Клетчатка вместе с гемицеллюлозами
составляет основную часть клеточных
стенок. Наружные покровы зерна — семенная
и плодовые оболочки — также состоят из
этих веществ, главным образом в комбинации
с лигнином и минеральными солями.
Приводим данные о содержании
клетчатки в зернах различных злаков (в
пересчете на сухое вещество в %).
· Ячмень ....... 5,9
· Овес необрушенный . . 12,6
· Кукуруза белая .... 2,4
· Кукуруза желтая ..... 2,3
· Пшеница ... . . 2,3-3,7
· Рожь ......... 2,6
· Просо ....... 10—14
В зависимости от развития оболочек
изменяется процентное содержание клетчатки
в зерне: в мелких зернах клетчатки обычно
больше, чем в крупных, так как на тот же
вес в первом случае приходится большая
поверхность зерен и, следовательно, больший
вес оболочек. Содержание клетчатки во
внутренних частях зерна составляет 0,7%
(мука), а в наружных — 10% (отруби).
Клетчатка содержится во вскрытых
оболочках клеток эндосперма, она не растворяется
при разваривании сырья и его осахаривании.
Кроме того, основная масса клетчатки
находится в сохранившихся цветочных
пленках (кожуре) зерна, которые переходят
в виде шелухи в осахаренную массу, а при
перегонке бражки переходят в барду и
идут на корм скоту. Чрезмерное количество
шелухи затрудняет переработку на спирт
целого толстопленчатого зерна — овса,
проса, ячменя.
В зерне ржи содержится также
полисахарид, названный левозином, образующий
при кислотном гидролизе фруктозу (левулезу).
По своим свойствам он сходен с полисахаридами
фруктозы (поли-фруктозидами), найденными
в различных злаках.
Очистка от пентозанов возможна
двумя способами: механическим, т.е. с использованием
3х фазной декантерной центрифуги с выделением
пентозанов в виде отдельного потока или биологическим,
т.е. при помощи ферментного препарата,
вырабатываемого плесневелым грибом Aspergillus
oryzae, которые превращают пентозаны не
в арабинозу и ксилозу, а во фруктозу и
глюкозу. Бузусловно, что второй способ
намного проще и дешевле, т.к. не требует
затрат на специальное выделение пентозанов
из раствора.
Азотистые вещества
В здоровом, зрелом
зерне представлены в основном белками.
Их общее содержание колеблется от 7 до
25 %. Аминокислоты, амиды, пептиды присутствуют
в небольшом количестве. Их относительное
содержание увеличивается в зерне недозрелом,
подвергшемся самосогреванию, проросшем.
Повышенное содержание аминокислот обнаруживается
в зерне ржи, что объясняет ее благотворное
действие на дрожжи.
Белки
В зависимости от растворимости
в различных растворителях делят на альбумины
- растворимые в воде, глобулины - растворимые
в слабых растворах солей, проламины -
растворимые в 60-80 %-х растворах спиртов,
глютелины - растворимые в слабых растворах
щелочей.
Первые две группы называют растворимыми
белками. Они относительно легко подвергаются
гидролизу с образованием аминокислот,
которые необходимы для размножения дрожжей.
Рожь, ячмень, овес содержат относительно
высокое количество растворимых белков.
В процессе переработки других культур
иногда требуется обогащение дрожжевого
сусла азотистым питанием.
Белки, при гидролизе которых образуются
только аминокислоты, называют протеинами
или простыми белками. Белки, соединенные
с другими веществами небелковой природы,
называют протеидами. В зерне присутствуют
гликопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды
и др.
Липиды
Присутствуют в зерне в количестве 2-6
%. К ним относят простые, сложные и циклические
липиды. К простым липидам относятся жиры
и воски; к сложным - соединения жиров с
другими веществами: фосфорной кислотой,
азотистыми основаниями. К циклическим
липидам относят стеролы.
Жир локализован в зародыше зерна. Наибольшее
его количество содержится в кукурузе
- до 7 %; в овсе - до 6 % , в просе - до 5 %.
Минеральные вещества
Минеральные вещества определяются как зола. Содержание их
в зерне - 1,5-3 % от массы. Зола представлена
в основном солями калия и фосфорной кислоты.
Жиры, фосфатиды, фитин,
стерины
В зерне содержится сравнительно
небольшое количество жировых веществ,
извлекаемых из него обычно эфиром. Наряду
с жиром при этом извлекаются фосфатиды
и стерины, объединяемые термином липоиды,
а также пигменты и некоторые витамины.
Жиры представляют собой сложные
эфиры (глицериды) трехатомного спирта
глицерина и высокомолекулярных жирных
кислот. Содержание жира в зерне различных
культур (в пересчете на сухое вещество,
в %) приводится ниже.
· Ячмень ...... 1,87 — 2,60
· Овес ..... 5,27 -5,50
· Рожь ........ 1,68 — 2,50
· Кукуруза .... 4,60
· Пшеница ..... 1,65 - 2,50
· Просо .... 3,12 - 3,89
Жир распределен в зерне неравномерно
— наибольшее количество его содержится
в клетках алейронового слоя, а также в
зародышевой ткани, в эндосперме содержание
жира не превышает 1%.
Ниже приведены данные о содержании
жира в очищенных зародышах зерна различных
культур (в пересчете на сухое вещество,
в %).
· Пшеница ......... 14,25
· Овес ........ 25,71
· Рожь ........... 12,37
· Кукуруза ...... 32,94
· Ячмень .......... 12,42
Жиры зерна хлебных злаков в
большинстве случаев при комнатной температуре
представляют собою жидкие тела; они содержат
большое количество непредельных жирных
кислот.
В пшеничном зерне содержатся
жиры следующего состава: 40,9% линолевой,
7,7% пальмитиновой, 0,4% стеариновой, 0,2% лигноцериновой
кислот.
В зерне ржи содержатся глицериды
пальмитиновой, олеиновой и стеариновой
кислот, а в зерне ячменя — глицериды пальмитиновой
и лауриновой кислот. Овес содержит 58,5%
олеиновой, 17,2% α-линолевой, 13,9% β-линолевой,
10,4% пальмитиновой кислот, а в кукурузе
содержится 72,3% жидких и 27,7% твердых жирных
кислот: пальмитиновая, стеариновая, арахиновая,
олеиновая, линолевая, рицинолевая и незначительные
количества муравьиной и уксусной.
Физические и химические константы
жира зерна различных культур приведены
в табл. 5.
Подобно белкам, жиры не могут
служить источником питания для дрожжей,
так как они не способны диффундировать
через органическую клетку, но они переходят
в барду, повышая этим ее кормовую ценность.
Больше всего ценится кукурузная барда,
в которой содержится наибольший процент
жира.
Кроме жиров, зерна хлебных
злаков содержат вещества, по свойствам
близкие к жирам, так называемые фосфатиды.
Они также представляют собой глицериды,
т. е. сложные эфиры глицерина и жирных
кислот, но отличаются от жиров тем, что
содержат фосфорную кислоту в эфирной
связи и азотистое основание
Таблица 5
Физические и химические константы
жира зерна
Константы
|
Ячмень
|
Овес
|
Кукуруза
|
Просо
|
Рожь
|
Пшеница
|
зерно
|
мука
|
зерно
|
зерно
|
зерно
|
зародыш
|
мука
|
зародыш
|
мука
|
Удельный вес |
—
|
0,9765 |
0,925 |
—
|
0,5076 |
0,9322 |
0,8769 |
0,9249 |
0,9673 |
Коэффициент рефракции
|
—
|
1,4771
|
1,4701
|
—
|
1,4620
|
1,4774
|
1,4765
|
1,4686
|
1.4714
|
Свободные кислоты в %
|
16,520
|
—
|
34,70
|
—
|
31,9
|
—
|
—
|
21,48
|
—
|
Число омыления в мг КОН
|
182,100
|
164,700
|
189,80
|
189,0-192,6
|
166,8
|
174,3
|
172,8
|
184,13
|
160,86
|
Йодное число в мг 1%
|
114,100
|
95,200
|
114,20
|
111,0-130,0
|
129,1
|
127,7
|
118,5
|
123,64
|
105,43
|
Неомыляемая фракция в %
|
4,700
|
—
|
1,13
|
1,3-2,3
|
3,1
|
—
|
—
|
3,51
|
2,51
|
Средний молекулярный вес |
284,700 |
— |
284,80 |
— |
— |
— |
— |
265,00 |
— |
Формула фосфатидов имеет следующий
вид:
СН2—О—ОС —RI
|
СН—О—ОС—R2
|
| ОН
| /
СН2—О—Р=О
\
ОВ
Фосфатиды
где ОСRI и ОСR2 — остатки жирных кислот, а
В — остаток азотистого основания — холин,
аминоэтиловый спирт (коламин).
Фосфатиды, состоящие из остатков
глицерина, фосфорной кислоты и холина,
называются лецитинами, а соединения,
в состав которых входит коламин, — кефалинами.
В зерне найдено следующее количество
фосфатидов (в пересчете на сухое вещество,
в %).
· Ячмень ........ 0,74
· Пшеница ....... 0,65
· Пшеница (зародыши) . 1,55
· Кукуруза ....... 0,28
· Рожь ......... 0,57
Фосфор в зерне хлебных злаков
содержится также в виде фитина — двойной
кальциймагниевой соли инозитфосфорной
кислоты, являющейся производным циклического
спирта инозита.
Фитин имеет следующее строение:
О— РО— (ОН)2
|
СН
/ \
(ОН)2ОР—O—СН СН—
О— РО(ОН)2
| |
(ОН)2ОР—O—СН СН—
О— РО(ОН)2
\ /
СН
|
О— РО— (ОН)2
Фитин
Особенно много фитина в алейроновых
зернах, поэтому больше всего фитина содержится
в отрубях, в которые переходит при помоле
алейроновый слой. Содержание фитина в
зерне пшеницы составляет 0,17 — 0,32% (на
сухое вещество), а в ржаном зерне — 0,5%.
При экстрагировании зерна
эфиром и спиртом в экстракт, кроме жиров
и фосфатидов, переходят также фитостерины
— высокомолекулярные циклические алкоголи,
являющиеся неомыляемой фракцией экстракта.
Характерным представителем
фитостеринов является эргостерин
Эргостерин
В пшеничных зернах содержится
от 0,031 до 0,07% фитостеринов, в пшеничных
зародышах — от 0,2 до 0,5%, в кукурузном зерне
— от 1,0 до 1,3%.
Производство солода для спиртового
производства
Солод как источник гидролитических
ферментов используется издавна. В спиртовом
производстве применяют свежепроросшие
солода из нескольких злаков, которые
накапливают различные амилолитические
ферменты. Из солодовых ферментов наиболее
важны α- и β-амилазы, которые гидролизуют
крахмал по связям α-1,4 и декстриназа (олиго-1,6
глюкозидаза), которая катализирует расщепление
α-1,6 связей в крахмале. В результате их
действия накапливаются сбраживаемые
сахара: глюкоза, мальтоза, мальтотриоза
и низкомолекулярные декстрины, последние
гидролизуются впоследствии при брожении
этими же ферментами.
В зависимости от накапливаемых
ферментов солода классифицируются на
несколько групп:
Группа ячменя, в которую входят
также пшеница, рожь. Солод из этих злаков
накапливает активные α- и β-амилазы.
Группа проса. В нее входят также
гаолян, пайдза. При их проращивании накапливается активная декстриназа и α- и β-амилазы относительно низкой активности.
Группа овса. Активность амилолитических ферментов средняя между 1 и 2 группами.
Группа кукурузы. Относительно
низкая активность декстриназы, нет β-ами-лазы и средняя активность α-амилазы. Используют редко.
При осахаривании применяют
как правило, смесь солодов 1 и 2 группы
или 1 и 3 группы. Зерно, предназначенное
для проращивания должно иметь высокую
прорастаемость: 92 % для ячменя, пшеницы,
ржи, 85 % - для проса. Крахмал непроросшего
солода плохо осахаривается и служит причиной
закисания сусла в процессе брожения.
В спиртовом производстве используют
свежепроросший солод.
Схема его производства включает:
- подготовку сырья;
- мойку и замачивание зерна;
- проращивание.
Подготовка
сырья включает очистку от сорной
примеси на воздушно-ситовом сепараторе,
отделение металлических примесей на
магнитном сепараторе, сортировку и отделение
зерновых примесей на триер-сортировочных
машинах. Более подробно все указанные
операции и характеристика оборудования
для их проведения рассмотрены в учебном
пособии по курсу «Технология отрасли».
Мойка
и замачивание зерна проводится в замочных
чанах. Основная цель стадии мойки зерна
- отмыть его от пыли и поверхностных микроорганизмов.
Цель замачивания - повысить влажность
зерна, чтобы стимулировать в нем все биохимические
процессы.
Чаще всего используется воздушно-водяной
или воздушно-оросительный способы, так
как при замачивании должны быть созданы
аэробные условия.
Сначала зерно промывают, удаляют
сплав, во 2-ю промывную воду вносят антисептик,
например, хлорную известь. У овса сплав
не снимают, так как в нем могут быть полноценные
зерна. Замачивают ячмень, пшеницу, рожь,
просо в 3 замочки, овес - 2 замочки. Рекомендуемая
температура замачивания - 18-20 ºС. Просо
замачивают при температуре 25-30 ºС. Продолжительность
замачивания ячменя, проса - около 20 час,
голозерных культур: пшеницы, ржи - 14 час.
Конечная влажность основных культур
- 38-40 %, проса - 35-38 %.
Основная цель проращивания -
накопление ферментов, растворение клеточных
стенок эндосперма при минимальных потерях
на дыхание и образование вегетативных
органов (ростков, корешков).