Біологічні особливості та морфологічна будова зернових культур

Зернові культури — основа рослинництва завдяки високій поживній цінності, відмінній засвоюваності та низьким витратам на виробництво. Зерно зручно зберігати та транспортувати, а самі злаки мають високу екологічну пластичність і максимальний коефіцієнт розмноження серед усіх польових культур. Щоб отримувати стабільні врожаї із заданими параметрами якості, агроному необхідно розуміти особливості будови та хімічного складу зернівки.

• Частка оболонок зернівки — 5–7 %
• Частка ендосперму — 70–85 %
• Вологість сухого зерна — ~15 %
• Співвідношення гліадинів до глютенінів — 1:1

Анатомія зернівки: плівчасті та голозерні культури

Плід злаків — однонасінна зернівка. За будовою зерна всі культури поділяються на плівчасті та голозерні. У плівчастих культур (просо, рис, більшість сортів вівса, ячменю та сорго) зернівка після обмолоту залишається вкритою квітковими лусками. При цьому у ячменю вони зростаються із зернівкою, а в інших культур лише щільно прилягають до неї. У голозерних культур (пшениця, жито, кукурудза) квіткові луски легко відділяються при обмолоті.

Ззовні зернівка захищена плодовою та насіннєвою оболонками. Вони становлять усього 5–7 % маси, але надійно захищають насіння від несприятливих зовнішніх умов, шкідників та хвороб. На черевній стороні зерна у хлібів першої групи є борозенка, яка відсутня у просоподібних культур. На верхівці зернівки у хлібів першої групи розташований чубчик, але у ячменю та просоподібних його немає.

Анатомічно зернівка складається з трьох основних частин: зародка, ендосперму та зрослих оболонок. Зародок примикає до ендосперму через щиток — єдину сім'ядолю. При проростанні щиток перенаправляє поживні речовини до частин зародка, що ростуть. Ендосперм займає 70–85 % маси зернівки та заповнений крохмалем.

Зовнішній шар ендосперму називається алейроновим. Його клітини багаті на білки та ферменти, що запускають проростання, але не містять крохмалю. У ячменю алейроновий шар складається з 3–5 рядів клітин, в інших культур — з одного ряду.

Управління якістю зерна: білок та клейковина

Вологість зерна при збиранні врожаю коливається від 10 % до 30 %, але після сушіння вміст вологи знижується приблизно до 15 % для забезпечення надійного зберігання. Суха речовина складається з вуглеводів, білків, жирів, мінеральних солей та вітамінів. Особливе значення мають азотисті речовини. На частку небілкового азоту припадає лише 2–3 %, інша частина представлена білками, пептидами та глікопротеїнами.

Накопичення білка в зерні прямо залежить від клімату та географії. Вміст білка збільшується при просуванні посівів з півночі на південь та із заходу на схід. Цей ефект найбільш виражений у лісостеповій зоні Росії та меншою мірою проявляється в Білорусі. Головні фактори тут — сухість повітря та високий вміст азоту у ґрунті.

Агроном може активно впливати на накопичення білка в зерні за допомогою технології вирощування. Для цього необхідно правильно підбирати попередники та вчасно проводити заходи із захисту рослин. Максимальному накопиченню білка сприяють такі прийоми:

• розміщення посівів за кращими попередниками (чорний пар, зернові бобові, багаторічні бобові трави);
• внесення органічних та мінеральних добрив;
• надійний захист рослин від шкідників та хвороб;
• своєчасне збирання врожаю.

Найважливішим показником якості хлібопекарського борошна є клейковина. Це згусток білкових речовин, що залишаються після відмивання тіста від крохмалю. До її складу входять нерозчинні у воді білки — гліадини та глютеніни. Для випікання якісного хліба їхнє співвідношення має становити приблизно 1:1. Якісна клейковина здатна добре розтягуватися в довжину та чинити опір розриву.

Крім клейковиноутворюючих білків, у зерні містяться водорозчинні альбуміни та солерозчинні глобуліни. Цінність зерна також визначається присутністю незамінних амінокислот. До них належать лізин, триптофан, валін та інші біологічно активні речовини.

Вуглеводи становлять переважну частину зерна мятликових культур, і представлені вони головним чином крохмалем. Близько 80% усіх вуглеводів зосереджено в ендоспермі, тоді як на розчинні цукри припадає лише 2–3%, локалізованих переважно в зародку. Структура ендосперму прямо залежить від співвідношення крохмалю та білка. У борошнистому зерні проміжки між великими крохмальними зернами заповнені дрібними крохмалистими фракціями, а білкові прошарки залишаються тонкими. У склоподібному зерні дрібних крохмальних зерен практично немає — увесь вільний простір займають білки.

Вміст клітковини (целюлози) — основного компонента клітинних стінок — залежить від плівчастості культури та крупності зерна. У плівчастих злаків вона зосереджена у квіткових лусках, а у голозерних — у плодовій оболонці. Чим крупнішим сформувалося зерно, тим більший розмір його клітин і тим менша в ньому питома вага клітковини. При переробці переважна частина клітковини йде у висівки, тому при тонкому помелі борошно максимально очищається від оболонок.

Вплив жирів та зольних елементів на зберігання і переробку зерна

Жири в зерні становлять від 2 до 6% і локалізуються головним чином у зародку та алейроновому шарі. За своєю консистенцією вони рідкі, оскільки складаються переважно з ненасичених жирних кислот: олеїнової, лінолевої та ліноленової. Через високу концентрацію ліпідів у зародкових частинах виникає ризик швидкого псування продукції під час зберігання.

Концентрація жиру в зародку суттєво різниться залежно від культури:

• Зародок кукурудзи — до 40%
• Зародок вівса — до 26%
• Зародок проса — до 20%
• Зародок пшениці — до 14%
• Зародок жита та ячменю — до 12,5%

Мінеральний склад зерна представлений фосфором, калієм, магнієм, кальцієм, натрієм, залізом, кремнієм, сіркою та хлором. У мікродозах у ньому також присутні марганець, цинк, нікель, кобальт та інші елементи. Співвідношення цих компонентів залежить від культури. Наприклад, зерно вівса та проса містить значно більше кремнію, ніж пшениця. Основну ж частку золи пшениці становлять фосфор, калій та магній.

Клітковина, мінеральні солі, вітаміни (А, B1, B2, С, D, PP, Е) та ферменти (амілаза, ліпаза) зосереджені в периферійних частинах зерна — під лусками у плівчастих та в плодовій оболонці у голозерних культур. Там само знаходяться пігменти (порфірини, каротиноїди, антоціани), що визначають колір зернівки. При тонкому помелі всі ці біологічно активні компоненти відсіваються разом із висівками. Це робить борошно чистішим і світлішим, але збіднює його поживні властивості.