Продукты переработки зерна тритикале как объект для ферментативной модификации

Создание инновационных технологий переработки растительного сырья, направленных на получение новых видов обогащенных и функциональных пищевых продуктов, требует проведения фундаментальных и прикладных исследований. В настоящее время общепризнано, что для создания новых продуктов, технологические и функциональные свойства которых могут быть заранее определены путем направленного биокатализа, целесообразно использовать растительные белковые продукты, другие компоненты растительного сырья, полученные с применением биотехнологических методов. Это в полной мере касается зернового сырья и такой зерновой культуры как тритикале, увеличение промышленного производства которой наблюдается в последнее время [1—3].

Цель исследований. Данная работа посвящена изучению свойств вторичных продуктов переработки зерна тритикале и эффективности воздействия ферментных препаратов целлюлолитического и протеолитического действия на их биополимеры с целью модификации и дальнейшего использования в производстве обогащенных пищевых продуктов.

Материалы и методы. В работе использовали зерно озимого тритикале сортов Топаз, Сколот, Донслав, Вокализ, выращенное в Ростовской области, урожая 2012—2013 гг., а также продукты его переработки — отруби, муку с высоким содержанием периферийных частей.

Общее содержание белка по Къельдалю определяли по ГОСТ 10846-91; содержание крахмала — по ГОСТ 10845— 98; содержание жира — по Сокслету; содержание клетчатки—по Кюшнеру и Ганеку. Содержание растворимого белка находили методом Лоури; фракционный состав растворимых белков — по Осборну; редуцирующие вещества — по методу Бертрана.

В качестве ферментных препаратов (ФП) протеолитического и целлюлолитического действия использовали:

• ФП «Нейтраза» — бактериальная металлопротеиназа (Zn), продуцируемая Bacillus amyloliquefaciens; «Дисти-цим Протацид Экстра» — грибная протеаза, продуцируемая Aspergillus niger.
• «Шеразим 500L» — очищенная кслиланаза, продуцируемая Aspergillus oryzae и Aspergillus aculeatus;
• «Вискоферм L» — сбалансированная смесь ксиланазы, (3-глюканазы, целлюлазы и а-амилазы, продуцируемая Aspergillus aculeatus.

Результаты и их обсуждение. Приступая к изучению ферментативной модификации биополимеров растительного сырья, необходимо учитывать следующие основные факторы: в первую очередь, это особенности биополимеров данного растительного сырья, гетерогенность субстрата, присутствие разного рода эффекторов, способных активировать или ингибировать как эндогенные ферменты, так и ферменты в составе ферменных препаратов, присутствие в ферменных препаратах помимо основной активности сопутствующих ферментов и т. п.; во вторых — условия проведения ферментативной модификации, основные кинетические параметры ферментативных реакций с участием исследуемых ферментных препаратов, которые могут отличаться от кинетических характеристик, полученных при исследованиях очищенных ферментов на стандартных субстратах.

На первом этапе работы были изучены основные технологические и биохимические характеристики объектов исследования (табл. 1), а именно, тритикалевых отрубей и образцов муки, сформированных на основе кумулятивных кривых зольности (Т-1200; Т-2000) и представляющих собой вымол оболочек с измельченными частями алейронового слоя и зародыша [4, 5].


Сравнительный анализ основных компонентов зерна отрубей тритикале свидетельствует о закономерном увеличении в отрубях содержании общего белка — до 15,90-20,56%, клетчатки — до 10,68—14,85%; снижении содержания крахмала до 32,72—22,62%. Значительное увеличение Сахаров во фракциях отрубей по сравнению с целым зерном обусловлено, вероятнее всего, присутствием измельченного зародыша [5]. Следует также учитьвзать, что углеводный комплекс зерна тритикале помимо крахмала, клетчатки, олиго-, ди- и моносахаридов, содержит значительное количество нерастворимых пищевых волокон — гемицеллюлоз (до 30%) [6].

Образцы муки с высоким содержанием периферийных частей были проанализированы по таким показателям качества, как белизна, зольность, количество и качество клейковины (табл. 2).


Данные, приведенные в табл. 2, показывают, что исследуемые образцы, особенно образец Т-2000, несмотря на высокое содержание белка, характеризуются низкими хлебопекарными качествами, что подтверждается пробными лабораторными выпечками [5], но они могут быть использованы в качестве ценных пищевых ингредиентов.

Исследования фракционного состава растворимых белков (табл. 3) показали, что белки отрубей из зерна тритикале отличаются относительно высоким суммарным содержанием альбуминов и глобулинов, что в целом характерно для белков зерна тритикале, при этом количество глобулинов в 3—3,5 раза выше, чем в целом зерне (7-8% общего содержания белка). Находясь в растворенном состоянии, они активно гидролизуются эндогенными протеолитическими ферментами, давая большое количество продуктов гидролиза с различной молекулярной массой. Содержание проламинов в 2—2,5 раза ниже, чем в целом зерне (23,6—25,0%).


В образцах Т-1200 и Т-2000 обнаружено очень высокое суммарное содержание альбуминов и глобулинов, очевидно, это связано с присутствием в данных образцах муки измельченного зародыша и алейронового слоя.

Исследование фракционного состава растворимых белков показало, что белки отрубей из зерна тритикале отличаются относительно высоким суммарным содержанием альбуминов и глобулинов, что в целом характерно для белков зерна тритикале, при этом количество глобулинов в 3—3,5 раза выше, чем в целом зерне. Находясь в растворенном состоянии, они активно гидролизуются протеолитическими ферментами, давая большое количество продуктов гидролиза с различной молекулярной массой. Содержание проламинов в 2—2,5 раза ниже, чем в целом зерне (23,6—25,0%).

На втором этапе работы изучали эффективность действия ферментных препаратов целлюлолитического и протеолитического действия, основных кинетических параметров ферментативных реакций, в которых в качестве субстрата использовали тритикалевые отруби и образцы муки с высоким содержанием периферийных частей.

Принимая во внимание сложное строение клеточной стенки (основной составляющей отрубей), для ее деградации и увеличения степени извлечения белка требуются ферментные препараты, обладающие одновременно разными видами активностей: пектолитической, целлюлаз-ной и гемицеллюлазной [7—9].

Характеристика ферментативной реакции гидролиза некрахмальных полисахаридов тритикалевых отрубей при действии ферментных препаратов «Шеарзим 500 L» и «Вискоферм L» представлена в табл. 4. Инкубационная смесь: размолотые тритикалевые отруби — гидромодуль 1:10; фосфатно-цитратный буфер (20% от объема); ферментный препарат от 0,1 до 0,5 ед. активности/г отрубей. Установлено, что в течение 30 мин реакция идет по 0-по-рядку. Оптимумы температуры и рН были выявлены при изучении активности исследуемых ферментных препаратов в диапазоне 20...70 °С и рН 3,0—6,0. Эффективность гидролиза оценивали по накоплению РВ по методу Бертрана.


Аналогичные результаты были получены при использовании в качестве субстрата образцов муки Т-1200 и Т-2000. Таким образом, были подобраны оптимальные условия гидролиза некрахмальных полисахаридов тритикалевых отрубей и муки с высоким содержанием периферийных частей зерновки ферментными препаратами «Шеарзим 500 L» и «Вискоферм L».

Ферментативный гидролиз белков тритикалевых отрубей ферментными препаратами протеаз проводили при следующих условиях: ферментные препараты «Нейтраза» и «Дистицим Протацид Экстра» вносили в количестве от 0,25 до 1,5 ед. ПС/г муки; концентрация субстрата варьировала от 0,2 до 120мг/мл (табл. 5).


Для образцов муки Т-1200 и Т-2000 были получены аналогичные результаты. Анализ представленных в табл. 5 данных, основанных на кинетических кривых свидетельствует о том, что максимальная скорость гидролиза наблюдается при концентрации ферментного препарата «Нейтраза» и «Дистицим Протацид Экстра» 0,5 и 0,75 ед. ПС/г муки и концентрации субстрата 100мг/см3.

Оценку эффективности действия исследуемых ферментных препаратов целлюлолитического действия с точки зрения увеличения выхода растворимого белка проводили с использованием в качестве субстрата образец муки Т-2000. Ферментативный гидролиз проводили при оптимальных условиях, которые были подобраны экспериментально. Инкубационная смесь состояла из муки Т-2000, воды (гидромодуль 1:10), соответствующего буфера (20% от объема) и ферментного препарата из расчета конечной концентрации соответствующей оптимальной. Отбор проб проводили через каждые 30 мин в течение 2 ч, переносили в центрифужные стаканчики и центрифугировали при 6000 мин -1 в течение 10 мин. Надосадочную жидкость использовали для определения восстанавливающих Сахаров (редуцирующих веществ) по методу Бертрана и количества растворимого белка по методу Лоури [10].

Эффективность гидролиза оценивали по накоплению РВ и растворимого белка. Результаты показаны на рис. 1—4.




Таким образом, применение ферментного препарата «Шеразим 500 L» позволяет увеличить количество РВ и растворимого белка в 2 раза, при этом время гидролиза составляет 90 мин. Более длительный гидролиз (120 мин) не приводит к росту накопления РВ и растворимого белка. Ферментативный гидролиз с использованием препарата Вискоферм Ь»'в течение 90 мин приводит к увеличению количества РВ в 1,5 раза, а растворимого белка в 2,5 раза.

Выводы 
1. Изучены технологические и биохимические показатели продуктов переработки трититкале (мука, отруби).
2.  Изучен фракционный состав белков тритикалевых отрубей. Показано, что белки отрубей из зерна тритикале отличаются относительно высоким суммарным содержанием альбуминов и глобулинов, при этом количество глобулинов в 3—3,5 раза выше, чем в целом зерне.
3.  Проведены кинетические исследования ферментативных реакций с участием ферментных препаратов цито-литического действия «Шеарзим 500 L», «Вискоферм L» и ферментных препаратов протеаз «Нейтраза», «Дисцитим Протацид Экстра». Определены оптимальные дозировки ферментных препаратов, оптимумы температуры и рН при действии на зерновой субстрат (тритикалевые огруби и мука с высоким содержанием периферийных частей).
4.  Показана эффективность действия ферментных препаратов целлюлолитического действия на некрахмальные  полисахариды муки с высоким содержанием периферийных частей зерновки. Применение ферментного препарата «Шеразим 500 L» увеличивает количество РВ и растворимого белка в 2 раза; препарата «Виско-ферм L» — РВ в 1,5 раза, а растворимого белка в 2,5 раза.

Полученные данные позволяют использовать указанные ферментные препараты в комбинации с протеолити-ческими ферментными препаратами в составе МЭК для ферментативной модификации продуктов переработки зерна тритикале.

Литература
1.   Витол, И. С. Ферментативная модификация муки тритикале с использованием протеолитических ферментных препаратов/И. С. Витол, Г. П. Карпиленко // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2015. — №9. — С. 17-22.
2.   Витол, И. С. Ферменты и их применение в пищевой промышленности/И. С. Витол, И. Б. Кобелева, С. Е. Траубенберг. - М.: МГУПП. - 2000. - 82 с.
3.   Мелешшна, Е.П. Модификация растительного белка зерна тритикале с помощью биотехнологических методов/Е. П. Мелешкина, И. С. Витол, Г. П. Карпиленко // Хлебопродукты. — 2016. — №5. — С. 62-64.
4.   Витол, И. С. Биохимическая характеристика новых сортов тритикалевой муки/И. С. Витол [и др.] // Хлебопродукты. — 2016.-№2.-С.42-44.
5.   Панкратов, Г. Н. Технологические свойства новых сортов тритикалевой муки/Г. Н. Панкратов, Н.П. Мелешкина, Р.Х. Кандроков, И.С. Витол // Хлебопродукты. — 2015. — №1.-С. 60-62.
6.   Тритикале — первая зерновая культура, созданная человеком: Пер. с англ. — М.: Колос. — 1978. — 285 с.
7.  Дарманьян, Е. Б. Межмолекулярная ассоциация гемицеллю-лоз и растительных белков/Е. Б. Дарманьян, П. М. Дарманьян // Прикладная биохимия и микробиология. — 1995. — Т. 31.-С. 346-352.
8.   Колпакова, В. В. Биологическая, пищевая ценность, функциональные свойства и направления использования пшеничных отрубей в пищевых производствах/В. В. Колпакова, А. П. Нечаев, С. М. Севериненко, И. В. Мартынова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2000. — №2. — С. 38-43.
9.   Колпакова, В. В. Белок из пшеничных отрубей: повышение выхода и функциональные свойства/В. В. Колпакова, Л. В. Зайцева, И. В. Мартынова, Е. А. Осипов // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2007. — №2. — С. 23—24.
10. Нечаев, А. П. Пищевая химия. Лабораторный практикум/А. П. Нечаев [и др.]. - СПб.: ГИОРД. - 2006. - 304 с.

 

---