Біохімічні процеси при проростанні і дозріванні зерна

Для проростання зерна необхідно три умови: волога, доступ кисню і відомий для кожної культури мінімум тепла.

В результаті проростання різко посилюється дія ферментів зерна, починається процес розчинення відкладених в ендоспермі складних речовин з утворенням простіших. Крохмаль перетворюється на декстрин і мальтозу, білок - в амінокислоти, жир - в гліцерин і жирні кислоти. Таким чином, процес проростання полягає у виключно сильному збільшенні активності ферментів і в розщепленні складних запасних речовин на простіші, легше розчинні, що слугують живленням для зародка, що інтенсивно розвивається.

Суха маса зерна при проростанні дуже сильно зменшується, оскільки в цей період зерно втрачає велику кількість органічних речовин, що містяться в ньому. Ці втрати є наслідком дихання зерна, що відбувається при його проростанні.

Зміна хімічного складу зерна при проростанні можна прослідкувати на прикладі кукурудзи.

Зміна хімічного складу кукурудзяного зерна при проростанні (по ж-б. Буссенго), %

Об'єкт дослідження	Азот	Крохмаль, декстрин і гемицелюлози	Цукри	Жир	Зола	Клітко-вина	Невизначені речовини
Зерно	2,5	73,95	0	5,36	1,80	5,98	2,72
Паростки	3,2	17,15	21,04	3,31	3,46	29,64	6,54

З даних таблиці видно, що початково в зерні крохмалю було 74 %, а в пророслому його стало 17 %, тобто відбувся величезний спад крохмалю. Разом з тим в непророслому зерні не було знайдено цукру, а в пророслому його було 21 %. Таким чином, в результаті проростання, в результаті розщеплення крохмалю відбувається значне підвищення вмісту цукру в зерні.

З даних видно також, що на початку проростання в зерні азоту було 2,5, а в пророслому 3,2 %, тобто кількість азоту в зерні нібито збільшилася. Але це збільшення тільки здається. Якби ми визначили, скільки міліграм азоту міститься в одній зернині, то з’ясувалося б, що кількість азоту в непророслому і пророслому зерні практично однакове. Проте при розрахунку його процентного вмісту в сухій речовині спостерігається збільшення; це відбувається тому, що вміст крохмалю різко знизився, оскільки він в значній мірі був витрачений в процеси дихання. Тому кількість сухої речовини в зерні зменшилася, а відносний вміст азоту збільшився.

В результаті клейковина руйнується і тісто стає дуже «слабким». Отримати нормальний хліб з такого борошна не можна. Максимальна активність протеолітичного ферменту, який клоп-черепашка вносить до зерна, виявляється при рН 8. Таким чином, цей фермент найенергійніше діє при слаболужній реакції і в цьому відношенні схожий з трипсином кишечнику людини.

Розпізнати зерно пшениці, пошкоджене клопами-черепашками можна перш за все по наявності на поверхні зерна світлих плям і темних крапок. Проте це всього лише попередній, орієнтовний аналіз. Потрібно мати на увазі, що такі ж плями з'являються в результаті уколу дозріваючого зерна іншими шкідниками, причому на зерні утворюються такі ж плями, але погіршення хлібопекарських якостей не відбувається.

Найбільш правильний метод розпізнавання зерна і борошна, пошкоджених клопами-черепашками, - перевірка розспливаємості клейковини. Відмиту клейковину залишають на відлежування під скляним ковпаком при температурі 30° С на півгодини або на годину. Якщо борошно було отримане із зерна, пошкодженого черепашками, то вже через 15-20 хвилин відлежування спостерігатиметься розпливання клейковини, вона втратить свою пружність і еластичність і перетвориться на сметаноподібну масу. Якщо ж борошно було отримане з нормального зерна або зерна, пошкодженого якимись іншими шкідниками, то розпливання клейковини не відбудеться або воно буде абсолютно нікчемним. Якість клейковини можна визначити не тільки за розпливаємістю, але і за зміною розтяжності клейковини або ж за допомогою пластометра.

Будова рослинної клітини

       Будова і хімічний склад зерна                         пшениці                     

Зерно різних зернових культур відрізняється за будовою і хімічним складом. Зерно хлібних злаків – це однонасінний плід – зернівка. Розрізняють голозерні і плівчасті злаки. До голозерних злаків належать пшениця, жито і кукурудза, до плівчастих – просо, овес, рис і ячмінь. Типовим представником зерна хлібних злаків є пшениця. Будовам зернини пшениці представлена на рис. 2.9.

Повздовжній розріз зерна пшениці: 1- плодова оболонка;

2 - насіннєва оболонка;

3 - алейроновий шар;

4 - ендосперм;

5 - щиток;

6 - зародок;

7 – борідка.

Основними частинами зерна є оболонка, ендосперм (борошнисте ядро), алейроновий шар, зародок. Зерно зверху вкрите плодовою оболонкою, яка складається із трьох шарів: зовнішнього, середнього і внутрішнього. До плодової оболонки прилягає насіннева оболонка. Один із двох шарів насінневої оболонки містить пігмент. У пшениці він є жовто-бурого забарвлення.

Ендосперм (борошнисте ядро) складається з великих тонкостінних клітин паренхіми, заповнених крохмальними зернами, білками та іншими речовинами. Шар ендосперму, який прилягає до оболонки, складається з одного ряду великих товстостінних клітин, називають алейроновим. Клітини алейроно­вого шару прямокутної, майже квадратної форми заповнені білковими речовинами, жирами, вітамінами. У нижній частині зерна, з випуклого боку, знаходиться зародок. У ньому міститься основна кількість жирів і вітамінів. Зародок також багатий на білки і ферменти.

Зерно пшениці з нижнього боку має поздовжню борозенку.

Найбільшу масову частку у зерні пшениці становить ендосперм (80-82%), на оболонку припадає 8,9-9% всієї маси зерна, алейроновий шар (6,8 – 6,9%), зародок (3,15-3,25%). Зародок містить основну кількість жирів і вітамінів, він також багатий на білки і ферменти. У різних видів і ґатунків пшениці це співвідношення неоднакове. Насіннева оболонка містить пігмент.

Зерно жита за будовою дуже близьке до зерна пшениці. На відміну від пшениці в алейроновому шарі жита міститься пігмент. У зерні жита менше ендосперму (72-74%) більше оболонки, алейронового шару і зародка відповідно (11,8-12,2%, 11-12%, 3,4-3,6%).

Зерно кукурудзи за зовнішніми ознаками відрізняється від зерна пшениці і жита. Однак за будовою воно близьке до них, має великий зародок (10-12%) маси зерна, що займає майже 1/3 його об’єму.

У плівчастих злаків (просо, рис, ячмінь, овес) зернівка вкрита квітковими плівками, які легко відокремлюються від зерна. Рис має 18-20% таких плівок за масою. Ендосперм у рисі становить 62-64% маси зерна, алейроновий шар – 11-12%, зародок – 2%.

В ячмені квіткова плівка міцно зростається з плодовою оболонкою і становить 12-14% маси зерна. Вивільнене від квіткової плівки зерно ячменю за будовою нагадує пшеницю. Алейроновий шар ячменю складається не з одного ряду клітин, як у пшениці, жита і вівса, а з 2-6 рядів.