БАРБАШОВ Александр Вячеславович На правах рукописи БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
advertisement
На правах рукописи БАРБАШОВ Александр Вячеславович БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЛКОВ СЕМЯН ЛЬНА И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ 03.00.04 – Биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технически наук Краснодар-2007 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный технологический университет» Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ксандопуло Светлана Юрьевна Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор, Проскуряков Марк Тихонович; кандидат технических наук Багалий Татьяна Михайловна Ведущая организация: аграрный университет» ФГОУ «Кубанский государственный Защита состоится 17 мая 2007 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072 г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус А, конференц-зал С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета Автореферат разослан 16 апреля 2007 г. Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук В.В. Гончар 3 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность использования темы. Задача повышения эффективности растительного белка является приоритетной. Лен возделывается в России с глубокой древности и отличается высоким содержанием в семенах биологически полноценных белков. В связи с разработками технологий получения белковых продуктов – как концентратов так и изолятов – с улучшеными функциональными свойствами из семян подсолнечника, рапса, сои, хлопчатника, томата и других культур, в целях максимального использования белоксодержащих отходов производств, выбор получения белка из семян льна обусловлен необходимостью расширения сырьевой базы получения пищевого и кормового растительного белка. К сожалению, биохимические характеристики белкового комплекса семян льна, а также функциональные свойства, определяющие пригодность льняных белков к использованию в рецептурах приготовления пищевых продуктов, изучены недостаточно. Это ограничивает использование белковых продуктов полученных из семян льна в пищевой промышленности. Особую проблему составляет присутствие в семенах льна цианогенного глюкозида и применение при возделывании льна особых средств защиты растений. В связи с этим изучение биохимических характеристик белков семян льна и обоснование способов направленной модификации их функциональных свойств являются актуальными и имеют теоретическое и прикладное значение для биохимии растений и комплексной переработки масличных семян. Актуальность темы подтверждается включением ее в НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по технолоАвтор выражает глубокую благодарность научному консультанту, канд. техн. наук Инге Владимировне Шульвинской за помощь при выполнении работы. 4 гии живых систем» (№ госрегистрации 1200004210) и тематику НИР КубГТУ. 1.2 Цель работы. Изучение биохимических и функциональных характеристик белков семян льна и разработка способов повышения их биологической ценности. 1.3 Задачи исследования. В соответствии с целью работы были определены задачи исследования: - исследовать биохимические характеристики белкового комплекса семян льна сортов современной селекции, ранее не изученных и его антипитательные компоненты; - изучить возможность ферментативной и термической модифи- кации запасных белков семян льна, определяющих их функциональные свойства и биологическую ценность; - экспериментально оценить и теоретически объяснить влияние ограниченного ферментативного протеолиза собственными протеиназами и термоденатурации белков семян льна на их функциональные свойства и содержание в них антипитательных компонентов; - определить условия и разработать способы ферментативной модификации функциональных свойств белков семян льна путем ограниченного гидролиза протеиназами прорастающих семян; - определить условия термообработки и разработать способы термической модификации белков семян льна; - разработать принципиальные схемы получения модифицированных белковых концентратов из обезжиренных семян льна; - оценить влияние способов модификации на биологическую ценность белковых продуктов и содержание в них антипитательных компонентов; - оценить возможности и направления применения модифицированных белков в рецептурах пищевых продуктов – мучных кондитерских 5 изделий – в качестве функциональных компонентов; - разработать рецептуру приготовления мучных кондитерских изделий – пряников – обогащенных модифицированными белковыми компонентами из семян льна. 1.4 Научная новизна. Впервые изучены белки семян льна новых сортов и типов селекции ВНИИМК: Ручеёк и ВНИИМК-620-630 (ВНИИМК- 620 – сорт-контроль). Показано, что под влиянием селекции на высокое содержание линоленовой кислоты в триацилглицеролах льняного масла изменился фракционный состав белкового комплекса: уменьшилась относительная доля щелочерастворимых белков и увеличивалась доля водо- и солерастворимых. Повышение массовой доли растворимых белков привело к возрастанию биологической ценности белкового концентрата, полученного из семян льна. Впервые выполнен комплекс экспериментальных и теоретических исследований, на основании схемы которых разработаны принципиальные получения модифицированных белковых продуктов из семян льна. Показано и количественно оценено влияние на функциональные свойства исследуемых белков ограниченного гидролиза протеиназами прорастающих семян. Подтверждена собственными гипотеза о существовании различного механизма протеолиза запасных белков в прорастающих семенах. Показана возможность модификации функциональных свойств термоденатурацией. Установлена взаимосвязь между биохимическими характеристиками – фракционным составом белков семян – с их функциональными свойствами. Количественно оценена взаимосвязь между содержанием доли белкового и небелкового азота и процентными показателями функциональных свойств. Впервые экспериментально показана возможность инактивации цианогенных глюкозидов в семенах льна исследуемых сортов при 6 термообработке и оценена биологическая ценность обезвреженных белков. Установлена возможность практически полного обезвреживания белков льна при прорастании и термообработке предварительно увлаженных семян. 1.5 Практическая значимость. Разработаны способы направленной модификации белков обезжиренных семян льна исследуемых сортов, рекомендованы условия ферментативной модификации белков и модификации термоденатурацией. Оценена биологическая ценность модифицированных белковых продуктов полученных из семян льна. Предложена рецептура приготовления пищевых продуктов – мучных кондитерских изделий – пряников, обогащенных модифицированными по разработанным способам белками из семян льна. 1.6 Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на научно-методических семинарах кафедры безопасности жизнедеятельности КубГТУ (2003-2006 гг.), на 3-й Всероссийской научно-практической конференции «Роль социальных, медико-биологических и гигиенических факторов в формировании здоровья населения» (Пенза, 2005 г.) 1.7 Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 4 статьи в научных журналах и тезис в сборнике трудов Всероссийской научно-практической конференции. 1.8 состоит Структура из введения, и объём работы. Диссертационная работа аналитического обзора, методической и экспериментальной части, выводов и списка литературы Основная часть работы изложена на 120 страницах компьютерного текста и содержит 26 таблиц и 16 рисунков. Список публикаций включает 145 научных публикаций, в том числе 15 публикаций зарубежных авторов. 7 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1 Объекты исследования. Объектами исследования служили семена льна масличного сортов современной селекции ВНИИ масличных культур им. В.С. Пустовойта, г. Краснодар: ВНИИМК-620-630 и Ручеёк. Характеристика исследуемых семян приведена в таблице 1. Таблица 1 – Результаты конкурсного сортоиспытания семян льна масличного сортов ВНИИМК – 620-630 и Ручеек (среднее за 1998-2000 гг.) Веге- Урожай- Маслич- Сбор Высота Масса Устойчи- тацион- ность ность масла, расте- 1000 вость к ный семян, семян, кг/га ний, семян, фуза- период т/га % см г риозу, % 87 2,7 54,9 1107 59,1 7,02 90,2 82 2,5 51,7 917 59,2 7,37 91,7 РУЧЕЕК 83 2,8 52,5 1050 59,3 7,15 90,1 ± к ст. +5 +2,9 +3,2 +190 -0,1 0,35 -1,5 Сорт ВНИИМК 630 ВНИИМК 620, ст. Примечание: различия по высоте растений и устойчивости к фузариозу недостоверны при Р<=0,05. Как следует из данных таблицы 1, исследуемые сорта льна отличаются от сорта-контроля по ряду агротехнических характеристик – длине вегетационного периода, урожайности, сбору масла с гектара, массе 1000 семян и их масличности. 2.2 Методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовали стандартные методики, рекомендуемые ВНИИ жиров, и общепринятые при биохимических исследованиях масличных семян, а также современные физико-химические методы анализа. 8 Функциональные свойства белковых продуктов, технологические характеристики и химический состав семян, включая определение линамарина, определяли методами, рекомендованными «Руководством ВНИИ жиров». Повторность анализов 4-6-кратная. Общую биологическую ценность готовых продуктов определяли с использованием тест-организма Тetrachymena pyryphormis. Средние пробы исследуемых семян измельчали в лабораторной мельнице и затем хранили в эксикаторах при влажности воздуха 60 % и температуре 20-22оС. Полученный продукт – полножирную муку – обезжиривали гексаном путем многократного настаивания при 4оС. Полученный обезжиренный продукт – обезжиренную муку – условно называли белковым концентратом. Содержание жира в обезжиренной муке после извлечения льняного масла составляло 3-5%. Фракционирование белков семян льна по растворимости проводили по методу Осборна. Общий азот и азот белковых фракций определяли по микрометоду Кьельдаля, небелковый азот – после осаждения белков трихлоруксусной кислотой (ТХУ), аминокислотный состав белковых фракций – на приборе Милихром А-02, электрофоретическую способность – методом капельножидкостного электрофореза. Экспериментальные данные обрабатывали методами математической статистики. Результаты выражались в процентах. Общая схема исследования представлена на рисунке 1. На основании теоретических исследований, касающихся влияния гидролиза и термической денатурации на белковый комплекс масличных семян нами были разработаны способы направленной модификации белкового комплекса нативных семян льна, предусмотренные на стадии подготовки семян к переработке, в результате чего предусматривается получение продуктов. биохимически модифицированных пищевых белковых 9 I этап: Анализ информационно-патентной литературы по проблеме получения структурномодифицированного пищевого белка семян льна и др. масличных растений с использованием фондов научных библиотек и системы Internet II этап: Теоретическое и экспериментальное обоснование получения структурно- модифицированного белка семян льна Исследование фракционного состава белкового комплекса семян льна Изучение функциональных свойств белков семян льна Определение массовой доли антипитательного компонента – нитрилглюкозида линамарина в льняном белке III этап: Разработка и обоснование способов структурной модификации белкового комплекса семян льна, направленной на повышение биологической ценности белка Модификация ограниченным гидролизом в процессе 48-часового прорастания семян на подготовительном этапе Модификация термообработкой предварительно увлажненных семян IV этап: Получение структурно-модифицированных белковых продуктов семян льна и исследование их биохимических и функциональных характеристик Исследование фракционного состава структурно-модифицированных белков (белковых продуктов) Исследование функциональных свойств структурномодифицированных белков Определение массовой доли нитрилглюкозида линамарина в структурно-модифицированном белке Определение электрофоретической способности полученных структурно-модифицированных белков и их аминокислотного состава Определение биологической ценности по тест-организму V этап: Рекомендация разработки рецептур мучных кондитерских изделий с использованием модифицированных белковых концентратов Рисунок 1 – Общая схема исследования 10 Общая структурная схема модификаций белкового комплекса семян льна ограниченным гидролизом при проращивании и термоденатурации представлена на рисунке 2. Семена льна сортов РУЧЕЕК, ВНИИМК-620, ВНИИМК 630 Промывка проточной водой от слизей предварительно увлажненных семян (до влажности 14%) Модификация белкового комплекса семян термоденатурацией t= 40-80оС, τ 20-10мин Обеззараживание в целях инактивации поверхностной микрофлоры семян Проращивание семян, t 24-25оС, τ 48 часов (модификация ограниченным гидролизом белков семян) Остановка гидролиза подогревом семян до 85+ 5 оС в течении 10-20 минут и доведение семян до влажности 6 % Помол и получение модифицированной полножирной муки Обезжиривание экстракцией масла, просеивание с целью отделения семенных оболочек через капроновые сита и получение белковых продуктов БПЛ-48 (при проращивании) БПЛ- 40, БПЛ-60 и БПЛ-80 Рисунок 2 – Структурная схема модификаций белкового комплекса семян льна Как следует из схемы рисунка 2, модификацию после промывки поверхности семян от слизей вели двумя способами: ограниченным ферментативным гидролизом при проращивании семян в течение 48 часов, где предусматривается обеззараживание семян 0,01-0,03%-ным раствором соли сорбеновой кислоты и термомодификацией при температурах 40оС, 60оС и 80оС, в течение 20, 15 и 10 минут. Выбор времени проращивания семян – 48 часов – обусловлен недопустимостью дальнейшего протекания протеолиза, при котором белок 11 вновь способен обретать гидрофильные свойства. Аналогичный процесс происходит и при термоденатурации белка. В результате, на основании наших исследований, были установлены условия проведения модификаций – время проращивания семян, и температуры и время их термообработки. В дальнейшем белковый продукт, полученный из исходных семян, обозначили как БПЛ-1, белковый продукт, полученный ограниченным гидролизом при 48-часовом проращивании, был обозначен как БПЛ-48, белковые продукты, полученные в результате термомодификации при температурах 40оС, 60оС и 80оС, были, соответственно, обозначены как БПЛ-40, БПЛ-60 и БПЛ-80. 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Биохимическая характеристика запасных белков семян льна приведена в таблице 2. Таблица 2 – Характеристика белкового комплекса семян льна исследуемых сортов, % азота на абс. сухое вещество Общий азот Сорт РУЧЕЕК ВНИИМК630 ВНИИМК620 Небелковый азот Белковый азот альбу- глобу- глюте- альбу- глобу- глюте- альбу- глобу- глютемины лины лины мины лины лины мины лины лины 3,125 0,98 0,15 1,05 0,075 0,065 2,075 0,905 0,085 4,395 0,665 0,255 1,285 0,11 0,075 3,11 0,555 0,18 4,418 0,21 0,03 3,485 0,79 0,105 1,00 0,135 0,933 Как следует из полученных данных таблицы 2, белковый комплекс семян льна представлен водо-, соле- и щелочерастворимыми белками, а также небелковым азотом, выделенным из соответствующих групп белков по растворимости. 12 Преобладающим компонентом белкового комплекса сравниваемых сортов льна являются водорастворимые белки, относительное содержание которых составляет примерно половину других групп белков. На втором месте по массовой доле находятся солерастворимые белки, доля которых составляет 40-45 % от общего содержания белков. Доля щелочерастворимых белков составляет до 10 % от общей суммы. Высокое содержание доли растворимых белков в семенах льна современных сортов привело к росту биологической ценности белков нативных семян. Модификация ограниченным функциональных гидролизом термоденатурацией. свойств белков собственными Результаты изменения семян льна протеиназами фракционного и состава белкового комплекса семян льна под воздействием модификаций представлены в виде столбчатых диаграмм рисунка 3. Как видно из данных рисунка 3, модификация белков семян льна сорта Ручеек проращиванием в течение 48 часов привела к снижению доли белкового азота альбумин-глобулиновой фракции. Аналогичное снижение белка прослеживается и в сортах льна масличного ВНИИМК-620 и ВНИИМК-630. В среднем снижение доли белкового азота альбуминглобулиновой фракции во всех сортах составляет 1,5-2 %, тогда как снижение доли небелкового азота составляет 0,5 % (сорт Ручеек), 0,4-0,28 – ВНИИМК-620, ВНИИМК-630. Факт снижения доли белкового азота в процессе данной модификации можно объяснить затратой запасных белков семян на проращивание. Отмечено некоторое возрастание общего азота в щелочерастворимой фракции всех сортов, составляющее в среднем 0,5 %, вызванное за счет увеличения доли небелкового азота. Снижение общего азота альбумин-глобулиновой фракции в семенах сорта Ручеек составило 10,16 % и 1,23 % соответственно, ВНИИМК-630 и 13 ВНИИМК-620 – 12,77 % и 0,625 %. 5 6 4 Азот, % Азот, % 5 3 2 1 4 3 2 1 0 БПЛ-1 БПЛ- БПЛ- БПЛ- БПЛ40 60 80 48 0 БПЛ-1 БПЛ-40 БПЛ-60 БПЛ-80 БПЛ-48 Б А 6 Азот, % 5 4 3 Небелковый 2 Белковый 1 0 БПЛ-1 БПЛ-40 БПЛ-60 БПЛ-80 БПЛ-48 В Рисунок 3 – Изменение лекгорастворимых фракций модифицированных ограниченным гидролизом и термоденатурацией белковых продуктов: А – из семян льна маслинного сорта «Ручеек», Б – из семян льна масличного сорта ВНИИМК-620; В – из семян льна масличного сорта ВНИИМК-630 Согласно работам ряда авторов, в семенах на разных стадиях прорастания семян действуют два типа протеиназ – протеиназы, начинающие протеолиз белков на первой стадии прорастания, и вновь синтезированные на более поздних стадиях прорастания протеиназы, продолжающие протеолиз и переходящие в вытяжку из уже проросших семян. 14 Анализируя динамику денатурации альбумино-глобулиновой фракции (рисунок 3) по сортам, следует отметить выявившуюся разнокачественность (вариабельность) сортов по термостойкости белков. Для сорта Ручеек термомодификация при 40оС и 80оС снизила содержание общего азота на 66 % и 70 % соответственно. Для белковых продуктов сорта ВНИИМК-620 наблюдается обратная корреляция между белковым азотом и температурой обработки. Для сорта ВНИИМК-630 наибольшее снижение белкового и небелкового азота альбумин-глобулиновой фракции – до 25 % и 28 % соответственно наблюдается при режиме 80оС. Изменение функциональных свойств белков. Результаты изменения функциональных свойств белков представлены на рисунке 4. Как следует из данных рисунка 4, условия обработки белков, ведущие к изменению соотношения белкового и небелкового азота сопровождаются изменением функциональных свойств. Во всех вариантах модифицированных белковых продуктов произошли существенные улучшения жироудерживающих свойств (ЖУС) – на 9,5 %, 110,5 % и 44,0 % в БПЛ-48 в сортах Ручеек, ВНИИМК-630 и ВНИИМК-620. Значительное увеличение водоудерживающей способности на 129 % и 148 % отмечено в модифицированных продуктах БПЛ-48, полученных из семян сортов ВНИИМК-630 и ВНИИМК-620. В то же время пенообразующая способность БПЛ-48 практически не отличается от исходных значений, тогда как показатель стойкости пены в БПЛ-48 увеличился на 12,9 % для сорта ВНИИМК-630 и на 40 % для сорта Ручеек. Значительное увеличение жироэмульгирующей способности (ЖЭС) на 50 % отмечено у сорта ВНИИМК-620. 15 500 400 БПЛ-1 300 % БПЛ-48 200 БПЛ-80 100 БПЛ-40 БПЛ-60 0 ВУС Ж УС ПОС СП Ж ЭС ВНИИМК-620 600 500 % 400 300 200 100 0 ВУС ЖУС ПОС СП ЖЭС ВНИИМК-630 350 300 250 % 200 150 100 50 0 ВУС ЖУС ПОС СП ЖЭС Ручеек Рисунок 4 – Изменение функциональных свойств модифицированных ограниченным гидролизом и термоденатурацией белковых продуктов из семян льна исследуемых сортов. Термообработка семян критической влажности при 40…80оС в течение 20 минут способствовала, как следует из полученных данных, изменению наиболее функциональных свойств. технологически важных показателей 16 Все варианты термообработки семян способствовали увеличению жироэмульгирующей способности их белков. В то же время термомодификация при 40оС привела к увеличению водоудерживающей способности (ВУС) белкового продукта, полученного из семян, сорта ВНИИМК-630 на 78 %, тогда как обработка белков семян других сортов при 40оС привела к снижению этого показателя. Максимальный рост жироудерживающей способности (ЖУС) – на 45 % отмечен у БПЛ-40 из семян льна сорта ВНИИМК-620, у белков из семян других сортов серии БПЛ-40 повышение этого показателя было менее значительным, а пенообразующая способность (ПОС) практически не изменилась. У белковых продуктов из семян льна сорта ВНИИМК-630 этот показатель снизился в два раза. Функциональное свойство белков определяемые поверхностной активностью белковых молекул – стойкость пены для сорта Ручеек увеличилось в среднем на 40%. Стойкость пены также возросла у БПЛ-60 из семян сортов льна ВНИИМК-630 и ВНИИМК-620 в три и два раза соответственно. Более жесткий тепловой режим термообработки – при 80oС – также привел к увеличению ВУС на 22 и 9% в белковых продуктах сортов Ручеек и ВНИИМК-630, а также увеличилась жироудерживающая способность на 37 %. Стойкость пены возросла соответственно в пять, три с половиной и в три раза у БПЛ-80 сортов Ручеек, ВНИИМК-630 и ВНИИМК-620. Анализ влияния параметров тепловой обработки семян льна позволяет отметить, что в белковых концентратах из семян льна сорта Ручеек температура модификации 60 и 80oС привела к росту сорбционных и поверхностно активных свойств белковых продуктов. Сопоставляя химический состав белкового комплекса с изменением функциональных свойств, можно видеть, что для семян сорта Ручеек модификация при 60oС и 40oС при количестве запасных белков (21 % и 17 20 % соответственно суммарного азота фракции от общего азота) привела к улучшению адсорбционных и поверхностно-активных свойств белковых продуктов БПЛ-60 и БПЛ-40. Для сорта ВНИИМК-620 наибольшее количество суммарного азота фракций установлено для БПЛ-60 и БПЛ-80 (30 % суммарного азота фракции от общего азота), что сопоставимо с улучшением поверхностноактивных свойств белковых продуктов из семян льна. Анализ полученных данных выявил закономерность, общую для модифицируемых термообработкой белков, – наиболее заметные изменения функциональных свойств наблюдались при минимальной и максимальной тепловой обработке – 40оС и 80оС, тогда как термообработка при 60оС менее всего изменяла их первоначальные свойства, а, следовательно, и структуру белковых молекул. Сопоставление сравниваемых глубины сортов семян изменений при белкового модификации комплекса термоденатурацией показывает, что исследуемые сорта льна заметно отличаются по термостабильности термостабильности запасных сорта белков. могут быть В порядке расположены в убывания следующей последовательности: ВНИИМК-630 – Ручеек –ВНИИМК-620. Разработанные принципиальные схемы модификации белков термоденатурацией и ограниченным гидролизом представленные на рисунке 2 были применены для изменения функциональных свойств полножирной муки, преимуществом которой является полноценный липидный и жирнокислотный состав, свойственный исходным семенам. Как следует из полученных данных, под влиянием термоденатурации увеличилась способность полножирной муки из семян льна трех исследуемых сортов к сорбции воды и масла. В продуктах, модифицированных ферментативным гидролизом, увеличилась способность связыванию жира, образованию стойких эмульсий. белков к 18 Гидролиз линамарина при прорастании и термоденатурации семян льна. Под влиянием структурной модификации белков семян при проращивании и термоденатурации семян наблюдалось значительное снижение доли глюкозида линамарина, уровень которого в семенах исследуемых сортов был различным (рисунок 5). Образующаяся в результате гидролиза линамарина синильная кислота включается в аспарагиновую кислоту через цистеин. 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 0,01 0,01 0 БПЛ-1 0 БПЛ-1 БПЛ-48 БПЛ-48 ВНИИМК-630 Ручеек 0,02 0,01 БПЛ-1 БПЛ-48 0 БПЛ-1 БПЛ-48 ВНИИМК-620 Рисунок 5 – Изменение массовой доли линамарина в семенах льна при проращивании Математическая обработка результатов функциональных свойств белковых продуктов из семян льна масличного сорта Ручеек, модифицированных термоденатурацией при температурах от 40 до 80 оС, позволила получить уравнения регрессии 2-го порядка, адекватно описывающие изменение функциональных свойств при варьировании температуры и продолжительности термоденатурации. В результате было получено множество значений, представленных в виде поверхностей рисунка 6. 19 z=73,75+2,3*x+1,4*y-0,04*x*y ÆÝÑ, % 142,614 146,477 150,341 154,205 158,068 161,932 165,795 169,659 173,523 177,386 above Òå ìïå ðà òó ðà ,Ñ Âð 0 , åìÿ ìèí z=-546,9+7,6*x+24,3*y-0,02*x*y-0,2*x^2-0,3*y^2 Âðå ìÿ,ìè í ÆÓÑ, % 179,134 189,241 199,348 209,454 219,561 229,668 239,774 249,881 259,988 270,094 above Òåìïåðàòóðà, Ñ 0 z=-70,8+2,8*x+1,7*y-0,04*x*y ÑÏ, % 11,202 15,706 20,211 24,715 29,220 33,724 38,229 42,734 47,238 51,743 above Òå ìï åð àò óð à, Ñ 0 åìÿ Âð ,ìè í Рисунок 6 – Изменение функциональных свойств белковых продуктов полученных из семян льна масличного сорта Ручеек Оценку относительной биологической ценности белковых концентратов и полножирной муки вели с использованием тест-организма 20 Тetrаchymena pyryformis. По мере углубления гидролиза белков семян собственными протеиназами при проращивании происходило увеличение относительной биологической ценности белкового продукта (рисунок 7). Исходя из данных рисунка 7, оптимальная температура денатурации белков семян льна, при которой рост биологической ценности наиболее полноценен – 40оС. Однако пищевая привлекательность белковых продуктов зависит от сбалансированности аминокислотного состава, который претерпевает изменения в зависимости от способа модификации (таблица 3). Ручеек 140 120 100 80 ОБЦ, % 60 40 20 0 БПЛ-40 БПЛ-80 БПЛ-60 ЮПЛ-1 БПЛ-48 Модификаия Рисунок 7 – Относительная биологическая ценность модифицированных белковых продуктов из семян льна масличного сорта «Ручеек» Ферментативная модификация ограниченным гидролизом под воздействием собственных протеиназ пророщенных семян позволяет повысить количество лейцина, изолейцина, метионина, валина, гистидина, фенилаланина. Термообработка белкового комплекса при 80оС способствовала некоторому снижению доли незаменимых аминокислот, в связи с тем, что под действием тепловой денатурации незаменимые аминокислоты могут связываться с окисленными липидами, в результате чего теряются, но при 21 этом сохраняется достаточно полноценный аминокислотный состав модифицированного денатурацией белка. Таблица 3 – Сравнительная характеристика аминокислотного состава модифицированных белков продуктов из семян льна масличного сорта Ручеек (г/кг) Аминокислоты Лизин Фенилаланин Лейцин Изолейцин Метионин Валин Тирозин Аргинин Пролин Аланин Треонин Гистидин Глицин Серин Глутаминовая кислота Аспарагиновая кислота Варианты модификации Термоденатурация, 80оС БПЛ-80 Ограниченным гидролизом при 48-часовом проращивании, БПЛ-48 8,35 15,44 23,09 13,71 3,53 15,42 7,46 16,08 17,35 9,47 33,28 6,58 14,73 12,08 30,60 6,65 1,53 10,66 14,86 8,42 1,56 10,42 5,68 16,00 9,41 7,51 15,58 3,24 11,33 7,77 29,58 11,88 До модификации БПЛ-1 8,03 13,01 20,73 12,69 2,03 14,49 6,86 16,39 15,5 13,66 36,45 5,37 17,54 13,52 34,15 23,92 Анализ распределения электрофоретических фракций. При исследовании распределения электрофоретических фракций исходного и модифицированных белковых продуктов, полученных из исследуемых сортов семян льна, результаты, отображенные в виде электрофоретических спектров, представлены в основном одной наиболее крупной фракцией, площадью от 580,7942 mV* до 996,6173 mV*сек, остальные минорные (дополнительные) фракции присутствуют в минимальных количествах – площади их пиков колеблются от 0,6888 до 21,6974 mV*сек. Под влиянием модифи- 22 каций в исследуемых белковых концентратах происходит варьирование числа фракций – от 20 до 23. В результате модификаций, особенно по мере роста температуры денатурации, наблюдается снижение площадей пиков, что говорит о потере белком его молекулярной массы. Высота пиков фракций колеблется в незначительных пределах. Пики фракций модифицированных белков имеют характерные совпадения по конфигурации и времени появления, а в зависимости от вида модификации различаются по скорости движения на хроматограммах, по количеству, по относительной и абсолютной площади пиков разделяющихся фракций. Разработка рецептуры модифицированными пищевых белками семян продуктов, льна. обогащенных Учитывая высокую жироудерживающую и жироэмульгирующую способности модифицированных белковых продуктов нами были разработаны рекомендации по применению модифицированных белковых концентратов в производстве пищевых продуктов – мучных кондитерских изделий (пряников) – с частичной заменой (до 5 %) пшеничной муки на модифицированные белковые концентраты. Была произведена дегустационная и органолептическая оценка обогащенного модифицированным белковым продуктом семян льна кондитерского изделия – пряника «Солнечный». ВЫВОДЫ 1. Выполнен комплекс экспериментальных исследований, на основании которых показана возможность направленной модификации функциональных свойств белковых продуктов из семян льна, рекомендуемых для обогащения белком и формирования у пищевых композиций заданных технологических свойств. 23 2. Впервые охарактеризованы функциональные свойства белков полученных из семян льна современных сортов селекции ВНИИМК и их изменение под влиянием ферментативной и термической модификации. 3. Выявлены закономерности изменения фракционного состава белков исследуемых семян в зависимости от способов модификации. Оценено методом капельного электрофореза количественное распределение электрофоретических фракций белковых фрагментов и высокомолекулярных компонентов олигомерных белков семян в результате изменения пространственной организации белковых молекул под влиянием ограниченного протеолиза собственными протеиназами при прорастании и термоденатурации. 4. Впервые установлена и количественно оценена взаимосвязь биохимических характеристик белков семян льна с их функциональными свойствами. Выявлено возрастание гидрофобных свойств: жиро- удерживающей, жироэмульгирующей способностей в среднем на 100% и способности к образованию стойких пен в среднем на 50% в модифицированных белковых продуктах по мере усиления денатурируюших тепловых и гидролитических воздействий, приводящих к гидрофобизации поверхности белковых молекул и снижению массовой доли водо- и солерастворимых белковых фракций запасных белков на 1,5-2%. 5. Количественно модификации белков оценено семян на влияние их предлагаемых биологическую способов ценность и технологические характеристики белковых продуктов. 6. Разработаны принципиальные схемы и обоснованы условия ферментативной охарактеризованы и термической функциональные модификации свойства белков белковых полученных модификациями по рекомендуемым условиям. семян, продуктов, 24 7. Разработаны и рекомендованы рецептуры пищевых продуктов с включением модифицированных разработанными способами белков семян льна. Проведена органолептическая оценка приготовленного продукта. На способы направленной модификации функциональных свойств белков семян льна поданы две заявки на изобретение в Роспатент. Основные положения диссертации изложены в следующих работах: 1. Ксандопуло С.Ю., Барбашов А.В. Групповой состав белкового комплекса семян льна современных сортов // Известия вузов. Пищевая технология. 2005. – № 4. – С. 71-72. 2. Ксандопуло С.Ю., Барбашов А.В. Линамарин и продукты его гидролиза в семенах масличного льна современной селекции // Известия вузов. Пищевая технология. 2005. – № 5-6. – С. 51-52. 3. Барбашов А.В., Шульвинская И.В. Групповой состав белкового комплекса пророщенных семян льна современных сортов // Известия вузов. Пищевая технология. 2006. – № 4. – С. 40-41. 4. Шульвинская И.В., Щербаков В.Г., Барбашов А.В. Влияние ограниченного гидролиза на биохимические и функциональные свойства белков семян льна // Известия вузов. Пищевая технология. 2006. – № 5. – С. 30-32. 5. Шульвинская И.В., Ксандопуло С.Ю., Барбашов А.В. Функциональные свойства белков семян льна. Сборник статей III Всерос. науч.-практич. конференции «Роль социальных, медико-биологических и гигиенических факторов в формировании Приволжский Дом знаний.- Пенза, 2005. - С.98 здоровья населения» //
