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

ГЛАВА 8_____________________________________________________________

Пигментация каротиноида-

ми зерна хлебных злаков влияет на их технологическое достоин- ство. Кремовый цвет, характер-

ный для хорошей пшеничной муки, объясняется главным об- разом содержанием каротинои- дов. Пигментирование зерна особенно высоко ценится у твер- дой пшеницы, идущей на выра-

ботку макаронной муки и манной крупы. Потребитель высоко оценивает макароны, имеющие желтоватую (кремовую) окраску.

Будучи по химической природе соединениями сильно нена- сыщенными, каротиноиды легко окисляются и обесцвечиваются. Для предотвращения окисли- тельного обесцвечивания каро-

тиноидов в макаронных изделиях известны способы введения в

тесто антиокислителей — бути- локсианизола, диальдегидного кукурузного крахмала 25%-ной степени окисленности и др.

Флавоноиды. Термином «фла- воноиды» объединяют чрез- вычайно распространенные в ра-

стениях вещества фенольной природы. Флавоноиды играют

важную роль в обмене веществ растительной клетки. Они уча- ствуют в окислительно-восста-

новительных процессах, в процессах роста растений. Отдель-

ные группы флавоноидов отличаются друг от друга по степени окисленности и восстановленности и по другим признакам. В зерне пшеницы обнаружены сильно окисленные флаво-

ЛИПИДЫ, КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА

ноиды — флавоны и менее окисленные — антоцианы. Ниже приводится их строение.

При окислении или восстановлении возможен переход от одной группы флавоноидов к другой.

Флавоны и антоцианы. Содержатся в растениях чаще всего в виде гликозидов. Флавоны — вещества желтого цвета. Пигмен- ты флавонового типа хорошо растворимы в 85%-ном растворе спирта. Антоциан обнаружен в составе клеток плодовой обо- лочки зерна пшеницы и в колеоптилях его проростков. Анто- цианы входят в состав сплошь (однотонно) окрашенных пло- довых оболочек подсолнечника; поскольку этот пигмент водорастворим, такие оболочки при смачивании мажутся. Можно считать, что цвет эндосперма в наибольшей степени определяется каротиноидами, а оболочек — флавоноидами. В целом пигменты зерна слабоизучены. Для выяснения при-

роды пигментации зерна и его отдельных тканей требуется большая дополнительная работа.

Меланоидины. Образуются при неферментативном процес- се — взаимодействии Сахаров, а также карбонильных соедине- ний с аминокислотами и белками. Образование меланоиди- нов представляет собой не простую реакцию конденсации, а сложный окислительно-восстановительный процесс.

Меланоидины вызывают потемнение продукта, образую- щиеся в процессе их формирования карбонильные соедине-

ГЛАВА 8___________________ _________________________________________

ния участвуют в создании аромата пищевых продуктов. Аро- мат обусловлен природой реагирующих аминокислот и обра- зующихся карбонильных соединений — промежуточных про- дуктов меланоидинообразования. Так, лейцин вызывает типичный запах красного ржаного солода и ржаного хлеба, глицин — карамели, фурфурол — яблок, оксиметилфурфу- рол — меда и т. д. В корках пшеничного и ржаного хлеба при выпечке наблюдается значительная убыль свободных амино- кислот, что связано с интенсивным меланоидинообразова- нием. Этот процесс интенсифицируется при больших коли- чествах восстанавливающих Сахаров в тесте. В процессе меланоидинообразования участвуют не только свободные ами- нокислоты, но и белки.

Образование золотисто-коричневой хрустящей корочки,

специфического аромата и вкуса хлеба зависит в основном от меланоидиновых реакций, происходящих при выпечке. Ме- ланоидинообразование определяет пожелтение зерна риса, потемнение зерна при самосогревании, сушке и т.д.

Меланины. Темные пигменты, получаются в результате окисления ароматических аминокислот при участии фермен-

244

______________________________ ЛИПИДЫ, КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА

та монофенол-монооксигеназы (тирозиназы), в первую оче- редь тирозина и диоксифенилаланина (ДОФА). Меланины, как и меланоидины, оказывают влияние на цвет зерна и про- дуктов его переработки при хранении.

§ 7. ЦВЕТ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА

Цвет отражает природные свойства зерна, степень его зрелости, нередко видовые и сортовые различия. Во многих стандартах цвет используется для ботанической и техноло- гической классификации зерна. Зерно пшеницы подразде- ляют на типы и подтипы с учетом его цвета. Типы зерна проса различают по цвету (белое, кремовое, красное, желтое и се- рое). Первый тип гороха делят на подтипы также по цвету (желтый и зеленый). В поисках более совершенных объек-

тивных и ускоренных способов определения качества зерна делают попытки разработать методы оценки, приемы сор- тирования зерна и освобождения от примесей по оптиче- ским свойствам.

Исследуют стекловидность зерна пшеницы по его отража- тельной и пропускной способности. Измерение отраженных и прошедших через зерно излучений фотоприемниками на- талкивается на большие затруднения в связи со сложной фор- мой поверхности, отсутствием насыщенных цветов и малой величиной отраженных световых потоков.

При периодическом увлажнении и подсыхании зерна пше- ницы во время созревания, уборки и послеуборочной обработ- ки происходит его обесцвечивание. Существенное значение имеет также инсоляция — облучение солнечными лучами. Обесцвечиваются часть или вся поверхность зерновки. Сни- жение интенсивности окраски и появление белесоватых то- пов зерна— результат окислительного распада каротиноидов

идругих красящих веществ, а также изменения его оптических

иструктурных свойств. Обесцвечивание приводит к ухудше- нию товарного вида зерна. Снижается стекловидность зерна — от нескольких до 60—75% в зависимости от степени обесцве- чивания. Масса 1000 зерен, плотность и натура уменьшаются, ухудшается качество клейковины.

245

ГЛАВА 8

Активность ферментов повышается: каталазы (мл 0,1 н ра- створа КМnО4) — с 36-40,1 до 38,9-54,6; амилолитического комплекса — с 102-187 до 130-211. Количество плесеней рода Penicillium и Aspergillus в обесцвеченном зерне возрастает при одновременном уменьшении микрофлоры Вас. herbicola и гри- бов из рода Alternaria. В ряде случаев в обесцвеченном зерне образуются токсины. Повышение активности ферментов, уве- личение количества плесневых грибов, снижение содержания пигментов-антиоксидантов понижают стойкость обесцвечен- ного зерна пшеницы при хранении. Смесительная ценность обесцвеченной пшеницы уменьшается.

§ 8. ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Фенольные соединения представляют собой малоизучен- ный большой и разнообразный класс органических соедине- ний, биологическая роль которых во многих случаях остается еще невыясненной. Из растений выделено несколько тысяч фенольных соединений и список этот продолжает расти. Они встречаются в каждой клетке растений. На долю фенольных соединений приходится до 2—3% массы органического веще- ства растений, а в некоторых случаях — до 10% и более.

Для фенольных соединений характерны три особенности. В растительных тканях они встречаются с большим разнооб- разием форм. В тканях животных и человека содержатся не- многочисленные их представители в очень малых, ничтожных количествах. Основная масса растительных фенольных соеди-

нений окисляется в организме животных до диоксида углерода и воды, подобно углеводам или жирам. Фенольные соединения встречаются в растениях в виде моно- и полимерных веществ. Основа структуры — углеродный скелет, в строение которого количество и расположение гидроксильных групп, а также других группировок и радикалов (метильных СН3—, кар- боксильных =С=О, метоксильных СН3—О—, ацетильных СН3—СО— и т. п.) вносят большое разнообразие.

Благодаря гидроксильным группам и особенностям элект-

ронной структуры бензольного кольца фенольные соединения обладают свойствами слабых кислот. Механизм биологиче-

246

ЛИПИДЫ, КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА

ского действия фенольных соединений заключается в их спо- собности к окислению-восстановлению. В злаковых растени- ях и зерне наиболее распространенная группа фенольных со- единений — флавоноиды (С6—С3—С6). Ее представители находятся в тканях почти всех видов растений.

Молекула флавоноидов содержит два бензольных кольца — А и В, соединенных между собой треуглеродным мостиком — в большинстве случаев гетероциклическим кислородосодер- жащим (пирановым) кольцом.

Многочисленные флавоноиды делятся на 10 структурных групп. Пять из них наиболее восстановленные (катехины, флавононы, флавононолы и др.) — бесцветные вещества. Ос- тальные флавоноиды представляют собой окрашенные веще- ства. Флавоны и флавонолы окрашены в желтый цвет, у анто- цианидинов (антоцианов) — яркая и разнообразная окраска. Те и другие имеют многочисленные соединения с сахаром — гликозиды. Гликозид кверцетина называют рутином (витами- ном Р), его получают из растений гречихи, софоры и др.

Из полимерных фенольных соединений, входящих в состав злаковых растений и зерна, необходимо назвать лигнин, мелани- ны, гуминовые кислоты. Лигнин — распространенный компо- нент высших растений, входящий в состав стенки клеток. Мела- нины — темно-коричневые и черные пигменты, образующиеся при ферментативном окислении аминокислот диоксифенила- ланина и тирозина. Гуминовые кислоты — фенолсодержащие по- лимеры сложного и разнообразного состава, образующиеся под влиянием сложных превращений меланинов.

Кфенольным соединениям относят аминокислоту тирозин, входящий в состав белков. Убихиноны (кофермент Q) — обя- зательные участники дыхательной цепи, системы митохонд- риального транспорта электронов. Одна из наиболее важных функций растительных фенольных соединений — защитная. Они выполняют роль защитных барьеров на пути механиче- ских, химических, термических и болезнетворных воздей- ствий. В частности, велика роль фенольных соединений в защите растении от заморозков и засухи.

Это происходит в результате того, что покровные ткани

содержат повышенные количества дубильных веществ (тан-

247

ГЛАВА 8

нины), флавоноидов, фенолокислот, которые образуют защит- ный покров, предохраняющий более ценную и более нежную сердцевину семян и плодов от внешних неблагоприятных воз- действий, препятствуют проникновению в глубь раститель- ных тканей вредных насекомых, грибов и т. п.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие вещества называют липидами, каковы их общие свойства?

2.Как классифицируются липиды?

3.Что представляют собой простые липиды (жиры и воски)?

4.Каково содержание жира в зерне, каковы его состав, свой ства, значение?

5.В чем заключается прогоркание жира?

6.Что представляют собой числа кислотное, йодное, омы ления, что они показывают, как определяются?

7.Чем фосфатиды отличаются от жиров, каковы их свойства?

8.Каково содержание и формы фитина в зерне, каковы его особенности и значение?

9.Что такое стерины (стеролы) и стериды, входящие в со став зерна, каково их строение и значение?

10.Что представляет собой эргостерол?

11.В чем различие между свободными, связанными и проч- носвязанными липидами?

12.Что представляют собой жирорастворимые пигменты — каротиноиды и хлорофиллы, каково их содержание, состав, значение в зерне?

13.Чем характеризуются нерастворяющиеся в жирах пиг менты — флавоноиды, антоцианы, флавоны, каковы их содер жание, состав и значение в зерне?

14.Что представляют собой красящие вещества зерна, образующиеся в результате взаимодействия соединений, вхо дящих в состав зерна? Какова их роль для качества зерна при его хранении и переработке?

15.Какая связь существует между цветом и качеством зерна?

16.Что представляют собой фенольные соединения зерна, каков их состав и свойства?

Глава 9

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА, ВЛАГА, КИСЛОТНОСТЬ ЗЕРНА

§ 1. МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА ЗЕРНА

Зерно высушенное, не содержащее влагу, состоит из элемен- тов двух групп. На долю первой группы приходится примерно (%): углерода— 45, кислорода— 42; водорода— 6,5; азота — 1,5, итого (95—98%). Остальную часть сухих веществ (2—5%) составляют другие минеральные элементы, образующие пос- ле сжигания зерна золу. Качественный состав и содержание этих элементов в зерне сильно варьируют в зависимости от раз- личных условий. Исходя из количественного содержания ми- неральных элементов в тканях зерна, их принято делить на сле- дующие подгруппы (% к массе золы):

1)макроэлементы объединяют элементы, содержание

которых колеблется от десятков до сотых долей процента

( 10-1-10-2). В нее входят элементы: Р, К, Mg, Na, Fe, S, Al, Si, Ca;

2)микроэлементы объединяют элементы, содержание ко

торых колеблется от тысячных до стотысячных долей процен та (10-3 - 10-5). К этой группе относятся Мn, В, Sr, Cu, Zn, Ba, Ti, Li, I, Br, Мо, Со и др.;

3)ультрамикроэлементы объединяют элементы, содержа ние которых исчисляется миллионными долями (10-8) про цента и меньше: Cs, Se, Cd, Hg, Ag, Au, Ra.

Содержание минеральных веществ определяют сжигая на- веску зерна или муки при температуре 650—850 "С. Массу золы, выраженную в процентах к исходной массе зерна, называют зольностью зерна. Величина зольности и качественный состав юлы сильно изменяются в зависимости от вида, сорта и по- чвенно-климатических условий выращивания зерна. Мине-

ральные вещества в состав золы за редким исключением вхо- дят в виде окислов.

В золе пшеницы и ржи (табл. 49) преобладают фосфор, калий и магний. На фосфор приходится около половины всей золы, на калий — около 1/3 и на магний — 12—13%. В пленча-

тых культурах резко возрастает доля кремния в результате его высокого содержания в лузге. В семенах бобовых содержание фосфора меньше, чем в злаковых, доля железа возрастает при- мерно вдвое. Химический состав золы семян масличных по культурам заметно различается. Зола подсолнечника богата не только фосфором, но и калием, магнием, кальцием. Зола семян хлопчатника и особенно сои, содержит повышенное количество калия. В золе зерна и семян содержится также большое число микроэлементов. В зерне пшеницы обнару- жены (мг % от сухого вещества): марганец 3—6,9; никель 0,3- 0,6; цинк 3,7—7,9; медь 0,72—0,75; молибден 0,035; кобальт

7,9—8,1 и др.; в зерне ячменя — медь 0,3—0,6; кобальт 0,04— 0,07; молибден 0,02—0,05 и др.; в семенах гороха — медь 1,41; цинк 1,66; молибден 0,08 и др. Зола образуется главным об-

разом из разных органических соединений в состав которых

входят те или иные элементы, превращающиеся при сжига- нии в золу. Ниже излагается значение отдельных элементов для растения.

Макроэлементы. Фосфор. Разнообразные фосфороргани- ческие соединения, встречающиеся в растительной ткани, ха- рактеризуются одной общей чертой — все они содержат фос- фор только в окисленной форме. В растении фосфорная кислота распределена крайне неравномерно. Наиболее бога- ты его репродуктивные органы (в семенах в 5—10 раз выше, чем в вегетативных органах). Роль фосфора в обмене веществ растения определяется в первую очередь тем, что он входит в состав нуклеопротеидов, которыми в особенности богаты кле- точные ядра, зародыши семян и другие важные органы и час- ти растения. Важнейшую роль играет фосфорная кислота в процессе дыхания и фотосинтеза, поскольку она участвует в построении образующегося при дыхании и фотосинтезе аде- нозинтрифосфата (АТР), являющегося источником энергии для различных процессов обмена веществ.

Сера. Входит в состав белков в виде аминокислот метиони- на, цистеина и является составной частью глютатиона. Асси-