<<
>>

1.3.2 Химический состав зерносырья

 

В промышленности используется метод биоконверсии ферментативного или кислотного гидролизатов зерносырья, содержащих моно- и олигосахара. В качестве крахмалсодержащего растительного сырья используются различные зерновые культуры: как голозёрные (кукуруза, рожь, пшеница), так и плёнчатые (овёс, просо, рис, ячмень), а также поражённое зерно и отруби. В зерне синтезируются полисахариды, относящиеся к двум классам: структурные (целлюлоза, гемицеллюлоза) и запасные полисахариды (крахмал, фитоглютен, фруктозаны).

Структурные полисахариды образуют клеточные стенки, запасные ? временный или постоянный запас связанного углерода и энергии

Запасной полисахарид крахмал является основным углеводным компонентом зерносырья, он и продукты его гидролиза являются лучшими источниками углерода в процессах биоконверсии. Крахмал состоит из двух компонентов – разветвлённого амилопектина и неразветвлённой амилозы. Остатки глюкозы в линейных участках амилопектина связаны ?-1,4-глюкозидными связями. Разветвление в амилопектине проходит через ?-1,6- связи. Средняя длина неразветвлённой цепи в амилопектине равна 18-27 ангидроглюкозным остаткам.

В амилозе цепи состоят из 3800 ?-D-ангидроглюкопиранозных звеньев, которые соединены посредством ?-1,4-глюкозидными связями. Принято считать, что пространственная конфигурация цепной макромолекулы амилозы имеет спиральную форму, чем отличается от формы молекулы целлюлозы. Каждый виток спирали состоит из 6 глюкозных остатков. Содержание амилозы в различных крахмалах представлено в таблице 1.5.

В обычных злаках содержание амилозы колеблется в пределах от 14 до 26% от общего количества крахмала. Крахмалы различных восковидных сортов кукурузы, риса, ячменя и т.д. лишены амилозы.

1.5.  Типичные составы крахмала различного происхождения

Наименование материала

Содержание

амилозы, %

Число глюкозидных остатков на концевую группу, определённых

Расчётное число глюкозных остатков в боковой цепи молекулы амилопектина

с КIO3

метилированием

Крахмал картофеля

18

28

25

23

Крахмал

- саго

26

24

-

18

- тапиоки

17

25

-

20

- жемчужной маниоки

16

24

-

20

- риса

14

24

27

20

- кукурузы

23

25

-

19

- кукурузы восковидной

0

20

20

20

- пшеницы

19

26

-

21

- банана

21

27

24

21

Остальные полисахариды называют некрахмальными (НПС).

К ним относятся структурные полисахариды: гемицеллюлозы и целлюлоза.

Гемицеллюлозы злаковых культур являются гетерополисахаридами. Основная цепь полисахаридов обычно состоит из остатков моносахаридов одного типа, связанных ?-связями, а боковые ветви образованы другими моносахаридами, присоединёнными к основной цепи. При гидролизе гемицеллюлоз образуется ряд моносахаров: ксилоза, арабиноза, глюкоза, манноза, галактоза. Наряду с моносахаридами образуются также глюкуроновая и галактуроновая кислоты. Гемицеллюлозы зерносырья в основном состоят из пентозанов.Пентозаны (основная часть гумми) в зерносырье представленыполисахаридамиксиланом, арабинаном, арабиногалактаном, арабиноманнаном, арабиноглюканом и арабиноксиланом. Основными гемицеллюлозами клеточных стенок злаковых являются арабиноксиланы с небольшим количеством глюкуроновой кислоты, у двудольных ? ксилоглюканы. Значительное количество гемицеллюлоз ячменя, овса и ржи представлены ?-глюканами.

Моносахариды и олигосахариды в зерне злаков и продуктах их переработки (отрубях) представлены глюкозой, сахарозой, фруктозой, раффинозой; преобладает сахароза и в небольшом количестве имеются три- и тетрасахариды. В семенах растений встречается стахиоза (соя) и вербаскоза (соя, люцерна, вика).

Пектиновые полисахариды зерносырья состоят из полиуроновых кислот и нейтральных сахаров: рамнозы, галактозы, ксилозы др. Основная цепь пектинов состоит из D-галактуроновой кислоты и рамнозы. Строение пектинов определяет их свойства как структурообразователей и гелей.

Целлюлозу крахмалсодержащего сырья называют клетчаткой. Наибольшее её количество наблюдается в свежеубранном зерне. При употреблении растительной пищи клетчатка растений в животных организмах улучшает пищеварение, способствует выведению из организма продуктов распада, способствует синтезу витаминов групп В и К и усвоению витамина С.

Азотистые вещества в здоровом зерне представлены в основном белками (5-26%). Содержание некоторых белков в зерновых культурах представлено в таблице 1.6.

1.6.  Содержание белков в зерне различных культур (%)

Наименование белка

Пшеница

Рожь

Ячмень

Овёс

Кукуруза

Просо

Альбумин

4

28

12

20

0,5

10

Глобулин

8

22

30

20

20

6

Проламин

40

32

35

15

40

60

Глютелин

48

18

23

45

30

10

Часть белков выполняет структурную роль, другая часть представлена ферментами. В зерне обнаружены белки: альбумины, глобулины, проламины, глютелин. Представителями альбуминов в пшенице является лейкозин, глобулинов в ячмене – эдестин, в пшенице – глютелин; проламинов – глиадин пшеницы, зеин кукурузы, гордеин ячменя, авенин овса; глютелинов – зеин кукурузы. Свободных аминокислот, амидов и пептидов немного. Содержание небелкового азота (включая аммонийный) составляет в среднем 2%.

Химический состав зерна отдельных видов злаков и зерноотходов представлен в таблице 1.7.

1.7. Химический состав зернового сырья (%)

Наименова-ние

культуры

Белки

Крах-мал

Сырой жир

Сырая клет-чатка

Cаха- ра

Гемицеллюлозы

Зола

глю-каны

пентозаны

сумма

арабино-

ксиланы

Пшеница

9-26

49-73

1,9-2,2

2,7-2,8

4,3

1,0

8,0

6,6-7,6

1,6-2,2

Рожь

9-19

65-73

1,7-2,0

2,2-2,4

5,0

2,4

10,0

8,7

1,7-2,0

Кукуруза

5-20

61-83

4,0-4,6

2,1-2,2

3,0

1,3

7,0

4,3-5,5

1,3

Овёс

8-26

24-64

4,5-5,5

10,3-14

2,0

3,3-4,3

13,0

5,8-8,5

3,0-3,8

Ячмень

7-25

45-68

2,0-2,2

5,5-6,0

4,0

4,8

11,0

6,6-7,3

2,4-3,5

Рис

5-11

48-68

2,1-2,3

8,4-12

3,6

0,4-2,2

1,5

-

5,1-6,0

Просо

8-12

51-70

3,6-4,6

9,0-11

3,8

-

2,0

-

2,8-4,0

Отруби пшеничные

11,9-

16,1

11-24

2,7-4,2

8,9-9,0

4,7

2,1

20,64

23,8

4,5-6,3

Отруби ржаные

14,8

21,5

3,4

7,0-8,5

-

-

18,5

-

4,8-5,8

Из данных таблицы видно, что зерновые культуры содержат легкогидролизуемые углеводы: крахмал в количестве 24-83%, гемицеллюлозы: пентозаны – 1,5-20%, ?-глюканы ? 0,4-4,8%; сахара – 2-5%.Много пентозанов в овсе (13-15%), ячмене (9-13%) и ржи (10%). В незрелых зёрнах ржи и пшеницы в значительных количествах найдены фруктозаны.

В зернах ячменя и пшеницы присутствуют маннаны. Маннаны способны стимулировать синтез интерферона, корректировать химический состав пищевых продуктов, вызывать образование некрозов в отдельных видах опухолей, обладают адаптогеным свойством. Структурный элемент маннана – манноза обладает ростовыми, иммуномодулирующими и радиопротекторными свойствами, а также гиполипидемическим действием. Её отсутствие или дефицит приводит к блокированию биохимических процессов в организме и в дальнейшем может привести к различным заболеваниям, например таким, как сахарный диабет.

Пектиновых веществ в зерне относительно немного.

Отруби в сравнении с зерновыми культурами содержат меньшее количество крахмала – 11-24% и большее пентозанов – 20,64%, количество сахаров на одинаковом уровне. Содержание трудногидролизуемых полисахаридов – сырой клетчатки (целлюлозы) в пшеничных и ржаных отрубях больше, чем в зерне пшеницы и ржи, но на одинаковом уровне с содержанием этих углеводов в таких зерновых культурах, как овёс, рис и просо.

Слизь семян ржи содержит около 90% пентозанов. Много слизей содержится в оболочках ржи.

Клеточные стенки оболочек зерна выполняют защитную функцию, поэтому содержат до 30% целлюлозы и арабиноглюкоуроноксиланов. В плодовой оболочке зёрен злаков содержится лигнин. Клеточные стенки эндосперма и алейрона зёрен злаков преимущественно (до 90%) состоят из арабиноксиланов, ?-глюканов, целлюлозы, гетероманнанов и белка.

Полисахариды благодаря строению своих молекул обладают рядом таких физико-химических свойств, как сорбционные, комплексообразующие и ионообменные, а также водоудерживающей способностью и растворимостью в воде.

Одним из компонентов клеточных стенок зерновых культур является вода. Её содержание зависит от природы полисахаридов матрикса, с которыми она образует ассоциаты и гелеподобные структуры, а также от степени лигнификации стенок (чем больше лигнина, тем меньше влаги).

Полисахариды и белки обладают высокой способностью сорбировать воду. Особенно высокой сорбционной способностью по отношению к воде отличаются пентозаны. Они могут поглощать в 10 раз больше воды, чем составляет их масса. Растворы пентозанов имеют в 15 раз большую вязкость, чем растворы глобулярных белков. В зерне ржи больше, чем у пшеницы, развиты клеточные стенки оболочек зерна и алейронового слоя. Полисахариды ржи ? полифруктозиды и пентозаны ? увеличивают свою объёмную массу при гидратации в 6-8 раз, а 50% белков способно к неограниченному набуханию.

Растворимость в воде полисахаридов зависит от длины их молекулярной цепи и количества ответвлений на этой цепи. Некрахмальные полисахариды, в том числе и арабиноксиланы, присутствуют в зерне как в растворимой, так и в нерастворимой формах. Наличие некрахмальных полисахаридов в зерносырье влияет на общие питательные свойства корма. Растворимые арабиноксиланы повышают вязкость химуса у животных и тем самым снижают скорость диффузии и усвояемость питательных веществ, а также повышают вероятность развития патогенной микрофлоры. Нерастворимые арабиноксиланы, входящие в состав стенок растительных клеток, участвуют в инкапсуляции питательных веществ: крахмала и белков. Ферментативный гидролиз крахмала и белков становится возможным только после термомеханической и ферментативной деградации клеточных стенок.

Вместе с тем полисахариды, как нерастворимые, так и растворимые, обладают физиологической активностью, регулируя в организме животного концентрации вредных веществ, и тем самым выполняют защитные функции

В зерносырье присутствует полный набор гидролитических ферментов. Уровень активности гидролаз зависит от физиологического состояния зерна, этапа его развития. В процессе созревания зерна активность ферментов снижается и достигает определённого уровня. В процессе хранения зерна под действием ферментов идёт снижение растворимых полисахаридов, увеличивающих вязкость содержимого кишечника животных. Это способствует повышению питательной ценности зерна.

<< | >>
Источник: Сушкова В.И., Воробьёва Г.И.. Безотходная конверсия растительного сырья в биологически активные вещества. – Киров, – 204стр.. 2007

Еще по теме 1.3.2 Химический состав зерносырья:

  1. 3.1 Химический состав белков пшеничной муки
  2. 1.2.3 Химический состав целлюлозосодержащего и пентозансодержащего сырья
  3. 1.5 Химический состав и пищевая ценность мяса птицы
  4. Химический состав гидролизных кормовых дрожжей и их питательная ценность.
  5. 3.1 Химический состав исходного сырья и сброженного арбузного сока
  6. 1.4 Химический состав ламинарии и особенности ее применения в хлебопекарных технологиях и других отраслях
  7. Биоконверсия зерносырья в промышленном производстве.
  8. Ферментативный гидролиз зерносырья в промышленном производстве.
  9. Лекция 25. Структура (состав) населения мира:этнолингвистический и религиозный состав
  10. Прямая биоконверсия зерносырья в промышленном производстве.
  11. § 3.2.3. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ПОНЯТИЙ О ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ Структура системы понятий о химической реакции