Прорастание зерна. Аминокислоты, образовавшиеся в семядолях или эндосперме

 

БИОХИМИЯ ЗЕРНА


   

§ 4. Прорастание зерна

  

 

Прорастание зерна — начальный этап жизненного цикла растения. Для прорастания семени требуются строго определенные условия — достаточная влажность, тепло и воздух (кислород). Прорастание начинается с поглощения семенем влаги и набухания (в среднем до 50% к массе семени). Если набухание происходит в почве, то семя, развивая большое давление, раздвигает частички почвы. Тронувшийся в рост зародыш разрывает покрывающие его оболочки. Главная особенность прорастания и его общая биохимическая направленность — распад в эндосперме и семядолях высокомолекулярных веществ до низкомолекулярных растворимых веществ при участии влаги и под действием ферментов. Другая особенность прорастания заключается в том, что если в эндосперме происходят в основном гидролитические процессы, то в зародыше преобладают процессы синтеза.

Образовавшиеся при гидролизе и растворившиеся в воде низкомолекулярные вещества перемещаются в зону зародыша и здесь под влиянием соответствующих ферментов используются как «строительный» материал для биосинтеза более сложных органических веществ, из которых формируются ткани, а затем органы нового растения.

Если для индивидуального развития растения (онтогенеза) прорастание семени — естественный и обязательный этап жизненного цикла, то для хранения и промышленной переработки зерна этот процесс нежелателен, он приводит к снижению его качества и порче. Проросшее зерно характеризуется увеличением зародыша, появлением зародышевого корешка и почечки, коричневой окраски зародыша. Мука из проросшего зерна имеет сладковатый вкус. Зерно увеличивается в объеме, снижается его сыпучесть, уменьшается вязкость водно-мучной суспензии, повышается доля растворимых в воде веществ (редуцирующих Сахаров и др.).

Основной показатель глубоких биохимических изменений, происходящих в прорастающем зерне, — усиление действия ферментов, прежде всего амилолитического комплекса. Особенно высокую активность приобретает а-амилаза ( 51). Активизирующиеся протеолитические ферменты гидролизуют белки с образованием полипептидов и аминокислот. При прорастании зерна интенсивно проявляется действие протеиндисульфидредуктазы, катализирующей восстановление дисульфидных связей в белках с образованием сульфгидрильных групп. В эндосперме и проростках пшеницы на протяжении первых 5 сут проращивания наблюдается биосинтез протеиндисульфидредуктазы, что приводит к непрерывному повышению ее активности. Одновременно в клейковине уменьшается содержание дисульфидных связей и она значительно ослабляется.

Прорастание сопровождается увеличением в зерне содержания свободного восстановленного глютатиона. При прорастании в зерне происходит повышение активности ряда других ферментов, например пентозаназ, гидролизующих пентозаны, что сказывается на реологических свойствах теста. Действие активизирующихся при прорастании ферментов носит сложный характер. Экспериментально доказано, что свободная а-амилаза разжижает тесто, а непредельные жирные кислоты, выделяющиеся из жира под влиянием триацилглицерол-липазы, наоборот, укрепляют его.

Таким образом, конечное реологическое состояние теста следует рассматривать как суммарный результат действия всей совокупности ферментов муки. Сухая масса зерна при прорастании очень сильно уменьшается, так как в этот период зерно ,теряет большое количество содержащихся в нем органических веществ. Потери происходят от прорастания и повышения интенсивности дыхания. Отсюда вытекает, что проросшее зерно хранить значительно труднее, чем нормальное. Изменение химического состава зерна при прорастании можно проследить на примере кукурузы ( 68).

В исходном зерне крахмала было 73,95%, а в проросшем его стало 17,15%, т. е. произошла убыль крахмала. Вместе с тем в исходном зерне не было найдено сахара , а в проросшем его было 21,04%. Таким образом, при прорастании в результате расщеплеиия крахмала происходит значительное нарастание содержания сахара в зерне. В исходном зерне азота было 2,5%, а в проросшем 3,2%, т. е. количество азота в зерне как будто бы увеличилось. Но это увеличение только кажущееся. При определении содержания азота в исследуемом исходном и проросшем зерне найдено одинаковое его количество. Однако при расчете процентного содержания азота в сухом веществе наблюдается его увеличение: это происходит потому, что содержание крахмала резко снижается, так как значительная его часть расходуется в процессе дыхания. Количество сухого вещества в зерне уменьшается, а относительное содержание азота увеличивается.

В зерне ячменя ( 69) с первых же часов прорастания уменьшается содержание крахмала. В начале прорастания количество восстанавливающих Сахаров и сахарозы (фруктозидов в целом) снижается, а при дальнейшем прорастании резко возрастает. Уменьшение содержания Сахаров объясняется их расходованием на возрастающее интенсивное дыхание. Увеличение количества восстанавливающих Сахаров при последующем хранении объясняется тем, что интенсифицирующийся процесс ферментативного распада крахмала значительно опережает потерю Сахаров, используемых при дыхании зерна.

Наблюдения над проросшим зерном ячменя позволили обнаружить снижение числа падения, а также вязкости суспензий на амилографе ( 52). Эти изменения в целом объясняются повышенной активностью а-амилазы. При прорастании семян увеличивается содержание органических кислот ( 70), причем в проростках бобовых их накапливается больше, чем в проростках злаков и особенно масличных культур.

Прорастание сопровождается снижением содержания жиров. Так, за 7 сут прорастания семян подсолнечника количество жиров уменьшилось на 66%, а за 14 сут — на 95%; у семян сои за 14 сут прорастания оно снизилось на 98%. В семядолях и в зародышах прорастающих семян не только уменьшается содержание жиров, но значительно изменяется и состав жирных кислот. Это вызвано возросшей активностью ферментов (триацилглицерол-липазы, липоксигеназы и др.), участвующих в превращении липидов и жирных кислот. Под влиянием ферментов протеаз при прорастании происходит гидролиз запасных белков и накопление пептидов и аминокислот.

Аминокислоты, образовавшиеся в семядолях или эндосперме, передвигаются в растущие части семени. Одни аминокислоты передвигаются из эндосперма в зародыш в неизменном виде, другие предварительно превращаются в глютамин и аспарагин. Во взаимосвязи эндосперма с зародышем важная роль принадлежит щитку. Это не только транспортное звено, по которому метаболиты из эндосперма перемещаются в зародыш и наоборот. Щиток, богатый ферментами, является местом синтеза многих жизненно необходимых новому растению соединений.

Наиболее легко на корню прорастает зерно ржи. Это наблюдается на северо-востоке и северо-западе европейской территории СССР, где созревание ржи и ее уборка проходят в условиях повышенной влажности. Повышенная склонность ржи к прорастанию на корню вызвана коротким периодом покоя ее зерновки. В проросшем зерне ржи повышается ферментативная атакуемость крахмала зерна и возрастает общее количество водорастворимых веществ, декстринов, восстанавливающих Сахаров ( 71). Все эти изменения резко ухудшают хлебопекарные достоинства зерна ржи.

На хлебопекарные достоинства пшеницы существенное влияние оказывает изменение азотсодержащих веществ, и прежде 1 всего содержание и качество клейковины. Из таблиц 72 и 73 видно, что после прорастания спелого зерна пшеницы в течение 1 сут в нем не происходит изменений в содержании клей- кбвины и азотистых веществ. Вместе с тем качество клейковины заметно изменяется '"в сторону ослабления. Прорастание спелого зерна пшеницы в течение 3 сут приводит к значительному уменьшению количества сырой и сухой клейковины и резкому ухудшению ее качества. Клейковина становится очень слабой, одновременно уменьшается ее гидратационная способность.

Наблюдается дезагрегация клейковинного комплекса и частичный протеолиз белка. Это увеличивает содержание водорастворимых белковых фракций и небелковых веществ в зерне. Содержание свободных аминокислот в зерне пшеницы возрастало через 3 сут прорастания в 7 раз и через 5 сут — в 10 раз. На пятые сутки прорастания клейковина полностью разрушалась.

При прорастании зерйа наблюдается быстрое уменьшение содержания дисульфидных связей и увеличение количества сульфгидрильных групп. В течение первых суток прорастания общее содержание дисульфидных связей в неклейковинных белках уменьшается почти на 50%, причем расщепляются главным образом «скрытые» дисульфидные связи неклейковинных белков (альбуминов и глобулинов). Дисульфидные связи клейко- винного белка расщепляются за 1-вые сут прорастания только на 19%, причем «скрытые» дисульфидные связи остаются незатронутыми, что отвечает относительно небольшим изменениям качества клейковины за этот период. Прорастание в течение 3 сут приводит к уменьшению общего количества дисульфидных связей как клейковинного, так и неклейковинного белка на 63,5%. «Скрытые» дисульфидные связи клейковинного белка расщепляются на 58%, что приводит к значительной дезагрегации клейковины, уменьшению ее количества и резкому ухудшению ее качества. Характерный для изменения качества клейковины показатель отношения содержания дисульфидных связей зрелое, непроросшее зерно 33,4 прорастание в течение 1 сут 23,9 прорастание в течение 3 сут 5,8

Качество клейковины и сила при прорастании зерна изменяются у сильной и слабой пшеницы по-разному: у слабой — в большей степени, у сильной — в меньшей. Различие в изменении реологических свойств клейковины в зерне сильной и слабой пшеницы при прорастании соответственно сказывается на хлебопекарных достоинствах муки.

Изменение хлебопекарных достоинств пшеничной муки из проросшего зерна зависит от исходного качества клейковины. Прорастание не во всех случаях приводит к ухудшению качества хлеба. Гидролиз белковых веществ при прорастании зерна с крепкой исходной клейковиной может оказывать положительное влияние на хлебопекарные достоинства муки и качество хлеба, тогда как изменение клейковины слабой пшеницы уже на первой стадии прорастания приводит к ухудшению качества. Пшеничная мука из проросшего зерна или из партии пшеницы, содержащей проросшие зерна, дает неудовлетворительный по качеству хлеб с липким, пониженной эластичности, сладковатым мякишем, характерной коркой красновато-буроватой окраски. Подовый хлеб имеет повышенную расплываемость (особенно при большой степени прорастания).

Исследованиями, проведенными в Институте молекулярной биологии и биохимии АН КазССР, определено, что в муке 70%-ного выхода из зерна пшеницы, прораставшего в течение 12...72 ч, протеолитическая активность оказалась в 4 раза меньше, >чем в целом зерне вследствие удаления алейронового слоя, где локализовано 95,8% протеаз. В такой муке протеолитиче- ские ферменты не оказывают значительного влияния на снижение ее качества. Ухудшение реологических свойств теста и других технологических характеристик происходит за счет увеличения газообразующей способности теста в результате повышения амилазной активности. Качество клейковины из муки прорастающего зерна пшеницы, следовательно, не всегда может служить объективным показателем ухудшения его хлебопекарных достоинств.

При прорастании пшеничного зерна происходят незначительные изменения в липидном комплексе ( 74). Содержание свободных липидов при прорастании пшеницы несколько снижается, а связанных — возрастает. Жирно-кислотный состав липидов практически не изменяется. Содержание каротиноидов незначительно увеличивается, по-видимому, в результате перехода их из связанного состояния в свободное.

При прорастании зерна наблюдается небольшое увеличение активности фермента триацилглицерол-липазы и также незначительное повышение кислотности жира. Кислотное число жира зерна ячменя, прораставшего в течение 12; 24 и 48 ч и затем высушенного до влажности 13... 13,5%, через 12 мес хранения при 10 °С возросло (соответственно) только на 1; 2,3 и 2,1 мг КОН по сравнению с контролем.

Биохимические и технологические свойства зерна ржи при прорастании изменяются так же, как и при прорастании зерна пшеницы. Содержание крахмала при прорастании уменьшается при одновременном повышении количества всех Сахаров, особенно непосредственно восстанавливающих. В зерне Вятка Московская после прорастания в течение 3 сут содержание сахарозы увеличилось с 0,70 до 0,89%, глюкозы с 0,5 до 2,41%, фруктоаы с 0,46 до 1,06%, арабинозы с 1,20 до 2,07%, мальтозы со следов до 0,80%.    ^

Ксилоза в нормальном зерне отсутствовала, а при прорастании ее содержание составило 0,07%. При прорастании зерна ржи увеличивается содержание водорастворимого азота. Так, в ржаной обойной муке из проросшего в естественных условиях зерна, содержащего 24,4% проросших зерен, по сравнению с мукой из непроросшего зерна содержание водорастворимых азотистых веществ увеличилось в 1,3 раза и азотистых веществ, растворимых в 70%-ном спирте, также в 1,3 раза. Одновременно возросла ферментативная активность: протеолитическая активность в 2,5 раза, активность а-амилазы в 5 раз, сахарообра- зующая способность в 2,3 раза, количество водорастворимых веществ в 1,5 раза.

Содержание клейковинных белков (проламиновой и глюте- ниновой фракций) в муке из проросшего зерна заметно снижается, тогда как количество глобулинов значительно возрастает. Клейковина муки из проросшего зерна была более темного цвета, мало связанная, крошащаяся. Число ее набухания уменьшилось по сравнению с нормальной вдвое (соответственно 4 и 2). Удельная растяжимость такой клейковины резко возрастала (см/мин): Харьковская 60 (проросших зерен 13,8%) —3,6 и 5,7; Вятка Московская (8,8%)—4,9 и 9,0; Немчиновская коротко- стебельная (9,9%) —6,4 и 14,3.

При прорастании ржи количество слизистых веществ увеличивается, а вязкость их уменьшается. Относительная вязкость 10,5%-ного раствора слизистых веществ при + 5°Сиз зерна Омка в нормальном зерне составила 30,3, через одни сутки прорастания— 11,7 и через двое суток — 6,6. Низкое качество ржаной муки из проросшего зерна связано со значительным возрастанием активности амилолитических ферментов, особенно а-амилазы.

Объем и процент пористости хлеба, изготовленного из проросшего зерна, выше, чем из нормального, но пористость неравномерная, толстостенная, оценивается в 3 балла ( 75). Кроме того, этот хлеб грубый, имеет повышенную кислотность, влажность и расплываемость подового хлеба. По стандарту проросшее зерно подразделяется на две группы — одна из них входит в состав зерновой примеси, вторая — основного зерна. К основному зерну относят зерна с начавшимся процессом прорастания, т. е. только наклюнувшиеся, с лопнувшими над зародышем оболочками, с не вышедшим еще наружу ростком.

Фракцией зерновой примеси считают проросшие зерна с корешками и ростками, вышедшими за пределы лопнувших над зародышем оболочек независимо от их длины. К зерновой примеси также относят проросшие зерна, утратившие ранее вышедшие наружу ростки и корешки, с потемневшей оболочкой около зародыша; зерна деформированные вследствие прорастания, с изменившейся (по той же причине) окраской. Визуальный осмотр проросшего зерна не дает точного представления о степени повреждения зерна при прорастании.

Поскольку главная особенность тронувшегося в рост зерна —повышение активности ферментов и прежде всего амилаз (особенно а-амилазы), то о степени прорастания зерна и ухудшения его технологического достоинства можно наиболее полно судить, помимо опытной выпечки, по изменению активности ферментов и физических свойств теста. Существуют методы ускоренного определения активности а-амилазы в проросшем зерне, в том числе автолитическая проба и колобковая выпечка.

Разработан производственный метод определения содержания проросшего зерна, названный методом числа падения Хаг- берга — Пертена. Метод заключается в определении вязкости клейстеризованной болтушки в вискозиметре простой конструкции. Вычисляют качественное число (QH) ржи с учетом степени ее прорастания, измеренной числом падения, QH= (число падения X 0,8) + (всхожесть X 0,4)— (содержание свободных жирных кислот X 0,5).

На научной и практической основе разработаны многочисленные приемы повышения качества проросшего зерна и получаемого из него хлеба, применяемые в сельском хозяйстве, на мукомольных заводах, хлебозаводах.

Основной метод борьбы с прорастанием зерна ржи на корню— выведение раннеспелых сортов, уборку которых можно провести в конце лета, до наступления влажного периода, или сортов, устойчивых к прорастанию зерна в колосе до и во время уборки урожая. Здесь многое зависит от селекции, так как признак устойчивости ржи к прорастанию на корню передается по наследству при гибридизации. Проросшее зерно рекомендуется хранить в сухом помещении. Партии зерна с различной степенью прорастания следует хранить отдельно. Для снижения ферментативной активности применяют сушку проросшего зерна при более высокой температуре, чем нормального. Важно при этом не допускать ухудшения качества клейковины.

При переработке проросшего зерна в муку изменяют режим подготовки его к размолу и режим размола. Наиболее эффективное средство улучшения качества хлеба при использовании муки из проросшего зерна пшеницы на хлебозаводе — повышение кислотности теста на 1...2°, чего можно достигнуть применением жидких дрожжей. При этом активность а-амилазы снижается, состояние мякиЩа существенно улучшается.

Для улучшения качества ржаной муки из проросшего зерна применяют сушку при повышенной температуре (нагрев до 65...70°С) или гидротермическую обработку — увлажнение перед размолом до 23...25% и прогрев при 75...78°С примерно 2 мин. Продолжительность хранения муки из ржи, содержащей проросшие зерна, не должна превышать 2...3 недель. Оправдало себя добавление к такой муке 5... 10% пшеничной муки.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. В чем заключается сущность созревания зерна? Какие основные процессы протекают при созревании? 2. Каковы особенности процессов, возникающих на отдельных стадиях созревания зерна? 3« Что такое послеуборочное дозревание зерна? Какие процессы протекают при этом? Какими средствами можно ускорить послеуборочное дозревание зерна? 4. Что такое состояние покоя и старение семян? 5. Каковы условия прорастания зерна и их последствия? 6. Как изменяются при прорастании зерна белки и углеводы? 7. Как изменяются ферменты при прорастании зерна? 8. Как изменяется клейковина при прорастании зерна? 9. Как изменяется хлебопекарное достоинство зерна при прорастании? 10. Какими методами измеряют качество проросшего зерна? 11, При помощи каких способов улучшают качество хлеба из проросшего зерна?

 

СОДЕРЖАНИЕ:  БИОХИМИЯ ЗЕРНА И ПРОДУКТОВ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

 



Смотрите также:

 

ПРОРАЩИВАНИЕ ЗЕРНА. Пророщенные зёрна

Целью проращивания зерна являются синтез и активация ферментов, под влиянием которых в
Прорастание характеризуется двумя взаимно связанными процессами...

 

Чудо проросшего зерна. Спраутс

Чудо проросшего зерна. Спраутс. Все началось с "легкой руки" некоего австралийского доктора, утверждавшего

 

Тимирязев. семя. строение семени и внешние явлеиия...

Обыкновенно прорастание совершается в земле; но вот целая щетка зеленого
Вырезываем тонкий ломтик из проросшего зерна, кладем его под микроскоп...

 

Замачивание и проращивание ячменя

Намачивание и проращивание семян проводят, чтобы ускорить их прорастание.
Это проросшие зерна ржи и ячменя, высушенные и размолотые.

 

Зерно. СПОСОБЫ ЗАМАЧИВАНИЯ ЗЕРНА

Воздушно-оросительное замачивание создает самые оптимальные условия для замачивания зерна и указывает на его чувствительность к прорастанию уже при...

 

Подготовка кормов к скармливанию - проращивание зерна...

Из основных приемов подготовки можно рекомендовать проращивание зерна, дрожжевание, запаривание, силосование, измельчение.

 

измельчение, запаривание, дрожжевание, силосование...

При проращиваний зерно следует время от времени переворачивать и по мере надобности опрыскивать теплой водой.