Во Всероссийском НИИ зерна и продуктов его переработки разработана гибкая технология глубокой переработки, основанная на разделении на анатомические части зерна для получения новых продуктов общего и функционального назначения, обладающих повышенной пищевой и биологической ценностью. В целом предлагаемая технология позволяет формировать различные сорта муки (хлебопекарной, кондитерской, макаронной и т.д.) и крупы типа «манная»; проводить глубокую переработку тритикалевых отрубей и муки, том числе с высоким содержанием периферийных частей, с использованием биотехнологических методов (ферментативная модификация) получать ценные компоненты для обогащения и создания новых продуктов с заданными свойствами и составом, тем самым способствовать расширению не только сырьевой базы, но и ассортимента выпускаемой продукции [2, 5, 6].
Зернобобовые культуры, отличительной особенностью которых является высокое содержание белка, представляют собой значительный сырьевой резерв, в том числе и для глубокой переработки с использованием биотехнологических способов [3].
В настоящее время общепризнано, что ферментативная модификация растительного сырья является более предпочтительной, по сравнению с другими типами за счет мягких условий проведения модификации и направленного (специфичного) воздействия на растительное сырье. Такая модификация целесообразна для создания нового ассортимента продуктов, технологические и функциональные свойства которых могут быть заранее определены за счет применения направленного биокатализа [1,3,4].
Целью работы является оценка эффективности ферментных препаратов целлюлолитического и протеолитического действия при биоконверсии семян бобовых культур.
На первом этапе работы изучали основные технологические и биохимические показатели зерна и продуктов его переработки, особое внимание было уделено белковому и углеводному комплексу (табл. 1,2,3).
Приведенные данные свидетельствуют о высоком содержании глобулиновой фракции, при этом, если общее содержание белка в соевом шроте выше, чем в семенах нута, но количество глобулинов наоборот больше в семенах нута - примерно на 5,5%. Содержание белка в нерастворимом остатке находится на достаточно высоком уровне в 13%.
Периферийные части зерна и семян могут служить дополнительным источником белка, но для перевода его в растворимое состояние необходимо проведение ферментативного гидролиза некрахмальных полисахаридов, с которыми белок прочно связан. В связи с этим, на втором этапе работы проводили сравнительную оценку эффективности ферментных препаратов целлюлолитического и протеолитического действия.
В качестве ферменных препаратов использовали:
«Нейтраза MG1,5» (Novozymes, Дания) - бактериальная металлопротеиназа (Zn), продуцируемая Bacillus amyloliquefaciens. «Алкалаза FG» (Novozymes, Дания) - бактериальная протеиназа, продуцируемая Bacillus licheniformis. «Протеаза GC -106» (Dohler, Германия) — грибная протеаза, продуцируемая Aspergillus oryzae. «Дистицим Протацид Экстра» (Genencor, США) - грибная протеаза, продуцируемая Aspergillus niger.
«Шеарзим 500 L» (Novozymes, Дания) - препарат эндоксилоназы, продуцируемой Aspergillus oiyzae. «Вискоферм L» (Novozymes, Дания) - представляет собой мультиэнзимный комплекс, продуцируемой Aspergillus aculeatus. «Целловиридин Г20Х» (Бердский завод биопрепаратов, Россия) — комплекс ферментов карбогидраз штамма Trichoderma reesei (viride) «Дистицим GL» (Erbslon, Германия) — препарат из генетически модифицированного штамма Trichoderma reesei.
Все ферментные препараты рекомендованы для гидролиза биополимеров зернового сырья.
Основные кинетические характеристики целлюлолитических ферментных препаратов при действии на некрахмальные полисахариды оболочек белого люпина представлены в таблице 4.
Эффективность действия целлюлолитических ферментных препаратов на оболочки белого люпина оценивали по накоплению РВ и растворимого белка.
Анализ данных диаграмм, представленных на рисунках 1 и 2, свидетельствуют о том, что наибольшую эффективность при гидролизе некрахмальных полисахаридов оболочек белого люпина проявляют ферментные препараты «Дистицим GL» и «Шеарзим 500L» - количество восстанавливающих Сахаров увеличилось в 3,20 и 2,85 раза соответственно. Ферментные препараты «Вискоферм L» и «Целловиридин Г20Х» в 1,2... 1,6 раз менее эффективны. При этом следует отметить, что для всех исследуемых ферментных препаратов максимальная эффективность достигается при 1,5 часовом гидролизе.
Максимальное накопление растворимого белка закономерно наблюдается при использовании ферментного препарата «Дистицим GL» уже при 60 минутном гидролизе, при этом количество растворимого белка превосходит исходное содержание в оболочках белого люпина в 11 раз; Эффективность препаратов «Вискоферм L» и «Шеарзим 500L» несколько уступает первому - увеличение составляет 9 и 8 раз соответственно, но уже при 2-х часовом гидролизе. Наименьшую эффективность при накоплении растворимого белка из всех исследуемых ферментных препаратов, как и в случае с восстанавливающими сахарами проявляет «Целловиридин Г20Х», тем не менее при 2-часовом гидролизе количество растворимого белка увеличилось в 5 раз.
Результаты фракционирования продуктов протеолиза методом гель-хроматографии на колонке с Toyopearl gel HW-55F и соотношение фракций с различной молекулярной массой представлены в таблице 5.
Анализ полученных данных показывает, что можно выделить общую тенденцию, связанную с тем, что во всех гидролизатах, полученных с использованием ферментных препаратов на основе бактериальных протеаз, преобладают высоко- и средне- молекулярные продукты протеолиза; а при использовании микробных ферментных препаратов грибных протеаз, преобладают низкомолекулярные пептиды и аминокислоты.
Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о возможности использования исследуемых препаратов для ферментативной модификации биополимеров семян бобовых культур, как по отдельности, так и в составе мультэнзимных композиций на основе целлюлолитических и протеолитических ферментных препаратов, что позволит существенно увеличить степень усвоения, а, следовательно, и биологическую ценность продуктов переработки семян бобовых при их использовании в кормах, а при более детальном изучении полученных гидролизатов, возможно, и как функционально-технологических компонентов с определенными свойствами при создании новых пищевых продуктов.
Список литературы:
1. Витол И.С. Биоконверсия тритикалевых отрубей с использованием ферментных препаратов целлюлолитического и протеолитического действия // Хранение и переработка сельхозсырья. 2016. № 10. С. 35-38.
2. Мелешкина Е.П., Панкратов Г.Н., Панкратьева И.А., Чиркова Л.В., Кандроков P.X., Витол И.С. Игорянова Н.А., Политуха О.В., Туляков Д.Г. Тритикале (технологии переработки). Монография (под ред. Е.П. Мелешкиной). - М.: Изд-во ФЛИНТА. -2018. - 188 с. ISBN 978-5-9765-3813-9
3. Милорадова Е.В. Некоторые аспекты создания импортозамещающих технологий продуктов переработки сои / Е.В. Милорадова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2008. — № 11. — С. 65-67.
4. Римарева Л.В., Серба Е.М., Соколова Е.Н.. Борщева Ю.А.. Игнатова Н.И. Ферментные препараты и биокаталитические процессы в пищевой промышленности // Вопросы питания. - 2017. - Т. 86. - № 5. - С. 63-74.
5. Толкачева А.А., Черенков Д.А., Корнеева О.С., Пономарев П.Г. Ферменты промышленного назначения - обзор рынка ферментных препаратов и перспективы его развития // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. —2017. — Т. 79. - № 4. - С. 197-203, DOl: 10.20914/2310-1202-2017-4-197-203.
6. Meleshkina E.P., Pankratov G.N., Vitol IS., Kandrokov R.H., Tulyakov D.G. Innovative Trends in the Development of Advanced Triticale Grain Processing Technology // Foods and Raw Materials. - 2017. - Vol. 5. - Issue 2. - PP. 70-82. DOI: 10.21179/2308-4057-2017-2-70-82.
Витол И.С., кандидат биологических наук, доцент
ВНИИЗ - филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН
21-ая Международная научно-практическая конференция, посвященная памяти Василия Матвеевича Горбатова / Инновационно-технологическое развитие пищевой промышленности – тенденции, стратегии, вызовы, 6 декабря 2018 г. – М.: ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН, 2018. – С.50-52.