Растительное сырье в инновационных биотехнологиях производства продуктов питания

УДК 338.439.4 
ББК 36.821 
 
Г94 
 
 
Рецензенты: 
профессор кафедры зерна, хлебопекарных и кондитерских технологий  
Института пищевых систем и здоровьесберегающих технологий  
ФГБОУ ВО «РОСБИОТЕХ» 
доктор технических наук Белявская И. Г.; 
доцент кафедры зерна, хлебопекарных и кондитерских технологий Института  
пищевых систем и здоровьесберегающих технологий ФГБОУ ВО «РОСБИОТЕХ» 
кандидат технических наук Кандроков Р. Х. 
 
 
Гунькин, В. А. 
Г94 
 Растительное сырье в инновационных биотехнологиях производства продуктов питания : учебное пособие / В. А. Гунькин, Г. М. Суслянок. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 236 с. : ил., 
табл. 
ISBN 978-5-9729-1874-4 
 
Представлены научные основы инновационных технологий в биотехнологии производства пищевой продукции, которые рассматриваются в естественнонаучном и технологическом аспектах. Излагается стройное учение о зерне как о живом организме и сырье 
для переработки в различных отраслях пищевой промышленности и, одновременно, как 
объекте биотехнологии. Включены основы морфологии, анатомии и физиологии зерна и 
семян, свойства и признаки качества зерна и зерновой массы, а также оценка их биотехнологического достоинства. Рассмотрены отдельные культуры, их биологические особенности, распространение, хозяйственное значение и использование в различных биотехнологических процессах пищевой промышленности.   
Для студентов, аспирантов, преподавателей и научных работников пищевых и сельскохозяйственных вузов. 
 
 
УДК 338.439.4 
 
ББК 36.821 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1874-4 
” Гунькин В. А., Суслянок Г. М., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024

ВВЕДЕНИЕ 
Понятие и научные основы биотехнологии 
Бурное развитие биологии во второй половине XX в., прежде всего 
биохимии (выяснение структуры и функций пептидов, белков и нуклеиновых кислот, углубление представлений о биохимических процессах 
и др.), привело к появлению нового понятия – «биотехнология». В то же 
время, для получения ряда пищевых продуктов многие биотехнологические процессы, такие как хлебопечение, пивоварение, виноделие, использовались человеком с глубокой древности (в частности, найдена 
глиняная дощечка, на которой записана технология приготовления 
пива). Биологическая сущность этих процессов была выявлена в XIX в. 
благодаря работам Л. Пастера. Биотехнологическими являются практически все пищевые технологии, в которых зерно используется в качестве основного сырья. 
В то же время интенсивное развитие технической стороны науки 
в XX в. привело к принижению научно-практического значения биологии, и, как следствие этого, роли живого организма, который пытались 
перевести из категории самостоятельной целостной высокоорганизованной живой системы в категорию химических реагентов, датчиков, 
компьютерных деталей и прочих орудий модернизированного технического производства. Все это породило примитивный, эмпирический 
подход к такому сложному объекту, как живой организм. 
Тенденция пренебрежительного отношения к физиологии организмов проявилась и в биотехнологии, что привело к низкой эффективности биотехнологических процессов. Лобовой метод их оптимизации – 
метод «грубой силы», проводимый без глубоких знаний физиологии используемого организма, не оправдывает себя. 
Однако в биотехнологии существует и другой подход, при котором 
обязательно учитывается вся сложность физиологических процессов, 
происходящих в живых организмах. Так. Н. П. Козьмина в своем учебнике «Зерноведение» писала: «Рассматривая зерно пшеницы, кукурузы, 
семена масличных и т. д., надо помнить, что они являются живыми организмами, от физиологического состояния которых зависит их поведение при хранении и переработке». 
В биотехнологии можно выделить два направления – традиционное 
и новое. 
Традиционная биотехнология – это наука о способах получения необходимых человеку продуктов с помощью живых организмов (растений, животных, микроорганизмов), в том числе с использованием сельскохозяйственного и другого сырья. Частью традиционной биотехнологии являются пищевые технологии. 
3 

Новый этап биотехнологии связан с интенсификацией и улучшением традиционных технологий, а также с появлением принципиально 
новых, объектами которых стали культивируемые ткани и клетки высших многоклеточных организмов – животных и растений, а также микроорганизмов, созданных методами генной инженерии. 
В наше время биотехнология опирается на биологию, химию, технологию, биохимию, а также на новые науки, возникшие на базе классической биохимии, такие как биоорганическая химия, химическая энзимология и др. 
Развитие биотехнологии невозможно без глубокого понимания 
структурных и функциональных основ живой материи, а также взаимосвязи обмена веществ с физиологическими функциями организма, изучение которых составляет главную задачу биологической химии. Поэтому биохимию часто называют химией жизни. 
Хотя некоторые биохимические явления были известны человеку с 
давних времен, зарождение биохимии относят к концу XVIII – началу 
XIX в., когда из организмов был впервые выделен ряд веществ – мочевина, яблочная и лимонная кислоты и др. К концу XIX – началу XX в. 
биохимия сформировалась как самостоятельная наука, благодаря крупным достижениям в области органической химии и физиологии того периода. 
Биохимия имеет большое практическое значение для пищевой промышленности и сельского хозяйства. Это фундаментальная научная 
дисциплина, которая помогает в решении проблемы теоретического 
обоснования биотехнологических процессов на молекулярном уровне. 
«Биохимия вместе с микробиологией и генетикой является основой биотехнологии, которая использует живые организмы, вызываемые ими 
процессы и производимые ими продукты для решения различных практических задач современной технологии. Переработка зерна и хлебопечение представляют собой традиционные отрасли биотехнологии» 
(Кретович, 1991). 
В своих исследованиях биохимики пользуются большим арсеналом 
физико-химических и математических методов, имеющих, однако, 
свою специфику, связанную с быстротечностью протекания биохимических процессов. Все это позволяет разрабатывать биотехнологические подходы к исследованию живого. 
Для промышленности биотехнология интересна использованием 
биохимических процессов и биологических агентов, в качестве которых 
выступают не только микро-, но и макробиологические объекты. Одним 
из таких объектов является зерно, сохраняющее некоторые биологические свойства даже после переработки его в муку и крупу. 
4 

Важной научной составляющей биотехнологии является зерноведение, которое можно рассматривать не только как естественнонаучную, 
но и как технологическую дисциплину. 
Предмет, задачи и методы науки о зерне. Зерноведение включает 
в себя учение о зерне (и семенах) различных культур, как о живом организме. Зерно рассматривается в качестве объекта хранения и транспортировки, а также сырья для переработки в различных отраслях промышленности и, одновременно, объекта биотехнологии. Государственный 
стандарт определяет зерно, как «плоды злаковых культур, используемые для пищевых, кормовых и технических целей» (ГОСТ 27186-86). 
Зерно является важнейшим продуктом сельского хозяйства. Оно является основой питания человека, будучи естественным источником 
белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных веществ. Главным 
отличительным свойством зерновых культур является их способность 
синтезировать большое количество ценных для питания органических 
веществ из неорганических в расчете на единицу площади, используя 
солнечную энергию. Зерно отличается от других продуктов растениеводства высокой концентрацией сухого вещества. В нормально вызревшем зерне содержание сухих веществ составляет около 85  от общей 
массы. В нем. наряду с большим количеством углеводов, находится немалое количество ценных в пищевом отношении белковых веществ. 
Зерно злаковых культур и ядра гречихи содержат в среднем 10–15 , а 
семена бобовых культур – 28–30  высококачественного белка. 
В рационе питания человека продукты переработки зерна (мука, 
крупы, хлеб, макаронные изделия и др.) составляют в среднем 30  (колебание в разных странах составляет от 20 до 80 ). 
Зерноведение обращает особое внимание на возможные изменения 
качества зерна при хранении. При соблюдении соответствующих условий хранения зерно, оставаясь в состоянии покоя, может в течение ряда 
лет существенно не изменять свои физиологические, биохимические, 
физико-химические, технологические, пищевые и потребительские 
свойства. 
Большое значение для хранения и переработки зерна имеют его физиологические свойства и функции, как живого организма. При некоторых условиях этот, казалось бы, пассивный объект начинает обнаруживать весьма активную жизнедеятельность, которая, в конце концов, приводит к его полной порче. Поэтому при работе с зерном необходимо 
знать основы его физиологии, которые связаны, прежде всего, с его созреванием, дыханием и прорастанием. 
При хранении полностью дозревшего зерна в течение многих лет 
его всхожесть постепенно снижается и, наконец, доходит до нуля. По 
5 

существу, это уже мертвый организм, хотя и сохраняющий некоторые 
жизненные функции, например, активность ферментов. Скорость, с которой зерно теряет свою всхожесть, зависит от условий хранения. 
Еще одной важной особенностью зерна является его высокая транспортабельность, т. е. возможность перемещения его на значительные 
расстояния без использования каких-либо специальных холодильных 
установок. 
Зерно является не только объектом хранения и транспортировки, но 
также сырьем для переработки в наиболее важных отраслях пищевой 
промышленности – мукомольной, элеваторной, крупяной, крахмалопаточной, спиртовой, пивоваренной (производство ячменного солода). 
Зерно используют для производства комбикормов. Продукты переработки черна представляют собой основное сырье для хлебопекарной, 
макаронной и частично кондитерской промышленности. Из семян масличных культур получают растительное масло. 
Зерно и продукты его переработки находят применение в текстильной, кожевенной, бумажной и других отраслях промышленности. Зерно 
ряда культур является ценным сырьем для технического производства 
(лаков, красок, олиф и др.). 
Наконец, важно отметить, что такие значимые продукты животного 
происхождения, как мясо, молоко, рыба, яйца содержат много ценных 
белков; однако они не имеют достаточного количества углеводов. 
Кроме того, для синтеза животных белков необходимы растительные 
белки. Потому еще одним важным предназначением зерна является использование его на корм животным. 
Зерноведение тесно связано с растениеводством – сельскохозяйственной наукой, задачей которой является разработка теоретических 
основ и технологических приемов, обеспечивающих повышение урожайности культурных растений и улучшение качества сельскохозяйственной продукции. 
Растениеводство изучает культурные растения, условия их выращивания и методы возделывания. 
Предмет зерноведения – уже выращенная и поступившая на хранение продукция. «Зерноведение начинается там, где заканчивается растениеводство» (Казаков, 1983). 
В отличие от растениеводства, зерноведение изучает только продукцию зернового хозяйства. Растениеводство же охватывает все полевые культуры (зерновые, бобовые, прядильные, бахчевые, клубнеплоды, корнеплоды, кормовые травы и др.). Несмотря на очевидную 
связь с растениеводством, зерноведение не относится к сельскохозяйственным наукам. 
6 

Зерноведение подразумевает товароведение зерна, которое изучает 
товары промышленного и сельскохозяйственного производства с точки 
зрения их ценности для человека. Любой товар обладает стоимостью. 
Товары, производимые человеком, предназначены для удовлетворения 
его материальных потребностей, а также для продажи. Товар становится полезным человеку в силу его потребительной стоимости. Вопрос 
о соотношении стоимости и потребительной стоимости товара рассматривается в дисциплине «Экономическая теория». Товароведение изучает только потребительную стоимость товаров. Таким образом, товароведение зерна ставит перед собой цель: изучение свойств зерна и факторов, влияющих на его качество, как сырья, используемого для пищевых, фуражных и технических целей. 
Для этого необходимо изучение внешнего и внутреннего строения 
зерна (и семян), химического состава целого зерна и отдельных его анатомических частей, физических и структурно-механических свойств и характера их изменений в процессе переработки зерна, изучение показателей и методов оценки его качества и технологических особенностей. 
Дать правильную характеристику зерну какой-либо культуры невозможно без полного представления о культуре в целом: ее краткой 
ботанической характеристике, общих сведениях о географическом распространении, агротехнических особенностях возделывания, промышленном значении и перспективах развития. 
Зерноведение нельзя рассматривать только как науку познавательную, носящую описательный характер. Оно изучает условия сохранения больших масс зерна, его технологические и пищевые свойства, разрабатывает методы оценки качества зерна, а также определяет наиболее 
рациональные пути его использования в промышленности. 
Зерноведение опирается на данные многих наук: общей биологии, 
ботаники, физиологии растений, общей, органической и биологической 
химии, физики и ряда других. Незаменимым является также и опыт передовой практики. 
Зерно как объект хранения и переработки рассматривается с двух 
сторон – как отдельно взятое зерно и как зерновая масса. При работе с 
зерновой массой применяются методы математической статистики, поскольку свойства отдельных зёрен не могут быть механически отнесены 
к зерновой массе в целом. 
При изучении зерновой массы необходимо учитывать то, что она 
состоит не только из зёрен основной культуры, но и из огромного количества разнообразных примесей (органической, минеральной, семян 
сорных растений, насекомых и др.). Необходимо также иметь в виду постоянное изменение состава зерновой массы на различных этапах хлебооборота. 
7 

Существуют две группы методов, используемых в зерноведении. 
Первая – это общие методы, применяемые в естественных науках. Вторая – методы, которые зерноведение разрабатывает как самостоятельная наука. 
Основным методом исследования в зерноведении является наблюдение за зерном (зерновой массой) в процессе его транспортировки, хранения и переработки. Производственные испытания должны обязательно сочетаться с лабораторными экспериментами, когда анализ 
зерна проводится в особых, искусственно созданных условиях. Только 
в этом случае можно получить объективную картину тех изменений, которые происходят в зерне под воздействием как внешних факторов, так 
и технологических приемов. 
Зерноведение, таким образом, охватывает широкий круг вопросов и 
обобщает сведения, полученные из области биологии, физики и химии 
зерна под определенным углом зрения, в интересах правильного определения ценности зерна как сырья традиционной пищевой биотехнологии. 
Развитие зерноведения как науки неразрывно связано с прогрессом 
в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности. 
История науки о зерне. Зерновые злаки являются первыми культурными растениями, которые стал возделывать человек, чтобы обеспечить себя продуктами питания. 
В связи с этим зерно с незапамятных времен становится предметом 
особого внимания. Уже в трудах ученых древней Греции и Рима встречается ряд сведений об агротехнике злаков, методах сохранения зерна, 
а также приводится описание важнейших хлебных культур и их разновидностей. 
Эти данные, хотя и обнаруживают большую наблюдательность их 
авторов, однако еще не могут служить основой для науки о зерне. Понадобится работа многих поколений по выявлению разнообразных особенностей злаков и, в первую очередь, поведения зерна при размоле и 
выпечке, чтобы можно было сделать некоторые обобщения. Например, 
трактат Петра Кресценция «О выгодах сельского хозяйства», обнародованный в самом начале XIV в., впервые дает точное описание различных сортов и видов пшеницы. В нем приводится характеристика качества зерна по цвету (белозерная, краснозерная), толщине оболочек и 
хлебопекарным свойствам (вязкости получаемого теста). Большое внимание уделяется также сорнякам: отмечена, например, ядовитость плевела. Кресценций затрагивает и вопросы хранения зерна, считая необходимым проводить предварительную очистку и просушивание. 
Но возникновение науки о зерне, в строгом смысле этого слова, 
можно отнести к значительно более позднему периоду, когда в резуль8 

тате наступившего расцвета естественно-исторических дисциплин, 
начинают оформляться ботаника, физиология растений и агротехника. 
Этим периодом можно считать XVIII в., в начале и середине которого 
во Франции появляются исследования, касающиеся преимущественно 
зерна пшеницы. По времени это совпадает с крупнейшим достижением 
мукомольного производства – применением повторительного помола. 
Наибольшего внимания, однако, заслуживают не мукомольные особенности зерна, а его физиологические свойства и химический состав. Реном точно описывает явление самосогревания зерна. Дюамиель-дюМонсо пишет трактат о хранении зерна, правильно объясняя причину 
порчи зерна его влажностью. Несколько ранее Беккери открывает клейковину пшеницы, а русский академик Модель изучает ее свойства. В 
работах Парментье (80-е гг. XVIII столетия) объясняется роль клейковины в образовании пшеничного теста. Малуэн в монографии (1767) посвященной мукомольному, хлебопекарному и макаронному производству, представляет ряд сведений о зерне различных злаков, их морфологии и технологических свойствах, отмечая значение консистенции 
зерна и толщины оболочек для помола и величины выхода муки. Труды 
знаменитого шведского ученого К. Линнея, внесшего строгую систему 
во все разнообразие растительных и животных форм, легли в основу 
научной классификации злаков. Линней выделяет виды пшеницы, сформулировав, например, различие твердой и мягкой пшеницы, которые до 
тех пор не были четко осознаны практиками. 
К концу XVIII в когда сортовой помол стал практиковаться повсеместно, на первый план в науке о зерне вышел вопрос: какие внешние 
признаки зерна способствуют получению качественного хлеба" Наблюдения практиков и теоретическое изучение анатомии зерновки позволили частично ответить на этот вопрос: важнейшим показателем качества считается выполненность зерна, степень развития его эндосперма. 
В связи с этим большое значение приобретает величина натуры, т. е. 
масса единицы объема зерновой массы. Отражая в значительной мере 
выполненность зерна, его натура тем самым характеризует мукомольные достоинства, а именно величину выхода муки. 
Таким образом, в конце XVIII и начале XIX в. появляется понятие о 
первом признаке качества зерна – его объемной массе; этот признак не 
потерял значимости и до настоящего времени. 
XIX в. характеризуется быстрым развитием техники мукомольного 
производства. Изобретение вейки, затем вальцевого станка, применение 
развитой схемы помола позволяет успешно решать важнейшую задачу 
мукомольного процесса – отделение эндосперма от оболочек, муки от 
отрубей. Запросы промышленности требовали новых открытий в об9 

ласти исследований морфологии зерна и зерновой массы. В то же время 
начинают развиваться другие важные дисциплины – биохимия и физиология зерна. Успехи в исследованиях анатомии зерна стали появляться 
только с 80-х гг. XIX в. В работах Эме Жирара устанавливаются количественные соотношения между оболочками, зародышем и эндоспермом, которые определяют величину возможного выхода муки. Как ни 
странно, однако, эти данные не были должным образом оценены, и прошло несколько десятков лет. прежде чем была возобновлена попытка 
характеризовать мукомольные достоинства зерна по данному показателю. Такая же судьба постигла и работы, связанные с изучением твердости зерна – важнейшего признака мукомольных свойств, которые 
были проделаны в 80-х гг. XIX в. русским ученым П. А. Афанасьевым 
и остались невостребованными до нашего времени. Основное внимание 
исследователей конца XIX – начала XX в. было обращено на биохимию 
зерна, на исследование факторов, определяющих хлебопекарные качества муки; подробно исследовались клейковина, белковые вещества и 
углеводы зерна злаков, изучались ферменты и их роль в процессе хлебопечения; на основе полученных данных было четко сформулировано 
понятие о показателях хлебопекарных свойств муки. 
Между тем, быстро развивающиеся сельское хозяйство и мукомольная промышленность предъявляют все большие требования к науке о 
зерне. Необходимо понимать, какие признаки в первую очередь будут 
характеризовать качество зерна. Понятие о последнем уже формируется 
дифференцированно: сельское хозяйство заинтересовано в высокой 
урожайности сортов и их устойчивости по отношению к неблагоприятным условиям. Мукомольная промышленность нуждается в зерне, дающем высокий выход муки, процесс размола которого не требует большого расхода энергии. Хлебопекарной промышленности требуется 
мука хорошего качества, т. е. с высоким содержанием клейковины оптимальных свойств и с достаточной активностью ферментов. Наконец, 
для хранения необходимо устойчивое зерно, не подвергающееся порче. 
Таким образом, складывается понятие о комплексной, всесторонней 
оценке зерна. В связи с этим подвергаются критическому анализу все 
накопленные за многие годы материалы. Особенно тщательно исследуются показатели качества зерна, которые могут служить для его оценки. 
В итоге, наряду со способом определения достоинств зерна, применявшимся, по крайней мере, два тысячелетия – органолептикой, используются и новейшие методы, основанные на точных данных биохимии и 
физики. Морфологические признаки зерна не потеряли своей значимости, однако они постоянно дополняются другими показателями по результатам современных исследований. 
10 

Зерноведение, таким образом, включает в себя наравне с морфологией и анатомией, физиологию и биохимию зерна. Ввиду большого объема последнего раздела, содержащего огромный фактический материал, 
он выделен в самостоятельный курс, непосредственно связанный с 
предыдущими. В ходе развития наука о зерне захватывает все новые области; этот процесс продолжается до настоящего времени. 
Начало изучения зерна в России можно довольно точно отнести к 
третьей четверти XVIII в.; толчком к всестороннему исследованию злаков послужило основание в 1765 г.  Вольного экономического общества, 
сыгравшего немаловажную роль в развитии сельскохозяйственных 
наук. По инициативе этого Общества были собраны материалы, характеризующие культуру хлебов в разных областях России – урожайность, 
посевные площади, направления использования. В трудах Экономического общества печатались, начиная с 1766 г. многие работы по изучению сорняков и методов очистки зерна от примесей. А также статьи, 
пропагандировавшие культивирование пшеницы и других ценных растений, например кунжута. Большое внимание уделялось тематике, посвященной хранению зерна. 
В 1790 г. общество объявило конкурс на лучшую работу по изучению зерна, в результате чего появился ценнейший материал для истории технологии хранения. Все работы русских авторов отвечали уровню 
западноевропейской науки того времени, обнаруживая вместе с тем самостоятельность и критический подход к данному вопросу. 
В 1844 г. общество вторично объявляет конкурс на работу по хранению (и сушке) зерна. В появившихся на эту тему статьях выдвигается 
проблема необходимости введения контроля влажности зерна. Организованные с 1820-х гг. сельскохозяйственные общества также проводят 
большую работу по изучению качества русского зерна и популяризации 
основ зерноведения. В связи с очень низкой урожайностью и большой 
засоренностью полей внимание русских ученых привлекают вопросы 
очистки зерна и борьбы с вредными примесями. Один из известных писателей того времени, В. Ф. Одоевский, много занимавшийся распространением сельскохозяйственных знаний в народе, публикует в 1838 г. 
специальную брошюру о спорынье, где описывает ее вредное воздействие и методы удаления ее рожков из зерна. Периодические издания 
печатают большое число оригинальных статей, посвященных злакам, 
их агротехнике и качеству. 
Однако все эти научные данные почти не находят применения на 
практике в хлебном деле, оценка качества зерна остается на прежнем, 
достаточно низком, уровне. Только значительно позже, в 90-е гг., был 
сделан первый и очень важный шаг к внедрению рациональных методов 
11