Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Формирование протеолипидных комплексов при созревании пшеницы и их превращения при переработке зерна

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Формирование протеолипидных комплексов при созревании пшеницы и их превращения при переработке зерна"

_ 9 ИЮП

На правах рукописи 664.71-11:577.125.2(043.3)

Канунова Наталья Ивановна

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОТЕОЛИПИДШЛХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ СОЗРЕВАНИИ ПШЕНИЦЫ И ИХ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ЗЕРНА

Специальность - 03.00.04 биохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997 г.

Работа выполнена в Московском Государственном Университете пищевых производств и в Институте биохимии им. А.Н.Баха РАН

Научные руководители: заслуженный деятель науки и техники РФ

доктор технических наук, профессор А.П.Нечаев

кандидат технических наук, профессор Г.Н.Дубнова

Научный

консультант: доктор биологических наук

М.И.Молчанов

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Т. В. Горпин ченко кандидат биологических наук, доцент Витол И.С.

Ведущая организация: Всероссийский научно-

исследовательский институт зерна

Автореферат разослан " 30 " мая 1997 г. Защита состоится " 1" июля 1997 г. в 10 час. на заседании диссертационного Совета К.063.51.06 МГУПП

по адресу: 125080, Москва, Волоколамское ш., 11, ауд._

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПП

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат биологических наук,

доцент Т.Г.Генералова

Актуальность темы. Важнейшей задачей, стоящей перед Агропромышленным комплексом, является обеспечение населения России зерновыми продуктами высокого качества. Качественные характеристики формируются в ходе созревания зерна, но затем они могут изменяться в процессе его переработки.

Основной зерновой культурой является пшеница. Хлебопекарное достоинство пшеницы зависит, прежде всего, от ее белкового комплекса. Характерной особенностью белков пшеницы является их способность образовывать клейковину.

Несмотря на обилие экспериментального материала, характеризующего состав и свойства клейковины, до сих пор нет единого мнения относительно строения этого комплекса. Существуют различные точки зрения на лроение клейковины и роль минорных липидных компонентов в поддержании ее структуры.

Определенный вклад в изучение строения и структуры клейковины знесли, проведенные в МГУППе исследования клейковинного комплекса лпеницы и его составной части - протеолипидных комплексов А.П.Нечаев, М.И.Молчанов, Г.Н.Дубцова, Т.Е.Белова, У.Т.Жуманова). эыло показано (Т.Е.Белова, 1981), что протеолипидные комплексы имеют таастидное происхождение, в то же время установлено, что часть комплек-;ов формируется в ходе технологических процессов при переработке зер-1а. Установлены (У.Т. Жуманова, 1989) различия в содержании и компо-¡ентном составе протеолипидных комплексов пшеницы разного качества.

Исследования изменений протеолипидных комплексов при созрева-ши зерна и технологической переработке являются актуальными, так как в [звесгной степени позволяют устранить противоречия во взглядах на роль ипидов, ПЛК в структуре клейковины и наметить пути целенаправленного оздействия на качественные характеристики зерна.

Работа выполнялась в рамках плана фундаментальных исследований МГУПП (1990, 1991), а также в рамках программы Миннауки РФ (проект "Растительный белок" 1993).

Цель и задачи исследования. Работа посвящена изучению формирова ния протеолипидных комплексов (ПЛК) при созревании пшеницы и их превращений при переработке зерна.

Для реализации поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

- модифицировать метод выделения протеолипидных комплексов и; зерна пшеницы и метод разделения ПЛК на белковую и лшшдную части;

- с применением разработанных методов исследовать протеолипид-ные комплексы пшеницы разного качества;

- исследовать формирование протеолипидных комплексов на разны* стадиях созревания зерна;

- изучить способность протеолипидных комплексов связывать различные группы липвдов на разных стадиях созревания зерна;

- исследовать изменения содержания и состава протеолипидных комплексов и липвдов клейковины при переработке зерна.

Научная новизна. Установлено, что протеолипидные комплексы образуются на ранней стадии формирования зерна и по мере созревания происходит их накопление. Установлен характер изменений в составе протеолипидных комплексов, отмечено увеличение содержания высокомолекулярных белковых компонентов и увеличение содержания гликолипидов в составе анулярных липидов ПЛК.

С применением метода радиоактивной метки установлено, что при созревании зерна изменяется акцепторная активность протеолипидов в отношении донорных гликолипидов.

Впервые проведена оценка процентного содержания а-спирали в белковой части протеолипидных комплексов в образцах пшеницы разного качества.

Показано, что содержание ПЛК в муке зависит от видов помолов и выхода муки. Отмечено, что использование на стадии гидротермической обработки зерна воды, предварительной подвергнутой униполярной элект-тарохимической обработке приводит к улучшению хлебопекарных свойств муки, к увеличению содержания ПЛК и изменению группового состава общих липидов, которое характеризуется увеличением содержания полярных липидов и уменьшением триацилглицеринов.

Практическая ценность. Разработаны метод выделения протеолипид-ных комплексов из зерна пшеницы и метод разделения протеолипидных комплексов на белковую и липидную части, позволяющие оценить роль отдельных компонентов протеолипидных комплексов в формировании и поддержании структуры клейковины.

Данные о взаимодействии донорных гликолипидов с протеолипид-ными комплексами пшеницы могут быть использованы при разработке технологии получения новых комбинированных продуктов.

Основные результаты исследований опубликованы в пяти печатных работах.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены на Всесоюзной конференции по Пищевой химии (Москва, 1991), на Научной конференции "Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья в пищевой промышленности", посвященной 60-летию МТИПП (Москва, 1991), на Международной Научно-технической конференции "Научное и инженерное обеспечение пищевых и перерабатывающих отраслей АПК", посвященной 65-летшо МГДПП (Москва, 1996).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы, состоящего из 196 публикаций, в том числе 110 иностранных. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, включая 32 таблицы и 13 рисунков.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы проанализированы существующие взгляды на строение клейковины пшеницы и ее роль в формировании качества муки. Рассмотрены изменения белковой и липидной фракций при созревании зерна пшеницы и влияние технологических факторов на состав и свойства клейковинного комплекса.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводились в лаборатории кафедры органической химии Московского Государствеешгого Университета пищевых производств и в лаборатории "Регуляция липидов хлоропластов" Института биохимии им. А.Н.Баха РАН.

Объекггы и методы исследования

Объектами исследования являлись: зерно пшеницы сорта Энита, выращенное в Московской области, урожая 1989 г., зерно яровой и озимой пшеницы с клейковиной разного качества сортов Целинная 24, Омская 22, Кутулукская, Немчиновская 88, Донская безостая, Лстребиновская, уро-жая 1989 г. и зерно сорта Люба, урожая 1990 г., а также 5-14 суточные проростки бобов сорта Русские черные, используемые в модельных опытах для получения из них донорных гликолипидов.

В исследуемых образцах пшеницы определяли массу 1000 зерен (ГОСТ 10842-89), натуру (ГОСТ 10840-64), стехловидность (ГОСТ 10987-76), влажность (ГОСТ 13586.5-85), содержание клейковины и ее качество (ГОСТ 13586.1-68), зольность (ГОСТ 10847-74).

Режимы ГТО и схемы помолов выбирали в соответствии с Правилами организации и ведения технологического процесса на мельницах. Подготовленное зерно размалывали на мельницах "Нагема" и МЛУ-202. Мукомольные свойства зерна оценивали по выходу муки, зольности (ГОСТ 10847-74).

В муке определяли содержание токоферолов спектрометрическим методом и каротиноидов методом ВЭЖХ.

После помола муку закладывали на хранение в полотняных мешках ри температуре 18-20°С, в условиях свободного доступа воздуха.

Хлебопекарные качества зерна пшеницы оценивали по пробным ла-ораторным выпечкам (ГОСТ 27669-880), а также в соответствии с методи-ой, принятой центральной лабораторией Госкомиссии по сортоиспыта-ию сельскохозяйственных культур.

Отбор проб зерна сорта Энита на различных стадиях созревания про-одили в полевых условиях НИИ сельского хозяйства центральных райо-:ов нечерноземной зоны РФ.

Фиксацию свежеубранного зерна и извлечение из него общих липидов роводили кипящим изопропанолом (Кейтс М., 1975).

Вьщеление протеолипидных комплексов из зерна пшеницы и разделение их на липидную и белковую части проводили по модифицированным ими методам.

Групповой состав липидов анализировали методом высокоэффек-ивной тонкослойной хроматографии.

Состав жирных кислот липидов изучали методом газожидкостной роматографии.

Проростки бобов получали, выращивая в оранжерее, на легких су-линистых почвах с добавлением листовой земли при следующих услови-х: продолжительность светового периода - 16 часов, освещенность -■ОООлк, температура 22-24°С.

Выделение хлоропластов из бобов осуществляли по методу Джекобса Jacobson, 1968).

Извлечение липидов из хлоропластов проводили хлороформ-1етанолом (2:1) с последующей очисткой экстракта по методу Блайя и taibpa (Bligh, Dyer,1959).

Гель-электрофорез препаратов ПЛК проводили в системе муравьиная .ислота-мочевина (М.И.Молчанов и др., 1975).

Спектры кругового дихроизма (КД) протеолипидных комплексов регистрировали с помощью дихрографа "Jasco 40 AS" (Япония), долю а-спиральной конформации в спектрах КД определяли по формуле, предложенной в работе (N.Greenfield, 1969).

Включение 2-иС-ацетата Na в 4-5 дневные проростки бобов производили в кристаллизаторе с 50 мл дистилированной воды, содержащей 240 мБК 2-14С-ацетата Na. Экспонировали в течение 72 часов.

Радиоактивность образцов измеряли с помощью жидкостного сцин-тиляционного счетчика "Интертехник СЛ-30" (Франция).

Инкубацию протеолипидов с 14С-гликолипидами проводили з 20 мл диэтилового эфира в течение 16 часов при 4° С.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

3.1. Протеолипидныс комплексы зерна пшеницы

Для выяснения роли протеолипидных комплексов в структуре клейковины пшеницы были модифицированы метод выделения ПЛК из зерна и метод разделения их на белковую и липидную части, проведен сравнительный анализ протеолипидных комплексов зерна пшеницы разного качества и изучены структурные особенности их белковой и липидной части.

3.1.1. Модификация метода выделения протеолипидных комплексов из зерна пшеницы и метода их разделения на белковую и липидную части

Анализ существующих данных позволил выявить недостатки как i методе извлечения протеолипидных комплексов (ПЛК) из зерна пшеницы, так и в методе разделения их на белковую и лшшдную части.

При исследовании протеолипидных комплексов в отдельных анатомических частях зерна, проведенном ранее Т.Е.Беловой, в составе фракцш ПЛК го зародышей пшеницы были выявлены высокомолекулярные компо ненты с молекулярной массой 130 и выше 176 кД, в следовых количества? компоненты с молекулярной массой 15 и 13 кД, не были обнаружены ком поненты с молекулярной массой 90,63 и 17 кД.

Для того, чтобы исключить возможное влияние протеолипидных эмплексов из зародыша на ПЛК клейковины пшеницы был разработан етод, позволяющий отделить ПЛК эндосперма от ПЛК зародыша.

Метод выделения протеолипидных комплексов из зерна пшеницы, робу зерна экстрагировали 10-ти кратным объемом смеси хлороформ-етанол (2:1) в течение 3-х часов с ежечасной сменой растворителя. К объ-цшенному экстракту добавляли равный объем воды и смесь центрифуги-овали при 3000 об/ мин в течение 15 мин. Выделенную интерфазу раство-яли в 77% этаноле, подкисленном 10% НС1 до рН 3,0. Далее раствор подмачивали спиртовой щелочью (1% КОН в 77% этаноле) до изоэлектри-еской точки (рН 6,5) и оставляли в течение 2 суток при 4°С. Неосаждаемая >ракция содержала протеолипидные комплексы эндосперма зерна, а вы-авший осадок - ПЛК зародыша зерна.

Необходимость выяснения роли составных частей протеолипидных омплексов в структуре клейковины предусматривает отделение непрочно-вязанных (так называемых анулярных) липидов от белков (апобелков).

Применяемое ранее разделение ПЛК с помощью хроматографии, на ;олонке с алкилированным сефадексом LH-20, приводило к потере части юлипептидов при использовании гидрофобизированного носителя, что 1елало необходимым разработку метода, исключающего данные недостат-си.

Метод разделения протеолипидных комплексов. К выделенным про-геолипидным комплексам, находящимся в растворе при рН 6,5 добавляли 16 объемов смеси диэтиловый эфир: ацетон (1:1). Раствор оставляли на 2 суток при 4° С. Выпавший осадок представлял собой апобелок, а раствор ■ комплекс анулярных липидов (сумма глико- и фосфолипидов).

Разработанный метод разделения ПЛК пшеницы обладает рядом преимуществ по сравнению с применяемым ранее методом, так как позволяет получить комплекс анулярных липидов в нативном состоянии.

3.1.2. Сравнительное исследование нротеолипидных комплексов пшеницы разного качества

Ранее было показано (У.Т.Жуманова, Г.Н.Дубцова, 1989), что про-теолипидные комплексы пшеницы разного качества различаются как пс содержанию, так и по компонентному составу белковой части и группово му составу липидов.

С применением модифицированных методов исследованы протеоли пидные комплексы ряда образцов пшеницы разного качества.

Объектом исследования являлось сортовое зерно яровой и озимо! пшеницы. По качеству клейковины образцы представлены тремя группами сильная - Целшшая-24 и Немчиновская, средняя - Омская-22 и Донская безостая и слабая - Кутулукская и Ястребиновская, а также зерно сорт; Энита, пораженное клопом-черепашкой (1,7%).

В соответствии с полученными нами данными ПЛК пшеницы разног« качества содержат от 5 до 8 белковых компонентов с молекулярными мае сами 17ь, 130, 90,63, 17, 15 и 13 кД.

Большей гетерогенностью характеризуется компонентный соста) ПЛК из средней ь слабой пшеницы, меньшей гетерогенностью - ПЛЬ сильной пшеницы. Эти различия наблюдаются, главным образом, в низко молекулярной области, так, в зерне с сильной клейковиной отсутствую-белковые компоненты с молекулярными массами 17 и 13 кД. В высокомо лекулярной области различий ь компонентном составе ПЛК пшеницы раз но го качества не обнаружено.

Различия в составе белковых компонентов ПЛК в образцах яровой ] озимой пшеницы не обнаружены.

Результаты исследования группового состава анулярных липидо ПЛК яровой пшеницы разного качества показали, что в их состав входя глико- и фосфолипиды. Различия, главным образом, наблюдались в состав фосфолипидов. Фосфолипиды в составе анулярных липидов ПЛК сильно]

нпеницы содержат лизофосфатидилхолины, лизофосфатидилэтаноламины, [юсфатидилхолины, фосфатидилэтаноламины. В составе фосфолипндов ¡редней и слабой пшеницы лизофосфатидилхолины не обнаружены.

Сравнительное изучение протеолипидных комплексов пшеницы раз-юго качества показало, что они отличаются как по компонентному составу, так и по составу анулярных липидов. Эти результаты согласуются с (энными, полученными ранее У.Т. Жумановой.

Таким образом, была подтверждена значительная гетерогенность и :вязь электрофоретических характеристик белковых компонентов ПЛК с ехнологическим достоинством зерна.

3.1.3. Копформационные особенности белковой части протеолипидных комплексов пшеницы разного качества

Учитывая различия в компонентном составе протеолипидных ком-шексов пшеницы разного качества, с помощью метода кругового дихро-1зма (КД) изучали структурные особенности белковой части выделенных [ротеолипидных комплексов.

Мерой КД является разностное дихроическое поглощение Л Е- Е1 - Еж ели эллиптичность о, выражающая способность среды к превращению ли-[ейнополяризованного света в злектрическиполяризованный.

Изучены спектры кругового дихроизма ПЛК пшеницы разного ка-ества, а так же зерна пшеницы, поврежденного клопом-черепашкой рис. 1).

Процентное содержание а-спиралк в белковой части ПЛК рассчиты-али из величин эллиптичности в одной точке при 220 нм. Показано, что ля сильной, средней и слабой пшеницы оно близко к 100%, но для силь-ой пшеницы это значение несколько выше, чем для средней и слабой пше-ицы.

нм

12 5 Ь

220

230

240

^ 250

Q

6 5

4

3

2

1

Рис. 1. Спектры кругового дихроизма протеолипидных

комплексов пшеницы разного качества

1 - сильная пшеница; 2 - средняя пшеница; 3 - слабая пшеница; 4 - пшеница, пораженная клопом-черепашкой С? - величина эллиптичности, мград/см2

Компонентный состав протеолипидных комплексов, выделенных из зерна, поврежденного клопом-черепашкой, включает 8 белковых компонентов, что характерно для средней и слабой пшеницы.

В то же время, изучение структуры белковой частн ПЛК показало, что для пораженного клопом-черепашкой зерна спектр кругового дихроизма имеет совсем иную форму, чем для нормального зерна (кривая 4 на рис. 1.), что, по-видимому, обусловлено действием протеолитических ферментов широкого спектра, в том числе, возможно, и изменяющих конфор-мацшо белков.

3.2. Изменение липидов и протеолипидных комплексов при

Основные свойства клейковшшого комплекса пшеницы, обусловливающие ее хлебопекарное достоинство, формируются в ходе созревания зерна.

созревании зерна

3.2.1. Изменение лнпидиой фракции

Активное участие в биохимических процессах на всех стадиях созре-лтя принимают липиды зерна.

Объектом исследования являлось зерно яровой пшеницы сорта Энита. :рно исследовали па четырех стадиях созревания: 1-ранняя стадия созре-1ния (А), 2-стадия молочной спелости (Б), 3-стадия восковой спелости (В), стадия полной спелости (Г).

Показано, что по мере созревания зерна уменьшается его влажность, соответственно происходит увеличение массы сухих веществ.

Содержание общих липидов достигает своего наибольшего значения I стадии молочной спелости 2,29% на СВ, а затем снижается до 1,96% на адии полной спелости.

Изучение группового состава суммарных липидов (табл. 1) показало, 'О качественный состав липидов на всех стадиях созревания идентичен, а >личественные изменения свидетельствуют о достаточно сложных бионических превращениях в липидной фракции.

1. Изменение группового состава суммарных липидов при созревании пшеницы

Наименование фракций Относительное содержание фракций на стадиях созревания, % от суммы

А Б В Г

Полярные 32,8 27,7 14,0 11,1

оноацилглицерины 1,8 1,2 0,8 0,7

Циацилглицерины 1,0 1,0 0,7 0,7

риацилглицерины 17,6 39,9 60,4 64,9

Стерины 24,9 17,5 15,6 10,8

Эфиры стеринов 12,2 8,9 7,6 10,5

Свободные жирные кислоты 9,7 3,8 0,9 1,6

Исследования жирнокислотного состава липидов показали, что хотя в зрелом и незрелом зерне присутствуют одни и те же жирные кислоты, их количественное соотношение по мере созревания зерна непрерывно изменяется.

Состав жирных кислот суммарных липидов созревающей пшеницы характеризуется увеличением содержания линолевой кислоты с 39,3% - на ранней стадии формирования зерна до 57,4% - на стадии полной спелости, а содержание линоленовой кислоты уменьшается с 23,2% до 5,5%, таким образом, в ходе созревания зерна наблюдается тенденция к увеличению суммы ненасыщенных жирных кислот и уменьшению суммы насыщенных.

Наблюдаемые нами изменения в групповом и жирнокислотном составе суммарных липидов зерна пшеницы при созревании свидетельствуют о том, что липиды созревающего зерна находятся в состоянии активного синтеза, что в известной степени согласуется с данными, полученными ранее (Н.Г. Новикова,А.П. Нечаев, 1973).

3.2.2. Изменение содержания и состава протеолнпидных комплексов при созревании зерна

Учитывая взаимосвязь между составом протеолнпидных комплексов и качеством клейковины, а также отсутствие данных по формированию этих комплексов при созревании зерна, исследование данного процесса представляло большой интерес.

Протеолипидные комплексы удалось обнаружить уже на ранней стадии формирования зерна. Наблюдается увеличение содержания ПЛК от 1,6% от суммарного содержания массы белка на ранней стадии формирования до 9% в зрелом зерне. При созревании зерна происходит не только накопление белков, наибольшее содержание которых наблюдается на стадии полной зрелости, но также и накопление липидов, количество которых, достигнув наибольшего значения на стадии восковой спелости, несколько снижается на стадии полной спелости (рис. 2).

А Б В Г

Стадии созревания зерна

Рис. 2. Изменение содержания белков, липидов и ПЛК при созревании пшеницы

А - ранняя стадия формирования зерна; Б - стадия молочной спелости; В - стадия восковой спелости; Г - стадия полной спелости

При исследовании! компонентного состава белков протеолипидных комплексов установлено, что на всех стадиях созревания содержится 8 бел-совых компонентов с молекулярными массами 176, 130, 90, 63, 17, 15 и 13 кД. При созревании зерна происходит накопление высокомолекулярных 5елковых компонентов, при этом доля белковых компонентов с молекуляр-шми массами 17, 15 и 13 кД незначительна на всех стадиях созревания зер-ш.

При определении группового состава анулярных липидов установле-то, что на всех стадиях созревания в зерне присутствуют фосфолипиды и глгасолипиды, которые представлены: моногалактозилдиацилглицеринами МГДГ) и дигалактозилдиацилглицеринами (ДГДГ).

При созревании зерна в анулярных липидах ПЛК происходит увели-шние содержания глихолипидов, наибольшего значения оно достигает на

и

стадии восковой спелости -19,0%, а затем незначительно уменьшается. При этом в процессе созревания изменяется соотношение МГДГ к ДГДГ оно увеличивается с 1,1 - на стадии формирования зерна до 3,9 - на стадии восковой спелости, а в зрелом зерне составляет 3,3.

Изучение жирнокислотного состава анулярных липидов показало, что при созревании зерна происходит уменьшение содержания пальмитиновой кислоты с 37,3 до 10,1% и одновременное увеличение количества ли-нолевой кислоты с 42,4 до 57,0%, олеиновой кислоты с 10,7 до 14,3%, т.е. при созревании происходит уменьшение доли насыщенных и увеличение доли ненасыщенных жирных кислот.

Проведенные исследования показали, что при созревании пшеницы от ранней стадии формирования зерна до полной его зрелости идет постепенное накопление протеолипидных комплексов. Исследование составных частей ПЛК выявило изменения в содержании анулярных липидов и в их жирнокислотном составе в ходе созревания зерна.

3.3. Исследование связывания гликолипидов протеолипидными комплексами пшеницы на разных стадиях созревания Принимая во внимание количественные и качественные изменения в протеолипидных комплексах пшеницы при онтогенезе, а так же учитывая, что технологические достоинства зерна закладываются при его созревании, представляло интерес изучение свойств изолированных молекул про-теолипидов, выделенных из зерна на различных стадиях его созревания, с позиций формирования их ассоциагов с донорными гликолипидами различного происхождения.

В качестве донорных было необходимо выбрать полярные липиды, которые не конкурировали бы с фосфолипидами за места связывания в протеолипидных комплексах. В результате проведенных исследований установлено, что данным требованиям отвечают гликолипиды (14С-МГДГ и ЫС-ДГДГ), выделенные из мембран тилакоидов бобовых, обогащенные остатками линоленовой кислоты.

2. Формирование ассоциатов "С-гликолипидов из мембран тилакондов с протеолипидами зерна различной степени зрелости1

Добавление 14С-гликолипидов на мг протеолипидов Радиоактивность 14С-ПЛК, имп/мин Содержание 14С-гликолипидов,

Стадия зрелости зерна имп/мин мкг гликоли-пидов ассоциированных с протеолипидами мкг на мг белка

"С-МГДГ "С-МГДГ

А 8667 56,7 3400± 13(39,2%) 22,2 (39,2%)

Б 26000 170,0 2200+1016 (85,4%) 145,2(85,4%)

В 8667 56,7 7323+226(84,5%) 48,2(85,0%)

Г 14445 94,4 13502+627(93,5%) 88,2 (93,4%)

»с-дгдг "С-ДГДГ

А 13167 50,0 5643+54 (43,9%) 21,4 (42,8%)

Б 39500 150,0 33445± 966 (84,7%) 127,0 (84,7%)

В 13167 50,0 10846+ 200 (82,4%) 41,2(82,4%)

Г 21945 83,3 19814+ 568 (90,3%) 75,2 (90,3%)

' В скобках представлена доля ыС-гликолипндов, ассоциированных с протеолипидами

Для получения ассоциатов протеолигшдов с 14С-МГДГ и 14С-ДГДГ] 14 мг протеолипидов добавляли 312 мкг 14С-МГДГ (10000 имп/мин) ил! 167 мкг 14С-ДГДГ (5000 Имп/мин).

Данные экспериментов, представленные в табл. 2, позволили выде лить три стадии зрелости зерна, отражающие различную акцепторную ак тивность протеолипидов в отношении донорных молекул 14С-МГДГ 1 14С-ДГДГ. Ка ранней стадии формирования зерна (табл. 2, стадия А) б; фракции ПЛК, по-видимому, попадают белковые компоненты, структуры« незавершенные с позиций формирования их полноценных ассоииатов с по лярными липидами.

Стадии зрелости, соответствующие молочной и восковой спелосп (табл. 2, стадия Б и В), позволяют выделить протеолипиды, способные весь ма эффективно формировать ассоциаты с 14С-гликолипидами.

Структура протеолипидов, выделенных из полностью созревшей зерна, позволяет наиболее эффективно конструировать их ассоциаты 14С-гликолипидами из мембран тилакоидов (табл. 2, стадия Г).

Данные полученные при изучении распределения 14С-гликолипидо1 среди белковых компонентов, представленные в табл. 3, показывают, чт< способностью связывать донорные гликолипиды обладают белковые ком поненты ПЛК с молекулярной массой 17, 15 и 13 кД, причем связывающа способность ПЛК различна на разных стадиях созревания зерна.

Результаты проведенных исследований показывают, что формирова ние протеолипидных комплексов происходит в течение всего периода со зревания зерна, начиная с самой ранней стадии спелости. По мере созрева ния зерна изменяется акцепторная активность протеолипидов в отношенш донорных гликолипидов.

3. Распределение донорных 14С-гликолипидов среди компонентов протео-липидных комплексов из зерна пшеницы различной стенеии зрелости1

Стадии зрелости Молекулярная масса белкового Радиоактивность 14С-глнколипидов в ПЛК, ИМП/М!Ш

зерна компонента кД МГДГ ДГДГ

17 0 0

А 15 2040 3092

13 0 294

17 1066 212

Б 15 2930 4475

13 444 2002

17 0 0

В 15 3619 4282

13 775 226

17 0 282

Г 15 3217 4257

13 1644 2594

1 Данные представлены без учета радиоактивности, сосредоточено!! в стартовых зонах гелей.

3.4. Изменение нротсолипидных комплексов пшеницы при переработке зерна

Сформировавшиеся при созревании зерна протеолипидные комплексы пшеницы подвергаются дальнейшим изменениям при переработки зерна в муку. Проведены исследования влияния видов помолов на содержание ПЛК.

3.4.1. Влияние видов помолов на содержание и состав липидов, протеолипидных комплексов и клейковины муки

Исследование проводили на зерне пшеницы сорта Люба, выращенной в Московской области урожая 1990 г.

Были проведены четыре типа помолов: обойный 96%, односортный 85% помол в муку второго сорта, трехсортный 75% помол и односортный 70% помол в муку высшего сорта.

Так как основные химические соединения неравномерно распределены по анатомическим частям зерновки, то их содержание в муке зависит от видов помолов.

Сравнительный анализ содержания отдельных химических компонен тов в муке разного выхода, показал, что наибольшее количество белков, липидов и протеолипидных комплексов содержится в обойной муке 96%-го помола и в муке второго сорта при односортном 85%-м и трехсортном 75% помолах.

При изучении группового состава липидов наибольшие различия обнаружены во фракции триащшглицеринов и полярных липидов. При этом с увеличением выхода муки повышается доля одних и снижается доля других. Различий в жирнокислотном составе липидов муки, полученной при изучаемых помолах, не обнаружено.

Показано, что чем выше выход муки, тем больше в ней токоферолов. Наибольшее количество каротиноидов содержится в муке второго сорта 75%-го трехсортного помола.

При сравнительном анализе качества муки разных видов помолов отмечено (табл. 4), что наибольшее количество клейковины содержится в муке второго сорта при 85% и трехсортном 75% помолах.

Полученные образцы муки различались по водопоглотительной способности, времени Образования теста и разжижению. Результаты пробных лабораторных выпечек показали, что хлеб из обойной муки и муки второго сорта обладал низкими потребительскими свойствами (пониженный объем и пористость, темный цвет мякиша), однако наличие наибольшего содержания ПЛК и сырой клейковины в этих сортах муки делает целесообразным их использование для производства сухой клейковины и других пищевых продуктов с высокой пищевой ценностью.

4. Показатели качества муки, вырабатываемой при разных видах помолов

Показатели Наименование помола, сорт муки

96%-ный 85Уо-ный . 75%-ный 70%-ный

обойная 2-ой сорт высший сорт 1 -ьш сорт 2-ой сорт высший сорт

Мука Зольность, % 1,45 1,15 0,48 0,61 0,90 0.50

Белизна, ед. РЗ-БПЛ - 21 58 42 28 60

Удельная поверхность, см2/г 795 1610 1545 1790 1750 1530

Клейковина Сырая, % 26,8 27,5 26,8 24,3 28,4 26,4

Сухая, % 9,1 9,2 9,7 8,7 10,2 9,9

Гидратационная способность, % 193 198 176 179 180 165

ИДК-1,ед. прибора 83 85 77 73 75 73

Тесто Водопоглотительная способность, % 68,0 62,5 61,8 61,9 65,0 59,0

Время образования/устойчивости теста, мин. 5,5/0,5 2,0/1,0 2,0/1,0 2,0/1,0 4,0/2,0 2,0/0,5

Разжижение теста, ед. фаринографа 120 130 130 140 120 130

Хлеб Объем хлеба из 100 г муки, см3 280 320 385 370 340 335

Пористость, % 66 70 78 75 73 73

Кислотность, град. 3,0 2,2 1,6 1,8 2,6 1,0

3.4.2.Влияние гидротермической обработки зерна на содержание и состав липидов и протеолипидных комплексов

Одним из эффективных приемов, направленных на улучшение мукомольных и хлебопекарных свойств зерна, является гидротермическая обработка (ГТО) зерна на стадии подготовки к помолу. Ранее показано (О.А.Сушенкова, 1986), что проведение ГТО водой, предварительно подвергнутой униполярной электрохимической обработке до щелочного значения рН 11,7 (католит), повышает ее эффективность. Нами использовался католит с рН 11,7. В исходном зерне и полученных образцах муки определяли содержание отдельных химических компонентов. Показано, что использование катодита способствует увеличению содержания ПЛК в муке по сравнению с данными контрольного образца (обработанного при ГТО обычной водой), при этом содержание белка, липидов и минеральных веществ изменилось незначительно.

В целях определения изменений в содержании липидов и протеолипидных комплексов при созревании муки ее хранили после помола в течение 30 суток. Показано незначительное увеличение содержание общих липидов, уменьшение содержания свободных липидов при созревании муки. В образце, обработанном католитом, увеличение содержания ПЛК при созревании муки проходило более интенсивно, чем в контрольном образце.

5. Изменение группового состава общих липидов при хранении муки, % от суммы

Фракции липидов Вода Католит

Срок хранения муки, сут.

0 30 0 30

Полярные 25,6 27,6 50,9 23,2

1,2- диацилглицерины 4,5 1,0 2,4 0,9

1,3 -диацилглицерины 6,9 2,5 3,7 2,0

Свободные жирные кислоты 8,8 8,2 9,7 8,7

Триацилглицерины 36,3 35,7 10,4 38,0

Эфиры стеринов, воски 17,9 24,9 22,9 27,2

Исследование влияния католита на групповой состав общих и сводных липидов показало, что наибольшим изменениям в составе общих пидов подвергались фракции полярных липидов и триацилглицеринов, о, по-видимому, связано с высвобождением фосфолипидов под действием толита. Изменения в составе свободных липидов незначительны. В то же емя отмечено, что на 30 сутки хранения муки в образце, обработанном толитом, в составе общих липидов существенно снизилось содержание »лярных липидов и увеличилось содержание триацилглицеринов, т.е. упповой состав общих липидов в обоих образцах практически одина->в(табл. 5).

Протеолипидные комплексы являются одним из составных компонен-'В клейковины, состав и структура которой являются определяющими псгорами хлебопекарных свойств муки. Увеличение содержания ПЛК в гтсе при хранении, вызванное использованием католита при Г'ГО, сопро-»ждается улучшением хлебопекарных свойств муки.

6. Изменение показателен качества муки при хранении

Вода Католит

Показатели качества Срок хранения муки, сут.

0 30 0 30

Клейковина ырая, % 40,8 38,5 38,6 40,9

ухая,% 13,4 11,9 13,7 12,3

адратационная способность, % 205 223 182 230

ДК-1,ед. прибора 92(11) 85(11) 92(11) 60(1)

Хлеб бъем хлеба из 100 г муки, см3 352 388 401 408

ористость, % 80 82 82 82

ормоусгойчивость 0,57 0,55 0,58 0,63

Проведенные исследования показали, что католит является эффек тивным реагентом, вызывающим биохимические изменения в зерне, кото рые приводят к изменению содержания липидов и протеолипидных ком плексов, и как следствие этого - улучшение хлебопекарных свойств муки.

ВЫВОДЫ

1. Изучено формирование протеолипидных комплексов при созрева нии пшеницы и их превращения при переработке зерна.

2. Усовершенствованы метод выделения протеолипидных комплексо: нз зерна пшеницы и метод разделения протеолипидных комплексов на бел ковую и липидную части.

3. Сравнительный анализ разработанных нами и ранее существую щих методов выделения ПЛК из зерна и разделения их на составные части показал хорошую воспроизводимость результатов и выявил преимуществ; модифицированных нами методов.

С применением модифицированных методов были исследованы ШП пшеницы разного качества. Отмечены различия в компонентном состав белковой части ПЛК и в составе анулярных липидов ПЛК.

4. Отмечены структурные особенности белковой части протеолипид ных комплексов пшеницы разного качества. Показано, что дол а-спиральных участков в структуре белка близка к 100%, у сильных пшенш это значение несколько выше.

5. Установлено, что содержание ПЛК увеличивается с 1,6% от сум марного содержания массы белка на ранней стадии формирования зерна д< 9% в зрелом зерне.

6. Изучен состав протеолипидных комплексов пшеницы на отдель ных стадиях созревания зерна. Показано, что компонентный состав белко вой части ПЛК не меняется в зависимости от стадии развития зерна 1 включает 8 компонентов. При созревании происходит накопление высоко молекулярных белковых компонентов, а доля белковых компонентов с мо

екулярными массами 17, 15 и 13кД незначительна на всех стадиях созре-ания. Установлено, что основной группой анулярных липидов ПЛК яв-яются гликолипиды, наибольшее содержание которых обнаружено на ста-ии восковой спелости - 19%.

7. Показано, что добавление донорных гликолипидов к протеолипи-ам, выделенным на разных стадиях созревания зерна, приводило к обра-ованию протеолипидных ассоциатов. Способностью связывать донориые ликолипиды обладают белковые компоненты ПЛК с молекулярной массой 7, 15 и 13 кД. Отмечено, что по мере созревания зерна изменяется акцеп-орная активность протеолипидоп в отношении донорных гликолипидов.

8. Установлено, что содержание ПЛК, а также липидов и их состав ависят от видов помолов и выхода муки.

9. Показано, что применение воды, предварительно подвергнутой ниполярной электрохимической обработке, при ГТО зерна приводит к величению содержания ПЛК, а также повышению хлебопекарных свойств 1уки.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Моксякова Н.И., Дубцова Г.Н., Нечаев А.Г1. Влияние электрохи-тчески обработанной воды на липид-белковый комплекс пшеницы 'Сборник материалов Всесоюзной конференции по Пищевой химии. Л.,1991. С. 34.

2. Моксякова Н.И., Дубцова Г.Н., Нечаев А.П. Изменение липид-¡елкового комплекса пшеницы при созревании зерна // Сборник тезисов (окладов Научной конференции, посвященной 60-летию МТИПП Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья в лицевой промышленности". М., 1991. 4.1. С.129.

3. Дубцова Г.Н., Моксякова Н.И., Нечаев А.П. Компонентный состав ипид-белковых комплексов пшеницы разного качества // Сборник тезисов (окладов Международной Научно-практической конференции, посвящен-

ной 65-летию МГАПП "Научное и инженерное обеспечение пищевых и пс рерабатывающх отраслей АПК". М.,1996. С. 127.

4. Капунова Н.И., Дубцова Г.Н., Нечаев А.П. Влияние видов помоло пшеницы на состав и свойства клейковины // Информ. сборник "Научно технические достижения и передовой опыт в отрасли хлебопродуктов" М.:ЦНИИТЭИ Хлебопродуктов, 1997. Вып. 1. С.8-11.

5. Дубцова Г.Н., Капунова Н.И., Морозова A.B., Молчанов М.И, Нечаев А.П. Формирование протеолипидных комплексов клейковины ) процессе созревания пшеницы // Прикладная биохимия и микробиология О печати).

Formation of proteolipid complexes (PLC) during wheat ripening an( transformation during grain processing was studied in this dissertation work.

It was found that proteolipids complexes are formed at the early stage o grain formation and their accumulation occurs along with ripening. Tht differences in acceptance activity of proteolipids concerning donor glucolipids a different ripening stages were shown.

It was determined that protelipid complexes content as well as lipids anc their composition depend on the method of milling and flour yield. It was showr that the usage of water which was preliminary subjected to unipolai electrochemical treatment during hydrothermal treatment of grain results in thç increase of PLC content and improves baker's properties of flour.

SUMMARY