第一章谷物的生产与构造

第一章谷物的生产与构造优选第一章谷物的生产与构造学习：谷物籽粒结构、物理、化学性质、营养价值。重点学习：谷物淀粉、谷物蛋白质以及其它组成成分的结构与化学、生物化学性质、谷物干燥、谷物安全贮藏的基本原理，以及谷物干法加工与湿法加工的基本方法。本课程是食品科学与工程专业的重要专业课程，对今后从事与谷物加工有关的研究、开发、生产和管理工作有指导作用。课程主要内容谷物的生产和构造谷物淀粉谷物蛋白质谷物中的其他成分谷物干燥谷物安全储藏谷物干法加工谷物湿法加工谷物加工副产品的利用谷物中功能性成分的提取与分离方法第一章谷物的生产与构造

禾谷类果实的基本构造禾谷类作物都属于单子叶的禾本科(gramineae)植物，生产干的单种果实，这类果实就是“颖果”(caryopsis)，通常称为“籽粒”(kernel,grain)。具有皮层、胚和胚乳三部分基本结构，各结构之间的联系也大致相同。

皮层:

由子房壁发育而成，分果皮和种皮。外果皮常有茸毛和气孔，可依此确定品种。如硬粒小麦和普通小麦。果皮颜色由花青素或其他杂色体存在导致，未成熟的果实中含大量叶绿素。种皮是由珠被发育而成，禾谷类果实的种皮只有一层细胞。

胚:

种子最主要部分，受精卵发育而成。各类种子的胚形状各异，基本可分为胚芽、胚茎（轴）、胚根和子叶四部分。

胚乳:

由极细胞受精后直接发育成的胚乳称内胚乳；由珠心层直接发育成的胚乳称外胚乳。禾本科类籽粒的胚乳较发达。胚乳中储藏着营养物质，主要由淀粉构成，所以禾本科作物一般作为主食之用，如稻谷，小麦，玉米，大麦，高粱，粟，燕麦等。小麦籽粒（颖果）果皮种子外果皮1、表皮2、皮下组织3、薄壁细胞的残余部分种皮胚乳盾片（子叶）1、上皮2、薄壁组织3、微管束原组织内果皮1、细胞中间体2、横细胞层3、管状细胞胚轴:1、胚芽（包括胚芽鞘）2、原生根3、次生侧小根外胚叶胚1、糊粉层2、淀粉质胚乳（外种皮、种皮、内种皮）和色素束珠心层（透明层、外胚乳）和珠心突出物小麦籽粒的构成糠、麸冬小麦横切面扫描电子显微镜图P:果皮A:糊粉层E:胚乳右图：胚乳细胞第一节稻谷（Paddy）稻谷是我国重要的粮食作物，在国民经济中有极其重要的地位。目前的栽培稻绝大多数属于禾本科稻属（Oryza），普通栽培稻亚属（OryzaSativeL），谷粒长4~7mm，分布极广。我国的稻谷品种繁多，分布极广，全国各地均有种植。稻谷根据籽粒形态可分为籼稻和粳稻，根据生长季节和收获季节可分为早、中、晚稻，根据淀粉粒性质可分为粘稻和糯稻，另外根据生长习性还可分为水稻和旱稻。

稻谷颖果的纵剖面示意图1、糊粉层2、胚乳3、种皮4、珠心层5、果皮6、盾片7、胚根8、外胚叶9、胚芽10、胚根鞘11、中胚轴12、腹鳞13、侧鳞14、胚芽鞘15、外稃16、内稃籼稻粒形细长而稍扁平，稃毛短而稀，一般无芒，即使有芒也很短，稻壳较薄，腹白较大，耐压性差，易折断，加工时碎米多，米质胀性较大而粘性较弱，并且与野生稻易杂交结实。粳稻则粒形短而宽厚，稃毛长而密，芒较长，稻壳较厚，腹白和心白较小，或者完全没有，耐压性强，加工时不易产生碎米，故出米率高，米质胀性较小而粘性较强。无论籼稻和粳稻，根据其淀粉的性质不同，可分为糯稻和非糯稻两类。非糯稻又称粘稻，含直链淀粉10~30%，色较深，呈半透明的角质状态，米质硬而脆，一般作主食之用。糯米中的淀粉则几乎全部为支链淀粉，色乳白，不透明，呈蜡状，米质较疏松，产量一般较低，适宜做糕点和酿酒之用。稻谷在收获时，粘附着稻壳，稻壳约占毛稻重量的20%，它是由花被（外稃和内稃）形成的，稻壳含有丰富的纤维素（25%），木质素（30%），戊聚糖（15%）和灰分（21%），灰分中含有大约95%的二氧化硅。稻壳外表面除去稻壳以后的稻谷称为糙米，它包括果皮、种皮、外胚乳、胚乳和胚各个部分，在其中，胚乳占到了米粒的最大部分，包括糊粉层和淀粉细胞。糙米碾白时，米粒的果皮、种皮、外胚乳和糊粉层等被剥离而成为米糠。糙米出糠率的大小取决于米糠层的厚度和糠层的表面积。在加工同一精度的大米时，品质优良的品种及成熟而饱满的稻谷，因其纵沟较浅，糠层较薄，表面积相对减小，出糠率较低，出米率较高。此外，腹白和心白多的稻谷，结构疏松，硬度低，加工时易出碎米，品质较差，耐储性差。有爆腰的稻谷，加工时碎米多。爆腰率与稻谷的晒干程度有关，稻谷晒得过干，爆腰率高，影响米的品质。碾米时，除糠层被碾去外，大部分的胚也被碾下来。加工高精度的白米时，胚几乎全部脱落，进入到米糠中。17胚乳

通常，胚乳是硬质和半透明的，但是也有不透明的栽培品系，某些稻谷品种有不透明的区域（称为腹白），腹白是由胚乳中的空气间隙所引起。靠近糊粉层的胚乳细胞中的蛋白质比靠近胚乳中心细胞中的蛋白质多得多。淀粉

在胞腔内以一定形状的淀粉粒的形式存在，越深入胚乳组织内部，淀粉粒越大。淀粉粒的间隙中，充满着类蛋白质的物质，此类物质多，淀粉粒排列得紧密，胚乳组织透明而坚实，为角质胚乳，如果此类物质少，淀粉粒之间存在空气间隙，胚乳组织松散而呈粉状，为粉质胚乳。米粒的腹白和心白就是胚乳的粉质部分。从理论上讲，白米应当是纯胚乳，但实际上，糠层和胚都不会完全被碾去。因此，根据米粒留皮的程度和留胚的多少可以判断大米的精度，大米的精度愈高，除去的糠层和糊粉层愈多。糠层和糊粉层中含有极丰富的维生素和蛋白质。从营养角度看，不宜追求过高的加工精度。大米精度越高，淀粉的相对含量越高，纤维素含量越少，消化率越高，但某些营养成分如脂肪、矿物质及维生素的损失也越多。从食用角度来看，精度高的米口感细腻、风味良好。19第二节小麦小麦的不同品种软质小麦与硬质小麦小麦制粉小麦籽粒的结构与出粉率小麦胚胚乳细胞与面筋蛋白质小麦按籽粒质地可分为软质小麦和硬质小麦。横截面有一半或一半以上透明的为硬质小麦，横截面有一半以上不透明的为软质小麦；硬质小麦蛋白质含量高，结构紧密，筋力好，软质小麦蛋白质含量低，组织疏松，筋力差。硬质小麦出粉率高，烤制面包品质好，但粉色较差。1、茸毛2、胚乳3、淀粉细胞4、细胞的纤维壁5、糊粉细胞层6、珠心层7、种皮8、管状细胞9、横细胞10、皮下组织11、表皮层12、盾片13、胚芽鞘14、胚芽15、初生根16、胚根鞘17、根冠18、腹沟19、胚乳20、色素束21、皮层22、胚小麦籽粒的纵切面及横切面示意图小麦出粉率的影响因素较多，一般籽粒大而饱满的小麦出粉率高，皮层越薄，出粉率越高。

小麦籽粒的果皮及邻近组织的剖面图A：横切面B：纵切面EP：外表皮HP：下表皮CC：横细胞TC：管状细胞SC：种皮NE：珠心层AL：糊粉层E：淀粉胚乳在硬质小麦中，蛋白质和淀粉是紧密粘附的。蛋白质不仅使淀粉良好地湿润，而且使两者结合紧密。结合强度高的证据是硬质小麦具有使破损发生在细胞壁，而不是通过细胞内含物，破损处穿过某些淀粉粒，而不是在淀粉与蛋白质的分界面。而在软质小麦中，表现出很大的不同，蛋白质不湿润淀粉表面，淀粉和蛋白质之间的结合很容易破裂的，故没有破损的淀粉粒。杜伦小麦比普通硬质小麦硬得多，因此，当麦粒破碎时，会产生更加大量的破损淀粉粒。左图:硬质小麦沿细胞壁的破裂右图:软质小麦穿过细胞壁的破裂左图:硬质小麦，BS：破损淀粉右图:软质小麦除硬度的区别之外，小麦胚乳的另一个重要特点是其外观的不同。某些小麦具有玻璃质，角质或半透明的外观，而另一些小麦却是不透明或粉质的。一般认为透明度与硬度和高蛋白含量相关联，不透明度与软度和低蛋白含量相关联。籽粒中有空气间隙时，由于衍射和漫射光线从而使得籽粒呈现为不透明或粉质。籽粒充填紧密时，没有空气间隙，光线在空气和麦粒界面衍射并穿过麦粒，没有反复的衍射作用，形成半透明的或玻璃质的籽粒。谷物中空气间隙的存在形成不透明的籽粒，密度小。空气间隙显然是在谷物干燥期间形成的。由于谷物失去水分，故蛋白质皱缩、破裂并留下空气间隙。玻璃质的籽粒，蛋白质皱缩时仍保持完整，从而成为密度较大的籽粒。如果收获的谷物籽粒未成熟，并采用冷冻干燥，将变得完全不透明。这说明玻璃质的特性是在田间的最终干燥过程中产生的。玻璃质谷粒在田间或实验室里受潮和干燥，将失去其透明度。第三节玉米玉米的工业用途玉米籽粒的结构籽粒颜色基本化学组成玉米蛋白质:

缺价蛋白质，赖氨酸（Lys）色氨酸（Trp）1、皮壳2、表皮层3、中果皮4、横细胞5、管状细胞6、种皮7、糊粉层8、角质胚乳9、粉质胚乳10、淀粉细胞玉米籽粒的纵切面及横切面示意图11、细胞壁12、盾片13、胚14、初生根15、基部16、盾片17、胚轴18、果皮19、粉质胚乳20、角质胚乳玉米颖果的植物学结构与小麦相似，籽粒颜色变化较多，从白到黑褐或紫红色，可能是纯色的，也可能是杂色的，白色或黄色是最普遍的颜色，皮层约占籽粒的5~6%，胚较大，占籽粒的10~14%，其余部分为胚乳。玉米脂肪含量较高，维生素较多，糖类的含量略低于大米和小麦粉，蛋白质比小麦粉略低而比大米高。玉米胚乳中含角质淀粉较多的品种品质较好，含粉质淀粉较多的品质较差。玉米蛋白质中缺少赖氨酸和色氨酸，所以玉米的蛋白质为缺价蛋白质。玉米粉适口性差。玉米籽粒的扫描电镜图上左：破损籽粒，可见胚乳质地上右：多角形淀粉颗粒下左：籽粒不透明部分，球形淀粉粒、蛋白质以及大量的空气间隙下右：淀粉核，破损淀粉（BS）第四节大麦大麦籽粒的结构大麦籽粒的颜色差别（花青色素和黑色素）大麦的主要用途（啤酒专用大麦、非酿造大麦）国产大麦不能用于酿造行业的主要原因大麦的营养价值上图：C：胚芽鞘F：叶状茎SN：盾片节CR：胚根鞘R：根V：维管系统S：盾片E：胚鳞上皮细胞H：外壳PT：果皮-种皮AL：糊粉层大麦籽粒横切面示意图下图：籽粒外层大麦籽粒横切面扫描电子显微镜图H：壳P：果皮A：多层糊粉细胞右图：胚乳细胞构成大麦籽粒颜色差异很大，有白、紫、蓝、蓝灰、紫红、棕红、黑等颜色。这些颜色主要有二种着色素：一为花青色素，在酸性状况下呈红色，碱性时呈蓝色；另一为黑色素化合物，呈现黑色。色素存在于稃、果皮和糊粉层中，有时也存在于淀粉胚乳中。若所有色素均不存在则为白色。稃及果皮中的花青色素常呈现紫色，表示这些组织常呈酸性；而在糊粉层中的花青色素常呈蓝色，表示糊粉层为碱性。花青色素在裸麦果皮中比在糊粉层中表现更为明显。第五节高粱高梁生长特点和工艺特点高梁的工业用途高梁籽粒的化学组成着色的内珠被往往含缩合单宁，味苦高粱籽粒解剖图皮层占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，大小为1~4μm。S.A.花柱残迹E.胚乳S.盾片E.A.胚轴左上：籽粒外缘：外果皮（EP），中果皮（M），内果皮（EN），内珠被（I）和糊粉细胞（AL）。右上：外部边缘：示出厚着色内珠被（I）的存在。左下：不含内珠被的高粱籽粒：可见种皮（SC）。右下：籽粒的玻璃质部分：示出胚乳细胞内含物及蛋白质体（P）。高粱籽粒横切面的扫描电子显微图第六节粟粟（谷子）的主要工业用途加工成品小米的营养价值非糯稻又称粘稻，含直链淀粉10~30%，色较深，呈半透明的角质状态，米质硬而脆，一般作主食之用。胚乳通常，胚乳是硬质和半透明的，但是也有不透明的栽培品系，某些稻谷品种有不透明的区域（称为腹白），腹白是由胚乳中的空气间隙所引起。右图:软质小麦穿过细胞壁的破裂籼稻粒形细长而稍扁平，稃毛短而稀，一般无芒，即使有芒也很短，稻壳较薄，腹白较大，耐压性差，易折断，加工时碎米多，米质胀性较大而粘性较弱，并且与野生稻易杂交结实。下左：籽粒不透明部分，球形淀粉粒、蛋白质以及大量的空气间隙上左：破损籽粒，可见胚乳质地从营养角度看，不宜追求过高的加工精度。玉米胚乳中含角质淀粉较多的品种品质较好，含粉质淀粉较多的品质较差。右下：籽粒的玻璃质部分：示出胚乳细胞内含物及蛋白质体（P）。盾片（子叶）1、上皮2、薄壁组织3、微管束原组织胚乳中储藏着营养物质，主要由淀粉构成，所以禾本科作物一般作为主食之用，如稻谷，小麦，玉米，大麦，高粱，粟，燕麦等。糯米中的淀粉则几乎全部为支链淀粉，色乳白，不透明，呈蜡状，米质较疏松，产量一般较低，适宜做糕点和酿酒之用。大麦的主要用途（啤酒专用大麦、非酿造大麦）玻璃质谷粒在田间或实验室