CC BY
108
Исследовали яблочный сок с высокой концентрацией микроорганизмов, который обрабатывали диоксидом углерода под давлением от 4,5 до 7,0 МПа в течение 40 мин при 25°С. Краткосрочная обработка сока дала незначительный эффект. Вероятно, в течение указанного времени происходила фиксация диоксида углерода микроорганизмами.
Увеличение продолжительности обработки яблочного сока диоксидом углерода при давлении 4,5 МПа и температурах 25 и 4’С дало положительный эффект. Гибель большей части микроорганизмов достигнута при 4°С на 9 дней раньше, чем при 25°С.
Таким образом, продолжительное действие диоксида углерода (2!-30 дней) губительно для микроорганизмов плодоовощных продуктов.
Основной недостаток описанного способа обработки — его дискретность, периодичность. Исходя из этого, изготовили непрерывнодействующую лабораторную установку для стерилизации соков. При определенной температуре сок предварительно насыщался диоксидом углерода под большим давлением, т.е. до достижения высоких концентраций СО‘2. Через сопло Лаваля пропускался инертный газ или воздух с давлением на входе 0,6-0,8 МПа. В результате дросселирования в зоне после критического сечения создается разрежение, равное 0,04—0,07 МПа. Одновременно с этим в зону разрежения через капиллярные вводы впрыскивался сок, насыщенный диоксидом углерода, под избыточным давлением 3-6 МПа. В зоне разрежения за счет разности парциальных давлений диоксид углерода, мгновенно ’’вскипая”, создает кавитационные явления, рвущие клеточные оболочки.
В эксперименте воздух нагнетался в промежуточную емкость — ресивер, снабженную маслосборником и осушителем влаги, охлаждался в теплообменнике, а затем с начальным давлением 0,9 МПа и температурой 25°С подавался в сопловой
аппарат. По достижении разрежения после крип: ческого сечения 0,04-0,07 МПа и сверхзвуковой скорости в канале сопла в зону разрежения впры скивали сок, предварительно инокулированный суспензией дрожжей Sacch. cerevisiae и насыщенный диоксидом углерода, под давлением 30 МПа и при температуре 25°С.
Проводили сравнительную микроскопию. Контролем служили клетки исходной дрожжевой суспензии. Они имели круглую или овальную форму многостороннее почкование. Оболочка клеток чет ко выражена, непосредственно прилегает к цитоп лазматической мембране. Цитоплазма в большей степени мелкозернистая, гомогенная. Крупное ядро имеет центральное расположение. Гликоген представлен небольшими зернами, равномерно расположенными по клетке.
Цитологическое исследование дрожжевых клеток после стерилизации показало, что во всех образцах дрожжи находились в сильно угнетенном состояний. Отмечено увеличение зернистости цитоплазмы, имелось значительное количество дрожжевых клеток с отмершими почками, часто ветре чались мертвые клетки с коагулированной цитоплазмой. Оболочка дрожжевых клеток выглядел:: извилистой, ядра имели неправильную форму. Значительно изменились размеры и форма дрожжевых клеток, 90% имели вытянутую, удлинен ную форму, нарушилась организация внутренне! структуры клеток.
вывод
Метод консервирования плодоовощных соков с помощью двуокиси углерода характеризуется большой эффективностью, микробиологической стабильностью продукта и дает возможность получить готовое изделие высокого качества.
Лаборатория микробиологических исследований Поступила 11.03.93
664.724:661.732.4
ПРОПИОНОВАЯ КИСЛОТА В МЕТАБОЛИЗМЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ
Т.Н. ПРУДНИКОВА, Ю.Ф. РОСЛЯКОВ
Кубанский государственный технологический университет
Пропионовая кислота ПК нашла широкое применение как за рубежом, так и в нашей стране в качестве консерванта влажного зерна различных культур — кукурузы, сорго, ячменя, используемого для фуражных целей 11].
В последние два десятилетия активно исследуется возможность использования ПК для консервирования зерна продовольственного назначения [2-4], в том числе риса [5-8]. Расширяется применение ПК в качестве консерванта продовольственных продуктов. Так, проводятся исследования по использованию ПК и ее солей в хлебопечении для предупреждения развития плесневых грибов, продления сроков хранения хлеба и мучных кондитерских изделий 10], сохранения бананов [11], арахиса [121 и предотвращения плесневения сыров [13].
Многочисленными исследованиями доказана безопасность применения ПК для консервирования многих пищевых и кормовых продуктов, что открывает широкую перспективу ее использования в качестве консерванта.
Пропионовая кислота в больших количествах вырабатывается у жвачных животных, у которых от 54 до 95% углеводов расщепляется в рубце и превращается в летучие карбоновые кислоты, достигающие количества 2-4,5 кг в сутки [14]. У коров, находящихся на сеноконцентратном рационе, в желудочно-кишечном тракте за сутки вырабатывается 870-1650 мг уксусной, 340-1160 г пропионовой, 240-450 г масляной кислот [14].
Пропионовая кислота является обязательным компонентом многих продуктов питания, в которых она накапливается в результате пропионово-кислого брожения. В процессе приготовления сырокопченых колбас в них образуется до 600-800 мг% ПК, придающей продукту специфический
вкус и аромат [15]. В плотных сырах типа Швейцарский содержание ПК доходит до 345 мг% при общем количестве летучих карбоновых кислот от 547 до 836 мг% [16, 17].
Превращение ПК в живых организмах проходит через образование ее активной формы — п^опио-нил-КоА, который образуется при непосредственном активировании ПК коферментом А (рис. 1) или в процессе /?-окисления жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов, появляющихся вследствие предшествующего а-окисления
[18]:
углеродных единиц. Этот путь состоит из конденсации ацетил-КоА и пропионил-КоА:
СНз
КоА—*СНз-СН2- I - СО - КоА СП
СНз
СНз • СО - КоА +1 - СО СН2
сн.
сн.
-соон
пропионовая кислота
сн—соон
СН,
СН2—СО-
СІІП
• КоА
акриловая кислота *-Н20
1+ь
пропионил- КоА
1 ±со2
НО-
-соон
-СН-
I
СНз
молочная кислота
ноос-
1!
-сн-
I
-СО-— КоА
СНз
метилмалонил-
КоА
При этом до конденсации происходит карбокси-лирование пропионил-КоА до метилмалонил-КоА, последующее декарбоксилирование и восстановление которого дают ацил-КоА — производные с метильной группой в ^-положении. Образовавшееся соединение является промежуточным продуктом при синтезе разветвленных жирных кислот. Пропионовая кислота может принимать участие в
синтезе аланина. Один из путей синтеза — ами-нирование акрилил-КоА.
СН2 = СН - COO' + NH3— * СН3 - СН - СОО'
I
акрилил-КоА МН2 аланин
Авторы [20] считают, что пропионил-КоА не
можег подвергаться ^-окислению, а его превращения протекают по схеме, изображенной на рис. 2.
ФАД <£4Д 8Н
НяС —СНг— СО— КоА пропионил- КоА
I!
=с — I
СП;
СООН
ноос—сн2
-сн,
-со— Ко А
пировиноградная
кислота
С 18 : О
С 17 :0
сукцинип
Рис. 1 ------► 7 С 2 : о
/3-окис- ацетил-ление КоА
КоА
С з : 0
пропио-
нил-
КоА
Н2С = СН— СО-акрилил КоА
КоА
НгО
\у
"ТГгО
- гидроксилропионо— яая кислота
tk-
NAD
Г---NADH. Н +
онс— сн2 —соон
малоновый полу-альдегид
HSKoA
HSKoA
-X
I Т
НО—Щ — CR,— СО —
Р гидроксипропионил-КоА
NAD
\ +
NACHH
Рис. 2
С0г + СН3— СО— КоА ацетил КоА
Первоначально пропионил-КоА окисляется под действием фермента ацетил-КоА-дегидрогеназа до акрилил-КоА, к молекуле которого присоединяется
Трехуглеродная пропионильная группа образуется также при расщеплении изопреноидных соединений, изолейцина, валина, треонина и метионина [19]:
метионин
а-кетомасляная кислота
пропионил-Ко
метилмалонил-КоА.
изолеицин
сукцинил-КоА
Сукцинил-КоА далее подвергается реакции деа-цилирования, катализируемой сукционилтиоки-назой с образованием янтарной кислоты, способной включаться в классический цикл Кребса [20, 21].
Активная форма ПК — пропионил-КоА принимает участие в образовании разветвленных пяти-
НаС СОО
\г/ СН,
пропионат ATP |
СО— КоА
НзС —СН?
прописки л- КоА
акрилил - КоА
1+
Г
НгО
КоА
НО— СН,—СНг р- оксипропио- |_2н
0= СН—СН^ ыалоновый по-луальдегид
+
г
■сн
I-
2H 10— КоА
ООС — CHj
малонил-- КоА
НзС— СО “ ацетил- КоА
Рис. 3
-*-со8
-КоА
вода по месту двойной связи с образованием Д-гид-роксипропионил-КоА. Реакция катализируется ферментом еноил-КоА-гидратаза. Оба эти фермента являются ферментами ^-окисления.
Молекула гидроксипропионил-КоА далее гидролизуется по месту тиоэфирной связи под действием фермента гидроксипропионил-КоА-гидратаза. Образовавшаяся при этом гидроксипропионовая кислота восстанавливается до малонового полуаль-дегида ИАО-зависимой гидроксипропионат-дегид-рогеназой. Малоновый полуальдегид подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА. Реакцию катализирует фермент дегидрогеназа полуальдегида малоновой кислоты.
Наоборот, автор [19] считает, что наиболее вероятным путем метаболизма пропионил-КоА является его дальнейшее ^-окисление с образованием КоА-производного малонового полуальдегида, который далее окисляется в малонил-КоА-кетокисло-ту, при декарбоксилировании которой образуется ацетил-КоА (рис. 3).
Однако высшие животные организмы, несмотря на простоту /?-окислительного пути метаболизма пропионата, используют более сложный метилма-лонильный путь. Это один из известных процессов, протекающих у высших животных с участием витамина В12. Витамин В12-цианкобаламин не встречается в высших растениях, поэтому последние не
СН,
-СНР
со-
прописшил— КоА
СО,
■КоА
АТФ
АДФ + Рм
сосг
Н3С—с — СО— КоА !
Н
S-метилмалонил- КоА рацемаза
Н
!
НЭС---с---СО— КоА
I
С00~
(R)—метилмалонил—КоА витамин Biz кофермент
оос—CHS
сн.
со-
КоА
сукцинил- КоА + Н20
ООС—СН2 — СНг-сукцинат
УТФ
СОО"
могут использовать метилмалонильный путь метаболизма пропионата [19].
Метилмалонильный путь диссимиляции пропи-онил-КоА (рис. 4) начинается с биотин- и АТФ-за-висимого карбоксилирования пропионата. Биотин служит переносчиком карбоксильных групп в ряде реакций /?-карбоксилирования. Биотин-зависимая карбоксилаза присоединяет карбоксильную группу
в положение, указанное стрелкой на структурной формуле:
С02
СН3
Н2С - СО - КоА .
Образующийся при этом S-метилмалонил-КоА изомеризуется в й-метилмалонил-КоА, который далее превращается в сукцинил-КоА [19]. На этой стадии роль фермента выполняет витамин В12. Сукцинил-КоА, гидролизуясь, переходит в свободный сукцинат. Образующийся при этом УТФ компенсирует затраченный вначале АТФ.
Сукцинат далее путем модифицированного ^-окисления превращается в оксалоацетат, который декарбоксилируется в пируват {фактически
"оос—ел к — сн, — соо~
сукцинат АТФ
HSKoA
-ООС—СНо — СН, — СО— КоА сукцинил- КоА | 2Н
■'ООС — СН — СИ —СО—КоА фумнрил КоА
| гНгО
т
“ООС— СН — СН , — СО — КоА 1
ОН
Г
"ООС—С —СН „ — СО—Кол
I!
о
оксалоацетил- КоА
НиС—С —СО — КоА
II
О
HSKoA | , Нг0 НзС—с —СО ОН
II
о
пируват
Рис, 4
удаляется СО2, присоединившийся на начальной стадии) (рис. 5).
Образовавшийся пируват путем окислительного декарбоксилирования превращается в ацетил-КоА, который далее диссимилирует в цикле Кребса.
Описанный путь превращения пропионил-КоА довольно сложен: можно было бы предположить, что он должен быть проще и короче — ведь промежуточные продукты диссимиляции пропионата могли бы включаться в цикл Кребса через сукцинат или оксалоацетат. Однако пока нет однозначного ответа на это вопрос.
Предполагается, что образовавшийся промежуточный продукт р-окислительного метаболизма -— малонил-КоА — одновременно является промежуточным продуктом биосинтеза жирных кислот. Возможно, что накопление больших количеств ма-лонил-КоА приведет к нарушению метаболизма липидов. С другой стороны, происходящее вначале присоединение СО2, сопровождающееся потреблением АТФ, делает метилмалонильный путь более похожим на биосинтез, чем на диссимиляцию. Метилмалонильный путь позволяет осуществлять весьма трудное в химическом отношении превращение пропионата в оксалоацетат.
Как видно из схем метаболизма ПК (рис. 1-5), продуктами ее превращения являются кислоты цикла Кребса: пировиноградная (пируват) — А, уксусная в виде ацетил-КоА — В, янтарная (сукцинат) — С (рис. 6).
бактерий, осуществляющих пропионово-кислое брожение (рис. 7).
тов»* С—С О ОН
Рис. 6
Поэтому ПК свободно включается в цикл Кребса, имеющий место в метаболизме животных организмов, и используется как энергетический продукт. При этом она полностью окисляется до углекислого газа и воды с выделением энергии в количестве 4957 кал /г.
Описанные превращения ПК протекают в различных тканях млекопитающих, а также в клетках некоторых микроорганизмов, в том числе и у
ГЛЮКОЗЫ
і
пируват-;
-♦^ацетил— КоА | АТФ
Реакции цикла Кребса (в обратной последовательности)
оксалоацетат
▼
ацетат
сукцинат
АТФ^"
•НЭКоА
сухими ил— КоА
мутаза, функционирующая с витамином В12 в качестве кофермента
метилмалонил- КоА рацемаэа
У
метилмалонил- КоА
иропионил— КоА
I
т
пропионат
Рис. 7
Пропионово-кислые бактерии Ргор'юпоЬас1епа ]/1е11опе11а, особенно многочисленные в рубце жвачных животных, сбраживают углеводы в летучие органические кислоты. Основу пропионово-кислого брожения составляют превращения пиру-вата в оксалоацетат путем карбоксилирования с дальнейшим превращением через сукцинат и сук-цинил-КоА в метилмалонил-КоА и пропионил-КоА. Эти реакции образуют последовательность, противоположную той, которая проходит при ме-
ный путь.
Таким образом, ПК является активным метаболитом растительных, животных и микроорганизмов, что определяет возможность ее использования не только для консервирования фуражного зерна, но и зерна продовольственного назначения.
По данным Всемирной организации здравоохранения, ПК является пищевой добавкой, безусловно допустимая доза которой для человека составляет 10-20 мг на 1 кг массы в сутки. С 1973 г. ФАО/ВОЗ официально разрешила применение ПК в качестве консерванта для пищевых продуктов [23]. Медико-биологическая проверка подтвердила безопасность допустимых доз ПК для живых организмов [24]. На основании проведенных исследований [6, 24] Министерство здравоохранения дало разрешение на использование ПК в качестве консерванта для продовольственного зерна риса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лурье В.М,, Анискин В.И., Березиньш Э.Р. Химическое консервирование влажного фуражного зерна. — М.: ВНИИТЭИсельхоз, 1977. — 62 с.
2. Журавлев А.И. Исследование влияния пропионовой кислоты на биохимические и технологические свойства подсолнечных семян: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Краснодар: КПИ, 1974. — 23 с.
3. Дорошева Е.Н., Давиденко Е.К., Орлова 3.3. и др. Влияние обработки зерна свежеубранной кукурузы пропионовой кислотой на технологические свойства при переработке в крахмал // Тр. НИИзерна и продуктов его переработки. — 1984. — № 106. — С. 32-34.
4. Дорошева Е.Н., Рязаацева М.И., Давиденко Е.К. Влияние консервации на биохимические показатели зерна кукурузы при хранении. — Деп. в ЦНИИТЭИзаготовок, 1984, № 4363-84 Деп.
5. Taki М. Propionic acid treatment of paddy rice by means of a new dossing method / / Meddeieise. — 1977. — № 29.
— 98 p.
6. Росляков Ю.Ф. Исследование и разработка способа консервирования влажного зерна риса пропионовой кислотой: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — М., 1977. — 30 с.
7. Косгрова Е.И., Додонова Л.Н., Боцманоза Е.В. Изменение крупяных достоинств риса-зерна различной влажно-сти при консервировании пропионовой кислотой. — Деп. в ЦНИИТЭИзаготовок, 1982, № 228 ЗГ-Д-82.
8. Росляков Ю.Ф,, Буряк Е.С. Консервирование риса-зерна оптимальной влажности / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1986. — № 6. — С. 20-23.
9. Hartog B.J., Kuik D. Mycolodical studies on dutch rue-bread / / Microbiol. Assoc, and Interactions Food. Proc. 12-th Int. Lums — ICFMH Symp., Budapest, 12-15 July, 1983. — Budapest, 1984. — P. 241-251.
10. Marini S. Dosaggio del! acido propionico prodotti da forno rapid о metodo in GLC. Fechmolit. — 1989. — 40, — № 9.
— P. 700-70!.
11. Ved Ratn, Dharam Vir. Efficary of fungicides. XXXV Relative evaluation of various post-harves Chemical treatments against spoilage of banana fruits caused by Curvicaria Lunata / / Indian Phytopathoi. — 1986. — 39.
— № 4. — P. 594-595.
12. Vir Dharam, Naidya Anjali. Changes in oil in stored groundnut due to Aspergillus niger and A. flavus / / Indian Phytopathoi. — 1989. — 42. — № 4. — P. 133-140.
13. Propionic Asid / Rogerson Scott / / Proc. Mar. safety couns. — 1988. — 45. — № 6. — P. 204-205 (№ 7, ч. Ill, реф. 7P125, 1989).
14. Петрухии И.В. Корма и кормовые добавки: Справочник.
— М.: Госагропромиздат, 1989. — 526 с.
15. Соколов А.В., Ленцова J1.B. Эффективность применения молочнокислых и денитрифицирующих микроорганизмов при производстве сыровяленых колбас // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1972. — № 4. — С. 92-94.
16. Граннкков Д.А. Советский сыр. —М.: Пкшевая пром-сть, 1972. — 250 с.
17. Ельцова М.В, Накопление вкусовых ароматических веществ в процессе созревания сыра: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Вологда-Молочное, 1961.
18. Боннер Д., Варнео Д. Биохимия растений / Пер. с англ.
— М.: Мир, 1968. — 624 с.
19. Мецлер Д. Биохимия / Пер. с англ. — М.: Мир, 1980.
20. Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений. —
М.: Мир, 1986. '
21. Ленинджер А. Биохимия / Пер. с англ. В 2-х т. — М.: Мир, 1974. — 957 с.
22. Спецификации для установления идентичности и чистоты пищевых добавок и их токсикологическая оценка. Некоторые противомикробные средства, антиокислители, эмульгаторы, стабилизирующие средства, вещества для обработки муки, кислоты и основания. Сер. техн. докл. ВОЗ № 339, сер. докл. на заседаниях ФАО по вопросам питания № 40: 9-й докл. объединенного комитета экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (Рим, 13-20 дек. 1965 г.). — Женева, 1968.
23. Codex aiimentarius commission. List of additives evacuaded for their safety-inussein food. Fiirs series. Food and agriculture organization of the united nations world health organization. FAC CAC/FA1 I, 1973.
24. Буряк Е.С Биохимическое обоснование и разработка способа химического консервирования риса-зерна оптимальной технологической влажности: Автореф. дис. ... канд. техи. наук. — Краснодар: ЮПИ, 1987. — 24 с.
Кафедра биохимии и технической микробиологии
Поступила 08.04.93
