Изменение химического состава зерна при прорастании

24.10.2014

Основное направление биохимических процессов, протекающих при прорастании зерна, — это интенсивно протекающий гидролиз высокомолекулярных соединений под влиянием соответствующих ферментов, активность которых сильно возрастает, начиная с самых первых часов процесса прорастания. Биологическое значение этих процессов заключается в том, что запасные вещества эндосперма переводятся в растворимое состояние и перемещаются к развивающемуся ростку.
С технологической точки зрения эти процессы отрицательно влияют на хлебопекарные свойства муки; однако степень этого влияния зависит от очень многих факторов. В отдельных случаях хлебопекарные свойства пшеничной муки улучшаются при наличии в нормальном зерне некоторого количества проросшего зерна; в большинстве же случаев отмечается ухудшение технологических свойств муки и качества продукции.
Многочисленные исследования общего химического состава муки из зерна различных стадий прорастания и ее смесей с нормальным зерном подтвердили сделанные ранее выводы. По мере прорастания зерна понижается общее содержание белкового азота и повышается суммарное количество растворимых в воде веществ (белков и углеводов). Общий выход сырой и сухой клейковины на первых стадиях прорастания не изменяется совсем или изменяется очень незначительно, но в дальнейшем он понижается. На последних стадиях, когда масса эндосперма зерна уже сильно снизилась, клейковина настолько деградирует, что отмывается с трудом или совсем не отмывается. Если учесть, что зерно поздних стадий прорастания имеет небольшую массу и легко отделяется на зерноочистительных машинах, можно сделать вывод, что практически мука из такого зерна на хлебопекарные предприятия не поступает. Таким образом, пониженный выход сырой клейковины не является характерным признаком неполноценной муки с примесью проросшего зерна. Более существенное значение имеет изменение свойств клейковины и теста в целом.
Полученные в последнее время данные подтвердили Наличие сложной взаимосвязи между отдельными компонентами проросшего зерна и клейковинным комплексом, отмываемым из теста. Прежде всего было изучено изменение общего количества и свойств липидной фракции цельного зерна и изолированного из него зародыша.

Как видно из данных табл. 155, по мере прорастания зерна содержание жира понижается, причем в зародыше этот процесс идет более интенсивно, чем в остальной части зерна. Так, уже на вторые сутки прорастания зерна содержание липидов в зародыше понижается в 2 раза, тогда как в части без зародыша только на 0,9% по отношению к исходному. Наряду с интенсивным потреблением жира зародыша в процессе прорастания наблюдается сильно выраженный гидролиз оставшейся липидной фракции; кислотное число возрастает вдвое уже на первые сутки и повышается в дальнейшем. Изменения липидной фракции зерна непосредственно влияют на качество клейковины. Если удельная растяжимость клейковины, полученной из цельного зерна, по мере прорастания несколько повышалась, то при удалении зародыша, содержащего значительное количество гидролизованного жира, наблюдалось резко выраженное ослабление клейковины (табл. 156). Аналогичное явление происходит и при удалении липидной фракции из цельного зерна и из зерна без зародыша. Из зерна трехсуточного прорастания после обезжиривания отмывалось клейковины примерно столько же, сколько и из необезжиренного, но клейковина слабая и определить ее растяжимость было невозможно.

Эти данные полностью подтверждают, что продукты гидролиза липидной фракции зерна при прорастании оказывают определенное влияние на свойства клейковины; находящиеся в этой фракции непредельные жирные кислоты действуют в сторону укрепления клейковинного студня. Аналогичные данные, совпадающие с результатами предыдущих исследований, были получены недавно другими исследователями.
При обезжиривании муки из проросшего зерна удельная растяжимость клейковины резко повышалась по сравнению с клейковиной контрольного образца муки.
В случае поступления на мельницы и хлебозаводы проросшего зерна и муки из него, технолог имеет дело не с искусственно обезжиренным или лишенным зародыша продуктом, а с естественным сырьем, в состав которого входит большее или меньшее количество зародыша, в зависимости от выхода муки. Поэтому необходимо выяснить, в какой мере примесь муки из проросшего зерна влияет на выход и свойства клейковины.

В табл. 157 представлены данные, характеризующие муку с примесью проросшего зерна (2-суточное прорастание) и нормальную муку. С повышением примеси проросшего зерна повышается газообразующая: способность и титруемая кислотность муки. Различия в величине выхода сырой и сухой клейковины незначительны. Величина удельной растяжимости снижается. Были проведены специальные опыты по определению свойств клейковины по пластометру; полученные результаты были обработаны математически.

Как видно из данных табл. 158, примесь проросшего зерна в количестве 5 и 10% не влияет на свойства клейковины; расчетный критерий Стьюдента в этих случаях меньше теоретического. Реальное изменение свойств клейковины отмечается только при, добавлении 25 и 50% проросшего зерна, так же как и в случае муки, смолотой из проросшего зерна. Таким образом, фактор укрепления клейковины при добавлении проросшего зерна можно считать доказанным. Это положение подтверждается также опытами по определению величины расплываемоети ее шарика (табл. 159): по мере повышения процента примеси проросшего зерна расплываемость шарика снижается. При определении расплываемости шарика теста наблюдалось обратное явление — консистенция теста по мере увеличения в тесте количества проросшего зерна становилась слабее; диаметр шарика значительно увеличивался при трехчасовом автолизе (табл. 160). В тесте, вероятно, протекают процессы, которые влияют на реологические ее свойства; это влияние оказывается более сильным по сравнению с влиянием продуктов гидролиза жира на белковые вещества клейковины. Возможно, что тесто разжижается под воздействием протеолитических ферментов, которые при отмывании клейковины удаляются, и, таким образом, последняя, будучи изолирована из теста, находится под воздействием только непредельных жирных кислот. Возможно также, что в данном случае играют роль и ферменты, гидролизующие полисахариды, в частности пентозаназы, расщепляющие пентозаны, придающие вязкость тесту. Все эти предположения заслуживают глубокого изучения. Результаты исследований данного вопроса помогут понять структуру пшеничного теста и роль белковых веществ и углеводов в изменении реологических свойств этой сложной системы.

Качество хлеба, выпеченного из муки с примесью проросшего зерна, изучалось многими исследователями, установившими, что основным дефектом получаемого продукта является липкость, неэластичность мякиша — «сыропеклость». Непосредственной причиной этого дефекта является повышенное содержание в хлебе растворимых в воде веществ, обусловленное интенсивным гидролизом крахмала под влиянием α-амилазы.

Этот процесс происходит наиболее интенсивно при выпечке, так что количество водорастворимых веществ в мякише выпеченного хлеба повышается в несколько раз по сравнению с тестом перед выпечкой. Объем же формового хлеба из муки с примесью проросшего зерна превосходит объем хлеба, выпеченного из нормальной муки (табл. 161). Таким образом, белковая фракция зерна в процессе его прорастания изменяется незначительно, поэтому и не снижается газоудерживающая способность теста, приготовленного из муки, смолотой из этого зерна.

Для уточнения характеристики дефектного мякиша, его реологические свойства — общая, упругая и остаточная деформация и относительная упругость — были сопоставлены с содержанием в нем водорастворимых веществ. Для этой цели были использованы два прибора — пенетрометр АП-4 и прибор Николаева. Каждый образец хлеба анализировался многократно, полученные данные обрабатывали методами вариационной статистики. Рассчитывали также коэффициенты корреляции между изучавшимися признаками, характеризующими качество мякиша. Полученные данные показали, что с повышением содержания водорастворимых веществ в мякише хлеба его относительная упругость снижается. Между этими показателями имеется четко выраженная корреляционная зависимость, коэффициент корреляции между относительной упругостью, определяемой на пенетрометре АП-4 и на приборе Николаева, составляет соответственна — 0,60±0,06 и 0,70±0,08. Таким образом, относительная упругость мякиша понижается в результате интенсивного гидролиза крахмала в процессе выпечки хлеба.
В связи с этим была подробно изучена фракция крахмала муки нормальной и полученной из проросшего зерна пшеницы. Отмытый из этих образцов муки крахмал не отличался по набухаемости при температуре 100° C (т. е. в условиях клейстеризации). Вязкость суспензий их: после повышения температуры свыше 90° С была различной. Сопоставление вязкости суспензий нормальной муки и муки из проросшего зерна показало, что в случае клейстеризованной муки различия между этими образцами выражены значительно сильнее, чем различия между крахмалом из этих образцов муки. Это, вероятно, объясняется тем, что в процессе изолирования крахмала происходит удаление адсорбированных на крахмальных зернах амилолитических ферментов.

Для более подробного изучения крахмальных полисахаридов обоих образцов был применен хроматографический адсорбционный анализ на колонках из окиси алюминия по методу Ульмана. Материалом для анализа служили суспензии крахмала, нагретые до 80° С, которые после предварительного центрифугирования пропускали через хроматографические колонки, имевшие кислую зону (верхняя), нейтральную (средняя часть колонки) и щелочную (нижняя). В кислой части колонки адсорбируется амилопектин, а в нейтральной и щелочной — амилоза. Адсорбированные полисахариды проявлялись раствором йода в йодистом калии. На полученных хроматограммах (рис. 108) видно, что существенных различий в составе крахмальных полисахаридов из нормального и проросшего зерна не наблюдается. Так, синяя зона (C1) высокополимеризованной амилозы у первого образца составляет 40 мм, у второго (C2) — 38 мм, высота зон низкополимеризованной амилозы соответственно фиолетовые 10 мм Ф1 и 8 мм Ф2, розовые по 30 мм (Р1 и P2). Эти данные позволяют сделать вывод, что в процессе отмывания крахмала из проросшего зерна были удалены как амилолитические ферменты, так и продукты гидролиза крахмала, и последний по своим свойствам мало отличается от крахмала, отмытого из нормального зерна.
Совершенно другие данные были получены при хроматографическом анализе растворов крахмала, полученных из хлебцев, выпеченных из муки тех же образцов. В этих опытах обнаружены существенные различия по высоте и цвету образующихся на колонках зон. На хроматограмме раствора крахмала из нормального мякиша хлеба в зоне амилозы наблюдается лишь слабая голубая полоса высотой 33 мм (Г3) со следами фиолетовой и розовой окраски, на хроматограмме раствора из дефектного мякиша хлеба в нижней части колонки отмечается большая фиолетовая (62 мм Ф4) и небольшая розовая (18 мм P4) зона, характерная для низкополимеризованной амилозы.
Эти данные показывают, что глубокие различия в свойствах, мякиша хлеба из нормального и проросшего зерна проявляются только в результате гидролиза крахмала в процессе выпечки. Качество хлеба из проросшего зерна может быть улучшено в том случае, если будут инактивированы амилолитические ферменты на последней стадии процесса, т. е, в стадии выпечки.
В дальнейших исследованиях технологических свойств муки из проросшего зерна был применен метод синтетического теста для выяснения вопроса о том, в какой мере изменяются при прорастании белковые вещества. С этой целью мука из проросшего и нормального зерна была фракционирована по методу Гесса, модифицированному Козьминой, на фракцию промежуточного белка и фракцию прикрепленного белка. Обычным отмыванием была получена фракция чистого крахмала.

Содержание азота и белка в этих фракциях приведено в табл. 162. Из этих фракций готовили смеси (синтетическая мука), из расчета, чтобы полученный продукт содержал столько же белка, сколько и исходная мука, т. е. 12%. Из полученных смесей микрометодом ВИР выпекали хлеб, в котором определяли количество водорастворимых веществ и качество мякиша. Из приведенных в табл. 163 данных видно, что хлеб нормального качества был получен из четырех смесей; из них две представляли собой смеси, составленные из фракций нормального зерна (образец I и II), а две составлены из промежуточного белка проросшего зерна и крахмала или прикрепленного белка нормального зерна. Очень дефектный хлеб был получен из смесей, состоящих из прикрепленного белка или крахмала проросшего зерна и промежуточного белка нормального или проросшего зерна (образцы III, IV, VII и VIII).

Поскольку фракцию прикрепленного белка можно рассматривать как фракцию, содержащую в основном крахмал, сохранивший на своей поверхности небольшое количество белка, результаты этих опытов доказывают, что основная часть активной α-амилазы содержится именно в этой фракции; основной белковый субстрат клеток эндосперма проросшего зерна, вошедший во фракцию промежуточного белка, по-видимому, не содержит этого фермента в таком количестве, чтобы он мог повлиять на свойства нормального крахмала в процессе выпечки.
При этом следует отметить, что хлебцы, полученные из фракций проросшего зерна, имели больший объем, чем объем хлебцев из нормального зерна. В этих опытах удалось разграничить фракции муки из проросшего зерна, отделив белковую фракцию, обладающую нормальными технологическими свойствами, от резко дефектной фракции крахмала. Таким образом, хлебопекарные свойства муки из проросшего зерна обусловливаются крахмалом и гидролизующими его ферментами.
Следует также отметить, что мука из проросшего зерна содержит большое количество сахаров, в основном мальтозу, что обусловливает более интенсивное брожение теста, а также быстрое и сильное зарумянивание корки хлеба при выпечке. Последнее объясняется присутствием значительного количества восстанавливающих сахаров и продуктов гидролиза белков, вследствие чего реакция меланоидинообразования идет более интенсивно.