- 0,2; остальные - 0,1.
В зерне пшеницы обнаружены также (в мг% от СВ): Mn - 3,0…6,9; Ni - 0,3…0,6; Zn - 3,7…7,9; Cu - 0,72…0,75; Mo - 0,035; Co - 7,9…8,1 и другие.
Минеральные вещества в основном находятся в зародыше (80% от общего количества), в оболочках (17% от общего количества). В эндосперме находится 3% от общего количества минеральных веществ.
Среди минеральных веществ зерна пшеницы преобладают фосфор, калий и магний.
Роль минеральных веществ описана в лекции о зерне ячменя.
Фосфор входит в состав фитина (инозитфосфорной кислоты), гидролизуемой с участием фитазы до инозита и фосфатов, в состав нуклеопротеидов, в состав АТФ - источника высокоэнергетичных фосфатов.
Калий важен для нормального развития зерна, так как повышает гидрофильность протоплазмы клеток, благоприятствует сохранению нормальной проницаемости мембран и нормальному обмену веществ.
Магний - кофермент многих ферментов. Структура рибосом связана с концентрацией в них магния. В рибосомах происходит биосинтез белков.
2. Особенности химического состава зерна ржи
Средний химический состав зерна ржи в целом и его частей (эндосперма, зародыша и оболочки с алейроновым слоем) представлен в таблице 2.1.
Химический состав зерна ржи колеблется в широких пределах (плюс-минус 3 процента для углеводов и белков) в зависимости от района произрастания, состава почвы, климатических условий года урожая, характера применяемых удобрений, степени зрелости при уборке урожая.
Таблица 2.1
Средний химический состав зерна ржи и его частей, в процентах на СВ
НаименованиеСоотношениеБелокУглеводыЛипидыМин. в-ваПрочие в-вавсегов том числецеллюлозапрочиеЦелое зерно100,014,0368,062,3665,701,742,0214,03Эндосперм (без алейронового слоя)74,812,6175,141,8863,371,140,4210,69Зародыш3,140,7042,014,4137,610,76,430,16Оболочки с алейроновым слоем22,116,0051,903,7048,202,407,3622,34
Содержание влаги в зерне ржи может составлять от 13 до 19%.
Среди углеводов зерна ржи доминирующую роль играет крахмал - (57,7…63,5)% СВ. В его составе (11,6…20,1)% амилозы и (79,9…88,4)% амилопектина от общего количества крахмала. Это соотношение очень изменчиво и зависит от ботанического сорта ржи и степени созревания зерна.
Среди низших углеводов зерна ржи до 80% от общего количества, (1,8…3,0)% на СВ, составляет сахароза. Имеются также глюкоза, фруктоза, немного мальтозы и рафинозы.
Характерная особенность зерна ржи - наличие легко гидролизуемых полифруктозидов (левулезанов) в относительно больших количествах, чем в зерне ячменя, (1,54…2,26) % на СВ.
Полифруктозиды, гумми-вещества и пентозаны объединяют во фракцию гидрофильных слизей. При гидратации объем этих веществ увеличивается примерно в 9 раз. Они составляют до 90% в составе слизей от их общего количества.
Наряду с неограниченно набухающими и пептизирующимися белками зерна ржи, слизи дают вязкий коллоидный раствор, что затрудняет перемешивание и перекачивание, а также фильтрование ржаного замеса или затора. В зерне ржи имеется фермент, катализирующий гидролиз пентозанов, но его действие в условиях спиртового производства мало заметно.
Целлюлозы (клетчатки) в зерне ржи относительно немного, что объясняется малым количеством оболочек у зерна ржи, являющейся голозерной культурой.
Содержание белков в зерне ржи колеблется от 9 до 20%. В зависимости от места выращивания разница в содержании белка колеблется от 9 до 20 %, в том числе для одного и того же ботанического сорта.
Белки зерна ржи с более высоким содержанием незаменимых аминокислот - лизина, треонина и фенилаланина - более ценны в питательном отношении, чем белки зерна пшеницы.
Белки зерна ячменя чуть более ценны, чем белки зерна пшеницы.
Белки ржи быстро набухают, пептизируются, переходят в состояние вязкого коллоидного раствора.
Особенностью зерна ржи является наличие не только активного белка-фермента бета-амилазы, но и активного белка-фермента альфа-амилазы.
В таблице 2.2 приведен состав белкового комплекса зерна ржи по Осборну, в процентах от суммы извлеченных азотистых веществ.
Содержание общего азота и белков в зерне ржи снижается от периферии к центру. В периферических слоях эндосперма 12,9% белка, а в центре его 6,2%. Содержание белка в зародыше самое большое, 25,8%, он наиболее богат водо- и солерастворимыми белками (63,1%) с повышенным содержанием лизина и серина. Наибольшее количество структурных белков в периферических слоях (7,8%), наименьшее - в центре зерновки.
Таблица 2.2
Состав белкового комплекса зерна ржи по Осборну, в процентах от суммы извлеченных азотистых веществ
СодержаниеНебелковые в-ваАльбуминыГлобулиныГлиадиныГлютелиныОбщий азотМинимум5,023,015,016,58,01,9Максимум12,039,029,347,822,02,4Среднее8,025,325,325,416,52,15
Липидов в зерне ржи относительно немного. Они представлены ценными в биологическом отношении жирными кислотами: линолевой (44,2%), олеиновой (31,9%), пальмитиновой (8,1%), миристиновой (2,3%), стеариновой (0,2% от общего количества липидов), фосфолипидами, каротиноидами. Больше всего липидов в зародыше зерна ржи (10,7% на СВ).
Минеральные вещества зерна ржи в золе представлены окислами металлов и некоторых неметаллов. Обнаружены в процентах на СВ: K2O -0,58%, Na2O - 0,03%, CaO - 0,05%, MgO - 0,29%, P2O5 -0,85%, SiO2 - 0,03%.
Важной особенностью зерна ржи является самое высокое содержание фтора среди зерновых культур (0,035…0,085 мг%) и повышенное содержание йода.
Минеральные вещества в основном сосредоточены в зародыше, оболочках и алейроновом слое.
Зерно ржи, в зависимости от сорта, может иметь разную окраску. Из красящих веществ (пигментов) зерна ржи, кроме каротиноидов и флавонов, сконцентрированных в оболочке зерна и придающих ей желтый, красноватый или коричневый цвета, имеется хлорофилл в алейроновом слое, придающий зерну ржи зеленую окраску, антоциан (также в алейроновом слое), придающий зерну синюю окраску. Зерна ржи зеленого цвета обычно крупнее зерен желтого и коричневого цвета, у них тоньше оболочка, доля эндосперма больше.
Зародыш зерна ржи богат витаминами группы В (тиамином, рибофлавином), Е (токоферолом), А (ретинолом), а также никотиновой и пантотеновой кислотами (несколько мг%).
химический зерновой меласса спирт
Оптимальный химический состав свекловичной мелассы такой: концентрация сухих веществ, %, 74,0;
содержание сахарозы
по прямой поляризации, %, 46,0…50,0;
содержание инвертного сахара, %, не более 1,0;
содержание рафинозы, %, не более 1,0; доброкачественность (отношение содержания сахарозы к содержанию сухих веществ), не более 65;
содержание общего азота,%, не менее 1,4, в том числе содержание аминного (формольного) азота, %, не менее 0,3);
содержание минеральных веществ без кальция, %, не менее 7,0;
содержание кальция в пересчете на окись кальция, %, не более 1,0;
содержание летучих кислот, %, не более 1,2;
содержание двуокиси серы, %, не более 0,05;
содержание биотина, мг на тонну мелассы, 200; содержание пантотеновой кислоты, г на тонну мелассы, 44; содержание инозита, кг на тонну мелассы, 1.
Главный компонент мелассы - сахароза, являющаяся углеводным питанием для дрожжей. Повышенное содержание сахарозы в мелассе свидетельствует о нарушении технологических режимов производства сахара.
Рафиноза появляется в мелассе, когда выращивание и уборка сахарной свеклы происходят в дождливую погоду.
Содержание инвертного сахара нарастает, если свеклу хранили в неблагоприятных условиях и на сахар перерабатывали гнилую или мерзлую свеклу, а также, если в мелассе содержится большое количество микрофлоры, фермент которой (инвертаза) катализирует гидролиз сахарозы до глюкозы и фруктозы.
Если принять содержание общего азота в мелассе за 100%, то состав азотистых веществ, в процентах к количеству общего азота, следующий: протеины и бетаин - 65,00; аминокислоты - 31,00; амиды - 1,62; соли аммония - 2,61.
Содержание общего азота в мелассе уменьшается во время сезона сахароварения в среднем на (0,1…0,2)% в месяц. При этом меняется состав аминокислот. Особенно резко уменьшается количество лейцина, аланина и серина (за 5 месяцев сахароварения, соответственно, на 40, 50 и 30% от исходного количества соответствующей аминокислоты).
Всего в мелассе обнаружено 17 аминокислот, в наибольших количествах - аланин, глицин, валин, лейцин, изолейцин, серин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, тирозин, пролин. В следовых количествах обнаружены треонин, лизин, орнитин, цистин, метионин, фенилаланин и гистидин.
Аминокислоты необходимы для питания дрожжей и роста биомассы. В мелассе их недостаточно, поэтому в мелассную питательную среду для выращивания дрожжей вносят азотистое питание (кукурузный экстракт, соли аммония, аммиачную воду, карбамид).
Минеральные вещества мелассы переходят в нее из сахарной свеклы, из воды, из химических веществ, применяемых в производстве сахара, в основном из окиси кальция, поэтому принято оценивать содержание минеральных веществ без учета окиси кальция. В состав минеральных веществ золы мелассы, кроме окиси кальция, входят окиси калия, натрия, магния, фосфора, а также богатый набор микроэлементов (B, F, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Mo, Sn, Pb и другие). Содержание микроэлементов в мелассе очень непостоянно. Попытки сбалансировать мелассную питательную среду по микроэлементам были неудачными, так как количество микроэлементов в мелассе и воде часто превышает оптимальные концентрации. Балансируют мелассную питательную среду для дрожжей по калию, магнию и фосфору с помощью добавления минеральных солей: KCl, K2CO3, MgSO4, MgCl2, (NH4)2HPO4 и ортофосфорной кислоты (Н3РО4).
Биотин, пантотеновую кислоту и инозит называют ростовыми веществами. В оптимальных концентрациях, будучи коферментами, они стимулируют рост и жизнедеятельность дрожжей.
Меласса содержит не только питательные вещества, но и вредные для дрожжей вещества, например, двуокись серы и летучие кислоты.
Двуокись серы попадает в мелассу в производстве сахара на стадии сульфитации. В концентрации 0,0025% она угнетает жизнедеятельность дрожжей.
Летучие кислоты, особенно уксусная, муравьиная, масляная в свободном состоянии угнетают рост дрожжей даже в низких концентрациях. Соли летучих кислот значительно менее токсичны. К счастью, большая часть летучих кислот находится в мелассе в виде солей.
Если меласса закисает во время хранения, значит, она сильно заражена осмофильными кислотообразующими бактериями и требует немедленной переработки. Сильнокислая среда непригодна для нормальной жизнедеятельности дрожжей.
Содержание других вредных веществ в мелассе косвенно отражает повышенная цветность мелассы (цветность должна быть не выше 2 см3 раствора йода концентрацией 0,05 моль/дм3 на 100 см3 раствора мелассы концентрацией 2 процента). Это продукты щелочного разложения инвертного сахара (меланоидины и карамели). Меланоидины и карамели являются растворимыми в воде коллоидами, несущими положительный заряд.
Взаимодействуя с поверхностью дрожжевых клеток, несущей отрицательный заряд, карамели и меланоидины обволакивают поверхность дрожжевых клеток и нарушают нормальный обмен веществ с окружающей средой, придают хлебопекарным дрожжам как товарному продукту темный цвет.
При хранении мелассы может наблюдаться, помимо нарастания кислотности и образования дополнительных количеств инвертного сахара, сахаро-аминная реакция (меланоидинообразование). Об этой реакции подробнее будет рассказано далее. Реакцию меланоидинообразования стимулирует разогрев мелассы с целью обеспечения ее текучести при выгрузке из цистерны или из складской емкости. Образуется сложный комплекс продуктов реакции, в том числе газообразных, приводящих к вспениванию мелассы. Экзотермические реакции приводят к саморазогреву мелассы до температуры более 1000С, нарастает кислотность мелассы. Иногда меласса взрывается. Окраска становится черной, сахароза полностью исчезает. Разработан ряд предупредительных мероприятий, изложенных в Справочнике по производству хлебопекарных дрожжей С.С. Новаковской и Ю.И. Шишацкого (1980, с. 74-75).
Литература
1. Le, Fevre Cours De Chymie. Курс Химии / Le Fevre, Nicolas; Ле Февр, Николай. - М.: Paris: Chez Jean-Noel Leloup, 2013. - 491 c.
. Thurneisser Megale Chimia. Высшая Химия / Thurneisser, Leonhardt; Турнейзер, Леонард. - М.: Berlin, Nicolaum Bolsen, 2011. - 172 c.
3. Азимов, А. Краткая история химии / А. Азимов. - М.: СПб: Амфора, 2014. - 272 c.
. Артеменко, А.И. Органическая химия. Теоретические основы. Углубленный курс / А.И. Артеменко. - М.: Машиностроение, 2010. - 384 c.
. Ахметов, Н.С. Лабораторные и семинарские занятия по общей и неорганической химии / Н.С. Ахметов, М.К. Азимова, Л.И. Бадыгина. - М.: Наука, 2013. - 368 c.
. Власов, Л. Занимательно о химии / Л. Власов, Д. Трифонов. - М.: Мир, 2010. - 256 c.
. Глинка, Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Н.Л. Глинка. - М.: РГГУ, 2015. - 704 c.
. Гоникберг, М.Г. Высокие и сверхвысокие давления в химии / М.Г. Гоникберг. - М.: Академии наук СССР, 2012. - 776 c.
. Гудкова, А.С. 500 задач по химии: Пособие для учащихся / А.С. Гудкова, К.М. Ефремова, Н.Н. Магдесиева, и др.. - М.: СПб. [и др.]: Питер, 2015. 159 c.
. Дикерсон, Р. Основные законы химии / Р. Дикерсон, Г. Грей, Дж. Хейт. - М.: РГГУ, 2015. - 603 c.
. Задачи и упражнения по общей химии: Учебное пособие / ред. Н.В. Коровин. - М.: Высшая школа, 2015. - 255 c.
. Зурабян, С.Э. Биоорганическая химия. Fundamentals of Bioorganic Chemistry. Textbook for Medical Students / С.Э. Зурабян, Zurabyan, S.E.. - М.: Наука, 2010. - 320 c.
. Калаганов, Б.Ф. Задачи и упражнения по общей химии / Б.Ф. Калаганов, З.В. Плоткина. - М.: Машиностроение, 2012. - 122 c.
. Маршелл, Э. Биофизическая химия / Э. Маршелл. - М.: СИНТЕГ, 2012. - 358 c.
. Мейер История химии от древнейших времен до наших дней (Алхимия) / Мейер, Фон Эрнст. - М.: Машиностроение, 2011. - 530 c.
. Моррисон, Р. Органическая химия / Р. Моррисон, Р. Бойд. - М.: Гостехиздат, 2012. - 565 c.
. Нейман, И.М. Канцерогены и пищевые продукты / И.М. Нейман. - М.: ИЛ, 2015. - 152 c.
. Оллис, У.Д. Общая органическая химия / ред. Д. Бартон, У.Д. Оллис. - М.: Наука, 2011. - 437 c.
. Перекалин, В.В. Органическая химия / В.В. Перекалин, С.А. Зонис. - М.: Машиностроение, 2015. - 686 c.