CC BY
112
573.6.086.83+664.7.664.38
РАСТВОРИМОСТЬ И ВЫХОД БЕЛКОВ РИСОВОЙ МУКИ В ПРИСУТСТВИИ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ
ФАН КУИНЬ ЧАМ, В.В. КОЛПАКОВА
Московский государственный университет пищевых производств,
125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, 11; факс: (499) 158-03-71, электронная почта: [email protected]
Представлены результаты исследования процесса получения белковых концентратов из белозерного и краснозерного коричневого риса с применением ферментных препаратов амилолитического и ксиланазного действия. Подобраны оптимальные условия экстрагирования рисовых белков в растворах кислоты, изучено влияние ферментативной обработки рисовой муки амилазой и ксиланазой на выход белковых веществ с применением осаждения в изоэлектрической точке и в присутствии соли.
Ключевые слова: рисовая мука, белки, ферментные препараты, растворимость, осаждение, выход белков.
По сравнению с белками других хлебных злаков рисовый белок обладает более высокой питательной ценностью и сравнительно хорошо сбалансированным аминокислотным составом (содержание лизина - около 3,5% от общего количества белка) [1]. Белок хорошо усваивается организмом, коэффициент усвояемости равен 95,9%; содержит все восемь важнейших для организма аминокислот; обладает гипоаллергенным свойством, что позволяет использовать белковые концентрированные препараты при производстве диетических или функциональных продуктов питания.
Известны разработки методов выделения и модификации различных компонентов риса с применением ферментных препаратов. Авторы [2, 3] частично солюбилизировали рисовую муку под действием а-амилазы и выделили препарат с содержанием белка около 90%. Рисовая мука обрабатывалась ферментным препаратом в течение 2 ч при 97°С, продукт отфильтровывался, отделялся от растворимых веществ кипящей водой, в результате чего белок денатурировался, однако выход и функциональные свойства его при этом были недостаточно высокими.
При переработке рисовой муки с применением комплексных энзимных препаратов [4] мука последовательно обрабатывалась термостабильной а-амилазой, глюкоамилазой, гемицеллюлазой, отделялась от растворимых веществ, оставшийся продукт принимался за концентрат с содержанием белка до 76% от общей его массы.
Рисовые белки относительно трудно выделяются из сырья, так как молекулы основной фракции - глютели-нов - состоят не менее чем из двух типов субъединиц, прочно соединенных между собой дисульфидными связями [5, 6]. Извлекаемые белки полностью не растворяются в большинстве растворителей; исключение составляет щелочь, способная необратимо изменять структуру полимеров, следовательно, менять питательную ценность и функциональные свойства.
В литературе недостаточно информации о способах получения коммерческих препаратов белка, позволяющих максимально экстрагировать биополимер без зна-
чительных денатурирующих изменений и с хорошими функциональными свойствами.
Цель данной работы - исследование растворимости и выхода белков из белозерного и краснозерного коричневого риса для последующей разработки биотехнологического способа выделения белковых концентратов с высокой биологической ценностью.
Объектами исследований была мука 1-го сорта, произведенная из длиннозерного риса сорта «Гао там» компанией Хай Иен (Вьетнам), и мука из краснозерного вьетнамского риса «Тхай Зыонг», имеющего коричневый оттенок. Муку получали на оборудовании ВНИИЗ РАСХН измельчением зерна с проходом через сито № 43ПА-70 (ТУ 9293-010-00932169-96).
Для экстракции белков применяли уксусную (ГОСТ 61-75), соляную (ГОСТ 3118-77) кислоты, хлорид натрия (ГОСТ 13830-97), этанол (ГОСТ 18300-72), гидроксид натрия (ГОСТ 2263-79), трехза-мещенный цитрат кальция (Е 333) с содержанием основного вещества 99,9% (санитарное эпидемическое заключение: 77.99.269.У.9082.10.08 от 22.10.2008). В качестве материалов использовали ферментные препараты грибного происхождения производства фирмы Новозаймс: Фунгамил 2500 (эндоамилаза) - с амило-литической способностью 2500 ед. АС/г, гидролизующий а-1,4-связи с оптимальными условиями действия при рН 5,5-6,0 и температуре 65-70°С; Шеарзим 500 Л с грибной ксиланазной активностью (ГКА) 500 ед./г (условия действия: рН 4,5-5,5, температура 60-70°С); комплексный препарат Фунгамил Супер АХ с активностью 2500 ед. АС/г и ГКА 500 ед./г при рН 4,5-5,5 и температуре 55-60°С.
Массовую долю влаги в рисовой муке определяли по ГОСТ 9793-74, массовую долю общего белка - методом Кьельдаля [7], массовую долю жира - в аппарате Сокслета с гексаном [8], зольность анализировали ускоренным методом [7]. Содержание крахмала и восстанавливающих сахаров анализировали методом Бертрана [7, 9], клетчатки - по Кюршнеру и Ганеку [7], общее количество гемицеллюлоз определяли с гидролизом
2%-й соляной кислотой и последующим анализом сахаров по методу Бертрана [7].
Для определения фракционного состава белков муку обезжиривали исчерпывающей экстракцией гексаном на холоду. После этого в течение 2 ч при 160 об/мин и температуре 25°С муку дважды последовательно встряхивали с дистиллированной водой, 5%-м раствором хлорида натрия, 70%-м раствором этанола и 0,02 М раствором едкого натра для перевода в раствор, соответственно, альбуминов, глобулинов, проламинов и глютелинов. Суспензию муки в течение 15 мин центрифугировали при 7000 об/мин, затем два супернатанта с каждым растворителем объединяли и определяли в них содержание белка. Перед экстрагированием про-ламинов остаток муки дважды промывали холодной (4°С) дистиллированной водой для удаления следов соли.
На первом этапе работы исследовали химический состав рисовой муки, полученной из белозерного и краснозерного коричневого зерна (табл. 1). Установлено, что основная доля в муке приходилась на крахмал, меньшее количество - на белок и гемицеллюлозы, незначительно содержание клетчатки, зольных элементов и жира, что в целом соответствует литературным данным химического состава риса [10-12]. Мука из краснозерного риса содержала в 1,56 раза больше белковых веществ, в 2 раза больше зольных элементов, на 9,6% меньше крахмала, в 1,5 раза меньше жира и клетчатки по сравнению с мукой из белозерного риса. Эти результаты могут быть обусловлены видовыми, сортовыми особенностями, почвенными или климатическими условиями выращивания зерна.
Таблица 1
Химический состав Массовая доля, г/100 г муки
Белозерный рис Краснозерный рис
Влага 12,00 12,70
Белок 9,08 14,16
Жир 0,90 0,60
Крахмал 70,20 64,00
Восстанавливающие сахара 0,11 0,20
Клетчатка 0,60 0,30
Гемицеллюлозы 6,00 6,44
Зола 0,80 1,60
Определение фракционного состава белков муки, полученной из белозерного риса, показало, что в раствор переходит 99,68% от общего их количества. Основная масса белков представлена глютелинами (ори-зенин) - 79,64%, массовые доли альбуминов, глобулинов - 4,1 и 12,6%, незначительное количество белка приходилось на спирторастворимую фракцию (прола-мины) - 3,58%.
Далее нами была исследована растворимость белков в растворах соляной и уксусной кислот при различной их концентрации с целью дальнейшего выделения в виде препаратов и изучения функциональных свойств полимеров.
Методика определения растворимости белков в растворах кислот была аналогична методике определе-
ния фракционного состава, с той разницей, что двукратную обработку муки растворами кислот проводили без предварительного удаления альбуминов, глобулинов и проламинов, так как эти белки хорошо растворяются в кислых средах. Общее их количество, по данным фракционного состава, в исследованной муке составило 20,36%.
Установлено, что чем выше концентрация растворов кислот, тем выше растворимость белков. Так, в растворах уксусной кислоты растворимость повышалась с 10,1 до 20,2%, в растворах соляной кислоты - с 40 до 59%, что можно объяснить большей константой диссоциации второй кислоты по сравнению с первой.
Сравнение данных растворимости с фракционным составом белков свидетельствует, что в растворах
0,005-0,025 н уксусной кислоты глютелин риса совсем не растворяется, максимальное количество белка в растворах составило 20,2%, что соответствует сумме альбуминов, глобулинов и проламинов (табл. 2).
Таблица 2
Нормальность кислоты, н Растворимость белков муки, % от общей массы
НС1 СН3СООН
0,0050 40,30 ± 0,8 10,10 ± 0,7
0,0075 56,20 ± 1,0 16,20 ± 0,6
0,0100 59,00 ± 1,0 20,20 ± 1,2
0,0250 58,00 ± 1,1 20,18 ± 1,2
Из полученных результатов следует, что наряду с альбуминами, глобулинами, проламинами в состав рисовой муки входит растворимый глютелин (оризенин) в количестве от 20 до 39% белка от общей его массы в сырье, реагентом для которого является 0,01 н раствор соляной кислоты. На долю нерастворимого глютелина приходится 40-42% от общего количества белков.
Учитывая, что в рисовой муке содержится значительное количество крахмала и гемицеллюлоз, которые могут взаимодействовать с белками, поставили задачу повысить растворимость полимеров за счет использования гидролитических ферментов (амилаза, ксиланаза), катализирующих в полисахаридах разрыв гликозидных связей и облегчающих доступ растворителей к белкам. С этой целью исследовали различные схемы обработки рисовой муки ферментными препаратами (табл. 3). Контролем служил образец, обработанный 0,01 н раствором соляной кислоты.
В соответствии с первой схемой перед экстрагированием соляной кислотой муку обрабатывали ферментным препаратом Фунгамил 2500 при гидромодуле
1 : 7, рН 5,8-6,0, температуре 70°С, дозе 0,1% к массе сырья и времени 90 мин. По второй схеме после обработки Шеарзимом 500 Л в течение 2 ч при дозе 60 ед./г сырья, гидромодуле 1 : 6, температуре 70°С и рН 4,8 белки экстрагировали 0,01 н раствором соляной кислоты.
В третьей схеме мука обрабатывалась последовательно ферментными препаратами Фунгамил 2500, Шеарзим 500 Л при вышеуказанных режимах, после чего белки экстрагировали соляной кислотой при тех же параметрах. Последняя схема включала обработку
Таблица 3
Способ обработки рисовой муки
Растворимость белка, % от общего количества
Раствор соляной кислоты 0,01 н (контроль)
Фунгамил 2500 + 0,01 н HCl Шеарзим 500 Л + 0,01 н HCl Фунгамил 2500 + Шеарзим 500 Л +
0,01 н HCl
Фунгамил Супер AX + 0,01 н HCl
59 ± 1 65 ± 1 80 ± 2
92 ± 1 92 ± 2
ферментным препаратом Фунгамил Супер AX, содержащим амилазу и ксиланазу при дозе 60 ед./г в течение
2 ч и оптимальных условиях: рН 4,8, температура 60°С.
Из табл. 3 видно, что в присутствии Фунгамила 2500 растворимость белков повысилась на 6% по сравнению с контролем; при обработке Шеарзимом 500 Л растворимость увеличивалась на 21%; при совместном действии его с Фунгамилом 2500 и с препаратом Фунгамил Супер AX - на 34%. Общий выход белков после обработки сырья по двум последним схемам составил 91-94% от общего количества в сырье.
Исследованиями осаждения экстрагированного белка при различных значениях рН была установлена его изоэлектрическая точка. После начала коагуляции белков экстракт выдерживали 30 мин при 4°С для образования коллоидных агрегатов, после чего раствор центрифугировали при 7000 об/мин в течение 15 мин. Из рис. 1 видно, что осаждением белков в изоэлектри-ческой точке рН 7,41 можно получить белок с наибольшим выходом 91-92% от общего количества белка в растворе или около 84-85% от общей массы белка в сырье.
Для повышения выхода белка из 0,01 н раствора НС1 на стадии осаждения исследовано влияние различной концентрации трехзамещенного цитрата кальция на выпадение его в осадок и показано, что максимальная степень осаждения белка достигалась при концентрации соли в растворе 10-20% и составляла всего 50% от общего количества его в растворе (рис. 2). При дальнейшем увеличении содержания цитрата кальция степень осаждения белков уменьшалась, что, видимо, вызвано перезарядкой из молекул и, следовательно, большей растворимостью соли в концентрированных растворах.
Массовая доля трехзамещенного цитрата кальция, %
Рис. 2
Результаты показали, что при использовании трех-замещенного цитрата кальция, по сравнению с осаждением в изоэлектрической точке, степень выпадения белков в осадок не увеличивалась, поэтому было проведено комбинированное осаждение белков в изоэлек-трической точке с одновременным воздействием соли. Установлено (рис. 3), что при использовании 2% цитрата кальция в изоэлектрической точке (рН 7,4) выход белков достигал 96% от общего количества в растворе, что составило 88% от общего количества в сырье.
Аналогичные исследования с применением ферментных препаратов Фунгамил 2500, Шеарзим 500 Л и Фунгамил Супер АХ по используемым схемам проведены для муки, полученной из краснозерного коричневого риса. Установлено, что значения растворимости и выхода белков отличались от соответствующих значений для белозерного риса и составляли 64 и 59% от общего количества их в сырье соответственно. Меньшие значения показателей можно объяснить различиями в физико-химических свойствах белков двух видов риса и степени их взаимодействия с другими соединениями сырья.
ВЫВОДЫ
1. Химический состав муки из краснозерного риса характеризуется по сравнению с мукой из белозерного риса в 1,5 раза большим содержанием белка, в 2 раза большим содержанием зольных элементов, меньшими массовыми долями крахмала - на 9,6% и жира - в 2 раза.
pH
Массовая доля трехзамещенного цитрата кальция,‘
Рис. 1
Рис. 3
2. В состав белков белозерного риса, наряду с альбуминами, глобулинами, проламинами и общим глюте-лином, входил растворимый в соляной кислоте глюте-лин в количестве 20-39% от общего количества белков в муке.
3. С применением ферментных препаратов амило-литического и ксиланазного действия растворимость белков рисовой муки в растворах 0,01 н соляной кислоты достигала 90-92% от общего количества их в сырье.
4. При осаждении белков в изоэлектрической точке ^H 7,4) и воздействии трехзамещенного цитрата кальция выход белков для рисовой муки из белозерного риса достиг 91-92% от общего содержания их в растворе, что составляет около 88-89% от общей массы их в сырье, для краснозерного коричневого риса - 64 и 59% соответственно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хосни P.K. Зерно и зєрнопродуктьі. - СПб.: Профессия, 2006. - 336 с.
2. Morita T., Kiriyama S. Mass production method for rice protein isolate and nutritional evaluation // J. Food Sci. - 1993. - № 58. -Р.1393-1396.
3. Hansen L.P., Hosek R., Callan M., Jones F.T. The
development of high-protein rice flour for early childhood feeding // Food Technol. - 1981. - № 35. - P. 38-42.
4. Shih F., Daigle K. Use of enzymes for the separation of protein from rice flour // Cereal Chem. - 1997. - № 74. - P. 437-441.
5. Tecson E.M.S., Esmana B.V., Lontok L.P., Juliano B.O. Studies on the extraction and composition of rice endosperm: glutelin and prolamine // Cereal Chem. - 1971. - № 48. - P. 186-191.
6. Luthe D.S. Storage protein accumulation in developing rice seeds // Plant Sci. Lett. - 1983. - № 32. - P. 147-158.
7. Методы биохимического исследования растений / А.И. Ермаков, В.Е. Арасимович, М.И. Смирнова-Иконникова и др. - Л.: Колос, 1972. - 456 с.
8. Шапиро Д.К. Пратикум по биологической химии. -Минск: Вышейшая школа, 1976. - 287 с.
9. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. - М.: Колос, 1985. - 255 с.
10. Science of the Rice Plant (Vol. 2). Morphology / Takane Matsuo, Masaharu Shimizu, Shigesaburo Tsunoda et al. // Rural Culture Association, Tokyo. 1995. - 1246 p.
11. Скурихин И.М., Волгарев M.H. Химический состав пищевых продуктов. Кн. 1. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиз-дат, 1987. - 213 с.
12. Protein extraction and preparation of protein hydrolysates from rice with low phenylalanine content / M.P.C. Silvestre, C.R. Vieira, M.R. Silva et al. // Asian J. Sci. Res. - 2009. - № 2. - P. 146-154.
Поступила 27.02.12 г.
SOLUBILITY AND PROTEIN YIELD OF RICE FLOUR IN THE PRESENCE
OF ENZYME PREPARATIONS
PHAN QUYNH TRAM, V.V. KOLPAKOVA
Moscow State University of Food Production,
11, Volokolamskoe shosse, Moscow, 125080; fax: (499) 158-03-71; e-mail: [email protected]
The investigation results of obtaining protein concentrates from white and red (brown) rice using amylolytic and xylanase enzymes are presented. The optimum conditions of extraction of rice proteins were selected in acid solution, the influence of amylase and xylanase treatment of rice flour on the yield of proteins with isoelectric point precipitation in the presence of salt was studied.
Key words: rice flour, proteins, enzymes, solubility, precipitation, yield of protein.
665.334.94:631.524.6
ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СЕМЯН РАПСА СОВРЕМЕННЫХ СЕЛЕКЦИОННЫХ СОРТОВ
Л.А. МХИТАРЬЯНЦ, Г.А. МХИТАРЬЯНЦ, А.Н. МАРАШЕВА, Т.И. ТИМОФЕЕНКО
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; тел.: (861) 275-24-93, электронная почта: [email protected]
Приведены данные по пищевой ценности новых районированных сортов семян рапса, особенностям состава содержащихся в них белковых веществ, липидов, углеводов. Дана сравнительная оценка биологической эффективности без-эрукового рапсового и подсолнечного масел.
Ключевые слова: семена рапса, тиогликозиды, белковые вещества, липиды, жирные кислоты, рапсовое масло, подсолнечное масло, пищевая ценность.
Рапс - одна из наиболее распространенных маслич- их количество в семенах рапса может достигать
ных культур. Особенностью его семян является нали- 180-200 мкмоль/г семян. Из тиогликозидов в семенах
чие в белково-полисахаридной части тиогликозидов, а наиболее широко представлены глюконапин, глюкоб-
в липидной - эруковой кислоты, которые оказывают рассиконапин и прогоитрин. Под действием фермен-
неблагоприятное влияние на организм [1, 2]. тов семени и пищеварительного тракта человека и жи-
Тиогликозиды представляют собой водораствори- вотных при благоприятных условиях среды они расще-
мые термостабильные вещества, содержащие серу, пляются с образованием различных веществ: изотио-
