Лекция для Д-А405
.docxХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ И СЕМЯН
Целесообразность использования плодов и семян различных сельскохозяйственных культур на те или иные цели (продовольственные и фуражные) определяют прежде всего по химическому составу и показателям безопасности. Существенную роль играет анатомия и структура плода и семени. В состав любого плода, например, зерновки зерна входит органические соединения (белки, углеводы, липиды, пигменты, витамины, ферменты), минеральными вещества и воду.
При изучении биохимию условно делят на статическую и динамическую. Статическая биохимия изучает химический состав и свойства веществ живых организмов. Задача динамической биохимии — изучение превращений веществ в живых организмах. Это деление позволяет облегчить изучение биохимии. В действительности тот и другой аспекты познания биохимии невозможно расчленить. Невозможно изучить и понять: превращения какого-либо вещества организма без знания его строения и свойств и вместе с тем описание особенностей биохимических соединений без характеристики их превращений в организме не даст о них полного представления. Совокупность химических процессов, происходящих в живом организме, составляет биологический обмен веществ. Обмен веществ (метаболизм) живой клетки состоит из двух групп основных реакций — катаболических и анаболических. Часть общего процесса обмена веществ, завершающаяся разрушением веществ, входящих в состав организма, т. е. распадов элементов живого тела и их диссимиляцией, называют катаболизмом. Сюда относятся разнообразные реакции расщепления (гидролиз, фосфоролиз) и окисления. При этом высокомолекулярные органические вещества расщепляются до простых веществ с одновременным выделением содержащейся в них свободной химической энергии, влияющие затем на процессы жизнедеятельности. Другая часть общего процесса обмена, называемая анаболизмом —это поглощение и усвоение (ассимиляция),т.е. совокупность химических процессов в живых организмах, направленных на образование и обновление структур клеток й тканей. При анаболизме из относительно простых молекул строятся сложные. Эти процессы обычно осуществляются с затратой энергии. Анаболические и катаболические процессы протекают в живой клетке. Различают три уровня связи между катаболизмом и анаболизмом. На первом уровне — источников углерода — продукты катаболизма могут стать субстратами анаболических реакций. На втором уровне — энергетическом — анаболические процессы протекают с потреблением энергии АТР и других высокоэнергетических соединений, образующихся в процессе катаболизма. На третьем уровне — восстановительных эквивалентов — реакции анаболизма потребляют восстановительные эквиваленты, а в случае процессов катаболизма в основном окислительные. Метаболизм включает в себя все разнообразие реакции, происходящих в живом организме: окисление, восстановление, расщепление, объединение молекул, межмолекулярный перенос и т.д. Строение клетки. Тело многоклеточного организма (растения) содержит огромное количество клеток, которые выполняют различные функции и образуют разнообразные ткани и органы. Снаружи клетка покрыта клеточной оболочкой или клеточной стенкой, за которой располагается наружная мембрана, окружающая протоплазму. Протоплазма состоит из ядра и цитоплазмы. Цитоплазма. Полужидкое содержимое клетки, в которой расположены все субклеточные органеллы (ядро, пластиды, митохондрии, рибосомы, лизосомы и растворимые ферменты).Ядро. Необходимая составная часть всех клеток, участвующая во всех жизненных процессах, протекающих в клетке. Для него характерна более плотная консистенция по сравнению с цитоплазмой. Ядро состоит из оболочки, наружной мембраны, ядрышка и хромосом. Число хромосом строго определено для каждого вида растений. Даже у пшенице это количество разное: у твердой пшеницы — 28, мягкой — 42. Хромосомы несут видовую и индивидуальную информацию, обеспечивающую передачу наследственных признаков организма. Основная функция ядра— хранение и реализация наследственной информации. Пластиды. Особые органеллы в цитоплазме растительных клеток, состоящие из липидов, белков, пигментов и минеральных веществ. Они содержат также различные ферменты, витамины и органические вещества из неорганических (фотосинтез).
Рибосомы. В них происходит процесс синтеза белков. Они расположены во всех участках клетки. Функция рибосом — синтез белков из аминокислот, выработанных или поглощенный клеткой и используемых для построения новых белков.
Мембраны. Входят в клеточные органеллы (ядро, хлоропласты, митохондрии). Они представляют собой функционально активные поверхностные структуры клеток, состоящие из нескольких молекулярных слоев, отграничивающих цитоплазму и большинство внутриклеточных структур, а также образующих внутриклеточную систему канальцев, складок и замкнутых полостей. Мембраны обладают свойствами полупроницаемых перегородок. Через поры могут проникать вода и растворенные в ней вещества, если размеры их молекул меньше диаметра пор. Кроме того, в мембранах имеются так называемые каналы ионной проводимости, которые избирательно пропускают определенные ионы. Они преодолевают мембранный барьер и проникают в цитоплазму разными путями — через поры и каналы ионной проводимости с помощью диффузионных сил благодаря градиенту концентрации, определяемому химическим потенциалом. Через мембрану клетка вступает в контакт с внешней средой. Растительные клетки покрыты толстыми наружными стенками (оболочками), представляющими собой дополнительное образование на наружной поверхности тонкой клеточной мембраны — клеточные стенки. В состав клеточных стенок у большинства растений входят клетчатка.
Оболочки. Делятся на плодовую и семенную. Плодовая оболочка покрывает зерно, ее сравнительно легко можно удалить. Семенная оболочка прочно срастается с находящимся под ней алейроновым слоем и состоит из двух слоев: верхнего, содержащего красящие вещества, которые придают окраску зерну, и внутреннего — бесцветного слоев оболочек имеют одеревеневшие стенки, построенные из клетчатки. В созревшем зерне клетки оболочек внутри пустые. Общая масса оболочек довольно значительна — до 9% массы всего зерна.
Алейроновый слой. Состоит из одного ряда очень крупных клеток, стенки которых довольно толстые, прозрачные, содержат в основном клетчатку. Клетки заполнены наполовину белком— алейроном, а также минеральными веществами и капельками жира. Алейроновый слой играет важную роль при доставке питательных веществ развивающемуся молодому колосу. Масса алейронового слоя составляет 5—7 % массы зерна.
Эндосперм. Составляет главную массу зерна, до 85%. На 2/з и более эндосперм состоит из крахмала и содержит около 15 % белка. Весь крахмал зерна заключен в эндосперме. Кроме крахмала и белка эндосперм содержит небольшое количество сахаров, клетчатки, жира, минеральных солей и некоторых других веществ. Причем содержание химических компонентов неодинаково во всех частях эндосперма: центральные его части богаты крахмалом, а части, примыкающие к оболочкам (периферийные части), наиболее богаты белками, сахарами, витаминами, ферментами и т. п.
Зародыш. Составляет 2—3 % массы зерна. Он богат белками, сахарами, жировыми веществами; здесь сосредоточено более половины всех витаминов зерна.
Химический состав частей зерна пшеницы не является постоянным, так как на него большое влияние оказывают район произрастания, климатические условия, применявшаяся агротехника выращивания и сортовые отличия В таблице 1 представлен средний химический состав зерна пшеницы различных видов. Кроме указанных в таблице веществ твердая пшеница содержит до 0,5 мг% (0,5 мг в 100 г зерна) каротиноидных пигментов, которые почти полностью отсутствуют в мягкой пшенице и в очень небольшом количестве (менее 0,2 мг%) содержатся в мягкой стекловидной пшенице. Именно это свойство является основным показателем твердой пшеницы как сырья для макаронного производства, так как красящие каротиноидные пигменты придают зерну п макаронным изделиям привлекательный янтарно-желтый цвет.
Зерно пшеницы, продольный разрез которого изображен на рис. 2,состоит из оболочек 1, алейронового слоя 2, эндосперма3 и зародыша 4.
Рис. 2. Продольный разрез зерна пшеницы
В таблице 1 приводятся данные о составе зерна различных культур, которые следует рассматривать как средние, подверженные значительным отклонениям.
Таблица 1.
Химический состав зерна в %
Компоненты зерна |
Пшеница |
Рожь |
Овес |
Кукуруза |
Просо |
Ячмень |
|
озимая |
яровая |
||||||
Вода |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
15,0 |
Белок |
11,0 |
13,2 |
9,0 |
10,3 |
9,9 |
10,6 |
9,5 |
Безазотистые экстрактивные вещества |
68,5 |
66,1 |
70,7 |
56,4 |
67,2 |
58,6 |
67,0 |
Жир |
1,9 |
2,0 |
1,7 |
4,8 |
4,4 |
3,9 |
2,1 |
Клетчатка |
1,9 |
1,8 |
1,9 |
10,3 |
2,2 |
8,2 |
4,0 |
Зола |
1,7 |
1,9 |
1,7 |
3,6 |
1,3 |
3,8 |
2,5 |