Строение зерна

Зерно растений семейства мятликовых (злаков) имеет прин­ципиально одинаковое строение. Зерно состоит из трех основ­ных частей: зародыша, эндосперма и оболочек; последние две — плодовая и семенная, причем плодовая расположена снаружи зерна, а семенная — под ней. У ячменя оболочки срощены. При обмолоте зерна ржи, пшеницы и кукурузы полностью освобож­даются от цветочных пленок (мякинных оболочек); зерна овса, проса и почти всех сортов ячменя и гречихи сохраняют цветоч­ные пленки. Первые культуры называют голозерными, вторые пленчатыми («кожурными»).

Макроскопическое строение зерна ячменя показано на рис. 2. Внутренняя часть зерна — эндосперм — мучнистая; слой эндос­перма, прилегающий к семенной оболочке, — алейроновый — богат белком. Этот слой состоит из одного (у ржи, пшеницы, овса, кукурузы, проса) или нескольких (у ячменя) рядов клеток с утолщенными стенками. Эндосперм имеет крупные тонкостен-

ные клетки с высохшей протоплазмой, сплошь заполненные крахмальными зерна­ми.

В нижней части зерна расположен заро­дыш. В нем различают зачаточный стебелек и зачаточный корешок. Зародыш отделен от эндосперма щитком.

Зерна кукурузы различных ботанических групп различаются объемом роговидной (стекловидной) части эндосперма, в которой крахмальные гранулы прочно «сцементиро­ваны» белком, вследствие чего имеют много­угольную форму. В крахмалистой части эн­досперма белковая стенка тонкая и нежная, крахмальные грану­лы округлые. Роговидная часть в кремнистой кукурузе почти полностью заполняет эндосперм, в крахмалистой кукурузе зани­мает небольшой объем у верхушки, в зубовидной — примерно половину в виде сегментов, симметрично расположенных вдоль зародыша.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕРНА

Химический состав зерна сильно зависит от культуры и сорта, почвенно-климатических условий, приемов агротехники, усло­вий хранения и других факторов. В среднем зерно состоит из 14 % влаги и 86 % сухих веществ.

Вода. В зерне по сравнению с клубнями картофеля значитель­но меньше влаги, что придает ему более прочную структуру. Влажность зерна зависит не только от его гигроскопических свойств, но и от зрелости и других условий.

Различают четыре состояния товарного зерна: сухое, средней сухости, влажное и сырое. Например, для ржи, пшеницы и ячме­ня эти состояния характеризуются следующими показателями содержания влаги (%): сухое до 14, средней сухости от 14 до 15,5, влажное от 15,5 до 17 и сырое более 17. В дефектном и подмо­ченном зерне влажность может достигать 30 % и выше. Влага, соответствующая сухому состоянию, является коллоидно-связан­ной, жизненные процессы в зерне сведены к минимуму; при средней сухости появляется небольшое количество свободной воды и зерно может пробуждаться к жизни. Общая влажность, соответствующая этому состоянию зерна, называется критической.

Сухие вещества. В зерне в среднем 84 % органических и 2 % минеральных веществ, в том числе (%): крахмала 52, сахара 3, клетчатки 6, пентозанов и пектиновых веществ 9, азотистых веществ 11, жира 3.

Крахмал содержится (%): в здоровых зрелых зернах пшени­цы — 48.„57; ржи 46...53; ячменя 43...55; овса 34...40; проса 42...60; кукурузы крахмалистой 61...70, зубовидной 58...64, кремнистой 54...71. В дефектном зерне количество крахмала снижается.

Сахара в здоровом зерне обычно от 0,6 до 7,0 %. Он состоит в основном из сахарозы и небольших количеств три- и тетрасахаридов. В ячмене и ржи в заметных количествах присут­ствует раффиноза. Мальтозы нет, но она появляется при прорас­тании зерна.

В недозрелом, морозобойном и проросшем зерне сахара боль­ше, он состоит главным образом из редуцирующих Сахаров (ин­вертированного сахара, мальтозы).

Целлюлозы в зерне, свободном от цветочных пленок, относительно немного — 1,5...2,5 %. В зерне с неотделенными пленками оно повышается и составляет (%): в овсе 10, просе 8, ячмене 4...5, горохе 7,7.

Пентозаны — доминирующая составная часть гумми (слизей). В зерне содержатся гемицеллюлозы (полуклетчатки), состоящие из гексозанов (маннана, галактана, глюкозана) и пен­тозанов (ксилана, арабана), наряду с клетчаткой участвующие в формировании клеточных стенок.

Общее количество центозанов в зерне 7... 15 %. Много пенто­занов в овсе (13...15 %), ячмене (9...13 %) и ржи (около 10 %). В овсе содержится слизеобразующий полисахарид типа лихенина. Особенно много гумми в зерне ржи (до 2,8 %), что вызывает высокую вязкость разваренной массы, полученной из нее. Для кукурузы характерно присутствие декстринов (I...6 %). В недо­зрелом зерне ржи и пшеницы в значительных количествах най­дены фруктозаны.

Пектиновых веществ в зерне относительно немного.

Азотистые вещества в здоровом зрелом зерне состо­ят главным образом из белков, которых может содержаться от 7 до 25 %. Свободные аминокислоты, амиды и пептиды присутст­вуют в очень небольших количествах. Лишь в зерне ржи их несколько больше, что, по-видимому, и объясняет благотворное действие ржи на дрожжи 'при добавлении ее в дрожжевое сусло. Содержание небелкового азота (включая аммиачный) составляет в среднем 2 %. В недозрелом, подвергшемся самосогреванию и проросшем зерне количество аминокислот увеличивается.

В зерне найдены альбумины — белки, растворимые в воде; глобулины — белки, растворимые в слабых (3...10%-ных) раство­рах нейтральных солей, а некоторые из них — в слабых (0,2%-ных) растворах кислот; проламины — белки, растворимые в 60...80%-ных растворах спиртов; глютелины — белки, раствори­мые в слабых (0,2%-ных) растворах щелочей.

Типичные представители белков: альбуминов — лейкозин пшеницы; глобулинов — эдестин ячменя, глютенин пшеницы; проламинов — глиадин пшеницы, зеин кукурузы, гордеин ячме­ня, авенин овса; глютелинов — зеинин кукурузы. Примерное со­отношение этих белков приведено в табл. 1.

Небольшое содержание водорастворимых азотистых веществ в зерне кукурузы и неполноценность по аминокислотному составу большей части белков при размножении засевных дрожжей на сусле из этого сырья требуют добавления азотистого питания.

Жиры — триглицериды жирных кислот — содержатся в зерне в относительно небольшом количестве — от 1,8 до 2,5 %. В кукурузе жиров 5...7 %, в овсе 5...6 %, в просе 3,5...5 %. Прибли­зительно 85 % жира локализовано в зародыше, 12 — в алейроно­вом слое и 3 % — в мучнистой части эндосперма. В состав жира входят в основном непредельные кислоты — линолевая, линоле-новая и олеиновая, из предельных — главным образом пальмити­новая.

В эфирные экстракты из зерна кроме собственно жиров пере­ходят липоиды — фосфатиды, стеролы, воски, пигменты и другие вещества. Типичным и наиболее распространенным представите­лем фосфатидов в злаках является лецитин — триглицерид, со­держащий фосфорную кислоту и азотистое основание холин. В кефалин вместо азотистого основания входит коламин. Содержа­ние лецитинов небольшое (0,3...0,7 % к массе зерна). При гидро­лизе фосфатидов высвобождается фосфорная кислота — одно из веществ, определяющих кислотность зерна. Фосфатиды играют важную роль в регулировании проницаемости клеток. Стеролы составляют главную часть неомыляемых фракций экстракта из зерна. Из стеролов в зерне присутствуют высокомолекулярные одноатомные спирты — фитостеролы (0,03...0,07 %), они близки к витаминам группы D (кальциферолу). В зерне содержится также фитин — кальциймагниевая соль инозитфосфорной кис­лоты (0,2...0,5 %). Из пигментов в зерне найдены каротины, антоцианы, флавоны.

Витамины зерна представлены жирорастворимыми вита­минами — токоферолами (в зародыше, особенно в значительных количествах в пшеничном) и водорастворимыми (мг на 100 г): тиамин 0,3...0,8, рибофлавин 0,07...0,30, никотиновая кислота 1,3...7,2, а также пиридоксин, биотин, пантотеновая кислота. Аскорбиновой кислоты в покоящемся зерне нет, но она появля­ется при его прорастании.

Минеральные вещества (зола) и кислоты со­ставляют 1,5...3,0 % от массы зерна. Они находятся главным образом в периферийных частях зерна (оболочках и цветочных пленках) и в зародыше. Относительно много золы в пленчатых культурах: овсе, ячмене и просе.

Доминирующая часть золы состоит из фосфата калия. Около 85 % фосфора от общего его содержания в зерне находится в органических соединениях — нуклеопротеидах, фосфатидах и фитине.

Кислоты зерна представлены фосфорной, щавелевой, яб­лочной и молочной. Общая кислотность зерна 1,5...2,5 мл 1 н. раствора гидроксида натрия на 100 г зерна. Активная кислотность водной вытяжки соответствует рН 5,5...6,5. При самосогревании, плесневении и прорастании кислотность зерна повышается.

МЕЛАССА

Мелассой называют последний маточный раствор — оттек, получающийся при отделении кристаллов сахарозы на центрифу­гах. В мелассе содержатся несахара сока сахарной свеклы или сахарного тростника, не удаляемые при его химической очистке, и сахароза, которую выделять классическим методом кристалли­зации уже экономически невыгодно. При выработке сахара из свеклы выход мелассы в расчете на безводную колеблется от 3,5 до 5 % от ее массы. С мелассой отходит от 10 до 15 % всего сахара, содержащегося в перерабатываемой свекле.

В соответствии с видом исходного сырья для производства сахара различают свекловичную и тростниковую мелассу. В нашей стране сахарный тростник не произрастает, но на сахар­ных заводах после свеклы на белый сахар перерабатывают им­портный сахар-сырец. Получаемую при этом мелассу называют сырцовой.

Меласса представляет собой густую вязкую жидкость темно-коричневого цвета со специфическим запахом карамели и мела-ноидинов; свекловичная меласса имеет еще и запах триметил-амина и других летучих аминов, образующихся при разложении бетаина.

Для спиртового производства меласса — наилучшее сырье. Ценность ее заключается в том, что наряду с высоким содержани­ем сахара в ней находятся все вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности дрожжей. При переработке мелассы упрощается технологическая схема, так как исключаются опера­ции разваривания сырья и осахаривания крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов. В мелассном сусле отсутст­вуют декстрины и неосахаренный крахмал, поэтому оно быстрее сбраживается, при этом уменьшаются потери сбраживаемых угле­водов и увеличивается выход спирта в пересчете на условный крахмал, снижается себестоимость спирта и возрастает производи­тельность труда. Из мелассной барды можно получать большой ассортимент ценных для народного хозяйства продуктов.