CC BY
26
УДК 633. 85:581. 1: 581. 143. 5
Л. А. Самофалова, А. П. Симоненкова, О. В. Сафронова
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В ЭКСТРАКТАХ
ИЗ ПРОРАСТАЮЩИХ МАСЛИЧНЫХ СЕМЯН
ПО ИЗМЕНЕНИЮ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ЛИПИДНОГО КОМПЛЕКСА
Ключевые слова: прорастание, липидный комплекс, дисперсионный анализ, экстракты семян конопли, соевое молоко, коровье
молоко.
С помощью дисперсионного анализа на примере экстрактов из семян конопли показано влияние смены физиологических фаз набухания и проклёвывания на формирование жировой эмульсии. Системы обладают агрегаци-онной и седиментационной устойчивостью и сопоставимы с дисперсиями жира в соевом и коровьем молоке. В двухфакторном анализе выявлено преимущественное влияние гомогенизации перед фактором «природа системы».
Keywords: germination, lipid complex, analysis of variance, extracts of hemp seed, soy milk, cow milk.
The paper focuses on the influence of changing physiological phases of swelling and sprouting on the formation of the fat emulsion the with the extracts from hemp seeds taken as examples and the analysis of variance as the method. The systems have aggregation and sedimentation stability and are comparable to the fat emulsion in soy and cow milk. The two-factor analysis reveals the advantages of homogenization over the factor of "the nature of a system"
Важнейшим компонентом химического состава масличных семян, в том числе сои и конопли, являются липиды, входящие в состав липонуклеопроте-инового комплекса и в свободном виде присутствующие в липидных сферосомах - отдельных гранулах, заполняющих свободный объём между белковыми телами (алейроновыми зёрнами) и другими органоидами (рис. 1).
Рис. 1 - Электронная фотография клеточных структур семян сои в состоянии физиологического покоя. Хорошо видны крупные сферосомы и алейроновые зёрна с упакованными белками [4]
Как показал анализ доступной литературы, значительно меньше, чем изменения в белковом комплексе, изучены метаболические процессы в жире прорастающих семян. Отсутствует информация о функциональных характеристиках липидов в покое и при прорастании [1, 2, 3].
В теоретических источниках подчёркивается, что в семенах масличных растений превращение жира в сахар, несомненно, является основным обменным процессом при их прорастании. Вместе с тем, на ранних этапах набухания жир в семенах не подвергается расщеплению, а имеют место иные метаболические события, так по данным М.Н. Масный (1999), Дженн, Амен (1982) через 6 часов после замачивания, в жире идёт подготовка к автолизу (пе-
ревариванию митохондриями). Собственно использование жира начинается только после формирования ростка и идёт параллельно синтезу сахаров. В классических работах Н.Н. Иванова [1938 г.], С.Л. Иванова [1954 г.] на примере прорастающих семян льна, клещевины, показано, что распад жира начинается на 4-й день, а полное расходование только на 8-й [5, 6, 7].
Период прорастания состоит из последовательных этапов - фаз прорастания. Каждой фазе присуща определенная продолжительность, определенные биохимические и морфологические изменения, происходящие в семени, а также определенные требования к условиям среды. Всего выделяют пять фаз: 1) водопоглощения; 2) набухания, заканчивающегося наклёвыванием; 3) роста первичных корешков; 4) развития ростка; 5) становления проростка. В наших исследованиях рассматривались два периода - фаза поглощения и фаза набухания, заканчивающаяся наклёвыванием, выделение которых становится очевидным с наступлением критической влажности и появлением качественных сдвигов в состоянии семян.
Исследование проводили на семенах сои и конопли, районированных сортов, предварительные испытания которых, показали незначительное снижение содержания жира при набухании на 2,41 -3,09%, связанное, по-видимому, на ранних стадиях с гидролитическими процессами в зародыше, но не в запасающих тканях, в то время как запасной жир на этом этапе участвует в формировании аппарата ав-тотрофности и подвергается захвату пластидами [7].
Изменение техно функциональных свойств ли-пидов прорастающих семян под действием ферментативных процессов изучалось опосредованно с помощью дисперсионного анализа по характеру распределения жировых капель в водных экстрактах при смене фаз. Установленная критическая влажность семян конопли 43,5-45,0%; сои 68,5-74,9 % при температуре замочной воды 12 - 15 °С, сменяемость через 3 ч.
В поставленные задачи входило исследование характера распределения жира в экстрактах из семян конопли - сухих (дисперсии покоя - ДП); набухших до критической влажности (Д-1); наклюнувшихся (Д-2). Экстракты готовили из измельчённых с помощью коллоидной мельницы семян с гидромодулем 1:5-7, настаивали, фильтровали через крупнопористый фильтр. Опытные варианты сравнивались с дисперсией молочного жира в цельном коровьем (КМ) и растительного в соевом молоке (ДС), полученном по традиционной технологии также из семян, достигших критической влажности. Содержание эмульсированного жира в соевом молоке 1,2 %, конопляном 2,5 %, коровьем 3,2 %.
Степень дисперсности эмульсий растительных экстрактов и молока определяли с помощью микроскопа Jenaval, K. Zeiss, Jena; микрометр K. Zeiss, Jena, применялась камера Горяева по методикам [8], и микрофотографирование, измерялась толщина оболочки жировых шариков. Общее разведение -40. Опыты проводились в пятикратной повторности, анализы - трёхкратной. Математико-статистическая обработка результатов при заданном уровне 95%.
В дисперсионном анализе нами применена дифференциальная функция распределения по размерам частиц жировой фазы в водной среде. Как показал анализ, полученные экстракты представляют собой эмульсии прямого типа, в которых нами выделялись размеры и число жировых шариков по трём представительным классам (max, mid, min).
Таблица 1 - Распределение жировых шариков по площадям трёх представительных классов в коровьем, соевом молоке и вытяжках из семян конопли в трёх физиологических состояниях
Площадь, S, мкм2
Объект Max mid min
Коровье 112,63±5,36 27,73±1,54 12,96±0,84
молоко п=8 п=8 п=7
КМ а2 =230,14 а2 =19,02 а2 =4,98
Соевое 37,23±2,12 19,97±0,81 3,74±0,43
молоко ДС п=7 п=9 п=6
а2 =31,40 а2 =5,91 а 2 =1,13
ДП 321,74±29,70 70,14±6,95 20,76±0,98
п=17 п=18 п=19
а 2 =14990,89 а 2 =869,83 а 2 =18,23
ДК-1 535,03±41,60 67,36±6,69 22,00±0,56
п=5 п=7 п=9
а 2 =8668,95 а 2 =313,50 а 2 =2,86
ДК-2 290,05±19,90 46,78±4,21 16,36±1,55
п=8 п=7 п=7
а 2 =3169,45 а 2 =123,93 а2 =16,78
Как видно из таблицы 1 и рисунка 1 экстракты на основе покоящихся семян (ДП) характеризуются хаотичным распределением жира: размеры жировых капель с трудом поддаются систематизации по классам, форма нечёткая с размытыми границами, в поле зрения микроскопа видны слившиеся жировые пятна, эмульсия отсутствует. По прошествии времени система расслаивается.
Экстракты из набухших и прорастающих семян конопли (ДК-1; ДК-2) можно охарактеризовать как грубые эмульсии. Они сопоставимы с цельным коровьим молоком по степени дисперсности и размерам жировых шариков, расслоение отсутствует. Об-
ращает на себя внимание наличие у них чётких белковых каркасов с толщиной оболочки 0,40+0,03мкм. Для сравнения была определена толщина оболочки у коровьего молока 0,33+0,02мкм, у соевого измерить не удалось из-за отсутствия более тонкого инструментария. Для коровьего молока и экстрактов из активированных семян характерно присутствие в подавляющем большинстве жировых частиц среднего класса: mid (мкм2) 27,73±1,54(КМ); 67,36±6,69 (Д-1); 46,78±4,21(Д-2).
При определении достоверности видового различия между эмульсиями использовали критерий Стьюдеша .
+ =0,95 % t'=2,160 ++ = 0,99 % t' '=3,012 +++=0,999 % t''=4,221 В таблице 2 показано сравнение по трем уровням достоверного различия среднего класса частиц, как самого многочисленного.
Таблица 2 - Достоверность разницы по критерию Стьюдента между коровьим молоком и экстрактами активированных семян по площади жировых пятен среднего класса, Smid, мкм2
КМ ДС д-1 Д-2
КМ ++ 4,32 +++ 5,70 ++ 4,16
ДС +++ 7,42 +++ 6,56
д-1 + 2,41
Нами установлено, что смена фазовых состояний от набухания до проклёвывания семян приводит к повышению степени дисперсности жира, за счёт увеличения количества шариков меньшей площади, рисунок 2. Достоверность разницы по критерию Фишера (F=7,02) установлена у вытяжек из набухших и проклюнувшихся семян.
При некотором общем снижении содержания жира на стадиях прорастания, установленном нами (на 1,9 - 2,8%), сравнение ДК-1 и ДК-2 свидетельствует об относительном увеличении количества частиц среднего класса mid к классу max, в 4,6 раза в вытяжках из набухших семян и 9,1 - проклюнувшихся.
Установлено, что при низком содержании липи-дов (1,2%) в соевом молоке, фракция на 27% лучше эмульсирована, чем молочный жир в коровьем молоке и на 48,8 % и 10,9% чем растительный жир в экстрактах ДК-1 и ДК-2. Это, по-видимому, связано с природой белков сои, обладающих высокими функциональными свойствами, а также с присутствием в семенах поверхностно-активных веществ липидной природы, в частности, лецитина.
Исследуемые нами системы обладают агрегаци-онной и седиментационной устойчивостью, так при отстое конопляных экстрактов лишь в течение суток наблюдается коагуляция - слипание жировых частиц с образованием «сливок» без разрушения
эмульсии с выделением фаз. При размешивании соединившиеся частицы легко разъединяются дисперсионной средой с восстановлением эмульсии.
Рис. 2 - Гистограмма дисперсности жировой фазы в растительных экстрактах и коровьем молоке по количеству жировых шариков двух классов, %
Таким образом, по степени дисперсности жира, полученные экстракты прорастающих семян конопли сопоставимы с коровьим и соевым молоком. Модификация липидов при прорастании, создаёт условия для эмульгирования жира в водных экстрактах и повышения степени его дисперсности при смене фазового состояния. Это, несомненно, связано с запуском гидролитических процессов в триглицери-дах и повышением содержания поверхностно-активных веществ липидной природы на ранних физиологических фазах.
Нами был проведен также двухфакторный анализ влияния на стабильность эмульсии природы растительных экстрактов (соя, конопля) - фактор А и применения гомогенизации - фактор В. Анализ результатов показал: статистически значимым для стабильности эмульсии растительных экстрактов оказался фактор В. Значение критерия Фишера для фактора В - проведение гомогенизации, Fфакт (19,0) ^табл (2,68). Наименьшее влияние на стабильность эмульсии оказывает фактор А - «природа объекта».
Этот фактор не обнаружил статистического влияния, т.к. Fфaкт (12,88) ^табл (18,51).
Таким образом, проведение гомогенизации является необходимой технологической операцией для обоих видов растительных эмульсий, положительно влияющей на степень дисперсности их жировой фазы (на уровне 95 %).
Полученные результаты применены при разработке технологии растительной основы из масличных семян для функционального питания [9].
Литература
2
3
4
Лобанов В.Г. Запасные липиды семян подсолнечника: монография. Деп. АгроНИИТЭИпищепром. 1989. 175 с.
2. Лобанов В.Г., Шаззо А.Ю., Щербаков В.Г. Теоретические основы хранения и переработки семян подсолнечника. М.: Колос, 2002. 592 с.
Щербаков В.Г., Лобанов В.Г., Прудникова Т.Н. и др. Биохимия растительного сырья: под ред. Щербакова В.Г. М.: Колос, 1999. 376 с.
Самофалова Л.А. Научное обоснование применения прорастающих семян двудольных растений в производстве растительной основы и заменителей молочных продуктов функционального значения. Автореферат дис. д.т.н., г. Санкт-Петербург - 2011, 32 с.
5.Дженн Р.К., Амен Р.Д. Что такое прорастание семян. // Физиология и биохимия покоя и прорастания семян. М.: Колос, 1982. С. 19-46.
6. Кретович В.Л. Биохимия растений. М.: Высшая школа, 1986. 499с.
7. Масный М.Н. Формирование аппарата автотрофности на ранних стадиях прорастания семян ржи, пшеницы и тритикале // Физиология семян. Формирование, прорастание, прикладные аспекты: материалы Всесоюзного-симп. (Душанбе, 10-14 октября 1988 г.) Душанбе, 1990. 368 с.
8. Паушева, З.П. Практикум по цитологии растений: изд-е 4-е перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1988. 271 с.
9. Самофалова Л.А., Сафронова О.В. , Симоненкова А.П. Выбор технологических параметров получения устойчивой дисперсной системы растительной основы из биоактивированных двудольных семян. // Вестник ВГУИТ 2016 №1(67), с. 221-226.
© Л. А. Самофалова - д.т.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии и биохимии растений, ФГБНУ ВНИИ ЗБК, [email protected]; А. П. Симоненкова - к.т.н., доцент каф. «Технология продуктов питания», ФГБО ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева», [email protected]; О. В. Сафронова - к.т.н., доцент каф. «Технология продуктов питания», ФГБО ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева», [email protected].
© L. A. Samofalova - prof., leading researcher of the laboratory of physiology and biochemistry, RUSSIAN Institute ZBK, [email protected]; A. P. Simonenkova - assist. prof. of Department «Technology of food», FGUBO IN "OSU named after I. S. Turgenev; [email protected]; O. V. Safronova - assist. prof. of Department «Technology of food», FGUBO IN "OSU named after I. S. Turgenev, [email protected].
