Пищевая ценность зерна и продуктов его переработки определяется химическим составом, усвояемостью веществ, образующих их, и колеблется в зависимости от многих факторов. Зерновые культуры, относящиеся к разным семействам, отличаются не только соотношением питательных веществ, но и их составом и свойствами.

Зерно злаков, как видно из табл. 1, не имеет резких различий по количеству содержащихся веществ, но характеризуется определенными особенностями.

Ядро пленчатых культур после удаления цветковой пленки по содержанию основных веществ приближается к химическому составу голозерных злаков.

Белки - важнейшие вещества, входящие в состав любой живой клетки. Их содержание в зерне, состав и свойства определяют технологические и пищевые достоинства продуктов переработки зерна. Белки злаков неоднородны по составу. На долю альбуминов (водорастворимых фракций) и глобулинов (солерастворимых фракций) приходится от 6-8 (сорго и просо) до 30-55 % (рожь и овес). Остальные культуры по содержанию этих белковых фракций занимают промежуточное положение. Основная часть белков злаков (50-80 %) состоит из проламинов (растворимых в 50-70 %-ном растворе спирта) и глютелинов (щелочерастворимой фракции); соотношение этих фракций колеблется от 1:0,9 до 1,5:1. Проламины разных злаков имеют родовые названия: у пшеницы и ржи - глиадин, ячменя - гордеин овса - авенин, кукурузы - зеин, проса - паницин, сорго - кафирин.

Таблица 1

Культура	Содержание, % на сухое вещество
	белков	углеводов				липидов	золы
		крахмала	Сахаров	некрахмальных полисахаридов
				целлюлоз	гемнцеллю-лоз, пектинов и др.
	10-20	60-75	2-3	2-3	6-9	2-2,5	1.5-2,2
	8-14	58-66	1,9-3,5	1,8-3,2	8-15	1,7-3,5	1,7-2,3
Тритикале	11-23	49-57	2,5-3	2-3	7-11	3-5	1,8-2,2
	9-11	68-76	1,5-4	2,5-3	5-8	4-6	1,4-1,8
Ячмень в пленках	9,5-14,5	58-68	2-3	4,5-7,2	10-16	1,9-2,6	2,7-3,1
Ячмень без пленок.	13-15,8	76-80	2,5-3,5	1,9-3,1	6-9	1,7-3,1	1,8-2,6
	10-14	40-50	1,0-1,8	11,5-14	14-22	4,5-5,5	4,0-5,7
Овес без пленок	12-25	67-72	0,8-1,5	1,8-2,5	6-11	6,0-7,5	1,8-2,5
	6-10	65-75	0,5-1,0	9,5-12,5	18-28	1,5-2,5	4,5-6,8
Рис без пленок	7,5-12	78-82	0,4-1,2	0,8-1,6	3-7	1,5-2,3	0,9-1,5
	10-15	58-65	0,4-0,7	10-11	12-26	1,9-2,3	3,7-4,5
	14,6-19,5	67-72	0,4-1,0	1,2-2,0	4-7	3,5-4,5	1,5-1,8
Сорго в пленках	9-14	51-61	1-3	5-6,5	10- 20	2,7-3,7	1,8-3,0
	10-15	70-81	1,5-3,2	1,8-2,5	5-8	3-5,5	1,6-2,5

При замешивании пшеничного теста глиадин и глютелин набухают и, склеиваясь, образуют непрерывную фазу теста. Если тесто промыть водой, то из него будут удалены крахмал, водорастворимые вещества, раздробленные частицы оболочек и клеточных стенок и останется комочек эластичной резиноподобной массы - клейковины. Она представляет собой сильно гид-ратированный гель, состоящий в основном из глиадина и глюте-лина, но содержащий в небольшом количестве также углеводы, липиды и минеральные вещества. Доля влаги в сырой клейковине достигает 63-67%. От количества и качества клейковины в пшенице и пшеничной муке зависят хлебопекарные и макаронные свойства. Кроме пшеничных, клейковину образуют белки тритикале, ржи и некоторых разновидностей ячменя. Однако ^количество и качество клейковины, отмытой из ржаной муки, существенно отличается от пшеничной? Клейковина ржаной муки может быть отмыта лишь после удаления высокомолекулярных пенто-занов - слизей. Белки просовидных злаков клейковину не образуют.

По аминокислотному составу белки злаков уступают животным продуктам. Они в той или иной степени дефицитны лизином, триптофаном, треонином и метионином. Следует отметить, что аминокислотный состав белков в определенной степени связан с количеством альбуминов и глобулинов, которые богаты всеми незаменимыми аминокислотами. Поэтому культуры, содержащие больше этих белков (рожь и овес), являются и наиболее ценными по аминокислотному составу.

Углеводы злаков представлены в основном крахмалом. Различия в строении, форме и размерах гранул крахмала разных культур позволяют определять вид муки и наличие в ней примесей при микроскопическом анализе. По данным Н. П. Козьминой, размеры гранул крахмала разных злаков следующие (в мкм): пшеницы - 3-50, ржи - 5-50, ячменя - 5 - 12, кукурузы - 10-30, овса 5-12, риса - 2-10. С размерами крахмальных гранул связаны атакуемость их ферментами зерна, пищеварительными ферментами и скорость усвоения крахмала организмом.

Крахмал злаков не является химически индивидуальным веществом. Как правило, он состоит из углеводов амилозы и амилопектина (96,1-97,6 %), высокомолекулярных жирных кислот (0,6-0,8 %), минеральных (главным образом в виде фосфорной кислоты - 0,2-0,7%) и азотистых веществ (0,2- 0,3 %).

Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале разных злаков колеблется незначительно - на долю амилозы приходится 20-25 %, амилопектина - 75-80 % массы углеводов крахмала. Некоторые разновидности злаков (восковидные кукуруза и сорго, глютинозный рис) образуют амилопектиновый крахмал, доля амилозы в котором не превышает 1 %, что резко меняет свойства продуктов, полученных из такого сырья.

Важным показателем свойств крахмала является температура его клейстеризации. Наиболее низкая она у крахмала ржи - 50-55 °С, наиболее высокая у пшеницы - 65-67 °С.

Сахара содержатся в зерновках злаков в небольшом количестве. Обычно доля моносахаридов (глюкозы, фруктозы, галактозы) не превышает 0,2-0,3 %. Олигосахариды (сахароза, рафиноза и др.) являются основными сахарами зерна. Появление мальтозы, низкомолекулярных полисахаридов (декстринов), увеличение доли моносахаридов наблюдаются в зерне недозревшем, морозобойном. проросшем.

Некрахмальные полисахариды - балластные вещества, пищевые волокна, являются наименее изученными компонентами зерновки злаков. Из них состоят клеточные стенки. До недавнего времени пищевое и физиологическое значение их полностью отрицалось, поэтому при совершенствовании технологии переработки зерна в крупу и муку их стремились по возможности полнее удалять. Несколько позже была показана их роль в нормализации моторной функции кишечника, обеспечении его необходимой перистальтики. В настоящее время установлено, что некрахмальные полисахариды обладают водопоглотительной, ионообменной, адсорбционной, буферной и набухающей способностями. Поэтому хотя они и не усваиваются, но оказывают положительное влияние на процессы пищеварения и усвоения пищевых продуктов. Установлена обратная связь между содержанием балластных веществ в пище и возникновением сердечно-сосудистых заболеваний. Имеются данные о том, что по крайней мере некоторые фракции, этого комплекса веществ способствуют выведению из организма тяжелых металлов и радиоактивных элементов.

Под некрахмальными полисахаридами понимают комплекс веществ, состоящий из целлюлозы, гемицеллюлоз, пектинов и лигнинов. Эти фракции при анализе выделяют из зерна путем последовательной экстракции водными растворами разной кислотности, поэтому получают их в той или иной степени денатурированными.

Целлюлоза (клетчатка) - очень прочное химическое вещество, нерастворимое в воде и большинстве других растворителей. Нитевидные молекулы целлюлозы, состоящие из остатков глюкозы, за счет водородных связей гидроксильных групп объединяются в пучки-мицеллы (до 60 молекул в каждой), образуя при этом как бы каркас клеточных стенок.

Гемицеллюлозы (полуклетчатки) объединяют полисахариды разнообразного химического состава, но характеризующиеся общностью физических свойств. Гемицеллюлозы имеют разветвленные молекулы и являются гетерополисахари-дами, состоящими из 3-6 разных моносахаридов. По преобладающему в гидролизатах сахару их принято подразделять на гексозаны (галактаны, маннаны), дающие при гидролизе соответствующие гексозы - галактозу или маннозу, и пентозаны (арабаны и ксиланы), гидролизуемые до пентоз арабинозы и ксилозы. Часть пентозанов растворяется в воде, образуя при этом очень вязкие коллоидные растворы - слизи (гумми). Кроме пентоз, в состав слизей входит небольшое количество гексоз (маннозы и галактозы), а также 2-7% водорастворимых белков. Слизи имеют важное технологическое значение - они придают повышенную вязкость ржаному тесту, липкость кашам. Наибольшее количество слизей содержит зерно (в %): ржи - 2,5-7,4, ячменя - до 15 и овса - 8-12.

Пектины злаков склеивают клетки. В настоящее время они почти не изучены. Можно отметить лишь, что с растворимостью пектиновых веществ в определенной мере связана скорость варки каши.

Лигнин - полимер, содержащий значительное число ароматических ядер. Он весьма устойчив к разрушающему действию химических веществ и почти не поддается действию ферментов. Предшественниками в образовании лигнина являются аминокислоты фенилаланин и тирозин.

Липиды - сложная смесь нерастворимых в воде органических веществ, входящих в состав зерновки злаков в небольших количествах- от 1,5-2,5 (в рисе) до 4-6% (в кукурузе). Основная часть липидов (60-70 % общего содержания в зерне) представлена три-, ди- и моноглицеридами, в небольшом количестве содержатся сложные и простые эфиры высокомолекулярных одноатомных спиртов, свободные жирные кислоты, спирты и воски. По составу и строению эти липиды являются простыми, по их роли в семенах - запасными, используемыми при прорастании для обеспечения энергией развивающегося ростка.

Простые липиды не связаны с другими компонентами клеток, поэтому при оценке пищевых продуктов их принято считать свободными. Остальные липиды с белками, углеводами и другими веществами образуют комплексы, их называют сложными. Сложные липиды входят в состав мембран оболочек клеток и клеточных структур, принимают участие в процессах, протекающих в клетках, отсюда их название - структурные.

Нелипидной частью молекулы сложных липидов может быть фосфорная кислота (фосфолипиды), белки (липопротеины), углеводы (гликолипиды) и др. Сложные липиды не "Извлекаются диэтиловым эфиром, поэтому их называют связанными. Они выделяются некоторыми другими органическими растворителями, например насыщенным водой Н-бутанолом с предварительным ферментативным гидролизом продукта или без гидролиза.

Фосфатиды (фосфолипиды) отличаются от триглиперидов тем, что, кроме жирных кислот, в их состав входят фосфорная кислота и связанное с ней азотистое основание или другое соединение. Основным фосфатидом зерна является лецитин. В питании фосфатиды служат источником легко усвояемого фосфора. Фосфатиды обладают хорошей эмульгирующей способностью, благоприятно влияют на хлебопекарные качества муки. Однако при хранении они постепенно отщепляют фосфорную кислоту, повышая тем самым титруемую кислотность продукта.

Фитин - калий-кальций-магниевая соль инозитфосфорной (фитиновой) кислоты содержится в злаках в довольно большом количестве - от 0,2 до 0,5 %. В нем связано около половины всего фосфора, находящегося в зерне. Кальциевые соли фитиновой кислоты трудно растворимы, они не поддаются действию пищеварительных соков и тем самым затрудняют усвоение кальция. При хранении зерна под действием фермента фитазы часть фитина постепенно расщепляется, освобождая инозит и фосфорную кислоту, повышающую титруемую кислотность продукта. То же происходит при брожении теста под действием фитазы дрожжей.

Очень важное значение для характеристики пищевой ценности и сохраняемости продуктов переработки зерна имеют жирные кислоты, входящие в состав липидов. По данным ряда авторов, в составе липидов преобладает линолевая кислота, на долю которой приходится 35-72 % общего количества жирных кислот; второй по значению является олеиновая кислота - 10- 65 %, количество же линолевой кислоты колеблется от 3 до 10%. В целом липиды злаков имеют резко выраженный ненасыщенный характер. Поэтому, с одной стороны, они служат ценными источниками эссенциальных жирных кислот (в первую очередь линолевой), но с другой, способны быстро окисляться, вызывая прогоркание продуктов.

Окраску выделенным из злаков жирам придают содержащиеся в них пигменты. Основную роль играют каротиноиды, являющиеся провитаминами А. Кроме того, в небольших количествах содержатся хлорофиллы и антоцианы.

Витаминами жиро- и водорастворимыми богаты зерна злаков и продукты их переработки. Кроме каротиноидов, в злаках содержатся токоферолы (витамин Е). Зерно и продукты его переработки являются важнейшими источниками витаминов группы В: тиамина (В₁), рибофлавина (В₂), пантотеновой кислоты (В₀, пиридоксина (В₆), ниацина (РР) и др.

Ферменты, присущие живым растительным клеткам, обеспечивают жизнедеятельность зерна на всех этапах его жизненного цикла. При переработке зерна в муку и крупу, при выпечке хлеба, хранении продуктов в той или иной степени проявляется активность гидролитических и окислительных ферментов, оказывающих нередко решающее действие на качество продукта. Наиболее важное значение имеют а- и i-амилазы, гидролизующие крахмал; протеиназы, расщепляющие белки; триацилглицерол-липаза, воздействующая на триглицериды; фитаза, расщепляющая фитин. Из окислительно-восстановительных ферментов лучше других изучена липоксигеназа, окисляющая ненасыщенные жирные кислоты. В здоровом, хорошо созревшем зерне активность ферментов сравнительно невелика и находится у каждой культуры на определенном уровне, специфичном для нее. Дефектное зерно отличается от здорового прежде всего повышенной активностью всех ферментов или их определенных групп.

Минеральные вещества зерновки образуют около 70 химических элементов, содержащихся в разных количествах. По доле в продуктах они подразделяются на три группы: макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Термины «минеральные вещества» и «зольность зерна» условны. Они означают сумму нелетучих веществ, остающихся при сжигании навески зерна. Зольность и ее элементный состав сильно варьируют в зависимости от культуры, ее сорта и почвенно-климатических условий выращивания.

Из макроэлементов в золе голозерных злаков преобладают фосфор, калий и магний, у пленчатых - добавляется кремний, в большом количестве содержащийся в цветковых пленках. Зерно является богатым источником многих микроэлементов - цинка, марганца, молибдена, кобальта и др. Однако в его состав могут входить также элементы, токсичные в любых количествах, - кадмий, ртуть, мышьяк, свинец и др. В зерно они попадают из почвы, загрязненной отходами промышленных предприятий, а также при неумеренном потреблении ядохимикатов, содержащих их. Министерством здравоохранения СССР установлены строгие предельно допустимые нормы содержания токсичных элементов в продуктах переработки зерна.

Неалиментарные факторы, затрудняющие усвоение питательных веществ организмом человека, присутствуют в семенах культурных и дикорастущих растений. Они регулируют гидролиз запасенных в семени питательных веществ при его прорастании, снабжая энергией и пластическим материалом развивающееся растение до тех пор, пока оно само сможет обеспечивать свои потребности. К таким веществам относятся ингибиторы ферментов, прежде всего протеиназы и амилазы, затрудяющие пищеварение.

Злаки содержат неодинаковое количество ингибиторов ферментов, поэтому продукты их переработки усваиваются человеком с различной скоростью и полнотой. Ингибиторы ферментов являются белками, стойкими к высоким температурам, нагревание до 130 °С или 30-минутное кипячение не инактивирует их.

Антивитамины по строению и свойствам близки к соответствующим витаминам, но не обладают их биологической активностью. Установлено, что многие антивитамины угнетают рост болезнетворных микробов.

Пищевая ценность анатомических частей зерновки злаков. Характер распределения питательных веществ но частям зерновки у всех злаков одинаков, наблюдаются лишь небольшие различия в соотношении и составе образующих их веществ.

Эндосперм обладает высокой питательной ценностью и состоит в основном из крахмала и белков. Однако в нем мало витаминов и других биологически активных веществ. Малое содержание пищевых волокон с точки зрения современной физиологии питания расценивается неоднозначно. С одной стороны, питательные вещества эндосперма легко и хорошо усваиваются, но с другой, организм человека недополучает из эндосперма балластные вещества, необходимые для нормальной деятельности кишечника.

Алейроновый слой более чем на половину состоит из балластных веществ. Поэтому содержащиеся в алейроновом слое белки и другие питательные вещества практически недоступны пищеварительным сокам человека.

Зародыш примерно на 75 % состоит из белков, жира и растворимых углеводов, что придает ему высокую питательную ценность. Белки зародыша представлены в основном альбуминами и глобулинами, поэтому содержат лизина и триптофана в 6- 10 раз больше, чем белки эндосперма. В зародыше сосредоточено основное количество витаминов группы В, витамина Е и др. Он богат также минеральными элементами. Однако высокое содержание жира, состоящего в основном из непредельных жирных кислот, и высокая активность ферментов делают эту часть зерновки нестойкой при хранении. Кроме того, своеобразный химический состав зародыша, полное отсутствие крахмала в нем существенно затрудняют его измельчение, поэтому при помоле зерна в сортовую муку и выработке многих видов крупы зародыш отделяют, используя его для получения пищевого растительного масла (например, кукурузного), белковых концентратов и изолятов, витаминных препаратов (например, витамина Е).

Плодовая и семенная оболочки образованы главным образом неусвояемыми полисахаридами, поэтому при переработке в сортовую муку оболочки стремятся удалить вместе с прилегающим к ним алейроновым слоем.

Цветковые оболочки пленчатых злаков содержат до 80 % некрахмальных полисахаридов, до 5-10 % зольных элементов и совсем непригодны в пищу человеку.

Особенности химического состава гречихи. По содержанию основных питательных веществ зерно гречихи близко к пленчатым злакам (например, к овсу), ядро без плодовой оболочки - к голозерным.

Белки гречихи резко отличаются от злаковых по фракционному и аминокислотному составу. Основными белками являются альбумины и глобулины (до 2/3 общего количества), почти полностью отсутствуют проламины (1,1-1,5%), глютелины содержатся в небольшом количестве.

Белки гречихи неплохо сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот. Например, по содержанию валина она может быть приравнена к молоку, по количеству триптофана не уступает продуктам животного происхождения и превосходит все злаки, по фенилаланину она может быть приравнена к молоку и говядине, по лейцину - к говядине. Исключение составляют изолейцин и особенно серосодержащие аминокислоты, содержание которых в гречихе относительно невелико.

Крахмал гречихи образует очень мелкие крахмальные гранулы округлой или многогранной формы. Размеры и свойства их в значительной степени зависят от условий выращивания.

Липиды гречихи по жирнокислотному составу не имеют резких отличий от злаков, на долю линолевой и линоленовой кислот приходится около 3/4 всех жирных кислот липидов. По содержанию витаминов гречиха занимает одно из первых мест среди зерновых культур. Она богата витаминами группы В. Особенностью витаминного комплекса этой культуры является высокое содержание рутина (от 90 до 260 мкг/г).

Плодовая оболочка гречихи по составу аналогична цветковым пленкам злаков, поэтому при переработке в крупу ее удаляют.

Особенности химического состава семян бобовых культур.

Семена бобовых культур по пищевой ценности резко отличаются от злаков. Сортовые и почвенно-климатические условия оказывают влияние даже более значительное, чем родовые особенности культуры. Семена бобовых культур являются ценными белковыми продуктами, превосходят злаки по этому показателю в 2-2,5 раза.

Белки бобовых культур богаты лизином и другими незаменимыми аминокислотами, за исключением серосодержащих - метионина и цистина.

Углеводный комплекс бобовых также существенно отличается от состава и свойств углеводов злаков. Содержание Сахаров в семенах бобовых культур более высокое, чем у злаков. Крахмальные гранулы разных культур отличаются между собой формой. Преобладающий размер гранул от 2 до 10 мкм, но есть и более крупные - до 35 мкм. Содержание амилозы в составе крахмала колеблется от 20 до 39 %. По данным И. Ф. Крюка, температура клейстеризации крахмала лежит в интервале (в °С): гороха - от 68 до 74, фасоли - от 81 до 84, чечевицы - от 67 до 75.

Доля некрахмальных полисахаридов в семенах бобовых существенно выше, чем у злаков. При этом семядоли содержат их в 5-8 раз больше, чем эндосперм злаков. Доля пектиновых веществ в семенах бобовых культур достигает 2-4 %. Состав и свойства пектиновых веществ оказывают определенное влияние на развариваемость семян.

Витамины группы В, токоферолы, каротиноиды (в семенах с желтыми семядолями) содержатся в значительных количествах, причем основная их часть находится в семядолях и при шелушении не удаляется. Это выгодно отличает бобовые от злаков, теряющих при переработке большую часть витаминов.

Соя среди бобовых занимает особое место. Она содержит много жира и используется для получения пищевого масла. В семенах сои белков больше, чем в других бобовых культурах, поэтому ее применяют как белковый обогатитель и получают из нее препараты белка - изоляты и концентраты. Семена сои могут не содержать крахмала или доля его не превышает 7-9 %, при этом количество растворимых и нерастворимых полисахаридов (кроме целлюлозы) достигает 22 %.

Питательные вещества сосредоточены в основном в семядолях бобовых. Семенная оболочка содержит более 80 % некрахмальных полисахаридов, при варке остается жесткой.