, митохондрии). Фосфатиды, особенно лецитин, — поверхностно-активные вещества, прекрасные эмульгаторы, широко применяемые в пищевой промышленности при из- готовлении шоколада, маргарина и в качестве веществ, пре- дохраняющих жиры от окисления и прогоркания.

Фосфатиды — поверхностно-активные вещества, улучшаю- щие хлебопекарные достоинства пшеничной муки. В зерне пше- ницы, ржи, ячменя и риса содержится 0,3—0,6% фосфатидов; в зародыше пшеницы 1,6%; в семенах подсолнечника 0,7—0,8%, хлопчатника 1,7—1,8, сои 1,6—2,0, в зародыше сои 3,15%.

Фитин — калий-кальций-магниевая соль инозитфосфор- ной кислоты, в основе которой лежит шестиатомный спирт миоинозит.

Инозит относят к витаминам, широко распространен в растительном мире в свободном состоянии и в виде фитина.

ЛИПИДЫ, КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Таблица 45

Содержание фосфора в пшеничных отрубях и зародышах

Фитина много в алейроновом слое и отрубях, особенно в хлопковом жмыхе, в эндосперме пшеницы его почти нет. Его выделяют из отрубей, конопляного и хлопкового жмыхов, из отходов крахмало-паточной промышленности. Используют в виде лечебного препарата.

Из общего содержания органического фосфора зерна пше- ницы большую его часть составляет фосфор фитина (табл. 45).

В периферийных частях зерна фитина больше, чем в заро- дыше. Около половины фосфора зародыша входит в состав фи- тина, а остальное в основном в состав нуклеиновых кислот. Со-

держание фосфора фитина по данным разных исследователей (в среднем):

Фитинового фосфора в зерне ржи больше, чем в пшенице (в среднем 2,5% от сухого вещества). В зерне, в отрубях пшеницы, риса и других злаков содержится фермент фитаза, относящаяся к группе фосфатаз и отщепляющая остатки фос- форной кислоты отинозитфосфорной кислоты. Оптималь- ные условия для действия фитазы — рН 5,5 и температура 55 "С. Фитаза имеет большое технологическое значение. Во- первых, отщепляемая фитазой фосфорная кислота— один из важнейших источников, от которого зависит кислотность зерна и муки. Во-вторых, фитаза, содержащаяся в дрожжах и

ГЛАВА 8

зерне, расщепляет фитиновую кислоту и ее производные и

тем повышает усвояемость человеком содержащегося в хлебе кальция.

Фитиновая кислота образует с кальцием труднорастворимые соли, которые не поддаются действию пищеварительных со- ков. Но во время брожения в самом начале выпечки хлеба ак-

тивная фитаза успевает расщепить большую часть фитиновой кислоты, имеющейся в муке. Остающееся небольшое количе- ство фитиновой кислоты уже не может затруднить усвоение со- лей кальция.

§ 4. ЦИКЛИЧЕСКИЕ ЛИПИДЫ

Все стероиды — производные циклопентанопергидрофе- нантрена.

К стероидам относят стерины (стеролы) — высоко- молекулярные циклические спирты и стериды — сложные эфиры стеринов. Стериды не растворяются в воде, но хо- рошо растворимы во всех жировых растворителях. При из- влечении жира из зерна диэтиловым эфиром в экстракт пе- реходят не только жиры и фосфатиды, но и стероиды, которые таким образом входят в состав сырого жира. При омылении жира стерины остаются в неомыляемой фрак- ции, составляя наибольшую ее часть. В сыром жире семян некоторых культур содержится следующее количество сте- ринов (табл. 46).

Стерины, образуя с белками сложные комплексы, играют важную роль в составе протоплазмы. Они участвуют в постро- ении биологических мембран, регулирующих обмен веществ в клетке. В зерне пшеницы стеринов и стеридов 0,03—0,07%, кукурузы 1,0—1,3%, в дрожжах свыше 2%.

_______________________________ ЛИПИДЫ, КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА Таблица 46

Содержание стеринов в сыром жире

Характерный представитель стеринов — эргостерол C28H43OH. Он содержится в пшеничном зерне, в дрожжах, в рожках спорыньи, плесневых грибах.

Молекула эргостерола имеет следующее строение:

При облучении эргостерола ультрафиолетовыми лучами из него образуются витамины группы D (антирахитические ви- тамины). Для промышленного изготовления витаминов груп- пы D используют дрожжи.

Известны многочисленные стерины. Они различаются ко- личеством двойных связей и строением боковой цепи. Коли-

чество стеринов в созревающем зерне пшеницы показано на рисунке 33.

Из животных стеринов следует назвать холестерин. При нарушении обмена веществ он откладывается на стенках кро- веносных сосудов, приводя к распространенной тяжелой бо- лезни — атеросклерозу. В растительных маслах содержится обычно от двух до четырех стеринов, причем обязательной составной частью является ситостерол С24Н50ОН.

235

ГЛАВА 8_______________________________________________________________

В пшенице стерины пред ставлены в следующих долях: б-ситостерин — 66%, стигма- стерин — 12%, кампесте- рин — 11%, холестерин — 1,8%; в кукурузе доля б-сито- стерина составляет 86% от всех стеринов. Количествен

ный ряд стеринов для семян двудольных растений такой же, как у пшеницы, а содер жание стеринов в них 0,15— 1,5%.

Рис. 33. Изменение содержания стеринов при созревании зерна пшеницы: 1 — б-ситостерин; 2 — кампестерин; 3 — эргостерин; 4 — стигмастерин; 5 — ланостерин; 6 — брассикастерин; 7 — 2,5-дигидроланостерин; I—конец формирования зерна (w = 65%); II— молочная спелость (50%); III— начало восковой спелости (35,7%); IV — конец восковой спелости (20,3%); V— полная спелость (14,2%); VI — свежеубранное зерно, перестоявшее на корню 6 сут. (11,2%); VII — зерно, перестоявшее на корню 10 сут. (11,1%); VIII — зерно, перестоявшее на корню 20 сут. (10,2%); IX —зерно, перестоявшее на корню 30 сут. (9,6%)

§5. СВЯЗАННЫЕ ЛИПИДЫ

Все липиды принято условно делить на свободные, связан- ные и прочносвязанные. Под свободными понимают липиды,

которые выделяют исчерпывающей экстракцией диэтиловым эфиром. Связанными липидами называют вещества, извлекае-

236

________________________________ ЛИПИДЫ, КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА

мые полярными растворителями, разрушающими более проч- ные связи в гликопротеидолипидных комплексах. При выделе- нии связанных липидов размолотое зерно предварительно об- рабатывают горячим этанолом, и затем липиды извлекают диэтиловым эфиром. К прочносвязанным липидам относят группу липидов, извлекаемых диэтиловым эфиром из остатка после выделения связанных липидов, предварительно обрабо- танного кислотой или щелочью для разрушения еще более проч- ных связей белок — липид и липид — углевод. Содержание ли- пидов в зерне основных зерновых культур приведено в табл. 47. По суммарному содержанию связанных форм липидов (в про- центах к общему количеству липидов) основные зерновые куль- туры можно разделить на две группы. К одной относят культу-

ры с относительно большим содержанием связанных форм липидов: рожь (34%), гречиха (32,8%), пшеница (31%) и к дру- гой — с их относительно небольшим количеством: рис (17%), просо (11,6%), кукуруза (11,3%) и овес (10,2%). Колебания от- носительного содержания свободных, связанных и прочносвя- занных липидов отражают их различную роль в процессах жиз- недеятельности зерна. Свободные липиды — это в основном запасные липиды, связанные — структурные. Фракционный со- став свободных и связанных липидов неодинаков (табл. 48).

Основная фракция свободных липидов — триацилглицери- ны (70,3%). Липиды разных частей зерна имеют заметные рас- хождения по групповому составу. В свободных липидах зерна ржи и пшеницы преобладают триацилглицерин (свыше 60%),

Таблица 47

Среднее содержание липидов в зерне основных зерновых культур, %

ГЛАВА 8

Таблица 48

Фракционный состав свободных и связанных липидов зерна пшеницы

в связанных — фракция полярных липидов (48,0%). Все груп- пы липидов, как в свободной, так и в связанной форме в заро- дыше содержатся в значительно большем количестве, чем в остальных частях зерновки. Исключение составляют моно- и диацилглицерины. Остальные части зерновки имеют сходство по составу липидов.

Наблюдается общая закономерность снижения содержания стеринов, суммы эфиров стеринов, восков и углеводородов по направлению от периферии к центру зерновки.

§ 6. ПИГМЕНТЫ И ДРУГИЕ КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА ЗЕРНА

Все красящие вещества зерна делят на три группы:

—жирорастворимые пигменты — хлорофиллы и каротино-

иды;

—нерастворяющиеся в жирах пигменты — флавоноиды, флавоны и антоцианы;

—красящие вещества, образующиеся в результате взаимо действия соединений, входящих в состав зерна и семян, — ме- ланоидины, меланины и др.

Хлорофилл. Пигмент, придающий растениям зеленый цвет. Он принимает активное участие в процессе ассимиляции уг-

238

ЛИПИДЫ, КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА

лекислого газа на свету, в процессе фотосинтеза, улавливая энергию солнечного луча. Хлорофилл содержится в листьях и стеблях, в колосьях и зернах. Хлорофилл находится в особых образованиях протоплазмы, называемых хлоропластами, или хлорофилловыми зернами. В растениях существует два вида хлорофилла:

Они представляют собой диэфиры, их соотношения а : b = = 3:1.

Структурная формула хлорофилла показана на стр. 236.

Вхлорофилле а X = —СН3, в хлорофилле b X = —СНО. Боль-

шой интерес представляет сходство строения хлорофилла с красящим веществом крови гемином. В состав хлорофилла и гемина входят четыре остатка пиррола, соединенных в виде порфиринового ядра, которое в гемине связано с железом, а в хлорофилле — с магнием.

Из всех многочисленных видов превращения солнечной энергии особый интерес для человека представляет процесс фотосинтеза. Фотосинтез— практически единственный изве- стный биохимический процесс (точнее, сложный цикл фото-

ибиохимических процессов), в ходе которого лучистая энер- гия солнца в виде химических связей запасается в органиче- ских соединениях.

Вприроде КПД фотосинтеза у растений в большинстве слу- чаев не превышает 2%. От чего зависит такой относительно

низкий уровень использования солнечной энергии зелеными растениями? Это определяется, прежде всего, внешней средой

—светом, теплом, водой, почвенным плодородием и внутренними причинами— генетическими особенностями самого растения. Если допустить, что внешние причины не лимитируют фо-

ГЛАВА 8

240

________________________________ЛИПИДЫ, КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА

тосинтез, то КПД может уменьшиться в результате наследствен- но закрепленной недостаточной эффективности фотосинтети- ческого аппарата листа или же недостаточной скорости пере- движения продуктов фотосинтеза (ассимилятов) из листа в другие органы.

С хозяйственной точки зрения более важным показателем, чем КПД фотосинтеза листа, является КПД посева (соотно- шение энергии, накопленной в биомассе урожая, к количе- ству поглощенной посевом солнечной энергии). Обычно КПД посева намного ниже, чем КПД фотосинтеза. Эта разница объясняется тем, что в формировании урожая участвует не только фотосинтез, но и другие физиологические процессы, и в первую очередь дыхание, сопровождающееся расходовани- ем накопленной биомассы.

Доля продуктов фотосинтеза, затрачиваемых на дыхание, довольно высока —15—25%. Разность фотосинтез — дыхание в конечном итоге определяет количество образованного расте- нием органического вещества (урожая).

Каротиноиды. Придают растениям желтую окраску разных оттенков. По химической природе каротиноиды — ненасы- щенные углеводороды или их кислородные производные. Наи- более распространенные в зерне каротиноиды — каротин, лютеин, цеаксантин и криптоксантин.

Каротин С40Н56 существует в трех модификациях (а, б и у). Наиболее распространенный — б-каротин. Он имеет следую- щую формулу (стр. 238).

а-Каротин отличается от б-изомера положением двойной связи в одном из циклов, у-изомер имеет лишь один цикл.

б-Каротин, распадаясь в животном организме, образует две молекулы витамина А. Из а- и у-каротинов, образуется лишь по одной молекуле витамина А. Каротинам сопутствует кис- лородсодержащий пигмент ксантофилл (лютеин) С40Н56О2 — диоксипроизводное б-каротина. В семенах желтой кукурузы и гречихи содержатся пальмитиновый эфир цеаксантина и крип- токсантин.

Криптоксантин С40Н56О в отличие от цеаксантина содержит не две группы ОН, а одну. Лютеин, цеаксантин и крипто- ксантин также обнаруживают активность витамина А.

241