粮食及油料的化学成分及储藏期间的品质变化

第三章粮食及油料的化学成分及储藏期间的品质变化第一节粮食及油料的化学组成一、粮食及油料籽粒的化学成分及其分布粮食及油粒的化学成分包括许多类，除了水分和主要营养物质(糖类、蛋白质和脂肪)以外，还含有少量的矿物质，维生素、酶及色素等物质。粮食及油料籽粒中各种化学成分的含量，在不同种类粮食及油料之间，相差很大，但在正常稳定的条件下，同一品种的化学成分变动的幅度较小。表3-1为几种主要粮食及油料籽粒的化学成分及含量。表3-1主要粮食及油料籽粒的化学成分及含量禾谷类粮种水分蛋白质碳水化合物脂肪纤维素灰分小麦13.510.570.32.02.11.6大麦14.010.066.92.83.92.4黑麦12.512.768.52.71.91.7荞麦14.510.861.02.89.01.9稻谷14.07.363.12.09.04.6玉米14.08.270.64.61.31.3高粱12.010.369.54.71.71.8栗10.611.271.22.92.21.9豆类大豆10.236.325.318.44.85.0豌豆10.920.558.42.25.72.3绿豆9.523.858.80.54.23.2蚕豆12.024.752.51.46.92.5花生仁8.026.222.139.22.52.0油料芝麻5.420.312.453.63.35.0向日葵7.823.19.651.14.63.8油菜子7.319.620.842.26.04.2棉籽仁6.439.014.833.22.24.41.粮油种类不同，化学成分有很大差异，因此化学成分是作物分类的主要依据。例如禾谷类籽粒的主要化学成分是约占60～70%的碳水化合物，其中主要是淀粉，故可称它们为淀粉质粮食，豆类含有丰富的蛋白质，特别是大豆，约含40%的蛋白质，是最好的植物性蛋白质；油料籽粒则富含脂肪，大约30～50%，可做为榨油的原料，称为油籽。2.带壳的籽粒(如稻谷等)或种皮比较厚的籽粒(如豌豆、蚕豆)含有较多的纤维素。而含纤维素多的籽粒，一般灰分含量也较高。3.脂肪含量较多的籽粒，蛋白质含量也高，例如油料和大豆等。从表中可以看出粮油籽粒化学组成有以下特点粮油籽粒中各种化学成分的分布很不平衡，在不同部位之间的含量相差很大，因此籽粒各部分的生理生化特性也不一致。稻谷、小麦籽粒可作为禾谷类籽粒的代表，表3-2为稻谷籽粒各部分的化学组成。表3-2稻谷各部分的化学组成(%)表明胚在整个籽粒中所占的比例很小，但含有较高的蛋白质、脂肪和可溶性糖及矿物质。如稻胚的水分为8.8%，蛋白质18.1～20.9%，脂肪17.6～23.8%，矿物质8.9-9.1%。化学成分稻谷米米糠稻壳变异范围平均变异范围平均水分8.1～19.612.09.1～13.012.212.511.4蛋白质5.4～10.47.27.1～11.78.613.23.9淀粉47.7～68.056.271.0～86.076.1----蔗糖0.1～4.53.22.1～4.83.938.725.8糊精0.8～3.21.30.9～4.01.8----纤维素7.4～16.510.00.1～0.40.214.140.2脂肪1.6～2.51.90.9～1.61.010.11.3矿物质3.6～8.15.81.0～1.81.411.417.4表3-3小麦籽粒各部分的化学组成(干基%)籽粒部分重量比例%蛋白质脂肪淀粉糖分戊聚糖纤维灰分完整籽粒100.0016.072.2463.074.328.102.762.18内胚乳87.6012.910.6878.933.542.720.150.45胚3.2437.6315.04025.129.742.466.32糊粉层6.5453.168.1606.8215.646.4113.93果皮和种皮8.9310.567.4602.5951.4323.734.78表3-4小麦麸皮各部分的化学组成(%)籽粒部分重量比例（占全粒%）蛋白质脂肪戊聚糖纤维灰分果皮外层3.94.0135.032.01.4果皮内层0.911.00.530.023.013.0种皮0.615.0--17.0--18.0珠心层和糊粉层9.035.07.030.06.05.0表3-3、表3-4为不同的化学成分在小麦籽粒不同部位的分布。表3-5各化学成分在全麦粒中的分布(%)籽粒部分蛋白质脂肪淀粉糖分纤维灰分完整籽粒100100100100100100内胚乳652510065517胚820020521糊粉层22250101542果皮和种皮530057520如果把小麦籽粒中各种化学成分都看作100，那么观察它们在小麦籽粒中的分布，就更加清楚(表3-5)。从表3-3、表3-4、表3-5中可以看出小麦籽粒中的各种化学成分的分布是很不均衡的，总的来讲，有以下几点值得注意：1、作为主要储藏物质的淀粉全部集中在胚乳的淀粉细胞中，其它各部分均不含淀粉；2、蛋白质的浓度以糊粉层和胚中的浓度为最高，但就全粒来看，胚乳的淀粉细胞所含的蛋白质量最大，其次才是糊粉层和胚；3、糖分大部分集中于胚乳的淀粉细胞内，其次是胚和糊粉层中；4、纤维有3/4都位于麸皮中，而且以果皮中为最多，胚乳中的含量则极少；5、灰分以糊粉层中的含量为最高，甚至比麸皮还要高出一倍，内胚乳中的含量则甚少。所以小麦制粉时，为了得到较高的出粉率，必须把麦粒中富含淀粉和蛋白质等营养物质的纯胚乳全部提取出来，使其与富含纤维的麸皮分离。现将粮食及油料籽粒的一般化学组成列入图3-1，由此可看出，粮油籽粒由水分和干物质两大部分组成。图3-1、粮食及油料籽粒化学组成示意图二、粮油籽粒的营养成分粮油籽料的营养成分主要包括碳水化合物，蛋白质和脂肪。碳水化合物和脂肪是呼吸作用的基质，而蛋白质主要用于构筑结构物质。通常在碳水化合物或脂肪缺乏时，蛋白质也可通过转化作用成为呼吸基质。(一)碳水化合物碳水化合物是粮油籽粒中的三大储藏和营养物质之一，在生物体内的主要功能如下：供给热能：碳水化合物是一切生物体维持生命活动所需热能的主要来源，我国人民的膳食中，由碳水化合物供给的能量约占人体所需总热能的60～70%。构成组织：碳水化合物是构成机体的重要物质，特别是植物组织的细胞壁中普遍存在的纤维素、半纤维素。粮油料籽粒中的脂肪都是由碳水化合物转变而成的储藏物质，人体也利用多余的碳水化合物产生脂肪。参加蛋白质在体内的合成：一些代谢中间产物参与蛋白质的合成。粮油的工艺品质以及加工品质的食用价值和耐藏性等与粮油籽粒中的碳水化合物含量、分布及其特性有密切关系。碳水化合物的存在形式因粮油种类而不同，一般包括两大类：不溶性糖和可溶性糖，前者是主要的储藏形式。1、可溶性糖大多数粮油料籽粒可溶性糖含量不高，一般占干物质的2～2.5%，其中主要是蔗糖，大量分布于籽粒的胚部及外围部分(包括果皮、种皮、糊粉层及胚乳外层)，在胚乳中的含量很低。籽粒的生理状态不同，可溶性糖的种类和含量相异。未熟种子的可溶性糖含量很高，其中单糖占有较大的比例，并随着籽粒成熟度的增高而相应下降。粮油籽粒在不良条件下储藏时，亦会引起可溶性糖含量的增高，例如玉米籽粒在30℃条件下储藏2个月，其蔗糖含量相当于在10℃条件下储藏1年的蔗糖含量。因此籽粒内可溶性糖含量的动态变化，可在一定程度上反映籽粒的生理状况。2、不溶性糖粮油籽粒中的不溶性糖种类很多，主要包括淀粉、纤维素、半纤维素和果胶等，完全不溶于水或吸水而成粘性胶状溶液。(1)淀粉淀粉是禾谷类粮食籽粒中最主要的储藏物质。主要以淀粉粒的形式存在于胚乳细胞中，籽粒的其他部位极少，甚至完全不存在。淀粉粒的主要成分是多糖，一般在95%以上，此外还含有少量的矿物质，脂肪酸及磷酸。淀粉由两种理化性质不同的多糖—直链淀粉和支链淀粉组成，在糯质大米和玉米中，几乎不含直链淀粉而仅有支链淀粉。直链淀粉含量的多少是大米品质的关键因子之一，小麦淀粉对其烘焙品质有重要影响。直链淀粉和支链淀粉遇碘液产生不同的颜色反应，直链淀粉呈蓝黑色，支链淀粉是红棕色，据此可以把大米中糯性品种与非糯性品种区别开来。(2)纤维素和半纤维素纤维素、半纤维素与木质素、果胶、矿物质等结合在一起，组成果皮和种皮细胞，在细胞壁的机械物理性质方面起着重要的作用。(二)蛋白质粮油籽粒中的大部分蛋白质是储藏蛋白，属简单蛋白质，主要以蛋白体或糊粉粒的形态存在于细胞内，只有极少数的蛋白质才是复合蛋白质，主要是脂蛋白和核蛋白。在粮食品质(营养品质、食用品质)的评价中，蛋白质的质和量占有很重要的地位。植物蛋白质的分类粮油中的蛋白质分为清蛋白(水溶性蛋白)、球蛋白(盐溶蛋白)、醇溶蛋白(溶于70%乙醇中)和谷蛋白(溶于稀酸或稀碱中)。粮食和油料中蛋白质的含量随粮油种类、品种、土壤及栽培条件等的不同而异，而且各类蛋白质的含量也不相同。种类蛋白质总量清蛋白球蛋白醇溶蛋白谷蛋白大米8～102～52～81～585～90小麦（HRS）10～155～105～1040～5030～40大麦10～163～410～20354～4535～45燕麦8～205～1050～6010～155黑麦9～1420～305～1020～303040～玉米7～132～1010～2050～5530～45大豆30～50少量85～95极少量极少量芝麻17～20＜480～85极少量极少量绿豆19～26＜180～85少量少量表3-6粮油籽粒中各类蛋白质的相对含量(%)禾谷类籽粒中的蛋白质主要是醇溶蛋白和谷蛋白，其中以玉米的醇溶蛋白和稻米的谷蛋白最为显著，燕麦中的球蛋白含量最多，是个例外，豆类和油料中蛋白质大多数为球蛋白。而小麦的特点则是胚乳中醇溶蛋白和谷蛋白含量几乎相等，且这两种蛋白能形成面筋，为小麦面筋的主要组成成分，是决定小麦面团粘弹性的重要因素，其中醇溶蛋白与面团的延伸性(粘性)有关，是面包(馒头等食品)体积膨胀的主要因素之一，而麦谷蛋白吸水后则与面团的弹性(韧性)有关。大量研究表明，面包的弹性及体积受麦谷蛋白的质和量的制约。清蛋白主要是酶蛋白，与醇溶蛋白一样，可以用来鉴别小麦等粮食作物的品种。大米中的球蛋白在储藏过程中起重要作用，它不仅影响米的营养价值而且与米饭的食味有很大关系。从营养价值看，小麦的营养价值较稻米低，稻米蛋白的生理价为75，消化率为97，净利用率为72，小麦蛋白质的生理价为52，消化率为100，净利用率仅为52，且小麦蛋白中，赖氨酸含量较大米低(表3-7)，其它谷类粮食也是如此，所以赖氨酸是禾谷类粮食的第一限制氨基酸，这类粮食的食用部分实际上是胚乳，其主要蛋白质是赖氨酸含量低的醇溶蛋白。油料和豆类则不同，籽粒中普遍缺乏蛋氨酸，其中花生蛋白质的赖氨酸、苏氨酸和蛋氨酸均较低，大豆籽粒中赖氨酸含量丰富，营养价值最高。完全蛋白质完全蛋白质是指那些含有的必需氨基酸种类齐全，含量充足，相互比例适当，能够维持生命和促进生长发育的一类蛋白质。动物蛋白（肉蛋奶）及大豆蛋白。人体中必需的八种氨基酸记忆口诀笨蛋来宿舍晾一晾鞋苯丙氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸(三)脂类脂类物质包括脂肪和磷脂两大类，前者以储藏物质的状态存在于细胞中，后者是构成原生质的必要成分。粮食(谷物)的脂类大体上可以分为两类：淀粉脂和非淀粉脂。淀粉脂从淀粉中分离出来是相当困难的，它处于直链淀粉螺旋结构中，相当稳定，只有淀粉结构破坏后才能分离出来，通常采用热正丁酸提取。另一类是我们通常说的植物油脂，虽然其含量较低，但易分解，不仅会影响粮食安全储藏，而且对粮食食用品质、蒸煮品质、烘焙品都有很大影响。脂类在储藏过程中的变化主要有两条途径，一是氧化作用，另一种是水解作用，温度对脂类的影响较大，研究表明，在40℃储藏180天的大米，脂类降解程度和酶活性降低与在4℃储藏2年的大米接近。一般低水分粮，尤其是成品粮，脂类的分解以氧化为主，而高水分粮则是以水解为主，正常含水量的粮食两种脂解作用可交互或同时发生。稻谷因陈化引起工艺品质改变，其部分原因就是游离脂肪酸的变化所致。在常规储藏条件下，小麦游离脂肪酸增高导致粮食酸败、发苦。变苦的主要原因是粮食中脂肪在酶的作用下，