Товароведение и экспертиза зерномучных товаров (18/4 час.)

Зерномучные товары – группа продовольственных товаров основным сырьем для производства которых служит зерно: крупа, мука, хлебобулочные изделия, макаронные изделия, пищевые концентраты с использованием продуктов переработки зерна

Тема 1.Зерно (4,0/0.4 час.)

План

1. Классификация, строение и химический состав зерновых культур

2. .Характеристика семейства: злаковых, гречишных и бобовых

3. Оценка качества зерна, дефекты и причины возникновения

4. Хранение зерна. Процессы, происходящие в зерновой массе при хранении

1. Классификация, строение и химический состав зерновых культур

Продовольственное зерно. По назначении продовольственное зерно принято условно подразделять на мукомольное, крупяное, техническое (для производства пива, крахмала, спирта и др.). Зерно одной и той же культуры может использоваться, в разных целях, например, кукуруза используется для производства муки, крупы, крахмала, растительного масла, но также является и кормовой культурой. Для получения муки используется главным образом зерно пшеницы и ржи, в значительно меньших количествах – зерно гречихи, риса, кукурузы, ячменя, сои, тритикале. К крупяным культурам относят просо, гречиху, рис, ячмень, овес, пшеницу, горох. Возделываемые зерновые культуры по ботаническим признакам (плод, соцветие, стебель, корень) относят к трем семействам: злаковые, гречишные, бобовые.

Возделываемые зерновые культуры о тносятся к трем ботаническим семействам Злаковые Гречишные Бобовые

Пшеница Рожь Фасоль Горох

Тритикале Ячмень Соя Чечевица

Овес Рис Гречиха

Кукуруза Просо Бобы

Семейство злаковых

Злаки принято делить на две группы: настоящие злаки – пшеница, рожь, ячмень, овес; просовидные злаки – кукуруза, рис, просо, сорго.

Различаются эти группы в первую очередь строением плода, который называют зерновкой. У настоящих злаков зерновка продолговатой или овальной формы, со стороны спинки четко различим зародыш в виде вмятинки. На противоположном зародышу конце – бородка, образованная выростами клеток оболочек. Со стороны брюшка вдоль всей зерновки проходит бороздка.

У просовидных злаков зерновка различной формы, например, у риса – продолговатая, у проса – округлая. Бороздка и бородка отсутствуют.

Зерновка покрыта цветковой пленкой (за исключением кукурузы, которую называют ложным злаком). Если цветковая пленка легко отделяется, то злаки называют голозерными (пшеница, рожь), если ее отделить невозможно – пленчатыми (ячмень, овес, рис, просо).

Различают две формы злаковых – озимые и яровые. Яровые растения высевают весной, за летние месяцы они проходят полный цикл развития и осенью дают урожай. Озимые растения сеют осенью, до наступления зимы они прорастают, а весной продолжают свой жизненный цикл и созревают несколько раньше, чем яровые. Озимые сорта дают, как правило, более высокий урожай, но выращивают их только в районах с мягкой зимой и обильным снежным покровом. Настоящие злаки бывают как яровыми, так и озимыми, а просовидные – яровыми.

Семейство злаковых характеризуется следующими основными признаками: корень мочковатый, листья ланцетовидные (длинные, иногда свернутые пластины), стебли в виде тонких соломин с полыми междоузлиями, цветки собраны в соцветия – колосья. Различают злаки с метельчатым соцветием (овес, просо, рис) и колосовидными в виде сложного колоса (рожь, пшеница, ячмень). У кукурузы соцветие в форме початка.

Зерновка любого злака состоит из трех основных частей – зародыша, эндосперма и оболочек. Они имеют разное строение и химический состав, а также характеризуются различными физиологическими функциями.

Оболочки защищают зерновку от вредных воздействий – механических воздействий и попадания ядовитых веществ. Благодаря непроницаемости оболочек от разных органических и неорганических веществ зерно можно обрабатывать ядохимикатами для уничтожения споров грибов, вызывающих болезни растения. Оболочки пропускают внутрь зерна воду и кислород, необходимые для прорастания зерна. При повреждении оболочек открывается доступ микроорганизмов внутрь зерна и в результате снижается его стойкость при хранении.

Зерновка имеет две прочно сросшиеся между собой оболочки: верхнюю – плодовую и под ней семенную.

Самая наружная оболочка – плодовая развивающаяся из стенок завязи, состоит из трех слоев клеток. Эти клетки крупные, толстостенные, одревесневшие, полые. Следующая за плодовой оболочкой – семенная, также состоит из трех слоев – прозрачного водонепроницаемого слоя, плотно сросшегося со вторым ярко окрашенным пигментным слоем, и гиалинового совершенно прозрачного набухающего слоя.

Основная масса зерна заполнена эндоспермом, или мучнистым ядром. Эндосперм состоит из наружного алейронового слоя, образованного толстостенными крупными клетками, заполненными белковыми тельцами с вкраплениями капелек жира. Этот слой представлен одним рядом клеток (у пшеницы, ржи, овса, кукурузы, проса и др.) или несколькими (у ячменя). Эта особенность может быть использована для обнаружения под микроскопом примеси ячменной муки в пшеничной или ржаной.

Собственно эндосперм представлен тонкостенными крупными клетками, часто неправильной формы, заполненными крахмалом и белками. Белки образуют как бы сплошную матрицу, в которую вкраплены крахмальные гранулы разных размеров. По мере удаления от центра размер клеток уменьшается, соответственно снижается доля крахмала, а количество белка увеличивается.

Со стороны спинки к эндосперму прилегает зародыш – зачаток будущего растения. Он состоит из почечки, зачаточного корешка и щитка. Щиток плотно прилегает к эндосперму и служит органом, через который питательные вещества эндосперма при прорастании зерновки поступают в зародыш. Зародыш содержит много сахаров, азотистых веществ, жира, витаминов и ферментов.

Зерно различных злаков состоит из одних и тех же анатомических частей и имеет сходный химический состав.

От количественного соотношения анатомических частей зерна, имеющих различную пищевую ценность, зависит выход сортовой муки и крупы.

Химический состав зерна злаковых. Зерно злаковых культур имеет сложный химический состав. Оно состоит из многих жизненно необходимых человеку веществ. Все вещества подразделяют на две большие группы: органические и неорганические. К органическим относят углеводы, белки, липиды, ферменты, витамины, пигменты и др. К неорганическим относят минеральные вещества и воду.

Наибольший удельный вес в зерне занимают углеводы, которые представлены в основном крахмалом, состоящем из амилозы и амилопектина.

Крахмал откладывается в клетке эндосперма в виде крахмальных зерен или гранул различной формы, характерной для разных культур. Так, у пшеницы они овально-округлой или чечевицеобразной формы, у ржи – овальной с характерной трещиной. Размер крахмальных зерен также различен для разных злаковых культур и колеблется в пределах 2-180 мкм. Самые мелкие крахмальные зерна у риса (2-5 мкм), крупнее – у овса (3-10 мкм), еще крупнее – у ячменя и кукурузы (2-25 мкм). У пшеницы они достигают 25-40 мкм, а у ржи – 40-50 мкм. С размерами крахмальных гранул связаны атакуемость их ферментами зерна, пищеварительными ферментами и скорость усвоения крахмала организмом.

В эндосперме пшеницы содержание крахмала составляет 75-80% на сухое вещество или около 54 % с учетом влажности зерна. Однако и в эндосперме крахмал распределен неравномерно. Наиболее богата крахмалом центральная часть эндосперма. У кукурузы небольшое количество крахмала находится в зародыше. Содержание крахмала в зерне одной и той же культуры колеблется в зависимости от сорта, района, условий произрастания и степени спелости зерна. Так, при большом количестве осадков содержание крахмала выше. В выполненном зерне крахмала больше по сравнению с зерном щуплым.

Важным показателем свойств крахмала является температура его клейстеризации. Температура клейстеризации крахмала разных растений неодинакова и чаще находится в пределах 60-70⁰С. Наиболее низкая температура клейстеризации у крахмала ржи – 50-55⁰С.

Крахмал гигроскопичен и способен поглощать до 70 % воды от своей массы. Это свойство является одним из основных факторов, обуславливающих гигроскопичность зерна и продуктов его переработки (крупы, муки и др.) и обязательно учитывается при выборе условий хранения готовых продуктов.

Сахара в зерне злаковых содержатся в небольшом количестве. Основными сахарами зерна злаковых являются олигосахариды – сахароза, раффиноза, мальтоза, стахиоза. Доля моносахаридов (глюкозы, фруктозы, галактозы) незначительна и не превышает 0,2-0,3%. В зерне недозревшем, морозобойном, проросшем увеличивается доля моносахаридов, декстринов, мальтозы, что отрицательно сказывается на качестве хлеба.

Количество и соотношение различных групп углеводов влияют на технологические свойства зерна, на качество хлеба, так как сахара и крахмал необходимы для развития дрожжей в тесте, а крахмал вместе с белками составляет «формирующую» основу теста.

Клеточные стенки состоят из некрахмальных полисахаридов – балластных веществ, которые не усваиваются организмом, но положительно влияют на процессы пищеварения, а также способствуют выведению из организма тяжелых металлов и радионуклидов. К некрахмальным полисахаридам относят целлюлозу (клетчатку), гемицеллюлозу (полуклетчатку), пектины. Часть гемицеллюлоз, называемых пентозанами, растворяется в воде, образуя при этом вязкие коллоидные растворы – слизи (гумми). Наибольшее количество слизей у ржи (2,5-7,0%), овса (8,0-12,0%), ячменя (до 15%).

Одной из причин повышенной влажности мякиша ржаного хлеба является наличие в ржаной муке большого количества слизей.

Содержание белков в зерне разных культур неодинаково. В зерне злаков содержание белков колеблется в пределах от 5 до 24%, а в семенах бобовых – 20-40%. В зерне одной и той же культуры содержание белков может колебаться в больших пределах в зависимости от сорта, района произрастания, состава почв, климатических условий выращивания, режима орошения, выполненности зерна и др. Так, в зерне пшеницы содержание белков колеблется от 8 до 24% на сухое вещество при среднем содержании белков для пшеницы 12-16%. Большое количество осадков в период созревания урожая уменьшает относительное содержание белков.

Белки в зерне распределяются неравномерно. В зерне злаков наиболее богаты белками зародыш, затем алейроновый слой, семенные оболочки и эндосперм. Очень мало белков содержится в плодовых оболочках. В пределах составных частей зерна белки также распределяются неравномерно, особенно в эндосперме. Периферийные слои эндосперма богаче белками, чем центральные.

Неодинаков и качественный состав белков в разных частях зерна. Основная часть белков – проламины (спирторастворимые; в пшенице они называются глиадином, в кукурузе – зеином) и глютелины (щелочерастворимые). При замешивании пшеничного теста глиадин и глютелин набухают и, склеиваясь, образуют непрерывную фазу теста, при отмывании которой образуется клейковина. Она представляет собой сильно гидратированный гель, состоящий в основном из глютена, но содержащий в небольшом количестве также углеводы, липиды и минеральные вещества. От количества и качества клейковины в пшенице и соответственно пшеничной муке зависят хлебопекарные и макаронные свойства исходного сырья. Клейковину могут образовывать белки тритикале, некоторых разновидностей ячменя и ржи, хотя у последней она практически не отмывается, чему препятствуют пентозаны. Белки просовидных злаков клейковину не образуют.

Кроме того, в состав белков входят альбумины (водорастворимые белки) и глобулины (солерастворимые), которые содержат все незаменимые аминокислоты. Культуры, содержащие больше этих белков ценны по аминокислотному составу. Достаточно полноценны белки семян бобовых и гречихи, зерен овса, пшеницы, ржи, риса. Неполноценными считаются белки проса и кукурузы. Биологическая ценность белков снижается не только из-за отсутствия незаменимых аминокислот, но и из-за их недостаточного содержания. Так, белки пшеницы, кукурузы, проса содержат недостаточно лизина, в белках бобовых мало метионина и триптофана, в белках сои – низкое содержание метионина и лейцина. Неодинакова и усвояемость белков организмом человека. Белки злаков усваиваются до 85%, а бобовых – до 70%.

Содержание липидов в злаковых колеблется в среднем от 2 до 3%, за исключением кукурузы (4,9%) и овса (6,2%).

По составу и строению липиды подразделяются на простые и сложные. Простые липиды находятся в зародыше и являются запасными веществами, которые используются при прорастании. Сложные липиды (комплекс липидов с белками, углеводами или фосфорной кислотой) входят в состав мембран оболочек клеток и принимают участие в клеточных процессах. Основной фосфолипид – лецитин. Он благоприятно влияет на хлебопекарные свойства муки за счет хорошей эмульгирующей способности, а в питании служит источником фосфора.

В целом липиды злаковых носят ненасыщенный характер, преобладают линолевая и олеиновая кислоты. С одной стороны, липиды служат источником ценных эссенциальных жирных кислот, а с другой – способны быстро окисляться.

Липиды распределяются по частям зерна неравномерно. В зернах злаковых наиболее богаты ими зародыш и алейроновый слой. В эндосперме липидов мало, а в оболочках их совсем нет.

Витамины в злаковых культурах представлены водо- и жирорастворимыми витаминами: каротиноиды (каротин), витамин Е (токоферол), витамины группы В (тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, пиридоксин), ниацин и др. Основная часть витаминов сосредоточена в зародыше зерна.

Доля минеральных элементов в зерне составляет 1,5-3,0%. Из макроэлементов много фосфора, калия, магния, но они находятся в связанном состоянии в виде солей фитиновой кислоты и плохо усваиваются; в пленчатых культурах много кремния. Зерно является источником многих микроэлементов – цинка, марганца, молибдена, кобальта и др., зачастую токсичных, на которые устанавливаются предельно допустимые нормы согласно требованиям безопасности.

На качество получаемых продуктов оказывают влияние ферменты: α- и β-амилазы, гидролизующие крахмал; фитаза, расщепляющая фитин; протеиназа, расщепляющая белок; липоксигеназа, расщепляющая ненасыщенные жирные кислоты. В здоровом, хорошо созревшем зерне активность ферментов невелика. Повышенная активность ферментов характерна для дефектного зерна.

Окраска зерна обусловлена присутствием пигментов – прежде всего каротиноидов, а также в небольших количествах хлорофилла и антоцианов. Пигменты могут находиться в одной какой-либо части зерна или во всех частях, но в разном количестве.

Вода входит в состав зерна в количестве от 8 до 35%. Вода в зерне является важнейшим фактором всех биологических и физико-химических процессов в нем, а также технологического достоинства.

На всех этапах созревания, хранения и переработки зерна вода является обязательным условием и активным участником всех реакций в нем. Во влажном зерне значительно усиливаются дыхание и другие биохимические процессы, что приводит к потере сухого вещества, самосогреванию и быстрому ухудшению качества зерна.

Большое значение имеет критическая влажность зерна (для основных зерновых культур она составляет 14,5-15,5%). При более низком содержании воды процессы в зерне протекают замедленно, и качество зерна сохраняется без изменений.

В зерне нет свободной воды, т.е. воды, не связанной с его тканями. Вся вода с той или иной степенью прочности связана с сухим скелетом зерна.

Основные злаковые культуры – пшеница, рожь, тритикале, просо, ячмень, рис, овес, кукуруза.

Пшеница. В зависимости от ботанических особенностей делят на основные виды – мягкую и твердую.

Мягкая пшеница имеет зерно стекловидной, полустекловидной или мучнистой консистенции, округлой или овальной формы, слегка расширенной к зародышу, с выраженной бородкой и глубокой бороздкой. Цвет зерна может быть белый, красный или желтый. Мягкая пшеница используется в кондитерском и хлебопекарном производствах.

Твердая пшеница значительно отличается от мягкой. Зерно ее более удлиненной формы с утолщением на спинке у зародыша, ребристое, на разрезе стекловидное, просвечивающее, бородка развита слабо, бороздка открытая, неглубоко входящая внутрь зерна. Цвет от светло- до темно-янтарного. Оно содержит больше белка, сахара и минеральных веществ, чем мягкая пшеница. Твердую пшеницу используют для производства макаронных изделий, манной крупы, добавляют при размоле пшеницы с низкими хлебопекарными свойствами, получают муку-крупчатку.

Рожь – зимостойкая озимая культура. Зерно ржи длиннее зерна пшеницы. Цвет зерна желтый, серо-зеленый, фиолетовый, коричневый. Зерно серо-зеленого цвета крупнее остальных, содержит больше белков и обладает лучшими хлебопекарными свойствами.

Рожь меньше, чем пшеница, содержит эндосперма, следовательно, больше оболочек с алейроновым слоем, меньше в ней и белков (9-13 %). Особенностью белков ржи является то, что они не способны образовывать клейковину. Используют в основном для получения муки и в небольшом количестве – для получения солода и спирта.

Тритикале – хлебный зимостойкий злак, гибрид пшеницы и ржи. Зерно крупнее пшеничного и ржаного. Белки этого злака полноценны и хорошо усваиваются организмом. Из муки тритикале клейковина отмывается, поэтому по хлебопекарным качествам она ближе к пшеничной.