CC BY
58
641.12.002.611.002.2
; ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ -КЛЕТОЧНОГО СОКА РАСТЕНИЙ НА БИОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУЧАЕМЫХ БЕЛКОВ
В.В. КИРЕЕВА ^ - -
Ростовская-на-Дону государственная академия сельскохозяйственного машиностроения
В настоящее время исследователями разных стран изучается возможность использования вегетативных органов растений в качестве сырья для производства кормовых средств и аналогов продукции животноводства. Разработанные зарубежные технологии выделения белка из клеточного сока растений, основанные на термоденатурации, осуществляются в условиях, способствующих ускорению автолитических и окислительных процессов, ведущих к увеличению его потерь и снижению пищевой ценности [1]. Кроме того, нагрев сока ускоряет взаимодействие белка с пигментами фенольной природы, что приводит к образованию нерастворимых комплексов и сопровождается снижением его доступности для переваривания ферментами пищеварительного тракта.
В последние годы специалистами РГАСХМ совместно с Донским государственным техническим университетом (ДГТУ) разработана технология фракционирования клеточного сока растений, основанная на использовании гидромеханических воздействий, вызывающих коагуляцию белков в щадящих, по сравнению с традиционными методами, условиях [2].
Цель настоящих исследований - изучение влияния способа фракционирования белков клеточного сока растений на перевариваемость и скорость процессов гидролиза получаемых белковых препаратов кормового и пищевого назначения.
На основании проведенных поисковых исследований [3, 4] состава и свойств вегетативной массы сеяных трав и ботвы овощных культур, районированных на Юге России, как наиболее перспективные для выделения фракций пищевых и кормовых белков были отобраны виды растений: люцерна посевная, амарант метельчатый и свекла столовая.
Переработка вегетативной массы проводилась методом влажного фракционирования, предусматривающего измельчение биомассы и отжим из нее клеточного сока.
Получение препаратов цитоплазматических (пищевых) и хлоропластных (кормовых) белков и установление влияния метода коагуляции на их свойства проводилось с помощью разработанных способов фракционирования клеточного сока - двухстадийной гидромеханической обработки, двухстадийного изо-электрического осаждения и комбинированного воздействия (гидромеханической обработки с последующим изоэлектрическим осаждением) [2]. При этом клеточный сок подвергался гидромеханическому воздействию (при г = 40°С), в результате которого коагулировала хлоропластная фракция белков. После центрифугирования коагулята (300 с, 3000 g) отбиралась надосадочная жидкость - коричневый сок I, которая использовалась для выделения цитоплазматических белков повторной гидромеханической обработкой (/ = 70°С). При изоэлектрическом осаждении (введении соляной кислоты) хлоропластная фракция коагулировала при снижении pH до 5,25; после центрифугирования, отделения коричневого сока I и снижения его pH
Таблица 1
Препарат Перевариваемость, % ДП„, % ДПТ, % Т1/2П, С т1/2 -Т т, ь
Из сока люцерны: I - : 24,20 5,04 240 60
И/ ■?.? 24,20 6,60 270 60 ^
!П 63,38 24,20 5,04 240 60
К1 ' - *60,05 ' 21,30 7,20 180 90
Из сока амаранта: О'Ч'Ч-. '. V у ■■
I 062,55 22,50 5,00 240 60
II Г 62,00 21,70 5,80 270 90
III ' : 62.55 22,50 5,00 270 60
К 1 61,31 20,40 4,45 180 90
Из ботвы свеклы: ::
I м<%> 23,70 5,00 240 60
II ,62,08 23,00 6,05 270 60
ш -6^00 23,50 5,00 ^ 270 " 90
К1 , ' М74 21,00 4,80 180 90
ПЗК из люцерны 65,60 32,00 3,00 180 90
до 3,8 осаждались цитоплазматические белки. В результате комбинированного воздействия хлоропласт-ная фракция отделялась гидромеханическим способом (/ = 40°С), цитоплазматическая - изоэлектрическим осаждением (pH = 3,8). Контролем служили препараты хлоропластных белков, полученные методом традиционной термоденатурации с помощью пара it = 53°С), цитоплазматических - изоэлектрическим осаждением (pH 3,8) белков коричневого сока I, отделенного после термоденатурации хлоропластов. Оценка биохимических показателей хлоропластных белков, получаемых для изготовления кормовых добавок, проводилась в сравнении с протеиновым зеленым концентратом (ПЗК), используемым в кормлении сельскохозяйственных животных; цитоплазматических, рекомендуемых для добавок в продукты питания, - с казеином, соевым концентратом и фирменным препаратом Вепекс, полученным по венгерской технологии.
Хлоропластные фракции из клеточных соков, полученные гидромеханическим, изоэлектрическим, комбинированным способами и термоденатурацией (контроль), обозначали соответственно I, II, III и КI; цитоплазматические - II.I, II.II, II.III и К И.
Полученные препараты подвергали химическому и аминокислотному анализу общепринятыми методами.
Известно, что корреляция между аминокислотным составом и биологической ценностью белка имеет место лишь при достаточно высокой скорости переваривания его ферментами желудочно-кишечного тракта [1]. Поэтому для определения биологической ценности исследуемых фракций изучали их переваривае-мость [5] и скорость процессов гидролиза или атакуе-МОСТЬ протеолитическими ферментами [6]. 'MMvm :;Ы
Полученные результаты свидетельствуют, что пе-ревариваемость белков хлоропластных и цитоплазматических фракций (табл. 1 и 2 соответственно), показа-
тели атакуемости белков пепсином ДПп и трипсином ДПТ, а также соответствующие величины полувремени гидролиза тшл, т1/2т отличались в зависимости от вида растения и способа фракционирования сока.
Наиболее эффективно переваривались препараты белков всех видов растений, полученные гидромеханическим способом. При этом хлоропластная фракция из люцерны по величине данного показателя превышала фракции из сока амаранта и ботвы свеклы и была близкой к ПЗК (табл. 1).
Перевариваемость цитоплазматических фракций была выше, чем хлоропластных. Наибольшая величина данного показателя также была обнаружена у препарата из люцерны, выделенного при гидромеханической обработке, она уступала казеину, но была близкой к белкам соевого концентрата (табл. 2). Цитоплазматические фракции амаранта и свеклы по степени гидролиза, так же как и соответствующие им хлоропластные, несколько уступали таковым из люцерны, но превышали контрольные препараты, получаемые традиционными способами.
Анализ результатов исследований динамики гидролиза белков или их атакуемости протеолитическими ферментами показал, что все рассматриваемые фракции белков переваривались пепсином лучше, чем трипсином. Причем хлоропластные белки уступали цитоплазматическим (табл. 1). Переваривание белков трипсином происходило в более короткие промежутки времени т1/2т, т. е. скорость расщепления белков трипсином была выше скорости расщепления пепсином.
Самая высокая перевариваемость пепсином наблюдалась для фракции из люцерны, выделенной гидромеханическим способом, трипсином - комбинированным воздействием (табл. 2).
Учитывая колебания уровня аминокислот и перевариваемое™ белков хлоропластных и цитоплазматиче-
•ар - .• .. - г-г.* ... Лі- " " г -“■‘-•"‘'-■'У-' Таблица 2
Препарат Перевариваемость, % ЛП„, % ЛПТ, % t1/2„,c Тшт,с
Из люцерны: II-I 76,92 ...... 35,40 9,20 360 120
ii.ii ;Н ■ 73,76 У& 33,10 7.50 300 150
ІІ.ІІІ 74,44 ^ 33,20 11,40 390 90
КII ; 74,44 ■! 33,00 9,20 4 390 90
КIII 74,66 ■ 33,90 9,10 360 75
Из амаранта: ч ■
11.1 73,64 ' 29,33 10,50 ■ ’ 360 120 л
ІІ.ІІ 71,16 28,18 9,50 360 150
или 72,02 28,64 ^ 10,00 _ 390 ; ,г 120 iv
К II 72,73 28,07 У! 9,50 -V-- 390 90
К III 72,12 28,00 9,50 ‘" 390 90
Из ботвы свеклы: Гл..
11.1 70,66: у у , 30,00 9,00 360 120
п н 68,16 : 27,70 ’ 7,80 ' 360 150
II 111 Щ21 : 27,86 8,90 360 120
К II - ЩОО — . 27,54 8,20 390 120
К III 68,32 27,67 8,30 390 90
Соевый концентрат 78,80 32,30 13,30 60 120
Таблица 3
Хлоропласгные фракции
C-PER
Цитоплазматические фракции
C-PER
Из сока люцерны
I 1,326 ЛП.1 2,738
II 1,300 ЛII.II 1,658
III 1Д26 Л II.III 2,501
KI 1,197 Из сока амаранта ЛК.П 2,538
I 1,315 АIII 2,655
II 1,287 A II.H 1,673
III 1,224 A II.III 2,480
KI 1,180 Из ботвы свеклы АК.И 2,410
II 1,221 СIII 2,561
II 1,200 С И.П 1,775
II 1,117 С II.III 2,320
KI 1,165 CK.II 2,252
ПЗК из люцерны 1,400 Казеин 2,870
Соевый концентрат 2,070
Вепекс 1,980
ских фракций в зависимости от способа фракционирования, рассчитывали коэффициенты эффективности белка С-РЕЛ [5] (табл. 3).
Как видно из полученных данных, максимальная величина коэффициента эффективности белка С-РЕ11 наблюдалась во фракциях, выделенных гидромеханическим способом. При этом С-РЕ11 хлоропластных фракций был практически на уровне ПЗК. Эффективность цитоплазматических фракций всех рассматриваемых видов растений была выше, чем хлоропластных. Полученные препараты растворимых белков цитоплазмы по данному показателю превосходили фирменный препарат, полученный из сока люцерны по технологии Вепекс, соевый концентрат и не уступали такому пищевому продукту, как казеин.
Высокие показатели коэффициента эффективности белка препаратов, по-видимому, определялись возможностью коагуляции в более мягких, по сравнению с пароконтактным способом, условиях. При гидромеханической обработке сока в результате перемешивания и турбулизации жидкости в замкнутом пространстве совместное влияние механических воздействий и выделяющегося в процессе трения слоев жидкости тепла вызывало коагуляцию при более низкой температуре. Вероятно, данный способ фракционирования белков сока позволял снизить негативное влияние нагрева, интенсифицирующего протекание реакции Майяра, сопровождающейся блокировкой г-ами-ногрупп лизина и аргинина, снижением их доступности и повышением устойчивости белка к перевариванию пищеварительными и тканевыми протеиназами.
Таким образом, способ фракционирования клеточного сока оказывал существенное влияние на состав и свойства получаемых препаратов.
По перевариваемости и атакуемости белков проте-олитическими ферментами, коэффициенту эффектив-
ности белка препараты хлоропластных белков, полученные в результате гидромеханической обработки, превосходили фракции, выделенные способами изо-электрического осаждения и термоденатурации, приближались, а по некоторым показателям превосходили ПЗК. Цитоплазматические белки, полученные после гидромеханического осаждения, имели также более высокие показатели эффективности белка, чем выделенные другими способами, и не уступали казеину и белкам соевого концентрата.
Рассмотренный способ может быть рекомендован как перспективный для получения из клеточного сока вегетативной массы растений высококачественных препаратов белков пищевого и кормового назначения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Толстогузов В.В. Новые формы белковой пищи. - М.: Агропромиздат, 1987.-303 с.
2. Пат. 2140746 RU С1 А 23 J 1/14 А 23 К 1/14. Способ получения концентратов хлоропластных и цитоплазматических белков из зеленых растений / В.В. Киреева, И.А. Долгов, Н.И. Пройдак, В.А. Черногубов. - Опубл. вБ.И,- 1999.-№31.
3. Киреева В.В., Попов С.И. Характеристика продуктов фракционирования листостебельной биомассы перспективных сельскохозяйственных культур // Производство кормов и белковых добавок кормового и пищевого назначения: Межвуз. сб. науч. тр. — Ростов н/Д, 1995.-С. 43-47.
4. Киреева В.В., Попов С.И. Получение пищевых белков из ботвы сельскохозяйственных культур с использованием физико-химических воздействий // Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности, 19-21 сент,-Краснодар, 1994.-С. 78.
5. Satterlee S.D., Marshall H.F., Tennyson J.M. Meassuring Protein quality // J. Amer. Oil Chera. Soc. - 1979. - 56. - № 3. - P. 103-109.
6. Покровский A.A., Ертанов И.Д. Атакуемость белков пищевых продуктов протеолитическими ферментами in vitro II Вопр. питания. - 1965. -№3-С. 3S-44.
Кафедра безопасности жизнедеятельности и химии
Поступила 12.04.04 г
