Биохимические принципы формирования качества зерна бобовых

Контрольная работа по дисциплине: « Биохимические основы качества урожая сельскохозяйственных культур »

Тема работы: Биохимические принципы формирования качества зерна бобовых.

Содержание.

Введение

Сравнительный химический состав зерна бобовых

Углеводы бобовых культур

Липиды бобовых культур

Накопление белков в семенах бобовых культур

Уреиды и другие азотистые соединения бобовых культур

Токсические соединения бобовых культур

Заключение

Список использованной литературы

Введение.

Контрольные вопросы:

1.Сравнительный химический состав зерна бобовых.

2.Углеводы бобовых культур.

3.Липиды бобовых культур.

4.Накопление белков в семенах бобовых культур.

5.Уреиды и другие азотистые соединения бобовых культур.

6.Токсические соединения бобовых культур.

Сравнительный химический состав зерна бобовых.

Табл.1 Содержание белка, углеводов, жира и минеральных веществ в зрелых семенах разных видов зернобобовых, % в спелых семенах, средние данные.

Вид

Содержание, %

Белок

Углеводы

Жир

Минеральные вещества

Горох

22,9

41,2

1,4

2,7

Фасоль

21,3

40,1

1,6

4,0

Соя

33,7

6,3

18,1

4,7

Кормовые бобы

23,0

55,0

2,0

3,1

Чечевица

23,5

52,0

1,4

3,2

Люпин белый

37,6

35,9

8,8

4,1

Люпин жёлтый

43,9

28,9

5,4

5,1

Люпин узколистный

34,9

39,9

5,5

3,8

Вика посевная

26,0

49,8

1,7

3,2

Нут

19,8

41,2

3,4

2,7

Чина

23,0

55,0

1,5

3,2

Табл.2 Содержание витаминов в зёрнах зернобобовых.

Вид

Содержание витаминов, мг/кг

С

А

В1

В2

В6

Фолиевая К-та

Ниацин

Горох

22-295

7,0

5,1

0,7-6,4

1,0

-

-

Фасоль

-

4,0

4,6

1,6

2,8

-

20,8

Соя

-

3,8

9,9

5,2

11,9

-

25,1

Кормовые бобы

160

-

3,8

2,4

-

-

21,0

Чечевица

…50

1,0

4,3

2,6

-

-

22,0

Люпин белый

-

-

-

-

-

-

-

Люпин жёлтый

-

-

-

-

-

-

-

Люпин узколистный

-

-

-

-

-

-

-

Вика посевная

-

-

4,8

1,5

1,0

-

-

Нут

40

1,8

4,8

1,8

-

-

16

Чина

-

-

8,3

1,4

3,2

-

27,6

Табл.3 Содержание минеральных веществ в зёрнах зернобобовых.

Вид

Содержание минеральных веществ, г/кг

Содержание минеральных веществ, мг/кг

K

Na

Ca

P

Mg

S

Fe

Mn

Co

Cu

Mo

Zn

Горох

12

0,1

1,0

4,5

1,5

1,6

84

14

90

9,3

1,0

42

Фасоль

12,4

0,5

1,2

5,0

1,3

2,6

67

-

-

11,2

-

-

Соя

17,4

-

2,6

5,9

2,5

-

85

-

-

-

-

-

Кормовые бобы

12,8

0,2

1,5

4,9

1,7

0,9

67

54

30

8,3

0,5

55

Чечевица

6,7

-

0,8

3,5

-

83

-

-

-

-

-

-

Люпин белый

-

0,6

-

-

-

-

-

-

10,5

-

3,7

-

Люпин жёлтый

9,0

0,6

2,7

5,4

2,5

2,7

70

61

-

9,3

4,1

-

Люпин узколистный

8,8

0,6

2,4

3,2

2,4

2,7

-

-

-

-

1,8

-

Вика посевная

10,7

0,2

1,2

4,6

2,0

1,4

78

21

160

8,8

1,3

35

Нут

11,2

-

1,1

3,0

0,8

-

67

-

-

-

-

-

Чина

20,9

0,3

1,1

3,0

2,8

-

164

44

0,3

7,8

-

8,1

Семена зернобобовых в значительной мере удовлетворяют потребности человека и животных в углеводах, витаминах, особенно группы В и Е, отчасти и в жире (особенно соя) и в белке. Относительно минеральных веществ отмечено высокое содержание фосфора и калия, в то время, как содержание кальция, как и у мятликовых зерновых, - низкое. Семена зернобобовых относят, благодаря выше названным свойствам, к ценнейшим концентрированным кормам. Но следует учесть, что биологическая ценность белка зернобобовых по сравнению с животным белком относительно низкая. Это обусловлено прежде всего тем, что белок зернобобовых содержит из незаменимых аминокислот меньше серосодержащих (метионин и цистин), а также триптофана.

Углеводы бобовых культур.

Основные углеводы, определяющие качество зерна зернобобовых культур, - это крахмал, гемицеллюлозы, клетчатка. Содержание крахмала в семенах различных зернобобовых культур колеблется в пределах 40 – 55 %, в сое и люпине его очень мало – в них накапливаются другие запасные вещества. Состав крахмала у многих бобовых культур примерно такой же, как у злаков, - на 20 – 30 % он представлен амилозой и на 70 – 80 % - амилопектином. (табл.4) Молекулы обеих составных частей крахмала различаются в своём строении и этим по своим функциям. Разветвление молекул амилопектина и губчатая их структура – причина того, что крахмал обладает свойством набухания и склеивания. Неразветвлённые молекулы амилозы образуют линеарную структуру, подобную той, которая имеется в пластмассах типа полиэтилена и полипропилена. При термопластической обработке подобного крахмала по способу экструзии можно получить пластмассоподобные, но биологически рециклируемые материалы, которыми можно заменить пластмассы.

Табл.4 Состав крахмала в семенах культурных растений.

Вид или форма

Содержание крахмала в

Амилозе, %

Амилопектине, %

Горох мозговой

До 85

15

Горох лущильный

40

60

Кормовые бобы

40

60

Кукуруза

25

75

Амило-кукуруза

До 70

30

Пшеница

25

75

Картофель

25

75

В созревающих семенах запасной крахмал и другие полисахариды синтезируются из сахаров, образующихся в листьях, а также в створках бобов, в которых много моносахаридов и крахмала. В процессе налива зерна крахмал в створках бобов распадается, образующиеся продукты поступают в семена. В листьях в это время также усиливается распад структурных полисахаридов(гемицеллюлоз, пектиновых веществ) и ассимиляционного крахмала. В процессе распада этих веществ наряду с моносахаридами и их фосфорными эфирами образуется много сахарозы.

На первых этапах созревания семян вследствие усиливающегося оттока углеводов из вегетативной массы накапливается много сахаров (до 30 % сухой массы), а крахмала содержится очень мало. Интенсивный синтез крахмала начинается во время налива зерна, а концентрация сахаров в семенах понижается: образуются другие полисахариды. От фазы восковой до полной спелости в зерне постепенно снижается интенсивность синтеза крахмала вследствие сокращения поступления углеводов из листьев.

В зародышах семян зернобобовых культур накапливается значительное количество сахаров, представленных в основном сахарозой, а в оболочках семян синтезируется много клетчатки и пентозанов. Общее содержание клетчатки в семенах бобовых обычно составляет 3 – 6 %, а у некоторых культур может достигать 10 – 15 %. У люпина в процессе созревания семян синтезируется много гемицеллюлоз и пектиновых веществ.

Липиды бобовых культур.

У большинства бобовых культур содержание в зерне липидов составляет 2 – 3 %, они в основном представлены жирами и фосфоглицеридами, которые локализованы преимущественно в зародыше. В семядолях синтезируются структурные липиды. У некоторых бобовых растений (нут, соя, люпин) в семенах может накапливаться значительно больше липидов, главным образом за счёт синтеза жиров. Особенно много жира содержится в зерне сои (18 – 25 %), у которой поступающие из вегетативных органов углеводы используются не на синтез крахмала, а на образование ацилглицеринов, в связи с чем соя является не только высокобелковой, но и масличной культурой. Семена люпина пока не используют для производства масел, хотя содержание масла и важных жирных кислот с точки зрения пригодности для пищевых и технических целей (простые и многократно ненасыщенные жирные кислоты) неплохое.(табл.5)

Табл.5 Состав жирных кислот важнейших растительных масел.

Масло

Насыщенные жирные кислоты

Просто ненасыщенные жирные кислоты

Многократно ненасыщенные жирные кислоты

Линолевая кислота

Линоленовая кислота

Сои

15

24

54

7

Люпина жёлтого

15

27

51

7

Накопление белков в семенах бобовых культур.

Семена зернобобовых имеют по сравнению со всеми зерновыми благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, которые в состоянии фиксировать азот из воздуха, наивысшее содержание сырого протеина. Оно от двух до четырёх раз выше, чем в зерне мятликовых зерновых. Возможные урожаи протеина у главных видов зернобобовых могут быть в два раза выше, чем у мятликовых зерновых, причём сырой протеин составляет у них практически полностью настоящий белок.

Белки семян зернобобовых растений хорошо сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот и поэтому имеют высокую биологическую питательную ценность. Особенно это относиться к такой культуре, как соя, в белках которой концентрация незаменимых (кроме метионина и триптофана) аминокислот значительно выше, чем требуется по нормам питания человека или кормления сельскохозяйственных животных.

Табл.6 Содержание незаменимых аминокислот в семенах зерновых бобовых культур, г/кг сухого вещества.

Аминокислота

Соя

Фасоль

Чечевица

Горох посевной

Люпин жёлтый

Бобы кормовые

Чина посевная

Нут

пшеница

Лизин

24,0

23,3

22,3

22,7

16,2

14,5

18,4

20,7

2,8

Метионин

5,0

1,5

4,0

1,0

4,1

3,3

4,5

5,2

1,6

Цистин

4,6

6,2

6,3

2,8

4,4

4,2

3,0

4,8

2,1

Аргинин

25,6

16,5

21,6

19,7

28,3

17,0

23,1

24,4

4,9

Лейцин

41,6

44,0

38,8

31,8

37,5

24,8

33,5

39,6

6,9

Фенилаланин

16,0

14,6

13,0

11,6

15,5

6,2

10,0

11,3

5,0

Треонин

13,0

11,0

10,9

11,7

14,0

9,8

12,0

10,5

3,0

Валин

16,5

16,0

15,8

11,0

11,2

9,6

12,5

11,5

4,7

Триптофан

3,6

4,4

5,3

1,8

1,8

1,6

2,9

3,0

1,3

Гистидин

8,0

6,5

9,0

4,9

11,0

7,0

6,1

6,0

2,1

Сумма десяти незаменимых аминокислот

158

144

147

120

144

98

126

128

34

Белки зернобобовых культур – сои, бобов, гороха, фасоли, люпина, вики и т. д. - могут быть использованы как добавка для обогащения незаменимыми аминокислотами других растительных белков, имеющих низкую биологическую ценность, например у злаковых растений.

Основными запасными белками зернобобовых растений являются глобулины, на долю которых в общем белковом комплексе семян приходится 60 – 70 %. Остальная часть представлена альбуминами. Большая часть глобулинов представлена двумя типами – легуминоподобными 11S-белками и вицилиноподобными 7S-белками, соотношение между ними в зрелом зерне чаще всего 2 : 1. Легумины и вицилины – запасные белки семян гороха, первые имеют молекулярную массу 300 – 360 тыс., вторые – 110 – 220 тыс. Как было выяснено, в семенах всех бобовых растений содержатся белки, сходные по многим свойствам с легуминами и вицилинами, - глицинин сои, фазеолин фасоли, конглютин люпина и др. Как правило, эти белки имеют довольно сложную четвертичную структуру, включающую от двух до двенадцати полипептидных субъединиц. Кроме глобулинов, в зерне зернобобовых содержатся белки альбумино-глютелинового типа. Большая часть альбуминов локализована в зародыше, а глютелины – в основном в семядолях, и они, по-видимому, представляют собой глобулины, связанные с углеводами.

Запасные глобулины семян зернобобовых культур, как и запасные белки злаков, синтезируются с участием 80S-рибосом, связанных с мембранами ГЭР, и откладываются в вакуолях клеток семядолей в виде айлероновых зёрен. По мере созревания семян, клетки семядолей заполняются айлероновыми и крахмальными зёрнами, другими запасными веществами.

Изучение биосинтетических процессов, происходящих в семенах бобовых при их созревании, показывает, что запасные белки образуются из аминокислот и амидов, поступающих из листьев и створок бобов. Начиная с фазы цветения, в этих органах усиливаются гидролитические процессы, и начинается отток образующихся продуктов распада в репродуктивные органы. Значительное количество аминокислот и амидов поступает в созревающие семена из корней, где атмосферный азот с помощью клубеньковых бактерий связывается, а затем восстанавливается до аммонийной формы.

На первых этапах формирования, в семенах содержится много небелковых азотистых веществ, структурных и каталитических белков, а запасных белков очень мало. В дальнейшем содержание небелковых азотистых веществ уменьшается и усиливается синтез запасных белков, однако общее количество белковых веществ в созревающем зерне почти не изменяется.

В процессе созревания в семенах заметно изменяется соотношение вицилино- и легуминоподобных белков. В незрелых семенах содержится очень много низкомолекулярных белков – вицилиноподобных глобулинов (до 70 % от общего количества запасных белков), а в более поздние фазы созревания усиливается синтез высокомолекулярных глобулинов – легуминоподобных белков. Общее количество белков в зрелом зерне зернобобовых культур обычно достигает 25 – 30 %, а в сое и люпине – 30 – 40 %.

Уреиды и другие азотистые соединения бобовых культур.

Уреиды – это производные мочевины CO (NH>2>)>2>, получаемые замещением атомов водорода в МН>3>-группах на ацилы карбоновых кислот. В растениях уреиды двигаются в листья, к месту фотосинтеза. Они являются одной из транспортных форм азота в растениях. Для многих представителей бобовых, способных „заболевать“ клубеньковыми азотфиксаторами (горох, люпин), транспортная форма азота — это амиды аспарагин и глутамин (N/C 0,5 и 0,4, соответственно).

У сои одной из транспортных форм азота является аллантоин, который тоже относят к уреидам. Аллантоин – глиоксалилдвумочевина, образуется при окислении мочевой кислоты, ферментом уриказой и является конечным продуктом обмена пуриновых оснований у большинства млекопитающих (кроме человека и др. приматов), а также у некоторых растений. Для ряда бактерий аллантоин - источник углерода и азота. Обнаружен у животных и человека (в жидкости аллантоиса, амниотической жидкости, моче и т. д.), а также в растениях. У земноводных и большинства рыб аллантоин превращается в аллантоиновую кислоту, а затем в мочевину и глиоксалат. Аллантоин по атомному соотношению N/C немногим уступает мочевине (1 против 2). Это хорошая нейтральная упаковка для азота. У других растений упаковка для азота менее ёмкая.

Амиды играют важную роль в жизни бобовых растений, и не только бобовых. В результате их образования не только обезвреживается аммиак, но одновременно запасается в тканях азот. Аспарагин и глутамин, как аспартат и глутамат, принимают участие в переаминировании. Амиды – транспортная форма азота, обеспечивающая его передвижение из одного органа в другой. И наконец, амиды стимулируют синтез белка.

А в заключении можно сказать, что зернобобовые культуры отличаются более высоким содержанием азотистых веществ, как в вегетативной массе, так и семенах. Эти особенности обусловлены способностью с помощью симбиотических микроорганизмов фиксировать молекулярный азот атмосферы и использовать его на синтез аминокислот и белка.

Токсические соединения бобовых культур.

Продукты зернобобовых содержат ряд антинутритивных и отчасти токсических субстанций, которые ограничивают их использование в питании человека и кормлении животных. (Табл.7)

Табл.7 Антинутритивные субстанции зернобобовых.

Антинутритивные вещества

Горох

Кормовые бобы

Соя

Фасоль

Чечевица

Люпин

Нут

Чина

Фенольные соединения (кофейная, феруловая, салициловая кислоты)

-

+ 0

-

+ 0

+ 0

-

-

-

Полифенолы (таннины)

(+) 0

+ 0

-

(+)

+ 0

-

(+)

(+)

Ингибиторы протеазы (ингибиторы трипсина)

+ 0

+ 0

(+)

+

-

-

+

+

Фитохемаглутины (лектин)

-

+

(+)

+

-

-

-

-

Фитин-протеин-соединения

(+)

(+)

(+)

(+)

(+)

(+)

(+)

(+)

Глюкопиранозиды (вицин, конвицин)

-

+ 0

-

-

-

-

-

-

Алкалоиды (люпанин, спартеин, гидроксилюпанин, ангустифолин)

-

-

-

-

-

+ 0

-

-

Цианогенные глюкозиды

-

-

-

(+)

(+)

-

-

-

Сапонины

(+)

(+)

(+)

(+)

(+)

(+)

+

(+)

___________________

+ - значительное содержание; (+) – незначительное содержание; - - нет данных; 0 – сорта с низким и очень низким содержанием (нулевые сорта) есть.

Они отчасти сконцентрированы в шелухе и семядолях. Эти соединения или снижают переваримость продуктов (таннины, ингибиторы трипсина, Фитохемаглутины, сапонины) или в высоких концентрациях проявляют токсическое действие (алкалоиды, Цианогенные гликозиды).

Разными способами обработки семян (отчасти простой варкой или снятием кожуры) можно удалить эти вещества или обезвредить их. Способы для технического удаления алкалоидов из семян пока экономически не окупаются. Кроме этого у большинства видов существуют сорта с низким или очень низким содержанием (нулевые сорта) этих веществ. Так, белоцветущие или белокожуристые сорта являются практически свободными от таннина. Существуют сорта белого, жёлтого и узколистного люпина с низким содержанием алкалоидов (табл.8).

Табл.8 Содержание алкалоидов у разных видов люпина.

Вид

Содержание алкалоидов в сухих семенах, %

Люпинин

Гидроксилюпинин

Спартеин

Ангустифолин

Алкалоиды, всего

Горькие формы

Бедные алкалоидные формы

Горькие формы

Бедные алкалоидные формы

Горькие формы

Бедные алкалоидные формы

Горькие формы

Бедные алкалоидные формы

Горькие формы

Бедные алкалоидные формы

Белый люпин

1,209

0,014

0,608

0,029

-

-

-

0,003

1,817

0,046

Жёлтый люпин

0,506

0,02

-

-

0,315

-

-

-

0,821

0,04

Узколистный люпин

0,523

0,016

0,672

0,029

-

-

0,136

0,004

1,331

0,049

В маленьких дозах многие из этих биоактивных веществ имеют положительное влияние на здоровье человека (табл.9). Токсичность антинутритивных веществ, содержащихся в семенах зернобобовых, нельзя смешивать с действием микотоксинов, которые являются токсическими метаболитами обмена веществ микроорганизмов, поражающих семена зернобобовых и продукты их переработки. На арахисе и его жмыхах встречаются прежде всего афлатоксин (при поражении грибом Aspergillus flavus), на соевом жмыхе – цеараленон (при поражении грибами рода Fusarium). Болезнь люпиноз, вызывающая у животных смертельные заболевания печени и почек, вызывается не алкалоидами люпина, а грибом Phomopsis leptostromiformes, который паразитирует на соломе и стерне люпина.

Табл.9 Действие биоактивных веществ зернобобовых на здоровье человека.

Биоактивные вещества

Биоактивно положительное действие

Предохранение или торможение ракообразования

Антимикробное

Антиоксидантное

Улучшение текучести крови

Активизирующее действие на иммунную систему

Торможение воспалений

Регулирующее действие на давление крови

Снижающее действие на содержание холестерина

Регулирующее действие на содержание глюкозы в крови

Монотерпены

+

-

-

-

-

-

-

-

-

Полифенолы

+

+

+

+

+

+

+

-

+

Ингибиторы трипсина

+

-

+

-

-

-

-

-

-

Фитиновая кислота

+

-

+

-

+

-

+

+

Сапонины

+

+

-

-

+

-

-

+

-

Гликозиды

+

+

-

-

-

-

-

+

-

Благодаря содержанию биоактивных вторичных растительных веществ, витаминов и минералов, зернобобовые потребляют в зелёном состояние в качестве овощей, например, мозговые и сахарные формы гороха, крупнозёрные формы кормовых бобов, фасоль, соя, нут и чина. Как правило, их потребляют в варёном состоянии. Широко употребляют проростки семян зернобобовых в свежем виде и в салатах.

Попытки использовать зернобобовые как возобновляемое сырьё для химической и фармацевтической промышленности пока ещё в стадии исследований. Исследования ведутся в направлении экстракции вторичных растительных веществ для производства биологических препаратов для защиты растений (экстракты из горьких люпинов) и для применения в медицине. Лецитины экстрагируют из семян сои (содержание 2,03 %) и из узколистного люпина (2,19 %), галактаны извлекают из белого люпина.

Заключение.

В заключении можно сказать, что значение зернобобовых в мире очень большое. Их производят непосредственно для питания человека и кормления животных. Также они широко используются в промышленности. Нельзя не отметить их высокое значение, как источник белка, по многим показателям не уступающего животному. А вместе с этим наличие высокого количества витаминов, жиров и биологически активных веществ делает их незаменимыми для человека.

Список использованной литературы.

1. Новиков Н.Н. Физиолого-биохимические основы формирования качества урожая сельскохозяйственных культур. Москва, издательство МСХА, 1994 г.

2. Павловская Н.Е., Задорин А.Д. Белковый комплекс зернобобовых культур и пути повышения его качества. Орёл, 2003 г.

3. Петр И. и др. Формирование урожая основных сельскохозяйственных культур. Москва, Колос, 1984 г.

4.Шпаар Д., Эллмер Ф., Постников А., Таранухо Г. и др. Зернобобовые культуры. Минск, «ФУАинформ», 2000 г.

1