CC BY
60
Section 11. Technical sciences
Section 11. Technical sciences Секция 11. Технические науки
Orobinskaya Valeriya Nikolaevna, associate Professor, Department of Environment, Ph. D. Severo Caucasus State University branch in Pyatigorsk, E-mail: orobinskaya.val@yandex.ru.
Kazub Valery Timofeevich, Professor, professor of mathematics and physics, d. teh. n. Piatigorsky Medical and Pharmaceutical Institute (branch of Volgograd State Medical University, Pyatigorsk) Konovalov Dmitry Alekseevich, Professor, Professor of pharmacognosy, d. farm. n. Piatigorsky Medical and Pharmaceutical Institute (branch of Volgograd State Medical University, Pyatigorsk) E-mail: konovalov_da@pochta.ru.
Electrodigit processing — the factor of regulation activity inhibitors of vegetable raw materials
Abstract: The paper discusses some aspects of environmental safety, one of which is the activity of trypsin inhibitors plant material class oxidases enzymes and methods of inactivation of these factors antinutritive. A comparative study of thermal inactivation method of the compounds under the action of electric discharges with nanosecond rectangular front.
Keywords: antialimetarnye factors, trypsin, trypsin inhibitors, serpins, Kunitz inhibitors, aprotinin, antitrypsin, enzymes of the class oxidase: peroxidase (PO) and polifinoloksidazy (PFD).
154
Секция 11. Технические науки
Оробинская Валерия Николаевна, Кандидат технических наук, доцент кафедры охраны окружающей среды, Северо-Кавказский государственный университет
филиал в г. Пятигорске E-mail: orobinskaya.val@yandex.ru
Казуб Валерий Тимофеевич, Доктор технических наук, профессор, профессор кафедры математики и физики, Пятигорский Медико-фармацевтический институт
Коновалов Дмитрий Алексеевич, Доктор фармацевтических наук, профессор, профессор кафедры фармакогнозии, Пятигорский Медико-фармацевтический институт (филиал Волгоградского государственного медицинского университета, в г. Пятигорске) E-mail: konovalov_da@pochta.ru
Электроразрядная обработка — фактор регулирования активности ингибиторов растительного сырья
Аннотация: В работе рассматриваются некоторые аспекты экологической безопасности, одним из которых является активность ингибиторов трипсина растительного сырья, ферментов класса оксидаз и способы инактивации этих антиалиментарных факторов. Проведено сравнительное изучение термического метода инактивации данных соединений при воздействии электрических разрядов прямоугольной формы с наносекундным фронтом.
Ключевые слова: антиалиметарные факторы, трипсин, ингибиторы трипсина, серпины, ингибиторы Кунитца, апротинин, антитрипсин, ферменты класса оксидаз: пероксидазы (ПО) и полифинолоксидазы (ПФО).
Белки-игибиторы обнаружены в микроорганизмах, растениях, организмах животных (Pamirski I. E., Shtarberg M. A., Beloglazova I.G 2007), они участвуют не только в механизмах сопряженных с протеолизом (процессы свертывания крови, активации комплимента и т. д.), но и являются также антиалиментарными (антипитательными) веществами.
К таким соединениям относятся: серины — ключевые ферменты, отвечающие за функционирование и взаимосвязь физиологических систем организма
155
Section 11. Technical sciences
(пищеварение, иммунитет, гомеостаз и др.), ингибирующие сериновые протеазы: гирудин, а-антитрипсин, а2-макроглобулин и другие. Аналоги содержатся в сырье растительного происхождения (горчице, пшенице и сои и др.).
В сои содержание белка составляет в среднем от 38-42 %, показатели варьируют в диапазоне от 30 до 50 %, в зависимости от условий выращивания.
Несмотря на ценность данного сырья и продуктов из него (соевом молочке, окаре и др.) в сои содержится 5 форм ингибиторов трипсина (около 5-10 % от общего содержания белка), активность которых находится в диапазоне 7-38 мг/г. При взаимодействии с ферментами класса протеаз и др. образуют устойчивые комплексы, лишенные как ингибиторной, так и ферментативной активности (инактивация действия способствует снижению усвоения белковых фракций, способствующей процессу развития гипертрофии поджелудочной железы с дальнейшим развитием нарушения углеводно-липидного обмена. По химическому строению, свойствам и субстратной специфичности ингибиторы сои классифицируются на 2 основные группы: 1) ингибиторы Кунитца — водорастворимые белки с молекулярной массой 20000-25000 Да, связывающие одну молекулу трипсина; 2) ингибиторы Баумана-Бирка — спирторастворимые белки — с молекулярной массой 6000-10000 Да, связывающие более одной молекулы трипсина [3; 4].
Памарским И. Э. [1, 2] при помощи интернет-сервера BLAST (Basic local Alignment Searcy Tool) и программы Bio Edit 5.0.9 рассчитал высокую структурную гомологичность белкового ингибитора протеаз поджелудочной железы — апротинина и растительного аналога соевого ингибитора трипсина (рис. 1.)
а) соевый ингибитор трипсина б) апротинин
Рис. 1. Электронные трехмерные модели третичных структур апротинина и соевого ингибитора [1, 2]
156
Секция 11. Технические науки
Современные исследования зарубежных и отечественных коллег в опытах in vitro показали, что апротинин препятствует процессу фибринолиза, такое же действие оказывает и ингибитор соевого изолята [3].
Наиболее распространенным методом снижения активности ингибиторов трипсина является термический метод обработки в присутствии щелочи. Но данный метод не всегда оказывается эффективным, около 20 % соевых ингибиторов трипсина обладают термостабильностью (Kennedy, 1998).
Исследования Соломенцева М. показали, что на трипсин ингибирующую активность влияют не температурные режимы воздействия, но и время термо-статирования (время воздействия) (табл. 1) [4].
Таблица 1. - Трипсинингибирующая активность (ингибитора Кунитца), подвергнутых термическому воздействию соевых продуктов, (мг/г) [4]
Наименование образца Температура воздействия, С 0, при времени воздействия 10 мин.
60 80 100
молоко соевое (эмульсия соевая) 0,071±0,007 0,0542±0,011 0,0170±0,10
белково-углеводная масса (окара) 1,227±0,01 1,123±0,014 0,740±0,11
Из табл. 1 видно, что термическая обработка снижает активность ингибиторов трипсина почто на 98,59 % как для молока соевого, так и для белково-углеводной массы (окары).
Отметим также, что микроволновый нагрев экстрактов соевого белка в течение 1,5-2 мин. полностью разрушает ингибиторы трипсина [5].
Но воздействие температур выше 80 С 0, а тем более СВЧ — нагревание, сопряжено с деструкцией не только белковых но и других биологически активных соединений.
С целью получения экологически чистого целевого продукта соевого молочка и снижения активности антипитательных веществ соевые бобы и соевый шрот обработали электрическими разрядами прямоугольной формы, в электроразрядной камере «острие-плоскость» (рис. 2).
Технологические параметры обработки:
• U = 27 кВ.;
• C = 0,4 мкФ.;
• длина межэлектродного промежутка 1,5 мм.;
• соотношение «твердое тело: жидкость» — Т: Ж=1: 10;
• диапазон изменение количества поданных импульсов от 150 до 600 имп/л.
157
Section 11. Technical sciences
линия; К — коммутирующее устройство; Ln — передающая линия; Д — делитель напряжения; ЭК — экстракционная камера
б) Лабораторная установка
Рис. 2. Лабораторная установка для электроразрядной обработки растительного сырья
Рис. 3. Выход белка %, трипсина, мг\г, антитрипсина, мг\г в зависимости от количества импульсов
158
Секция 11. Технические науки
Выход белка из сои с увеличением числа поданных импульсов увеличивается (рис. 3).
Эффективность извлечения составляет ~ 90 % от исходного содержания водорастворимых комплексов. В начале концентрация трипсина увеличивается в ~8 раз, при этом концентрация белка в ~3 раза.
С целью изучения возможности снижения активности ингибиторов трипсина в других видах органического растительного сырья и получения белка из новых сырьевых источников был исследован сорт лопуха «Тохако Рио». Изучение химического состава данного вида органического сырья показало, что данный сорт богат белками, общее содержание белка в % на воздушно-сухое сырье составляет 7,55±0,13 для исследования использовали побеги 1 года. Провели сравнительное изучение влияние электрических разрядов на 1) ингибитор трипсина соевого изо-лята; и 2) ингибитор антитрипсина, содержащийся в лопухе сорта «Тохако Рио». Трипсин-ингибирующую активность определяли в соответствии с рекомендациями ОСП ТУ 431.1418.990.02-92 и ОСК ТУ 431.1419.990.01-92. Суспензию “соя-вода, “экстракт лопуха, содержащий ингибитор трипсина", обрабатывали электрическими разрядами при гидромодуле 1:10, содержание антитрипсина в жидкой фазе суспензии соевого изолята сначала возрастает до значений 15,6 мг\г., а затем снижается до 1,65 мг\г. (происходит расщепление антитрипсина).
Рис. 4. Изменение трипсин ингибирующей активности в мг\г. в зависимости от количества импульсов Снижение антитрипсин, содержащего в экстракте лопуха происходит в диапазоне от 300-500 имп/л и остаточная трипсин ингибирующая активность составляет 1,23 мг/г на воздушно-сухое сырье.
159
Section 11. Technical sciences
Явление расщепления антитрипсина — фермента, ухудшающего усвоение белков, представляет научный интерес и требует специального дополнительного изучения.
Полифенолоксидаза (ПФО) и Пероксидаза (ПО) одини из самых разрушительных ферментов, катализирующая окисление моно-, ди- и полифенолов и других веществ, нарушая процессы всасывания их в кишечнике.
Пероксидаза (ПО) — фермент широко распространённый в овощах и фруктах, катализирующий реакции типа: пероксидаза
Н2О2 + АН2-----------^Н2О + А
В отличие от ПФО ПО обладает термостабильностью, устойчива в растворах, при рН 6-8 сохраняется до 70 % её активности.
Традиционным методом инактивации полифенолоксидазы является кратковременная или длительная термическая обработка. Однако использование высокой температуры может привести к разрушению биологически активных веществ обрабатываемого органического сырья и ухудшить качество, получаемых целевых компонентов. Добавление химических ингибиторов (NaHSO3, SO2, NaCl) инактивирует ПФО, однако это может сказаться на органолептических показателях органического сырья.
Использование химических веществ, понижающих pH продукта, например, подкисляющих веществ (органических кислот — лимонной, уксусной и др.), широко используется в пищевой промышленности. Эти соединения используются в комбинации с другими типами реагентов, препятствующих потемнению продукта, поскольку трудно достигнуть эффективного предотвращения потемнения исключительно через pH фактор.
Исследования химического состава инулинсодержащего сырья скорцонера испанского сортов ТСХА-1 и «Maxima» показало, что корнеплоды растения, по сравнению с другим техническими культурами, имеют высокую активность деструктивных окислительных ферментов: полифенолоксидазы (ПФО) и пероксидазы (ПО).
Активность ПО определяли методом Бояркина, основанном на определении скорости реакции окисления бензидина (табл. 2).
Как следует из полученных результатов активность ПО в корнеплодах скорцонера выше, чем активность его ПФО [6; 7; 8; 9].
Для инактивации этих ферментов мы использовали 2 метода: первый — комбинированный метод — кратковременная термической обработка с подкисляющими агентами (0,5 % раствором лимонной кислоты) в течение 5 мин; второй — электроразрядной обработки (ЭРО). При этом использовали прямоугольные импульсы (1000 импульсов), с фронтом 5х10-9 с., при Е = 24 кВ/см., температуре 20-25 оС и рН = 6,5 для ПФО и рН = 6,0 для ПО в течение 5 мин. [9].
160
Секция 11. Технические науки
Таблица 2. - Активность ПФО и ПО в корнеплодах скорцонера [9]
Сорт Состояние Активность (U), усл. ед.
ПФО ПО
ТСХА-1 Свежее сырьё 376,00 980,13
378,90 989,7
369,80 969,09
376,05 980,067
«Maxima» Свежее сырьё 409,06 1200,00
406,17 1100,05
399,87 998,80
403,30 1100,78
После обработки на активность ПФО и ПО определялась теми же методами, что и до обработки. Результаты представлены на рис. 5.
Рис. 5. Влияние тепловой и ЭРО на активность полифенолоксидазы (ПФО) и пероксидазы (ПО) [9].
Из полученных результатов следует, что ЭРО корнеплодов скорцонера снижает активность ПФО на 62 %, а ПО — на 32 % [9].
Вывод:
При обработке соевой суспензии и экстракта лопуха электрическими импульсными разрядами не происходит разрушение белка, а активность ингибиторов трипсина и их содержание уменьшается, что улучшает качество получаемых продуктов. Под действием комбинированного метода обработки активность ПО снизилась на 9 %, а ПФО — на 35 %. Электроразрядная обработка более эффективно инактивирует активность ПО и ПФО, чем комбинированный метод инактивации.
161
Section 11. Technical sciences
Список литературы:
1. Pamirski I. E., Shtarberg M. A., Beloglazova I. G., Borodin Е. А. The influence of soy bean trypsin inhibitor on some biologically relevant proteolitic processes in vitro and in vivo//Book of Abstract, Commemorating 15 years of Russia-Japan Medical Exchange under the guidance ofJapan-Russia Medical Exchange Foundation (1992-2007): Book ofAbstract. 21-22 september 2007, Blagoveshchensk. Blagoveshchensk: ASMA, 2007. P. 82.
2. Borodin E., Pamirski I., Shtarberg M., Gorin А., Anikin S., Beloglazova I. Proteolysis, protease inhibitors and soya. In: Studies on Drugs Used in Traditional Therapy//IV Russia and China Medical Forum: Book ofAbstract. 10-12 september 2007, Blagoveshchensk. Blagoveshchensk: ASMA, 2007. P. 31-35.
3. Аникин С. В., Памирский И. Э., Горин А. А., Чекмарев М. В., Димова Е. А. Разработка лекарственного препарата ингибитора протеаз с использованием методов протеомики и биоинформатики//Молодежь 21 века: Шаг в будущее: Материалы VII региональной научно-практической конференции, посвященной 150-летию основания г. Благовещенска. 16-17 мая 2006 г., Благовещенск. Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2006. Книга 2. - с. 10-11.
4. Электроимпульсные технологии в обработке пищевого растительного, животного сырья и продуктов на их основе/Казуб В. Т., Оробинская В. Н.; Пят ГФА. -Пятигорск, 2007. - 51 с. - Рис. 5. - Библиогр.:111 - Рус. - Деп. в ВИНИТИ РАН 19.07. 2007, № 742 - В 2007.
5. Соломенцев, М. В. Х-RAY: новый метод определения трипсинингибирующей активности пищевых продуктов. - М.: Московский государственный открытый университет, 2009. - 100 с.
6. Толтогузов, В. Б. Новые формы белковой пищи (Технологические проблемы и перспективы производства). - М.: Агропромиздат, 1987.
7. Влияние электроразрядной обработки на липоксигеназную активность томатного сока/Оробинская В. Н., Казуб В. Т., Маршалкин М. Ф., Коновалов Д. А.//Изв. вуз. Пищевая технология. - 2009. - № 2-3. - с. 112-113.
8. Казуб, В. Т. Влияние электроимпульсной обработки на ферменты пищевого растительного сырья/В. Т. Казуб, В. Н. Оробинская, Д. А. Коновалов//Роль вузовского потенциала и научных учреждений в реализации Стратегии социальноэкономического развития Кавказских Минеральных Вод до 2020 года: матер. VIII-ой Междунар. науч.-практ. конф. Анталия, 6-13 сентября 2007. - с. 40-43.
9. Оробинская В. Н. Кинетика и технология электроразрядного экстрагирования биологически активных соединений из органического сырья: автореф. дис. ... кан. техн. наук/Оробинская В. Н. - Тамбов, ТГТУ, 2012. - 16 с.
162
