В статье излагается химические процессы, протекающие в зерне, причины их возникновения и последствие этих явлений при хранение и переработки зерна.
Под действием ферментов в прорастающем зерне начинается расщепление всех высокомолекулярных соединений крахмала, белков и переход их в низкомолекулярные вещества, которые могут быть использованы для питания зародыша. Расщепление запасных веществ зерна сопровождается образованием новых клеток в зародыше. Таким образом, процесс прорастания зерна характеризуется двумя взаимно противоположными, но неразрывно связанными между собой процессами — гидролизом запасных веществ эндосперма и синтезом новых веществ в прорастающем зародыше, изменяющими химический состав зерна.
Как известно, дыхание зерна — главнейший энергетический процесс прорастания. Оно протекает под действием оксидаз, которые являются передатчиками кислорода и производят окисление сахаров:
С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + 2822 кдж
Под действием ферментов крахмал превращается в сахара, которые окисляются до углекислоты и воды с выделением 2822 кдж (674 ккал) тепла на грамм-молекулу глюкозы. Приблизительно 20–25 % крахмала превращается в сахар, из них 9–11 % идет на дыхание, 3–4 % на построение корешков и ростков и 8–12 % остается в солоде в виде сахара, поэтому солод имеет сладковатый вкус.
Приведенное уравнение дыхания показывает, почему в прорастающем зерне происходит нагревание, отпотевание и выделение углекислого газа. В результате выделения тепловой энергии при дыхании температура в слое прорастающего зерна повышается. Повышение температуры зерна способствует усилению его дыхания. Чем выше температура, тем интенсивнее дыхание и образование ферментов, но в то же время тем выше потери. Но даже небольшое увеличение потерь на дыхание, хотя бы на 0,1 % вызывает при выработке 1000 т солода потерю 1 т наиболее ценной составной части зерна — экстракта. Приток кислорода воздуха стимулирует процесс дыхания, а накапливающаяся углекислота замедляет. Углекислый газ затормаживает жизненные процессы в зерне и даже может полностью приостановить дыхание зародыша. Иногда это свойство углекислоты используют для подавления дыхания зародыша.
В процессе дыхания растительной клетки происходит одновременно как полное, так и частичное окисление сахаров. Неполное окисление сахаров характеризуется следующими уравнениями:
2С6Н12О6 + 3О2 = 2С7Н9О7 + 4Н2О
2С6Н12О6 + 9О2 = 6НООС-СООН + 6Н2О
Недостаточный приток воздуха при замачивании и прорастании нарушает естественное дыхание зерна. Такое явление наблюдается в прорастающем зерне (расположенном высоким слоем) при повышенной температуре и значительном количестве накопившейся углекислоты. Происходит так называемое интрамолекулярное дыхание, в результате которого образуются углекислота и спирт. Последнее обстоятельство заставляет предполагать, что в солоде при известных условиях вырабатываются ферменты зимазного комплекса, которые превращают сахар в этиловый спирт и углекислоту:
С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 118 кдж
Процесс интрамолекулярного дыхания сопровождается отнятием кислорода из соединений, входящих в состав зерна. Продукты этого процесса вредны для растительной клетки, которая при определенном их накоплении погибает.
В зависимости от степени аэрации в прорастающем зерне наряду с углекислотой всегда образуется некоторое количество продуктов неполного окисления и сбраживания сахаров и продуктов их взаимодействия — органических кислот, спиртов и эфиров. Из кислот в солоде найдены щавелевая, лимонная, яблочная, молочная, янтарная, муравьиная, уксусная, пропионовая. Благодаря образованию кислот, спиртов и эфиров зеленый солод приобретает специфический приятный запах, напоминающий запах свежих огурцов.
При прорастании зерен, включающем дыхание и рост зародыша, происходят значительные изменения углеводов.
Под действием амилаз происходит расщепление крахмала (амилолиз). Проникновение амилазы внутрь клеток облегчается действием цитазы, которая разрушает стенки крахмалсодержащих клеток. Цитаза гидролизует гемицеллюлозы и растворяет стенки клеток, оставляя каркас процинаемым для других ферментов.
Наряду с продуктами амилолиза крахмала (глюкоза, мальтоза, мальтотриоза и мальтодекстрины) при солодоращении образуется значительное количество сахарозы и других сахаров, состоящих из остатков фруктозы. Фруктоза, сахароза и фруктозаны (полисахариды, состоящие из остатков фруктозы) составляют 30 % общего количества продуктов расщепления крахмала. Сахароза и другие углеводы, в состав которых входит фруктоза, синтезируются в зародыше и только позже появляются в других частях зерна. По мере проращивания содержание сахарозы в зародышах зерен уменьшается, что объясняется ее расходом на дыхание на ранних стадиях прорастания зерна.
Образование сахарозы из крахмала сопровождается затратами ее на дыхание. При этом крахмал сначала превращается в глюкозо-1-фосфат, переходящий под действием гексокиназы в глюкозо-6-фосфат, который фосфогексоизомеразой превращается во фруктозо-6-фосфат и, наконец, фруктозо-6-фосфат под действием фосфогексокиназы превращается в фруктозо-1,6-дифосфат. Вследствие пониженной температуры солодоращения процессы синтеза замедляются, и поэтому избыток фруктозо-дифосфата также под действием ферментов и при участии нуклеотидов превращается в сахарозу. Синтез фруктозанов и сходственных полисахаридов происходит подобным же образом в присутствии специфических нуклеотидов. Таким образом, источником остатков фруктозы, сахарозы и фруктозана солода являются фосфаты фруктозы, образующиеся при дыхании зародыша.
Литература:
1. Установка для производства солода по статическому способу/ [И. Г. Лернер, А. М. Гавриленков, В. В. Ковбасюк и др.]. — Ферментная и спиртовая промышленность, 1978. № 6.
2. Методы биохимического исследования растений // Под. ред. А. И. Ермакова. — Л.: Колос, 1972.
3. Уайат А., Хенглер Ф. И др. Основы биохимии. В 3-х томах. Т. 2. — М.: Мир, 1981.
