Строение зерновки и химический состав зерна пшеницы, ячменя, овса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева

Естественно-географический факультет

Кафедра "Сельского хозяйства"

СРС

по дисциплине: "Апробация"

на тему: "Строение зерновки и химический состав зерна пшеницы, ячменя, овса"

Выполнила: студентка гр А-10-1

Афанасьева Н.А.

Проверила: Пучкова С.Ю.

Петропавловск,2013

Качество зерна как объекта хранения и переработки зависит от его видовых и сортовых особенностей, а также от условий развития растения в поле.

Зерно и его потенциальные технологические свойства формируются в процессе развития под влиянием многочисленных факторов. Формирование технологических свойств зерна можно представить в виде схемы (рис. 1.1).

Сформировавшиеся свойства зерна оказывают определяющее влияние на многие процессы его послеуборочной обработки, хранения и переработки, но зачастую и сами изменяются в результате этих процессов. Поэтому знакомство с внешним (морфологией) и внутренним (анатомией) строением является началом глубокого познания процессов, происходящих в зерне. Морфология и анатомия плодов и семян составляют важную сторону технологической характеристики зерна. Морфологическое и анатомическое строение зерна злаковых практически одинаково, за исключением некоторых особенностей. Для описания морфологических особенностей зерна любой культуры приводят характеристику его формы, размеров, характера поверхности, окраски и других отличительных признаков.

Зерновка пшеницы имеет удлиненную, округло-овальную форму. В зерновке различают спинную и брюшную стороны. Ее выпуклая сторона называется спинкой, а противоположная, более плоская - брюшком. На брюшке имеется продольное углубление - бороздка. В нижней части спинной стороны зерновки находится зародыш. На противоположной верхней части зерновки имеется хохолок, состоящий из тонких волосков - выростов покровной ткани. Каждую из двух боковых сторон зерновки называют бочком.

У зерновки различают длину, ширину и толщину. Длина зерна (Д) - это расстояние между его основанием, или нижней частью, и верхушкой; ширина (Ш) - наибольшее расстояние между боковыми сторонами; толщина (Т) - расстояние между спинкой и брюшком зерновки. Соотношение между линейными размерами чаще всего соответствует условию Д< Ш< Т.

Форма зерновок других культур может быть шарообразной (просо, сорго), удлиненной (рожь, ячмень, овес, рис), округлой или гранистой (кукуруза). Поверхность зерновки бывает гладкая (пшеница), слабоморщинистая (рожь), опушенная (овес). Окраска - белая, желтая, серая, зеленая, коричневая, черная. У некоторых злаков есть бороздка - место спайки стенок завязи. Злаки, имеющие плоды, похожие на зерновку пшеницы, относятся к так называемым настоящим злакам (первая группа). Это пшеница, рожь, ячмень, овес. Вторая группа, или просовидные злаки: просо, рис, кукуруза, сорго. Данная группа не имеет ни бороздки, ни хохолка и прорастает одним корешком. Морфологическая характеристика зерна хлебных злаков, семян бобовых и масличных культур приведена ниже в табл. 1.1.

Зерновка злаковых имеет характерное для всех культур этого семейства анатомическое строение: зародыш, эндосперм и оболочки.

Плодовая оболочка (перикарпий) плотно прилегает к семенной оболочке, но не срастается с ней. У пленчатых культур (овес, просо, сорго, рис) зерновка сверху покрыта еще и цветочными чешуями. Плодовые и семенные оболочки защищают эндосперм и зародыш от вредных воздействий внешней среды. Эндосперм являётся запасником питательных веществ, а зародыш дает жизнь новому растению. Весовое соотношение отдельных анатомических частей зерна некоторых злаковых приведено в табл. 1.2.

Каждая часть зерновки имеет сложное строение (рис. 1.3, 1.4).

Плодовая оболочка (перикарпий) покрывает зерновку снаружи и состоит из трех слоев клеток: 1 - эпикарпия, образованного несколькими рядами удлиненных клеток, расположенных вдоль зерновки и называемого продольным слоем; 2 - мезокарпия (поперечного слоя), состоящего из толстостенных удлиненных клеток, расположенных поперек зерна; 3 - эндокарпия (трубчатого слоя), образованного удлиненными трубчатыми клетками, расположенными вдоль зерна. Семенная оболочка (периспермий) состоит из прозрачного слоя, плотно срастающегося с пигментным слоем, который содержит красящие вещества. Ниже располагается бесструктурный блестящий слой, именуемый гиалиновым, или набухающим. Зародыш имеет прилегающий непосредственно к эндосперму своей всасывающей поверхностью щиток. В нижней части располагаются зародышевые корешки, выше - первичный стебель, который заканчивается почечкой, покрытой колпачком зачаточных листьев. Зародыш невелик и неодинаков у разных хлебов.

В эндосперме различают периферический слой, непосредственно прилегающий к оболочке семян и состоящий из резко очерченных, с сильно утолщенными стенками более или менее правильных клеток. Слой этот состоит у некоторых хлебов из одного ряда клеток (пшеница, рожь, овес), у других - изнескольких (ячмень). Он носит название алейронового слоя. Под алейроновым слоем располагаются крупные тонкостенные клетки разнообразной формы, занимающие всю внутреннею часть эндосперма. Клетки эти густо заполнены крахмальными зернами различной величины. У каждого хлебного злака они имеют свой характерный вид и форму.

Все вещества, входящие в состав зерна, делят на органические (углеводы, белки, липиды, пигменты, ферменты, витамины) и неорганические (вода, минеральные элементы). По химическому составу зерновки всех злаков относятся к группе крахмалистого растительного сырья, так как в них количественно преобладает крахмал, зернобобовые - к группе белковых, так как в них преобладают белки, масличные в основном содержат липиды. Химический состав различных злаков представлен в табл. 1. 3.

Пшеница (Triticum) - самая важная продовольственная культура. В мировом производстве зерна и в России пшеница занимает первое место. Такое значение пшеницы обусловлено ее высокой урожайностью, большим содержанием эндосперма (80-84% от массы зерна), что дает возможность при его переработке получать высокий выход сортовой муки. Ценными являются также свойства белкового, углеводного и ферментативного комплекса пшеницы. В пшенице на долю глиадина и глютенина приходится более 80% общего содержания белка. Эти белки находятся в пшенице в соотношении 1,1:1-1,5:1. Набухая, они поглощают 200-300% воды по отношению к своему сухому весу и образуют связную эластичную массу - клейковину. Упруго-эластичные свойства клейковины дают возможность получать из пшеничной муки хлеб с высокой пористостью, высококачественные макароны, кондитерские и другие изделия. Крахмал пшеницы хорошо набухает и при клейстеризации дает вязкий, сравнительно устойчивый клейстер. Сахара пшеницы при выпечке хлеба из пшеничной муки используются для поддержания процессов брожения, но так как количество их не достаточно велико, большое значение имеют ферменты пшеницы, которые вызывают осахаривание крахмала. Объективные положительные свойства пшеницы выдвинули ее в России на первое место среди всех зерновых культур.

Анатомическое строение зерна пшеницы

Анатомическое строение зерна пшеницы представлено на рисунке 1.

Рис. 1 - Строение зерна пшеницы (продольный разрез) и (поперечный разрез): 1-3 - плодовые и семенные оболочки зерна; 4 - алейроновый слой; 5 - эндосперм; 6 - зародыш с зачатками корешка (7) и листа (8); 9 - щиток; 10 - бородка

Плодовые оболочки, образовавшиеся из стенок завязи, состоят из нескольких слоев клеток: наружный слой - эпидермис, эпикарпий, мезокарпий и эндокарпий. В целом масса плодовых оболочек составляет 4-6% от веса зерна. Под плодовыми лежат семенные оболочки, которые состоят из двух слоев клеток: верхний пигментный слой, внутренний слой гиалиновый. Семенные оболочки относительно легки, масса их составляет 2-2,5% от всего зерна. В состав плодовых и семенных оболочек входят 3,5-4,5% минеральных веществ (золы), 43-45% гемицеллюлоз и пентозанов, 18-22% клетчатки, 4,5-4,8% азотистых веществ, немного сахара и жира. Внутренняя часть зерна - эндосперм - подразделяется на наружный, или алейроновый слой и собственно эндосперм- мучнистое ядро. Алейроновый слой по химическому составу и строению клеток отличается как от оболочек, так и от собственно эндосперма. При помоле пшеницы он отделяется от мучнистого ядра преимущественно с оболочками в виде отрубей. Клетки алейронового слоя по мере приближения к зародышу уменьшаются и затем исчезают, так что зародыш покрыт только оболочками. Химический состав алейронового слоя имеет следующие особенности. В нем находится большое количество белков - 38% и более, преимущественно относящихся к альбуминам и глобулинам, не способным образовывать клейковину, 9-10% жира, 6% сахара (сахарозы), 15% клетчатки, 9-10% золы, значительное количество гемицеллюлозы. Алейроновый слой богат водорастворимыми витаминами: В 1 и В 2 и особенно витамином РР. Масса алейронового слоя составляет в среднем 7% от массы зерна (от 4 до 9%). Зольность алейронового слояколеблется от 8 до 11%. Большой интерес представляет так называемый субалейроновый слой, непосредственно прилегающий к эндосперму. Он обнаружен при тонком шлифовании зерновки пшеницы на тангенциальном абразивном станке. При последовательном получении фракций 1-2-3-4-5 масса сошлифованного продукта составила 7,09-5,66-8,11-10,38-18,11%, а содержание белка в них соответственно составило: 15,30-24,00-23,07-21,38-18,13%. Мучнистое ядро (эндосперм) занимает всю внутреннюю часть зерна. Оно состоит из крупных объемных клеток, заполненных крахмалом и частицами белков. Стенки клеток эндосперма, особенно во внутренних его слоях, очень тонки, почти неразличимы даже под микроскопом. зерно пшеница злак аминокислота

Зерна пшеницы бывают полностью стекловидными в том случае, когда все клетки эндосперма заполнены без воздушных пор и прослоек. Если клетки эндосперма рыхлые и содержат мельчайшие поры, зерно будет непрозрачныммучнистым. Стекловидные зерна отличаются от мучнистых содержанием белка и физическими свойствами - плотностью и твердостью. Химический состав эндосперма отличается от состава всех других частей зерна. Эндосперм содержит весь крахмал зерна, количество которого составляет 78-82% от массы эндосперма, около 2% сахарозы, 0,1-0,3% редуцирующих сахаров, 13-15% белков, преимущественно глиадина и глютенина, образующих клейковину. Характерным является малое содержание в эндосперме золы (0,3-0,5%), жира (0,5-0,8%), пентозанов (1-1,5%), клетчатки (0,07-0,12%). Продукты, полученные из эндосперма, содержат наименьшее количество зольных элементов (Ca, P, Fe и др.) и витаминов. Разные слои эндосперма неодинаковы по содержанию белка. Распределение белка по слоям эндосперма составляют ряд от центра к периферии (7,4-8,6-9,5-13,9-16%). Эндосперм составляет от 80 до 84% массы зерна. Зародыш пшеницы, находящийся на остром конце зерна, представляет собой ту часть зерна, из которой развивается новое растение. Снаружи зародыш покрыт плодовыми и семенными оболочками. Зародыш содержит: 33-39% белка, в том числе нуклеопротеиды, альбумины, глобулины и проламины; свыше 25% сахаров, главным образом сахарозы; 12-15% жира; 2,2-2,6% клетчатки и около 5% минеральных веществ. Зародыш пшеницы богат витаминами: Е - 158 мг/кг, В 1 - 19 мг/кг (в щитке - 148 мг/кг); В 2 - 12 мг/кг; В 6 - 12,5 мг/кг; РР - 64 мг/кг; полезными зольными макро- и микроэлементами, содержит активные ферменты. Масса пшеничного зародыша составляет 2-3% от массы зерна. Распределение в анатомических частях зерна пшеницы зольных элементов, клетчатки, пентозанов и крахмала представлено в таблице 1.

Таблица 1. Содержание веществ в анатомических частях зерна пшеницы (по А.П. Гришенко, Д.В. Кент-Джонсу и др.)

Белки пшеницы содержат все незаменимые аминокислоты. Это видно из таблицы 2.

Углеводы пшеницы представлены крахмалом, сахарами (в основном сахарозой и в меньшем количестве глюкозой и фруктозой), клетчаткой и пентозанами. Масло пшеницы содержит главным образом олеиновую и линолевую кислоты, но также заметное (10%) количество линоленовой кислоты. Оно весьма нестойко и легко прогоркает. Фосфатиды (лецитин) составляет 0,4-0,5% от массы зерна. Кроме того, содержатся стерины, каротиноиды и витамин Е (альфа-токоферол).

В составе зольных элементов отмечено большое содержание фосфора, калия, магния, меньшее - кальция ижелеза, а также микродоз марганца, меди, цинка и других микроэлементов.

Из витаминов в пшенице находятся В 1, В 2, РР, Е, В 6, Н и некоторые другие.

Таблица 2. Содержание аминокислот в белке зерна пшеницы (по М.И. Княгиничеву)

Результаты научного исследования зерна пшеницы

1. Наибольшую биологическую ценность для организма (здоровья) человека представляет цельное зерно пшеницы, не подвергнутое высокотехнологичной переработке, изменяющей (зачастую) не только структуру и состав, но сами природные (полезные) свойства такого удивительного и уникального продукта питания, каким является зерно пшеницы.

2. Наивысшая концентрация полезных для пищеварения и здоровья человека биологически активных компонентов (пищевых волокон, витаминов, минеральных веществ, незаменимых аминокислот и др.) наблюдается в периферийных частях пшеничного зерна (плодовых и семенных оболочках, зародыше, алейроновом и субалейроновом слоях). Само же "мучнистое тело" (центральная часть эндосперма) является областью концентрации крахмалистых веществ(преимущественно глиадина и глютенина) и никакой биологической ценности, с точки зрения диетологии(оздоровительного питания), для организма человека не представляет. Вывод: Целесообразно, с точки зрения организации правильного питания и здорового рациона, использование в пищу, а также для приготовления разнообразных пищевых продуктов (каш, супов, хлеба, выпечки, макаронных и др. изделий) лишь неочищенного (нерафинированного) зерна пшеницы, вместе с периферийными его частями (пшеничным зародышем, плодовыми и семенными оболочками, алейроновым слоем и пр.). Это в значительной степени увеличивает биологическую ценность употребляемых в пищу блюд и продуктов питания, способствуя, тем самым, профилактике большинства "болезней 21-го века", в первую очередь ожирения, сахарного диабета, заболеваний сердца и сосудов, аллергических реакций и некоторых других болезней, связанных с нарушением обменных процессов в организме человека.

Характеристика зерна овса и его химический состав

Масса 1000 зерен колеблется от 15 до 40 г. В одинаковых условиях выращивания наибольшую массу 1000 зерен имеют сорта московкого типа, наименьшую - игольчатого. На долю цветковых пленок приходится 18-45% в зависимости от сорта, формы зерна и условий произрастания. Пленчатость до 24% считают низкой, более 33% - высокой. Наибольшую пленчатость обычно имеют рядовой и сортовой овес игольчатого и длиннопленчатого типов. Цветковые пленки не срастаются с поверхностью собственного зерна, они без труда отделяются при шелушении.

Зерно, освобожденное от цветковых чешуй (ядро), белого цвета, с желтоватым оттенком, покрыто очень короткими волосками, составляющими около 1,5% от массы зерновки. Плодовые и семенные оболочки, защищенные цветковыми пленками, нежные, тонкие, бесцветные, составляют около 3% от массы зерновки.

Зародыш крупный, составляет 3-4% от массы зерновки. Алейроновый слой состоит из одного ряда клеток и менее развит, чем у ржи и ячменя (6-8%).

Эндосперм, как правило, мучнистый, рыхлый, белого цвета. Составляет 50-55% от массы зерновки. Объемная масса овса - наименьшая среди остальных злаков, это является результатом менее плотной укладки зерен в пурке из-за особенностей формы зерна и наличия между цветковыми пленками и плодовыми оболочками воздушных пустот. Объемную массу более 510 г считают высокой, от 460 до 510 г - средней, менее 460г. - низкой.

Химический состав зерна овса с цветковыми пленками характеризуется следующими данными (в процентах на сухое вещество): белка 9,03-19,5 (в среднем 13,3), крахмала 31,1-51,0 (40,1), клетчатки 7,7- 19,2 (13,2), жира - 3,1-6,6 (4,6), минеральных веществ (золность) 3,1-5,4 (4,1). Содержание жира в зерне овса иногда достигает 11%.

Цветковые пленки содержат 1,1-3,2% белков, 2,3-34,6% клетчатки, до 36,5% пентозанов, 0,5-1,0% жира и 4,1-7,3% золообразующих веществ. После удаления цветковых пленок содержание клетчатки, резко снижается (до 1,7-2,5%), а белков, крахмала и жира - возрастает.

Размещено на Allbest.ru