Ячмень ― химический состав и морфологическое строение

Ячмень - растение семейства злаковых. Стебель его - соломина с четырьмя-семью узлами и междоузлиями. Соцветие - колос с одноцветковыми колосками, расположенными чаще по три на уступе стержня колоса. Колос бывает остистый и безостый. Ости длинные, гладкие или зазубренные. Ячмень представлен однолетними или многолетними растениями.

Плод ячменя - зерновка, пленчатая (с пленками, приросшими к плодовой оболочке) или голая, удлиненной ромбической или эллиптической формы. Зерновка довольно крупная, длина достигает 10 мм и больше, ширина и толщина - 4 мм. Масса 1000 зерен изменяется от 20 до 65 г (наиболее часто 30-45 г). С брюшной стороны зерновки проходит бороздка, в нижней части которой находится так называемая основная щетинка зерна, являющаяся по характеру опущения одним из сортовых признаков зерна. Поверхность зерновки ребристая, цветковые пленки окрашены в соломенно-желтый и реже в черный цвет. Цветковые пленки состоят из крупных толстостенных одревесневших клеток и составляют 8-17 % (чаще 9-12 %) массы зерна. Пленки срастаются с поверхностью зерна и для их отделения требуются значительные усилия.

Пленчатость зависит от сорта, района и условий произрастания. Плодовые и семенные оболочки у пленчатого ячменя относительно тонкие и составляют около 6 % массы зерен. Они окрашены в светло-желтый или зеленоватый цвет. Как сырье для выработки муки и крупы лучшим считается зерно со светлыми оболочками.

По химическому составу зерновка ячменя относится к группе крахмалистого растительного сырья, так как в ней количественно преобладает крахмал, являющийся важнейшим энергетическим источником. Соотношение анатомических частей зерновки ячменя (в %): цветковые пленки 8-15%, оболочки: плодовые 3,5-4,0%, семенные 2,0-2,5%; эндосперм: алейроновый слой 4,0-5,5%, крахмалистая часть 72-78%; зародыш со щитком 2,5-3,0% [48].

При рассмотрении общего химического состава зерна следует учесть, что он колеблется в широких пределах в зависимости от внешних и внутренних факторов. Большое влияние на процесс накопления белка оказывают почвенно-климатические условия в широком смысле этого понятия, агротехника, количество осадков, выпадающих в период налива зерна. Наряду с факторами внешней среды немаловажное значение имеют и генетические особенности сорта [78].

Козьмина Н.П. [78] указывает следующий химический состав ячменя с пленками (в %): белки 9,5%; углеводы (кроме клетчатки) 67%; клетчатка 4,0%; жиры 2,1%; зола 2,5%.

Другие авторы [ 5, 23, 115, 184] отмечают несколько иное соотношение химического состава ячменя (в %): белок 10,5-14,5%; крахмал 58-68%);клетчатка 4,5-7,2%; жиры 1,9-2,6%% зольность 2,7-3,1%.

В отличие от зерна пшеницы и ржи алейроновый слой у ячменя состоит из двух-четырех (чаще трех) рядов толстостенных клеток и составляет около 12-13% массы зерна. Эндосперм состоит из тонкостенных клеток и составляет 63-69% массы зерна. По консистенции он может быть мучнистым, полу стекловидным и стекловидным. Стекловидность зерна ячменя не всегда связана с большим содержанием белка. У каждого сорта ячменя стекловидность зависит от условий произрастания и поэтому колеблется в значительных пределах.

Зерно пленчатого ячменя по химическому составу отличается от пшеницы более высоким содержанием клетчатки и минеральных веществ и меньшим содержанием крахмала и белков, так как пленки содержат большое количество клетчатки и зольных веществ. Зерно, освобожденное от цветковых пленок, близко по химическому составу к зерну пшеницы [87].

Белковые вещества ячменя состоят в основном из альбуминов, глобулинов, гордеина, глютенина и небольшого количества сложных белков. Гордеин и глютенин способны образовывать клейковину, но для ее формирования требуется большая выдержка теста при повышенной влажности и температуре. Выход клейковины колеблется в пределах 2-26% [164].

Из углеводов в зерне ячменя, как и других злаковых, преобладает крахмал (56-66 %). Ячменный крахмал представляет собой смесь крупных и очень мелких зерен. Они имеют форму круга или эллипса; размер крупных колеблется от 25 до 30 микрон и мелких от 2 до 6 микрон. Трещины и бороздки неразличимы даже в крупных зернах [207].

В ячмене в значительном количестве содержатся пентозаны (9-12 %). Особенно много их в цветковых пленках. Из минеральных веществ ячменя большой процент приходится на долю кремния, которым богаты цветковые пленки [5].

Высоким содержанием белка характеризуется яровой ячмень южных районов. В западных и северных районах преобладают сорта с большим количеством крахмала и пониженным содержанием белков [164]. Химический состав зерна ячменя представлен в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав зерна ячменя, % на сухое вещество

Абсолютное содержание азота в крупных и мелких зернах в пределах колоса или отдельного ряда в колосе остается примерно одинаковым. В процентном отношении содержание белка в крупном зерне всегда меньше по сравнению с мелким. Содержание отдельных групп белков в зерне ячменя колеблется в значительных пределах в зависимости от места и условий выращивания, а также от сорта.

Белковые вещества ячменя изучены значительно менее подробно, чем пшеницы и кукурузы. Количественное соотношение различных белковых фракций имеет значительные колебания. У ячменя преобладают запасные белки - проламин, обычно называемый гордеином, и глютелин - гордени и; количество их в сумме составляет около 75 % суммарного белка [78].

Другими авторами [5, 64] указывается, что сумма спирторастворимых и щелочерастворимых белковых фракций находится в пределах 60%. Так как гордеин и горденин способны образовывать клейковину, представляет интерес аминокислотный состав гордеина, который приведен в таблице 4 [88]..

Таблица 4 - Аминокислотный состав гордеина, г на 100 г белка

Белок различных групп и сортов ячменя качественно неодинаков. Наибольшие колебания обнаружены в содержании основных аминокислот (лизина, аргинина), наименьшие - кислых (аспарагиновая и глютаминовая кислоты). По сумме незаменимых аминокислот белок ячменя хотя и незначительно, но более биологически полноценен, чем белок зерна пшеницы. В белке зерна пшеницы содержание незаменимых аминокислот составляет 28,2, а в белке ячменя - 30,56 г/100 г белка. Наиболее отличается белок зерна ячменя по лизину (2,6 и 3,2 г/100 г белка) и валину(4,6 и 5,4 г/100 г белка) [88].. Сравнительное содержание незаменимых кислот представлено в таблице 5.

Таблица 5– Сравнительное содержание незаменимых аминокислот в зерне пшеницы и ячменя, г на 100 г белка

Высоколизиновая форма зерна ячменя по содержанию лизина значительно (на 62 %) превосходит обычный сорт и приближается к эталону ФАО (соответственно): 5,5 и 5,0 г на 100 г белка. Белок голозерного ячменя имеет низкое качество, уступая пленчатому ячменю по содержанию большинства незаменимых аминокислот, особенно по лизину.

Из муки, полученной из зерна многих сортов ячменя, можно отмыть клейковину, применяя теплую воду. По своему качеству клейковина зерна ячменя схожа с слабой клейковиной зерна пшеницы. Растяжимость ее мала, цвет серый, гидратационная способность ниже, чем у клейковины зерна пшеницы, колеблется от 90 до 160 %. Под влиянием молочной кислоты набухаемость клейковины зерна ячменя практически не повышается. Поваренная соль, ускоряя формирование клейковины, снижает ее выход и качество. Протеолитические ферменты (папаин) несколько ослабляют клейковину [63].

По данным Скурихина И.М. зерно ячменя на 100 г содержит липидов 2,41 г, триацилглицеридов 1,04 г, фосфолипидов 0,48 г, Р- ситостерина 0,12 г, жирных кислот 1,74 г [174].

Козьмина Н.П. [78] отмечает, что содержание липидов в зерновке ячменя невелико (2,5-3,0 % от массы плода с цветковыми пленками). Специфическим для свободных липидов ячменя является высокое содержание свободных жирных кислот (кислотное число составляет 7,0-27,7 мг КОН). Масло ячменя отличается также высоким содержанием токоферолов, приближаясь по этому показателю к маслу пшеничных зародышей, и оно может быть использовано как сырье для получения витамина Е. В составе токоферолов преобладает биологически наиболее активный α-токоферол (около 60-70% фракции). Особенностью масла ячменя является появление в нем после непродолжительного стояния характерного осадка липопротеинового комплекса, составляющего по количеству 8-11 %. Этот комплекс может быть разделен на белки, лецитиновую и кефалиновую фракции (20,5-30,0 %, 42,2-51,1 %, 21,5-30,0 % всего липопротеина соответственно).

По данным других авторов [5] липиды в зерне ячменя составляют 3,3%, около трети их локализовано в зародыше. Так как на долю зародыша приходится 3 % от массы зерновки, липидов в нем около 30 %. Липиды цельного зерна на 72 % представлены неполярными липидами, 10 % - гликолипидами и 2 1% - фосфолипидами. Содержание токоферолов в зерне ячменя составляет 5 мг/100г. В зерне ячменя несколько выше, чем в пшенице, содержание насыщенных жирных кислот.

По данным Кретовича В.Л [87, 88] состав жирных кислот липидов ячменя (в % от суммы) следующий: пальмитиновая 11,5 %, стеариновая 3,1 %, олеиновая 28 %, линолевая 52,3 %, линоленовая 4,1 %.

Разнообразен минеральный состав ячменя (в % от общего количества): фосфор 31,1 %; калий 16,4 %; магний 10,0 %; кальций 4,7 %; натрий 4,1 %; кремний 29,0 %; сера 3,0 %; железо 0,8 %. Минеральные вещества не обладают энергетической ценностью, как белки, жиры и углеводы. Однако без них жизнь человека невозможна. Минеральные вещества выполняют пластическую функцию в процессах жизнедеятельности человека, участвуя в обмене веществ практически любой ткани человека, но особенно велика их роль в построении костной ткани, где преобладают такие элементы, как фосфор и кальций. Минеральные вещества участвуют в важнейших обменных процессах организма - водно-солевом, кислотно-щелочном. Многие ферментные процессы в организме невозможны без участия тех или иных минеральных веществ: натрий и калий участвуют в создании необходимой буферности крови, регуляции кровяного давления. Кремний, также как и кальций, необходим для формирования костной ткани [174, 199].

В зерне ячменя содержатся витамины группы В (тиамин, рибофлавин), витамин Е (токоферол), витамин РР (ниацин), витамин Н (биотин), а также витаминоподобные вещества: фолацин, холин. Витамины играют существенную роль в реакциях окисления во всех тканях человека, а также регулируют обмен белков, углеводов и жиров. Зерно ячменя в сравнении с зерном пшеницы отличается высоким содержанием холина 110 мг/100 г -липотропного вещества, способствующего нормализации жирового и, в частности, холестеринового обмена в организме [78].

Исследованиями отечественных ученых показано, что продукты переработки ячменя являются эффективными природными энтеросорбентами. Они способствуют выведению из организма человека различных токсикантов, в частности металло- и хлорорганических соединений, а так же неорганических солей металлов [72, 77, 108, 129].