Характеристика харчової та біологічної цінності зернових культур

Рослинна їжа є джерелом важливих для організму мінеральних речовин, вітамінів і вуглеводів.

На першому місці серед продуктів рослинного походження стоять зернові, які становлять основу харчування населення більшості країн миру. Широко розповсюдженими зерновими є пшениця, жито, рис, ячмінь, овес, просо, кукурудза, гречка. Ці культури дають основну масу білка й вуглеводів, а також вітамінів, групи В и мінеральних солей. Так, з 82 мільйонів тонн білка, щорічно споживаних людством, 40 мільйонів припадає на зернові й лише 25 мільйонів на продукти тваринного походження.

Енергетична цінність зернових культур коливається від 250 (овес) до 325 (кукурудза) кілокалорій на 100г продукту, що порівняно з енергетичною цінністю м'ясних продуктів й поступається лише жирам рослинного й тваринного походження.

На відміну від більшості харчових продуктів рослинного походження, зернові культури містять невелику кількість води (до 16%) що значно підвищує питому вагу інших корисних речовин.

Основним компонентом зернових культур є вуглеводи, вони представлені крохмалем, цукрами, клітковиною, геміцелюлозами й гумі-речовинами (слизами). Загальний вміст вуглеводнів коливається від 40% (цукрова кукурудза) до 65 % (рис, гречка).

Кількість крохмалю в зерні різних культур становить від 36 % (у вівсі) до 60 % (у кукурудзі). Він зосереджений в основному в ендоспермі, зерна. Крохмальні зерна різних культур відрізняються за формою й розміром. Самі дрібні крохмальні зерна в рисі, великі – у пшениці. Властивості продуктів із зерна обумовлені головним чином вологоємністю крохмальних зерен, швидкістю й температурою клейстеризації при нагріванні з водою й здатністю клейстеру довше зберігати свої аморфні властивості. Розходження властивостей крохмалю різних сортів зернових культур обумовлюють більш високу якість продукції виготовленої з жита, пшениці, пшона, рису й гречки в порівнянні з виробами з ячменя, кукурудзи й бобових культур.

Вміст крохмалю визначає головним чином енергетичну цінність зернових культур, він практично повністю засвоюється організмом людини.

Сахара містяться в зернових культурах у кількості до 2,2 %, найбільша їхня кількість міститься в житі (1,5 %), кукурудзі (1,6 %) і просі (1,9 %). Виключення становить цукрова кукурудза, що містить до 8 % цукрів. Сахара зосереджені в основному в зародку. Основним цукром є сахароза, кількість глюкози й фруктози незначна. При проростанні зерна в ньому значно підвищується вміст мальтози й глюкози.

Вміст клітковини в більшості зернових складає 2-3 %, найменша її кількість міститься в зернах пшениці та кукурудзи (2-2,5 %), особливо багато клітковини в оболонках та алейроновому шарі рису, вівса та гречки (до 11%).

Пентозани (арабани й ксилани) складають основу геміцелюлоз, вони,як і клітковина містяться в основному в оболонках зерна в кількості 7-9 % у зерні пшениці й жита й 10-11 % у зерні плівчастих культур.

Клітковина й геміцелюлози не засвоюються організмом людини.

Наявність значних кількостей гумі-речовин характерно для жита й вівса. З водою вони утворюють густі грузлі розчини. Наявністю цих речовин обумовлюється грузла консистенція житнього тіста й вівсяної каші.

Білки є найбільш цінною складовою частиною зерна. Основними білками зерна є альбуміни (розчинні у воді), глобуліни (розчинні в розчинах нейтральних солей), проламіни (спирторозчинні) і глютеліни (розчинні в слабких розчинах лугів). Альбумінами й глобулінами особливо багата гречка. Пшениця, жито, ячмінь й овес найбільш багаті проламінами й глютелінами (гліадін пшениці й жита, гордеін ячменя, авенін вівса). Вміст білків у різних культурах значно коливається: 7 % у рисі, 10 % у житі й у вівсі, 11 % у кукурудзі, до 13 % у пшениці.

За амінокислотним складом білки зерна переважно повноцінні, оскільки до складу їх входять усі незамінні амінокислоти, у тому числі найважливіші з них – триптофан, метіонін і лізин. Однак по вмісту деяких незамінних амінокислот, насамперед лізина й триптофану рослинний білок поступається твариним, що обумовлює невисоку біологічну цінність зерна. Краще співвідношення лімітуючих амінокислот встановлене в білках жита, гречки й рису. Білки проса й кукурудзи менш цінні по амінокислотному складу. У зерні пшениці найбільш цінними білками є гліадин і глютелін, які здатні утворювати клейковину, що має велике значення при виготовленні хлібобулочних і макаронних виробів.

Незважаючи на те, що максимальна кількість білка міститься в зернах пшениці, по біологічній цінності на першому місці стоїть рис, тому що засвоюваність його білка становить 95 %, а білка пшениці 87 %. Жито по біологічній цінності наближається до рису, а за деякими показниками навіть перевершує його. Так, якщо переважне харчування рисом веде до недостатності вітаміну В₁, то при харчуванні житом цього не спостерігається.

На третьому місці по вмісту білка стоїть овес. По біологічній цінності він близький до рису. Споживання вівса дає кислі продукти обміну, що наближає його по цьому показнику до продуктів тваринного походження: м'ясу і яйцям.

Нестача незамінних амінокислот може бути компенсована введенням невеликих добавок лізина, трептофана й треоніна що приводить до значного підвищення живильної цінності зернових продуктів.

У зерні хлібних злаків міститься невелика кількість жирів (2-2,5 %), які знаходяться переважливо в зародку та алейроновому шарі. Підвищений вміст жиру мають просо (3,9 %), кукурудза (4,9 %), овес (6,2 %). Ліпіди зерна мають рідку консистенцію, що пов'язане з особливостями їхнього складу. Склад ліпідів визначає стійкість продуктів із зерна при зберіганні: перевага неграничних жирних кислот є причиною швидкого прогоркания продукту, обумовленого окислюванням жирів. Нестійкі в зберіганні ліпіди проса, вівса й кукурудзи, стійки – ліпіди гречки. Крім жирів у зародку зерна міститься невелика кількість фосфатидів (ліцетин) і стеаринів.

Вміст мінеральних (зольних) речовин у більшості зернових становить 1,1-2 %, у деяких культурах спостерігається підвищений їхній вміст – у просі 2,9 %, у рисі 3,9 %. До складу зольних речовин входять фосфор, калій, магній, кальцій, натрій, залізо, кремній, сірка, хлор й у незначних кількостях марганець, цинк, нікель й інші елементи. Основна кількість таких мікроелементів як марганець, титан, нікель, стронцій і кадмій надходить в організм людини із зернобобовими культурами. Гарним, сприятливим мінеральним складом відрізняється гречка.

Основними вітамінами зернових культур є тіамін (В₁), рибофлавін (В₂), ніацин (PP), фолацин (В₉), токоферол (Е), пірідоксин (В₆), пантотенова кислота (В₅). Зернові культури практично не містять вітаміни C й A, а також β-каротин. Відносно багаті вітамінами пшениця і ячмінь, трохи менша їхня кількість міститься в рисі й гречці, відносно бідні вітамінами жито й овес.

Більша частина вітамінів та мінеральних речовин зосереджена в оболонках, зародку й алейроновому шарі. При переробці зерна, як правило, віддаляються зародок і більша частина алейронового шару, тому одержувані продукти збіднені вітамінами. При виробленні високих сортів пшеничного борошна втрачається до 70 % вітамінів й більшість мінералів.

Ферменти зерна беруть участь у синтезі складних речовин при його дозріванні, а також обумовлюють біохімічні процеси, пов'язані з гідролізом ліпідів, крохмалю, білків. Найбільш важливими ферментами зерна є гідролази, що обумовлюють протікання реакцій гідролізу (α-амілаза й β- амілаза – каталізують гідроліз крохмалю, протеази – гідроліз білків, ліпази – гідроліз жирів) і оксигенази (ліпоксигеназа каталізує окислювання неграничних жирних кислот). Дія ферментів виявляється досить істотно при переробці й зберіганні зернових, причому їхня дія може зіграти як позитивну, так і негативну роль. Так дія амілаз приводить до виділення із крохмалю цукрів, необхідних для шумування тесту, дія протеаз сприяє зменшенню вмісту білка, що приводить до зниження якості клейковини, дія ліпаз приводить до підвищення кислотності зерна й борошна, а оксигеназ до прогіркання продукту.

При несприятливих умовах зберігання (висока вологість продукту, підвищена температура) різко зростає активність ферментів, що приводить до зниження якості зерна, крупи й борошна.

Барвники (пігменти) обумовлюють певне забарвлення зерна. Хлорофіл надає зелене забарвлення незрілим зернам; лише деякі сорти жита в зрілому стані мають зелені кольори, він міститься в основному в оболончастих частинах. Каротиноіди – пігменти жовтих й жовтогарячих кольорів, що містяться також в оболонках зерна.

Склад зернових, а відповідно і його енергетична й харчова цінність значно коливаються залежно від сорту, ґрунту, клімату й інших агротехнічних умов.

Великі зміни в біологічну цінність зерна вносить спосіб його обробки. Так, залежно від виду помелу одержують борошно з різним виходом. Чим вихід менше, тим біліше борошно й смачніше хліб, але цінність його нижче, тому що з висівками губиться багато корисних речовин, включаючи білок і вітаміни. Таким чином, борошно більш високих сортів і вироби з її мають кращі товарні якості, але відрізняється більш низькою фізіологічною цінністю. З метою компенсації втрат при переробці й очищенні цінних фізіологічних компонентів, деякі сорти борошна піддають вітамінізації.

Разом з тим у зернових, як й у ряді інших продуктів рослинного походження, містяться не тільки корисні, але й шкідливі речовини, у тому числі антиферменти, що гнітять травлення, алергени, що викликають алергійні захворювання. Фітин, або гексафосфорний ефір інозиту утворить із іонами металів міцні комплексні сполуки, перешкоджаючи тим самим їхньому засвоєнню організмом. Фітин найпоширеніший у злакових, бобових культурах і деяких овочах. Його вміст у пшениці, кукурудзі становить близько 0,5 %. Споживання зернових у сирому або напівсирому вигляді без достатньої первинної й теплової обробки може привести до негативних наслідків, у тому числі й до алергії. Це особливо часто спостерігається в місцях, де споживають багато кукурудзи.

Суміші різних зернових культур більше корисні, ніж окремі їхні види. При відповідному комбінуванні різних круп і хліба можна підвищити біологічну цінність їжі.