第一章谷物的生產(chǎn)與構(gòu)造

第一章谷物的生產(chǎn)與構(gòu)造優(yōu)選第一章谷物的生產(chǎn)與構(gòu)造學(xué)習(xí)：谷物籽粒結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)性質(zhì)、營養(yǎng)價值。重點學(xué)習(xí)：谷物淀粉、谷物蛋白質(zhì)以及其它組成成分的結(jié)構(gòu)與化學(xué)、生物化學(xué)性質(zhì)、谷物干燥、谷物安全貯藏的基本原理，以及谷物干法加工與濕法加工的基本方法。本課程是食品科學(xué)與工程專業(yè)的重要專業(yè)課程，對今后從事與谷物加工有關(guān)的研究、開發(fā)、生產(chǎn)和管理工作有指導(dǎo)作用。課程主要內(nèi)容谷物的生產(chǎn)和構(gòu)造谷物淀粉谷物蛋白質(zhì)谷物中的其他成分谷物干燥谷物安全儲藏谷物干法加工谷物濕法加工谷物加工副產(chǎn)品的利用谷物中功能性成分的提取與分離方法第一章谷物的生產(chǎn)與構(gòu)造

禾谷類果實的基本構(gòu)造禾谷類作物都屬于單子葉的禾本科(gramineae)植物，生產(chǎn)干的單種果實，這類果實就是“穎果”(caryopsis)，通常稱為“籽?！?kernel,grain)。具有皮層、胚和胚乳三部分基本結(jié)構(gòu)，各結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系也大致相同。

皮層:

由子房壁發(fā)育而成，分果皮和種皮。外果皮常有茸毛和氣孔，可依此確定品種。如硬粒小麥和普通小麥。果皮顏色由花青素或其他雜色體存在導(dǎo)致，未成熟的果實中含大量葉綠素。種皮是由珠被發(fā)育而成，禾谷類果實的種皮只有一層細(xì)胞。

胚:

種子最主要部分，受精卵發(fā)育而成。各類種子的胚形狀各異，基本可分為胚芽、胚莖（軸）、胚根和子葉四部分。

胚乳:

由極細(xì)胞受精后直接發(fā)育成的胚乳稱內(nèi)胚乳；由珠心層直接發(fā)育成的胚乳稱外胚乳。禾本科類籽粒的胚乳較發(fā)達(dá)。胚乳中儲藏著營養(yǎng)物質(zhì)，主要由淀粉構(gòu)成，所以禾本科作物一般作為主食之用，如稻谷，小麥，玉米，大麥，高粱，粟，燕麥等。小麥籽粒（穎果）果皮種子外果皮1、表皮2、皮下組織3、薄壁細(xì)胞的殘余部分種皮胚乳盾片（子葉）1、上皮2、薄壁組織3、微管束原組織內(nèi)果皮1、細(xì)胞中間體2、橫細(xì)胞層3、管狀細(xì)胞胚軸:1、胚芽（包括胚芽鞘）2、原生根3、次生側(cè)小根外胚葉胚1、糊粉層2、淀粉質(zhì)胚乳（外種皮、種皮、內(nèi)種皮）和色素束珠心層（透明層、外胚乳）和珠心突出物小麥籽粒的構(gòu)成糠、麩冬小麥橫切面掃描電子顯微鏡圖P:果皮A:糊粉層E:胚乳右圖：胚乳細(xì)胞第一節(jié)稻谷（Paddy）稻谷是我國重要的糧食作物，在國民經(jīng)濟(jì)中有極其重要的地位。目前的栽培稻絕大多數(shù)屬于禾本科稻屬（Oryza），普通栽培稻亞屬（OryzaSativeL），谷粒長4~7mm，分布極廣。我國的稻谷品種繁多，分布極廣，全國各地均有種植。稻谷根據(jù)籽粒形態(tài)可分為秈稻和粳稻，根據(jù)生長季節(jié)和收獲季節(jié)可分為早、中、晚稻，根據(jù)淀粉粒性質(zhì)可分為粘稻和糯稻，另外根據(jù)生長習(xí)性還可分為水稻和旱稻。

稻谷穎果的縱剖面示意圖1、糊粉層2、胚乳3、種皮4、珠心層5、果皮6、盾片7、胚根8、外胚葉9、胚芽10、胚根鞘11、中胚軸12、腹鱗13、側(cè)鱗14、胚芽鞘15、外稃16、內(nèi)稃秈稻粒形細(xì)長而稍扁平，稃毛短而稀，一般無芒，即使有芒也很短，稻殼較薄，腹白較大，耐壓性差，易折斷，加工時碎米多，米質(zhì)脹性較大而粘性較弱，并且與野生稻易雜交結(jié)實。粳稻則粒形短而寬厚，稃毛長而密，芒較長，稻殼較厚，腹白和心白較小，或者完全沒有，耐壓性強(qiáng)，加工時不易產(chǎn)生碎米，故出米率高，米質(zhì)脹性較小而粘性較強(qiáng)。無論秈稻和粳稻，根據(jù)其淀粉的性質(zhì)不同，可分為糯稻和非糯稻兩類。非糯稻又稱粘稻，含直鏈淀粉10~30%，色較深，呈半透明的角質(zhì)狀態(tài)，米質(zhì)硬而脆，一般作主食之用。糯米中的淀粉則幾乎全部為支鏈淀粉，色乳白，不透明，呈蠟狀，米質(zhì)較疏松，產(chǎn)量一般較低，適宜做糕點和釀酒之用。稻谷在收獲時，粘附著稻殼，稻殼約占毛稻重量的20%，它是由花被（外稃和內(nèi)稃）形成的，稻殼含有豐富的纖維素（25%），木質(zhì)素（30%），戊聚糖（15%）和灰分（21%），灰分中含有大約95%的二氧化硅。稻殼外表面除去稻殼以后的稻谷稱為糙米，它包括果皮、種皮、外胚乳、胚乳和胚各個部分，在其中，胚乳占到了米粒的最大部分，包括糊粉層和淀粉細(xì)胞。糙米碾白時，米粒的果皮、種皮、外胚乳和糊粉層等被剝離而成為米糠。糙米出糠率的大小取決于米糠層的厚度和糠層的表面積。在加工同一精度的大米時，品質(zhì)優(yōu)良的品種及成熟而飽滿的稻谷，因其縱溝較淺，糠層較薄，表面積相對減小，出糠率較低，出米率較高。此外，腹白和心白多的稻谷，結(jié)構(gòu)疏松，硬度低，加工時易出碎米，品質(zhì)較差，耐儲性差。有爆腰的稻谷，加工時碎米多。爆腰率與稻谷的曬干程度有關(guān)，稻谷曬得過干，爆腰率高，影響米的品質(zhì)。碾米時，除糠層被碾去外，大部分的胚也被碾下來。加工高精度的白米時，胚幾乎全部脫落，進(jìn)入到米糠中。17胚乳

通常，胚乳是硬質(zhì)和半透明的，但是也有不透明的栽培品系，某些稻谷品種有不透明的區(qū)域（稱為腹白），腹白是由胚乳中的空氣間隙所引起?？拷蹖拥呐呷榧?xì)胞中的蛋白質(zhì)比靠近胚乳中心細(xì)胞中的蛋白質(zhì)多得多。淀粉

在胞腔內(nèi)以一定形狀的淀粉粒的形式存在，越深入胚乳組織內(nèi)部，淀粉粒越大。淀粉粒的間隙中，充滿著類蛋白質(zhì)的物質(zhì)，此類物質(zhì)多，淀粉粒排列得緊密，胚乳組織透明而堅實，為角質(zhì)胚乳，如果此類物質(zhì)少，淀粉粒之間存在空氣間隙，胚乳組織松散而呈粉狀，為粉質(zhì)胚乳。米粒的腹白和心白就是胚乳的粉質(zhì)部分。從理論上講，白米應(yīng)當(dāng)是純胚乳，但實際上，糠層和胚都不會完全被碾去。因此，根據(jù)米粒留皮的程度和留胚的多少可以判斷大米的精度，大米的精度愈高，除去的糠層和糊粉層愈多?？穼雍秃蹖又泻袠O豐富的維生素和蛋白質(zhì)。從營養(yǎng)角度看，不宜追求過高的加工精度。大米精度越高，淀粉的相對含量越高，纖維素含量越少，消化率越高，但某些營養(yǎng)成分如脂肪、礦物質(zhì)及維生素的損失也越多。從食用角度來看，精度高的米口感細(xì)膩、風(fēng)味良好。19第二節(jié)小麥小麥的不同品種軟質(zhì)小麥與硬質(zhì)小麥小麥制粉小麥籽粒的結(jié)構(gòu)與出粉率小麥胚胚乳細(xì)胞與面筋蛋白質(zhì)小麥按籽粒質(zhì)地可分為軟質(zhì)小麥和硬質(zhì)小麥。橫截面有一半或一半以上透明的為硬質(zhì)小麥，橫截面有一半以上不透明的為軟質(zhì)小麥；硬質(zhì)小麥蛋白質(zhì)含量高，結(jié)構(gòu)緊密，筋力好，軟質(zhì)小麥蛋白質(zhì)含量低，組織疏松，筋力差。硬質(zhì)小麥出粉率高，烤制面包品質(zhì)好，但粉色較差。1、茸毛2、胚乳3、淀粉細(xì)胞4、細(xì)胞的纖維壁5、糊粉細(xì)胞層6、珠心層7、種皮8、管狀細(xì)胞9、橫細(xì)胞10、皮下組織11、表皮層12、盾片13、胚芽鞘14、胚芽15、初生根16、胚根鞘17、根冠18、腹溝19、胚乳20、色素束21、皮層22、胚小麥籽粒的縱切面及橫切面示意圖小麥出粉率的影響因素較多，一般籽粒大而飽滿的小麥出粉率高，皮層越薄，出粉率越高。

小麥籽粒的果皮及鄰近組織的剖面圖A：橫切面B：縱切面EP：外表皮HP：下表皮CC：橫細(xì)胞TC：管狀細(xì)胞SC：種皮NE：珠心層AL：糊粉層E：淀粉胚乳在硬質(zhì)小麥中，蛋白質(zhì)和淀粉是緊密粘附的。蛋白質(zhì)不僅使淀粉良好地濕潤，而且使兩者結(jié)合緊密。結(jié)合強(qiáng)度高的證據(jù)是硬質(zhì)小麥具有使破損發(fā)生在細(xì)胞壁，而不是通過細(xì)胞內(nèi)含物，破損處穿過某些淀粉粒，而不是在淀粉與蛋白質(zhì)的分界面。而在軟質(zhì)小麥中，表現(xiàn)出很大的不同，蛋白質(zhì)不濕潤淀粉表面，淀粉和蛋白質(zhì)之間的結(jié)合很容易破裂的，故沒有破損的淀粉粒。杜倫小麥比普通硬質(zhì)小麥硬得多，因此，當(dāng)麥粒破碎時，會產(chǎn)生更加大量的破損淀粉粒。左圖:硬質(zhì)小麥沿細(xì)胞壁的破裂右圖:軟質(zhì)小麥穿過細(xì)胞壁的破裂左圖:硬質(zhì)小麥，BS：破損淀粉右圖:軟質(zhì)小麥除硬度的區(qū)別之外，小麥胚乳的另一個重要特點是其外觀的不同。某些小麥具有玻璃質(zhì)，角質(zhì)或半透明的外觀，而另一些小麥卻是不透明或粉質(zhì)的。一般認(rèn)為透明度與硬度和高蛋白含量相關(guān)聯(lián)，不透明度與軟度和低蛋白含量相關(guān)聯(lián)。籽粒中有空氣間隙時，由于衍射和漫射光線從而使得籽粒呈現(xiàn)為不透明或粉質(zhì)。籽粒充填緊密時，沒有空氣間隙，光線在空氣和麥粒界面衍射并穿過麥粒，沒有反復(fù)的衍射作用，形成半透明的或玻璃質(zhì)的籽粒。谷物中空氣間隙的存在形成不透明的籽粒，密度小?？諝忾g隙顯然是在谷物干燥期間形成的。由于谷物失去水分，故蛋白質(zhì)皺縮、破裂并留下空氣間隙。玻璃質(zhì)的籽粒，蛋白質(zhì)皺縮時仍保持完整，從而成為密度較大的籽粒。如果收獲的谷物籽粒未成熟，并采用冷凍干燥，將變得完全不透明。這說明玻璃質(zhì)的特性是在田間的最終干燥過程中產(chǎn)生的。玻璃質(zhì)谷粒在田間或?qū)嶒炇依锸艹焙透稍?，將失去其透明度。第三?jié)玉米玉米的工業(yè)用途玉米籽粒的結(jié)構(gòu)籽粒顏色基本化學(xué)組成玉米蛋白質(zhì):

缺價蛋白質(zhì)，賴氨酸（Lys）色氨酸（Trp）1、皮殼2、表皮層3、中果皮4、橫細(xì)胞5、管狀細(xì)胞6、種皮7、糊粉層8、角質(zhì)胚乳9、粉質(zhì)胚乳10、淀粉細(xì)胞玉米籽粒的縱切面及橫切面示意圖11、細(xì)胞壁12、盾片13、胚14、初生根15、基部16、盾片17、胚軸18、果皮19、粉質(zhì)胚乳20、角質(zhì)胚乳玉米穎果的植物學(xué)結(jié)構(gòu)與小麥相似，籽粒顏色變化較多，從白到黑褐或紫紅色，可能是純色的，也可能是雜色的，白色或黃色是最普遍的顏色，皮層約占籽粒的5~6%，胚較大，占籽粒的10~14%，其余部分為胚乳。玉米脂肪含量較高，維生素較多，糖類的含量略低于大米和小麥粉，蛋白質(zhì)比小麥粉略低而比大米高。玉米胚乳中含角質(zhì)淀粉較多的品種品質(zhì)較好，含粉質(zhì)淀粉較多的品質(zhì)較差。玉米蛋白質(zhì)中缺少賴氨酸和色氨酸，所以玉米的蛋白質(zhì)為缺價蛋白質(zhì)。玉米粉適口性差。玉米籽粒的掃描電鏡圖上左：破損籽粒，可見胚乳質(zhì)地上右：多角形淀粉顆粒下左：籽粒不透明部分，球形淀粉粒、蛋白質(zhì)以及大量的空氣間隙下右：淀粉核，破損淀粉（BS）第四節(jié)大麥大麥籽粒的結(jié)構(gòu)大麥籽粒的顏色差別（花青色素和黑色素）大麥的主要用途（啤酒專用大麥、非釀造大麥）國產(chǎn)大麥不能用于釀造行業(yè)的主要原因大麥的營養(yǎng)價值上圖：C：胚芽鞘F：葉狀莖SN：盾片節(jié)CR：胚根鞘R：根V：維管系統(tǒng)S：盾片E：胚鱗上皮細(xì)胞H：外殼PT：果皮-種皮AL：糊粉層大麥籽粒橫切面示意圖下圖：籽粒外層大麥籽粒橫切面掃描電子顯微鏡圖H：殼P：果皮A：多層糊粉細(xì)胞右圖：胚乳細(xì)胞構(gòu)成大麥籽粒顏色差異很大，有白、紫、藍(lán)、藍(lán)灰、紫紅、棕紅、黑等顏色。這些顏色主要有二種著色素：一為花青色素，在酸性狀況下呈紅色，堿性時呈藍(lán)色；另一為黑色素化合物，呈現(xiàn)黑色。色素存在于稃、果皮和糊粉層中，有時也存在于淀粉胚乳中。若所有色素均不存在則為白色。稃及果皮中的花青色素常呈現(xiàn)紫色，表示這些組織常呈酸性；而在糊粉層中的花青色素常呈藍(lán)色，表示糊粉層為堿性。花青色素在裸麥果皮中比在糊粉層中表現(xiàn)更為明顯。第五節(jié)高粱高梁生長特點和工藝特點高梁的工業(yè)用途高梁籽粒的化學(xué)組成著色的內(nèi)珠被往往含縮合單寧，味苦高粱籽粒解剖圖皮層占7.9%、胚9.8%、胚乳82.3%。高粱的果皮中含有淀粉粒，位于中果皮，大小為1~4μm。S.A.花柱殘跡E.胚乳S.盾片E.A.胚軸左上：籽粒外緣：外果皮（EP），中果皮（M），內(nèi)果皮（EN），內(nèi)珠被（I）和糊粉細(xì)胞（AL）。右上：外部邊緣：示出厚著色內(nèi)珠被（I）的存在。左下：不含內(nèi)珠被的高粱籽粒：可見種皮（SC）。右下：籽粒的玻璃質(zhì)部分：示出胚乳細(xì)胞內(nèi)含物及蛋白質(zhì)體（P）。高粱籽粒橫切面的掃描電子顯微圖第六節(jié)粟粟（谷子）的主要工業(yè)用途加工成品小米的營養(yǎng)價值非糯稻又稱粘稻，含直鏈淀粉10~30%，色較深，呈半透明的角質(zhì)狀態(tài)，米質(zhì)硬而脆，一般作主食之用。胚乳通常，胚乳是硬質(zhì)和半透明的，但是也有不透明的栽培品系，某些稻谷品種有不透明的區(qū)域（稱為腹白），腹白是由胚乳中的空氣間隙所引起。右圖:軟質(zhì)小麥穿過細(xì)胞壁的破裂秈稻粒形細(xì)長而稍扁平，稃毛短而稀，一般無芒，即使有芒也很短，稻殼較薄，腹白較大，耐壓性差，易折斷，加工時碎米多，米質(zhì)脹性較大而粘性較弱，并且與野生稻易雜交結(jié)實。下左：籽粒不透明部分，球形淀粉粒、蛋白質(zhì)以及大量的空氣間隙上左：破損籽粒，可見胚乳質(zhì)地從營養(yǎng)角度看，不宜追求過高的加工精度。玉米胚乳中含角質(zhì)淀粉較多的品種品質(zhì)較好，含粉質(zhì)淀粉較多的品質(zhì)較差。右下：籽粒的玻璃質(zhì)部分：示出胚乳細(xì)胞內(nèi)含物及蛋白質(zhì)體（P）。盾片（子葉）1、上皮2、薄壁組織3、微管束原組織胚乳中儲藏著營養(yǎng)物質(zhì)，主要由淀粉構(gòu)成，所以禾本科作物一般作為主食之用，如稻谷，小麥，玉米，大麥，高粱，粟，燕麥等。糯米中的淀粉則幾乎全部為支鏈淀粉，色乳白，不透明，呈蠟狀，米質(zhì)較疏松，產(chǎn)量一般較低，適宜做糕點和釀酒之用。大麥的主要用途（啤酒專用大麥、非釀造大麥）玻璃質(zhì)谷粒在田間或?qū)嶒炇?/p>