CC BY
134
44. iTiguez C., Vera C. Bebidas aromatizadas a partir de suero de queso de leche de bufala // Alimentaria. - 1999. - 36. - № 299. -P. 73-75.
45. Sharma S.P., Srivastava D.N., Kapoor C.M. Whey based caroot baverage // Haryana Agr. Univ. J. Res. - 1996. - 26. - № 2. -P. 79-82.
46. Демина Е.Н. Разработка технологии и оценка потребительских свойств напитков функционального назначения из творожной сыворотки: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Орел: ОГТУ, 2006.-23 с.
Поступила 23.05.08 г.
NEW TRENDS IN THE PRODUCTION OF JUICE-CONTAINING BEVERAGES
N.V. MAKAROVA, A.V. ZIMICHEV, A.V. ZUZINA, T.V. LUGOVA
Samara State Technical University,
244, Molodogvardeiskay st., Samara, 443100; fax: (846) 332-20-69, e-mail: fpp@samgtu.ru
In a review all the information concerning urgent questions such as juice consumption forecast in the nearest future, its beneficent influence on human organism, range dilatation of juice-containing beverages, increase of wholesome qualities of juice by adding some components has been collected. This article presents a review of different beverage receipts containing such adjuncts as extracts and infusions of pharmaceutical and spicy aromatic substances. It may also be interesting for commercial enterprises working in this field as well as for scientific societies.
Key words: juice, juice-containing beverages, spicy and aromatic raw material, medicinal herbs.
664.8;338.436.33
ОБЩНОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ БЕЛКОВ МАСЛИЧНЫ1Х СЕМЯН ПРИ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ И ТЕРМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ
В.Г. ЛОБАНОВ И.В. ШУЛЬВИНСКАЯ Е.В. ЩЕРБАКОВА2
1 Кубанский, государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: adm@kgtu.kuban.ru 2Кубанский государственным аграрныш университет,
350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13; электронная почта: scherbakova_ev@mail.ru
Рассмотрено влияние модифицирующих воздействий - ферментативного гидролиза препаратами, полученными из пророщенных семян, термическим способом и их сочетанием на функциональные и технологические свойства белков различных видов масличных семян, определяющих их введение в рецептуры пищевых продуктов. Изучение изменений растворимости, аминокислотного состава и функциональных свойств белков позволило разработать принципиальную технологическую схему получения модифицированных белков из масличных семян.
Ключевые слова: масличные семена, белки, модификация, функциональные свойства, ферментные препараты, прорастающие семена, термическая обработка.
Включение белков масличных семян - подсолнечника, сои, рапса, сурепицы и некоторых других - в рецептуры пищевых продуктов невозможно без предварительной модификации их функциональных свойств.
Из известных способов модификации функциональных свойств белков распространена ферментативная модификация путем обработки белков семян микробными препаратами с протеолитической активностью [1,2].В связи с высокой стоимостью таких препаратов и необходимостью последующей проверки получаемых продуктов на безопасность нами был применен метод модификации белков масличных семян ферментными препаратами, полученными из исследуемых видов прорастающих семян через 72и 96 ч после начала прорастания.
Проросшие семена измельчали на холоду (при температуре 4°С) и получали водную вытяжку из обезжиренных семян, содержавшую протеолитические ферменты.
Сопоставление функциональных свойств белков семян, модифицированных ферментными препаратами, полученными из семян, прораставших 72 и 96 ч (вариант 1 и 2), показало, что модифицированные белки приобрели различные функциональные свойства, так как подвергались модификации протеолитически-ми ферментами, гидролизующими запасные белки семян в различные периоды созревания [2]. Обоснованность этого заключения следует из известного механизма последовательного протеолиза запасных белков прорастающих семян масличных растений. В семенах масличных растений запасной белок это 118-глобулины, которые представляют собой основную фракцию запасных белков с молекулярной массой от 300 до 400 кДа, образующих олигомерные белки, состоящие из 6 или 12 субъединиц - полипептидных цепей.
В результате ограниченного протеолиза запасных белков ферментами из пророщенных семян были получены белковые продукты с измененными по сравнению с исходными семенами функциональными свойст-
500
ф ^ 400
-О со
1 2 3
шп пос в сп н жэс и сэ н вус н жус
Рис. 1
вами. Обобщенная схема влияния модификации белков вытяжкой из пророщенных семян на их функциональные свойства (средние данные по исследуемым видам семян) приведена на рис. 1(7 - исходный белок; белок после обработки вытяжкой: 2 - из семян, пророщенных по 1-му варианту; 3 - по 2-му варианту).
Начальный этап протеолиза запасных белков семян - модификация 118-глобулина - происходит в течение 2-3 сут проращивания, в ходе которого белок расщепляется на субъединицы с молекулярной массой сначала 40-60, а затем 22-30 кДа. Под влиянием протеолиза переходят в раствор гидрофильные полипептидные а-це-пи, расположенные на поверхности олигомерного белка. Это снижает гидрофильные свойства белковой молекулы, так как в олигомерной молекуле выходят на поверхность и выявляются гидрофобные полипептидные Р-цепи. Олигомерный белок приобретает гидрофобные свойства, теряя до 100 кДа молекулярной массы. Модифицированный протеолизом белок приобретает выраженные эмульгирующие, пенообразующие и другие поверхностно-активные свойства из-за гидро-фобизации его поверхности. Дальнейшее углубление гидролиза белка при проращивании приводит к снижению его поверхностно-активных свойств, начинается потеря гидрофобных Р-цепей и гидрофильные свойства белка растут. Выявленное различие функциональных свойств белков, модифицированных ограниченным протеолизом по сравниваемым вариантам, обусловлено гидролитическим действием двух разных протеолитических ферментов (или двух ферментных систем) в прорастающих семенах.
Согласно данным М.А. Белозерского [4], первый фермент, начинающий протеолиз запасных белков, -металлопротеиназа, способная гидролизовать нативные запасные белки. Металлопротеиназа в семенах до прорастания связана с ингибитором в неактивный комплекс, действие которого прекращается немедленно после увлажнения семян, обеспечивающего их прорастание. Второй фермент - цистеиновая протеиназа, синтезируемая уже в процессе последующего прорастания семян, способна гидролизовать 118-глобулины, но только после частичного гидролиза - модификации запасных белков металлопротеиназой.
Сопоставление функциональных свойств белков семян исследуемых масличных растений, модифицированных двумя ферментными системами прорастающих семян, показывает, что характеристики, обусловленные возрастанием гидрофобности белковой молекулы, возросли более заметно при гидролизе белков
цистеиновой протеиназой, действие которой начинается при более длительном проращивании.
Модификация функциональных свойств запасных белков способом термоденатурации относится к наиболее перспективной в практическом отношении группе физико-химических методов модификации белков семян. Эти методы более просты в технологическом отношении, не требуют применения непищевых веществ и позволяют эффективно варьировать широкий спектр функциональных свойств. Многие из них уже освоены промышленностью. В наших исследованиях мы применили методику, разработанную В.П. Ржехи-ным, согласно которой термоденатурации подвергали обезжиренные масличные семена, увлажненные до влажности от 6 до 18% и прогретые в течение от нескольких минут до2ч при температурах от 40 до 160°С в запаянных стеклянных пробирках. Затем пробирки вскрывали, обезжиренный материал высушивали в вытяжном шкафу при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния и определяли групповой состав белков по Осборну, выделяя водо-, соле-, щелочерастворимые фракции и нерастворимый осадок.
Установлено, что изменение одного из функциональных свойств белков - растворимости - при термоденатурации происходит ступенчато, свидетельствуя о превращениях белков на уровне их олигомерных структур. Доля растворимых фракций белков наиболее резко снизилась при температурах обработки от 100 до 140°С, а доля нерастворимых белков возросла. Обобщенная схема изменения растворимости белков семян при модификации термоденатурацией представлена в табл. 1.
Таблица 1
Отношение азота отдельных фракций к общему азоту, %
Т, °С Альбумины Глобулины Глютелины Нераствори-
20 16,0 53,6 5,0 25,4
40 14,0 53,8 8,0 24,2
60 12,3 43,3 12,0 32,4
80 11,1 33,9 21,6 33,4
100 9,6 13,7 68,3 8,4
120 7,0 5,5 65,4 22,1
140 11,8 2,0 18,0 68,2
160 20,0 13,0 32,1 34,9
Анализ электрофоретических спектров групп
дифицированных белков по Осборну позволил установить, что 118-глобулины масличных семян в условиях проведения эксперимента почти полностью исчезали уже после нескольких минут нагревания при температурах, превышающих 80°С, и образовались агрегаты, состоящие из 78 белков. При дальнейшем нагревании сначала образуются еще менее крупные 48 белки, затем из них формируются крупные уже нерастворимые белковые агрегаты, которые при дальнейшем росте температуры также способны распадаться.
Полученные данные позволяют по-новому объяснить результаты ставших классическими работ В.П. Ржехина и В.Н. Красильникова [5] в области дена-
500
2
£ §' 400
12 3 4
ш пос 1 сп н жэс и сэ о вус в жус
Рис. 2
турации белков масличных семян. Согласно их данным, наиболее чувствительны к тепловому воздействию водорастворимые белки - их температурный порог снижения растворимости 60-80°С, а при 100-120°С их доля стремится к нулю. Затем доля растворимых белков начинает расти за счет уменьшения доли соле-, щелоче- и нерастворимых белков. На основании данных о структуре белковой молекулы последовательность изменения структуры и растворимости белков при термоденатурации можно представить в следующем виде: солерастворимые 118-глобули-
ны-олигомеры —> водорастворимые агрегаты из мономеров —> укрупненные агрегаты с потерей растворимости (частичной или полной) —> потеря растворимости при «плавлении» нерастворимых белков.
В результате термомодификации изменяются не только растворимость и структура белковых фракций, но и другие функциональные свойства.
Обобщенная схема влияния термомодификации на функциональные свойства белков приведена на рис. 2 (7 - мука до термообработки; мука, обработанная при N °С: 2 - 40, 3 - 60, 4 - 100).
Сопоставление модификации белков протеолизом и термоденатурацией свидетельствует, что ведущим изменением функциональных свойств белков при термоденатурации явилось, как и в результате модификации проращиванием, усиление свойств, связанных с гидрофобизацией поверхности белков. По мере роста температуры нагревания у белков возрастала пенообразующая способность (ПОС), несколько повышалась жироэмульгирующая (ЖЭС) и существенно снижалась водоудерживающая способность (ВУС).
Развитие денатурационных процессов под влиянием тепловой обработки привело к упрощению электрофоретических спектров - число фракций белков закономерно снизилось.
Полученные результаты дают основание предположить, что необратимой тепловой денатурации белков семян, наступающей при высокотемпературной обработке при подготовке масличных семян к механическому отжиму масла в современных шнек-прессах, предшествуют, по крайней мере, две обратимые стадии. Мы предполагаем, что при нагревании олигомерного белка вначале происходит дестабилизация полипептидных цепей, увеличивается их подвижность и ослабляются связи между отдельными мономерами. Вследствие этого мономеры (или короткие олигомеры) отрываются от основного олигомерного белка - глобулина. Затем
либо эти мономеры сразу денатурируют - для их денатурации необходима более низкая температура - и агрегируют с другими появившимися мономерами, либо они агрегируют с основным олигомерным белком, но присоединяются не в прежнем положении, в каком они были до отделения от мономера. Это приводит к изменению свойств таких белковых агрегатов.
Таким образом, денатурации подвергаются не целые олигомерные белки, а их отдельные мономеры или короткие олигомеры, отрывающиеся от основного оли -гомерного белка в процессе нагревания и повышения температуры белка. Завершается процесс денатурации агрегацией денатурированных мономеров или коротких олигомеров с образованием агрегатов со свойствами, отличными от исходного олигомерного белка.
Предлагаемая нами гипотеза о ступенчатом механизме денатурации белков семян, включающем обратимые и необратимые стадии, позволяет объяснить резкое возрастание гидрофобных свойств белков при тепловой обработке, обусловленное появлением новых гидрофобных поверхностей денатурированных мономеров или коротких олигомеров, отделившихся от основного белка олигомера на начальных стадиях термомодификации.
Предварительная термообработка семян при невысоких температурах и начальных стадиях термоденатурации, согласно нашим данным, всегда сопровождалась повышением гидролизуемости ферментными препаратами.
Как следует из полученных данных, предварительная термообработка белков масличных семян ускорила их гидролиз ферментами. Возможной причиной этого являются начальная термическая диссоциация белковой молекулы и образование мономеров, делающие более эффективным ферментативный протеолиз.
Изучение функциональных свойств белков после ферментативного гидролиза, активированного предварительной термоденатурацией, показало, что они изменялись в том же направлении - сочетание термоденатурации и ферментативного гидролиза сопровождалось ростом гидрофильных свойств при сохранении белками ПОС и высокой стойкости пены (СП) на прежнем уровне.
Модификация белков семян ферментативным и термическим способами позволяет трансформировать их функциональные и технологические свойства. К сожалению, пищевая привлекательность белка зависит в первую очередь от полноценности их аминокислотного состава, который при предлагаемой модификации изменяется. Как следует из полученных нами данных, модификация белков семян термоденатурацией сопровождается уменьшением содержания незаменимых аминокислот (табл. 2).
Согласно исследованиям [3, 5, 6], тепловая денатурация белков масличных растений осложнена реакциями меланоидинообразования, в ходе которых происходит взаимодействие сахаров с незаменимыми аминокислотами. Как известно, эта реакция идет в две стадии: сначала с аминокислотами взаимодействуют сво-
Таблица 2
Массовая доля, г/100 г белка
Незаменимая аминокислота Вариант модификации до модификации
Термоденату- рация Ферментная, протеазами пророщенных семян
Лизин 0,83-2,25 6,50-8,35 3,78-5,90
Метионин 0,16-1,28 0,35-1,42 0,22-1,90
Треонин 1,56-1,72 3,32-4,30 2,07-3,40
Триптофан 0,32-0,59 1,22-1,40 0,74-1,72
Аргинин 1,61-3,18 5,21-7,70 2,71-3,46
Гистидин 0,35-1,17 0,67-2,70 0,54-1,26
Изолейцин 0,84-1,95 1,37-5,06 1,27-4,50
Лейцин 1,49-3,42 2,30-8,10 2,73-7,10
Фенилаланин 1,06-2,13 1,54-5,20 0,80-4,15
Валин 1,04-2,06 1,54-5,60 1,15-4,50
Семена масличнык
культур:
подсолнечник, рапс,
сурепица, тунг
Получение измельченного продукта, муки, лепестка и его обезжиривание
Масличность 20-21...50-60% Массовая доля белка наа.с.в. 20-22...42-45°% Влажность семян 6-18%
бодные сахара, а затем продукты гидролиза сложных сахаров. Температуры первой стадии меланоидинооб-разования совпадают с температурами перехода водо-и солерастворимых белков в щелочерастворимые, а температуры второй стадии - с температурами перехода щелочерастворимых белков в нерастворимые. Это ведет к снижению доли незаменимых аминокислот.
В противоположность модификации белков термоденатурацией, ферментативная модификация эндопро-теиназами прорастающих семян сопровождается ростом содержания незаменимых аминокислот.
Заметно увеличилось содержание лизина, треонина, валина, изолейцина, лейцина и фенилаланина. Появление дополнительного количества незаменимых аминокислот является следствием превращения заменимых аминокислот в незаменимые, свойственного запасным белкам семян после завершения периода созревания, что характерно для тканей формирующегося проростка при прорастании семян.
Анализ результатов модификации белков эндопро-теиназами прорастающих семян, а также известное активирующее действие низкомолекулярных продуктов гидролиза на протеолиз, позволили предположить, что проведение предварительной термоденатурации белков может оказать аналогичное активирующее воздействие на экзо- и эндопротеазы и тем самым ускорить и углубить модификацию белков.
На основании проведенных исследований разработана схема получения модифицированных белков из масличных семян (рис. 3). Основными этапами реализации данной схемы являются операции, ведущие к получению модифицированных белков: вначале происходит измельчение семян с последующим обезжириванием полученной муки, далее, в зависимости от вида модификации, белковая обезжиренная мука направляется непосредственно на термоденатурацию с соответствующими режимами либо обрабатывается раствором собственных протеиназ для частичного ферментативного гидролиза с последующей его остановкой, пасте-
Протеазы
прорастающих
семян
Смешивание муки с раствором ферментный, препаратов и проведение ферментативного гидролиза
Остановка гидролиза и пастеризация суспензии
Нейтрализация суспензии раствором лимонной кислоты до рН 6,0-6,5
Сушка
суспензии
распылением
Масличность 1,0-1,5% Массовая доля белка на а.с.в. 56-58%
Степень помола -остаток на сите с диаметром отверстий
0,25 мм не более 10%
Т 45-50°С, рН 7,0-7,5 Е/5 = 1 ед. ПС/г
а.с. белка или 0,5% от массы белка гидромодуль 10 : 1
концентрация 100 мг/мл х 30 мин
Т 80-90'оС т 10 мин или острый пар
Т 120- 130°С х 1 мин
3% раствор
лимонной
кислоты
Т 130-140 °С
Модифицированные белки масличнык растений
Рис. 3
ризацией и нейтрализацией суспензии, которая затем высушивается при рекомендуемых режимах.
выводы
1. Установлена общая направленность изменения функциональных свойств запасных белков-глобулинов исследуемых семян масличных растений - подсолнечника, сои, рапса, сурепицы, тунга - под влиянием модифицирующих воздействий - ферментативного гидролиза, термоденатурации и их сочетания, свидетельствующая о близости олигомерной структуры солерастворимых белков исследуемых семян.
2. Модифицирующие воздействия - ферментативное и термоденатурационное - приводят к разрушению
структуры олигомерных белков и выявлению поверхностей с новыми характеристиками, изменяющими функциональные свойства белков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Богатырев А.Н. Белковые препараты и композиты с заданными функциональными свойствами, и продукты их использования // Пищевая пром-сть. - 2000. - № 2. - С. 34-36.
2. Доморощенкова МЛ Разработка технологии получения модифицированных белков из соевого шрота с использованием биотехнологических методов: Атореф. дис. ... канд. техн. наук. -СПб., 1991.-36 с.
3. Лобанов В.Г., Минакова А.Д., Шульвинская И.В., Щербаков В.Г. Структурная и функциональная модификация белков сурепицы и рапсатермоденатурацией // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2004. - № 5-6. - С. 53-55.
4. Растительный белок: новые перспективы / Под. ред. Е.Е. Браудо. - М.: Пищепромиздат, 2000. - 180 с.
5. Ржехин В.П., Красильников В.Н. К изучению превращений белковых веществ при действии на них тепла и других агентов // Тр. ВНИИЖ. - 1963. - Вып. 23. - С. 32-49.
6. Щербакова Е.В. Применение биотехнологических методов при переработке растительного масличного сырья // Краснодар: Изд-во «Ризографе, 2006. - 288 с.
Поступила 11.03.08 г.
GENERALITY OF CHANGE OF FUNCTIONAL PROPERTIES OF PROTEINS OF OILSEEDS AT ENZYMATIC AND THERMAL UPDATING
V.G. LOBANOV1,1.V. SHULVINSKAYAE.V. SCHERBAKOVA2
1 Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: adm@kgtu.kuban.ru
2 Kuban State Agrarian University,
13, Kalinin st., Krasnodar, 350044; e-mail: scherbakova_ev@mail.ru
Influence of modifying treatments is considered enzymatic hydrolysis by the preparations received from growing seeds, thermal way and their combination on functional and technological properties of proteins of various kinds of the oilseeds defining their introduction as compoundings of foodstuff. Studying of changes of solubility, amino acid structure and functional properties of proteins has allowed developing the basic technological scheme of reception of the modified proteins from oilseeds.
Key words: oilseeds, protein, modification, functional properties, enzymes, growing seeds, high thermal treatment.
581.1,634.8, 633.11
ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ ЗЕРНОВОЙ КУЛЬТУРЫ ТРИТИКАЛЕ И ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
Л.В. ЧУМИКИНА Л.И. АРАБОВА В.В. КОЛПАКОВА2, А.Ф. ТОПУНОВ 1
1 Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН,
119071, Москва, Ленинский пр., 33; факс: (495) 954-27-32, электронная почта: inbi@inbi.ras.ru 2Московский государственный университет пищевых производств,
125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11, электронная почта: admin@mail.ru
В обзоре рассмотрены этапы создания и пути использования пшенично-ржаного гибрида тритикале - первой зерновой культуры, созданной человеком. Изложены основные направления селекции, практическая значимость гексаплоидных форм и цитологическая стабильность сортов и линий. Большое внимание уделяется вопросам биохимии тритикале, наибольший практический интерес имеют данные по изучению содержания белка и лизина - аминокислоты, дефицит которой испытывают многие зерновые культуры. Представлены сведения о питательной ценности зерна тритикале и о возможностях его использования в пищевой промышленности, а также в качестве кормовой культуры.
Ключевые слова: рожь, пшеница, тритикале, зерно, корма, продукты питания.
Впервые ржано-пшеничный гибрид был создан растения при скрещивании пшеницы и ржи можно
В. Римпау в Германии еще в 1889 г. [1]. Это первый ис- только путем удвоения числа хромосом в первом поко-
кусственно созданный человеком вид культурного рас- лении, а не путем обычной гибридизации из-за полной
тения, в клетках которого функционируют хромосомы ржи и пшеницы. Сначала этот константно-промежу-
точныИ гибрид назвали Triticosecale rimpau, однако
их стерильности в первом поколении.
Значительные заслуги в решении проблемы трити-
г г кале принадлежат советским ученым. Во Всесоюзном
наиболее широкое употребление получило название ^ ■'
ТгШсаІе, которое в своей работе предложил Е. Элер [2]. институте растениеводства Г.А. Левитским и Г.К. _е-
С конца 19-го столетия началась обширная работа оте- нецкой [3] была открыта амфидиплоидная природа
чественных и зарубежных ученых по созданию и се- ржано-пшеничных гибридов, полученных в Саратове в
лекционному улучшению пшенично-ржаных гибри- 1930г.Ихцитологическиеисследованиявпервыепока-
дов. Цитогенетические исследования отдаленных гиб- зали, что в ядрах клеток этих растений содержится 56
ридов показали, что получить плодовитые гибридные хромосом, 42 из которых принадлежат пшенице, а 14 -
