Прочие углеводы содержащиеся в ячмене

11.04.2017
Кроме крахмала ячмень содержит ряд других углеводов: целлюлозу, гемицеллюлозу, гумми-вещества, пентозани, пектины и сахара.
Целлюлоза (клетчатка), Целлюлоза, так же как и крахмал, является гомополисахаридом ив ячмене — главной составной частью оболочки.
Содержание целлюлозы в ячменном зерне составляет 3,5—7,0%, причем она в большой степени пропитана инкрустирующими веществами.
При действии концентрированной серной кислоты целлюлоза полностью гидролизуется с образованием глюкозы; при более слабом гидролизе она распадается до дисахарида целлобиозы, который не встречается в свободном виде и состоит из двух остатков глюкозы.
В молекуле целлюлозы остатки дисахарида целлобиозы связаны глюкозидными связями в виде длинной цепочки:

Молекулярная масса целлюлозы в зависимости от источника, из которого она получена, значительно колеблется и обычно лежит в пределах нескольких сот тысяч единиц.
По химическому строению целлюлоза и амилоза очень близки, по физическим свойствам они резко различаются. Ясно, что эту разницу следует видеть в строении этих веществ, т. е. в структуре молекулярных агрегатов этих полисахаридов.
Группа некристаллизующихся полисахаридов и их превращения по ходу технологического процесса соложения и пивоварения за последнее время подвергались изучению многими исследователями, однако все еще полностью не установлены ни их природа, ни их свойства.
Гемицеллюлозы. Гемицеллюлозы представляют собой группу высокомолекулярных полисахаридов, встречающихся только в растениях, где они являются составной частью клеточных оболочек. Термин «темицеллюлозы» был предложен в то время, когда сведения об этих веществах были очень скудные и гемицеллюлозы рассматривали как расщепленную или недостроенную еще целлюлозу.
Гемицеллюлозы осахариваются гораздо легче, чем целлюлоза, по труднее чем крахмал. От крахмала и целлюлозы они отличаются продуктами распада — кроме глюкозы получаются и другие моносахариды (смесь гексоз и пентоз) и уроновые кислоты (глюкуроновая и галактуроновая). Из отдельных Сахаров следует отметить галактозу, маннозу, ксилозу и арабинозу, поэтому соответственно фракции гемицеллюлоз носят название: галактаны, маннаны, пентозаны (ксилан и арабан). В зерне злаков гемицеллюлоза находится главным образом в виде пентозанов, содержание которых в ячменном зерне равняется 7—11%, в кукурузном значительно меньше — 5,9—6,2%.
Массар делит гемицеллюлозу па две фракции и первая из них имеет более сложное строение и осаждается из щелочного раствора меди веществами, отнимающими воду (спирт, соли щелочных металлов и пр.), вторая же, менее, сложная, осаждается ацетоном. Массар считает, что ячмени с большим содержанием фракции S1 являются менее пригодными для соложения
Молекулы гемицеллюлоз построены по типу крахмала, т, е. остатки пентоз и гексоз соединены друг с другом при помощи глюкозидных связей через кислородные мостики.
Ячменные гемицеллюлозы при гидролизе дают глюкозу, арабинозу и ксилозу.
Ферментативный гидролиз гемицеллюлоз осуществляется комплексом ферментов, который в пивоварении получил название цитазы.
При длительном кипячении пентозанов с крепкой соляной кислотой образуется фурфурол:

Молекулярная масса гемицеллюлоз зависит от количества остатков моносахаридов, входящих в их состав; например, в состав галактами входит около 120 остатков галактозы.
Гумми-вещества. Эти вещества относится к высокомолекулярным полисахаридам, которые при растворении дают очень вязкие коллоидные растворы, из которых в свою очередь исходные вещества могут быть осаждены этиловым спиртом или растворами солей, взятых в большой концентрации. Эти вещества содержатся во многих растениях, в частности в зернах злаков. При проращивании зерен злаков они гидролизуются за счет действия специальных ферментов, вследствие чего вязкость растворов понижается.
К этой же группе веществ следует отнести и амиланы О'Сулливала, который обнаружил эти полисахариды в больших количествах в невызревших злаках (до 4%); в вызревшем ячмене содержание анклавов достигает 0,5%. Они могут содержаться в двух формах: ?-амилан, нерастворимый в холодной воде, но растворимый в воде при температуре 40°С, и растворимый ?-амилан. В горячей воде ?-амилан дает вязкие желатинизирующие растворы. При гидролизе горячим слабым раствором серной кислоты оба амилана дают глюкозу.
Амилан играет важную роль в производстве пива; при плохом его расщеплении во время соложения он в процессе варки повышает вязкость сусла и затрудняет фильтрацию.
Прис путем осаждения водорастворимых гумми-веществ разными концентрациями сернокислого аммония получил ряд продуктов, различающихся по удельному вращению, по вязкости и по составу (табл. 4).

Эти данные показывают, что водорастворимые фракции обладают значительной вязкостью, в особенности фракция, осаждаемая 40%-ным раствором сернокислого аммония. Как было установлено, эта фракция в основном состоит из пентозанов (56% ксилана, 31,5% арабана и 12,5% глюкозна). Фракция, осаждаемая при 70%-ном насыщении, обладает меньшей вязкостью и добавочно содержит маннан (около 13%), а фракция, не осаждаемая при 70%-ном насыщении, содержит арабоглюкозан и галактан (18%).
Основная фракция, которая составляет 0,38% веществ ячменя, названная Присом ?-глюканом и ближе всего стоящая к ?-амилану О’Сулливана, при соложении почти полностью подвергается распаду, ?-глюкди растворим в воде и состоит на не разветвленных цепей остатков глюкозы, связанных ?-связями; 30% ?-1,3 и 70% ?-1,4 связями. Молекулярная масса ?-глюкана достигает 220 000.
Благодаря высокой молекулярной массе растворы ?-глюкана обладают очень высокой вязкостью.
Меньшую группу гумми-веществ представляют пентозаны (арабоксилан), состоящие из цепей ксилозных остатков, соединенных ?-1,4 связями; боковые цепи, присоединенные к этой основной цепи через 1,3-и 1,2-связи, состоят из остатков арабинозы.
В последнее время в связи с широким применением несоложеного ячменя при изготовлении нива вопросу изучения гумми-веществ и их превращений в технологическом процессе уделяется большое внимание в работах как зарубежных, так и отечественных авторов (КТИПП, БНИИПБП).
Количество гумми-веществ в ячмене, по данным отдельных авторов, различно; кроме того, оно зависит от метода получения и очистки препарата. Л.М. Рябченюк в ячменях Украины установил содержание гумми-веществ от 2,79 до 3,89%; по данным Т.И. Семеновой, —1,42—1,95%, причем полученный ею препарат не является чистым полисахаридом: в нем содержится около 67% полисахарида в виде полиглюкоза на, 10% золы и 10% азота, Полисахарид состоял (в %): из глюкозы около 60, арабинозы 20 и ксилозы 20. Представляет интерес изучение автором пенообразующих свойств гумми-веществ и утверждение о положительном влиянии этих веществ на пенообразование сусла и пива.
Растворы гумми-веществ и чистого ?-глюкаиа обладают высокой вязкостью. По Рябченюку, относительная вязкость 0,5%-ного раствора гумми-веществ при температуре 30°С 1,511— 1,666. Из этого препарата после гидролиза получено 71—76% глюкозы, 12—14% ксилозы и 12—17% арабинозы; содержание золы колебалось от 11 до 16%.
Вязкость 0,5%-ного раствора ?-глюкана по Шустеру в два раза выше, чем у крахмала при тех же условиях.
Весь ?-глюкан находится в эндосперме, где он входит в состав веществ стенок клеток крахмальных зерен и выполняет функцию целлюлозы.
Пектиновые вещества. Пектиновые вещества, или пектины, являются высокомолекулярными комплексами сложных углеводных производных, имеющих коллоидный характер. Молекулярная масса находится в пределах от 50000 до 200000. В ячменной зерне пектиновые вещества содержатся в небольших количествах.
Они входят в состав стенок растительных клеток и находятся в виде нерастворимого протопектина и переходят в растворимое состояние только после обработки разбавленными кислотами или под действием особого фермента — протопектиназы.
Как коллоидное вещество пектин может существовать в виде золя или геля. Он обладает способностью улучшать свертывание и набухание других коллоидов, действуя в качестве защитного коллоида. Пектиновые вещества повышают вязкость растворов. Из водного раствора растворимый пектин может быть осажден этиловым спиртом или 50%-ным ацетоном.
Растворимый пектин представляет собой полисахарид, состоящий из соединенных между собой остатков галактуроновой кислоты, карбоксильные группы которой частично верифицированы метильными группами:

Разбавленные щелочи или фермент пектаза легко отщепляют метоксильные группы с образованием метилового спирта и свободной пектиновой (полигалактуроновой) кислоты. Пектиновая кислота легко дает соли — пектаты, в виде пектата кальция осаждается из раствора.
Свободные сахара. Главной частью свободных сахаров в ячмене являются рафиноза и сахароза; кроме того, были найдены глюкоза и фруктоза. При помощи хроматографических методов исследования было установлено наличие мальтозы и небольших количеств галактозы, арабинозы, ксилозы и рибозы; позднее была найдена нередуцирующая глюкодифруктоза.
Работами ряда авторов (Гиерстен, Галль и др., Мак-Леод) установлено количество указанных сахаров в некоторых сортах английского ячменя (табл. 5).
Высокий уровень содержания свободных сахаров в ячмене оказывает благотворное влияние на скорость прорастания зерна на растворение солода; однако отмечена тенденция к некоторому понижению экстрактивности солода.