Зерно – це плоди зернових культур і гречки, насіння зернобобових, які
використовуються для харчових, кормових і технічних цілей. Виробництво зерна найважливіша галузь сільського господарства і основа харчування населення всього світу. Рівень розвитку зернового господарства країни і забезпеченість населення хлібопродуктами відноситься до основних критеріїв продовольчої безпеки. Із зерна роблять борошно, крупи, крохмаль, рослинні олії, солод, спирт, корма для тварин і птиці, фруктові сиропи, глюкозу та багато інших продуктів.
Найбільшим виробником зерна у світі є Китай, що збирає його близько 500 млн. т у рік. Друге місце займають США, які збирають його майже 350 млн. т у рік, потім іде ЄС – 200 млн. т рік. Україна збирає в рік 40…43 млн. т зернових.
Пшениця є найважливішою зерновою культурою. По строках посіву її підрозділяють на ярову і озиму. Залежно від ботанічних особливостей ділять на основні види – м’які (Triticum aestvium) і тверді (Triticum durum). Ці види відрізняються між собою по ботанічним признака і технологічним властивостям.
Зерно твердої пшениці вузьке, ребристе, щільне, бурштиново-жовтого кольору з ледь помітною борідкою. Консистенція ендосперму – скловидна, рідше напів скловидна, клейковина пружна, міцна. Цукроутворююча здатність твердих пшениць вища, ніж у м’яких, завдяки більшій питомій поверхні крохмальних зерен. Тверду пшеницю використовують для виготовлення макаронних виробів, питльованого борошна (крупчатки), поліпшення хлібопекарних властивостей слабкого борошна.
Зерно м’якої пшениці має округлу форму з добре помітною борідкою, білого кольору з червоним відтінком. Сорти м’якої пшениці мають різну скловидність і хлібопекарські властивості. По цім признакам розрізняють сильні, середні і слабкі сорти. Найціннішими в пшениці є білки глютеліни – гліадин і глютенін ( від лат. gluten – клей) які здатні утворювати клейковину. Найбільшими світовими виробниками пшениці є Китай і ЄС – по 115 і 96,6 млн. т в 1999 році, відповідно. Україна збирає пшениці близько 14 млн. т рік.
Кукурудза (Zea) відноситься до злаків. Зерно кукурудзи використовують на корм худобі і виробництві продуктів харчування – круп, борошна, крохмалю і ін. Лідерство по збиранню кукурудзи міцно займають США – 240 млн. т у рік, та Китай – 1 28 млн. т.
Ячмінь (Hordeum vulgare) є найдавнішою злаковою культурою, яку вирощує людина. Він має високу посухостійкість, невисоку вимогливістю до тепла і має відносно короткий вегетаційний період – 80…110 днів. 70 % ячменя, що вирощується у світі, використовується на корм худобі, до 20% у виробництві пива, решта йде на виготовлення продовольчих товарів – круп, борошна, пластівців і ін. Основними виробниками ячменя є ЄС – 64,3, Росія – 20,8, Канада – 1 3,6, США – 8,1, Туреччина – 7,5 і Україна – 7,1 млн.т у рік.
Рис (Oryza) також відноситься до злаків. Урожайність рису досягає 70 ц/га. 90% світового виробництва рису доводиться на Азію. Лідерами по збиранню рису є Китай і Індія, які вирощують більше 200 і1 30 млн. т рік, відповідно. У насінні бобових культур запасні речовини зосереджуються в зародку — в сім’ядолях. Насіння різних олійних культур неоднакове за будовою: зовнішня частина одних є насінною, а інших — плодовою оболонкою. Більшу частину насінини соняшнику, сої, льону становить зародок, а рицини — ендосперм.
Можливість і доцільність використання плодів і насіння різних культур на ті або інші цілі визначається насамперед особливостями їхнього хімічного складу. Будь-який плід (наприклад, зернівка) і насіння містять білки, вуглеводи, ліпіди, пігменти, вітаміни, ферменти, мінеральні речовини і воду. Хімічний склад і фізичні властивості зерна залежать від кліматичних, метеорологічних умов, технології вирощування, проте в межах одного роду культур, вони характеризуються певними середніми значеннями.
По хімічному складу зернівки і насіння розділяють на три групи:
1) багаті на крохмаль;
2) багаті на білок;
3) багаті на олію.
До першої групи відносять зерно злакових культур і насіння гречки та проса. Вони містять у перерахуванні на суху речовину (%, у середньому):
– вуглеводи – 70…80, основну частину яких становить крохмаль,
– білки – 1 0…16 і
– ліпіди – 2…5
У другу групу входять насіння бобових культур, які містять білків 25…30 і вуглеводів 60…65 % при малій кількості ліпідів (2…4 %). Підвищена наявність білків відрізняє їх від злакових у яких більше міститься крохмалю. Третя група поєднує олійні культури, у насінні і плодах яких багато ліпідів (масла). Вони містять у середньому ліпідів 25…50 і білків 20…40 %.
На практиці прийнято ділити зерно на борошномельне, круп’яне, фуражне (кормове) і технічне. Для одержання хлібопекарського борошна використовують пшеницю і жито. Борошно для макаронної промисловості виробляють із твердої пшениці. Насіння олійних відносять до технічних культур. Більш універсальне використання характерно для кукурудзи, ячменя і вівса. Зерно кукурудзи переробляють у борошно, крохмаль, рослинну олію, глюкозу, патоку, використовують у консервній промисловості, на кормові цілі і ін.
На зберігання закладають зерно понад 100 різних видів зернових злакових, бобових, кормових, технічних культур продовольчого та насіннєвого призначення.
Плоди їх різняться формою, будовою, складом.
Зерно всіх злакових культур має приблизно однакову будову, яку можна розглянути на прикладі зерна пшениці (Рис.2.4). Форма зерна овальна. Опукла сторона його називається спинкою, протилежна – черевцем. Поздовж черевця проходить виїмка (борозенка). На гострому кінці зерна є опушення (борідка), а на тупому – зародок.
Насіння злаків складаються із двох головних частин: зародку і ендосперму (від гр. ένδον – усередині, σπέρμα – насіння), який містить запасні поживні речовини.
Ендосперм, що складається з мертвих клітин, оточений алейроном (від гр. άλευρον – борошно) – покровом з живих клітин. Алейрон голозерних (пшениця, жито,кукурудза, тритікале), у свою чергу, покритий оболонками, а покритосім’яні (ячмінь, овес, просо, рис) покриті ще квітковими плівками (paleae) Оболонки поділяються на плодову (pericarpium) і насіннєву (perispermium), кожна з них є багатошаровою. Плодова покриває зерно ззовні і порівняно легко відокремлюється, а насіннєва, навпаки, міцно зростається з алейроновим шаром, що знаходиться під нею. Верхній шар насіннєвої оболонки містить барвники, які надають зерну забарвлення.
Насіннєва оболонка малоцінна у продовольчому значенні, проте відіграє важливу роль під час зберігання зерна. Квіткові плівки покривають зерно зовні, поживної цінності не мають, тому видаляються при виробництві борошна і крупи. Оболонки становлять 6…8 % маси зерна і містять в основному клітковину і мінеральні речовини. Плодову і насіннєву оболонки частково або повністю видаляють.
Алейроновий шар знаходиться під оболонками і становить 4…13 % маси зерна. Алейроновий шар заповнений алейроновими зернами (протеїновими зернами) в яких рослини відкладають поживні речовини для живлення зародку під час його проростання. Алейронові зерна заповнені білками, жирами, мінеральними речовинами, водорозчинними вітамінами і ферментами. Алейроновий шар зовсім не містить крохмалю, тому при обробці поперечного зрізу зернівки йодом, алейронові зерна забарвлюються в жовтий колір, тоді як ендосперм, який заповнений крохмалем, забарвлюється в темно-синій або фіолетовий колір.
У ячменю алейроновий шар складається з кількох рядів клітин, а у пшениці і жита він однорядний. Вважається, що поживні речовини алейронового шару майже не засвоюються в організмі людини, оскільки клітини, в яких вони знаходяться, захищені товстими оболонками із клітковини, тому при шліфуванні зерна алейроновий шар відокремлюють разом з оболонками. Не зважаючи на те, що ця хибна точка зору була спростована ще на початку 20 сторіччя дослідами лікаря на людині і птахах, при помелі зерна алейроновий шар дотепер видаляється. Тільки окремі види борошна згідно теорії адекватного харчування виробляються з додаванням висівок, або з цільнозмеленого зерна.
Ендосперм, або борошнисте ядро займає внутрішню частину зерна і становить 80…82% маси зерна, він складається з крупних клітин, які заповнені крохмалем та частками білку. Жирів, цукрів, золи та клітковини небагато. Це сама цінна частина зерна, з неї отримують борошно високої якості. Ендосперм може бути склоподібним, частково склоподібним і борошнистим.
Склоподібний відрізняється від борошнистого більш високим вмістом білків, більшою щільністю та твердістю.
Зародок (embrio) – багатий на поживні речовини (білки, цукри, жири, ферменти, вітаміни), має високу харчову цінність, але його при помелі зерна намагаються відокремити від борошна, тому що він містить велику кількість ненасичених жирних кислот, які здатні до прогіркання на повітрі. Борошно, в якому не відокремлюється зародок, нестійке при зберіганні і легко псується. Зародок становить 2…3 % маси зерна.
У зародку та алейроновому шарі є вітаміни В1, В2, РР, В6, Е — тому чим вище сорт борошна, тим менше в ньому міститься вітамінів.
Поживні речовини у зерні розподілені нерівномірно. Це пов’язано з різними функціями, які виконують ці частини у життєвому циклі зерна. Від кількісного співвідношення анатомічних частин зерна, що мають різну харчову цінність, залежить вихід і склад борошна і круп. Нерівномірність розподілу основних хімічних компонентів по окремих анатомічних частинах зернівки дозволяє при помелі одержувати борошно різного якісного складу. Технічні прийоми, які застосовують в борошномельній промисловості, дозволяють відокремити оболонки разом з алейроновим шаром від подрібненого ендосперму.
Головне значення для переробки має стан ендосперму зерна і насіння. Водночас зернівка є цілісним організмом, і зміни в якості однієї її частини неминуче зумовлюють зміни в інших. Тому зернові маси оцінюють за їх основним компонентом— зерном як комплексом хімічних і фізичних властивостей.