Протеолитические ферменты зерна тритикале, прошедшего увлажнение и подсушивание

Введение.
Тритикале – новый вид хлебных злаков, обладающий высоким биологическим потенциалом и пищевой ценностью [5, 8, 10, 12, 13]. Использование тритикале как продовольственной культуры в нашей стране остается до сих пор крайне ограниченным. Однако это перспективное направление расширения сырьевой базы и ассортимента выпускаемой продукции для перерабатывающих отраслей пищевой индустрии, что подтверждается повышенным интересом к данной культуре как со стороны исследователей, так и со стороны производителей пищевых продуктов [3, 4, 7, 11, 12].

Качество зернового сырья определяется не только его химическим составом, но и состоянием ферментного комплекса [1, 12]. Известно, что повышение влажности зерна сопровождается интенсивным нарастанием активности ферментов [6]. Зерно выходит из состояния покоя, в нем получают развитие пусковые механизмы прорастания. Глубина развития этих процессов зависит прежде всего от количества поглощенной воды. Дальнейшее подсушивание зерна приводит к снижению его физиологической активности, при этом ферментные системы не возвращаются в исходное состояние. Изучение важнейших ферментных систем зерна при увлажнении и подсушивании имеет большое значение для оценки не только семенных достоинств зерна, но и технологических показателей.

Процесс увлажнения и подсушивания зерна изучали зарубежные и отечественные исследователи, в первую очередь с точки зрения его гидротермической обработки (ГТО) и дальнейшей переработки на мукомольных предприятиях [2], а также с точки зрения возможности получения различных типов тритикалевого солода для технологий бродильных производств [4]. Изучение протеолитических ферментов зерна тритикале при разных физиологических состояниях представляет не только практический интерес получения «биоактивиро- ванного» зерна. Это позволит приблизиться к пониманию роли отдельных ферментных систем в сложных пусковых механизмах прорастания.
 

Методика исследований.
В качестве объекта исследования использовали зерно тритикале сорта Тимирязевская-150 урожая 2016–2017 гг., предоставленное Селекционной станцией им. П.И. Лисицына РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Для изучения изменения ферментативной активности в зерне на разных этапах увлажнения и подсушивания опытные образцы готовили по следующей схеме: навески зерна по 10 г увлажняли до влажности 15, 18, 20, 22, 25, 28 и 30% путем добавления расчетного количества воды. Отволаживание проводили в течение одних суток в плотно закрытых сосудах. Подсушивание осуществляли в тонком слое на фильтровальной бумаге при комнатной температуре в течение одних суток.

Содержание водорастворимого белка определяли по методу Лоури; активность протеаз – модифицированным методом Ансона [9].

Результаты исследований.
В ранее проводимых работах во Всероссийском НИИ зерна и продуктов его переработки по изучению протеолитических ферментов зерна тритикале было показано наличие трех типов протеиназ: кислые протеиназы с оптимумом рН 3,5; нейтральные – рН 6,5; щелочные – рН 9,5 [1]. Сорт тритикале Тимирязевская-150 характеризуется тем, что активность нейтральных в 1,3–2,0 раза выше активности кислых протеиназ (табл. 1, 2).


Известно, что протеолитические ферменты распределены в зерне злаковых культур неравномерно. В настоящей работе на первом этапе изучали распределение нейтральных протеиназ по анатомическим частям зерновки тритикале. Следует отметить, что изучение распределения нейтральных протеиназ по анатомическим частям зерновки связано с трудностями отделения зародыша у зерна тритикале в отличие от зерна пшеницы. Тем не менее, полученные результаты позволяют судить о соотношении нейтральных протеиназ в зародыше и оставшейся части зерновки: в зародыше сосредоточена основная часть ферментов – их активность в 5,2–6,5 раза превосходит активность в целом зерне (табл. 3).



Таким образом, нейтральные протеиназы в зерновке тритикале распределены неравномерно. В зародыше сосредоточена основная часть ферментов, извлекаемая 0,35%-м раствором соды [1].
Учитывая факт физиологических различий тканей эндосперма и зародыша, разную направленность процессов, происходящих в них при прорастании, а также локализацию ферментов, на втором этапе работы изучали изменение активности нейтральных протеиназ при увлажнении и подсушивании для целого зерна, зародыша и зерновки без зародыша (рис. 1–3).






Для целого зерна характерно последовательное нарастание активности нейтральных протеиназ, при влажности 30% она выше исходной на 60–80% для зерна тритикале сорта Тимирязевская-150 урожая 2016 и 2017 гг. соответственно.

В зародыше активность ферментов быстро нарастает и при влажности 20% достигает максимума, увеличиваясь в 1,5–2,0 раза. Дальнейшее увлажнение приводит к снижению активности нейтральных протеаз в зародыше.

В зерновке без зародыша активность нейтральных протеиназ медленно нарастает в период увлажнения до влажности 20%, после которой наблюдается более интенсивный рост протеолитической активности. При влажности 30% протеолитическая активность составляет 118 и 120% соответственно для зерна тритикале урожая 2016 и 2017 гг.

Следует отметить, что снижение активности протеиназ в зародыше точно соответствует заметному увеличению активности в зерновке без зародыша. Это происходит при влажности 20%. Вероятно, взаимосвязь этих процессов заключается в том, что зародыш в начальный период увлажнения активно синтезирует протеазы de novo, а при достижении определенной влажности секретирует их в клетки эндосперма, запуская тем самым мобилизацию запасных белков в соответствии с ростовыми процессами.

Подсушивание увлажненного зерна сопровождается снижением активности нейтральных протеиназ для всех исследуемых образцов, но остается более высокой по сравнению с зерном исходной влажности. У образцов целого зерна тритикале после увлажнения и подсушивания активность нейтральных протеиназ выше исходной на 15% (урожай 2016 г.) и на 25% (урожай 2017 г.), см. рис. 1. Активность нейтральных протеаз, извлекаемых из зародыша зерна, после увлажнения и подсушивания на 35% выше, чем у зародыша исходного зерна. В зерновке без зародыша также происходит снижение протеолитической активности, при этом разница между активностью нейтральных протеиназ исходного зерна и прошедшего увлажнение и подсушивание минимальная. У этих образцов она выше исходной на 3–8% (см. рис. 3).

Таким образом, нейтральные протеиназы зерна относятся к ферментам, участвующим в формировании пусковых механизмов прорастания: рост их активности начинается с поглощением семенем первых порций воды, причем первостепенная роль в этом принадлежит протеиназам зародыша. После подсушивания их активность значительно превосходит исходную для зерна той же влажности.

Заключение.
Зерно тритикале, прошедшее увлажнение и подсушивание, характеризуется более высокой активностью ферментных систем. Активность нейтральных протеиназ в зерне, прошедшем увлажнение и подсушивание, на 15–25% превышает их активность в исходном зерне той же влажности, в зародыше – на 35%.
Полученные данные позволят направленно воздействовать на биологические системы зерна. Это важно для получения зерна, обладающего определенными технологическими и биохимическими показателями. Активированное таким образом зерно тритикале может служить сырьем для получения продуктов (разные типы муки и крупы) с заданными свойствами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белково-протеиназный комплекс зерна тритикале / И.С. Витол [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2015. – № 8. – С. 36–39.
2. Кандроков Р.Х., Стариченков А.А., Штейнберг Т.С. Влияние ГТО на выход и качество тритикалевой муки // Хлебопродукты. – 2015. – № 1. – С. 64–65.
3. Касынкина О.М., Орлова Н.С., Каневская И.Ю. Качество пшеничного хлеба, выпеченного с добавлением муки из тритикале // Аграрный научный журнал. – 2015. – № 12. – С. 18–20.
4. Кобелев К.В., Гернет М.В., Грибкова И.Н. Свойства тритикале и перспективы ее использования в бродильных напитках // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2013. – № 5. – С. 51–53.
5. Кобелев К.В., Гернет М.В., Хурушудян С.А. Тритикале – перспективная зерновая культура // Пиво и напитки. – 2016. – № 3. – С. 26–29.
6. Козьмина Н.П. Биохимия зерна и продуктов его переработки. – М.: Колос, 1976. – 375 с.
7. Леонова С.А., Пусенкова Л.И., Погонец Е.В. Оценка хлебопекарных свойств перспективных селекционных видов тритикале // Хлебопродукты. – 2013. – № 6. – С. 40–41.
8. Оценка качества зерна тритикале / Е.П. Мелешкина [и др.] // Хлебопродукты. – 2015. – № 2. – С. 48–49.
9. Пищевая химия. Лабораторный практикум / А.П. Нечаев [и др.]. – СПб.: ГИОРД, 2006. – 304 с.
10. Рубец В.С., Игонин В.Н., Пыльнев В.В. Селекция озимой тритикале в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева: история, особенности, достижения // Известия ТСХА. – 2014. – № 1. – С. 115–124.
11. Технологические и биохимические показатели в оценке качества зерна тритикале сорта Тимирязевская 150 / И.С. Витол [и др.] // Вестник Алтайского государственного университета. – 2017. – № 8 (154). – С. 43–48.
12. Технологические и биохимические показатели как составляющие качества муки тритикале / Г.Н. Панкратов [и др.] // Контроль качества продукции. – 2017. – № 2. – С. 38–44. 13. Thomas T.M. Triticale – anewcereal // Farm Food Research, 1984, Vol. 15, No. 5, P. 191.

 

Витол Ирина Сергеевна, канд. биол. наук, старший научный сотрудник,
Герасина Анна Юрьевна, аспирант, младший научный сотрудник,
ВНИИЗ – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН

Статья опубликована в журнале:
Аграрный научный журнал. – 2018. - №10. – С.16-19.