Таблица 27.9 – Распределение белка в зерновке пшеницы и кукурузы (Hinton, 1953)
| Части зерна | Процент от массы Концентрация белка, Распределение белка, % зерновки % от общего взерновке | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Пшеница | Кукуруза | Пшеница | Кукуруза | Пшеница | Кукуруза | |
| Оболочка (перикарп) | 8,0 | 6,5 | 4,4 | 3,0 | 4,0 | 2,2 |
| Алейроновый слой | 7,0 | 2,2 | 19,7 | 19,2 | 15,5 | 4,7 |
| Эндосперм: | 82,5 | 79,6 | 12,0 | 8,0 | 72,5 | 71,0 |
| внешний | 12,5 | 3,9 | 13,7 | 27,7 | 19,4 | 11,9 |
| средний | 12,5 | 58,1 | 8,8 | 7,5 | 12,4 | 48,2 |
| внутренний | 57,5 | 17,6 | 6,2 | 5,6 | 40,7 | 10,9 |
| Зародыш | 1,0 | 1,1 | 33,3 | 26,5 | 3,5 | 3,2 |
| Щиток | 1,5 | 10,6 | 26,7 | 16,0 | 4,5 | 18,9 |
| Целое зерно | 100 | 100 | 12-14 | 8-10 | 100 | 100 |
Основное количество белка (65-75%) приходится на эндосперм, поскольку он составляет основную массу зерновки. Высокой концентрацией белка отличаются зародыш и алейроновый слой. В зародыше пшеницы – 33,3% белка, кукурузы – 26,5%, овса – 19,4% (Draper, 1973), сорго – 18,9% (Sykes, 1971). Довольно крупный зародыш у кукурузы, овса и сорго. У этих культур на долю зародышевого белка приходится от 12% (у сорго) до 22% (у кукурузы) общего белка зерновки. Содержание белка в алейроновом слое пшеницы и кукурузы более 19%. Белки алейронового слоя составляют весьма значительную часть в общем белковом фонде зерновки пшеницы (до 15,5%). По-видимому, у злаков с многорядным алейроновым слоем доля белка этой части будет возрастать.
Белки зародыша и алейронового слоя содержат в основном альбумины и глобулины, обладающие ферментативной активностью, способной привести в действие запасные вещества зерна в процессе прорастания. Доля спирто- и щелочнорастворимых белков незначительна. Алейроновый слой пшеницы имеет наивысшую протеазную и зстеразную активность, зародыш – дипептидазную и липазную. Выделенные фракции гистонов, богатых лизином, из пшеничных зародышей, сходны с гистонами животных.
Концентрация витаминов группы В и микроэлементов наиболее высока в алейроновом слое и зародыше. Например, никотиновой кислоты в алейроновом слое 84% всего содержания в зерне пшеницы, рибофлавина – 37%, тиамина – 98%, то же самое имеет место у других культур.
В весовой единице зародыша пшеницы фосфора содержится в 10 раз больше, цинка в 15-20 раз, железа – в 10 раз, марганца – в 50 раз, меди – в 20 раз, чем в единице эндосперма. Эта часть витаминов и микроэлементов в зародыше и алейроновом слое при размоле пшеницы на продовольственную муку попадает в отруби, которые используют в рационах сельскохозяйственных животных.
Эти особенности характерны и для других злаковых культур. Общей для них является такая закономерность: чем выше доля зароды-
ша и алейронового слоя и чем ниже доля эндосперма, тем выше концентрация белка в целом зерне. Щуплое зерно с недоразвитым эндоспермом, как правило, отличается повышенной белковостью.
В самом эндосперме белки распределены также неравномерно. Концентрация их снижается по мере продвижения от субалейронового слоя к центру. Периферическая зона зерна, лежащая под алейроновым слоем, называемая субалейроновым слоем, имеет высокую концентрацию белка: у кукурузы – до 27,7%, сорго – 29 - 30%, ячменя – 21 - 24%, риса – 29%. Эта часть эндосперма полностью лишена крахмала или содержит его очень мало и характеризуется стекловидностью. Богатая крахмалом центральная часть эндосперма отличается мучнистостью и низкой концентрацией белка. Для каждого слоя эндосперма характерны свои белки. Периферические слои эндосперма пшеницы значительно богаче клейковиной (проламины + глютелины), чем центральные.
В белках алейронового слоя и зародыша существенно выше содержание лизина и меньше аминокислот, характерных для проламиновой фракции эндосперма (табл. 27.10). Помимо лизина, в этой части зерна содержится много аргинина, аспарагиновой кислоты и треонина. Глютаминовой кислоты и пролина значительно меньше, чем в эндосперме.
Таблица 27.10 – Содержание аминокислот в белках различных частей зерна, г/100 г белка
| Аминокислоты | Пшеница | Ячмень | Кукуруза | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| эндос- перм | заро- дыш | алей- рон | эндос- перм | заро- дыш | алей- рон | эндос- перм | заро- дыш | алей- рон | |
| Лизин | 1,7 | 8,4 | 4,6 | 3,1 | 7,3 | 4,6 | 2,0 | 6,1 | 4,4 |
| Гистидин | 2,3 | 4,0 | 4,0 | 2,1 | 3,1 | 2,4 | 2,8 | 2,9 | - |
| Аргинин | 3,5 | 16,0 | 21,2 | 4,1 | 9,7 | 6,3 | 3,8 | 9,2 | 7,0 |
| Аспараг. к-та | 3,3 | 6,5 | 8,0 | 5,0 | 9,1 | - | 6,2 | 9,2 | - |
| Треонин | 2,7 | 2,6 | 3,1 | 3,2 | 4,8 | 3,9 | 3,5 | 3,7 | 4,5 |
| Серин | 5,3 | 4,0 | 4,5 | 4,6 | 5,2 | - | 5,2 | 5,0 | - |
| Глютам. к-та | 39,3 | 8,4 | 16,4 | 27,3 | 13,5 | - | 21,3 | 13,9 | - |
| Пролин | 14,7 | 3,5 | 3,9 | 1,4 | 4,4 | - | 9,7 | 5,3 | - |
| Глицин | - | 7,3 | - | 3,3 | 6,4 | - | 3,2 | 5,5 | - |
| Аланин | 3,5 | 6,4 | 5,1 | 3,4 | 6,8 | - | 8,1 | 5,8 | - |
| Цистин | - | 1,0 | 1,8 | 4,1 | 3,5 | - | 1,8 | 0,9 | - |
| Валин | 4,3 | 4,0 | 5,4 | 4,8 | 6,1 | 5,2 | 4,7 | 4,4 | - |
| Метионин | 1,9 | 1,5 | 1,5 | 1,6 | 2,5 | 1,2 | 2,8 | 1,5 | 1,6 |
| Изолейцин | 4,1 | 2,5 | 3,1 | 3,7 | 3,8 | 4,2 | 3,8 | 3,2 | |
| Лейцин | 7,6 | 4,5 | 6,0 | 6,8 | 7,0 | 8,9 | 14,3 | 5,6 | 7,6 |
| Тирозин | 3,9 | 1,5 | 3,0 | 2,8 | 2,8 | - | 5,3 | 2,2 | - |
| Фенилаланин | 6,0 | 2,0 | 4,0 | 6,1 | 4,3 | 4,6 | 5,3 | 3,6 | - |
При производстве высокосортной муки для производства хлеба и других пищевых продуктов зародыш и алейроновый слой уходят в отруби, что в значительной мере обедняет муку и хлеб незаменимыми
аминокислотами, витаминами, микроэлементами, в конечном итоге снижая их биологическую ценность (табл. 27.11).
Таблица 27.11 – Биологическая ценность пшеницы и приготовленной из нее белой пшеничной муки 1-го сорта (средние данные для 6 сортов пшеницы, В. Г. Рядчиков, 1978)
| Белок, % | Лизин, % | Среднесуточный прирост, г | Корм/прирост, г | ЭБ(PER)* | |
|---|---|---|---|---|---|
| Пшеница | 13,6 | 0,33±0,02 | 1,84±0,12 | 6,3±0,3 | 1,17±0,1 |
| Мука | 12,2±0,5 | 0,23±0,01 | 0,52±0,04 | 19,5±0,11 | 0,42±0,02 |
| прирост | ж.м., г |
*- ЭБ(PER) – эффективность белка = потребленный белок, г
27.5. Белковые тела
В процессе развития и формирования зерна белки того или иного класса образуются в определенных клеточных органеллах или частях органелл. Запасные белки эндосперма злаков, представляющие основную массу зернового белка, локализованы в белковых телах. В зависимости от места расположения, особенностей структуры и состава белковые тела называют алейроновыми зернами, белковыми гранулами или белковыми матрицами.
Между белковыми телами разных видов растений существуют большие различия как по составу, так и по строению. Если белковые тела зерна бобовых и масличных состоят главным образом из глобулинов, то белковые тела у злаков – из проламинов и глютелинов.
Алейроновые зерна алейроновых клеток образуют скопления, заполняющие клетку. Они как бы вдавлены в матрикс и обволакиваются им (рис. 27.6). Алейроновое зерно имеет сложное строение и состоит из кристаллоида – вещества белково-углеводного характера типа гликопротеида, глобоида (скопления калиевой и магниевой соли фитиновой кислоты) и основного белкового вещества, окружающего кристаллоид и глобоид. Выяснилось, что в алейроновых зернах ячменя фитат присутствует не в специальном месте – глобоиде, а равномерно распределен по всему белку (Romeranz, 1973), при этом фосфор фитата связан главным образом с гордеиновыми белками. Каждое алейроновое зерно окружено липопротеиновой мембраной.
Белковые тела эндосперма злаков имеют более простое строение по сравнению с алейроновыми зернами и содержат в основном запасные белки, которые у кукурузы и сорго локализованы в разветвленной белковой матрице и белковых гранулах округлой формы. Белковые гранулы субалейронового слоя и роговидного эндосперма кукурузы имеют средний диаметр 1,4-1,8 мкм, сорго – 2 мкм и плотно вдавлены в белковую матрицу. Выяснилось, что матричные белки представлены щелочерастворимой фракцией (глютелинами), а белки гранул – спирторастворимой.
