БИОХИМИЯ ЗЕРНА


   

Глава 7 МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА, ВЛАГА, КИСЛОТНОСТЬ ЗЕРНА

§ 1. Минеральные вещества зерна

  

 

Зерно высушенное, не содержащее влагу, состоит из элементов 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., образую^ щие после сжигания зерна золу. Качественный состав и содержание элементов в зерне сильно варьируют в зависимости от различных условий. Исходя из количественного содержания минеральных элементов в тканях зерна, их принято делить на следующие подгруппы (% к массе золы):

1)        макроэлементы объединяют элементы, содержание которых колеблется от десятков до сотых долей процента (101... 10"2). В нее входят элементы: Р, К, Mg, Na, Fe, S, Al, Si, Ca;

2)        микроэлементы объединяют элементы, содержание которых колеблется от тысячных до стотысячных долей 'процента (1Q-3... 10~5). К этой группе относятся Мп, В, Sr, Си, Zn, Ва, Ti, Li, I, Br, Mo, Co и др.,

3)        ультрамикроэлементы объединяют элементы, содержание которых исчисляется миллионными долями (10~8) процента и меньше: Cs, Se, Cd, Hg, Ag, Аи, Ra.

Содержание минеральных веществ определяют, сжигая навеску 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 золы сильно изменяются в зависимости от вида, сорта и почвенно-климатических условий выращивания зерна. Минеральные вещества в состав золы за редким исключением входят в виде окислов.

В золе пшеницы и ржи ( 49) преобладают фосфор, калий и магний. На фосфор приходится около половины всей золы, на калий — около !/з и на магний—12... 13%. В пленчатых культурах резко возрастает доля кремния в результате его высокого содержания в лузге. В семенах бобовых содержание фосфора меньше, чем в злаковых, доля железа возрастает примерно вдвое. Химический состав золы семян масличных па культурам заметно различается. Зола подсолнечника богата не только фосфором, но икалиеж, магнием, кальцием. Зола семян хлопчатника и особенно сои, содержит повышенное количество калия. В золе зерна и семян содержится также большое числа микроэлементов. В зерне пшеницы обнаружены (мг% от сухого вещества): марганец З...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.; 3 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 образом из разных органических соединений, в состав которых входят те или иные элементы, превращающиеся при сжигании в золу. Ниже Излагается: значение отдельных элементов для растения.

Макроэлементы. Фосфор. Разнообразные фосфороргани- ческие соединения, встречающиеся в растительной ткани, характеризуются одной общей чертой — все они содержат фосфор- только в окисленной форме. В растении фосфорная кислота* распределена крайне неравномерно. Наиболее богаты его реп^ родуктивные 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 ну- клеопротеидов, которыми в особенности богаты клеточные ядра, зародыши семян и другие важные органы и части растения. Важнейшую роль играет фосфорная кислота в процессе дыхания и фотосинтеза, поскольку она участвует в построении образующегося при дыхании и фотосинтезе аденозинтрифосфата* (АТР), являющегося источником энергии для различных процессов обмена веществ.

Сера. Входит в состав белков в виде метионина, цистеина и является составной частью глютатиона. Ассимиляция серы растением выражается в восстановлении поглощенных сульфатов и синтезе аминокислот и белков. Этот процесс особенно выражен в созревающих семенах. Исключительно высокая активность и важная роль кофермента А (КоА) в обмене веществ обусловлены его SH-группой.

Калий и натрий. При большом сходстве их химических свойств в физиологическом отношении эти элементы различны. Если большое значение калия для нормального существования и развития растений очевидно, то о значении натрия до последнего времени определенной точки зрения нет. Натрий обычна не относят к числу необходимых элементов. Калий повышает гидрофильность протоплазмы и увеличивает ее водоудержива- ющую способность. Повышенная оводненность коллоидов благоприятствует сохранению нормального состояния протоплазменных структур, нормальной проницаемости мембран, обеспечивает благоприятные условия для развертывания, в клетке синтетических процессов;.

Кальций. Ему принадлежит важная и разносторонняя роль в обмене веществ растения. Кальций — необходимая составная часть протоплазменных структур. Наряду с магнием он входит в состав различных субклеточных структур. Соединения кальция с пектиновыми веществами (Са-пектаты) составляют основу так называемых срединных пластинок, склеивающих стенки отдельных клеток. Кальций стабилизирует вторичную и третичную структуру молекулы а-амилазы, обеспечивая таким образом ее каталитическую активность и одновременно предохраняя фермент от действия протеолитических ферментов.

Магний. Участвует в построении молекулы хлорофилла. Ему принадлежит также существенная роль в обмене веществ клетки, поскольку он является кофактором, необходимым для действия многих ферментов. Структурная организация рибосом зависит от концентрации в них магния. Рибосомы содержат заметное количество магния.

Железо. Без железа не происходит образования хлорофилла, хотя оно и отсутствует в его молекуле. Железо входит в состав ряда дыхательных ферментов — цитохромоксидазы, каталазы и пероксидазы. Оно. входит в состав так называемых негеминовых железопротеинов, участвующих в процессе дыхания, фотосинтеза и фиксации молекулярного азота.

Азотфиксирующие бактерии, живущие в клубеньках на корнях бобовых растений, не могут существовать без железа. Оно входит в состав особого белка, аналогичного гемоглобину крови и называемого легоглобином. В клубеньках бобовых содержится около 4% легоглобина, включающего 0,34% железа.

Микроэлементы. Доказано, что нормальцая жизнедеятельность растительного организма возможна лишь при условии полной его обеспеченности микроэлементами. Зерно и продукты его переработки— один из важных источников поступления минеральных элементов с пищей в организм человека, прежде всего фосфора, калия, магния, кальция, серы и железа. Минеральные вещества по зерну распределены неравномерно ( 50). Зольность эндосперма кукурузы ниже зольности эндосперма пшеницы и ржи примерно на одну треть. Наибольшее расхождение отмечается в зольности зародыша и оболочек. Если в зерне кукурузы свыше 2/з минеральных веществ сосредоточено в зародыше, то в зерне пшеницы и ржи свыше 2/з золообразующих элементов приходится на долю оболочек. Такое соотношение зольности зерна этих трех культур — результат того, что зародыш кукурузы примерно в 1,5 раза больше зародыша пшеницы и ржи и его доля в общей массе зерновки в 4 раза больше, чем у пшеницы и ржи.

Состав золы по отдельным частям зерна также неоднороден ( 34). В клейковине содержание минеральных веществ иное, чем в зерне, из которого она отмыта ( 51).

При отмывании клейковины некоторые минеральные вещества в ней концентрируются (Р, Mg, S). Особое место занимает калий. Он отличается повышенной прочностью связи с не- клейковинными веществами зерна и при отмывании почти весь остается в зерновых остатках. Общая зольность клейковины по сравнению с зерном увеличивается. В клейковине значительно больше, чем в зерне, железа, цинка и меди. Если в золе зерна пшеницы железа 0,26%, то в золе клейковины 1,90%.

Содержание и состав золы клейковины в зависимости от сорта, почвы и удобрений сильно изменяются. Много калия в золе водорастворимых веществ — почти в три раза больше, чем в золе крахмала, и в шесть раз больше, чем в золе клейковины. Минеральные вещества в семенах бобовых культур распределены различно ( 52).

У семян гороха зольность ростков значительно превышает зольность оболочек. У фасоли минеральные вещества распределены по частям семени более или менее равномерно. Распределение минеральных веществ в семени чечевицы прямо противоположно тому, что наблюдается в семени гороха: зольность оболочек выше зольности ростков и семени в целом.

Семена масличных культур содержат значительные количества минеральных веществ с неравномерным распределением их IJO частям семени ( 53). В отличие от злаковых в семенах масличных культур в большинстве случаев в ядре содержится больше минеральных веществ, чем в оболочках.

Большие различия в зольности отдельных частей зерна используют для контроля выхода по сортам и качества пшеничной муки. Поскольку зольность оболочек зерна пшеницы в 20 с •лишним раз больше зольности эндосперма, то по зольности пшеничной муки можно судить о количестве периферийных частиц и зародыша, перешедших в муку ( 35).

В оболочках зерна пшеницы сосредоточена основная масса клетчатки и гемицеллюлоз, а в зародыше — жир. Наличие этих веществ в сортовой муке нежелательно, так как одни из них не усваиваются человеческим организмом (клетчатка, ге- мицеллюлозы), другие — химически нестойкие (жиры), ускоряют порчу-муки при хранении.

Стандартами установлены нормы ^ зольности для каждого сорта муки ( 54): если зольность выше нормы, мука считается нестандартной. В таблице 55 лриведены средние данные о зольности составных частей зерна пшеницы и ржи.

Если в зольности целого зерна пшеницы и ржи существенных различий нет, то зольность эндосперма и зародыша зерна ржи в среднем выше, чем у пшеницы, зольность семенных оболочек, я. также суммарно оболочек с алейроновым слоем, наоборот, в зерне пшеницы *более высокая, чем в зерне ржи. Зольность эндосперма и зародыша зерна пшеницы и ржи изменяется в более широких пределах, чем зольность остальных его частей, при наибольшем диапазоне колебаний у зерна пшеницы.     

Анализ зерна из 19 стран показал, что зольность зерна пшеницы изменяется от 1,44 до 1,91% и эндосперма — от 0,26 до 0,47%. Различия в зольности выявлены в пределах самого эндосперма ( 56). Из общего количества минеральных веществ около lU находится в эндосперме, около 7ю — в зародыше со щитком и более 2/з — в оболочках с алейроновым слоем.

Золообразующие элементы по эндосперму распределяются также весьма неравномерно. Если его внутренние слои имеют самую низкую зольность (0,37... 0,38%), то по мере приближения к периферийным слоям зольность нарастает и в слое, прилегающем к алейроновому, увеличивается в 3... 5 раз, достигая 1,01...1,87%. Сосредоточение наибольшего количества минеральных веществ в алейроновом слое свидетельствует о том, что зольность муки в решающей степени зависит от его количества, перешедшего в готовую продукцию.

Зольность сортовой муки во многом зависит также от количества входящих в нее периферийных частей эндосперма, примыкающих к алейроновому слою.

Зольность зерна определяется количественным соотношением основных частей зерна (оболочек с алейроновым слоем, эндосперма, зародыша со щитком) и их зольности, которые подвергаются колебаниям в значительных пределах. Практически это приводит к тому, что продукты переработки зерна (мука и отруби) при различном содержании оболочек могут иметь одинаковую зольность и, наоборот, при разной зольности возможно одинаковое содержание оболочек. Высокая зольность зерна не может служить показателем пониженного содержания эндосперма, а низкая зольность зерна еще не гарантирует высокого содержания в нем эндосперма.

Между зольностью целого зерна пшеницы и зольностью центральной части, а также всего эндосперма без алейронового слоя нет связи, что вытекает из всего сказанного выше. С особой убедительностью это подтверждается различным уровнем и границей градиента зольности у разных партий зерна. При вычленении части эндосперма ее зольность, следовательно, никогда не будет отражать зольности эндосперма в целом. По величине зольности части эндосперма невозможно рассчитать выходы сортовой муки.

Белок в эндосперме распределяется с той же закомерно- стью, как и зольность: периферийные слои содержат больше белка и имеют зольность выше, чем внутренние слои. Были попытки установить зависимость между содержанием белка и зольностью эндосперма. Фракции с большим содержанием белка всегда имеют большую зольность, чем исходная мука. Если разделить муку воздушной струей на две фракции, то для каждой фракции можно найти линейную зависимость между зольностью и содержанием белка. Однако нельзя утверждать, что пшеница, бедная белком, всегда дает муку с пониженной

зольностью, так как общий уровень зольности, и содержаний белка в эндосперме варьируется независимо друг от друга.

Некоторая зависимость между содержанием белка и золь- ностыо зерна существует только для пшеницы данного района, выращенной при определенных почвенно-климатических условиях. Для пшеницы различных районов произрастания такой зависимости не существует. Изучение зольности зерна пшеницы и его частей показывает, что определение выходов и качества сортовой пшеничной муки по зольности не дает необходимой точности и может привести к ошибочной оценке того и другого. Неудобство использования показателя зольности для оценки качеств^ муки (чем выше зольность, тем ниже качество) заключается и в том, что минеральные вещества зерна пшеницы сами по себе ценные питательные вещества, необходимые для человеческого организма.

Предпринимают попытки заменить показатель зольности на другой, более полно отражающий соотношение в муке отрубя- нистых частиц и эндосперма. Одно из таких направлений — определение цветности с использованием разницы в природной окраске оболочечных и внутренних слоев зерна пшеницы.

Токсичные элементы. Научно-техничесвдя революция наряду с положительными и жизненно необходимыми результатами влечет за собой и отрицательные последствия, связанные а первую очередь с загрязнением окружающей среды, прежде всего тяжелыми металлами. В основном они поступают в организм человека (до 70%) с пищевыми продуктами, в том числе с зернопродуктами. Источниками загрязнения атмосферы, почвы и растительности тяжелыми металлами и другими токсическими элементами служат выбросы металлургических, горнодобывающих и химических предприятий, продукты сгорания топлива, ядохимикаты, минеральные удобрения и сточные воды.

На интенсивных автомагистралях страны выхлопные газы, содержащие значительное количество свинца, увеличивают содержание этого элемента в зерне на расстоянии до 200 м от дороги даже при наличии лесозащитной полосы. Накопление тяжелых металлов и других токсичных элементов в почве приводит к повышению их концентрации в растениях, в том числе •в зерне.

Объединенная комиссия ФАО и ВОЗ по Пищевому кодексу включила в число обязательных компонентов пищевых продуктов, подвергаемых контролю при международной торговле, 8 наиболее опасных токсичных элементов: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, олово, цинк и железо. Это не значит, что другие элементы являются безвредными. Многие из них в определенных концентрациях могут представлять опасность для здоровья человека. В нашей стране, где забота о здоровье человека — государственная проблема, список содержащихся в пищевых продуктах элементов, подлежащих гигиеническому контролю, увеличен до 15, в него добавлены сурьма, никель, селен, хром, алюминий, фтор и йод. Особенно тщательному контролю подвергают продукты детского и диетического питания.

Настораживает тот факт, что за последние десять лет содержание токсичных элементов в продуктах питания возросло в 2... 3 раза. Определено их фоновое содержание в зерне пшеницы (мг/кг): меди — 3,5...6,5, цинка—18...61, свинца и кадмия — 0,02... 2, мышьяка — не более 0,05, ртути — не более 0,025. Выявлено влияние района выращивания на содержание меди и цинка в зерне пшеницы. Максимальное содержание меди и? цинка обнаружено в Башкирии (5,9... 7,5 и 44,2... 60,1 мг/кг). Наиболее низкий уровень содержания меди отмечен для Украины и Белоруссии: 3,0...5,1 мг/кг и цинка — для Украины (19,4...28,0 мг/кг). На содержание свинца, кадмия, ртути и мышьяка в зерне пшеницы район выращивания не оказывает влияния.

При переработке зерна пшеницы в муку наблюдается перераспределение токсичных элементов. В муке высшего сорта содержание меди, цинка, свинца и кадмия снижается в 2... 4 раза по сравнению с исходным зерном. Максимальное содержание токсичных элементов в отрубях: меди 19,0 мг/кг, цинка 160 (в зародыше), свинца 1,16, кадмия 0,178 мг/кг. Разность в содержании токсичных элементов может быть использована при формировании партий муки и отрубей с минимальным их количеством.

 

СОДЕРЖАНИЕ:  БИОХИМИЯ ЗЕРНА И ПРОДУКТОВ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

 



Смотрите также:

 

Минеральные вещества в кормах

Минеральные вещества. В минеральной части корма в виде различных соединений находится фосфор
Солома, мякина, шелуха и веточный корм. Зерно, семена.

 

для свиней минеральными веществами и витаминами

Минеральные вещества, витамины, биостимуляторы в кормлении
Рационы с высоким содержанием зерна для свиноматок. 9.3. Рационы для откорма свиней.

 

Минеральные вещества, витамины, биостимуляторы...

Дополнение рациона осуществляется путем включения зерна, особенно кукурузы
В опытах Шюлера [92] рациоп состоял из ячмепя и минеральных веществ с добавкой и...

 

Минеральные вещества, витамины, биостимуляторы...

Обеспечепие витаминами, минеральными веществами соответствовало норме.
9.2. Рационы с высоким содержанием зерна для поросяти подсвинков.

 

Минеральные питательные вещества в травах лугов...

Обзор содержит сведения о потребности сельскохозяйственных животных в минеральных веществах, поступающих с кормами
Витаминное сено, силос, зерно.