CC BY
76
УДК 577.15:663.8
Влияние ферментов с различной субстратной специфичностью
на степень биокаталитической деструкции плодово-ягодного сырья
Е.М. Серба, д-р биол. наук, профессор РАН; Е.И. Курбатова, канд. техн. наук;
Е.Н. Соколова, канд. биол. наук; Ю.А. Борщева, канд. техн. наук;
Г.С. Волкова, канд. техн. наук; Л.В. Римарева, д-р техн. наук, профессор, академик РАН
ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, г. Москва
Создание и освоение прогрессивных пищевых биотехнологий - это единственный путь обеспечения выпуска высококачественных, биологически полноценных и сбалансированных продуктов питания для здоровья и сбережения народа России, обеспечения продовольственной безопасности РФ.
Связь здоровья человека и питания очевидна. Свидетельство тому различные клинические и статистические исследования, Указывающие зависимость от питания таких хронических заболеваний, как сердечнососудистые, желудочно-кишечные, заболевания костной системы, ожирение и сахарный диабет, некоторые виды онкологических заболеваний и др. [1-3].
Дефицит жизненно необходимых компонентов питания, а также возрастающий уровень так называемых заболеваний цивилизации обуславливают необходимость дополнительного введения в рацион человека пищевых ингредиентов, направленных на оптимизацию нутриома и микро-биома человека. Одним из перспективных методов повышения биологической полноценности пищевой продукции является вовлечение в ее состав натуральных функциональных ингредиентов, полученных на основе растительной биомассы.
Сырьевая база России представлена широкой разновидностью плодово-ягодных культур, которые обладают ценным биологическим потенциалом. Особенности биохимического состава, а также структуры растительной ткани традиционных видов плодово-ягодных культур описаны в литературе достаточно подробно [4, 5]. Высокая биологическая ценность плодово-ягодного сырья определяется широким спектром
находящихся в них функциональных пищевых ингредиентов, способных поддержать на должном уровне координированную работу физиологических и регуляторных систем организма (полифенолы, витамины, каротины, минеральные, пектиновые вещества и др.). Многие компоненты способны проявлять противовоспалительные, антибактериальные свойства, высокую антиоксидантную активность, существенно снижать проницаемость клеток капилляров и т. д. [6-8].
Сырьевые ресурсы РФ не ограничиваются культурными растениями, выращиваемыми целенаправленно на полях, они представлены также культурами-дикоросами, являющимися ценными источниками биологически активных веществ (БАВ). Из дикорастущих культур особенно выделяется облепиха и калина, содержащие такие биологически ценные компоненты, как витамины, полифенольные соединения, глико-зиды, органические кислоты, макро-и микроэлементы, каротиноиды, пектиновые вещества, пищевые волокна и др. [9-12]. При этом области их применения и способы переработки с повышенным выходом ценных веществ мало изучены.
В настоящее время из ресурсов растительного происхождения получают ограниченное число целевых продуктов, при этом технологические процессы длительны, энергоемки и не обеспечивают глубокую степень переработки сырья.
Работы зарубежных и отечественных исследователей посвящены проблеме повышения эффективности переработки сырьевых источников с применением различных способов предобработки [13, 14]. При этом рациональный подход к подбору
способа воздействия на растительную ткань и субклеточные структуры плодово-ягодного сырья - важный аспект для извлечения биологически активных компонентов и сохранения их природной ценности. Результаты исследований показали, что ферментативный метод позволяет осуществлять направленную конверсию высокомолекулярных полимеров в биодоступные для пищеварительных ферментов формы [15-17]. Разработка биотехнологий производства функциональных ингредиентов и биологически активных веществ растительного происхождения для создания пищевых продуктов, предназначенных для оптимизации нутриома, поддержания микробиома у здоровых людей и для профилактики потери нутриентов у спортсменов, испытывающих интенсивные физические нагрузки, является актуальным и перспективным направлением. Наиболее современный, технологически безопасный и регулируемый метод - биокатализ, позволяющий направленно воздействовать на биополимеры и ускорять процессы конверсии растительного сырья.
Цель данной работы состояла в исследовании процессов направленной биокаталитической деструкции полимеров облепихи и калины под действием ферментных препаратов с различной субстратной специфичностью.
Объектами исследований стали ягоды дикорастущей облепихи, произрастающей в Вологодской области, и калины, собранной на территории Карелии.
Для проведения исследований использовали следующие ферментные препараты (ФП): Полигалак-туроназа - препарат, обладающий преимущественно эндо- и экзо-полигалактуроназной способностью, полученный на основе ми-кромицета Zygofabospora marxiana; Novoshape - препарат пектинэсте-разного действия, полученный в результате культивирования штамма Aspergillus niger («Novozymes», Дания); Мацеробациллин, содержащий преимущественно ферменты пектат-лиазного (80% от общей активности) и пектин-лиазного действия (20 % от общей активности); Поликанесцин - ферментный препарат пектин-лиазного действия; Брюзайм - источник гемицеллю-лаз, полученный из Trichoderma longibrahiatum («DSM»); Целло-виридин Г20Х, преимущественно содержащий целлюлолитический комплекс ферментов, полученный на основе штамма Trichoderma viride (ООО «Промфермент», Россия);
Таблица 1
Содержание основных полимеров в калине и облепихи
Показатели Вид сырья
Калина Облепиха
Вода, % 85,0 82,0
Белок, % 0,37 1,2
Сумма редуцирующих сахаров (РВ), % 6,0 5,7
Полисахариды:
Пищевые волокна, % 2,0 2,3
Общие редуцирующие углеводы (ОРВ), % 5,8 5,6
Крахмал, % 0 0
Растворимый пектин/Протопектин, % 1,65/1,11 0,28/0,88
Органические кислоты, % 1,4 3,2
Содержание общих фенольных веществ, мг/% 328,3 340,6
Насыщенные жирные кислоты, % - 2,2
Каротин, мг% 1,4 14,7
Таблица 2
Содержание и уровень активности гидролитических ферментов, входящих в состав ферментных препаратов
Препарат Состав пектинрасщепляющих ферментов в (ед/см3) препаратах, ед/г,
ПэС ПгС пектин-лС пектат-лС ß-ГкС КС ЦС ПС
Полигалактуроназа 0 900 0 0 0,5 0 1,3 0
Novoshape 57 0 0 0 0 30 20 0
Мацеробациллин 0 Следы 5950 48400 0 0,5 0 0
Поликанесцин 0 10,6 7000 Следы 0 0 0 0
Грибная протеаза 0 0 0 0 0 0 0 600
Брюзайм 0 0 0 0 850 450 700 0
Целловиридин 0 0 0 0 0 900 2000 0
Глюканофоетидин 300 600 0 0 1100 260 300 85
Грибная протеаза, препарат, содержащий комплекс кислых протеиназ и пептидаз, полученный на основе микромицета Aspergillus oryzae; Глюканофоетидин - препарат, обладающий комплексом ферментов пектолитического и гемицеллюлаз-ного действия, полученный на основе штамма Aspergillus foetidus.
Активности ß-глюканазы (ß-ГкС), ксиланазы (КС), целлюлазы (ЦС) определяли методом Шомоди-Нельсона по количеству редуцирующих сахаров, образовавшихся в процессе гидролиза соответствующего субстрата [18 - 20]. Протеолитическую активность ферментов (ПС) определяли по степени гидролиза гемоглобина до низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот [21]. Полигалактуроназную активность (ПгС) изучали по степени гидролиза пектовой кислоты; пектинэстеразную активность (ПэС) - по степени гидролиза сложноэфирных связей в молекуле высокометоксилированного пектина с образованием карбоновых кислот и метилового спирта [22]. Пектин-лиазную активность (пектин-лС) определяли по степени расщепления высокометоксилированного пектина; пектат-лиазную активность (пектат-лС) - по степени расщепления низкометоксилированного пектина [23].
Вязкость ферментолизатов плодово-ягодного сырья определяли ви-скозиметрическим методом [24]; содержание редуцирующих сахаров - методом Шомоди-Нельсона [25], растворимых сухих веществ -рефрактометрическим методом [26]. Содержание фенольных веществ определяли спектрофотометриче-ским с использованием реактива Фолина - Чокальтеу [27].
Исследован состав полимеров ягод калины и облепихи. Установлено, что по общему содержанию полифенолов, редуцирующих сахаров и пищевых волокон они практически не различаются (табл. 1). Наиболее существенные отличия выявлены в отношении каротина, органических кислот, пектиновых и дубильных веществ. Содержание каротина в облепихе (14,7 мг %) на порядок превосходило таковое в калине (1,4 мг %). Калина отличалась более высоким содержанием растворимого пектина - 1,65%, против 0,28% - в облепихе.
Анализ содержания в сырье полимеров показал, что основным субстратом для действия гидролитических ферментов являются пектиновые вещества, представленные в виде протопектина и растворимого пектина. Кроме того, в ягодах калины и облепихи присутствовали белковые
вещества и полисахариды, входящие в состав их клеточных стенок. Поэтому для биокаталитической деструкции ягодного сырья целесообразно применение ферментов пектолитического, протеолитического и гемицел-люлазного действия.
Результаты сравнительных исследований состава ферментов и уровня их активности в испытанных ФП приведены в табл. 2.
На начальном этапе исследований биокаталитической конверсии плодов облепихи и калины осуществлено моделирование процесса с использованием ферментных препаратов индивидуального действия, основными ферментами в которых являлись пектиназы, различающиеся по механизму и специфичности действия. Так, в работе использованы ФП: полигалактуроназа - как источник полигалактуроназы; Novoshape -пектинэтеразы, Мацеробациллин -пектат- и пектин-лиазы; Полика-несцин - пектин-лиазы. Исследуемые ФП практически не содержали других гидролитических ферментов или имели низкий уровень активности гемицеллюлаз (табл. 2).
Установлены особенности воздействия ферментов, катализирую-
щих конверсию пектиновых веществ, на выход сока, его вязкость, содержание в нем экстрактивных сухих веществ (PCB), растворимых редуцирующих углеводов (PB), фенольных веществ при обработке ягод облепихи и калины (рис. 1 и 2).
Выявлено, что в результате каталитической конверсии выход сока-самотека из ягод облепихи превысил контрольный уровень на 5,6 - 44%. При этом наиболее низкий результат получен после использования препарата пектинэстеразного действия (Novoshape). Препараты лиазного действия (Поликанесцин и Мацеробациллин) отличались незначительно по выходу сока-самотека, PCB, PB, фенольных веществ. Однако пектат-пектинлиазы оказали существенное влияние на вязкость сока, которая снизилась после воздействия ферментов на 60% от значения вязкости в контрольном образце. Наиболее эффективным оказалось действие полигалактуроназы: выход сока-самотека увеличился на 44%, редуцирующих углеводов - на 51%. По-видимому, это связано с деструкцией пектиновых веществ, выполняющих функцию структурирующего агента в центральном слое клеточной стенки
160
■ Полигалактуроназа ■ Пектиэстераза ■ Пектат-лиаза иПектин-лиаза Рис. 1. Влияние ферментов, катализирующих конверсию пектиновых веществ облепихи, на: 1 - выход сока-самотека; 2 - вязкость; 3 - растворимые сухие вещества; 4 - редуцирующие вещества; 5 - фенольные соединения
160 | 140 ° 120
I!
т 1 2 3 4 5
Полигалактуроназа Пектиэстераза Пектат-лиаза Пектин-лиаза
Рис. 2. Влияние ферментов, катализирующих конверсию пектиновых веществ калины: 1 - выход сока-самотека; 2 - вязкость; 3 - растворимые сухие вещества; 4 - редуцирующие вещества; 5 - фенольные соединения
и обладающих сильной способностью к набуханию. Благодаря своему коллоидному характеру пектин регулирует водный обмен растений и препятствует сокообразованию [28].
При проведении ферментативной обработки пектиновых веществ ягод калины выявлены следующие закономерности: на выход сока наибольшее
влияние оказали ферменты полига-лактуроназного и лиазного действия (увеличение на 18 - 24%). При этом вязкость сока снизилась на 36 - 41%, концентрация редуцирующих углеводов повысилась на 19 - 49% (рис. 2). Использование ферментов пектин- и пектат-лиазного действия способствовало более существенно-
му увеличению выхода фенольных компонентов (на 34,3 - 49% по сравнению с контролем), чем при обработке ягод облепихи. Применение полигалактуроназы привело к увеличению концентрации фенолов в соке на 19%.
В связи с тем, что ферменты поли-галактуроназа и пектинэстераза могут проявлять синергизм действия, исследована возможность повышения эффективности биокатализа пектиновых веществ облепихового сырья путем их совместного применения в различных соотношениях (рис. 3).
Установлено, что дозировка 20 ед. ПгС/г + 50 ед. ПэС/г и длительность воздействия 2 часа являются оптимальными условиями биоконверсии: выход сока-самотека увеличился на 46,8% (с 19,0 см3до 27,9 см3), а его экстрактивность - на 14,7% (с 8,8% до 10,1% РСВ) (рис. 3, 4).
Исследовано влияние ферментов, катализирующих гидролиз полисахаридов (Целловиридин - основной фермент целлюлаза, и Брюзайм -Р-глюканаза), а также белковых веществ (Грибная протеаза), содержащихся в клеточных стенках калины и облепихи.
Изучение особенностей биокаталитической деструкции полисахаридов показало, что использование ферментов целлюлитического действия (Целловиридин) привело к повышению выхода жидкой фракции -сока-самотека на 27,0%, увеличению его экстрактивности (концентрации РСВ) - на 8,0 % и содержания редуцирующих углеводов - на 80 %. Протеазы способствовали накоплению в жидкой фазе аминного азота, концентрация которого увеличилась на 20% по сравнению с контролем (рис. 5). Повышение выхода феноль-ных компонентов на 18 - 20% отмечено при воздействии практически всех ферментов, что подтверждалось и повышением интенсивности окраски жидкой фракции (рис. 5).
Таким образом, использование ферментных систем с подобранным биокаталитическим комплексом позволяет регулировать процессы деструкции высокомолекулярных полимеров растительного сырья для направленного выделения биологически активных веществ с целью использования получаемых ингредиентов при моделировании состава продуктов по мажорным компонентам, но, следовательно, и по функциональным свойствам. так, например, использование ферментных систем, состоящих из полигалактуроназы и целлюлазы, наиболее эффективно отразится на выходе аминных соединений из калины, применение препа-
10,5
10,0
9,5
9,0
8,5
1
2
3
Контроль
10 ед. эндо-ПгС + 20 ед. ПэС 40 ед. эндо-ПгС + 100 ед. Пэс
5 Время, мин
■ 5 ед. эндо-ПгС + 10 ед. ПэС 20 ед. эндо-ПгС + 50 ед. Пэс
Рис. 4. Влияние состава пектолитического комплекса на экстрактивность сока из облепихи (содержание растворимых сухих веществ - РСВ)
4
■ Протеазы • Целлюлозы ■ ß-глюканазы
Рис. 5. Влияние ферментов, воздействующих на некрахмальные полисахариды и белковые вещества калины, на выход: 1 - сока-самотека; 2 - растворимых сухих веществ; 3 - фенольных соединений; 4 - редуцирующих углеводов; 5 - аминного азота
лее эффективным биокатализатором для деструкции полимеров калины является комплексный ФП Глюканофоетидин, т. к. содержит ферменты пектолитического, протеолитическо-го и гемицеллюлазного действия, что позволяет воздействовать на белковые вещества, некрахмальные полисахариды и пектиновые вещества сырья. Комплекс ферментов пектолитического, гемицеллюлазного и протеолитического действия незначительно превосходил Глюканофоетидин по выходу фенольных веществ, что свидетельствует о наличии в большем количестве гемицеллю-лаз, воздействующих на клеточную стенку калинового сырья. Подобная закономерность установлена при использовании в качестве субстрата плодов облепихи для воздействия ферментов с различной субстратной специфичностью (рис. 7).
Установлено, что комплекс, состоящий из полигалактуроназы, гемицел-люлаз и протеаз наиболее перспективен в отношении получения экстрактов с повышенным содержанием биологически ценных компонентов, тогда как применение индивидуальных препаратов оказалось менее эффективным.
Таким образом, показана возможность регулирования процессов биокаталитической деструкции полимеров плодово-ягодного сырья, на примере облепихи и калины. Использование ферментных препаратов с разной субстратной специфичностью и механизмом действия обеспечивает повышение выхода и экстрактивности сока, способству-
Сок-самотек
§ 180 Фенолычые вещества
g-^gQ Редуцирующие углеводы
мш
m Глюканофоетидин Полигалактуроназа Целловиридин Комплекс
Рис. 6. Влияние ферментных препаратов различного спектра действия на выход БАВ из калиныi
п Сок-самотек о Фенольные вещества
Рис. 7. Влияние ферментных препаратов различного спектра действия на выход БАВ из облепихи
ратов лиазного действия совместно с целлюлазой или эндо^-глюканазой приведет к повышению выхода фенольных соединений.
На следующем этапе проведены сравнительные исследования каталитического действия ФП Глюканофоетидин, Полигалактуроназа
и Целловиридин, а также комплекса ферментов, состоящего из полигалактуроназы, гемицеллюлаз и протеаз (комплекс) (рис. 6, 7) на выход биологически ценных веществ плодово-ягодного сырья.
На основании полученных экспериментальных данных (рис. 6) наибо-
ет получению ценных компонентов из растительного сырья.
Исследования проведены в рамках поддержки фундаментальных научных исследований президиума Российской Академии Наук № 529-2018-0111.
ЛИТЕРАТУРА
1. Доронин, А.Ф. Функциональное пи-тание/А.Ф. Доронин, Б.А. Шендеров. -М.: ГРАНТЪ, 2002. - 296 с.
2. Шабров, А. В. Биохимические основы действия микрокомпонентов пищи/ А. В. Шабров, В. А. Дадали,
B.Г. Макаров; под ред. В.А. Дадали. -М.: Авалон, 2003. - 184 с.
3. СанПиН 2.3.2.1078 - 01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» (Минздрав России, 2002).
4. Тутельян, В.А. Биологически активные вещества растительного происхождения. Фенольные кислоты: распространенность, пищевые источники, био-доступность/В.А. Тутельян, Н.В. Лаш-нева // Вопросы питания. - 2008. -Т. 77. - № 1. - С. 4 - 19.
5. Базарнова, Ю. Г. Исследование состава биологически активных веществ экстрактов дикорастущих расте-ний/Ю.Г. Базарнова, О.Б. Иванченко // Вопросы питания. - 2016. - Т. 85. - № 5. -
C. 100 - 107.
6. Phenolic compounds, antioxidant activity, antiproliferative activity and bioaccessibility of Sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.) berries as affected by in vitro digestion/ R. Guo, X. Chang, X. Guo et al. // Food Funct. -2017. - Vol. 8. - № 11. - pp. 4229 - 4240.
7. Gullon, B. Rutin: A review on extraction, identification and purification methods, biological activities and approaches to enhance its bioavailability/B. Gullon, T.A. Lu-Chau, M.T. Moreira, J. M. Lema, G. Eibes // Trends in Food Science & Technology. -2017. - V. 68. - pp. 220 - 235.
8. Карпова, Е.А. Флавоноиды и аскорбиновая кислота у некоторых представителей рода Begonia L/Е.А. Карпова, Е.П. Храмова, Т.Д. Фершалова // Химия растительного сырья. - 2009. - № 2. -C. 105 - 110.
9. Жогова, А.А. Идентификация и количественное определение основных биологически активных веществ травы пустырника с помощью ВЭЖХ-масс-спектрометрии/А.А. Жогова // Химико-фармацевтический журнал. - 2014. - Т. 48. - № 7. - С. 54 - 59.
10. Charoensiddh, S. The development of seaweed-derived bioactive compounds for use as prebiotics and nutraceuticals using enzyme technologies/S. Charoensiddhi [et all] // Trends in Food Science & Technology. - 2017. - V. 69. - pp. 20 - 33.
11. Alvarez, R. Evaluation of Polyphenol Content and Antioxidant Capacity of Fruits and Vegetables Using a Modified Enzymatic Extraction/R. Alvarez ^t all] // Food Technology and Biotechnoljgy. -2016. - 54 (4). - pp. 462 - 467.
12. Pussa, T. Stability of sea buckthorn berry polyphenols during cooking of enriched sausages/ T. Pussa, D. Anton, P. Raudsepp // 61st International Congress of Meat Science and Technology. 2015- Available from:
https: //www.researchgate.net/ publication/281646448 Stability of sea buckthorn berry polyfenols during cooking of enriched sausages [accessed mart 28 2018]
13. Оробинская, В.Н. Ресурсосберегающая технология экстрагирования биологически ценных веществ из плодово-ягодного сырья/В.Н. Оробинская, Д.А. Коновалов // Научно-методический электронный журнал «Концепт». -2013. - Т. 3. - С. 1811 - 1815.
14. Astley, S.B. European research on the functional effects of dietary antioxidants EUROFEDA / S. B. Astley,
D. G. Lindsay // Molecular Aspects of Medicine. - 2002. - Vol. 23. - № 13. -pp. 287 - 291.
15. Алексеенко, Е.В. Мониторинг эффективности применения ферментных препаратов для обработки ягод брусники при получении сока/Е.В. Алексеенко,
E.А. Быстрова // Вестник ВГУИТ. - 2015. -№ 5. - С. 165.
16. Траубенберг, С. Е. Применение биотехнологических приемов для переработки ягод красной смородины и брусники/ C. Е. Траубенберг // Известия вузов. Пищевая технология. -2008. -№ 2 - 3. - C. 67 - 69.
17. Алексеенко, Е.В. Продукты ферментативной модификации ягод красной смородины/Е.В. Алексеенко [и др.] // Пиво и напитки. - 2011. - № 6. - C. 8 - 11.
18. ГОСТ P 53973 - 2010 Ферментные препараты для пищевой промышленности. Методы определения бета- глюка-назной активности.
19. ГОСТ Р 55302 - 2012 Ферментные препараты для пищевой промышленности. Методы определения ксиланазной активности.
20. ГОСТ Р 55293 - 2012 Ферментные препараты для пищевой промышленности. Методы определения целлюлазной активности.
21. ГОСТ Р 53974 - 2010 Ферментные препараты для пищевой промышленности. Методы определения протеолити-ческой активности.
22. ГОСТ Р 55298 - 2012 Ферментные препараты для пищевой промышленности. Методы определения пектолитиче-ской активности.
23. ГОСТ Р 55979 - 2014 Ферментные препараты для пищевой промышленности. Методы определения пектин-и пектат-лиазной активности.
24. Волков, А.И. Большой химический справочник/А.И. Волков, И.М. Жарский -М: Советская школа, 2005. - 608 с.
25. Синицын, А.П. Методы исследования и свойства целлюлолитических ферментов/А.П. Синицын, В.М. Черно-глазов, А.В. Гусаков - ВИНИТИ, М. -1990. - Т. 25. - 30 - 37 c.
26. Илларионова, Е.А. Метод рефрактометрии. Применение в фармацевтическом анализе/Учебное пособи-ае/Е.А. Илларионова, И.П. Сыроватский -Иркутск, 2017. - 52 с.
27. Латыпова, Г. М. Исследование качественного и количественного соста-
ва флавоноидных соединений густого экстракта первоцвета лекарственно-го/Г.М. Латыпова // Химия растительного сырья. - 2009. - № 4. - С. 113 - 116.
28. Кенийз, Н.В. Влияние пектина как криопротектора на водопоглоти-тельную способность теста и дрожжевые клетки/ Н. В. Кенийз // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2013. - Т. 3. - № 29. -С. 67 - 69.
REFERENCES
1. Doronin, A. F. Funkcional'noe pitanie/A.F. Doronin, B.A. SHenderov. -M.: GRANT», 2002. - 296 p.
2. Shabrov, A. V. Biohimicheskie osnovy dejstviya mikrokomponentov pishchi/ A. V. SHabrov, V. A. Dadali, V.G. Makarov; pod red. V.A. Dadali. - M.: Avalon, 2003. - 184 p.
3. SanPiN 2.3.2.1078 - 01 «Gigienicheskie trebovaniya bezopasnosti i pishchevoj cennosti pishchevyh produktov» (Minzdrav Rossii, 2002).
4. Tutel'yan, V. A. Biologicheski aktivnye veshchestva rastitel'nogo proiskhozhdeniya. Fenol'nye kisloty: rasprostranennost', pishchevye istochniki, biodostupnost' /V.A. Tutel'ya n, N.V. Lashneva // Voprosy pitaniya. -2008. - T. 77. - № 1. - P. 4 - 19.
5. Bazarnova, Yu. G. Issledovanie sostava biologicheski aktivnyh veshchestv ehkstraktov dikorastushchih rastenij/YU. G. Bazarnova, O.B. Ivanchenko // Voprosy pitaniya. - 2016. - T. 85. - № 5. - P. 100 - 107.
6. Phenolic compounds, antioxidant activity, antiproliferative activity and bioaccessibility of Sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.) berries as affected by in vitro digestion/ R. Guo, X. Chang, X. Guo et al. // Food Funct. -2017. - Vol. 8. - № 11. - pp. 4229 - 4240.
7. Gullon, B. Rutin: A review on extraction, identification and purification methods, biological activities and approaches to enhance its bioavailability/B. Gullon, T. A. Lu-Chau, M.T. Moreira, J.M. Lema, G. Eibes // Trends in Food Science & Technology. - 2017. - V. 68. - pp. 220 - 235.
8. Karpova, E.A. Flavonoidy i askorb-inovaya kislota u nekotoryh predstavitelej roda Begonia L/E.A. Karpova, E.P. Hramo-va, T.D. Fershalova // Himiya rastitel'nogo syr'ya. - 2009. - № 2. - P. 105 - 110.
9. Zhogova, A.A. Identifikaciya i koli -chestvennoe opredelenie osnovnyh bio-logicheski aktivnyh veshchestv travy pustyrnika s pomoshch'yu VEHZHKH-mass-spektrometrii/A. A. ZHogova // Himiko-farmacevticheskij zhurnal. - 2014. -T. 48. - № 7. - P. 54 - 59.
10. Charoensiddh, S. The development of seaweed-derived bioactive compounds for use as prebiotics and nutraceuticals using enzyme technologies/S. Charoensiddhi [et all] // Trends in Food Science & Technology. - 2017. - V. 69. - pp. 20 - 33.
11. Alvarez, R. Evaluation of Polyphenol Content and Antioxidant Capacity of Fruits and Vegetables Using a Modified En-
zymatic Extraction/R. Alvarez [et all] // Food Technology and Biotechnoljgy. -2016. - 54 (4). - pp. 462 - 467.
12. Pussa, T. Stability of sea buckthorn berry polyphenols during cooking of enriched sausages / T. Pussa, D. Anton, P. Raudsepp // 61st International Congress of Meat Science and Technology. 2015- Available from: https: // www. researchgate. net / publication/ 281646448 Stability of sea buckthorn berry polyfenols during cooking of enriched sausages [accessed mart 28 2018]
13. Orobinskaya, V.N. Resursosberegay-ushchaya tekhnologiya ehkstragirovani-ya biologicheski cennyh veshchestv iz plodovo-yagodnogo syr'ya/V.N. Orobinskaya, D.A. Konovalov // Nauchno-metodi-cheskij ehlektronnyj zhurnal «Koncept». -2013. - T. 3. - P. 1811 - 1815.
14. Astley, S.B. European research on the functional effects of dietary antioxidants EUROFEDA /S.B. Astley, D.G. Lindsay // Molecular Aspects of Medicine. - 2002. -Vol. 23. - № 13. - pp. 287 - 291.
15. Alekseenko, E.V. Monitoring ehffek-tivnosti primeneniya fermentnyh pre-paratov dlya obrabotki yagod brusniki pri poluchenii soka/ E.V. Alekseenko,
E.A. Bystrova // Vestnik VGUIT. - 2015. -№ 5. - P. 165.
16. Traubenberg, S. E. Primenenie biotekhnologicheskih priemov dlya pere-rabotki yagod krasnoj smorodiny i brus-niki/C.E. Traubenberg // Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya. - 2008. -№ 2 - 3. - P. 67 - 69.
17. Alekseenko, E.V. Produkty fer-mentativnoj modifikacii yagod krasnoj smorodiny/E.V. Alekseenko [i dr.] // Pivo i napitki. - 2011. - № 6. - P. 8 - 11.
18. GOST P 53973 - 2010 Fermentnye preparaty dlya pishchevoj promyshlen-nosti. Metody opredeleniya beta- glyuka-naznoj aktivnosti.
19. GOST R 55302 - 2012 Fermentnye preparaty dlya pishchevoj promyshlen-nosti. Metody opredeleniya ksilanaznoj aktivnosti.
20. GOST R 55293 - 2012 Fermentnye preparaty dlya pishchevoj promyshlen-nosti. Metody opredeleniya cellyulaznoj aktivnosti.
21. GOST R 53974 - 2010 Fermentnye preparaty dlya pishchevoj promyshlennos-ti. Metody opredeleniya proteoliticheskoj aktivnosti.
22. GOST R 55298 - 2012 Fermentnye preparaty dlya pishchevoj promyshlennos-
ti. Metody opredeleniya pektoliticheskoj aktivnosti.
23. GOST R 55979 - 2014 Fermentnye preparaty dlya pishchevoj promyshlen-nosti. Metody opredeleniya pektin- i pektat-liaznoj aktivnosti.
24. Volkov, A.I. Bol'shoj himicheskij spravochnik/A.I. Volkov, I.M. ZHarskij -M: Sovetskaya shkola, 2005. - 608 p.
25. Sinicyn, A.P. Metody issledovaniya i svojstva cellyuloliticheskih fermen-tov / A. P. Sinicyn, V. M. CHernoglazov, A. V. Gusakov - VINITI, M. - 1990. -T. 25. - 30 - 37 p.
26. Illarionova, E.A. Metod refrak-tometrii. Primenenie v farmacevticheskom analize/Uchebnoe posobiae/E.A. Illariono-va, I.P. Syrovatskij - Irkutsk, 2017. - 52 p.
27. Latypova, G. M. Issledovanie kachestvennogo i kolichestvennogo sostava flavonoidnyh soedinenij gustogo ehkstrakta pervocveta lekarstvenno-go/G.M. Latypova // Himiya rastitel'nogo syr'ya. - 2009. - № 4. - P. 113 - 116.
28. Kenijz, N. V. Vliyanie pektina kak krioprotektora na vodopoglotitel'nuyu sposobnost' testa i drozhzhevye kletki/N.V. Kenijz // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universi-teta. - 2013. - T. 3. - № 29. - P. 67 - 69.
Влияние ферментов с различной субстратной специфичностью на степень биокаталитической деструкции плодово-ягодного сырья
Ключевые слова
биокатализ; биополимеры; калина; облепиха; сок-самотек; фенольные вещества; ферментные препараты
Реферат
Обоснование выбора растительного сырья для получения функциональных пищевых ингредиентов, формирующих новые свойства продукта, а также потенциальная возможность изменения потребительских свойств пищевого продукта - необходимые этапы повышения биологической полноценности пищевых продуктов. В связи с этим, научные исследования, направленные на получение функциональных пищевых ингредиентов на основе растительной биомассы, а также выявление их физиологического воздействия на организм человека являются крайне актуальными и востребованными. Цель настоящего исследования состояла в изучении процессов направленной биокаталитической деструкции полимеров облепихи и калины под действием ферментных препаратов с различной субстратной специфичностью. В статье представлены экспериментальные данные по составу основных полимеров калинового и облепихового сырья и выявлены ферментные системы для их биокаталитической деструкции. Осуществлено моделирование процесса с использованием ферментных препаратов индивидуального действия, основными ферментами в которых являлись пектолитические, различающиеся по механизму действия и субстратной специфичности. Установлены особенности воздействия ферментов, катализирующих конверсию пектиновых веществ на выход основных биохимических показателей. Исследована возможность повышения эффективности биокатализа пектиновых веществ обле-пихового сырья путем совместного применения полигалактуроназы и пектинэстеразы, проявляющих синергизм действия в различных соотношениях. Изучено влияние ферментов, катализирующих гидролиз полисахаридов, а также белковых веществ, содержащихся в клеточных стенках плодово-ягодного сырья. Проведены эксперименты по сравнительной характеристике комплексных ферментных препаратов на выход биологически ценных веществ из калины и облепихи и показана возможность регулирования процессов с целью повышения их выхода различного качественного и количественного состава.
Авторы
Серба Елена Михайловна, д-р биол. наук, профессор РАН, Курбатова Елена Ивановна, канд. техн. наук, Соколова Елена Николаевна, канд. биол. наук, Борщева Юлия Александровна, канд. техн. наук, Волкова Галина Сергеевна, канд. техн. наук,
Римарева Любовь Вячеславовна, д-р техн. наук, профессор, академик РАН ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, 111033, Москва, ул. Самокатная, д. 4-б, [email protected]
Influence of enzymes with different substrate specificity on the degree of biocatalytic degradation of fruit and berry raw materials
Key words
biocatalysis; biopolymers; enzyme preparations; free-run juice; phenolic substances; sea buckthorn; viburnum
Abstracts
Rationale choice of plant raw materials for the production of functional food ingredients that form new properties of the product, and potential possibility of changing the consumer properties of product is the necessary steps to improve the biological usefulness products. In this regard, scientific research, directed at obtaining functional food ingredients based on plant biomass, and identifying their physiological effects on the human body are highly relevant and in demand. The aim of this research was to study the processes of directed biocatalytic destruction of polymers of sea buckthorn and viburnum by the enzyme preparations with different substrate specificity. Experimental data on the composition of the main polymers of the viburnum and sea-buckthorn raw materials are presents in article and identified enzyme systems for their biocatalytic degradation. A model of the process using enzyme preparations of individual action has been created. The main enzymes in the preparates were pectolytic enzymes, which differed in the mechanism of action and substrate specificity. Specificity of the effect of enzymes that catalyze the conversion of pectin substances on the yield of basic biochemical parameters are established. The possibility of increasing the efficiency of biocatalysis of pectin substances of sea-buckthorn raw material by the joint application of polygalacturonase and pectine-esterase, which show synergism, in different ratios, was investigated. The influence of enzymes that catalyze the hydrolysis of polysaccharides and protein substances and is found in the cell walls of fruit and berry raw materials is studied. Experiments on the comparative characteristics of complex enzyme preparations for the release of biologically valuable substances from viburnum and sea-buckthorn have been carried out. The possibility of regulating processes for increasing yield of biologically valuable substances of different qualitative and quantitative composition has been demonstrated.
Authors
Serba Elena Mihajlovna, Doctor of Biological Sciences, Professor of RAS, Kurbatova Elena Ivanovna, Candidate of Technical Sciences, Sokolova Elena Nikolaevna, Candidate of Biological Sciences, Borshcheva Yuliya Aleksandrovna, Candidate of Technical Sciences, Volkova Galina Sergeevna, Candidate of Technical Sciences, Rimareva Lyubov' Vyacheslavovna, Doctor of Technical Sciences, Professor, Academician of RAN
Ail-Russian research Institute of food biotechnology is a branch of Federal state budgetary institution Federal research center of nutrition, biotechnologies and food safety, 4-b, Samokatnaya st., Moscow, 111033, [email protected]
