Влияние нитрита натрия на генотоксичность модифицированных картофельных крахмалов при термообработке Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ

УДК 644

Е. В. Никитина

ВЛИЯНИЕ НИТРИТА НАТРИЯ НА ГЕНОТОКСИЧНОСТЬ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КАРТОФЕЛЬНЫХ КРАХМАЛОВ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ

Ключевые слова: модифицированные крахмалы, ферментная обработка, генотоксичность, спектральные

характеристики.

Нативный и модифицированные картофельные крахмальные клейстеры в смеси с лизином в присутствии и отсутствии нитрита натрия проявляют различные геноткосические и спектральные характеристики. Присутствие нитрита натрия влияет на степень желирования крахмальных зерен, что отражается на способности самих крахмалов и продуктов его гидролиза вступать в реакции лизином. Результатом взаимодействия полисахаридных компонентов с лизином и нитритом является появление генотоксических свойств в случае использования ряда крахмалов.

Key words: modified starches, fermentalprocessing, genotoxicity, spectral characteristics.

Native and modified potato starch pastes in a mixture with lysine at presence or absence of sodium nitrite shows various genotoxicity and spectral characteristics. Presence of sodium nitrite influences at degree of starch granules gelatinize that is reflected on ability of starches and products of its hydrolysis to react with lysine. Result of interaction of starch components with lysine and nitrite is occurrences genotoxical properties in case of use of some starches.

Ассортимент мясной продукции расширяется использованием современных технологий и новых видов пищевых добавок, позволяющих стабилизировать технологические характеристики сырья и полуфабрикатов, регулировать степень выраженности отдельных показателей структурно-механических и функционально-технологических свойств, органолептических характеристик, а также улучшить потребительские свойства готовой продукции. Наиболее востребованы пищевые добавки, обладающие повышенной гелеобразующей, эмульгирующей, жироудерживающей и водоудерживающей способностью, к которым относятся и крахмалы, в том числе модифицированные. Модифицированные крахмалы, в отличие от нативных растительных, не являются натуральные ингредиентами пищи, их получают физико-химическими методами из нативных растительных крахмалов или крахмалосодержащих продуктов. Модифицированные крахмалы были разработаны как технологические добавки, отличающиеся более выраженными, чем нативные крахмалы, влагоудерживающими и гелеобразующими свойствами [1].

Сегодня ассортимент продукции, в составе которой используются модифицированные крахмалы, постоянно увеличивается. Как загустители и гелеобразователи модифицированные крахмалы применяются в мясной промышленности в качестве желе для мяса, студней, фаршевых мясопродуктов, новых продуктов, приготовленных на основе эмульсий, низкокалорийных продуктов [2].

На рынке представлены в широком ассортименте физически и химически модифицированные крахмалы, соответствуют санитарно-гигиеническим нормам по физикохимическим и микробиологическим показателям. Однако, мало кто исследует способность крахмалов, в том числе модифицированных к взаимодействию с компонентами мяса и фаршевых систем, в особенности последствия этого взаимодействия с точки зрения генотоксикологии. Целью нашей работы было смоделировать процесс взаимодействия био- и химически модифицированных картофельных крахмалов с аминокислотой лизин в

125

присутствии и отсутствии нитрита натрия с оценкой последующего генотоксического потенциала.

Результаты и обсуждение

Смеси предварительно заваренных тестируемых крахмалов с лизином обрабатывали при 100оС в течении 2 ч. В течении этого времени по сравнению с начальным спектры поглощения крахмалов в области 200-390 нм значительно изменились в случае модифицированных крахмалов. У всех модифицированных крахмалов, за исключением набухающего с повышенным содержанием Са, Р и биомодифицированного альфа-амилазного, после термообработки оптическая плотность в указанной области была выше по сравнению с начальными значениями. Можно предположить, что в процессе термообработки произошло разбухание крахмальных зерен, соответственно, увеличилась мутность смесей. В случае набухающего с повышенным содержанием Ca,P и биомодифицированного альфа-амилазного картофельных крахмалов наблюдали обратную картину уменьшения мутности. Подобное поведение крахмалов можно объяснить легкостью набухания их зерен и постепенному разрушению их при дальнейшем температурном воздействии (рис.1).

В вариантах эксперимента с добавлением нитрита натрия поведение крахмалов отличалось по сравнению с вышеописанным. В области 370-280 нм наблюдаем пик, соответствующих нитриту натрию. Внесение нитрита натрия привело к увеличению оптической плотности в области 200-240 нм, кроме того область монотонных колебаний, которая ограничивалась 220-230 нм расширилась до 240-250 нм во всех случаях, что может быть следствием разрыхления крахмальных зерен в подкисленной среде из-за присутствия нитрита натрия. Двухчасовая термообработка только усилила эти эффекты.

Анализ генотоксичности термообработанных экспериментальных смесей показал, что по отношению к штамму кишечной палочки PolA в смесях с биомодифицированных бета-амилазным крахмалом без нитрита натрия есть генотоксический потенциал. В отношении штаммов RecA и ЦугА выявлено отрицательное действие у смесей из гидролизованного, амилозного и набухающего по ТУ крахмалов (индекс выживания 77-89%).

Таблица 1 - Гентоксичность термообработанных смесей крахмалов с лизином без и в присутствии нитрита натрия

Вид картофельного крахмала

Натив- ный Гидроли- зованный Оксиамиль-ный ОПВ-1 Амилоз- ный Набухающий с Са Р Набухающий по ТУ Альфа- 8- амилаз- ный Бета-8- амилаз- ный

Е. еоИ Ро1А

- №N02 110 117 99 96 131 120 107 77

+ NaN02 104 114 101 93 125 109 76 63

Е. соН ЯесА

- NaN02 94 85 97 89 112 87 107 111

+ NaN02 71 80 95 87 109 83 110 103

Е. соН иугА

- NaN02 102 89 101 82 97 108 97 102

+ NaN02 108 84 108 72 81 111 84 61

Рис. 1 - Спектры поглощения смесей крахмальных клейстеров с лизином без и в присутствии нирита натрия до и после термообработки

Внесение нитрита натрия в растворы и последующая термообработка привела в ряде случаев к появлению генотоксического эффекта. Так, в отношении Е. соН Ро1А выявлен

генотоксический эффект средней силы при использовании бета- и альфа-амилазных крахмалов. Усилился генотоксический эффект при совместном использовании нитрита натрия и гидролизованного, амилозного и набухающего по ТУ. Кроме того, появился генотоксический потенциал в смеси из нативного картофельного крахмала большей силы по сравнению с модифицированными крахмалами. В отношении штамма, с нарушенной с эксцизионной репарацией, токсический эффект выявлен в смеси крахмалов: бета-амилазного, амилозного, набухающий с Ca, P, гидролизованного и альфа-амилазного, причем эффект снижался в этом ряду.

В смеси крахмала с лизином может происходить взаимодействие на уровне свободного гликизидного гидроксила цепей полисахарида и на уровне продуктов деградации декстринов и крахмала [3]. Причем эти реакции ведут к образованию широкого спектра, в том числе и реакционно-способных метаболитов: промежуточных соединений Амадори и продуктов реакции Майяра. В зависимости от исходных углеводных фрагментов, их длины и структуры, образуются различные соединений меланоидинового ряда [4]. Известно, что продукты реакции Майяра обладают положительными свойствами - антиоксидантными, хелатирующими и связывают свободные радикалы [5], а также отрицательными -мутагенными, генотоксическими и канцерогенными [5]. Таким образом, можно прогнозировать, что внесение модифицированных крахмалов в мясопродукты совместно с нитритом натрия будет оказывать эффект на генотоксические свойства готовых термообработанных изделий.

Экспериментальная часть

Модифицированные крахмалы предоставлены ГУ НИИ питания РАМН (г. Москва). "Картофельный набухающий с повышенным содержанием Са и Р”; "Картофельный набухающий ТУ 9187-016-5747146-95”; "Картофельный амилозный (повышенное содержанием амилозы)”;

"Картофельный оксиамильный ОПВ-1”; "Картофельный гидролизованный”. Нативный картофельный крахмал соответствовал ГОСТ 7699-78.

Получение биомодифицированных крахмалов. Биомодифицированные крахмалы получали из нативного с применением ферментов с применением ферментов - а-амилазы (type II-A: из Bacillus sp) и в -амилазы (получена из ячменя). Механизм действия а-амилазы: гидролизует внутренние а-1,4-гликозидные связи крахмала, в среде накапливается глюкоза, в меньшей степени мальтоза и декстрины. Механизм действия в-амилазы: гидролизует а-1,6-гликозидные связи крахмала, в среде накапливается мальтоза, в меньшей степени глюкоза и декстины.

Модификацию осуществляли вышеперечисленными ферментами по Ma с соавт. [6].

Концентрация картофельного крахмала в воде 20%, а фермента 0,02 %. Через 8 ч гидролизат нейтрализовали до рН = 4 посредством концентрированной H2SO4. Полученную густую суспензию фильтровали через беззольный бумажный фильтр и высушивали при температуре t = 40 °С в течение 24 ч, Таким образом получены альфа-8-амилазный и бета-8-амилазные крахмалы.

Методика термообработки. Экспериментальные образцы содержали по 2 % картофельных крахмалов и лизин в конечной концентрации 0,2 . системы готовили на основе дистиллированной воды. Растворы каждого крахмала делили на две части, в одну из которых добавляли нитрит натрия, конечная концентрация - 0,69 г/л после чего проводили прогревание при 60 оС, 5 мин для заваривания крахмалов, отбирали пробы для спектрального анализа (начальная точка). Термообработку проводили при 100 оС в течение 120 мин, затем отбирали пробы для спектрального анализа.

Спектральный метод. Спектры поглощения исследуемых образцов измеряли на СФ-2000 (РФ, г. Санкт-Петербург).

ДНК-повреждающий тест. В исследованиях использовали штаммы Escherichia соИ: Wp -дикий тип (работают все системы репарации);

Pol А" - polA" 1 (нарушен синтез ДНК-полимеразы 1);

Uvr A- - uvrA- 155 (нарушена эксцизионная репарация);

Rec A- - recA- (нарушена пострепликативная репарация, общая рекомбинация).

Принцип метода заключается в селективном ингибировании роста мутантных штаммов по сравнению с диким типом. Активность тестировали, как описано у Никитиной с соавт. [7].

Литература

1. Булдаков, А.С. Пищевые добавки. Справочник / А.С. Булдаков, А.С.Фролов. - М.:ДеЛи принт, -2001. - 436 с.

2. Рогов, И.А. Справочник технолога колбасного производства / И.А. Рогов, А.Г. Забашта, Б.Е. Гутник и др.- М.:Колос,1993. -431с.

3. Kramholler, B. Maillard reactions of dextrins and starch / B. Kramholler, M. Pischetsrieder, T. Severin // Z Lebensm Unters Forsch - 1993 - V.197, - P.227-229.

4. Cammerer, B. Carbohydrate structures as part of the melanoidin skeleton / B. Cammerer, V. Jalyschkov, L.W. Kroh // International Congress Ser. - 2002. - V.1245, - P.269- 273.

5. Friedman, M. Biological effects of Maillard browning products that may affect acrylamide safety in food /

M. Friedman // Chemistry and Safety ofAcrylamid in Ed. Friedman, Mottram, Springer Science+Business Media, Inc. - 2005 - P.135-156.

6. Ma, Y. Enzymatic hydrolysis of corn starch for producing fat mimetics / Y. Ma, C. Cai, J. Wang, D.-W. Sun

// J. Food Engineering. - 2006. - V.73, N.3. - P.297-303.

7. Никитина, Е.В. Изменение восстановительных и генопротекторных свойств солей фенозана под действием хлебопекарных дрожжей / Е.В. Никитина, О.В. Старовойтова, З.Ш. Мигалеева, О.А. Решетник // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2007. - № 5-6. - С.86-91.

©Е. В. Никитина - канд. биол. наук, доц. каф. пищевых производств КНИТУ, [email protected].