Видовая и сортовая специфичность крахмала
Наиболее изученным в этом отношении является крахмал пшеницы, риса и кукурузы. Исследование крахмала других злаков еще только начинается. В работах сопоставлены признаки, характеризующие крахмал различных видов пшениц. Относительная вязкость крахмала, растворенного в 30%-ном растворе салицилата натрия, оказалась практически одинаковой у твердой пшеницы и мягкой. Более низкими цифрами относительной вязкости отличается крахмал пшеницы спельта и полбы. Величина относительной вязкости существенно зависит от размеров крахмальных зерен. Мелкие зерна дают менее вязкие раствори. Определение содержания амилозы и амилопектина в зернах разной величины могло бы дать этому объяснение. Величина удельного вращения растворов крахмала колеблется в широких пределах для каждого вида пшеницы, и установить какую-либо закономерность в этом отношении не удается.
В этих исследованиях было четко показано, что крахмал твердой пшеницы легче поддается осахариванию, чем крахмал пшеницы мягкой.
Позже удалось выявить, что крахмал высокостекловидной твердой пшеницы подвергается механическому разрушению при размоле в большей степени, чем крахмал пшеницы с мучнистой консистенцией эндосперма.
В позднейших исследованиях изучали крахмал, полученный из зерна мокрым способом, т. е. отмыванием его из сильно увлажненного зерна. В данном случае механическое повреждение зерен крахмала при размоле исключалось. Сопоставляли препараты, полученные из пшеницы яровой краснозерной высокостекловидной, озимой высокостекловидной и мучнистой, а также из четырех сортов пшеницы твердой. Существенных различий в соотношении крахмальных полисахаридов — амилозы и амилопектина — в крахмале изученный образцов обнаружить не удалось, так же как и в величине относительной вязкости и в количестве йода, сорбированного амилозой.
Наибольшие различия между сортами проявляются в значениях вязкости растворов крахмала в 1 н. растворе КОН, однако какие-либо закономерности в поведении крахмала различных качественных групп пшеницы найти трудно. Варьирует в некоторых пределах и ВПС крахмала, выражаемая в граммах сорбированной воды. Наибольшие величины этого показателя характеризуют сорта твердой пшеницы, аналогично способности поглощать йод.
Сравнение крахмала сортовой пшеницы, отмытого мокрым способом, с товарным крахмалом, полученным из предварительно размолотого зерна, показало, что по величине ВПС и количеству сорбированного йода последний резко отличается от первых, обладая значительно более высокой ВПС. Это дает возможность предположить, что важнейшим фактором, влияющим на указанные признаки, является повреждение крахмальных зерен при размоле.
Исследование образцов крахмала в амилографе обнаружило более низкую температуру клейстеризации крахмала из пшеницы твердой.
Образцы мягкой пшеницы отличались друг от друга по величине максимальной высоты амилограммы (в пределах 530—740 единиц прибора) и по высоте амилограммы при охлаждении до температуры 50° С.
В других работах образцы крахмала разных сортов пшеницы получали при растворении белковых и других компонентов, муки в смеси сульфита натрия и аммиачного раствора окиси меди.
Методом суспендирования в воде крахмал разделяли на крупно- и мелкозериый. Кривые клейстеризации суспензий крахмала в буферном растворе при pH4,4 получались в вискографе Брабендера с программированным подъемом температуры. Закономерной зависимости показателей клейстеризации от размеров зерен крахмала обнаружить не удалось; в некоторых случаях мелкий крахмал дает более высокую вязкость, в других — наблюдается обратное. По величине максимального значения вискограммы крахмал и цельная мука различных сортов заметно отличаются друг от друга. Например, крахмал из Манитобы 2 дает большую высоту вискограммы, однако установить связь между хлебопекарной способностью и этим показателем невозможно.
В серии исследований крахмал сортов и товарных классов пшеницы извлекался мокрым способом. Обработка его смесью формамида с сульфатом аммония и сульфосалициловой кислотой показала, что при этом не происходит переход амилозы в раствор, как при механическом повреждении крахмала при размоле. Поэтому образцы сортового крахмала обнаруживают очень слабую способность к гидролизу β- и α-амилазой и амилоглюкозидазой. Товарные же образцы осахариваются указанными ферментами более интенсивно. В них же было определено содержание амилозы и амилопектина, степень полимеризации амилозы Pw и средняя длина цепочки амилопектина.
Содержание амилозы варьировало в крахмале пшениц разного происхождения в узких пределах (22,3—24,6%), что близко к полученным ранее данным. Степень полимеризации линейного компонента крахмала составляет 1000—2900, средняя длина разветвленного компонента колебалась в пределах от 17 до 25 единиц глюкозы. Наряду с этими данными были выявлены интересные закономерности во взаимоотношениях крахмальных полисахаридов с показателями коллоидных свойств крахмала. Так, максимум и конечная вязкость по вискографу обнаруживают четко выраженную отрицательную связь с содержанием амилозы в крахмале, а степень полимеризации амилозы положительно коррелирует с консистенцией 45%-ного геля крахмала.
В исследованиях влияния условий выращивания на свойства крахмала твердой и мягкой пшеницы было показано, что соотношение количества крупных и мелких зерен крахмала зависит от условий увлажнения при созревании пшеницы. При умеренном увлажнении накапливается больше крупнозерного крахмала, который отличается от мелкозерного (табл. 68).
Крахмал мягкой и твердой пшеницы неоднократно сопоставляли с крахмалом ржи и Тритикале, полученной скрещиванием ржи с твердой пшеницей.
В таблице 69 приведены некоторые данные анализа крахмала, выделенного из муки пшеницы, ржи и Тритикале. Из этих данных видно, что по содержанию фосфора, плотности зерна, вязкости крахмал Тритикале практически не отличается от крахмала родительских форм. Наибольшей плотностью зерна крахмала характеризуется мягкая яровая пшеница, что свидетельствует о его более компактной структуре, а наименьшей — рожь.
Существенные различия в свойствах крахмала Тритикале и ее родителей обнаруживают при сравнении амилограмм муки и отмытого из нее крахмала (табл. 70). Мука ржаная и Тритикале дают характерные очень низкие амилограммы, свидетельствующие об интенсивной деполимеризации крахмальных полисахаридов амилолитическими ферментами.
Выделенный из муки путем многократного промывания крахмал Тритикале при клейстеризации дает амилограмму большей высоты, чем амилограммы крахмала твердой и мягкой пшеницы. Это можно объяснить только тем, что и процессе отмывания крахмала ржи и Тритикале из него удаляется α-амилаза и при клейстеризации в амилографе не происходит его гидролиза. Подтверждение этого предположения было получено позднейшими исследованиями. В данном случае изучаемый крахмал ржи и Тритикале давал амилограммы, близкие по высоте к амилограмме ржаной муки, т, е, порядка 100 единиц Брабеидера. Добавление к суспензии азотнокислого серебра, являющегося мощным ингибитором α-амилазы, обусловило получение амилограммы такой же высоты, как для нормальной пшеничной муки. Отсюда можно сделать очень важный вывод о том, что основные биохимические различия между рожью и Тритикале, с одной стороны, и пшеницей твердой и мягкой, с другой, заключаются в присутствии в зрелом зерне активной α-амилазы. У пшениц мягкой и твердой этот фермент появляется только при прорастании зерна.
Общее содержание крахмала в зерновке риса и соотношение амилозы и амилопектина в нем колеблется в большой степени в зависимости от сортовых особенностей, почвенно-климатических условий, применения агротехники. Имеющийся в этом направлении материал дан в монографии. Наибольшее внимание при изучении риса привлекает вопрос о соотношении амилозы и амилопектина в крахмале. Содержание амилозы считается низким, если оно менее 20%, средним — при 20—25% и высоким — свыше 25%. Некоторые сорта так называемого глютинозного риса характеризуются восковидной консистенцией эндосперма. В крахмале такого риса амилоза совершенно отсутствует или присутствует в незначительном количестве.
В таблице 71 сопоставлены свойства крахмала филиппинских сортов обычного и глютинозного риса, отличающихся друг от друга только наличием у последнего гена восковидности. В данном случае крахмал этих сортов состоял только из амилопектина, амилоза же в нем отсутствовала. Температура клейстеризации крахмала была идентична у всех сортов, однако вязкость амилопектина восковидных сортов была заметно ниже. Длина линейной цепи амилопектина совершенно идентична у обоих сортов или же отличалась лишь на 1—2 глюкозные единицы.
Содержание амилозы в обычных сортах риса варьирует в широких пределах.
При изучении филиппинских сортов риса была сделана попытка установить корреляционную зависимость между содержанием амилозы в крахмале, конечной температурой клейстеризации и голубым числом, т. е. интенсивностью окраски крахмала с йодом, а также константами седиментации амилозы и амилопектина (табл. 72).
Следует отметить, что S20 последнего обнаруживает высокую положительную корреляцию с температурой клейстеризации. Это подтверждает данные тех же авторов о том, что увеличение молекулярной массы амилопектина, выражающееся величиной вязкости, сопровождается снижением температуры клейстеризации крахмала.
