CC BY
11
УДК 664.8.022.6
К.В.ЗУБКОВА
Херсонський нащональний техшчний ушверситет
ВИЗНАЧЕННЯ КОНСТАНТИ ДЕСТРУКЦП у-АМ1НОМАСЛЯНО1 КИСЛОТИ В ПРОЦЕС1 ТЕПЛОВО1 ОБРОБКИ ОВОЧЕВИХ КОНСЕРВ1В
Наведено результати дослгджень параметргв тепловог обробки овочевих консерв1в при ргзних показниках рН у сталому температурному полг з метою визначення константи деструкцИ у-амтомасляног кислоти (ГАМК).
За отриманими даними встановлена залежтсть константи деструкцИ у-амтомасляно! кислоти в1д величини рН.
Ключовi слова: константа деструкцИ, перюд натврозпаду, у-амтомасляна кислота, глутамтова кислота, глутаматдекарбоксилаза, гарбуз, напог.
Е.В.ЗУБКОВА
Херсонский национальный технический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ ДЕСТРУКЦИИ у-АМИНОМАСЯЛННОЙ КИСЛОТЫ В ПРОЦЕССЕ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ОВОЩНЫХ КОНСЕРВОВ
Приведены результаты исследований параметров тепловой обработки овощных консервов при разных показателях рН в постоянном температурном поле с целью определения константы деструкции у-аминомасляной кислоты (ГАМК). По полученным данным установлена зависимость константы деструкции у-аминомасляной кислоты от величины рН.
Ключевые слова: константа деструкции, период полураспада, у-аминомасляная кислота, глутаминовая кислота, глутаматдекарбоксилаза, тыква, напиток.
K.V.ZUBKOVA
Kherson National Technical University
DETERMINATION OF CONSTANT DESTRUCTION OF y- AMINOBUTYRIC ACID DURING THERMAL TREATMENT CANNED VEGETABLES
The results of researches ofparameters of thermal treatment canned vegetables by different index pH of stable temperature with the aim of determination of constant of destruction of y- aminobutyric acid (GABA). According to information received set dependence of constant of destruction of y- aminobutyric acid from index pH.
Keywords: constant of destruction, period of half-disintegration, gamma aminobutyric acid, glutamic acid, glutamatedecarboxylase, pumpkin, beverages.
Постановка проблеми
Свгтова тенденщя здорового способу життя росте з кожним роком, i диктуе !! саме життя. Загрозливий стан навколишнього середовища, стреси, неправильне харчування - щ фактори змушують споживача робити вибiр у бж корисного [1, 2]. Продукти харчування, яш завдяки добавкам або певним технолопям виробництва володшть лшувально-профшактичними властивостями, сьогодш у всьому свт користуються тдвищеним попитом. Оскшьки, харчування в Укра!ш носить в основному вуглеводно-жировий характер, юнуе дефщит по ряду бюгенних речовин, тому його структура, за оцшкою фах1вщв, потребуе ютотно! корекцп. Використання ж натуральних продукпв мае ряд переваг, оскшьки компоненти цих продукпв знаходяться у виглядi природних сполук, у тiй формi, яка краще засвоюеться органiзмом. Медики багатьох кра!н, у тому числi i Укра!ни, визначають напо! як оптимальну форму харчового продукту, що використовуеться для збагачення органiзму людини бiологiчно-активними речовинами. Вичизняний ринок збагачених сок1в та напо!в е досить молодим i розвиваеться динамiчно. Наразi, якщо у кра!нах зi сталими ринками рiвень росту даного сегменту близько 6 %, то в Укрш'ш цей показник зб№шуеться на 25...30 % кожний рiк [3]. Отримання бюлопчно активних речовин з природних джерел саме рослинного походження е одшею з актуальних задач сучасно! бютехнологп. Аналiз бiохiмiчного складу фруктiв та овочiв показуе, що вони можуть бути джерелом збагачення харчових продукпв такими бiологiчно активними речовинами, як харчовi волокна, вiтамiни, антиоксиданти, оргашчш кислоти, мiнеральнi речовини. Серед таких функцюнальних нутрiентiв е y-амiномасляна кислота (ГАМК), що е амшокислотою та нейромедiатором центрально! нервово! системи
людини i ссавщв [1]. ГАМК приймае участь у багатьох MeTa6onÍ4Hm перетвореннях, Í3 яких найбвдьше значення мають пов'язaнi з обмшом дикарбонових aмiнокислот i глюкози, в регулюваиш фiзiологiчного стану нервово! системи, впливаючи на aктивнiсть нейронiв i синаптичну передачу в них, обумовлюе гaльмiвний ефект, тобто вiдiгрaе роль нейромедiaторa. В дозах 0,5...2 г на добу ГАМК допомагае покращувати мову i ввдновлювати втрачену пам'ять у людей, що пережили iнсульт. Крiм того, було виявлено, що в тих же квдькостях вона зменшуе вмiст цукру в кровi, а в дозах 3 г на добу, здатна знижувати кров'яний тиск i тдтримувати серцеву дiяльнiсть [4]. Для зниження тривожностi i драпвливосл зазвичай добре допомагають дози ввд 1 г до 2 г ГАМК на добу. У хворих шизофрешею i хворобою Альцгеймера також виявляеться дефщит у-амшомасляно1 кислоти.
Згвдно дослвджень мелaтонiн пiдвищуе вмют у-амшомасляно1 кислоти i серотину в середньому мозку i гiпотaлaмусi [4]. Глутамш i ефiрнi олл вaлерiaни також впливають на збiльшення концентраци у-амшомасляно1 кислоти [5]. Основним джерелом ГАМК може бути рослинна сировина в як1й дана aмiнокислотa знаходиться у в№ному стaнi. Збiльшити шлькють l'i у рослинних тканинах можна шляхом змiнення обмiну речовин в сировиш. Таким чином можна отримати продукти з пвдвищеним вмiстом у-амшомасляно! кислоти, без внесения l'i ззовш.
Оск1льки к1нцевим етапом у виробнищга будь-якого виду консервiв е теплова стерилiзaцiя (пaстеризaцiя), то для досягнення заданого вмiсту ГАМК у готовому продукп необхвдно визначити константу деструкцп ГАМК (К), яка е зворотною величиною ввд Dt - час необхвдний для зниження вмiсту ГАМК на 90 % або у 10 рaзiв.
Анaлiз останшх дослщжень i публiкацiй
1снуе багато способiв отримання ГАМК. Вiдомi хiмiчнi методи синтезу ГАМК та способи отримання ГАМК мжробюлопчним синтезом [6,7]. Шсля 90 год вирощувания штaмiв Bact. cadaveris ATCC 9760 i E. coli ATCC 9637 в культивованш рвдиш накопичуеться до 4 г/л ГАМК. Продукт з ввдсепаровано! при рН 2,0 культурально! рiдини видiляють методом юнообмшно1 хроматограми на установщ Diaion SKI (тип Н+). Вихвд кристaлiчного продукта з культурально1 рвдини складае 35 %. Недолiк даного способу - низький вихвд ГАМК i довготривалють процесу [8, 9, 10].
Вiдомi способи отримання ГАМК шляхом ензиматичного декарбоксилуваиия L-глутамшовох кислоти, де в якосп кaтaлiзaторa реакци застосовують клiтини мiкрооргaиiзмiв, що мютять L-глутаматдекарбоксилазу [11], а також iммобiлiзовaнa GAD [12].
Недолiком способiв е низька глутаматдекарбоксилазна aктивнiсть клiтин i додаткова процедура видвдення i очищення GAD для iммобiлiзaцil.
Також юнуе спосiб отримання ГАМК декарбоксилуванням L-глутамшовох кислоти клiтинaми бaктерiй Arthrobacter simplex [12]. Недолжом даного способу е невелике накопичення бiомaси, довгий перюд росту i висок1 витрати бюмаси на отримання ГАМК (0,43 г сухо1 бiомaси на 1 г продукту) внаслвдок низько1 глутаматдекарбоксилазно1 aктивностi штаму, що використовуеться.
З лiкувaльно-профiлaктичною метою також може бути використана 1жа, що збагачена ГАМК. Вiдомi рiзнi продукти, що отримaнi з рослин, збагачених ГАМК. До них ввдноситься листя чаю [13], листя кави [14], нитковидш гриби [15], порошок та ак рослин виду Brassicaceous [16]. ГАМК знайдена у багатьох рослинах у ввдьному стaиi. Прикладом може служити ГАБА-чай. Це чорний по европейськш клaсифiкaцil чай, при виробнищта якого, на етaпi ферментаци, рiзко обмежуеться доступ кисню. В результата цього повнiстю змiнюеться характер бiохiмiчних перетворень, що в1дбуваються в чайному лисп, i тсля тако1 «безкиснево1» ферментацй в них накопичуеться значна квдьшсть y-aмiномaсляноl кислоти.
Задачею даних дослвджень, е розробка способу виробництва овочевих сок1в та напо1в, що мютять бвдьш висок1 концентрaцil ГАМК, шж початкова сировина за ввдносно простими техиологiчними схемами без використання зовшшшх добавок глутaмiновоl кислоти та визначення константи деструкцй ГАМК для досягнення заданого вмюту ГАМК у готовому продукп [17].
Формулювання мети дослщження
Метою дослiджения е визначення константи деструкцп та перюду натвропаду ГАМК в овочевих соках i напоях з пвдвищеним вмiстом у-амшомасляно1 кислоти з метою встановлення часу стерилiзaцil дослiджувaних консервiв при заданш темперaтурi для досягнення заданого вмюту ГАМК у готовому продуктi.
Викладання основного мaтерiaлу дослiдження
На основi aиaлiтичних та експериментальних дослiджень згвдно програми проведення дослiджень (рис.1) розроблена технолопя овочевих сок1в i напо1в з пiдвищеним вмiстом y-aмiномaсляноl кислоти, проведена промислова aпробaцiя розроблених технологш сок1в i напо1в, розроблено проект нормативних i технолопчних документiв та проведено розрахунок економiчноl ефективностi ввд проваджения розроблено1 технологй.
К1нцевим етапом у виробницга будь-якого виду консервiв е теплова стерилiзaцiя (пaстеризaцiя), що здшснюеться при рiзному температурному режимi i рiзнiй тривaлостi процесу. Оскшьки рецептури
розроблених сошв 1 напо!в з тдвищеним вмютом ГАМК за величиною рН та вмютом сухих речовин для мжробюлопчного контролю вщносяться до групи А (гарбузовий напш, морквяний та буряковий соки) з величиною рН 4,4±0,2 1 групи Б (томатний с1к), то стерил1зацш цих продукпв здшснюють при температур! 120°С. Тому нами було проведено дослщження впливу теплово! обробки модельних розчишв ГАМК у температурному пол 120°С на стутнь деструкцп ГАМК.
Рис. 1. Програма проведення дослвджень
Вщомо, що бшьшють амiнокислот стабшьт в умовах кислотного гiдролiзу бшшв (20 % розчин HCl, температура 105 °С). Такими амiнокислотами е серин, треонiн, тирозин, фенiлаланiн. При лужному гiдролiзi руйнуеться майже повнютю так1 амiнокислоти як цисте1н, цистин, метюнш, триптофан. Iнформацiйнi вiдомостi про руйнування ГАМК при рiзних показниках рН середовища вiдсутнi [18-20].
Для вивчення кинетики руйнування ГАМК у якосп модельного розчину обраний розчин з масовою часткою ГАМК 0,2 %, при рН = 3,0...7,0. Термiчна деструкцiя дослiджена (по аналоги з реальними умовами стерилiзацil овочевих консервiв) при температурi 120 °С i тривалостi 20..40 хв [2122].
Рис. 2. Змша вмкту ГАМК у в стацiонарному температурному полi (120 °С) 1 - рН = 3,0; 2 - рН = 4,0; 3 - рН = 6,5
Для досягнення заданого вмюту ГАМК у готовому продукп необхщно визначити константу швидкостi руйнування ГАМК (К), яка е зворотною величиною вщ Dt - час необх1дний для зниження вмiсту ГАМК на 90 % або у 10 разiв.
Руйнування ГАМК в стацюнарному температурному полi (120 °С) при значенш рН 3,0, 4,0 та 6,5 наведено на рис.2.
Крива змши вмюту ГАМК мае експоненшальний характер (окрiм криво! з рН = 3,0), тобто ввдповщае шнетиш хiмiчно! реакцi! першого порядку.
Для визначення константи швидкосп руйнування ГАМК (К) будували у напiвлогарифмiчнiй системi координат вiдповiдний графiк: на ос абсцис - тривалiсть проведення процесу, на осi ординат -^ у (% вмiст ГАМК), рис. 3.
2 1,9 1,8
£ 1,7 М 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1
1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220230240250260270280
Час, хв
Рис. 3. Крива змши вмкту ГАМК при температурi 120 °С i значенш рН = 4,0, рН = 6,5
Вихвдш та розрахунковi данш для визначення константи Б для температури 120 °С i значенш рН = 6,5 та рН = 4,0 наведено у табл. 1-2.
Таблиця 1
Bii\i.ini та розрахунковi даш визначення константи Б
п/п Вихвдш данш Розрахунковi данш Уточнеш координати
X У хУ х2
1 0 2,00 0 0 У1 = 1,99
2 10 1,93 19,3 100
3 20 1,87 37,4 400
4 30 1,85 55,5 900
5 40 1,81 72,4 1600 У5 = 1,8
п= 5 Е х = 100 Е у = 9,46 Е ху = 184,6 Е х2 = 3000
Константу ОрН=65 визначали граф1чно, як час проходження випрямлено! криво! одного логарифм1чного циклу: ОрН=65 = 217 хв, ввдповщно перюд нашврозпаду ГАМК становить Бх/2 = 108,5 хв (рис.3).
1
Константу швидкосп руйнування ГАМК (К) визначали розрахунковим шляхом, як К = —,
Б
К = 4,6*10-3 хв-1.
Ввдповвдш розрахунки проводили 1 при рН=4,0.
Таблиця 2
Вихрим та розрахумковi данi визначення константи Б
_для температури 120 °С i змачеммi рН = 4,0__
п/п Вихвдш данш Розрахунков! данш Уточнен! координати
X У хУ х2
1 0 2,00 0 0 У1 = 2,00
2 10 1,98 19,8 100
3 20 1,93 38,6 400
4 30 1,9 57 900
5 40 1,87 74,8 1600 У5 = 1,87
п= 5 Е х = 100 Е у = 9,68 Е ху = 190,2 Е х2 = 3000
Константу ОрН=4,0 визначаемо граф1чно як час проходження випрямлено! криво! одного логарифм!чного циклу: БрН=4,0 = 274 хв, ввдповщно пер!од нашврозпаду ГАМК становить Бх/2 = 137 хв (рис.3).
1
Константу швидкосп руйнування ГАМК (К) визначали розрахунковим шляхом, як К = —,
Б
К = 3,7*10-3 хв-1 [114-115].
З рис. 2 ! 3 та проведених розрахуншв видно, що чим нижча величина рН, тим вища ст!йк!сть ГАМК. Це сввдчить про те, що при рН розроблених сошв ! напо!в з п!двищеним вм!стом ГАМК у межах 4,0..4,5, втрати ГАМК протягом 40 хв (час власне стерил!зацп сок!в за чинними режимами) - не бшьше 30 %.
Висновки
1. На основ! аналтгичних та експериментальних досл!джень розроблена технолог!я овочевих сошв ! напо!в з п!двищеним вмютом у-ам!номасляно! кислоти.
2. Встановлено, що константа швидкосп руйнування у-амшомасляно! кислоти (К) найменша при температур! 120±2 °С, рН = 6,5 (К = 4,6*10-3 хв-1), тобто у-амшомасляна кислота е досить ст!йкою амшокислотою в умовах промислово! стерил!зац!! при р!зних показниках рН, що дозволяе отримати необх!дний вм!ст у-ам!номасляно! кислоти у готовому продукт! без додаткових витрат та без змш режиму теплово! обробки досл!джуваних сок!в ! напо!в.
Список використаноТ лiтератури
8. Преснякова, О. П. Проблемы производства и потребления соков [Текст] / О. П. Преснякова // Пиво и напитки. - 2004. - №6. - С. 4-5.
9. 2. Осипова, Л. А. Функциональные напитки [Текст] / Л.А. Осипова, Л.В. Капрельянц, О.Г. Бурдо. - О.: Друк, 2007. - 288 с.
10. Ермолаева, Г. А. Сырьё для сокосодержащих напитков [Текст] / Г . А. Ермолаева // Пиво и напитки. - 2003. - № 4. - С. 44- 45.
11. Варпаховская, И.В. Лекарства от всех болезней цивилизации [Текст] / И.В. Варпаховская, В.А. Сергеев // Ремедиум. - 2001. - № 7. - С.3 - 16.
12. Зубкова, К.В. Функцюнальш напо! в концепцп здорового харчування [Текст] / А.Т.Безусов, К.В.Зубкова // Харч. наука i технологiя. - 2012. - № 4(13). - С.11-14.
13. Пат. 2241036 Российская Федерация, МПК 7 С12Р 7/52, C12N 1/21, C12N 1/21, C12R1:19. Способ получения гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) [Текст] / Фомина С.А., Новикова А.Е., Лунц М.Г., Гусятинер М.М.; патентообладатель ЗАО «НИИ Аджиномото-Генетика». - № 2002116774/13; заявл. 25.06.2002; опубл. 27.11.2004.
14. 7. Глутаматдекарбоксилаза из Escherichia coli: експрессия гена gad A, очистка и свойства GADa [Текст] / А.А. Шульга, Е.Л. Дарий, Ф.Т. Курбанов и др. // Молекуляр. биология. - 1999. - №4. - С.560—566
15. Сухарева, Б.С. Глутаматдекарбоксилаза: макромолекулярная структура и каталитические свойства [Текст] / Б.С.Сухарева // Физико-химические проблемы ферментативного катализа / ред. Ю.М. Торчинский. - М., 1984. - С. 185-210.
16. 9. Христофоров, Р.Р. Реакции декарбоксилирования и побочного трансаминирования при взаимодействии глутаматдекарбоксилазы из Escherichia coli с аналогами субстрата, модифицированными по атомам C3 и C4 [Текст] / Р.Р. Христофоров, Б.С. Сухарева, Х.Б. Диксон // Биохимия. - 1996. - Т.61. - С.464—471.
17. 10. Preparation of y-aminobutyric acid using E. coli cells with high activity of glutamate decarboxylase [Text] / R.R Khristoforov, B.S. Sukhareva, H.B. Dixon et al. // Bioch. Molec.Biol. Intern. - 1995. -Vol. 36. - P. 77- 85.
18. 11. Губарев, E.M. Способ получения у-аминомасляной кислоты [Текст] / Е.М. Губарев // Биохимия. - 1960. - Т. 25, № 2. - С. 261-263.
19. Chessler, S.D. Alternative splicing of GAD67 results in the synthesis of a third from of glutamic-acid decarboxylase in human islets and other non-neceral tissues [Text] / S. Chessler, A. Lernmark // J. Biol.Chem. - 2000. - Vol. 7. - P. 5188—5192.
20. СССР, МКИ С07С 99/00, С07С N 799318 101/04, Ф61К31/195. Способ получения y-аминомасляной кислоты [Текст] / Р.П. Янушевичуте, А.-А.Б.Паулюконис, Б.С. Сухарева; ВНИИ приклад. энзимологии, ин-т молекул.биологии АН СССР. - №2819151/23-04; заявл. 17.09.79; опубл. 30.09.82, Бюл. №12.
21. Ершова, А.Н. Роль углекислого газа в регуляции состава жирних кислот фосфолипидных компонентов мембран растений в условиях дефицита кислорода [Текст] / А.Н. Ершова // Цитология. - 2001. - Т. 43, № 4. - С. 346-347.
22. Investigation of the enzymatic digestion of plant cell walls using reflectance Fourier Transform Infrared spectroscopy [Text] / J. Hopkinson [et al.] // Plant Cell Reports. - 1985. - Vol. 4. - P. 321-324.
23. Schwacke, D. Specific proline transporters in Arabidopsis and tomato [Text] / D. Schwacke, R. Frommer, B. Wolf // Plant Cell. - 1995. - No. 5. - P. 1099-1111.
24. Зубкова, К.В. Гипоксия как способ повышения концентрации у-аминомасляной кислоты [Текст] / К.В. Зубкова // Тезисы докладов VIII Международной научно-практической конференции «Техника и технология пищевых производств», 26-27 апреля 2012 г. -Могилев: УО «МГУП», 2012. - Ч.1. - С.75.
25. 18. Сухарева, Б.С. Глутаматдекарбоксилаза: структура и каталитические свойства [Текст] / Б.С. Сухарева, Е.Л. Дарий, Р.Р. Христофоров.// Успехи биол. химии. - 2001. - Т.41. -С.131-162.
26. Кретович, В.М. Техническая биохимия [Текст] / В.М. Кретович. - М.: Высш. шк., 1973. -456 с.
27. 20. Вартапетян, Б.Б. Учение об анаэробном стрессе растений - новое направление в экологической физиологии, биохимии и молекулярной биологии растений [Текст] / Б.Б. Вартапетян // Физиология растений. - 2005. - Т. 52. - С.931-953.
28. 21. Методичш вказiвки з розробки режимiв стерилiзацii та пастеризаци консервiв i консервованих нашвфабрикапв, яш виробляються шдприемствами Укра!ни: затв. заст. Мшстра АПК Укра!ни 17.09.1998 р. - К., 1998. - 117 с.
29. Плешков, Б.П. Практикум по биохимии растений [Текст] / Б.П. Плешков - М.: Колос, 1976. - 256 с.
