2.2 Современные представления о биохимических, физико-химических процессах, протекающих при проращивании

При проращивании зерновых культур развиваются органы, находящиеся в зародыше. При этом в результате деления и увеличения количества клеток появляется новое растение. Проводимое в солодовне искусственное проращивание не отличается на первых стадиях от естественного проращивания. Однако технология проращивания ячменя должна направляться так, чтобы рост зародыша обеспечивал, главным образом, образование необходимых ферментов и нужные преобразования в структуре эндосперма.

Прорастание зерна протекает только при определенных условиях: достаточной влажности, благоприятной температуре и доступе воздуха.

Путем правильного регулирования данных факторов можно в определенных пределах управлять биологическими процессами и получать различные виды солодов.

1. Изменение морфологического состояния зерна при проращивании

Изменения зародыша обнаруживается вначале в корешке, а затем в листовых органах.

Сначала появляется зародышевый корешок, проникающий через плодовую, семенную и цветковую оболочки в том месте, где зерно было прикреплено к колосу.

Зародышевый корешок выступает между оболочками и становится видимым. Затем клетки зародышевого корешка разрываются, и появляется несколько новых корешков. Они, в свою очередь, покрываются тонкими капиллярными корешками, которые обладают нежной тканью и могут поглощать из почвы растворенные питательные вещества.

Обычно длина корешков в 1,5 – 2 раза больше зерна. В зависимости от условий проращивания (влажности, температуры, О_2, количеств ворошения) зародышевые корешки имеют различный вид. При неблагоприятных условиях корешки тонкие и вытянутые, при благоприятных – крепкие, толстые и загнутые.

Одновременно с корешками начинает развиваться стебелек, который сначала прорывает плодовую и семенную оболочки и продвигается под цветковой оболочкой. Росток должен развиваться только до определенной величины. Если он прорастает из вершины зерна, образуя проростки («гусары»), то снижается качество готового солода. Появление видимых проростков указывает на следующие нарушения технологического режима: неравномерное замачивание и рост зерна, излишнее замачивание или высокую температуру проращивания.

Наряду с явлениями роста зерна в эндосперме зерна происходят изменения, которые обусловлены расщеплением веществ под действием определенных групп ферментов, а также одновременным созданием новых тканей в зародыше.

Плотное и твердое строение эндосперма под действием ферментов постепенно меняет свое состояние, зерно делается менее твердым и легко растирается пальцами.

2.2.2 Механизм активации и синтеза ферментов

Приблизительно через 12 ч после подведения к зерну вегетаци­онной воды зрелый зародыш проявляет первые признаки жизни.

C появлением главного корешка в щитке образуются следы сосу­дов, которые протягиваются от этой исходной точки к корневому устройству.

Затем при отложении лигнина сосуды укрепляются, а слой выщелачиваемых клеток начинает растворяться. Клетки вса­сывающего эпителия за 72 ч удлиняются приблизительно в 3 раза. Это образование, которое появляется на спинной стороне зерна, быстро прорастает через щиток и расположенный над ним слой эндосперма.

Уже через 12 ч после поглощения воды можно наблюдать ис­чезновение из щитка жировых капелек. В самом зародыше, а затем и в щитке появляются зерна крахмала.

В первые 6 - 12 ч после начала замачивания щиток обнаруживает очень высо­кую активность в обмене веществ, однако он все же еще не готов про­изводить гидролитические ферменты, такие как α-амилаза и эндо-β-глюканаза.

Образование ферментов начинается после того момента, когда гормоноподобные ростовые вещества (гибберелловая кислота и гиббереллин а₁) попадают из корневого устройства к растущему зародышу и затем через вышеупомянутую систему сосудов – к алейроновому слою.

С поглощением воды, которое быстро происходит в зародыше, несколько медленнее в щитке и лишь постепенно в эндосперме, на­чинает потребляться накопленный в зародыше запас сахарозы. Этот процесс длится до тех пор, пока соответствующие ферменты поступят в эндосперм и путем гидролиза биополимеров дадут новые порции питательных веществ для зародыша. Поэто­му на первых этапах роста зародыша потребление сахарозы явля­ется одним из определяющих в этом процессе.

Еще одна важная функция щитка - абсорбция резервных ве­ществ эндосперма. Здесь глюкоза как конечный продукт расщепле­ния крахмала превращается в сахарозу.

Именно удлинение клеток всасывающего эпителия способствует восьмикратному уве­личению площади поглощающей поверхности к моменту, когда в эндосперме накапливаются продукты расщепления. О высокой ак­тивности паренхимных клеток говорит также увеличение количест­ва митохондрий.

Щиток действует как снабжающий орган и действует как двухсторонний транспорт, доставляя ростовые вещества через проводимую сеть к алейроновому слою, а ре­зервные вещества - к зародышу.

В созревших зернах большая часть ферментов адсорбирована протоплазменными стуктурами клеток и находится поэтому в неактивном состоянии (например, β-амилаза).

В процессе солодоращения в насыщенном водой зерне наряду с активацией уже имеющихся ферментов происходит и их новообразование. Причем условия проращивания благоприятны для того, чтобы все группы ферментов ячменя с первого этапа их образования или активации начинали взаимодействовать с соответствующими субстратами эндосперма зерна.

Основную роль в образовании ферментов играют гормоноподобные вещества - гиббереллины. Гибберелины представляют собой группу соединений, весьма близких по строению к тетрацикличиским карбоновым кислотам. Они относятся к классу дитерпенов и обладают высокой биологической активностью. В зависимости от природы функциональных групп, их расположения, различают гиббереллины от А₁ до А₉. Гиббереллин А_3, называемый гибберелловой кислотой, и является наиболее важным веществом в жизнедеятельности зерна.

Гиббереллины, выде­ляемые стеблевой частью растения через щиток, доставляются в прилегающие клетки гидратированного алейронового слоя. Они дают толчок к синтезу и активации ряда новых гидролитических ферментов (протеолитических, цитолитических и амилолитических).

Синтез ферментов происходит в субклеточных структурах – рибосомах, содержащихся в митохондриях и хлоропластах алейронового слоя. Аминокислоты, необходимые для синтеза ферментов, появляются двумя путями: за счет образования из неорганических азотистых соединений нитратов и аммиака, а также за счет продуктов протеолитического распада белков алейронового слоя.

Помимо гиббереллинов зародыш продуцирует также и другие растительные гормоны, например, АFX, который имеет такое же физиологическое значение, что и гиббереллины, и носит кислый характер.

Таким образом, главную роль в процессе образования ферментов играет алейроновый слой. Подвергаясь действию стимуляторов роста, он начинает синтезировать и активизировать ферменты. Это было подтверждено следующими опытами. Если у ячменного зерна удалить зародыш и затем обрабатывать его гибберелловой кислотой, то в зерне будут образовываться ферменты и оно будет подвергаться полному растворению. И наоборот, если удалить алейроновый слой из ячменя, то новообразования ферментов не происходит.