Читайте также:
|
В промышленности используется метод биоконверсии ферментативного или кислотного гидролизатов зерносырья, содержащих моно- и олигосахара. В качестве крахмалсодержащего растительного сырья используются различные зерновые культуры: как голозёрные (кукуруза, рожь, пшеница), так и плёнчатые (овёс, просо, рис, ячмень), а также поражённое зерно и отруби. В зерне синтезируются полисахариды, относящиеся к двум классам: структурные (целлюлоза, гемицеллюлоза) и запасные полисахариды (крахмал, фитоглютен, фруктозаны). Структурные полисахариды образуют клеточные стенки, запасные − временный или постоянный запас связанного углерода и энергии
Запасной полисахарид крахмал является основным углеводным компонентом зерносырья, он и продукты его гидролиза являются лучшими источниками углерода в процессах биоконверсии. Крахмал состоит из двух компонентов – разветвлённого амилопектина и неразветвлённой амилозы. Остатки глюкозы в линейных участках амилопектина связаны α-1,4-глюкозидными связями. Разветвление в амилопектине проходит через α-1,6- связи. Средняя длина неразветвлённой цепи в амилопектине равна 18-27 ангидроглюкозным остаткам.
В амилозе цепи состоят из 3800 a-D-ангидроглюкопиранозных звеньев, которые соединены посредством α-1,4-глюкозидными связями. Принято считать, что пространственная конфигурация цепной макромолекулы амилозы имеет спиральную форму, чем отличается от формы молекулы целлюлозы. Каждый виток спирали состоит из 6 глюкозных остатков. Содержание амилозы в различных крахмалах представлено в таблице 1.5.
В обычных злаках содержание амилозы колеблется в пределах от 14 до 26% от общего количества крахмала. Крахмалы различных восковидных сортов кукурузы, риса, ячменя и т.д. лишены амилозы.
1.5. Типичные составы крахмала различного происхождения
| Наименование материала | Содержание амилозы, % | Число глюкозидных остатков на концевую группу, определённых | Расчётное число глюкозных остатков в боковой цепи молекулы амилопектина | |
| с КIO3 | метилированием | |||
| Крахмал картофеля | ||||
| Крахмал - саго | - | |||
| - тапиоки | - | |||
| - жемчужной маниоки | - | |||
| - риса | ||||
| - кукурузы | - | |||
| - кукурузы восковидной | ||||
| - пшеницы | - | |||
| - банана |
Остальные полисахариды называют некрахмальными (НПС). К ним относятся структурные полисахариды: гемицеллюлозы и целлюлоза.
Гемицеллюлозы злаковых культур являются гетерополисахаридами. Основная цепь полисахаридов обычно состоит из остатков моносахаридов одного типа, связанных β-связями, а боковые ветви образованы другими моносахаридами, присоединёнными к основной цепи. При гидролизе гемицеллюлоз образуется ряд моносахаров: ксилоза, арабиноза, глюкоза, манноза, галактоза. Наряду с моносахаридами образуются также глюкуроновая и галактуроновая кислоты. Гемицеллюлозы зерносырья в основном состоят из пентозанов.Пентозаны (основная часть гумми) в зерносырье представленыполисахаридамиксиланом, арабинаном, арабиногалактаном, арабиноманнаном, арабиноглюканом и арабиноксиланом. Основными гемицеллюлозами клеточных стенок злаковых являются арабиноксиланы с небольшим количеством глюкуроновой кислоты, у двудольных − ксилоглюканы. Значительное количество гемицеллюлоз ячменя, овса и ржи представлены β-глюканами.
Моносахариды и олигосахариды в зерне злаков и продуктах их переработки (отрубях) представлены глюкозой, сахарозой, фруктозой, раффинозой; преобладает сахароза и в небольшом количестве имеются три- и тетрасахариды. В семенах растений встречается стахиоза (соя) и вербаскоза (соя, люцерна, вика).
Пектиновые полисахариды зерносырья состоят из полиуроновых кислот и нейтральных сахаров: рамнозы, галактозы, ксилозы др. Основная цепь пектинов состоит из D-галактуроновой кислоты и рамнозы. Строение пектинов определяет их свойства как структурообразователей и гелей.
Целлюлозу крахмалсодержащего сырья называют клетчаткой. Наибольшее её количество наблюдается в свежеубранном зерне. При употреблении растительной пищи клетчатка растений в животных организмах улучшает пищеварение, способствует выведению из организма продуктов распада, способствует синтезу витаминов групп В и К и усвоению витамина С.
Азотистые вещества в здоровом зерне представлены в основном белками (5-26%). Содержание некоторых белков в зерновых культурах представлено в таблице 1.6.
1.6. Содержание белков в зерне различных культур (%)
| Наименование белка | Пшеница | Рожь | Ячмень | Овёс | Кукуруза | Просо |
| Альбумин | 0,5 | |||||
| Глобулин | ||||||
| Проламин | ||||||
| Глютелин |
Часть белков выполняет структурную роль, другая часть представлена ферментами. В зерне обнаружены белки: альбумины, глобулины, проламины, глютелин. Представителями альбуминов в пшенице является лейкозин, глобулинов в ячмене – эдестин, в пшенице – глютелин; проламинов – глиадин пшеницы, зеин кукурузы, гордеин ячменя, авенин овса; глютелинов – зеин кукурузы. Свободных аминокислот, амидов и пептидов немного. Содержание небелкового азота (включая аммонийный) составляет в среднем 2%.
Химический состав зерна отдельных видов злаков и зерноотходов представлен в таблице 1.7.
1.7. Химический состав зернового сырья (%)
| Наименова-ние культуры | Белки | Крах-мал | Сырой жир | Сырая клет-чатка | Cаха- ра | Гемицеллюлозы | Зола | ||
| глю-каны | пентозаны | ||||||||
| сумма | арабино- ксиланы | ||||||||
| Пшеница | 9-26 | 49-73 | 1,9-2,2 | 2,7-2,8 | 4,3 | 1,0 | 8,0 | 6,6-7,6 | 1,6-2,2 |
| Рожь | 9-19 | 65-73 | 1,7-2,0 | 2,2-2,4 | 5,0 | 2,4 | 10,0 | 8,7 | 1,7-2,0 |
| Кукуруза | 5-20 | 61-83 | 4,0-4,6 | 2,1-2,2 | 3,0 | 1,3 | 7,0 | 4,3-5,5 | 1,3 |
| Овёс | 8-26 | 24-64 | 4,5-5,5 | 10,3-14 | 2,0 | 3,3-4,3 | 13,0 | 5,8-8,5 | 3,0-3,8 |
| Ячмень | 7-25 | 45-68 | 2,0-2,2 | 5,5-6,0 | 4,0 | 4,8 | 11,0 | 6,6-7,3 | 2,4-3,5 |
| Рис | 5-11 | 48-68 | 2,1-2,3 | 8,4-12 | 3,6 | 0,4-2,2 | 1,5 | - | 5,1-6,0 |
| Просо | 8-12 | 51-70 | 3,6-4,6 | 9,0-11 | 3,8 | - | 2,0 | - | 2,8-4,0 |
| Отруби пшеничные | 11,9- 16,1 | 11-24 | 2,7-4,2 | 8,9-9,0 | 4,7 | 2,1 | 20,64 | 23,8 | 4,5-6,3 |
| Отруби ржаные | 14,8 | 21,5 | 3,4 | 7,0-8,5 | - | - | 18,5 | - | 4,8-5,8 |
Из данных таблицы видно, что зерновые культуры содержат легкогидролизуемые углеводы: крахмал в количестве 24-83%, гемицеллюлозы: пентозаны – 1,5-20%, β-глюканы − 0,4-4,8%; сахара – 2-5%. Много пентозанов в овсе (13-15%), ячмене (9-13%) и ржи (10%). В незрелых зёрнах ржи и пшеницы в значительных количествах найдены фруктозаны.
В зернах ячменя и пшеницы присутствуют маннаны. Маннаны способны стимулировать синтез интерферона, корректировать химический состав пищевых продуктов, вызывать образование некрозов в отдельных видах опухолей, обладают адаптогеным свойством. Структурный элемент маннана – манноза обладает ростовыми, иммуномодулирующими и радиопротекторными свойствами, а также гиполипидемическим действием. Её отсутствие или дефицит приводит к блокированию биохимических процессов в организме и в дальнейшем может привести к различным заболеваниям, например таким, как сахарный диабет.
Пектиновых веществ в зерне относительно немного.
Отруби в сравнении с зерновыми культурами содержат меньшее количество крахмала – 11-24% и большее пентозанов – 20,64%, количество сахаров на одинаковом уровне. Содержание трудногидролизуемых полисахаридов – сырой клетчатки (целлюлозы) в пшеничных и ржаных отрубях больше, чем в зерне пшеницы и ржи, но на одинаковом уровне с содержанием этих углеводов в таких зерновых культурах, как овёс, рис и просо.
Слизь семян ржи содержит около 90% пентозанов. Много слизей содержится в оболочках ржи.
Клеточные стенки оболочек зерна выполняют защитную функцию, поэтому содержат до 30% целлюлозы и арабиноглюкоуроноксиланов. В плодовой оболочке зёрен злаков содержится лигнин. Клеточные стенки эндосперма и алейрона зёрен злаков преимущественно (до 90%) состоят из арабиноксиланов, β-глюканов, целлюлозы, гетероманнанов и белка.
Полисахариды благодаря строению своих молекул обладают рядом таких физико-химических свойств, как сорбционные, комплексообразующие и ионообменные, а также водоудерживающей способностью и растворимостью в воде.
Одним из компонентов клеточных стенок зерновых культур является вода. Её содержание зависит от природы полисахаридов матрикса, с которыми она образует ассоциаты и гелеподобные структуры, а также от степени лигнификации стенок (чем больше лигнина, тем меньше влаги).
Полисахариды и белки обладают высокой способностью сорбировать воду. Особенно высокой сорбционной способностью по отношению к воде отличаются пентозаны. Они могут поглощать в 10 раз больше воды, чем составляет их масса. Растворы пентозанов имеют в 15 раз большую вязкость, чем растворы глобулярных белков. В зерне ржи больше, чем у пшеницы, развиты клеточные стенки оболочек зерна и алейронового слоя. Полисахариды ржи − полифруктозиды и пентозаны − увеличивают свою объёмную массу при гидратации в 6-8 раз, а 50% белков способно к неограниченному набуханию.
Растворимость в воде полисахаридов зависит от длины их молекулярной цепи и количества ответвлений на этой цепи. Некрахмальные полисахариды, в том числе и арабиноксиланы, присутствуют в зерне как в растворимой, так и в нерастворимой формах. Наличие некрахмальных полисахаридов в зерносырье влияет на общие питательные свойства корма. Растворимые арабиноксиланы повышают вязкость химуса у животных и тем самым снижают скорость диффузии и усвояемость питательных веществ, а также повышают вероятность развития патогенной микрофлоры. Нерастворимые арабиноксиланы, входящие в состав стенок растительных клеток, участвуют в инкапсуляции питательных веществ: крахмала и белков. Ферментативный гидролиз крахмала и белков становится возможным только после термомеханической и ферментативной деградации клеточных стенок.
Вместе с тем полисахариды, как нерастворимые, так и растворимые, обладают физиологической активностью, регулируя в организме животного концентрации вредных веществ, и тем самым выполняют защитные функции
В зерносырье присутствует полный набор гидролитических ферментов. Уровень активности гидролаз зависит от физиологического состояния зерна, этапа его развития. В процессе созревания зерна активность ферментов снижается и достигает определённого уровня. В процессе хранения зерна под действием ферментов идёт снижение растворимых полисахаридов, увеличивающих вязкость содержимого кишечника животных. Это способствует повышению питательной ценности зерна.
Дата добавления: 2015-10-02; просмотров: 125 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Анатомическое строение зерна | | | Питательная ценность крахмалсодержащего сырья |