Использование биокатализа для получения пищевых ингредиентов на основе различных видов зернового сырья

Введение . Агропромышленный комплекс России на данный момент времени имеет перспективы переработки сельскохозяйственной продукции до 100 млн т. Эффективность перехода переработки сырья на инновационные технологии ресурсосбережения, сохранение и создание новых производств, экологическая составляющая – главные конкурентоспособные позиции России в современных пищевых технологиях. Биотехнологические процессы позволяют интенсифицировать технологические процессы, увеличивать выход готовой продукции и разрабатывать новые виды функциональных пищевых ингредиентов [1].

Зерновое сырье – один из возможных экономически перспективных видов сырья, высокомолекулярные полимеры которого имеют многокомпонентный состав, определяющий биотехнологические условия их переработки [ 2-4 ] .

Практически во всех видах зерна присутствуют фитиновая кислота и ее соли фитаты [5–7]. Фитат является основной формой хранения фосфора во многих растительных тканях, особенно в отрубях и семенах. Он может образовы- вать комплексы с металлами или белками и, следовательно, снижать их биодоступность в желудочно-кишечном тракте [8–10].

Белки злаковых имеют ряд недостатков, а именно: невысокую степень усвояемости, неполноценный аминокислотный скор, низкую степень перевариваемости, токсические компоненты и антипитательные факторы. Фитаты, как компонент, относятся к этому числу.

Для снижения их токсических и антипита-тельных свойств и увеличения количества биологически активных веществ и пищевой ценности существуют различные методы обработки зернового сырья (проращивание, вымачивание и ферментативная обработка) [11–13].

Цель исследования – разработка приемов эффективной биокаталитической трансформации зернового сырья для получения новых пищевых ингредиентов заданного состава.

Задачи: получить новые пищевые ингредиенты с увеличенным содержанием биологически активных веществ (аминокислот, углеводов) и сниженным содержанием фитина – как антипитательного компонента в ингредиентах.

Материалы и методы. В качестве объектов исследования были выбраны три вида зернового сырья: кукуруза, пшеница и рожь. Уровень протеолитической активности исследовали по степени гидролиза гемоглобина [14], амилолитической и глюкоамилазной – по степени гидролиза крахмала [15], ксиланазной – по степени гидролиза ксилана [16], целлюлазной – по степени гидролиза карбоксиметилцеллюлозы [17], фитолитическую – по степени гидролиза фити- на, липолитическую – по степени гидролиза оливкового масла. Содержание редуцирующих углеводов [18], концентрацию фитата – спектрофотометрическим методом [19]. Состав и концентрацию свободных аминокислот определяли на высокоэффективном жидкостном хроматографе фирмы «AZURA» (Германия) [20].

Результаты и их обсуждение. На первом этапе исследовали состав основных полимеров зерна, представленный в таблице.

Химический состав зернового сырья, %

Показатель	Пшеница	Рожь	Кукуруза
Вода	14,0 + 0,6	14,0 + 0,7	14,0 + 0,6
Белок	12,0 + 0,5	10,0 + 0,6	10,3 + 0,5
Жир	2,0 + 0,1	2,2 + 0,1	5,0 + 0,2
Крахмал	58,9 + 2,8	55,2 + 2,6	60,0 + 3,0
Пищевые волокна	10,5 + 0,5	16,2 + 0,8	9,5 + 0,5
Фитиновая кислота	0,8 + 0,05	1,1 + 0,07	1,2 + 0,1

Далее проводили ферментативный гидролиз зернового сырья различными ферментными системами (ФС), проявляющими амилолитическую, протеолитическую, фитазную и липазную гидролитические способности.

Для ферментативной обработки сырья использовали ФС, различающиеся по составу ферментов: вариант 1 – протеаза (ПС); вариант 2 – протеаза+амилаза (ПС+АС); вариант 3 – протеаза+амилаза+целлюлаза (ПС+ЦС+АС); вариант 4 – целлюлаза+протеаза+амилаза+фи-таза (ЦС+ПС+АС+ФС); вариант 5 – целлюла-за+протеаза+амилаза+фитаза+липаза (ЦС+ПС+ АС+ФС+ЛС). Дозировки биокатализаторов в каждой партии были следующими: амилаза – 1,5 ед.АС/г сырья, целлюлаза – 1,0 ед. ЦС/г сырья; протеаза – 0,5 ед. ПС/ г сырья; фитаза – 5,0 ед. ФС/г сырья, липаза – 0,5 ед. ЛС/г сырья. Соотношение субстрат:вода составляло 1:3, время и температура ферментативно-гидролитической обработки – 4 ч и 50 °С соответственно. По окончании гидролиза в ферментолизатах определяли биохимические показатели: редуцирующие углеводы, аминокислотный состав, содержание фитатов и пищевых волокон. Ре- зультаты биокаталитической конверсии полимеров сырья представлены на рисунке 1.

В процессе ферментативной обработки выявлено, что при воздействии ферментов амилолитического и протеолитического действия происходит гидролиз белковых и полисахаридных полимеров зерна до низкомолекулярных продуктов, тем самым облегчая доступность к субстрату других минорных ферментов. Выявлено максимальное увеличение аминокислот – на 20–40 %, редуцирующих веществ – на 40–60 % и снижение фитиновых веществ – на 20–45 % при воздействии ферментной системы (вариант 5).

Таким образом, мультиэнзимная композиция, включающая в себя помимо амилолитических и целлюлитических еще фитолитические и липолитические ферменты, способствует распаду фитиновых и жировых соединений, высвобождению фосфора и других микроэлементов. Выявлено увеличение показателей содержания в ферментолизатах зерна ценных нутриентов и биологически активных веществ в растворимой биодоступной форме, а также снижение антипи-тательных веществ, концентрация которых изменялась в зависимости от субстратной специфичности используемой ферментной системы.

Варианты ферментативной обработки

а – пшеница

Варианты ферментативной обработки б – рожь

= АК,% = РВ,% = Фитат,%

. к о4

Варианты ферментативной обработки

в – кукуруза

Рис. 1. Влияние ферментативной обработки на содержание БАВ

Ферментолизат

Сушка

Ингредиенты с улучшенными свойствами

>

Рис. 2. Блок-схема получения ингредиентов на основе зернового сырья

Заключение. В процессе ферментативной обработки выявлено максимальное увеличение низкомолекулярных продуктов гидролиза сырья: аминокислот – на 20–40 %, редуцирующих веществ – на 40–60 и снижение фитиновых веществ – на 20–45 % при воздействии ферментной системы (вариант 5). Использование данного ферментного комплекса позволит увеличить пищевую и биологическую ценность ингредиентов, снизить антипитательные свойства за счет снижения фитиновой кислоты и увеличения доступности микроэлементов для усвоения организмом. Разработана блок-схема получения пищевых ингредиентов заданного состава.