Лабораторная работа 5 Определение морфологических и биохимических показателей качества проращенного зерна

Цель работы: исследовать изменение строения, физико-химические показатели качества и ферментативной активности при проращивании зерна.

Теоретическое обоснование:

Прорастание зерна - начальный этап жизненного цикла растения. Для прорастания семени требуются: достаточная влажность, тепло и кислород воздуха.

К основному зерну относят зерна с начавшимся процессом прорастания, т. е. только наклюнувшиеся, с лопнувшими над зародышем оболочками, с не вышедшим еще наружу ростком. Фракцией зерновой примеси считают проросшие зерна с корешками и ростками, вышедшими за пределы лопнувших над зародышем оболочек, независимо от их длины. К зерновой примеси также относят проросшие зерна, утратившие ранее вышедшие наружу ростки и корешки, с потемневшей оболочкой около зародыша зерна, деформированные вследствие прорастания зерна, с изменившейся (по той же причине) окраской.

Главная особенность и общая биохимическая направленность прорастания - расщепление в эндосперме и семядолях высокомолекулярных биополимеров до низкомолекулярных растворимых веществ при участии влаги и под действием ферментов. Другая особенность прорастания заключается в том, что если в эндосперме зерна происходят в основном гидролитические процессы, то в зародыше преобладают синтетические. Образовавшиеся при гидролизе и растворившиеся в воде низкомолекулярные вещества перемещаются в зону зародыша и здесь используются как «строительный» материал для биосинтеза новых биополимеров, из которых формируются ткани и органы нового растения.

Если для онтогенеза (индивидуального развития) растения прорастание семян является естественным и обязательным этапом жизненного цикла, то для хранения и для промышленной переработки зерна это процесс нежелательный, приводящий к снижению его качества и порче.

Проросшее зерно характеризуется увеличением размера зародыша, появлением над оболочками зародышевого корешка и почки, коричневой окраски зародыша. К физическим признакам относятся увеличение объема зерна, снижение сыпучести зерновой массы, уменьшение вязкости разогреваемой водно-мучной суспензии. Изменяются химические признаки: наблюдается реакция продуктов грубого помола с подом, повышается доля растворимых веществ зерна (редуцирующих сахаров и др.). Мука из проросшего зерна имеет сладковатый вкус.

Важнейшим фактором глубоких биохимических изменений в прорастающем зерне является усиление активности амилолитического комплекса, особенно α-амилазы. На повышение ее активности влияют также особенности поглощения влаги крахмалом. Крахмал легче поглощает влагу, чем другие вещества зерна, при набухании он быстрее обводняется.

После прорастания зерна в течение суток в нем не происходит существенных изменений в содержании клейковины и азотистых веществ. Вместе с тем качество клейковины заметно изменяется в сторону ослабления. Прорастание в течение трех суток приводит к значительному уменьшению количества сырой и сухой клейковины и резкому ухудшению ее качества. Клейковина становится очень слабой при одновременном уменьшении ее гидратационной способности.

При прорастании зерна пшеницы во фракциях клейковинных и неклейковинных белков наблюдаются изменения сульфгидрильных групп и дисульфидных связей.

В прорастающем зерне активизируются протеолитические ферменты, гидролизующие белки с образованием полипептидов и аминокислот. При прорастании зерна проявляется также активность протеиндисульфидредуктазы, катализирующей восстановление дисульфидных связей в белках с образованием сульфгидрильных групп. В эндосперме и проростках пшеницы на протяжении первых пяти суток проращивания наблюдается непрерывное повышение ее активности. Одновременно в клейковине уменьшается содержание дисульфидных связей, и она значительно ослабляется. При прорастании в зерне повышается активность пентозаназ, гидролизующих пентозаны, что сказывается на реологических свойствах теста.

Ухудшение свойств теста происходит за счёт увеличения его газообразующей способности в результате повышения активности амилаз.

Доказано, что свободная α-амилаза разжижает тесто, а непредельные жирные кислоты, выделяющиеся из жира под влиянием триацилглицероллипазы укрепляют.

Под влиянием протеаз при прорастании происходит гидролиз запасных белков и накопление пептидов и аминокислот.

Образовавшиеся в эндосперме или в семядолях аминокислоты передвигаются в растущие части семени. Одни аминокислоты передвигаются из эндосперма в зародыш в неизменном виде, другие предварительно превращаются в глютамин и аспарагин. Так, после десяти дней прорастания в эндосперме семян ячменя содержание аминокислот уменьшается в 30 раз и более. В зародыше содержание аминокислот заметно возрастает, особенно между вторым и четвертым днями прорастания.

При прорастании зерна и семян других культур происходит увеличение содержания органических кислот. Больше всего они накапливаются в проростках злаков, меньше - в проростках бобовых и еще меньше - в проростках масличных культур.

Наблюдаемое при прорастании зерна резкое ослабление клейковины происходит в результате структурной дезагрегации ее белкового комплекса без расщепления пептидных связей.

Качество клейковины и, следовательно, «сила» муки при прорастании зерна изменяются у сильной и слабой пшеницы по-разному: у слабой - в большей степени, у сильной - в меньшей.

Изменение хлебопекарных свойств пшеничной муки из проросшего зерна зависит от исходного качества клейковины. Прорастание не во всех случаях приводит к ухудшению качества хлеба. Гидролиз белковых веществ при прорастании зерна с крепкой исходной клейковиной может оказывать положительное влияние на хлебопекарные свойства муки и качество хлеба, тогда как изменение клейковины слабой пшеницы уже на первой стадии прорастания приводит к ухудшению качества.

Проросшее зерно рекомендуется хранить в сухом помещении. Партии зерна с различной степенью прорастания желательно хранить отдельно. Для снижения ферментативной активности применяют сушку проросшего зерна при более высокой температуре, чем нормального. Важно при этом не допускать ухудшения качества клейковины. Проросшее зерно должно очищаться особенно тщательно. Сепаратор должен работать при более интенсивной аспирации зерна и при нагрузке ниже паспортной. Рекомендуется зерна, проросшие в большей степени, отделять уже в зерноочистительном отделении. При размоле следует применять более высокий режим, что предупреждает измельчение оболочек и зародыша проросших зерен.

Методика выполнения

За два-три дня до проведения лабораторной работы необходимо увлажнить продукт (овес, ячмень, пшеницу, рожь) до влажности 40 %. Для равномерного распределения влажности по всей массе продукта его увлажняют следующим образом. Взвешивают образец сухого продукта 5 г и определяют его влажность w_н⁰ в сушильном шкафу по стандартной методике. Затем рассчитывают количество воды W, которое необходимо добавить к навеске, чтобы получить заданную влажность продукта w_к⁰ по формуле

,

где G_н - масса продуктов при влажности w_к⁰; w_н⁰ и w_к⁰ - соответственно влажность продукта до и после увлажнения, % на общую массу.

При тщательном перемешивании в продукты в течение первого дня добавляют воду небольшими порциями. Увлажненный продукт ставят в холодильник или термостат и хранят при температуре 3-5 °С три дня По истечению заданного времени образцы выдерживают в течении 24-48 часов до момента прорастания. Затем исследуют по внешнему виду, по физико-химическим показателям качества зерна и изменение ферментативной активности (методики определения берут из первой лабораторной работы). Делают сравнительный анализ нативного зерна (первая лабораторная работа) и изменений произошедших в зерне при прорастании. Результаты исследований записывают в таблицу 12.

Таблица 12 – Сравнительная анализ

Объект исследований	Нативное зерно (лабораторная работа № 1)	Исследуемое зерно (проращенное)
Внешний вид, вкус, запах, цвет
Влажность, %
Кислотность, град
Количество сырой клейковины, %
Качество сырой клейковины, ед ИДК
Активность каталазы
Амилолетическая активность
Активность полифенолоксидаза

Контрольные вопросы:

1. Что такое процесс прорастания зерна?

2. Какие условия необходимы для прорастания зерна?

3. Какова биохимическая направленность и главная особенность процесса прорастания?

4. Какие процессы происходят в эндосперме и зародыше при прорастании зерна?

5. С какой целью используются образовавшиеся при гидролизе и растворившиеся в воде низкомолекулярные вещества в зоне зародыша?

6. Когда начинаются синтетические процессы в зародыше?

7. Какое влияние оказывает процесс прорастания зерна при его хранении?

8. Какими особенностями характеризуется проросшее зерно?

9. Как изменяются химические и физические свойства зерна при прорастании?

10. Каковы особенности муки, полученной из проросшего зерна?

11. Что происходит с активностью амилолитических ферментов при прорастании зерна?

12. Какое влияние оказывает прорастание зерна на количество в нём крахмала?

13. Как изменяется содержание сахаров при прорастании?