WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Физико-химические свойства и структурные особенности белков сухой пшеничной клейковины с ограниченной степенью протеолиза

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ АЛЕКСЕЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

Физико-химические свойства и структурные особенности белков сухой пшеничной клейковины с ограниченной степенью протеолиза

Специальность 03.00.04 «Биохимия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный
университет пищевых производств» на кафедре «Органическая и пищевая химия»

Научный руководитель: Официальные оппоненты: Ведущая организация – доктор технических наук, профессор Колпакова Валентина Васильевна – доктор биологических наук, профессор Топунов Алексей Федорович – доктор технических наук, профессор Иунихина Вера Сергеевна Российский государственный аграрный университет – Московская сельскохозяйственная академия им. А.К. Тимирязева

Защита диссертации состоится «22» декабря 2009 г. в 14.00 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.07 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. 302, корп. А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП

Автореферат разослан «___» ноября 2009 г.

Ученый секретарь Совета

д.т.н., ст. н. с. Богатырева Т.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы . Одним из основных направлений производства пищевых продуктов является интенсификация процессов их приготовления с одновременным приданием комплекса свойств, отвечающих требованиям науки о питании. В качестве приоритетных используются технологии получения и применения растительных белковых препаратов, однако свойства последних иногда не удовлетворяют требованиям потребителей, что сдерживает их применение.

Несмотря на то, что сухая пшеничная клейковина (СПК1) довольно широко применяется в производстве хлеба, области её использования могут быть расширены за счет модификации свойств. Выбор СПК обуславливался тем, что пшеница является одной из традиционных культур для производства хлеба и тем, что для расширения и улучшения сырьевой базы растительного белка подобные разработки востребованы и для производства других видов пищевых продуктов.

СПК традиционно применяется в качестве улучшителя свойств муки, однако с помощью модификации ее белков можно изменять не только техно - функциональные свойства, но и обеспечивать эффективное ресурсосбережение за счет экономии сырья при использовании его в уменьшенных количествах и создании композиций с улучшенным аминокислотным составом.

Энзиматическое расщепление белкового комплекса СПК, биохимические характеристики гидролизатов и их функциональные свойства, определяющие пригодность препарата к использованию в различных пищевых продуктах, изучены не достаточно. В литературе полностью отсутствуют сведения о физико-химических свойствах белковых гидролизатов СПК разного качества, полученных с различными видами протеиназ, с одновременным анализом их функциональных свойств. Такие данные необходимы для целенаправленного регулирования свойств белков с целью эффективного применения и расширения направлений использования СПК в различных отраслях пищевой промышленности.

Изучение биохимических характеристик белков гидролизованной СПК и обоснование способов направленной модификации является актуальным, оно имеет теоретическое и практическое значение для управления процессами переработки зерна пшеницы, так и для биохимии растений в целом.

Работа проводилась в рамках Государственных контрактов НИР «Расширение и развитие совместного учебно-научного центра МГУПП и Института биохимии им. А.Н. Баха РАН с целью подготовки высококвалифицированных специалистов в различных областях биотехнологии» (2007-2009гг) и «Экологически безопасные ресурсосберегающие процессы получения, модификации, применения и сохранения качества пищевой белоксодержащей продукции из различных видов сельскохозяйственного сырья, включая некондиционное и отходы», заключенных с Федеральным Агентством по образованию в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы.

Цель и задачи исследований. Целью работы явилось изучение биохимического процесса модификации СПК разного качества с ограниченной степенью протеолиза, предназначенной для использования в качестве улучшителя хлебопекарных свойств пшеничной муки и обогащения хлеба белком с улучшенным аминокислотным составом.

В задачи исследований входило:

– определение техно-функциональных свойств и химического состава СПК разного качества;

– исследование параметров гидролиза СПК разного качества с эндо- и экзопротеиназами;

– определение степени гидролиза сухой пшеничной клейковины;

– исследование молекулярно-весового распределения полипептидов гидролизатов СПК разного качества;

– изучение фракционного состава гидролизованных белков клейковины;

– исследование растворимости и межмолекулярных взаимодействий белков;



– изучение агрегирующей способности и гидрофобных свойств белков;

– исследование влияния активаторов и ингибиторов на активность протеиназ;

– использование гидролизованной клейковины для улучшения хлебопекарных свойств пшеничной муки и обогащения хлеба белком;

– определение функциональных свойств гидролизованной СПК;

– разработка рекомендации и проектов нормативной документации для получения и применения гидролизованной СПК.

Научная новизна. Впервые проведена сравнительная оценка ферментативного гидролиза СПК экзо-, и эндопротеиназными препаратами и показано, что чем крепче клейковина, тем больше аминного азота образуется под действием эндопротеиназ (Neutrase 1,5 MG®, Portamex®), чем слабее, тем больше выделяется азота с экзопротеиназой (Flavourzyme 500 MG®).

Научно обоснованы параметры протеолиза с учетом особенностей качества СПК.

Показано, что степень гидролиза белков слабой клейковины с экзопротеиназой выше (2,86-3,41%), чем степень гидролиза короткорвущейся (1,7-2,9%) и хорошей (1,4-2,57%) СПК в присутствии эндопротеиназы. Чем слабее клейковина, тем больше образуется в ней белков, растворимых в солях, спирте и уксусной кислоте, содержащей детергент ЦТАБ.

При степени гидролиза белков 1,2-3,4% под действием эндо- и экзопротеиназ гидролизу подвергается как растворимая, так и нерастворимая глютениновая фракции клейковины с образованием белков альбуминового, глобулинового и глиадинового типов.

Выявлены различия во фракционном составе гидролизованной СПК в зависимости от ее качества. Фракционный состав белков короткорвущейся СПК отличался от состава белков слабой и хорошей клейковины большим количеством альбуминов, глобулинов и меньшим количеством глиадина, что аналогично фракционному составу сырой короткорвущейся клейковины зерна, выращенного при неблагоприятной погоде (сыройя и влажная).

Белки гидролизатов отличались от белков немодифицированной СПК более «рыхлой» структурой, содержащей на 25-37% больше белков, соединенных между собой нековалентными взаимодействиями. Среди них в структуре гидролизованных белков большая роль отводится ионным, меньшая – водородным и гидрофобным.

Улучшение хлебопекарных свойств пшеничной муки высшего сорта наблюдалось с использованием гидролизатов СПК со степенью протеолиза 1,40-2,18%, характеризующейся присутствием многоцепочечных белков, содержащих в своем составе ВМ одноцепочечные компоненты с М.М. 100, 108, 110 кДа.

Практическая значимость. Разработан способ гидролиза СПК разного качества, направленный на расширение возможностей ее применения в качестве улучшителя и для обогащения хлеба из муки пшеничной высшего сорта. Определены технологические параметры (температура, влажность, рН, время, концентрация эндо- и экзоферментных препаратов и СПК) для ограниченной степени протеолиза слабой, хорошей и короткорвущейся клейковины (1,4 – 2,9%) и предложен способ остановки гидролиза эндопротеиназы препарата Protamex® цитратом кальция.

Разработаны технологические режимы применения гидролизованной СПК (дозировки – 0,09 - 0,18%, время брожения теста – 120 мин) для достижения эффекта улучшения показателей качества формового и подового хлеба с одновременным сокращением времени созревания теста на 30 мин. Показана целесообразность применения композиции из гидролизованной СПК и амарантовой муки, взятых в дозировках 0,09 - 0,21% и 5-25% к массе муки, соответственно, для выработки хлеба, обогащенного на 20 – 93% белком, лизином, треонином, триптофаном со скором 75 -100% и кальцием до содержания 27,5-56,8 мг/100 г хлеба.

Проведена опытно-промышленная апробация способа приготовления пшеничного хлеба в ОАО «Звездный» и ЗАО «Коломенское». Разработаны проекты ТУ и ТИ на СПК гидролизованную, ТИ на производство хлеба пшеничного «Богатырь» и Рекомендации по получению и применению гидролизованной СПК в хлебопекарной и кондитерской промышленности.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на V юбилейной школе-конференции с Международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2007, 2008 г.), на VI Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2007, 2008 г.); на IX Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва, 2007, 2008 г.), на VI Международной научно-практической конференции и выставке «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2008 г.); представлялись на VІ Международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств» (Могилев 2008, 2009 г.), на IX Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнология» (Казань 2008 г.) на Научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития технологии производства продуктов питания» (Воронеж, 2008г.)., по итогам докладов и выставок получено 2 диплома и 3 сертификата.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 печатных работ, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и 5 приложений. Основной текст работы изложен на 161 страницах, включает 32 рисунка и 30 таблиц. Список использованных источников включает 186 российских и зарубежных авторов.





1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы приведены сведения о роли растительного белка в питании человека, охарактеризована пшеница как важнейший сырьевой источник белка. Обобщены сведения, относящиеся к способам производства, химическому составу и функциональным свойствам СПК. Дана характеристика физико-химическим свойствам и структурным особенностям белков клейковины разного качества, описаны способы модификации растительных белков, включая биохимические с применением различных типов ферментативных препаратов.

Приведена оценка эффективности использования биотехнологической ферментативной модификации для интенсификации технологических процессов, экономии сырьевых ресурсов, повышения качества и улучшения биологической ценности пищевых продуктов. Полученные сведения послужили основой для постановки задач по регулированию свойств клейковины с применением различных типов протеиназ для более эффективного её применения.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проведены на кафедрах «Органическая и пищевая химия» и «Технология хлебопекарного и макаронного производств» ГОУ ВПО МГУПП. Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

 Структурная схема исследований 2.1 Материалы и методы-0

 Структурная схема исследований 2.1 Материалы и методы-1

Рисунок 1 – Структурная схема исследований

2.1 Материалы и методы исследования

В качестве материала использовались 11 образцов СПК, полученных с предприятия - «БМ» (Казахстан), имеющих сертификаты качества, эндопротеиназные ферментные препараты Neutrase 1,5 MG, Protamex и экзопротеиназа Flavourzyme 500 MG (Novozymes, Дания) с величиной активности 105, 125, 85 Е/г, соответственно, мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта - ГОСТ Р 52189-2003, муку из амаранта - ТУ 9293-0095268-4947-06, дрожжи прессованные - ГОСТ 171-81, соль поваренная - ГОСТ Р- 51574-2000, вода питьевая - СанПиН 2.1.4.559-96, масло подсолнечное рафинированное (ГОСТ 1129-73).

Массовую долю влаги в препаратах определяли по ГОСТ 9793-74, массовую долю общего белка - по методу Кьельдаля на анализаторе белка/азота (BUCHI K-424) (Щвейцария), растворимого – методом Лоури, содержание аминного азота - методом формольного титрования. Массовая доля жира определялась в экстракторе/анализаторе жира Fex IKA (Германия) с гексаном, зольность ускоренным методом сухого озоления. Протеолитическую активность определяли по методу Ансона в модификации А. Рухлядевой. Фракционный состав белков изучали последовательным экстрагированием по схеме: 0,5 моль/дм3 раствор NaCl 70% раствор С2Н5ОН 0,1 моль/дм3 раствор СН3СООН. Вклад нековалентных взаимодействий в структуру гидролизатов изучали методом последовательного воздействия растворителей, разрывающих те или иные связи, с учетом выделения относительного количества белка, выраженного в процентах (А. Б. Вакар).

Агрегирующую способность белков определяли на спектрофотометре ССП- 715 при длине волны 350 нм. Степень гидролиза измерялась в % по отношению к общему количеству аминного азота при полном гидролизе белка с 6н НСl.

Полипептидный состав белков исследовали методов электрофореза в 10% ПААГ и градиенте 10-20% ПААГ с ДДС-Na (рН 6,8). Для расчета молекулярных масс белков использовали метчики фирмы «Serva» (ФРГ). Содержание белка определяли по методу Бромхола. Техно-функциональные свойства регенерированной СПК определяли по методикам кафедры, ВСС, ЖСС, ЖЭС, ПОС, СП и растворимость – по методикам, опубликованным в работе В. В. Колпаковой и А. П. Нечаева (1995).

Тесто для хлеба готовилось безопарным способом, структурно-механические свойства мякиша хлеба определялись на приборе «Структурометр СТ-1М», показатели качества теста и хлеба оценивались стандартными и общепринятыми методами (Л. И. Пучкова, 2004). Процесс газообразования изучался методом измерения давления водяного столба под влиянием СО2 (dP/dt) (В. Я. Черных, 2006г). Для обработки результатов использован математический метод 2-х факторного планирования эксперимента с программами Matematica и Table Curve.


2.2 Результаты и их обсуждение

Техно-функциональные свойства и химический состав СПК разного качества. Исследовано 11 образцов сырой регенерированной СПК и выявлены отличительные особенности их органолептических и техно-функциональных свойств. Образцы условно объединены в 3 группы, в основу характеристики которых положены значения показателя упругой деформации сырой клейковины (Ндеф). Обобщенная характеристика групп СПК приведена в таблице 1.

От каждой группы СПК отобраны по 1 образцу короткорвущейся, хорошей и

слабой клейковины со значениями Ндеф 40, 65 и 80 ед. приб, соответственно. Показатели химического состава удовлетворяли требованиям Codex Alimentarius.

Таблица 1 – Техно-функциональные свойства сырой регенерированной СПК

№ групп,

№ бразцов

Ндеф.,ед. приб.

Выход, %

Гидратационная способность, %

Общая характеристика

І 1-4

40 - 50

202 - 204

154 - 165

Крепкая,

короткорвущаяся

ІІ 5-8

54 - 75



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.