Морфологическое строение и химический состав пищевых злаков. Зерно, или зерновка, — плод однолетних злаковых растений. Для хлебных злаков зерно и семя — понятия тождественные. Слово «зерно» применяется также для обозначения значительной группы сельскохозяйственной продукции, включающей наряду с плода­ми хлебных злаков семена бобовых и ряда других культур.
Производство зерна — это ведущая отрасль сельского хозяй­ства, поскольку зерновые продукты являются не только непосред­ственными источниками пищи для человека (в виде хлеба, мака­ронных изделий, круп и др.), но и кормовой базой животновод­ства. Непосредственно в пишу человек ежегодно потребляет около 140 кг различных продуктов из зерна. Вместе с тем, для того чтобы полностью решить проблему питания, на одного человека в год необходимо производить не менее 1 т.
В целом в группу зерновых продуктов включают зерно и семена около 100 зерновых культур, но важнейшее значение имеют 9-10. Возможность и целесообразность использования зерна различных культур на те или иные цели определяется прежде всего особенностями их химического состава. Существенную роль играет и анато­мическое строение семян. Химический состав зерна и семян ко­леблется в широких пределах в зависимости от почвенно-климатических условий, генетических особенностей сорта и т. д. Важней­шее значение имеют хлебные злаки.
По химическому составу зерно принято разделять на три груп­пы: богатое крахмалом, белком, жиром (табл. 10). К первой груп­пе относится зерно, содержащее в среднем 70-80 % углеводов и 10-15 % белков; это злаки и гречиха. Вторая группа представле­на семенами бобовых; в них около 25-30% белков и 50-55% углеводов. Третья группа объединяет масличные культуры, семена которых богаты жиром; в них на долю жира приходится 25-35 %, белка — 20-40%.
Зерно часто классифицируется в зависимости от назначения его использования. Принято деление зерна на мукомольное, кру­пяное, фуражное, техническое и посевное. Для получения муки используют главным образом зерно пшеницы и ржи, а также не­значительное количество кукурузы, ячменя и риса. К крупяным культурам относят просо, гречиху, рис, ячмень, овес, горох, пше­ницу; фуражным — овес, ячмень, кукурузу; техническим — яч­мень, масличные культуры, рожь и др. Однако такое подразделе­ние по целевому назначению носит условный характер, так как зерно одной культуры может быть использовано на различные цели.
У всех хлебных злаков зерно пред­ставляет собой односемянный плод с тонким околоплодником, плотно сросшимся с семенем. Ботаническое название такого плода зерновка. Анатомическое строение зерна име­ет важное значение для его перера­ботки, так как каждая его часть отли­чается своим химическим составом.
Само зерно состоит из трех основ­ных частей: оболочки, эндосперма и зародыша. Оболочки богаты клетчат­кой и защищают семя от воздействия внешней среды. Различают наружную (плодовую) и семенную оболочки. В зерне пшеницы на их долю приходит­ся 5,6-8,9 % (по массе), ржи — 7,4-15 %. Масса зародыша составляет 1,4-3,2 % у пшеницы и 2,4-3,7 % у ржи. Внутренняя часть зерновки, или муч­нистое ядро, называется эндоспер­мом, у пшеницы его масса достигает 80-84%, у ржи — 70,4-78%.
Периферический слой эндоспер­ма, непосредственно прилегающий к оболочке и чрезвычайно богатый био­логически активными веществами, называют алейроновым слоем. Под алейроновым слоем располагаются крупные тонкостенные клетки разно­образной формы, занимающие всю внутреннюю часть эндос­перма. Эти клетки заполнены крахмальными зернами различной величины, в промежутках между которыми расположены бел­ковые вещества. Крахмальные зерна у каждого хлебного злака имеют характерные вид и форму, и при микроскопическом ис­следовании можно различить муку разных хлебов и установить примеси.
Неравномерность распределения основных химических соеди­нений по отдельным анатомическим частям зерновки позволяет при измельчении зерна получить муку различного химического состава. Технические приемы, используемые в мукомольном про­изводстве, дают возможность отделить оболочки вместе с алейро­новым слоем (в виде отрубей). В этом случае при измельчении эн­досперма получается мука с пониженным содержанием минераль­ных веществ, белков и витаминов.
Важнейшие зерновые культуры.
Пшеница. Пшеница насчитывает 22 вида. Но важнейшее значе­ние имеют два: пшеница мягкая и твердая. Определенное значение имеет издревне известный злак, относящийся к роду пшеницы, — полба.
Продуктивная часть растения пшеницы — колос, представляю­щий собой соцветие. Колос состоит из колосового стержня, явля­ющегося продолжением стебля, и колосков из одного или несколь­ких цветков. В результате самоопыления из цветка образуется за­вязь, а из завязи формируется плод (зерновка).
Пшенина по биологическим особенностям бывает озимой и яровой. Средняя урожайность озимой пшеницы выше, однако зер­но яровой пшеницы, как правило, имеет лучшие хлебопекарные свойства.
В основу товарной классификации пшеницы положен ряд ус­тойчивых признаков. Это прежде всего видовые (мягкая или твер­дая) и биологические (озимая или яровая) особенности, а также цвет зерна (красно- или белозерная).
В мировом балансе зерновых культур по валовому сбору пшени­це принадлежит первое место. На долю мягкой пшеницы, из кото­рой вырабатывают хлебопекарную муку, приходится 95%. И лишь 5% составляет твердая пшеница, используемая для получения ма­каронного сырья. Изделия из пшеничной муки, в основном в виде печеного хлеба, потребляются повсеместно. Среднедушевое потреб­ление в зависимости от уровня развития страны и национальных традиций колеблется от 1 кг в год в отдельных странах Юго-Вос­точной Азии, где основной продовольственной культурой являет­ся рис, до 164,6 кг в Иране. В Западной Европе, США, Канаде, Австралии, Новой Зеландии потребление продуктов переработки пшеницы составляет в среднем 64 кг (от 40 до 81 кг), за исключе­нием Италии, где этот показатель составляет 121 кг. В восточно­европейском регионе потребление изделий из пшеничной муки составляет 116 кг (от 75 до 157 кг).
Рожь. Это одна из важнейших продовольственных культур на­шей страны, в значительном количестве она выращивается в стра­нах Скандинавии, Польше, Франции. Существует 12 видов ржи, но в культуре выращивается только один — рожь посевная. Рожь в основном озимая культура. Наряду с производством муки значи­тельное количество ржи используется для выработки солода.
Ячмень. Он занимает в нашей стране второе место после пше­ницы по объему производства зерна. Имеется один вид ячменя, который, в свою очередь, в зависимости от строения колоса под­разделяется на двух- и многорядный. Ячмень имеет как озимую, так и яровую форму. Озимый ячмень — многорядный.
В зерне ячменя мало белка, благодаря чему от служит ценным сырьем для производства пива (в виде солода). Из ячменя получа­ют ячневую и перловую крупы. На технические цели (производ­ство солода) и для выработки круп используют яровой ячмень, преимущественно двухрядный. Озимый ячмень направляется ис­ключительно на фуражные цели.
Овес. Из большого числа видов этой яровой культуры в нашей стране возделывается два — посевной и византийский (средизем­номорский). Высокое содержание белка, жира, клетчатки, вита­минов определяет значительные пищевые и кормовые достоин­ства овса.
Из овса получают ряд продуктов диетического и детского пита­ния: крупы, толокно, галеты, заменители кофе, печенье и др. Од­нако вследствие повышенного содержания липидов продукты, вы­работанные из овса, среди зерновых продуктов наименее стойки при хранении.
Рис. Принадлежит к числу основных и древнейших зерновых культур. По мировому валовому сбору зерна рис занимает второе место после пшеницы. Рис — основная пища для более чем 2 млрд человек. Культурный рис подразделяется на два подвида: обыкно­венный и короткозерный. В нашей стране возделывается исключи­тельно рис обыкновенный.
Рис богат углеводами, прежде всего крахмалом, содержание белка в шелушенном зерне около 8 %. Рис в основном использует­ся для выработки крупы, а также для получения муки и крахмала. Рисовая крупа отличается хорошим вкусом и легко усваивается, что делает ее незаменимым компонентом диетического и детского питания.
Кукуруза. Особенности кукурузы, третьей по значению в мире зерновой культуры — высокая продуктивность и возможность мно­гоцелевого использования. Около 25 % получаемого в мире зерна кукурузы используется непосредственно в пищу. Остальное коли­чество служит сырьем для различных отраслей перерабатывающей промышленности или кормов для сельскохозяйственных живот­ных. Велико значение кукурузы как кормовой культуры, в этом случае ее выращивают для получения зеленой массы, которую ис­пользуют свежей либо в засилосованном виде.
Кукуруза — растение однодомное, но с разделенными соцве­тиями. Мужские соцветия собраны в метелку, женские — в почат­ки. Початок состоит из стержня, на котором располагаются ряда­ми зерна. Число таких рядов в початке всегда четное — от 8 до 24. Снаружи початок покрыт обверткой из нескольких слоев видоиз­мененных листьев. В зрелом початке масса зерна достигает 80 %. В зерне оболочка составляет 5-7%, эндосперм — 80-82, зародыш — до 10 % от общей массы зерна. Зародыш зерна кукурузы чрезвычайно богат липидами, содержание которых доходит до 40 % об­щей массы зародыша.
Просо. Это важнейшая крупяная культура, из нее получают пшено. Просо также используют для выработки солода, применя­емого при производстве спирта. Зерно у проса мелкое (масса 1000 шт. зерен 5-8 г), темно- или светло-желтого, белого, кремового, коричневого, серого или почти черного цвета. Зерно покрыто ко­лосовыми чешуями (пленками), на долю которых приходится в среднем 15-20 % от массы зерна.
Гречиха. Это растение семейства гречишных возделывают для получения зерна и как медонос. Плоды гречихи — трехгранные орешки различной окраски. Масса 1000 шт. зерен 18-32 г, пленчатость 16-30%. Плод, освобожденный от плодовой оболочки, называют ядром и используют в качестве крупы. Гречневая кру­па обладает высокими вкусовыми свойствами, содержит боль­ше, по сравнению, например, с манной, клетчатки и мине­ральных веществ, что делает ее пригодной для диетического пи­тания.
Гречневая крупа пользуется большой популярностью у россиян. Более половины мировых посевов гречихи сосредоточено в нашей стране.
Тритикале. Первая и пока единственная в мире искусственно выведенная культура тритикале — межвидовой гибрид, получен­ный путем скрещивания пшеницы твердой, мягкой и ржи и спо­собный давать плодовитое потомство. В настоящее время значительного товарного значения данная культура не име­ет, но есть основания полагать, что именно ей принадлежит бу­дущее. По ряду важнейших свойств, таких как урожайность, пи­щевая ценность, тритикале превосходит родителей, а по устой­чивости к неблагоприятным почвенно-климатическим условиям и наиболее опасным болезням превосходит пшеницу и не усту­пает ржи.
Зернобобовые культуры. Эта группа культур включает горох, кор­мовые бобы, сою, фасоль, чечевицу, чину, нут, вику, люпин, арахис и др. Характерным для семян зернобобовых является высо­кое содержание белка, в 2-3 раза выше по сравнению с хлебны­ми злаками.
Наряду со значительным содержанием белка в семенах ряда бобовых культур, например сои, арахиса, накапливается много липидов, и эти семена используются для получения товарных жиров.
Соя. Среди зернобобовых культур соя, одна из древнейших куль­тур, занимает первое место в мире по значению в питании, а по валовому сбору семян среди зерновых — пятое после пшеницы, риса, кукурузы и ячменя. Род сои включает более 40 видов, в куль­туре возделывается один — соя щетинистая, или культурная. Ос­новные мировые районы выращивания сои — Китай, Япония, Индия, Южная Америка, США.
Значительное распространение сои обусловлено тем, что это одна из наиболее универсальных культур. Ее используют для полу­чения масла и белковых продуктов: соевого молока, соевого тво­рога — тофу. Соевый соус — продукт сбраживания суспензии из­мельченных соевых бобов — стоит на втором месте после риса в рационе питания многих жителей Юго-Восточной Азии.
В нашей стране имеются ограничения на использование соевой муки в качестве пищевой добавки в связи с тем, что олигосахариды сои не усваиваются организмом человека и вызывают метео­ризм. Это в равной степени относится и к другим бобовым. Указан­ный недостаток может быть устранен при выделении из семян бо­бовых очищенных белковых препаратов — изолятов, т. е. высушен­ных водных экстрактов. В настоящее время в мире выпускается зна­чительное количество таких продуктов, которые применяются для получения заменителей мяса, обогащения белками мучных изде­лий и в других целях.
Оценка качества зерна. Оценка качества зерна позволяет определить степень его при­годности к использованию, стойкость при хранении, технологи­ческие свойства, правильно организовать транспортирование, хра­нение и переработку. Органолептическая оценка, влажность, за­соренность и зараженность включены в стандарты на любые зер­новые продукты и определяются при заготовке любого вида зерна. В зерне отдельных культур помимо перечисленных характеристик определяют ряд дополнительных показателей. Обычно они входят в стандарты на конкретные культуры.
Влажность. Государственные стандарты предусматривают под­разделение зерна по влажности на четыре состояния: сухое (до 14%), средней сухости (от 14 до 15,5), влажное (от 15,5 до 17%), сырое (17% и выше).
Засоренность. Наличие примесей приводит к уменьшению пи­щевой ценности зерна, ухудшению вкусовых свойств. Кроме того, примеси нередко бывают ядовитыми. Примеси, встречающиеся в зерновых продуктах, подразделяют на зерновую и сорную.
Зерновая примесь включает: битые и изъеденные зерна основ­ной культуры; зерна культурных растений, относимых к зерно­вой примеси по стандарту на данную культуру (например, для пшеницы — ржи и ячменя; для ржи — пшеницы, полбы и ячме­ня и т.д.).
К сорной примеси относят компоненты, которые резко влияют на качество основного зерна, из-за чего оно не может использо­ваться по целевому назначению, и ухудшают сохранность зерна.
В составе сорной примеси особо выделяют вредную примесь, способную вызывать отравления человека и животных. К ней от­носят склероции спорыньи, головневые мешочки, зерна, пора­женные фузариозом — все они вызывают грибные болезни расте­ний (микозы); ядовитые семена сорных растений (горчака, софоры, мышатника, плевела, гелиотропа). Содержание вредной при­меси строго нормируется и в сумме не должно превышать 1 % мас­сы зерна.
Зараженность вредителями хлебных запасов. Зерно при приемке обязательно проверяется на зараженность вредителями. Степень за­раженности зерна вредителями определяют, вручную разбирая пробу зерна. Считают экземпляры живых насекомых и клещей. За­раженность вредителями выражается числом экземпляров живых насекомых в 1 кг зерна.
Натура. Натурной массой, или натурой зерна, называют массу 1 л зерна, выраженную в граммах. Натурную массу определяют у зер­на пшеницы, ржи, ячменя, овса, подсолнечника.
Натура зависит от многих факторов, и прежде всего от выпол­ненности зерна, его размеров, влажности. Зерно более выполненное имеет большую натуру. Наличие примесей и повышенная влажность уменьшают величину натурной массы.
Стекловидность. Служит специфическим показателем качества зерна пшеницы и характеризует консистенцию эндосперма зерна. По этому признаку зерно пшеницы делится на стекловидное, ча­стично стекловидное и мучнистое.
Стекловидность выражается в процентах к общему числу зерен. Зерно твердых пшениц должно иметь Стекловидность не ниже 90 %. В партиях мягких пшениц могут встречаться зерна как полностью стекловидные, так и мучнистые, а также частично стекловидные. Чем выше общая Стекловидность партии зерна, тем выше выход муки в целом и муки высших сортов. Уровень стекловидности учи­тывают при подготовке зерна к помолу.
Количество и качество сырой клейковины зерна пшеницы. Белки пшеницы в основном представлены белками, нерастворимыми в воде, — проламинами (глиадин) и глютелинами (глютенин). Хотя эти белки нерастворимы в воде, но они обладают значительной гидрофильностью, т. е. способностью набухать, впитывая воду. Ко­личество впитанной воды достигает 200 % по отношению к массе белка, Если замесить тесто из муки и воды и дать ему некоторую отлежку, а затем осторожно отмывать водой, то послеудаления крахмала останется упругая эластичная масса серовато-белого цвета. Это и есть клейковина. От количества и качества клейковины зависят хлебопекарные свойства пшеничной муки. Содержание сырой клейковины выражают в процентах по отношению к массе взятой муки. Уровень сырой клейковины в зерне колеблется в значитель­ных пределах — от 12 до 50%. Выход сырой клейковины прямо пропорционален содержанию белка.
Пленчатостъ. Этот показатель означает количество цветных пле­нок в пленчатом зерне (ячмень, просо, овес, рис), плодовых обо­лочек (у гречихи) или семенных оболочек (клещевины). В зерне, заготовляемом для производства крупы, пленчатость определяется в первую очередь.