Рост производства зерна является ключевой проблемой развития сельского хозяйства нашей страны. Зерно имеет большое народнохозяйственное значение. Из него вырабатывают крупу, муку, хлеб, булочные и макаронные изделия, пищевые концентраты и другие продукты питания.

В двенадцатой пятилетке предусмотрено довести производство зерна до 250-255 млн. т, зернобобовых – до 18-20 млн. т. Намечено увеличить валовые сборы пшеницы твердых и сильных сортов, пивоваренного ячменя, проса, гречихи и кукурузы.

По ботаническим признакам зерновые культуры подразделяют на хлебные злаки, гречишные и бобовые.

Хлебные злаки делят на типичные и просовидные. У типичных злаков (пшеница, рожь, овес, ячмень) зерновка (зерно) имеет овальную или веретенообразную форму. У просовидных культур (рис, просо, кукуруза) зерновка бывает удлиненной формы (у риса), шарообразной (у проса) и неправильной (у кукурузы).

Пшеница, рожь, кукуруза относятся к голозерным культурам, зерно у них сверху покрыто плодовыми оболочками (рис. 5). У пленчатых культур (овес, ячмень, рис, просо) зерно покрыто цветочными пленками.

Рис. 5. Строение зерна пшеницы:
1 – бородка; 2 – плодовая и семенная оболочки; 3 – алейроновый слой;
4 – эндосперм, 5 – зародыш

Зерновка злаковых культур состоит из оболочек, эндосперма и зародыша.

Цветочные пленки покрывают зерно ячменя, овса, проса, риса и в основном содержат клетчатку, гемицеллюлозы, минеральные соли, не имеют пищевой ценности и удаляются при переработке зерна. У ячменя они составляют в среднем 11%, у овса – 29%.

Плодовые оболочки составляют 2-5% массы зерновки и состоят из клетчатки, пентозанов, минеральных солей.

Семенные оболочки находятся под плодовыми и состоят из клетчатки, зольных элементов и красящих веществ, обусловливающих цвет зерна. В среднем на долю семенных оболочек приходится 1-2,5% массы зерна. При производстве крупы и муки семенные оболочки удаляют полностью или частично, так как они ухудшают потребительские свойства продукта.

Алейроновый слой – это внешняя часть эндосперма; основными веществами являются клетчатка, минеральные соединения, белки, сахара, липиды и витамины. На долю алейронового слоя в среднем приходится от 6% (просо) до 13% (овес).

Эндосперм (мучнистое ядро) состоит из крупных тонкостенных клеток, которые заполнены крахмалом, белками и другими веществами. Это основная, наиболее ценная в питательном отношении часть зерна. Из эндосперма пшеницы вырабатывают высокие сорта муки и манную крупу, которые характеризуются высокой усвояемостью. Но в эндосперме мало витаминов и минеральных веществ, что снижает его биологическую ценность. В среднем на мучнистое ядро приходится от 51% (овес) до 83% (пшеница).

Зародыш содержит значительное количество белков, жира, Сахаров, минеральных веществ, а также витамины и ферменты; крахмал практически отсутствует. В среднем на долю зародыша приходится до 3% массы зерна, у кукурузы – до 10%.

Гречишные культуры имеют зерновку трехгранной формы, которая покрыта сверху плотными плодовыми оболочками (22%). Особенностью строения зерна гречихи является S-образяое расположение зародыша (12%); консистенция эндосперма (62%) мучнистая. Представителем этой группы является гречиха обыкновенная.

Бобовые культуры (горох, фасоль, чечевица, соя) имеют семя, состоящее из двух семядолей (92%), покрытое семенной оболочкой (до 8%). Все питательные вещества сосредоточены в семядолях; содержание белков вдвое больше, чем в хлебных злаках.

ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЗЕРНА

Химический состав зерна различных культур не является постоянным и зависит от сортовых особенностей, условий выращивания и уборки.

Азотистые вещества зерна почти на 90% представлены белками, на долю небелкового азота приходится примерно 10%. Содержание белков в злаковых культурах колеблется от 7,3% (в рисе) до 12,7% (в пшенице), в гречихе – 11,6%, в бобовых – до 34,9% (в сое).

Основными белками зерна являются альбумины (растворимые в воде), глобулины (растворимые в растворах нейтральных солей), проламины (спирторастворимые) и глютелины (растворимые в слабых растворах щелочей). Содержание этих белков в различных культурах значительно колеблется.

Белки зерновых культур по аминокислотному составу являются полноценными, так как они содержат все незаменимые аминокислоты. Однако в недостаточном количестве содержатся некоторые незаменимые аминокислоты, что обусловливает невысокую биологическую ценность зерна. Лучшее соотношение лимитирующих аминокислот выявлено в белках ржи, гречихи и риса. Белки проса т кукурузы менее ценны по аминокислотному составу. Белки пшеницы (глиадин, глютенин) при набухании образуют связную, эластичную массу – клейковину, которая играет большую роль в хлебопечении и обусловливает прочность макаронных изделий. Белки других культур при обычных условиях клейковину не образуют.

Углеводы зерна 

Представлены крахмалом, сахарами, клетчаткой, гемицеллюлозами и гумми-веществами (слизями).

Крахмала в зерне содержится от 36% (в овсе) до 60% (в кукурузе), в сое – 3,5%. Он сосредоточен в основном в эндосперме зерна и семядолях бобовых культур. Крахмальные зерна различных культур отличаются по форме и размеру. Самые мелкие крахмальные зерна у риса, крупные – у пшеницы.

Свойства продуктов из зерна обусловлены влагоемкостью крахмальных зерен, скоростью и температурой клейстеризации при нагревании с водой и способностью клейстера дольше сохранять свои аморфные свойства. Так, клейстеризованный крахмал ржи и пшеницы по сравнению с крахмалом ячменя, кукурузы и бобовых дольше сохраняет свои свойства, что обусловливает более медленное черствение хлеба из ржаной и пшеничной муки.

Способностью крахмала сравнительно быстро и в достаточном количестве поглощать влагу можно объяснить высокие кулинарные достоинства пшена, риса, гречневой крупы. Крахмальные зерна ячменной, кукурузной крупы и гороха медленно поглощают влагу при нагревании, долго варятся, а каша имеет, как правило, плотную консистенцию.

Сахара содержатся в зерновых культурах в количестве до 2,2%, в сое – до 10% и сосредоточены в основном в зародыше. Основным сахаром является сахароза, количество глюкозы и фруктозы незначительно.

Клетчатка и гемицеллюлозы в основном находятся в оболочках зерна, причем в пленчатых культурах, где имеются цветочные пленки,– в значительных количествах. Эти вещества не усваиваются организмом человека.

Гумми вещества характерны для ржи и овса и с водой дают густые вязкие растворы. Этим объясняется вязкая структура ржаного теста и мазеобразная консистенция овсяной каши.

Липиды (жир и жироподобные вещества) 

Составляют 2,5- 4,8% массы зернам сосредоточены в основном в зародыше (у пшеницы – до 15%, у кукурузы – до35%). В эндосперме их мало – до 1,5%. Липиды зерна имеют жидкую консистенцию, что связано с особенностями состава. Состав липидов обусловливает стойкость продуктов из зерна при хранении: преобладание непредельных жирных кислот обусловливает быструю порчу продукта. Нестойки в хранении липиды проса, овса и кукурузы, стойки – липиды гречихи.

Содержание минеральных (зольных) веществ в зерне 1,2-1,8%, в пленчатых культурах их больше, в сое – до5%. В состав зольных веществ входят фосфор, калий, магний, кальций, натрий, железо, кремний, сера, хлор и в незначительных количествах марганец, цинк, никель и др. Хорошим, благоприятным минеральным составом отличается гречиха.

Основная масса минеральных веществ находится в оболочках, алейроновом слое и зародыше, в небольшом количестве – в эндосперме. При производстве высоких сортов муки и шлифованных круп значительная часть минеральных веществ удаляется при отделении оболочек.

Основными витаминами зерновых культур являются тиамин (В₁), рибофлавин (В₂),ниацин (РР), токоферол (витамин Е). Большая их часть сосредоточена в зародыше и алейроновом слое. При переработке зерна, как правило, удаляются зародыш и большая часть алейронового слоя, поэтому получаемые продукты обеднены витаминами. Так, при выработке высоких сортов пшеничной муки теряется до 70% витаминов.

Ферменты зерна

Участвуют в синтезе сложных веществ при его созревании, а также обусловливают биохимические процессы, связанные с гидролизом липидов, крахмала, белков. При неблагоприятных условиях хранения (высокая влажность продукта, повышенная температура) резко возрастает активность ферментов, что приводит к снижению качества зерна, крупы, муки.

Красящие вещества (пигменты)

Обусловливают определенную окраску зерна. Хлорофилл придает зеленую окраску незрелым зернам; лишь некоторые сорта ржи в зрелом состоянии имеют зеленый цвет; содержится он в основном в оболочечных частях. Каротиноиды – пигменты желтого и оранжевого цветов, содержащиеся также в оболочках зерна.

Качество зерна зависит от содержания в нем влаги. Сухое зерно (влажность 14-14,5%) хорошо сохраняется, так как содержит влагу в связанном состоянии. Влажное зерно, в котором количество воды 17% и более, содержит влагу в свободном состоянии, в результате чего активизируются биохимические процессы, связанные с действием ферментов и развитием микрофлоры, что приводит к ухудшению качества продукта.