Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

17.1. Зерновые культуры

Гетерополисахаридов в зерновках пшеницы содержится 8 %, кукурузы — 7, ржи — 10, овса — 13, ячменя — 12, риса — 2, проса — 2 %.

Зерновки злаковых культур очень бедны липидами. В зерновках пшеницы, ржи, ячменя и риса количество липидов может быть 2,0…2,3 %,

ав зерновках кукурузы — 4,6, овса — 5,5, проса — 4,6 %.

Взерновках злаковых культур синтезируются практически все витамины. Однако они неравномерно распределены в целом зерне, и их количество зависит от сортовых особенностей и условий выращивания зерновых культур. Так, в 100 г зерна пшеницы может присутствовать до 0,5 мг вита-

минов В1 и В6, 0,1…0,3 мг витамина В2, 5,0…9,4 мг витамина РР, 1,0…1,5 мг витамина В3, 1 мг α-токоферола. В отрубях пшеницы количество витамина РР достигает 25…30, а в рисовых отрубях — до 40 мг%.

При прорастании семян ячменя образующиеся в скуттеле свободные гиббереллины транспортируются из зародыша в эндосперм и алейроновый слой. Гиббереллины индуцируют процесс гидролиза клеточных стенок эндосперма посредством активирования специфических ферментов. Кроме этого, гиббереллины вызывают новообразование в алейроновом слое амилазы — фермента, расщепляющего крахмал эндосперма до растворимых сахаров, служащих энергетическим и строительным материалом для растущего зародыша. Однако наличие лаг-фазы в действии амилазы обусловливает то, что синтез этого фермента не входит в число первичных реакций.

Всеменах многих растений, в том числе и кукурузы, ИУК находится в связанной форме в виде коньюгатов. У кукурузы при созревании семян в эндосперме зерновки накапливаются гликозиды — коньюгаты 2-о-ин- дол-3-ацетил-мио-инозитола (ИУК-ноз). При прорастании семян гликозиды превращаются в ИУК-ноз, который транспортируется в зародыш, где происходит его гидролиз. Установлено, что в эндосперме зерновок кукурузы мало свободной ИУК, но много ее эфиров. Таким образом, ИУК-ноз является главным источником свободной ИУК для растущего проростка. Превращение ИУК-ноз в ИУК происходит преимущественно в стеблевой части проростка.

Всеменах кукурузы, в отличие от других растений, обнаружены значительные количества цитокининов — зеатина и его производных, причем, как показано в ряде работ, в сухих семенах содержание цитокининов ниже, чем в прорастающих. У кукурузы эндогенные цитокинины играют важную роль при запуске процессов прорастания.

17.1.2. Состав минеральных веществ зерна

Элементный состав золы зерновых злаков очень разнообразен и сильно зависит от сорта и условий их выращивания. Так, содержание золы

283

Глава 17. Биохимия растительных продуктов

в зерновках ячменя колеблется от 1,8 до 4,5 %, овса — 2,2…5,9, проса — 2,3…5,0, риса — 3,6…8,1 %.

Различным частям зерновок присущ индивидуальный элементный состав. Поэтому количество золы в отдельных частях зерновок ржи, пшеницы и кукурузы может быть следующее (в %): целое зерно — 1,8, плодовые оболочки — 3,5, семенные оболочки — 2,9, алейроновый слой — 7,9, зародыш — 5,3, эндосперм — 0,4. При этом в зерновках пшеницы, кукурузы и ржи на долю фосфора и калия приходится около 80 % общего количества зольных элементов, магния — 13%, кальция, серы, хлора, кремния и других элементов в сумме всего около 7,0 %. Фосфор в зерновках злаков входит в состав биогенных соединений (фитин, фосфоглицериды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты). На долю минерального фосфора приходится не более 7…15 % общего его содержания в зерновках. Сера определяется преимущественно в составе серосодержащих аминокислот (цистеин, метионин).

17.1.3.Распределение химических веществ в различных частях зерновки

Зерновки представляют собой эмбриональные растения, находящиеся в стадии покоя, обеспеченные запасами питательных веществ, содержащихся в семядолях, эндосперме или в перисперме, которые заключены в защитные структуры, состоящие из семенной кожуры и других образований. В семенах сохраняется генетическая информация, которая в дальнейшем будет определять видовую принадлежность растения, то есть строение, функционирование, а также особенности роста и развития растительного организма.

Основными частями зерновок являются покровы, зародыш со щитком и эндосперм. В зрелой зерновке зародыши злаковых культур составляют 3,7 %, эндосперм — 77,5, покровы — 18,6 %. Покровы состоят из перикарпия и семенной кожуры.

Следует отметить, что распределение отдельных биогенных соединений в различных анатомических частях зерновок крайне неравномерно (табл. 17.2). При этом в зародыше отмечается самое высокое содержание белка, углеводов и липидов, а в эндосперме — крахмала. Клетчатка, моносахариды и зольные элементы больше всего содержатся в поверхностных структурах зерновок. Гетерополисахариды в различных частях зерновок распределены крайне неравномерно. Так, в эндосперме их 2,7%, зародыше — 9,7, алейроновом слое — 36,7 %.

Распределение липидов в зерновках также неравномерно. Самое высокое содержание липидов отмечается в зародыше зерновок пшеницы, а самое низкое — в эндосперме. В составе липидов зерновок присутству-

284

17.1. Зерновые культуры

Та б л и ц а 1 7 . 2

Химический состав (% от сухой массы) биогенных соединений отдельных частей зерновок пшеницы

ют следующие жирные кислоты: пальмитиновая, олеиновая, линолевая

илиноленовая. В зерновках количество ненасыщенных жирных кислот намного больше, чем насыщенных. При этом на долю линолевой и олеиновой кислот приходится до 85 % общего количества жирных кислот.

Витамины неравномерно распределены в частях зерновок. Наибольшее их количество содержится в щитке, зародыше и алейроновом слое

именьше всего — в эндосперме.

Активность компонентов антиоксидантной защиты в различных частях зерновок пшеницы в период их набухания при 23 °С сильно различается (табл. 17.3). Наличие высокой активности пероксидазы в зерновках пшеницы позволяет предположить участие фермента в метаболических процессах, происходящих во время покоя зерновок и в период их активного прорастания. Пероксидаза входит в состав антиоксидантной системы, активность которой определяет уровень устойчивости к различным

Та б л и ц а 1 7 . 3

Биохимические показатели органов зерновок пшеницы сорта Омская 12 после 24 ч замачивания в дистиллированной воде при 23 °С

285

Глава 17. Биохимия растительных продуктов

воздействующим факторам в процессе онтогенеза растений. Фермент способен катализировать окисление различных неорганических и органических соединений. Обладая широкой субстратной специфичностью, фермент может проявлять свойства оксидазы. Поэтому активность пероксидазы возрастает с увеличением дыхания семян при выходе их из состояния вынужденного покоя.

Наибольшая активность пероксидазы и высокое содержание антиоксидантов отмечаются в зародыше и щитке зерновок, где активно протекают процессы перекисного окисления липидов. Наблюдаемые изменения можно объяснить в рамках единого представления о роли пероксидазы и антиоксидантов, являющихся компонентами антиоксидантной системы, в регулировании процессов перекисного окисления в зерновках пшеницы. Пероксидаза способна использовать в качестве субстратов антиоксиданты и перекись водорода. Фермент катализирует реакцию, в которой антиоксиданты окисляются, а перекись водорода восстанавливается до воды. Однако в высоких концентрациях антиоксиданты способны ингибировать фермент и таким образом способствуют увеличению уровня ПОЛ в клетках. Взаимная регулируемость системы позволяет контролировать ПОЛ в зерновках пшеницы и поддерживать его на определенном постоянном уровне.

17.1.4. Состав и биологическая ценность белков зерна

Белки зерновок злаковых культур можно условно разделить на альбумины, глобулины, проламины и глютелины.

Содержание альбуминов в зерновках пшеницы может составлять 5…15% общего количества белка в зерне, кукурузы — 6…14, ячменя — 8…15, ржи до 35%.

Глобулинов в зерновках пшеницы содержится 10…20 %, кукурузы — 7…15, овса — 15…25, ржи — 15…25 % от общего количества белков.

Проламины относятся к специальным белкам злаковых культур. В зерновках пшеницы и ржи эта группа белков называется глиадинами, в ячмене — гордеинами, овсе — авенинами, кукурузе — зеинами. В зерновках пшеницы содержится 20…40% глиадинов, а ржи — в 2 раза меньше. Содержание авенина в зерновках может колебаться в пределах 20…30%, зеина в кукурузе — 40…50, гордеина в ячмене — 25…40% общего количества белков.

Глютелинов в зерновках пшеницы, ячменя и овса обычно 25…40 %, а в рисе — до 60…70 % от общего количества белков.

Следует отметить, что аминокислотный состав белков зерновок различных видов злаковых культур может сильно различаться. Отмечается

286

17.1. Зерновые культуры

низкое содержание некоторых незаменимых аминокислот и в первую очередь лизина, триптофана и треонина.

Кроме аминокислот, в зерновках содержатся их амиды, нуклеиновые кислоты, пептиды и др. Общее содержание небелковых соединений азота обычно не превышает 1% массы сухого зерна. В зерновках синтезируются все аминокислоты, входящие в состав белков. При этом наибольшее их количество содержится в зародыше.

Высокая биологическая ценность зерен пшеницы определяется еще и тем, что при содержании в зерновках в среднем около 13 % белков и урожайности зерновой культуры 30 ц/га можно получить до 390 кг/га сырого протеина.

17.1.5.Химический состав и качество клейковины пшеницы

Пшеница — это единственная культура, из муки которой можно выпекать пористый, легко усвояемый белый хлеб. Зерно пшеницы богато белком, содержание которого в зависимости от условий места произрастания колеблется от 11 до 24 %. Более 80 % суммарного белка в муке пшеницы составляют запасные белки (глиадины и глютенины). Они называются клейковинными белками, так как при отмывании пшеничного теста

вводе формируется эластичный и нерастворимый сгусток (клейковина), основой которого являются щелочерастворимые белки — глютенины и спирторастворимые — глиадины.

Вцелом клейковина представляет собой сильно гидратированный гель, в составе которого, кроме белков, присутствуют еще и углеводы, липиды и минеральные вещества. Количество компонентов клейковины зависит от сорта муки, подготовки к замесу, продолжительности отмывания и др.

При смешивании муки с водой происходит гидратирование белков и их слипание (образуя компактную, упругую массу теста). Реологические свойства (упругость, эластичность, растяжимость) пшеничного теста определяются в основном составом глютенинов и глиадинов. Глютенины образуют волокна клейковинного комплекса, а глиадины включаются

всостав субъединиц глютенинов, образуя фибриллярные структуры клейковины. Глиадины повышают растяжимость пшеничного теста, тогда как глютенины увеличивают эластичность и стабильность теста в период замешивания. Наличие различных компонентов глиадинов и глютенинов

вклейковине оказывает непосредственное влияние на свойства клейковинного комплекса и поэтому может служить показателем хлебопекарных свойств пшеницы.

287