Изменение состава и свойств зерна при его прорастании

Прорастание зерна пшеницы и ржи может происходить только при достаточно высокой его влажности (порядка 30-50%) и температуре выше 1-3 °С.

Общим для процесса прорастания зерен пшеницы, ржи и других семян является резкое возрастание активности или образование фер­ментов, способных катализировать превращение высокомолекулярных запасных веществ эндосперма зерна (крахмала, белковых веществ, жира и ир.) в вещества более простые, легко растворимые и перемещае­мые к зародышу, где они необходимы для построения тканей ростка и корешков новообразуемого растения и питания его в начальном пери­оде развития.

В результате этого в составе и свойствах прорастающего зерна про­исходят существенные изменения, в основном состоящие в следующем.

1. Повышается активность амилолитических ферментов, фер­ментативная атакуемость крахмала и содержание в зерне декстринов и сахаров. Содержание крахмала снижается.

Книн, Миллер и Санштедт, еще в 1942 г. исследовавшие влияние температуры (5, 10, 15 и 20 °С) и длительности (0; 0,5; 1, 3 и 5 сут) проращивания зерна пшеницы на активность α- и β-амилаз, установили, что:

а) активность общего количества р-амилазы изменяется в относительно
узких пределах. В первые сутки прорастания она остается неизменной или незначи­тельно возрастает. Незначительное нарастание активности наблюдается и при даль­нейшем проращивании.

Активность свободной р-амилазы у исходного образца составляет немногим более одной трети (-37 %) от активности общего се количества. При проращивании зерна при 5 °С активность свободной р-амилазы в первые сутки несколько (пример­но на 8%) возрастает, а затем даже несколько снижается.

Более высокая температура проращивания (10—20 °С) приводит уже к замет­ному возрастанию активности свободной р-амилазы, тем более быстрому и интен­сивному, чем выше температура. Следует учесть, что в нормальном зерне пшеницы и пшеничной муке р-амилаза, как это отмечалось в главе III, содержится в практиче­ски избыточном количестве. Поэтому отмеченные выше изменения се активности при прорастании зерна не оказывают существенного влияния на хлебопекарные свойства муки;

б)при проращивании зерна резко возрастает активность как свободной,
так и всей α-амилазы. Это происходит тем быстрее и в тем большей степени, чем выше температура проращивания.

Так, при температуре проращивания 5 °С активность всей (свободной и связан­ной) α-амилазы зерна возрастала: за 1 сут — в 1,9 раза; за 3 сут — в 18,6 раза и за 5 сут — в 94,6 раза. При температуре проращивания 15 °С активность всей а-амилазы возрастала соответственно в 12,7; 942 и 5540 раз. Уже через сутки проращивания вся или почти вся α-амилаза зерна находилась в свободном состоянии,

в) увеличение активности α-амилазы в прорастающем зерне начинается еще до появления на нем видимого глазом ростка.

Зерно, проращиваемое в течение 0,5 сут при 20 °С, еще не имело ростка, а актив­ность в нем свободной α-амилазы уже повысилась в 8,3 раза.

В более поздней работе Геддеса, Диксона и Кростона (1949 г.) также было пока­зано резкое увеличение при прорастании зерна пшеницы активности α-амилазы, на­ходящейся почти целиком в свободном состоянии. Общее количество β-амилазы возрастало незначительно, но увеличивалась ее доля, находящаяся в свободном со­стоянии.

Было установлено, что влажность проращиваемого зерна (35, 40 и 45%) также является фактором, в значительной мере влияющим на степень повышения актив­ности α-амилазы. Так, например, активность свободной α-амилазы после 3 сут про­ращивания (при 16 °С) зерна при влажности зерна 45% была в 4,3 раза больше, чем при влажности зерна 35%.

Было также показано, что именно нарастание активности α-амилазы в основ­ном обусловливает соответствующее повышение газообразующей способности муки из проросшего зерна (коэффициент корреляции между численными значения­ми этих показателей был равен +0,984).

Резкое возрастание активности α-амилазы при прорастании зерна пшеницы и ржи установлено и в многочисленных работах других исследователей.

В ряде работ изучалась активность α-амилазы в разных частях про­растающего зерна.

Можно считать установленным, что наиболее высокая активность α-амилазы в зародышевой части зерна, особенно в щитке зародыша. От­носительно высокая активность α-амилазы в периферической части зерна и его эндосперма. Наиболее низкая она в центральной части эн­досперма и особенно в части, расположенной в «верхней» половине зер­на — с бородкой.

Представляет практический и теоретический интерес вопрос о том, в результате чего возрастает активность амилаз зерна при его прораста­нии.

Можно предполагать, что в непроросшем зерне часть амилаз нахо­дится в связанном состоянии («скрытом» в массе белка) и поэтому не проявляет своей активности. Дезагрегация белка зерна нротеиназами, активность которых при прорастании повышается, высвобождает ами­лазы, переводя их в свободное и активное состояние. Именно па этом и основана методика определения активности свободных амилаз и об­щей активности амилаз в исходном и прорастающем зерне, применяв­шаяся в упоминавшихся выше работах.

¹ Отметим, что аналогичное явление установлено и для зерна ржи.

В отношении β-амилазы, судя по данным этих работ (заметное воз­растание активности свободной амилазы и малое изменение активно­сти общего ее количества), это представление может более или менее удовлетворительно объяснить изменения, происходящие при прорас­тании зерна. Повышение же активности свободной α-амилазы и общего ее количества при прорастании зерна в сотни и тысячи раз не может быть объяснено только высвобождением фермента.

Н. И. Проскуряков полагал, что повышение активности а- и р-ами-лаз при прорастании зерна обусловлено увеличением в них количества сульфгидрильных групп, от которых зависит активность этих фермен­тов.

Однако количество этих групп за 4 дня проращивания увеличива­лось в препаратах этих амилаз примерно в 2 раза. Активность жеα-ами­лазы, как было ранее отмечено, возрастает в несоизмеримо большее число раз. Очевидно, в повышении активности α-амилазы при прорас­тании зерна существенную роль играет и ее новообразование.

В работах последующих лет показано, что при прорастании зерна большая часть α-амилазы новообразуется при синтезе белка в алейроновом слое зерна. Отме­чалось и то, что образование α-амилазы стимулируется гибберелловой кислотой, продуцируемой при этом в зародыше зерна. Указывается на то, что α-амилаза спо­собна образовываться и в зародыше зерна.

Новообразование при прорастании зерна в алейроновом слое и постепенное перемещение и в прилегающие слои эндосперма может хорошо объяснить повышен­ную активность α-амилазы в периферических слоях зерна.

Установлено, что, применяя гибберелловую кислоту как стимулятор, можно вызвать новообразование активной α-амилазы в части зерна, лишенной зародыша, т. е. независимо от процесса собственно прорастания зерна.

Установлено, что атакуемость крахмала зерна и муки в результате прорастания зерна повышается. Так, трехсуточное проращивание зерна ржи повышало атакуемость крахмала почти в 2 раза.

В результате повышения активности амилаз (в основном α-амила­зы) и атакуемости крахмала прорастание зерна приводит к соответству­ющему повышению сахаро- и газообразующей способности муки из него.

Микроскопическое исследование процесса клейстеризации водно-мучиых суспензий (А. Н. Харина, Г. М. Маслова, Л. Я. Ауэрмаи, 1969) показывает, что прорастание зерна ржи уменьшает стойкость его крахмала в процессе клейстеризации. Температура клейстеризации основной массы зерен крахмала сдвигается в сторону ее снижения.

При прорастании зерна повышается содержание в нем продуктов гидролиза крахмала — декстринов и сахаров. Поэтому прорастание зер­на влечет за собой снижение содержания в нем крахмала.

2. Процесс прорастания зерна связан с изменением реологиче­ских свойств эндосперма, обусловленным разрушением его клеточных
структур под действием цитолитических ферментов.

Можно полагать, что процесс разрушения клеточных структур вызывается комплексом цитолитических ферментов, включающим по меньшей мере целлюлазу, гемицеллюлазу, гуммифермент (слизеразлагающий фермент) и целлобиазу.

Установлено, что при прорастании зерна злаков активность ферментов цитолитического комплекса возрастает.

Доказано, что при прорастании зерна ржи повышается активность ферментов, катализирующих гидролиз и дезагрегацию высокомолекулярных пентозанов и так называемых слизей (гуммивеществ). Возрастание активности ферментов цитолити-ческого комплекса прорастающего зерна — один из факторов, вызывающих ухудше­ние реологических свойств (разжижение) теста из муки, полученной из проросшего зерна

Действие цитолитических ферментных препаратов, ослабляющее клейковину и тесто из пшеничной муки, установлено эксперименталь­но.

3. При прорастании зерна весьма существенные изменения
происходят и в его белково-протеиназном комплексе.

При прорастании зерна пшеницы резко возрастает активность про-теиназы, глютатион-редуктазы и протеин-дисульфидредуктазы. В клейковииных белках зерна происходит постепенное разрушение ча­сти водородных и дисульфидных связей.

Общее количество доступных определению —S—S-связей и —SН-групп увеличивается при уменьшении величины соотношения - S - S-: -SН.

Клейковинные белки в результате протеолиза сперва дезагрегиру­ются, а затем частично расщепляются и по пептидным связям. Атакуемость их протеииазой повышается.

Аминокислотный состав белков клейковины остается практически неизменным.

В результате этих процессов прорастание зерна пшеницы приводит к снижению количества отмываемой из него сырой и сухой клейковины и к изменению ее реологических свойств в направлении ослабления — увеличивается растяжимость и расплываемость клейковины и снижа­ется ее сопротивление деформациям. Это является, очевидно, основной причиной ухудшения реологических свойств теста — его разжижения в процессе замеса и особенно последующего брожения.

При прорастании зерна ржи также увеличивается его протеолити-
ческая активность, что наряду с возрастанием активности комплекса
цитолитических ферментов и амилазы и обусловливает сильное разжи­жение теста, приготовленного из муки, полученной из проросшего зерна.

Установлено, что при прорастании зерна пшеницы в ростке зерна происходит биосинтез нуклеиновых кислот (РНК и ДНК).

Одновременно снижается содержание в зерне фитинового фосфо­ра, продукты минерализации которого, очевидно, используются при синтезе нуклеиновых кислот.

Минерализация фосфора фитина вызывается действием фермента фитазы, активность которого при прорастании зерна резко возрастает.

Увеличивается при прорастании зерна и активность липазы. Поэ­тому при прорастании зерна кислотность жира резко увеличивается. Содержание жира в зародыше при этом резко снижается. При удалении из проросшего зерна (муки из пего) жировой фракции происходило до­полнительное ослабление клейковины.

Таким образом, при прорастании зерна во много раз повышается активность амилолитических, протеолитических и ряда других гидро­литических и дезагрегирующих ферментов. Повышается и атакуемость субстрата, на который эти ферменты действуют.

В результате этого в проросшем зерне значительно увеличивается и общее содержание водорастворимых веществ как углеводной, так и белковой природы.

Комплекс описанных выше процессов и изменений, происходящих в зерне при его прорастании, обусловливает особенности в свойствах теста и хлеба из муки, полученной из проросшего зерна.