CC BY
63
УДК 663.1
Белковые обогатители пищи
на основе ферментативной деструкции белково-полисахаридного комплекса клеточных стенок дрожжей
В.А. Поляков, д-р техн. наук, профессор, академик РАСХН, Л.В. Римарева, д-р техн. наук, профессор, чл.-корр. РАСХН, Е.И. Курбатова, канд. техн. наук, доцент, Е.Н. Соколова, канд. биол. наук, Ю.А. Борщева, А.В. Тесля
ВНИИ пищевой биотехнологии
Одно из основных условий обеспечения здорового образа жизни человека - полноценное питание, способствующее его нормальной жизнедеятельности, укреплению здоровья и профилактике заболеваний.
Важное требование к пищевой ценности рациона здорового питания современного человека - соблюдение принципа разнообразия потребляемой пищи, состоящей из всех основных групп пищевых про-
Ключевые слова: дрожжевая клетка; клеточная стенка; биокатализ; проте-азы; белковый препарат.
Результаты исследований позволят разработать эффективный биокаталитический способ получения белковых корректоров пищи.
дуктов. Именно разнообразие и комбинация натуральных пищевых продуктов в необходимом соотношении обеспечивают сбалансированный состав компонентов смеси как по макро-, так и микронутриентам [1].
Использование принципов пищевой комбинаторики дает возможность получения широкого ассортимента продуктов функционального назначения, требуемой энергетической ценности для различных групп населения, ориентированных на здоровый образ жизни, для спортсменов, детей, пожилых людей. Поэтому развитие индустрии функционального питания является перспективным направлением в пищевой промышленности.
При оценке функциональных продуктов, наряду с пищевой ценностью и вкусовыми качествами, особое внимание уделяется физиологическому действию ингредиентов, входящих в состав пищевых продуктов [2, 3]. Сбалансированные продукты функционального питания при
Key words: yeast cell, the cell wall, biocatalysis, protease protein preparation.
включении в пищевой рацион не только обеспечивают организм человека энергетическим и пластическим материалом, но и контролируют конкретные физиологические функции и способствуют поддержанию здоровья, снижают риск возникновения заболеваний.
Особенно важную роль в составе пищевых рационов играют белки. При этом важно контролировать не только уровень потребления белков, но и полноценность их аминокислотного состава. Дефицит белковых веществ, незаменимых аминокислот негативно отражается на здоровье и работоспособности человека, приводит к возникновению ряда хронических заболеваний.
Однако потребности населения нашей планеты в продуктах питания, особенно белковой пищи, не удовлетворяются в полном объеме. Сейчас в мире насчитывается 6 млрд человек, причем с каждым годом население увеличивается на 94 млн и к 2050 г. оно составит 10 млрд человек. Несмотря на то, что в год производится более 200 млрд т мяса, дефицит белка увеличивается, так как традиционное сельское хозяйство не может обеспечить достаточное количество белоксодержащих пищевых продуктов [4]. Развитие пищевой биотехнологии тесно связано с решением этой проблемы.
Современная концепция здорового питания предполагает повышение биологической полноценности про-
дуктов питания путем введения натуральных биокорректоров пищи - источников жизненно важных биологически активных веществ [5]. Это даст возможность целенаправленно получать сбалансированные продукты с заданным компонентным составом, текстурой, консистенцией и целевыми функциональными свойствами.
Микробная биомасса служит полноценным источником белковых веществ, аминокислотный скор которых приближается к животному белку, особенно по содержанию лизина [6, 7]. Кроме того, наличие витаминов, ценных полисахаридов и микроэлементов позволяет рассматривать микроорганизмы как перспективные субстраты для получения пищевых добавок с биокоррегирующи-ми свойствами. Однако питательная ценность микробной биомассы ограничена малой доступностью клеточного содержимого для действия пищеварительных ферментов. Для полноценного усвоения необходимо разрушить клеточные стенки микроорганизмов и перевести содержащиеся в них биологически ценные компоненты в свободное состояние [8].
Проведенные во ВНИИПБТ исследования показали перспективность применения ферментов глюкано-, хитино- и маннанолитического действия для биодеструкции клеточной стенки (КС) дрожжей, так как в ее состав входят полисахариды (6090 % Р-глюканов и маннанов), оставшаяся часть приходится на долю белка (до 13 %), хитина (1-3 %) и липидов (2-15 %) [6, 9].
Рядом работ показана необходимость использования в составе ферментного комплекса протеолитичес-ких ферментов, а также строгого отбора протеаз по специфичности их действия для сохранения нативной структуры выделенных белковых веществ [9, 10]. При этом проведенные исследования не затрагивали особенностей действия протеолитичес-ких ферментных препаратов в зависимости от источника получения (рода и вида штамма продуцента).
Цель нашей работы - изучение влияния протеолитических комплексов бактериального и грибного происхождения на степень деструкции клеточной стенки дрожжей для выделения белка протоплазмы.
В качестве объектов исследования использованы дрожжи БассИаготусеБ сегеу/ше в виде 20 %-ной водной суспензии, а также ферментные препараты, различающиеся источником получения.
Каталитическую способность про-теолитических препаратов принято
определять на основании ГОСТ 53974-2010, который предусматривает универсальный метод определения протеолитической активности на гемоглобине. Естественный рН суспензии дрожжей Sa€charomyces cerevisiae составляет 6,0-6,2, поэтому представлялось интересным исследовать ферментативную способность препаратов в указанном диапазоне рН (таблица).
Наиболее высокие значения протеолитической активности в заданных условиях (рН 6,0, субстрат - гемоглобин) отмечено у препаратов КФПА (Aspergillus oryzae), Алкалаза (Bacillus licheniformis), Prolyve BS liquid (Bacillus subtilis), Нейтраза (Bacillus. amyloliquefaciens) и Альфа-лаза FP (Aspergillus niger). При этом все выбранные препараты отличались по видовой принадлежности продуцента и сделать вывод о специфичности протеаз в отношении белковых субстратов непосредственно дрожжевой клетки не представлялось возможным.
В связи с этим, на следующем этапе работы для изучения субстратной специфичности действия препаратов на клеточную стенку дрожжей исследовали эффективность их действия непосредственно на дрожжевой суспензии. Критериями оценки служили концентрация белковых веществ, выделенных из протоплазмы, и степень их гидролиза под действием препаратов протеаз (рис. 1).
Ферментные препараты задавали в одинаковой дозировке, исходя из значения активности, определенной при рН 6,0. В качестве контроля рассматривали вариант, полученный после термической обработки в течение 15 мин при 95 °С (без введения ферментных препаратов). В результате исследований выявлено, что к наибольшему выходу белковых веществ привело действие препаратов Протолихетерм и Протеаза «С» (увеличение выхода в 4,1 раза в сравнении с контролем) и препаратов КФПА, Алкалаза и Протосубти-лин (в 3,7 раза выше контрольного образца). При этом наибольшее количество полимерных белковых веществ отмечено в варианте после действия Протосубтилина, Протоли-хетерма - 66 и 69 % соответственно от выхода общих белковых веществ, детектируемых методом Лоури. При этом сохранение полимерности белковых веществ после воздействия Алкалазы и Протеазы «С» было несколько ниже, чем у препаратов Протосубтилин и Протолихетерм, и составляло 62 %. Применение грибных протеаз в еще большей степени приводило к нарушению полимер-
HEALTHY NUTRITION - HEALTHY LIFESTYLE
Характеристика ферментных препаратов протеолитического действия
ФП Продуцент Основные ферменты, их особенности Протеолитичес-кая активность, ед/см3 (г)
ФПА А. oryzae Комплекс грибной протеазы с высоким содержанием амино- и карбоксипептидаз 835
Алкалаза Bacillus licheniformis Нейтральные сериновые и металлозависимые протеиназы с содержанием пептидаз 900
Прото-субтилин Bacillus subtilis Протеиназа бактериального происхождения (с хитиназой) 260
Прото-лихетерм Bacillus licheniformis Нейтральные сериновые и металлозависимые протеиназы с содержанием пептидаз 305
Протеаза «С» Acremonium chrysogenium Щелочная протеаза с сопутствующей коллагеназой 305
GC-106 A.niger Кислые протеазы - карбоксильная протеиназа и карбоксипептидаза 350
Prolyve BS Bacillus subtilis Нейтральная металлозависимая протеиназа 990
Prolyve PAC 30 A.niger Кислые протеазы - карбоксильная протеиназа и карбоксипептидаза 435
Нейтраза Bacillus amyloliquefaciens Нейтральная металлопротеиназа, низкое содержание пептидаз со следами в-глюканазы 1320
Максазим A. oryzae Комплекс грибной протеазы с высоким содержанием амино- и карбоксипептидаз 420
Альфалаза AFP Trichoderma reesеi Кислая протеиназа, гемицеллюлазы 90
Альфалаза FP-2 A. niger Кислые протеазы - карбоксильная протеиназа и карбоксипептидаза 800
* продуценты указаны в соответствии с описанием препаратов производителем.
о
Ц 5
14U
I20 —
1ии
8U 60
40
20
0 КФПА го га ^ та s s 2 си си с та ю о О 70 о m та га К s о_ < та s о
.а
<
Рис. 2. Влияние протеолитических комплексов на деструкцию полисахаридов КС
ной структуры белка из-за наличия в комплексе активных пептидаз.
Изучали накопление редуцирующих Сахаров как продуктов гидролиза глюкано- и маннанопротеиновых комплексов стенки дрожжей с целью
выявления степени деструкции клеточной стенки вследствие действия ферментов глюканолитического комплекса в составе препаратов протеаз.
Экспериментальные данные по накоплению редуцирующих сахаров в
получаемых ферментолизатах показали, что наибольшая концентрация отмечается после воздействия на клеточную стенку дрожжей препарата Протеаза «С» (на 45 % больше контрольного). Полученные результаты свидетельствуют о наличии ферментов, гидролизующих полисахариды КС, чем и объясняется эффективность его действия на выход белковых веществ протоплазмы (рис. 2). Влияние на деструкцию полисахаридов клеточной стенки дрожжей отобранных препаратов Алкалаза, Протосубтилин, Протоли-хетерм оказалось незначительным, концентрация сахаров превышала концентрацию в контрольном образце не более чем на 10 %.
Полученные данные свидетельствуют о том, что для деструкции клеточных стенок дрожжей БассИаготусеБ се^Ыае и гидролиза белковых веществ, входящих в их состав, с целью извлечения белка протоплазмы без нарушения его полимерной структуры наиболее специфичны ферментные комплексы, синтезируемые бактериальными культурами, а именно В. ¡¡сЬеЫОгт^ и В. зиЫШз.
Таким образом, показано влияние специфичности действия протеоли-тических ферментов различного микробного происхождения на эффективность и качество выделения белков протоплазмы из клетки дрожжей. Результаты исследований позволят разработать эффективный биокаталитический способ получения белковых корректоров пищи на
основе ферментативного воздействия на белково-полисахаридные полимеры клеточной стенки. Использование дрожжевой биомассы в качестве субстрата для получения пищевых добавок позволит создать эффективную индустрию белковых обогатителей пищи для устранения дефицита полноценных белковых веществ в продуктах здорового питания.
Исследования выполнены по гранту Президента Российской Федерации для поддержки ведущих научных школ РФ № НШ - 7127.2012.4.
ЛИТЕРАТУРА
1. Теплов, В.И. Физиология питания: учеб. пособие/В.И.Теплов, В.Е. Боряев. - 2-е изд. - М.: Издательс-ко-торговая корпорация «Дашков и К», 2009. - 452 с.
2. Спиричев, В.Б. Научные принципы обогащения пищевых продуктов микронутриентами/В.Б. Спиричев// Вопросы питания. - 2000. - №4. -С.13-19.
3. Использование инновационных ингредиентов при создании специализированных продуктов диетического питания: сб. «Научно-инновационные аспекты при создании продуктов здорового питания»/Г.С. Волкова [и др.]/- Углич, 2012. -С. 40-42.
4. Кудряшева, А.А. Охрана окружающей среды и продовольственная безопасность/А.А. Кудряшева, О.П. Преснякова//Пищевая промышленность. - 2012. - № 8. - С. 8-14.
5. Тутельян, В.А. Биологически активные добавки к пище как неотъемлемый элемент здорового оптимального питания/В.А. Тутельян//Сб. науч. трудов. - 2002. - № 1. - С. 4-9.
6. Римарева, Л.В. Теоретические и практические основы биотехнологии дрожжей: учеб. пособие/Л.В. Римарева. - М.: ДеЛи принт, 2010. - 256 стр.
7. Римарева, Л.В. Биокаталитические технологии и микроорганизмы в создании функциональных продуктов питания//5-й Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития»/Л.В. Римарева, М.Б. Оверченко, Е.М. Серба - М.: 2009. - Ч. 1. - С. 429.
8. Использование комплексного препарата амилопротооризин (КФПА) для энзиматического гидролиза дрожжевой биомассы/Л.В. Ри-марева [и др.]//Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. -№ 10. - С. 39-41.
9. Юскина, О.Н. Скрининг дрожжей БассИаготусеБ сегеу|Б1ае - продуцентов белка и исследование ферментативного биокатализа структурных полимеров клеточной стенки дрожжей/О.Н. Юскина, Л.В. Римарева, Е.И. Курбатова//Хранение и переработка сельхозсырья. - 2007. -№ 6. - С. 43-45.
10. Исследование процесса биокатализа полимеров дрожжевой биомассы и разработка технологических параметров получения белково-аминокислотных препаратов/Л.В. Римарева [и др.]//Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006.-№ 3. - С. 32-35.
«ПиР-ПАК» произведет сыры Grunlander для «Хохланд»
Российский производитель фасованного сыра - компания «ПиР-ПАК», входящая в состав холдинга «ПиР Продукт», начала сотрудничество с компанией «Хохланд Руссланд». По заказу «Хохланд Руссланд» «ПиР-ПАК» будет выпускать фасованный сыр ТМ «Grunlander» четырех вкусов: легкий, сливочный, с чесноком и зеленью, с томатом и базиликом. Сыры Grunlander не содержат консервантов, а также лактозы и глютена и будут выпускаться на современном оборудовании компании «ПиР-ПАК» в нарезке массой 150 г.
«ПиР-ПАК» входит в состав холдинга «ПиР Продукт» и работает на российском рынке сыров с 2004 г. Сегодня компания «ПиР-ПАК» - один из крупнейших в России производителей фасованных сыров и выпускает сыр более чем 20 сортов под четырьмя собственными марками, а также Private Labels. Производственный комплекс компании вклю-
чает шесть высокотехнологичных линий по фасовке сыров и микробиологическую лабораторию, которая обеспечивает безопасность выпускаемой продукции. Это единственная российская компания-фасовщик сыра, имеющая подобную лабораторию.
Компания «ПиР-ПАК» выпускает продукцию под марками «Анимашка», «Pirpacchi», «Villa Europe», «ПРОСТОСЫР», «ФРИКО» (FriselandCampina), «ARO», «Fine Food», «HORECA Select» (METRO Cash&Carry), «TIP» (REAL), «Milken Mite» («Дикси»), «Квартал» («Виктория»), «Цена и качество», «O'Green» («Монетка»), «Рецепты, проверенные временем» («Полушка»), «АБК» («АБК»).
Холдинг «ПиР Продукт» - производственно-торгово-логи-стическая компания, более 10 лет успешно работающая на молочном рынке России. «ПиР Продукт» работает на рынках дистрибуции молочных продуктов, упаковки твердых сыров и управления цепями поставок. Холдинг - один из лидеров рынка молочных продуктов.
Концерн «Хохланд» - один из крупнейших по производству сыра, имеет 12 заводов в Германии, Испании, Франции, Румынии, Польше, Иране и России. Немецкая компания уже 85 лет занимается производством сыра.
♦
: ♦
♦
а
