Научная статья на тему 'Биохимическая характеристика белков семян современных сортов гречихи'

Биохимическая характеристика белков семян современных сортов гречихи Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
596
85
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Земледелие
ВАК
Ключевые слова
ГРЕЧИХА (FAGOPYRUM ESCULENTUM MOENCH) / BUCKWHEAT (FAGOPYRUM ESCULENTUM MOENCH) / БЕЛОК / PROTEIN / АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ / AMINO ACID COMPOSITION / БЕЛКОВЫЕ ИЗОЛЯТЫ / PROTEIN ISOLATES

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Бобков С.В., Зотиков В.И., Михайлова И.М., Уварова О.В.

Цель исследования состояла в изучении содержания белка, аминокислотного состава и качества белковых изолятов в крупе современных сортов гречихи. Содержание белка в крупе гречихи определяли по методу Кьельдаля с использованием анализатора UDK 152, состав аминокислот на приборе ARACUS. Получение изолятов белков гречихи было основано на оригинальном методе щелочной экстракции и кислой преципитации. Количество жира анализировали с помощью экстрактора SER 148 (Velp Scientifica). В крупе современных сортов гречихи много белка (13,5-16,2%). Наибольшая величина этого показателя отмечена в продукции сортов Дикуль (15,9%) и Дизайн (16,2%). Белки крупы гречихи отличались высоким содержанием незаменимых аминокислот треонина и лизина, дефицитных для злаковых культур. По сравнению с крупой, среднее содержание белка в белковых изолятах гречихи, экстрагированных из муки сортов Дикуль, Девятка, Темп и Дизайн, в пересчете на сухое вещество увеличилось в 5,3 раза (13,7 и 70,6% соответственно), причем лучшими по этому признаку были сорта Дизайн и Дикуль (75,0 и 74,5% соответственно). Среднее содержание жира в белковых изолятах гречихи составляло 3,4%, в крупе 2,2%. Значительное количество белка в семенах гречихи и особенности его аминокислотного состава позволяют считать эту культуру привлекательной для использования в отраслях пищевой промышленности, где преобладают продукты переработки злаков. Полученные сведения открывают новые возможности для разработки инновационных технологий глубокой переработки зерна гречихи.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Biochemical characteristic of seeds proteins of modern buckwheat varieties

The objective of research consisted in study of modern buckwheat varieties on protein content in groat, amino acid composition and quality of protein isolates. Investigation of crude protein content in buckwheat groat was carried out with use of analyzer UDK 152 (Velp Scientifica, Italy). Amino acid content was determined with use of analyzer ARACUS (PMA GmbH, Germany). Original method of alkaline extraction and acid precipitation was used for protein isolates obtaining. Fat content was determined with use of extractor SER 148 (Velp Scientifica, Italy). Groat of buckwheat was characterized by high level of protein content (13.5-16.2%). The highest value of this indicator was found in groat of buckwheat varieties Dikul (15.9%) и Design (16.2%). In groat of buckwheat high level of amino acids threonine and lysine was detected. Properties of isolated proteins extracted from buckwheat groat of varieties Dikul, Devyatka, Temp and Dizayn were studied. Mean value of protein content in dry matter of isolates was increased by 5.3 times in compare to groat(70.6and 13.7%, respectively). Average content of fat in protein isolates was 3.4% but in groat it was equal to 2.2%. Ratio of fat content in protein isolates to one in groat was 0.8-2.2. The highest and lowest values were demonstrated by varieties Dizayn and Devyatka respectively. High protein content and peculiarities of amino acid composition makes the buckwheat an attractive crop for use in food industry where cereals predominantly exploited. New experimental date obtained in experiments give new opportunities for elaboration of innovative technologies in buckwheat grain processing.

Текст научной работы на тему «Биохимическая характеристика белков семян современных сортов гречихи»

УДК 633.12:581.19:575.113

Биохимическая характеристика белков семян современных сортов гречихи

о

СЧ 1Л

е и л

е д

е л

е З

С.В. БОБКОВ, кандидат

сельскохозяйственных наук, зав.

лабораторией

В.И. ЗОТИКОВ, доктор

сельскохозяйственных наук,

директор

И.М. МИХАЙЛОВА, научный сотрудник

О.В. Уварова, научный сотрудник

ВНИИ зернобобовых и крупяных культур, ул. Молодежная, 10, корп. 1, пос. Стрелецкий, Орловский район, Орловская область, 302502, Россия E-mail: svbobkov@gmail.com

Цель исследования состояла в изучении содержания белка, аминокислотного состава и качества белковых изолятов в крупе современных сортов гречихи. Содержание белка в крупе гречихи определяли по методу Кьельдаля с использованием анализатора UDK 152, состав аминокислот - на приборе ARACUS. Получение изолятов белков гречихи было основано на оригинальном методе щелочной экстракции и кислой преципитации. Количество жира анализировали с помощью экстрактора SER 148 (Velp Scientifica). В крупе современных сортов гречихи много белка ( 13,5-16,2%). Наибольшая величина этого показателя отмечена в продукции сортов Дикуль (15,9%) и Дизайн (16,2%). Белки крупы гречихи отличались высоким содержанием незаменимых аминокислот треонина и лизина, дефицитных для злаковых культур. По сравнению с крупой, среднее содержание белка в белковых изолятах гречихи, экстрагированных из муки сортов Дикуль, Девятка, Темп и Дизайн, в пересчете на сухое вещество увеличилось в 5,3 раза (13,7 и 70,6% соответственно), причем лучшими по этому признаку были сорта Дизайн и Дикуль (75,0 и 74,5% соответственно). Среднее содержание жира в белковых изолятах гречихи составляло 3,4%, в крупе - 2,2%. Значительное количество белка в семенах гречихи и особенности его аминокислотного состава позволяют считать эту культуру привлекательной для использования в отраслях пищевой промышленности, где преобладают продукты переработки злаков. Полученные сведения открывают новые возможности для разработки инновационных технологий глубокой переработки зерна гречихи.

Ключевые слова: гречиха ( Fagopyrum esculentum Moench), белок, аминокислотный состав, белковые изоляты.

Для цитирования: Биохимическая характеристика белков семян современных сортов гречихи / С.В. Бобков, В.И. Зотиков, И.М. Михайлова, О.В. Уварова// Земледелие. 2015. № 5. С. 42-43.

Гречиху традиционно возделывают в Азии, Центральной и Восточной Европе для производства муки и крупы ядрицы. В России основным продуктом переработки гречихи считается ядрица, которая на протяжении последних 10 лет лидирует среди всех вырабатываемых в нашей стране круп [1]. Глубокая переработка зерна гречихи для производства белковых изолятов, энзимрезистентного крахмала, рутина способна еще больше повысить привлекательность этой культуры [2, 3].

Содержание белка в крупе гречихи в зависимости от сортовых особенностей варьирует от 8,5 до 18,9% [4]. Белки семян гречихи значительно отличаются от белков злаковых и бобовых культур, так как в их состав входят альбумины, глобулины, проламины и глутелины [5, 6]. Высокое содержание альбуминов и глобулинов (50%) и относительно низкое проламинов (6,24%) позволяет использовать изделия из гречихи в качестве диетических продуктов при глютеновой энтеропатии [7, 8]. Гречиха содержит биологически активное вещество рутин (гликозид флавоноида кверцетина), который уменьшает ломкость и проницаемость сосудов, снижает вязкость крови и повышает эластичность эритроцитов [9]. Глобулины гречихи способны взаимодействовать с полифенолами (рутин, кверцетин) путем образования ковалентных связей [6]. Тем самым они проявляют функциональные свойства: способствуют снижению уровня холестерина, кровяного давления, препятствуют ожирению [5].

Селекционеры создали сорта гречихи нового поколения с измененной архитектоникой растений, крупным зерном [1, 10]. Такая модификация может влиять на количество и качество запасных белков. Поэтому возникла необходимость в изучении аминокислотного состава запасных белков современных сортов гречихи.

Достаточно высокое содержание белков в крупе гречихи, специфика аминокислотного состава, ковалентные связи белков с вторичными метаболитами (полифенолы) делают культуру привлекательной для производства

белковых изолятов [11]. Изолированные белки гречихи, в отличие от сои и гороха, пока не применяют в пищевой промышленности России и других стран. Разработка методов их изготовления имеет хорошие перспективы.

Цель нашего исследования состояла в изучении содержания и аминокислотного состава белков семян, а также качества белковых изолятов современных сортов гречихи.

Содержание белка (сырого протеина) определяли в крупе сортов гречихи селекции ВНИИЗБК: Дикуль, Девятка, Темп, Дизайн. Аминокислотный состав белков крупы анализировали у сортов Дикуль и Дизайн. Содержание белка в крупе и изолированных белках гречихи определяли методом Кьельдаля с использованием автоматической системы UDK 152 и дигестора DK-6, жира в белковых изолятах - с помощью экстрактора SER 138. Измерения осуществляли в двукратной повторности. Кислотный гидролиз белков для получения свободных аминокислот проводили в 6 н HCl при температуре 110°С в течение 24 ч. Аминокислоты изучали на анализаторе ARACUS. Построение хроматограмм и определение содержания аминокислот в гидролизате проводили с помощью компьютерной программы Aminopeak. Полученные данные сравнивали с рекомендованными значениями стандарта FAO/WHO (2007 г) [12]. Экстракцию белков осуществляли из муки. Получение изолятов белков гречихи было основано на оригинальном методе щелочной экстракции и кислой преципитации (неопубликованные данные). Экстракцию жира проводили из лиофилизированных белковых изолятов.

Изучаемые сорта отличались по крупности семян. Ранжирование по массе 1000 шт. (средние величины за 2010 и 2011 гг.) позволило распределить их следующим образом: Темп (26,7 г), Дикуль (27,4 г), Дизайн (32,2 г), Девятка (33,0 г средняя за 2007-2009 гг). Среднее за 2 года наблюдения содержание белка у анализируемых сортов составило 13,5-16,2% (см. табл.). Наибольшим его количеством характеризовались сорта Дикуль (15,9%) и Дизайн (16,2%). Содержание белка не зависело от крупности зерна, но на него сильно влияли метеоусловия года выращивания. Разнонаправленные изменения величины этого показателя в 2010 и 2011 гг можно объяснить влиянием сочетания условий выращивания с биологическими особенностями исследуемых сортов.

Сумма незаменимых аминокислот в белках семян сортов гречихи Дикуль

Содержание запасных белков в крупе гречихи, %

Сорт 2010 г. 2011 г. 1 Среднее значение

Дикуль 17,1 14,7 15,9

Девятка 13,7 14,1 13,9

Темп 12,1 14,8 13,5

Дизайн 18,4 13,9 16,2

Рисунок. Изолированные белки (слева) из муки гречихи сорта Дикуль и экстрагированные из них жиры (справа).

и Дизайн составила 36%. Концентрация алифатических аминокислот (валина, изолейцина и лейцина), а также серусодержащего метионина была ниже уровня стандарта FAO/ WHO (2007 г.). Доля незаменимой, дефицитной для злаковых культур, аминокислоты треонина, напротив, значительно превышала величину, указанную в стандарте (2,3%) - 5,2 и 6,3% соответственно. Больше выявлено и дефицитной незаменимой аминокислоты лизина: 4,8 и 4,7% соответственно, против 4,5% в стандарте. Эту особенность можно использовать для создания комбинированных со злаками продуктов питания.

Изолированные белки гречихи имели высокую влажность - 70,2-92,6% (см. рисунок).

Наибольшей концентрацией сухого вещества отличались изоляты запасных белков сорта Дизайн (29,8%). Среднее содержание белка (сырого протеина) в них в пересчете на сухое вещество составляло 70,6%, а в крупе - 13,7%. Лучшими по величине этого показателя стали Дикуль и Дизайн - 74,5 и 75% соответственно.

Средняя концентрация жира в изо-лятах белков гречихи равнялась 3,4%, в крупе - 2,2%. Отношение первого ко второму составляло 0,8-2,1. Наибольшая величина этого показателя характерна для сорта Дизайн, наименьшая - для сорта Девятка.

Таким образом, среднее за 2 года наблюдения содержание белка (сырого протеина) в семенах сортов Дикуль, Девятка, Темп и Дизайн составило 13,5-16,2%. Наибольшим оно было у сортов Дикуль (15,9%) и Дизайн (16,2%). Особенности аминокислотного состава белков семян гречихи (высокий уровень незаменимых аминокислот треонина и лизина) позволяют считать эту культуру привлекательной для использования в пищевой промышленности, где доминируют продукты переработки хлебных злаков.

Среднее содержание белка (сырого протеина) в изолятах гречихи в пересчете на сухое вещество в 5,3 раза выше, чем в крупе: 70,6% и 13,7%

соответственно. Самая большая величина этого показателя отмечена в изолятах сортов Дизайн и Дикуль (75 и 74,5% соответственно).

Полученные результаты открывают новые возможности для разработки инновационных технологий глубокой переработки зерна гречихи.

Литература.

1. Варлахова Л.Н., Бобков С.В., Михайлова И.М. Технологические качества зерна гречихи различных сортов // Доклады РАСХН. 2012. № 6. С. 37-40.

2. Kreft I., Skrabanja V. Nutritional properties of starch in buckwheat noodles // Journal of Nutritional Science and Vitaminology. 2002. V. 48. P. 47-50.

3. Vojtiskova P., Kmentova K., Kuban V., Kracmar S. Chemical composition of buckwheat plant (Fagopyrum esculentum) and selected buckwheat products // Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences. 2012. № 1. P. 1011-1019.

4. Krkoskova B., Mrazova Z. Prophylactic components of buckwheat // Food Research International. 2005. V. 38. P. 561-568.

5. Бобков С.В., Лазарева Т.Н. Компонентный состав электрофоретических спектров запасных белков межвидовых гибридов гороха // Генетика. 2012. Т. 48. № 1. С. 56-61.

6. Chuan-He Tang, Xiao-Yan Wang Physi-cochemical and structural characterization of globulin and albumin from common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) seeds // Food Chemistry. 2010. V. 121. P. 119-126.

7. Skerritt J.H. Molecular comparison of alcohol-soluble wheat and buckwheat proteins // In Cereal Chemistry. 1986. V. 63. P. 365-369.

8. Petr J., Michalik I., Tlaskalova H., Ca-pouchova I., Famëra O., Urminska D., Tuckova L., Knoblochova H. Extention of the spectra of plant products for the diet in coeliac disease // Czech J. Food Sci. 2003. V. 21. P. 59-70.

9. Машковский М.Д. Лекарственные средства. 15-е изд. М.: Новая волна, 2005. С. 629-630.

10. Фесенко Н.В., Мартыненко Г.Е. Тенденции эволюции гречихи в восточноевропейском ареале и использование их в селекции//Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 1998. № 1. С. 10-13.

11. Бобков С.В., Уварова О.В. Перспектива использования гороха для про-

изводства изолятов запасных белков // Земледелие. 2012. № 8. С. 47-48.

12. Protein and amino acid requirements in human nutrition: report of a joint FAO/WHO/ UNU expert consultation // Joint FAO/WHO/ UNU Expert Consultation on Protein and Amino Acid Requirements in Human Nutrition. WHO technical report series. Geneva, Switzerland. 2007. № 935. 265 p.

Biochemical characteristic of seeds proteins of modern buckwheat varieties

S.V. Bobkov, V.I. Zotikov, I.M. Mikhaylova, O.V. Uvarova

All-Russia Research Institute of Legumes and Groat Crops, Molodezhnaya str., 10, building 1, set. Streletskiy, Orel district, Orel region, 302502, Russia

Summary. The objective of research consisted in study of modern buckwheat varieties on protein content in groat, amino acid composition and quality of protein isolates. Investigation of crude protein content in buckwheat groat was carried out with use of analyzer UDK 152 (Velp Scientifica, Italy). Amino acid content was determined with use of analyzer ARACUS (PMA GmbH, Germany). Original method of alkaline extraction and acid precipitation was used for protein isolates obtaining. Fat content was determined with use of extractor SER 148 (Velp Scientifica, Italy). Groat of buckwheat was characterized by high level of protein content (13.5-16.2%). The highest value of this indicator was found in groat of buckwheat varieties Dikul (15.9%) u Design (16.2%). In groat of buckwheat high level of amino acids threonine and lysine was detected. Properties of isolated proteins extracted from buckwheat groat of varieties Dikul, Devyatka, Temp and Dizayn were studied. Mean value of protein content in dry matter of isolates was increased by 5.3 times in compare to groat(70.6and 13.7%, respectively). Average content of fat in protein isolates was 3.4% but in groat it was equal to 2.2%. Ratio of fat content in protein isolates to one in groat was 0.8-2.2. The highest and lowest values were demonstrated by varieties Dizayn and Devyatka respectively. High protein content and peculiarities of amino acid composition makes the buckwheat an attractive crop for use in food industry where cereals predominantly exploited. New experimental date obtained in experiments give new opportunities for elaboration of innovative technologies in buckwheat grain processing.

Keywords: buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench), protein, amino acid composition, protein isolates.

Author Details: S.V. Bobkov, Cand. Sc. (Agr.), Head of Laboratory (e-mail: svbob-kov@gmail.com); V.I. Zotikov, Dr. Sc. (Agr.), Director; I.M. Mikhaylova, Researcher, O.V. Uvarova, Researcher.

For citation: Bobkov S.V., Zotikov V.I., Mikhaylova I.M., Uvarova O.V. Biochemical characteristic of seeds proteins of modern buckwheat varieties. Zemledelie. 2015. No. 5. pp. 42-43 (in Russ.).

CO (D S ь

(D

g

(D Ь S

(D

(Л 2

О ^

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.