粮油是由不同的化学物质按一定的比例组成的。粮油中的各种化学成分，不仅是粮油籽粒本身生命活动所需的物质，也是人类的营养源泉。了解粮油的化学成分及其在籽粒中的分布，对于按不同用途来确定其利用价值，选择合理的加工方式、保证产品质量和提高粮油出产率、采取有效的储藏措施、保持粮油储品品质等方面具有重要的实际意义。
粮油中化学成分种类较多，除了水分和主要营养物质（淀粉、蛋白质和脂肪）以外，还含有少量的矿物质、维生素、酶及色素等物质，由于粮油种类和品种的不同，其含量相差很大。一般来讲，谷类的化学成分以淀粉为主，种子具有发达的胚乳，大部分化学成分储存在胚乳中，常用作人类的主食；豆类含有较多的蛋白质，常作为副食；油料含有大量的脂肪，主要用于制油；豆类与油料一般具有发达的子叶，绝大部分化学成分储存在子叶内；薯类的化学成分也是以淀粉为主，主要用于生产淀粉和发酵产品。大豆中除含有较多的蛋白质外，其脂肪的含量也较多，因此，既可作副食，又可作油料。粮食及油料籽粒的化学成分含量差异较大，如表1-1所示，列出的数据仅表示化学成分的大致范围。
表1-1 主要粮食及油料籽粒的化学成分 单位：%
粮油中各种化学成分除了其含量种类和品种的不同，其分布也很不平衡，在不同部位之间化学成分的含量相差很大。一般纤维素、矿物质主要分布在粮油的皮壳中，而蛋白质、脂肪和碳水化合物等营养成分则集中在胚和胚乳中。谷类粮食中，淀粉主要分布在胚乳中，脂肪主要分布在胚和糊粉层内，糊粉层内蛋白质含量也很丰富。油料中的蛋白质、脂肪和淀粉分布在子叶内。以稻谷、小麦籽为例，其各部分化学组成见表1-2、表1-3。
表1-2 稻谷籽粒各部分的化学组成 单位：%
表1-3 小麦籽粒各部分的化学组成 单位：干基%
1.糖类
糖类是自然界中存在最多、分布最广的一类有机化合物，也是粮食、油料中最主要的储藏物质。它们的分子由C、H、O三种元素组成，而且大多数糖类物质中的H、O以2∶1相结合，与H2O分子相同，常用通式Cm（H2O）n来表示，故又称碳水化合物。
根据糖类的结构和水解情况的不同，可以分为单糖、低聚糖和多糖三大类。
（1）单糖 单糖是最简单的糖，是糖类的基本构成单位，不能再被水解成更小的糖类分子。粮油中的单糖有葡萄糖、果糖、甘露糖和半乳糖等。粮油中游离态的单糖含量很低，一般为0.4%～1.0%。
（2）低聚糖 低聚糖是水解后能产生2～10个单糖分子的糖。根据所产生的单糖分子数目，又可以分为双糖、三糖和四糖等。粮油中最重要的低聚糖是双糖，如蔗糖、麦芽糖等。
粮油中的蔗糖含量很少，主要集中在胚部，如在玉米胚中含量约为11%，小麦胚中含量稍高，约为16%。新鲜粮油中蔗糖含量比陈粮高，豆类中蔗糖含量比谷物高。
麦芽糖是饴糖的重要成分。正常粮油籽粒中无游离态的麦芽糖存在，只有谷物发芽时，储藏性的淀粉受麦芽糖酶的水解才大量产生，特别是在麦芽中含量较高。
（3）多糖 多糖是一类高分子化合物，由上千个单糖分子通过一定的方式组合而成。粮油中存在的糖主要是多糖，其中最重要的是淀粉和纤维素。
①淀粉：淀粉是粮食中最重要的储藏性多糖，是人体所需热能的主要来源，也是食品工业和其他轻工行业的重要原料。
淀粉在谷类粮食中的含量特别多，占糖类总量的90%左右。主要粮食的淀粉含量见表1-4。
表1-4 主要粮食的淀粉含量
淀粉在籽粒内以淀粉粒的形式存在。淀粉粒呈白色，有圆形、椭圆形和多角形等多种形状，表面有轮纹。各种不同粮种的淀粉粒，形状和大小都不相同。
淀粉分子因结构不同而分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉分子卷曲成螺旋状，遇碘显蓝色；支链淀粉分子呈树枝状，遇碘显红紫色。不同种类、不同品种的粮食，其直链淀粉与支链淀粉的相对含量并不相同，这是不同的稻米蒸煮与食用品质有较大差别的重要原因之一。如黏稻米淀粉中含直链淀粉10%～30%，这类米质黏性小而胀性大，其中粳稻米的黏性又大于籼糯稻米；糯稻米淀粉则几乎全部为支链淀粉，米质胀性小而黏性大；其中以粳糯米黏性最大。绿豆、豌豆淀粉是制作优质粉丝的好原料，其主要原因在于绿豆、豌豆淀粉中的直链淀粉含量较高。
②纤维素：纤维素是植物细胞壁的主要成分，是构成植物支持组织的基础。它不溶于水，在稀酸、稀碱溶液中比较稳定。纤维素不能被人类所利用，但反刍类动物因体内含纤维素分解酶而可以从中获得葡萄糖。
根据糖类对人体的营养功能，可以将其分为两类：一类是营养性糖类，包括可溶性糖和淀粉；另一类是非营养性糖类（膳食纤维），如纤维素、半纤维素等。
营养性糖类的功能主要是供给热量，一般认为人体每日所需总热量的60%～70%（有时甚至超过80%）来自膳食中的营养性糖类；另外，糖也是构成人体组织的一种重要物质，如构成细胞膜的糖蛋白、结缔组织中的黏蛋白、神经组织中的糖脂以及遗传物质（如RNA，DNA）等都含有糖类。
非营养性糖类（膳食纤维）虽不能为人体所消化，但它同样有重要的生理功能，被称为“第七营养素”。如其可促进胃肠蠕动和消化腺的分泌，帮助消化；增加肠道内容物的体积，缩短粪便在肠道内的滞留时间，减少粪便中的细菌与有害物质对肠壁的刺激，一定程度预防大肠肿瘤的发生等。但是，食物中纤维素含量过高时可能会使人出现消化不良和使某些矿物质缺乏。
2.蛋白质
蛋白质是一类天然的高分子含氮化合物，广泛存在于动植物体内，是构成动植物细胞原生质的主要成分。蛋白质主要由C、H、O、N四种元素构成，另外还有少量的S、P、Fe、I等元素。每种纯净的蛋白质都可以被酸、碱或蛋白酶催化水解，水解的最后结果都能得到一个含有许多种游离氨基酸的混合物，说明氨基酸是蛋白质的基本构成单位。
研究发现，构成蛋白质的氨基酸有20多种。这些氨基酸中，有一些氨基酸在人体内不能自行合成或者合成的速度不能满足机体的需要，必须从食物蛋白质中获得，否则会影响人体的正常生理或健康，这些氨基酸称为必需氨基酸。人体必需氨基酸共有8种，它们分别是：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸及赖氨酸。
人们把含有全部必需氨基酸种类，而且数量比例与机体需要基本相适应的蛋白质称为完全蛋白质，反之则为半完全蛋白质或不完全蛋白质。谷类粮食因氨基酸组成中缺乏赖氨酸、苏氨酸或色氨酸等必需氨基酸，因而基本上都属于不完全蛋白质。要提高粮食蛋白质的生理效价，可将2种或2种以上不完全蛋白质混合食用，使各种生理效价较低的蛋白质在必需氨基酸方面取长补短，起到互补作用，这样就可使氨基酸平衡，从而提高蛋白质的营养价值。
蛋白质是生命的物质基础，它对人体的主要功能可以概括为以下几点。
（1）人体重要的组成成分 如果食物中的蛋白质供应量不能满足机体需要，就会使生长发育产生障碍，影响身体健康；如果蛋白质供应完全停止，就会引发细胞变性、生命活动停止的严重后果。
（2）修补和更新机体组织 人体在生命活动过程中，不断地进行新陈代谢，每天都有很多细胞死亡和新生，当机体发生疾病或创伤后，都需要足够的蛋白质作为机体修复材料。
（3）构成生理活性物质 蛋白质也是体内抗体的重要组成成分，并参与免疫系统对一些有毒物质的解毒过程，使机体对外来微生物和其他有害因素具有一定的抵抗力。
（4）供给机体热量，促进生长发育 蛋白质在机体内的主要功能不是供给热量，但当机体内的糖和脂肪供应不足时，蛋白质也会分解产生热量以供机体所需。
3.脂类
粮油中的脂类包括脂肪、类脂和一些脂肪伴随物。一般谷类粮食含脂肪较低，为1%～4%；但在谷物的加工副产品如米糠、玉米胚等中脂肪含量较高，为20%～30%。油料含脂肪很高，如芝麻含脂肪50%～53%；花生含38%～51%；菜籽含30%～45%；棉籽含14%～25%；大豆中脂肪的含量也较丰富，一般为17%～20%。
（1）脂肪与脂肪酸 脂肪是由1分子甘油与3分子脂肪酸脱水缩合而成的三酰甘油。通常把在室温下呈液态的称为油，在室温下呈固态的称为脂，但更多的时候常把两者统称为油脂。
各种来源不同的油脂，其性质、营养价值往往有所差别，这主要取决于构成不同来源油脂的脂肪酸种类和相对含量。
脂肪酸种类很多，但碳原子数多呈偶数。根据脂肪酸中碳原子的饱和程度，可将脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸分子中无双键，性质较稳定，如软脂酸、硬脂酸、花生酸等。通常在动物脂肪中含有较多的饱和脂肪酸，所以常温下呈固态。分子中含碳碳双键的脂肪酸为不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等。不饱和脂肪酸性质不稳定，易被氧化而变质。因植物油含不饱和脂肪酸较多，故在常温下呈液态。(www.xing528.com)
在众多脂肪酸中，大部分可以在人体内合成，但也有少数必须由食物提供，且又是维持机体生命活动所必需的，这些脂肪酸被称为必需脂肪酸。现已定论的必需脂肪酸是亚油酸。评定两种油脂营养价值的高低，首先应看其必需脂肪酸含量是否丰富，各种脂肪酸的构成是否合理。一般认为，饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸各占1/3（1∶1∶1）时最益于人体健康。其次看其消化率高低，有无对人体有害的成分。常见植物油中，含亚油酸较多的油脂有葵花籽油、玉米胚油、大豆油和棉籽油等。
（2）类脂 类脂是指在分子结构上与脂肪类似，在溶解特性上也与脂肪相似的一类物质。粮油中的类脂主要有磷脂和蜡。
①磷脂：一般存在于蛋白质或脂肪含量较高的粮食、油料中，主要集中于胚部。磷脂是人体内的重要成分，有重要的生理功能。但由于磷脂极易吸附水分，会使油脂水分增大，容易引起油脂水解酸败。另外，磷脂存在于油脂中，在油脂煎炸食物时会产生泡沫并易焦化形成碳粒，使油色变深，煎炸物也会因此变为褐色或带黑色碳粒，影响食物外观，所以制油时都要通过水化脱去磷脂。
②蜡：是一类由高级脂肪酸和高级一元醇所形成的脂，存在于籽粒的果皮和种皮细胞中，其作用是增加皮层的不透水性和稳定性，从而保护粮油籽粒。在粗制的植物油中含有少量的蜡，如米糠油中含蜡通常为2%～4%。蜡存在于油脂中能引起油脂浑浊、降低油脂透明度。因蜡不能被人体消化利用，故制油时常需做脱蜡处理。
（3）脂肪伴随物 脂肪伴随物是指在溶解特性上与脂肪相似，在结构和化学本质上与脂肪并不相似的一类化合物。主要有脂溶性色素、植物固醇及脂溶性维生素等。
①脂溶性色素：纯净的植物油脂是无色的。常见的植物油脂之所以有颜色，是因为植物油料中的各种脂溶性色素溶于油中的缘故。因为不同的油料所含的色素种类、含量不同，从而使不同的油脂呈现不同的颜色。
②植物固醇：如豆固醇、麦角固醇、谷固醇等。大豆及谷类粮食中含有一定的量，油料中含量少。
脂类的主要功能是供给热量，它是人体热量的主要来源。人体每日所需热量的17%～35%来自脂类。脂肪的热值很高，是相同质量淀粉或蛋白质发热值的2倍以上，是一种浓缩的营养素，可以缩小体积，减小胃肠负担，并且具有饱腹感，还可增加食物的美味。
脂肪同时也是脂溶性维生素的载体和必需脂肪酸的供源。另外，脂肪也是人体细胞的组成部分，还具有保暖、保护体内脏器等作用。
4.水分
水分是粮油中重要化学成分之一，它不仅影响粮油籽粒的生理变化，而且影响粮油的加工、储藏及粮油食品的制作。水分过高，粮油不易保管，容易发热霉变，适量的水分可以保证粮油加工及食品制作的顺利进行，以及其产品品质。谷类粮食的水分一般为12.5%～14%，油料8%～9%。油脂含水很少，为0.2%以下。粮油中水分最高的是鲜薯，达65%～80%。
水分在粮油籽粒中有两种不同的存在状态：一是游离水分子；二是结合水。
（1）游离水 又称自由水，一半谷类粮食水分达14%～15%时，开始出现游离水。游离水存在于粮粒的细胞间隙和毛细管中，具有普通水的一般性质，能作为溶剂，0℃时能结冰，是进行生化反应的介质。游离水在粮油籽粒内很不稳定，可在环境温、湿度的影响下自由出入，故又称自由水，粮油水分的增减主要是游离水的变化。
（2）结合水 又称束缚水，存在于粮油的细胞内，与淀粉、蛋白质等亲水性高分子物质通过氢键作用相结合，因此性质稳定，不易散失。在温度低于－25℃时也不结冰，几乎不能作溶剂，一般不易为生物所利用，粮油中结合水含量的多少，依据其化学成分的不同而有所区别，一般来说，含碳水化合物和蛋白质多的粮油，结合水较多；含脂肪多的粮食与油料，结合水较少。
游离水与结合水在粮油籽粒中同时存在，两者之间并无截然的分界线，其差别只在于它们与吸附物质之间引力的强弱不同。就谷类粮食而言，当水分很低时，可以看作全部是结合水，此时粮粒的生命活动很微弱，而且微生物不能利用这种结合水进行生长发育，粮食也不会生霉。随着粮油含水量的增高，生命活动不断增强。高水分粮油生命活动很旺盛，不仅消耗营养成分，造成干物质减少，而且还放出热量和水分。因此，游离水较多的粮油，容易发热生霉。在105°C的温度下维持一定时间，粮油中绝大部分结合水都能挥发出来。因此，我们平时用烘干法测得的粮油水分，是游离水和结合水的总和。
水是一种无机物，本身无营养价值，但它是人体的重要组成成分。在构成人体的器官、组织中，水分约占60%，水分通过人的肠壁吸收，进入血液，再分配到各器官组织中去。水分的主要生理功能是：帮助消化，调节体温，运输营养物质和排泄废物，提供体内各生化反应介质，润滑体内各活动部位等。
5.生理活性物质
粮油籽粒中某些化学物质，其含量虽然很低，但具有调节籽粒生理状态和生化变化的作用，促使生命活动强度增高或降低，这类物质称为生理活性物质，包括酶、维生素和植物激素。
（1）酶 粮食及油料籽粒内的生物化学反应是由籽粒本身所含的有机物质催化、调节和控制。从化学结构看，酶的成分是蛋白质，有些酶还含有非蛋白组分。非蛋白质部分是离子（如Cu2+、Fe3+、Mg2+）或由维生素衍生的有机化合物。酶具有底物专一性和作用专一性，因此粮油籽粒中各种生理生化变化是由多种多样的酶类共同作用所控制的。粮食及油料中的酶主要有以下几种：
①淀粉酶：粮食及油料籽粒中淀粉酶有三种：α－淀粉酶、β－淀粉酶及异淀粉酶。α－淀粉酶对谷物食用品质影响较大。大米陈化时流变学特性的变化与α－淀粉酶的活性有关，随着大米陈化时间的延长，α－淀粉酶活性降低。高水分粮在储藏过程中α－淀粉酶活性较高，它是高水分粮品质变化的重要因素之一。小麦在发芽后α－淀粉酶活性显著增加，导致面粉的烘焙品质与蒸煮品质下降。α－淀粉酶又称淀粉1，4-麦芽糖苷酶、糖化酶，能够从淀粉分子非还原性末端切开1，4-糖苷键，生成麦芽糖。此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。它对谷物的食用品质影响主要表现在馒头和面包制作效果及新鲜甘薯蒸煮后的特有香味上。
②蛋白酶：蛋白酶在未发芽的粮粒中活性很低。目前，研究比较详细的是小麦和大麦中的蛋白酶。小麦蛋白酶与面筋品质有关，大麦蛋白酶对啤酒的品质产生很大影响。
小麦籽粒各部分蛋白酶的相对活性，胚为最强，糊粉层次之。小麦发芽时蛋白酶的活性迅速增加，在发芽的第7d增加9倍以上。至于麸皮和胚乳淀粉细胞中，不论是在休眠或发芽状态蛋白酶的活性都是很低的。蛋白酶对小麦面筋有弱化作用，发芽、虫蚀或霉变的小麦制成的小麦粉，因含有较高活性的蛋白酶，使面筋蛋白质分解，所以只能形成少量的面筋或不能形成面筋，因而极大地损坏了小麦粉加工和食用品质。
③脂肪水解酶：通常称脂肪酶或脂酶，该酶与粮食及油料中脂肪含量并无直接关系，但对粮油储藏稳定性影响较大，粮油籽粒中脂肪酸含量的增加主要是由脂肪水解酶的作用所引起的。
④脂肪氧化酶：脂肪氧化酶能把脂肪中具有不饱和双键的脂肪酸氧化为具有共轭双键的过氧化物，造成必然的酸败条件，从而使小麦粉及大米产生苦味。
⑤过氧化物酶和过氧化氢酶：过氧化物酶对热不敏感，即使在水中加热到100℃，冷却后仍可恢复活性。过氧化氢酶主要存在于麦麸中，而过氧化物酶则存在于所有粮油籽粒中，粮油在储藏过程中变苦与这两种酶的作用及活性有密切关系。
（2）维生素 粮油籽粒中含有多种水溶性维生素（如B族维生素和维生素C）和脂溶性维生素（如维生素E），不含维生素A，却含有维生素A原——类胡萝卜素，经食用后，在酶的作用下能分解为维生素A。
①维生素E（生育酚）：大量存在于油料籽粒中和禾谷类籽粒的胚中，是一种主要的抗氧化剂，对防止油品的氧化有明显作用，因此对保持籽粒活力是有益的。
②B族维生素：禾谷类粮食和大豆中B族维生素的含量均很丰富。B族维生素的种类很多，其功能各异。在禾谷类粮食中的存在部位主要是麸皮、胚和糊粉层，因此碾米及制粉精度越高，B族维生素的损失也就越为严重。
③维生素C：在一般成熟的粮油籽粒中并不存在，但在种子萌芽过程中大量形成。
维生素的生理作用和酶有密切关系，许多酶由维生素和酶蛋白结合而成，因此缺乏维生素时，酶的形成和活动即受到影响。粮油籽粒中的维生素含量不是很高，一般容易因偏食而欠缺，但不会因过高而中毒。
（3）植物激素 植物激素具有促进种子及果实生长、发育、成熟、储藏物质积累，促进（或抑制）种子萌发等作用。根据激素的生理效应和作用，可将植物激素分为生长素、赤霉素、细胞分裂素和乙烯。它们具有不同的特性及作用。
6.其他化学成分
（1）色素 色素不仅是粮油品种特性的重要标志，而且能表明种子的成熟和品质状况。例如，红米的食味不佳，小麦籽粒的颜色会影响制粉品质和休眠期的长短；油菜籽粒的颜色影响出油率；大豆、菜豆等籽粒的颜色影响储藏性和种子寿命。因此，色泽是品种差异及品质优劣的一项明显指标。粮油籽粒内所含的色素主要有叶绿素、类胡萝卜素、黄酮素以及花青素。在环境条件作用下，籽粒的颜色会发生改变，例如，发热霉变及高温损害，以及储存时间较长的陈粮和正常粮油籽粒的颜色有一定区别。所以，国外有利用粮油籽粒颜色来判断粮油新鲜度的报道。
（2）矿物质 粮油籽粒内的矿物质有30多种，根据其含量可分为大量元素及微量元素两类。一般禾谷类粮食灰分率为1.5%～3.0%，豆类含量较髙，尤其是大豆，高达5%。
粮粒中所含的矿物质有P、Ca、Fe、S、Mn、Zn等多种。矿物质的分布很不均匀，胚与种皮（包括果皮）的灰分率高于胚乳数倍。
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