Протеолитические ферментные препараты как инструмент модификации белков зерновых культур
Создание безотходных технологий и технологий глубокой переработки сырья, в том числе растительного, представляет огромный интерес, как с точки зрения фундаментальных исследований, так и с практических позиций и в полной мере отвечает тенденциям развития перерабатывающих отраслей пищевой промышленности [1, 2]. Растительный белок в настоящее время достаточно широко используется для приготовления высокобелковых пищевых продуктов, однако это преимущественно соевый белок.
Белки других культур, в частности белки зерновых культур, а также продукты их ферментативной модификации остаются мало изученными, в то время как биотехнологические методы воздействия на растительный белок позволяют получать продукты различного состава, обладающие определенными технологическими и функциональными свойствами. Они могут быть использованы при производстве широкого спектра продуктов питания общего, функционального и лечебно-профилактического назначения [2, 3].
Протеолитические ферменты - одни из наиболее важных промышленных ферментов; в различных отраслях пищевой индустрии используют препараты протеаз животного, растительного и микробного происхождения (бактериальные и грибные) [4].
Помимо этого, необходимо учитывать наличие в зерне как бобовых, так и злаковых культур комплекса собственных протеолитических ферментов, а также их белковых ингибиторов, которые в значительной степени оказывают влияние на степень и глубину протеолиза эндогенных белков [4].
Целью исследования являлось проведение ферментативной модификации белков зерна ржи и тритикале с использованием протеолитических ферментных препаратов бактериального и грибного происхождения. Характеристика продуктов протеолиза методом гель-хроматографии. В качестве препаратов протеаз в работе использовали следующие препараты: «Нейтраза» - бактериальная металлопротеиназа (Zn), продуцируемая Bacillus amyloliquefaciens и препарат «Протеаза GC-106» - грибная протеаза, продуцируемая Aspergillus oryzae. Оба препарата рекомендованы для гидролиза белков зернового сырья.
Для оценки эффективности действия препаратов протеаз и характеристики продуктов протеолиза ферментативный гидролиз ржаной и тритикалевой муки проводили в течение 2 часов при оптимальных условиях, которые были установлены экспериментально: оптимумы температуры и рН, начальная скорость, оптимальные концентрации ферменных препаратов и концентрации субстрата [5].
Характеристики продуктов протеолиза осуществляли методом гель-хроматографии на колонке с сефадексом G-75. В качестве контроля использовали водный экстракт тритикалевой муки. Профили элюции представлены на рисунке 1.
В таблице 1 представлены данные по молекулярной массе, образовавшихся продуктов протеолиза белков тритикалевой муки при внесении препаратов бактериальной и грибной протеаз и процентное соотношение различных фракций.
Сравнительный анализ профилей элюции, представленных на рисунке 1, и данных таблицы 1 показывает, что внесение препаратов бактериальных и грибных протеаз не только изменяет соотношение высоко-, средне- и низкомолекулярных продуктов протеолиза, но и во многом изменяет картину элюции: характер распределения продуктов протеолиза, образовавшихся в результате применения разных препаратов, по фракциям совершенно различен.
Так, при ферментативном гидролизе белков тритикалевой муки препаратом «Нейтраза» наблюдается снижение высокомолекулярной фракции (с молекулярной массой более 70000 Да) на 29,79%, тогда при действии препарата «Протеаза GC-106» - на 56,58%. Прирост низкомолекулярной фракции (м.м. менее 3000 Да) составляет соответственно 16,51% (для Нейтразы) и 35,21% (Протеаза GC - 106). При использовании Нейтразы образуется примерно в 3 раза больше средне молекулярных пептидов с молекулярной массой от 30000 до 20000 Да по сравнению с Протеазой GC-106; в свою очередь, при действии Протеазы GC-106 количество низкомолекулярных пептидов (м.м. 20000 ? 10000Да) примерно в 2,5 раза выше, при действии Нейтразы.
Аналогичные исследования проводили с использованием ржаной муки, режимы и параметры ферментативного гидролиза также подбирали экспериментально. Фракционирование продуктов протеолиза ржаной муки препаратами микробных протеаз представлены на рисунке 2 и в таблице 2.
Выявлены различия в степени и глубине гидролиза белков ржаной муки под действием микробных препаратов протеаз бактериального и грибного происхождения.
Максимальное образование средне молекулярных продуктов гидролиза белков отмечено для варианта с использованием бактериального препарата «Нейтраза» (28,12% от общего количества). Применение препарата грибного происхождения «Протеаза GC-106» приводит к максимальному накоплению низкомолекулярных продуктов (48,75% от общего количества).
Таким образом, в результате модификации белковых компонентов зерна и муки с применением ферментных препаратов протеолитического действия могут быть получены продукты гидролиза с определенным профилем пептидов и количеством аминокислот, обладающих специфическими свойствами, а процесс ферментативной модификации белков зерновых культур, представляет собой важный этап в перспективных технологиях глубокой переработке зернового сырья.
Литература
1. Витол И.С, Горбатюк В.И., Горенков Э.С., Ильяшенко Н.Г., Карпенко Д.В., Коваленок А.В., Кочеткова А.А., Лукин Н.Д., Мельников Е.М., Нечаев А.П., Панкратов Г.Н., Сидоренко Ю.И., Тутельян В.А., Цыганова Т.Е., Щербаков В.Г. Введение в технологии продуктов питания. - М.: ДеЛи плюс, 2013. - 720 с.
2. Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А., Витол И.С., Кобелева И.Б. Пищевая химия. - СПб.: ЕИОРД, 2015. - 672 с.
3. Румянцева Г.Н, Евсеичева М.Н. Влияние ферментных препаратов протеолитического действия на белоксодержащее сырье // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2005, -№ 2. - С. 48.
4. Витол И.С., Кобелева И.Б., Траубенберг СЕ. Ферменты и их применение в пищевой промышленности. - М.: ИК МЕУГТП - 2000. - 82 с.
5. Витол И.С, Карпиленко Г.П. Ферментативная модификация муки тритикале с использованием протеолитических ферментных препаратов сырье //Хранение и переработка сельхозсырья. - 2015. - № 9.
Витол И.С., к.б.н.; Карпиленко Г.П., д.т.н.
Статья опубликована в сборнике:
Развитие биотехнологических и постгеномных технологий для оценки качества сельскохозяйственного сырья и создания продуктов здорового питания: Доклады 18-й Международной научно-практической конференции, посвященной памяти В.М. Горбатова, 9-10 декабря 2015 г., ВНИИМП им. В.М. Горбатова. – М., 2015. – Т.1. – С.106-109.