CC BY
83
573.6.086.83:504
СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ СВИНЦА В ЗЕРНЕ ПШЕНИЦЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗЕРНОВОГО ХЛЕБА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА
Е.А. КУЗНЕЦОВА, С.М. МОТЫЛЕВА
Орловский государственный технический университет Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур
Основным компонентом химического загрязнения окружающей среды является свинец, поэтому его концентрация в растительности некоторых стран заметно возросла в последние десятилетия, что негативно сказывается на состоянии здоровья населения, особенно умственном развитии детей [1, 2].
Свинец поступает в атмосферу в результате эксплуатации автомобильного транспорта и с выбросами металлургических предприятий. Загрязнение атмосферы в Орловской области в основном обусловлено выбросами сталепрокатного завода и Мценского завода алюминиевого литья: ПДВ в атмосферу свинца 0,43 и 108,4 г/ч соответственно [3].
Почва также может стать источником поступления металла в растительную продукцию, если содержание свинца превышает фоновый уровень, установленный для данного типа почв [4].
Цель настоящего исследования - определение содержания свинца в почвах Орловской области и зерне пшеницы, произрастающей на этих почвах, а также изучение возможности снижения содержания свинца в зерне пшеницы при производстве зернового хлеба путем использования процесса ферментативного гидролиза .
В качестве объекта исследования выбраны типичные участки сельскохозяйственных угодий и урожай пшеницы сорта Мироновская 808.
Отбор почвенных проб осуществляли методом диагональных ходов. Средняя проба составлялась из 10-12 уколов буром. Пробы зерна пшеницы отбирали на тех же участках, что и пробы почвы. Объединенная проба зерна пшеницы - 0,5 кг натуральной влажности - составлялась из 10-12 точечных.
Отбор проб почв и зерна проводили в соответствии с методическими указаниями по определению тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства [5].
Валовое содержание свинца в почве определяли после полного разложения силикатной матрицы смесью азотной, соляной и фтористоводородной кислот по общепринятым методикам.
Для перевода в раствор проб зерна использовали метод мокрого озоления органической части матрицы
материала смесью концентрированных азотной и хлорной кислот в соотношении 3 : 1.
Содержание свинца в биоматериале определяли традиционным методом атомно-абсорбционной спек-трофотометрии в воздушно-ацетиленовом пламени на приборе фирмы Хитачи (Япония) [6] с дейтериевым корректором фона и альтернативным методом ВЭЖХ на приборе серии Милихром-5 [7]. Метод ВЭЖХ позволяет использовать современное отечественное хроматографическое оборудование, хорошо сочетаемое с вычислительной техникой. Сущность этой методики заключается во взаимодействии ионов свинца с ди-этилдитиокарбаминатом натрия в интервале рН 4-6 с образованием нерастворимых комплексов и последующем растворении их в ацетонитриле. Анализ полученного раствора проводили на жидкостном хроматографе, используя аналитическую колонку КАХ-4, заполненную обращено-фазным сорбентом Лихросорб С-18, и смесь ацетонитритрил : хлороформ : раствор диэтилдитиокарбомината; ацетатный буфер-раствор (рН 5,4) в качестве подвижной фазы. Для калибровки приборов использовали стандартный раствор свинца фирмы Мерк (Г ермания).
Разница количеств свинца, полученных указанными способами, составила 2,8-4,7%.
Данные обработаны стандартными методами описательной статистики с использованием прикладных пакетов к электронной таблице МБ Ехе1 2000. Различия между сравнительными выборками считали достоверными при р < 0,05.
Результаты проведенного нами определения валового содержания свинца в серых лесных почвах Орловской области показали, что в некоторых случаях количество свинца превышает фоновый уровень 19 мг/кг [8, 9]. В среднем валовое содержание свинца составляло 25,3 мг/кг. Масштабы проявляемого негативного эффекта зависят от содержания в почве подвижных форм элемента. Уровень содержания в почве подвижных форм свинца был ниже предельно допустимых концентраций (ПДК) и составил в среднем для кислоторастворимых, извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером с рН 4,8 (потенциально доступных) и водорастворимых форм 10,4; 0,57 и 0,10 мг/кг соответственно.
Используя для оценки степени загрязнения почвы сельскохозяйственных угодий свинцом такие критерии, как фоновая концентрация элемента, ПДК металла в почве, можно заключить, что в целом средние
уровни загрязнения сельскохозяйственных угодии находятся чуть выше фоновых значений и ниже ПДК. В соответствии с градацией [10] по содержанию свинца почвы могут быть отнесены к 2 группе: превышение фона в 2-3 раза.
Из [1] известно, что свинец может поступать в растения из атмосферы и аккумулироваться на поверхности клеточных стенок, образуя верхнее аэрозольное покрытие. По имеющимся данным, свинец среди тяжелых металлов наименее подвижен. Трудность проникновения свинца внутрь клеток обусловлена большой величиной иона, заряда и степенью гидратации. Первичные клеточные стенки способны к многократной адсорбции и десорбции ионов свинца за счет метак-сильных, карбоксильных и других групп, активирующих поверхность экстрацеллюлярной структуры, в состав которой входят целлюлоза, гемицеллюлозы, белки, пектиновые вещества; ионы способны присоединяться к поперечным сшивкам длинноцепочечных компонентов. За счет активирования поверхности экстрацеллюлярной структуры приобретают способность к обратимому связыванию ионов [11, 12].
Проведенные исследования минерального состава зерна пшеницы, произрастающей на изученных почвах, показали, что содержание свинца в образцах зерна варьирует от 0,072 до 0,982 мг/кг в зависимости от сорта и условий выращивания [13, 14]. В некоторых образцах обнаружено превышение ПДК (0,50 мг/кг) по свинцу.
Известен ряд агротехнических приемов, снижающих поступление свинца в растения: известкование, внесение фосфорных удобрений, цеолитов и др. В последнее время на фоне роста уровня фолиарного поглощения металла все большую актуальность приобретает разработка способов очистки зерна от загрязнителя в ходе технологической обработки. При этом биотехнологическое значение могут иметь некоторые виды и штаммы микроорганизмов, а также используемые для деструкции адсорбентов ферментные препараты: катализирующие изменение нативной структуры и деструкцию фибрилл целлюлозы, освобождающие микрофибриллы целлюлозы от связи с матриксом клеточной стенки и разрушающие гемицеллюлозы и пектин [15].
Ферментативный гидролиз применяли при производстве хлеба из целого зерна пшеницы на стадии подготовки зерна к диспергированию.
Для снижения содержания свинца в зерне пшеницы использовали следующие ферментные препараты цел-люлолитического действия: Pentopan 500 BG фирмы Novo Noidisk, содержащий фермент ксиланазу, и Fungamyl Super AX, в состав которого входят ксиланаза и a-амилаза; Biobake-721 фирмы Quest, в состав которого входит набор ферментов гемицеллюлаз, и отечественный Целловиридин Г20х, содержащий комплекс ферментов: целлюлазу, b-глюканазу, ксиланазу. Ферментные препараты применяли на стадии отволажива-ния (замачивания) зерна.
Оптимальные дозы применения ферментных препаратов при замачивании были определены при произ-
водстве пшеничного зернового хлеба. Используемые дозировки указанных препаратов составили 0,004; 0,01; 0,09 и 0,08% от массы зерна соответственно.
Замачивание зерна проводили при рН 5,0 и температуре 40°С в условиях термостатирования. Выбранная температура оптимальна для действия ферментов, входящих в состав препаратов. Продолжительность замачивания зерна пшеницы составила 12 ч, так как при оптимальной для действия ферментных препаратов температуре влажность зерна пшеницы за этот период времени достигает 40% и более, что необходимо для получения зерновой массы, способной подвергаться диспергированию. По истечении времени замачивания зерно промывали проточной водой.
Наибольшая активность ферментативного гидролиза наблюдается в варианте с применением ферментного препарата Целловиридин Г20х. Глубокий гидролиз некрахмальных полисахаридов клеточных стенок зерна под действием этого препарата осуществляется в результате согласованного действия полиферментной системы, представленной целлюлазой, Р-глюканазой и ксиланазой. Характерное свойство указанного комплекса ферментов - синергизм, выражающийся во взаимном увеличении скорости и глубины гидролиза некрахмальных полисахаридов до конечных продуктов при совместном действии этих компонентов. Явление синергизма возникает в результате снятия ингибирующего действия на ферменты промежуточных продуктов гидролиза целлюлозы, а также прямого влияния целлюлолитических ферментов на специфическую активность друг друга [16].
Результаты изменения содержания целлюлозы и ге -мицеллюлоз в зерне пшеницы после замачивания представлены в табл. 1.
Таблица 1
Вариант опыта
Содержание полисахаридов в зерне, %
Сухое зерно
После замачивания
Контроль
Pentopan 500 BG
Fungamyl Super AX
Biobake-721
Целловиридин Г20 х
Примечание: числитель зы.
6,16 ± 0,31/7,68 ± 0,27 5,87 ± 0,25/6,76 ± 0,18 5,84 ± 0,40/6,63 ± 0,22 4,98 ± 0,28/5,84 ± 0,20 4,56 ± 0,26/5,04 ± 0,23
- целлюлоза, знаменатель - гемицеллюло-
6,98 і 0,22/ 8,82 і 0,18
Исследование экстрацеллюлярной структуры оболочек зерна пшеницы при помощи микроскопа Axioskop 2 mat с увеличением 1000х после 12-часового замачивания с ферментным препаратом Целловири-дин Г20х показало, что под действием воды и температуры в присутствии ферментного препарата происходит разделение пучков на отдельные волокна. Наблюдаются многочисленные продольные разрывы в экст-рацеллюлярной структуре, некоторые волокна изгибаются и обрастают бахромой, образующейся, вероятно, из разрушенных внешних слоев соседних волокон. Поперечные сшивки целлюлозных компонентов оболочек зерна в большинстве своем претерпели существенные изменения под действием гидролизующих факто-
ров и, следовательно, ионы, адсорбированные данной структурой, могли подвергнуться десорбции.
Внесение ферментных препаратов целлюлолитиче-ского действия привело к снижению содержания свинца в зерне пшеницы (табл. 2). Следовательно, процессы мацерации и солюбилизации структур оболочек зерна сопровождаются десорбцией ионов свинца, связанных с молекулами некрахмальных полисахаридов. В результате происходит сдвиг равновесия концентрации ионов свинца в сторону жидкой фазы. Промывание зерна проточной водой приводит к выносу ионов с промывными водами за пределы твердой фазы.
Таблица 2
Вариант опыта
Содержание свинца в зерне, мг/кг
Сухое зерно
После замачивания
Контроль
Pentopan 500 BG Fungamyl Super AX Biobake-721 Целловиридин Г20х
0,576 і 0,013
0,464 і 0,010 0,422 і 0,016 0,386 і 0,009 0,330 і 0,011 0,167 і 0,009
При замачивании зерна с ферментными препаратами и последующем промывании его водой возможны потери белковых фракций и редуцирующих сахаров, что является отрицательным фактором при подготовке зерна к производству хлеба. Установлено, что на стадии промывания происходит незначительное снижение содержания исследуемых веществ. Так, при внесении препаратов Целловиридин Г20х, Biobake-721, Pentopan 500 BG и Fungamyl Super AX потери белка при промывании составляют 1,4; 1,8; 1,0 и 1,5% по сравнению с непромытым зерном. Потери редуцирующих сахаров составляют 0,37; 0,34; 0,29 и 0,31% соответственно.
Таким образом, применение ферментных препаратов целлюлолитического действия целесообразно для снижения содержания свинца в зерне пшеницы. Наибольший эффективностью при этом отличается отечественный ферментный препарат Целловиридин Г 20х.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - С. 241.
2. Арамбевела М.К.Дж. Оценка степени поступления кад -мия и свинца в организм человека с растительной пищей в республи -ке Шри-Ланка: Дис. ... канд. биол. наук. - М., 2001. - 135 с.
3. Мотылева С.М. Особенности содержания тяжелых ме -таллов (Pb, Ni, Zn, Fe, Cu) в плодах, ягодах и атмосферных осадках в связи с оценкой сортов для использования в селекции: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. - СПб., 2000. - 23 с.
4. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях.
- Л.: Агропромиздат, 1987. - 142 с.
5. Методические указания по определению тяжелых метал -лов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - М.: ЦИНАО, 1989. - 108 с.
6. Методические указания по определению микроэлементов в почвах, кормах и растениях методом атомно-абсорбционной спекрофотометрии. - М.: ЦИНАО, 1985. - 95 с.
7. МУК 4.1.053-96. Методы контроля. Химические факто -ры. - М.: Госкомсанэпиднадзор РФ, 1996.
8. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных эле -ментов. - М.: Изд-во АН СССР, 1982. - С. 57.
9. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. - М.: Мысль, 1983. - 272 с.
10. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в поч -вах // Под ред. Н.Г. Зырина, Л.К. Садовниковой. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - 208 с.
11. Дмитриева А.Г., Кожанова О.Н., Дронина Н.Л. Фи -
зиология растительных организмов и роль металлов. - М.: Изд-во МГУ, 2002. - 160 с.
12. Lane S.D., Martin E.S., Garrod J.P. Lead toxity effect on idole-3-acetic acid induced cell elongation // Planta. - 1978. -№ 1 (144).
- Р. 79-84.
13. Кузнецова Е.А. Содержание некоторых тяжелых метал -лов в основных компонентах агроценоза типичного агроландшафта Орловской области // 100 лет Шатиловской сельскохозяйственной опытной станции. 1896-1996. Юбилейный сб. науч. тр. - Орел: Изд-во ОГТРК, 1996. - С. 17-23.
14. Экологические аспекты оценки растительного сырья, ис -пользуемого в хлебопечении / Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина, С.М. Мотылева и др. // Хлебопечение России. - 2003. - № 1. - С. 21-22.
15. Теличенко М.М., Остроумов С.А. Введение в пробле -мы биотехнологической экологии. - М.: Наука, 1990. - 288 с.
16. Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.М. Био -конверсия лигнино-целлюлозных материалов. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 224 с.
Кафедра технологии хлебопекарного, кондитерского и мака ронного производств Лаборатория агроэкологии
Поступила 13.09.05 г.
664.69
ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ЗЕРНОВОЙ МАССЫ НА КА ЧЕСТВО МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЦЕЛОГО ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ
С.Я. КОРЯЧКИНА, Г.А. ОСИПОВА
Орловский государственный технический университет
В макаронном производстве гранулометрический состав муки оказывает существенное влияние на физические и структурно-механические свойства теста и сырых изделий. Видимо, это относится и к зерновым макаронным изделиям, в которых в качестве основно-
го сырья используется диспергированная зерновая масса. Цель данной работы - исследование гранулометрического состава зерновой массы в зависимости от продолжительности процесса диспергирования и его влияние на качество макаронных изделий.
Зерно пшеницы замачивали при 40°С при соотношении воды и зерна 1 : 1 с использованием ферментных препаратов целлюлолитического действия Целло-
