谷物科學 第一章

谷物科學概論朱科.x.zhu@本課程意義：糧食是人類賴以生存和發(fā)展的基本食物，所以糧食生產(chǎn)備受世界各國政府的極大重視和關(guān)注。糧食安全，糧食危機，糧食戰(zhàn)爭。谷物對國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，是食品工業(yè)的重要原料，有些用途已經(jīng)擴展到食品工業(yè)用途以外.研究谷物及其加工制品的物理、化學和生物學特性，研究其加工、儲藏特性對指導食品加工和谷物安全儲藏具有特定的意義。谷物是非常復雜的生化實體，谷物科學是一非常廣闊的領(lǐng)域。

本課程的目的和要求：本課程是食品科學與工程專業(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)和管理工作有指導作用。學習：谷物籽粒結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、營養(yǎng)價值重點學習：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、生物化學性質(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“籽粒”

(kernelorgrain)。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:

種皮和果皮的合稱，果皮由子房壁發(fā)育而成，分外、中、內(nèi)。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。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。第一節(jié)稻谷分類及特點：

秈稻亞種：粒形細長而稍扁平，稻殼較薄，耐壓性差，加工時碎米多，米質(zhì)脹性較大而粘性較弱粳稻亞種：粒形短而寬厚，稻殼較厚，耐壓性強，加工不易產(chǎn)生碎米，出米率高，米質(zhì)脹性較小而粘性較強品種淀粉性質(zhì)糯稻：淀粉幾乎全部為支鏈淀粉，色乳白，不透明，呈蠟狀，米質(zhì)疏松，產(chǎn)量較低，適宜做糕點和釀酒之用非糯稻：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，一般作主食之用生長期的長短早稻中稻晚稻栽種地區(qū)土壤水分的不同水稻旱稻

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

稻谷穎果的縱剖面示意圖

由排列整齊的近乎方形的厚璧細胞組成。糊粉層細胞比較大，胞腔中充滿著微小的粒狀物質(zhì)，叫做糊粉粒，其中含有蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和有機磷酸鹽。糊粉層胚乳胚乳

通常，胚乳是硬質(zhì)和半透明的，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蹖拥呐呷榧毎械牡鞍踪|(zhì)比靠近胚乳中心細胞中的蛋白質(zhì)多得多。淀粉細胞胞腔中充滿著一定形狀的淀粉粒，越是深入胚乳組織內(nèi)部的細胞，其中淀粉粒越大。淀粉粒的間隙中，充滿著一種類蛋白質(zhì)的物質(zhì)，若此類物質(zhì)多，淀粉粒擠得緊密，則胚乳組織透明而堅實，為角質(zhì)胚乳，若此類物質(zhì)少，淀粉粒之間空隙，則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。腹白：米粒一側(cè)的中間部分呈現(xiàn)糯米一樣的白色心白：米粒中心core是白色而外面不是白色的稻殼、糙米稻殼

稻谷在收獲時，粘附著稻殼，由花被（外稃和內(nèi)稃）形成。稻殼約占毛稻重量的20%，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。糙米

稻谷除去稻殼后即為糙米，它包括果皮、種皮、外胚乳、胚乳和胚各個部分，其中，胚乳占到了米粒的最大部分，包括糊粉層和淀粉細胞。稻米加工時各組成的歸屬稻谷籽粒礱谷礱糠(由內(nèi)稃和外稃組成)糙米果皮種皮外胚乳糊粉層胚乳碾白外糠層內(nèi)糠層大米果皮種皮外胚乳糊粉層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)良的稻谷，出糠率較低，出米率較高。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，影響大米的品質(zhì)。加工高精度的白米時，胚幾乎全部脫落，進入米糠。根據(jù)米粒留皮的程度和留胚的多少可以判斷大米的加工精度。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。稻谷基本化學組成稻谷碾米（米糠的組成）碾精程度與營養(yǎng)價值“腹白”與“心白”“爆腰”第二節(jié)

小

麥小麥籽粒（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、細胞中間體2、橫細胞層

3、管狀細胞胚軸: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

麩屬于禾本科大麥族小麥屬，越年生(冬小麥)或一年生(春小麥)草本植物。按籽粒質(zhì)地可分為軟質(zhì)小麥和硬質(zhì)小麥。籽粒橫斷面有一半以上透明的(或稱玻璃質(zhì)的)為硬質(zhì)小麥，籽粒橫斷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)含量較高，結(jié)構(gòu)緊密，筋力好，出粉率高，營養(yǎng)價值高，烤制面包品質(zhì)好，但粉色較差；軟質(zhì)小麥蛋白質(zhì)含量較低，組織疏松，筋力較差。小麥籽粒中含有蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)，其蛋白質(zhì)的含量一般約為12%左右，最高可達25%。就營養(yǎng)價值來說，小麥高于稻米。1、茸毛2、胚乳

3、淀粉細胞4、細胞的纖維壁5、糊粉細胞層6、珠心層7、種皮

8、管狀細胞9、橫細胞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果皮大約占籽粒的5%，含蛋白質(zhì)6%，灰分2.0%，纖維素20%，脂肪0.5%，其余是戊聚糖。糊粉層是胚乳的外層，制粉時，糊粉層隨同珠心層、種皮和果皮一同被除去，成為麩皮。糊粉層含有相當高的灰分、蛋白質(zhì)、總磷、植酸鹽磷、脂肪和尼克酸，硫胺素和核黃素含量，酶活性也高。小麥胚占籽粒的2.5~3.5%。含有相當高的蛋白質(zhì)（25%）、糖（18%）、脂肪（胚軸含脂肪16%，盾片含脂肪32%）和灰分（5%）。不含淀粉，含有較高的B族維生素和多種酶類。胚乳細胞壁由戊聚糖、其它半纖維素和β-葡聚糖組成，沒有纖維素。硬麥和軟麥呈現(xiàn)出顯著差異。硬麥含有較高含量的半纖維素，吸水率較高（如制面包的小麥）。第三節(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、橫細胞5、管狀細胞6、種皮7、糊粉層8、角質(zhì)胚乳9、粉質(zhì)胚乳10、淀粉細胞玉米籽粒的縱切面及橫切面示意圖11、細胞壁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。玉米的用途：食用，飼料，玉米淀粉，糖漿，發(fā)酵（酒精，乳酸等），玉米油。玉米作為口糧消費的比例低于小麥和稻谷，我國大約有12~14%左右的玉米作為口糧加工，50%以上作為飼料原料，10%左右作為生產(chǎn)淀粉的原料。發(fā)達國家如美國，60%以上作為飼料，20%以上作為生產(chǎn)淀粉的原料和其他工業(yè)原料。玉米穎果的植物學結(jié)構(gòu)與小麥相似，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。玉米籽粒顏色變化較多，從白到黑褐或紫紅色，有純色和雜色品種，是因為在玉米胚乳的糊粉層中含有花青素，會隨著pH的變化而變化，酸性：紅，堿性：蘭，中性：紫。脂肪和維生素含量較高，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。內(nèi)胚乳分角質(zhì)（靠近糊粉層一帶）和粉質(zhì)（細胞大，含淀粉多，蛋白質(zhì)少，疏松，不透明）兩種，甜玉米，多角質(zhì)，淀粉少，蠟質(zhì)玉米，為全角質(zhì)，不透明，全部由支鏈淀粉構(gòu)成。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。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

大麥為禾本科大麥族大麥屬，越年生（大麥）或一年生（裸麥）草本植物。大麥屬約20多種，一年生或多年生草本。大麥占世界谷物種植面積的第六位，次于小麥、玉米、水稻、燕麥及黑麥，在我國則超過燕麥、黑麥占第四位。我國冬大麥主要產(chǎn)區(qū)在長江流城，集中于江蘇、湖北、四川、河南、安徽五省。大麥籽粒顏色差異很大，有白、紫、藍、藍灰、紫紅、棕紅、黑等顏色。主要由花青色素（酸性狀況下呈紅色，堿性時呈藍色）和黑色素化合物導致。大麥是重要的谷類作物，根據(jù)其品質(zhì)和主要用途可分為啤酒專用大麥和非釀造大麥。大麥最主要的用途之一是制成麥芽，用作啤酒釀造的原料。大麥根據(jù)小穗的發(fā)育程度，分為六棱、四棱、二棱大麥，其中二棱大麥籽粒較大，整齊，淀粉含量高、蛋白質(zhì)少，發(fā)芽整齊，可以用作啤酒麥芽的原料，近年來有栽培增加的趨勢。品質(zhì)較差、達不到啤酒釀造原料標準的大麥，統(tǒng)稱為非釀造大麥。因其一般常用作飼料，也有人稱之為飼料大麥。在青海和西藏等地，大麥還被當做食糧。我國國產(chǎn)大麥中每年真正用于啤酒生產(chǎn)的大麥大約有100萬ｔ，大部分大麥因為顏色深，顆粒大小不均勻，皮較厚，玻璃質(zhì)粒多，淀粉含量較低，蛋白質(zhì)含量較高，浸出率低，發(fā)芽率低，夾雜物多等原因一般僅作為飼料使用，經(jīng)濟效益較低。大麥蛋白質(zhì)含量較高，含有多種的營養(yǎng)成分，具有較好的食療保健功能，是很有開發(fā)前途谷物品種。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組成縮合單寧與苦澀味第五節(jié)高粱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.胚軸高梁屬于禾本科高梁屬，是古老的谷類作物之一，具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、適應性強的優(yōu)點，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上占有重要的地位。根據(jù)其用途不同而劃分成粒用高粱、糖用高粱、飼用高粱和工藝用高粱四類。高梁在工業(yè)上主要用于釀酒，生產(chǎn)醬油和醋、味精或提取單寧等，我國名酒“茅臺”、“竹葉青”、“汾酒”、“瀘州大曲”等均以高梁為主要原料或重要配料。還有部分為糖用高梁，又稱甜高梁，可用做糖料作物，榨汁熬糖。高梁籽粒一般含淀粉60％－70％，蛋白質(zhì)10％左右，營養(yǎng)價值不是很高。其蛋白質(zhì)中含人體難以消化的醇溶性蛋白較多，而人體必需的賴氨酸、色氨酸偏低，加上成熟的高粱穎果有些存在著色的內(nèi)珠被，往往含有較多的縮合單寧，有苦澀味，適口性較差，所以目前更多被加工成飼料。

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)價值粟，又名谷子，去稃加工以后成品稱為小米，是我國主要糧食作物之一。種植范圍很廣，粟的成品糧營養(yǎng)豐富，可作主食，也可制酒。加工副產(chǎn)品如草、糠的質(zhì)地柔軟、營養(yǎng)豐富，是良好的牲畜飼料。小米含有較多的維生素，尤其是B族維生素含量較高，其中維生素A也達到1600I.U，色氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸含量很高（每100g含色氨酸192mg，含蛋氨酸297mg），比大米、玉米、高粱或小麥粉都高。蛋白質(zhì)含量為9.2~14.3%，比大米和玉米的蛋白質(zhì)還要高，脂肪含量3.0~4.0%，也比大米高。第七節(jié)燕麥

燕麥品種的多樣性判斷燕麥質(zhì)量的重要指標（谷殼占籽粒的百分率）燕麥粉蛋白質(zhì)與氨基酸組成維生素、礦物質(zhì)