Белково-протеиназный комплекс зерна тритикале

Тритикале — вид зерновой культуры, созданный человеком путем гибридизации пшеницы и ржи в целях увеличения промышленного производства зерна. В России до последнего времени тритикале выращивалось в относительно небольших объемах, если сравнивать с производителями из Восточной и Центральной Европы, и использовалось в основном на кормовые и фуражные цели. В настоящее время в мире созданы разнообразные сорта тритикале для использования в различных отраслях промышленности, в том числе и в пищевой (хлебопекарной, кондитерской, пивоварении, производстве спирта и некоторых других). В то же время, очевидно, что потенциал тритикале недооценен. Эта культура остается недостаточно исследованной, что касается оценки ее технологических свойств, биохимического состава и потенциальных возможностей при производстве различных видов муки и крупы и пищевых продуктов на их основе [1—4]. В связи с этим комплексные исследования технологических, физико-химических и биохимических характеристик позволят более эффективно использовать биопотенциал зерна тритикале, а также сортовые особенности данной культуры при разработке новых технологий различных видов муки, крупы и других продуктов.

Содержание белка в зерне, его фракционный состав, наличие незаменимых аминокислот, сбалансированность аминокислотного состава, количество и качество клейковины определяют и пищевую ценность белка, и являются важными технологическими критериями качества зерна. Количество белка в тритикале варьируется от 12 до 25%, поскольку зависит от множества факторов: почвенно-климатических условий, генотипа, условий возделывания (агротехнические мероприятия), сроков посева и сбора урожая [1—3].

Протеолитические ферменты зерна тритикале и тритикалевой муки изучены слабо, в гораздо меньшей степени, чем протеазы пшеницы и ржи. В литературе имеется весьма ограниченные сведения по этому вопросу. Анализ литературных данных позволяет сделать следующее обобщение: тритикале наряду с рожью обладает значительно большей активностью, чем пшеница [1]; в зерне и муке тритикале обнаружены протеазы, извлекаемые натрий-ацетатным буфером при рН 3,8. Методом гель-хроматографии обнаружены две основные белковые фракции, обладающие протеолитической активностью. Молекулярная масса наибольшей фракции, или фермента в ассоциированной форме, превосходит 70 000 Да, в то время как меньшая фракция, или неассоциированная форма, имеет молекулярную массу около 30 000 Да.
Химическая модификация сульфгидрильных групп фермента влияет на его активность. Однако остается неясно, оказывается ли это путем воздействия модификации активного центра или путем изменения конформации белковой молекулы за счет модификации сульфгидрильных групп, не входящих в активный центр [1].

Цель исследования — изучение технологических и биохимических показателей качества зерна тритикале разных сортов, оценка белково-протеиназного комплекса зерна тритикале.
Материалы и методы исследований. В работе использовали зерно озимого тритикале сортов: Топаз, Сколот, Донслав, выращенного в Ростовской области, урожая 2012— 2013 гг. Все сорта входят в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию (2015 г.), относятся к сортам тритикале, у которых преобладает генотип пшеницы [5].

Исследования физических и химических показателей качества зерна тритикале проводили в соответствии с действующими ГОСТами: влажность — по ГОСТ 13586.5-93; натура - по ГОСТ 10840-64; масса 1000 зерен — по ГОСТ 10842—89; стекловидность — по ГОСТ 10987—76; зольность — по ГОСТ 27494—87; содержание белка — по ГОСТ 10846—91; массовая доля и качество сырой клейковины — по ГОСТ 27839—88.
Содержание растворимого белка определяли по методу Лоури, фракционный состав белков — по Осборну: альбумины выделяли дистиллированной водой, глобулины — 10%-ным раствором NaCl, проламины — 70%-ным этанолом, глютелины — 0,2%-ным раствором NaOH. Активность протеаз определяли модифицированным методом Ансона.

Результаты и их обсуждение. В процессе работы изучали и сравнивали технологические и биохимические показатели качества зерна тритикале разных сортов (табл. 1,2).

Зольность в исследуемых образцах колеблется в пределах 1,83—1,96% и зависит, как и другие показатели, от сорта и года сбора урожая. Влажность зерна колеблется от 11,9% (сорт Сколот 2012 г.) до 13,4% (сорт Донслав 2012 г.), в остальных образцах влажность составила 12,0—12,5%.

Данные, представленные в табл. 2, показывают, что в исследуемых образцах белка содержится от 12,3 до 14,5%; наименьшим содержанием белка отличается зерно тритикале сорта Топаз урожая 2013 г. (7,6%), однако это не приводит к существенному отличию данного образца по количеству и качеству клейковины. Во всех исследуемых образцах тритикале преобладает генотип пшеницы, и зерно всех образцов имеет клейковину I группы качества.

Изучение количественного соотношения и свойств различных фракций растворимых белковых веществ зерна представляет наряду с теоретическим интересом и большой практический интерес для технологий, использующих зерно в качестве основного сырья.

Однако, несмотря на исследования, многие вопросы остаются до сих пор до конца невыясненными. Это объясняется, с одной стороны, чрезвычайно сложной структурой белковых веществ, с другой стороны, различием в методическом подходе разных исследователей.

Как видно из полученных данных (табл. 3), белки зерна тритикале отличаются относительно высоким суммарным содержанием альбуминов и глобулинов, занимая промежуточное положение по этому показателю между зерном пшеницы и ржи. Находясь в растворенном состоянии, они могут активно гидролизоваться эндогенными протеолитическими ферментами, давая большое количество продуктов гидролиза с различной молекулярной массой.
Сведения о протеолитических ферментах в зерне тритикале очень ограниченны. Однако имеется большое количество работ, посвященных протеолитическим ферментам родительских форм — пшеницы и ржи [6]. Они играют существенную роль в процессе деградации запасных белков при прорастании, в регулировании других биохимических процессов при созревании и прорастании зерна, в технологических процессах получения солода и продуктах на его основе, а также в технологии хлебопечения на стадии тестоведения [7].

Исследование протеаз зерна тритикале проводили по следующей схеме. Протеазы извлекали водой и 0,35%-ным раствором Na2CO2, осаждение протеаз при подкислении проводили с помощью 5%-ной лимонной кислоты, осадок перерастворяли в соответствующем буфере. Активность протеаз определяли модифицированным методом Ансона, в качестве субстрата использовали забуференный бычий сывороточный альбумин (фосфатно-нитратный буфер рН 3,0—8,0 и глициновый буфер рН 8,5—10,5).

Полученные данные показывают, что исследуемом образце зерна тритикале присутствуют активные протеазы, проявляющие оптимум своего действия при рН 3,5 (кислые протеиназы) и рН 6,5 (нейтральные протеиназы), при гидролизе бычьего сывороточного альбумина. Причем, активность нейтральных протеиназ, извлекаемых содовым раствором, по сравнению с активностью протеаз, экстрагируемых водой, выше примерно на 25%. Щелочные протеиназы имеют оптимум действия при рН 9,5, их активность превосходит кислые протеиназы приметно в 2 раза и примерно в 1,5 раза ниже активности нейтральных протеиназ (рис. 1). Следует отметить, что значения оптимумов рН, определенных при стандартных условиях проведения ферментативной реакции, могут изменяться при действии на собственные белки и проведении ферментативной реакции в сложной гетерогенной системе, которую представляет собой зерновая масса.

На рис. 2 показана зависимость активности протеаз зерна исследуемого образца зерна тритикале от температуры.
Полученные данные показывают, что температурный оптимум действия кислых протеаз составляет 60 °С. Нейтральные протеазы имеют более низкий температурный оптимум 50 °С, но при 60 °С сохраняют большую часть своей активности (80,3%). При температуре 70 °С активность нейтральных протеаз падает в 2 раза.

Поскольку действие эндогенных протеаз на собственные белки может играть заметную роль не только в физиологических процессах, протекающих в зерне, но и при хранении и переработке, было проведено исследование автолитических процессов при оптимальных условиях для действия кислых, нейтральных и щелочных протеаз зерна тритикале (температура 50 °С, рН 3,5; 6,5; 9,5 соответственно). Об интенсивности автолитических процессов судили по накоплению водорастворимых белков.

Экспериментальные данные (рис. 3) свидетельствуют о том, что наибольший прирост водорастворимых белков отмечен для нейтральной протеиназы, наименьший—для щелочной протеиназы. Кислые протеиназы занимают промежуточное положение.
Выводы.
1. Проведено исследование белково-протеиназного комплекса зерна тритикале сортов Донслав, Топаз, Сколот, урожая 2012—2013 гг. Показано, что общее содержание белка (N·6,25) находится в пределах от 7,6 до 14,5%.
2. Клейковина исследуемых образцов зерна тритикале относится к I группе качества (хорошая).
3. Изучен фракционный состав белков зерна тритикале: белки зерна тритикале отличаются относительно высоким суммарным содержанием альбуминов и глобулинов.
4. Выявлено наличие в зерне тритикале кислых протеиназ с оптимумом действия рН 3,5; нейтральных протеиназ с оптимумом действия рН 6,5 и щелочных протеиназ с оптимумом действия рН 9,5.
5. Установлено, что все типы протеиназ гидролизуют собственные белки, причем наиболее активно проте-олиз осуществляется нейтральными протеиназами.


Литература
1. Тритикале — первая зерновая культура, созданная человеком: Пер. с англ. — М.: Колос, 1978. — 285 с.
2. Мелешкина Е. П. Качество зерна тритикале / Е. П. Мелешкина [и др.] // Хлебопродукты. — 2015. — №7. — С. 31-32.
3. Казаков, Е.Д. Биохимия зерна и хлебопродуктов/ Е. Д. Казаков, Г. П. Карпиленко. - СПб.: ГИОРД, 2005. -512с.
4. Карчевская, О. В. Научные основы и технологические аспекты применения зерна тритикале в производстве хлебобулочных изделий/О. В. Карчевская, Г. Ф. Дремучева, А. И. Грабовец // Хлебопечение России. — 2013. — №5. — С. 28-29.
5. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в России. — М., 2015. — С. 17-18.
6. Дунаевский, А. Е. Трипсино-подобный фермент из семян ржи /А. Е. Дунаевский, В. Н. Команцев, М. А. Белозерский // Биоорганическая химия. — 1976. — № 2. С. 221—227.
7. Витол, И. С. Введение в технологии продуктов питания / И. С. Витол [и др.]. — М.: ДеЛи плюс, 2013. — 720 с.

 

---