Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование белково-протеиназного комплекса мягкой пшеницы с короткорвущейся клейковиной

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Исследование белково-протеиназного комплекса мягкой пшеницы с короткорвущейся клейковиной"

Министерство науки и технической политики Российской Федерации

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

, г r г „ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

I и v.i .4

г> Г А П Г> i Г -г -1

' О ¡iiii

На правах рукописи

МОЛЧАНОВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА -

УДК 664.641.12.016.8:663.152.34(043.3)

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЛКОВО-ПРОТЕИНАЗНОГО КОМПЛЕКСА МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ С КОРОТКОРВУЩЕЙСЯ КЛЕЙКОВИНОЙ

Специальность 03.00.04 - биохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

/

Москва - 1993

Работа выполнена в Московской Государственной ордена Трудового Красного Знамени академии пищевых производств и Могилевском технологическом институте

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор М.П.ПОПОВ

Научный консультант - кандидат биологических наук,

доцент В. В. КОЛПАКОМ

Официальные оппоненты -

доктор биологических наук, профессор В.В.МОСОЛОВ

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Т.В.ГОРПИНЧЕНКО

Ведущая организация

НИИ физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского, МГУ

Защита состоится " ^ " JytG&s 1993 г.

на заседании специализированного совета К 063.51.06 Московской Государственной ордена Трудового Красного Знамени академии пищевых производств по адресу: 125080, Москва, А-80, Волоколамское шоссе, II

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПП.

Автореферат разослан ^ Cir^lJLlSU 1993 г>

Ученый секретарь специализированного совета,

канд.биол.наук Т.Г.Генералов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Способность белков поглощать воду и формировать упругий, эластичный и связный комплекс сырой клейковины имеет первостепенное значение в хлебопечении. Поэтому изучение, причин разнокачественности реологических свойств клейковины, теста и качества пшеничного хлеба является одной из важнейших задач современной химии зерна.

Клейковине посвящена обширная литература, однако имеющиеся на сегодня сведения недостаточны для объяснения разнокачественности реологических свойств белкового комплекса клейковины и теста. Одной из причин этого является сильная гетерогенность, плохая растворимость клейковинных белков и отсутствие критерия нативности выделенных фракций при использовании самых различных приемов. С другой стороны реологические свойства клейковины зависят от большого числа факторов, главными из которых являются наследственные признаки сорта и условия выращивания зерна. До сих пор так и не выяснен вопрос о молекулярных основах отдельных показателей реологических свойств клейковины, таких как упругость, эластичность, растяжимость и связность.

Постановка проблемы дальнейшего изучения особенностей белкового комплекса зерна разного качества обусловлена не только потребностью регулирования технологического процесса при производстве хлеба, но и необходимостью научно-обоснованного критерия отбора перспективных образцов зерна пшеницы на ранних этапах селекции .

Цель и задачи исследования. Целью работы явилось сравнительное исследование физико-химических свойств, структурных особенностей белков и активности важнейших ферментов зерна пшеницы с нормальной и короткорвущейся клейковиной, выращенного в резко контрастных почвенно-климатических условиях. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

- изучить фракционный состав белков зерна, выращенного в сухом и жарком климате Казахстана и влажном и прохладном Бело-руси;

- определить дисульфидные связи в клейковине разного качества;

- исследовать агрегирующую способность белков муки и клейковины;

- определить вискозиметрические показатели белков муки и клейковины; I

- изучить взаимосвязь активности нейтральных протеаз, их белковых ингибиторов и липоксигеназы с реологическими характеристиками клейковины;

- разработать способ улучшения хлебопекарных свойств пшеничной муки с короткорвущейся клейковиной.

Научная -новизна. Впервые изучены физико-химические свойства и -структурные'особенности клейковинных белков совместно с активностью важнейших ферментов зерна пшеницы, выращенного в разных почвенно-климатических условиях. Выявлены отличительные особенности белково-протеиназного комплекса зерна пшеницы с коротко-рвущейся клейковиной и установлена взаимосвязь протеаз и липоксигеназы с ее реологическими свойствами.

Установлено, что в зерне с низкой степенью растяжимости и относительно высокой упругостью содержится больше белков нерастворимого глютенина, альбуминов и глобулинов, но меньше - глиади-на. Белковые фракции зерна, выращенного в неблагоприятных погодных условиях,отличаются более низким уровнем гидрофобных взаимодействий, что является одной из причин образования несвязной и малорастяжимой клейковины.

Показано, что зерно с упругой, несвязной клейковиной характеризуется менее компактной структурой белков, пониженной активностью нейтральных протеаз, их белковых ингибиторов и высокой активностью растворимой липоксигеназы.

Практическая ценность. Полученные данные могут быть использованы в научно-исследовательских разработках, связанных с изучением особенностей белкового комплекса зерна пшеницы, а также в исследованиях, направленных на поиск новых технологических приемов приготовления изделий из муки. Разработан способ оценки качества зерна пшеницы по агрегирующей способности белков муки. Способ рекомендуется для использования в селекционной работе при выведении новых сортов пшеницы с заданными технологическими характеристиками ( A.C. № 1693546). Разработан способ производства хлебобулочных изделий из муки с короткорвущейся клейковиной (Положительное решение о выдаче патента № 4019783/13 от 30.10.91г.).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научной конференции Могилевского технологического института (Могилев, 1988), на научной конференции Белгородского кооперативного института (Белгород, 1989), на Всесоюзной конференции "Химия пищевых добавок" (Черновцы, 1989), на Всесоюзной конференции

по пищевой химии (Москва, 1990), на Всесоюзной конференции "Совершенствование технологических процессов производства новых" видов пищевых продуктов и добавок" (Киев, 1991), на Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы использования природных высокомолекулярных соединений" (Суздаль, 1991), на научной конференции, посвященной 60-летию МТИПП (Москва, 1991).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ. Получено авторское свидетельство и положительное решение на выдачу патента.

Структура и объем работы. Диссертация Состоит-из 3 глав и -включает литературный обзор, материалы и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, выводы, список литературы, приложения. Работа изложена на 123 страницах, содержит 19 таблиц, 12 рисунков, 3 приложения. Список литературы включает 178 названий, из них 101 на иностранных языках.

Автор выражает глубокую благодарность к.х.н., старшему научному сотруднику ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии

Богданову В.П. за предоставленную возможность проведения ряда исследований и консультации при выполнении экспериментальной работы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исходным материалом служило зерно двух сортов мягкой пшеницы : типично сильного-Саратовская 29 и типично слабого-Акмолин-ка I. Зерно было выращено на сортоиспытательных участках опытных сельскохозяйственных станций из одного посевного материала в условиях прохладной и влажной погоды (Могилевская обл., Белорусь) и сухой и жаркой (Целиноградская обл., Казахстан). Кроме того в работе были использованы 23 образца зерна пшеницы разного качества из этих же регионов, а также 12 образцов зерна, выращенного в Рязанской и Владимирской областях. Для всех районов выращивания образцы зерна пшеницы являлись нормально вызревшими, не содержали дефектных зерен и не подвергались тепловой сушке.

В образцах зерна определяли массу 1000 зерен (ГОСТ 1084276), натуру (ГОСТ 10840-64), стекловидность (ГОСТ 10987-76)} всхожесть (ГОСТ 12038-84), количество и качество клейковины (ГОСТ 13586.1-68), гидратацию клейковины (ГОСТ 13568-68), содержание белка (ГОСТ 10846-76). Размол зерна проводили на мельнице

типа МЛУ Бголера с выходом муки 70 %. Физические свойства теста определяли на фаринографе, альвеографе и микромиксографе. Пробные выпечки проводили согласно методике Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур, а также по методике, изложенной в руководстве (Пучкова, 1982).

Клейковину отмывали в течение I часа водопроводной водой и лиофилизировали. Препараты клейковины содержали 89...93 % белка.

Фракционирование белков проводили модифицированным методом Орса и Бушука {Он^ь, , гельхроматографию белков -

на колонке с сефадексом G-I00 (3x100 см). Для расчета молекулярных масс белков использовали белковые метчики фирмы " i&asa. " (ФРГ). Дисульфидные связи и сульфгидрильные группы в клейковине определяли методом Эллмана в модификации Богданова с соавторами (1980). Агрегирующую способность белков измеряли методом Арака-вы и Юнезавы {ФигЛсиша, Цотшига., 1975) вязкость - в вискозиметре Освальда. Нейтральные протеазы и их ингибиторы выделяли по методу Шаненко (1980), их активность определяли методом Ансона (Ольоп , 1938), автолитическую способность муки - по накоплению водорастворимых белков в мучной суспензии, активность липоксиге-назы - методом Дубцова, Попова (1970). Содержание белка в растворах измеряли методами Кьельдаля, Лоури, биуретовым и по поглощению при 280 нм. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили общепринятыми методами (Доспехов, 1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Оценка технологических свойств зерна и муки. Неблагоприятные климатические условия Белоруси оказали существенное влияние на качество зерна. По сравнению с пшеницей, выращенной в Казахстане, на 10...20 % снизилась его стекловидность, на 20...40 % уменьшилось содержание белка и на 30% - содержание сырой клейковины. Клейковина отличалась низкой растяжимостью, повышенной упругостью и отсутствием достаточной связности. Клейковина пшеницы, выращенной в Целиноградской области, характеризовалась по качеству как нормальная для сорта Саратовская 29 и слабая - для сорта Акмолинка I.

Характеристика муки 70%-ного выхода приведена в табл. I. В муке из образцов зерна, выращенного в Белоруси, на 30...40 % уменьшилось содержание сырой клейковины, на 25...35 - сухой , на

— Таблица I

Характеристика муки 70%-ного выхода

Показатели Целиноградская обл. Могилевская обл.

Саратов- Акмолин- Саратов- Акмолин-

ская 29 ка I ская 29 ка I

Клейковина Сырая, %

Сухая, %

Гидратация, % ВДК-1, ед.приб. Органолептическая оценка:

Тесто

Альвеограф:

Упругость Р, мм Растяжимость Ь, мм Р/Ь

Удельная работа деформации теста, V/- Ю"4 Дж

Фаринограф:

Разжижение, ед. ф. Валориметриче екая оценка, ед.вал.

Хлеб

Объемный выход, см3/Ю0 г Н/Д

Пористость, балл

31,7 11,5 176,5 75

светлая с желтым оттенком

упругая

связная

72 85 0,8

278

115

48

652

0,51

4,1

39,7 " 13,4 196,8 91

светлая

неупругая связная

32 146 0,2

138

145

35

470

0,38

3,3

22,5 9,3 142,8 36

светлая с серым оттенком

очень упругая

несвязная

151 27 5,6

208

90 46

485

0,46

3,3

23,0 8,7 165,3 67

серая

неупругая несвязная

51 46 1,1

125 32

425 0,29 2,8

20 % снизилась величина гидратации.

Различия в реологических свойствах клейковины в наибольшей степени соотносятся с показаниями альвеографа. На рис. I приведены альвеограммы данных образцов. Для пшеницы с короткорвущей-ся клейковиной, характерна меньшая растяжимость теста - Ь ( в три раза) и большая упругость-Р (в два раза). Соответственно в 5...7 раз увеличился показатель Р/Ь .

Образцы хлеба из зерна, выращенного в условиях прохладной и влажной погоды, имели более низкий объем, серый оттенок мякиша и крупную неравномерную пористость.

Целиноградская обл.

Могилевская обл.

Рис. I Альвеограммы муки с клейковиной разного качества

1, 3 - Саратовская 29

2, 4 - Акмолинка I

ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА ПШЕНИЦЫ

Фракционный состав белков муки. По литературным данным качество зерна пшеницы с нормальной клейковиной хорошо коррелирует с количеством остаточного белка муки, нерастворимого в растворах уксусной кислоты {(кУи, ¡¡Мьки, 1972, ЦЩйп й аХ., 1983). Поэтому для изучения особенностей белков муки с короткорвущейся клейковиной был исследован их фракционный состав. Цука с короткорвущейся клейковиной содержит в своем составе на 10 % больше

белков альбумино-глобулинового типа, на 15...20 % больше нерастворимого глютенина и на 15 % меньше глиадиновых белков. Однако, эти различия не настолько значительны, чтобы только ими объяснить ярко выраженные особенности реологических свойств коротко-рвущейся клейковины.

Дисульфидные связи в клейковине. В формировании клейковин-ного комплекса важная роль принадлежит дисульфидным связям (Ва-кар, 1975)'. Однако в исследуемых образцах выявлены только четко выраженные сортовые различия по данному признаку. В клейковине сильного сорта Саратовская 29 количество дисульфидных связей на 30...40 % выше, чем в клейковине слабого сорта Акмолинка I независимо от района произрастания пшеницы.

Вискозиметрические характеристики белков муки и клейковины. Сведения о структурной организации белковых комплексов клейковины можно получить путем изучения их вискозиметрических характеристик (Вакар, 1968). В белковых комплексах определяли характеристическую вязкость [п.] , удельный гидродинамический объем СР/С) и осевое отношение частиц (в/а).

Полученные результаты (рис. 2) показывают, что белки, выделенные из муки и клейковины пшеницы пониженного качества,имеют

мука клейковина

У/С На. [ц] Саратовская 29 Акмолинка I Саратовская 29 Акмолинка I

Рис. 2 Вискозиметрические показатели уксуснорастворимых белков муки и клейковины

I I - Целиноградская обл. кУч) - Могилевская обл.

более высокие показатели характеристической вязкости, удельного гидродинамического объема и осевого отношения частиц, что свидетельствует о более рыхлой структуре "макромолекулы" клейковин-ного белка.

Агрегирующая способность клейковинных белков. Одним из важнейших свойств белков клейковины является способность их к агрегации {ОнаЖсша, ^ОШШШИ, 1975), а по мнению некоторых авторов (Конарев, 1980) это свойство лежит в основе формирования ее комплекса. Для изучения особенностей белков пшеницы , выращенной в условиях прохладной и влажной погоды, была исследована агрегирующая способность уксуснорастворимых белков клейковины и ее фракций. Для этого раствор белка фракционировали на колонке с сефадексом 6-100.

Белки элюировались шестью группами фракций (рис. За). На основании проведенной калибровки колонки белковыми метчиками была дала оценка фракций по молекулярной массе:

I - более 88 кД (растворимый глютенин);

Л - 56...88 кД (IV - глиадины);

Ш - 39...56 кД ( у - глиадины);

IV - 29...39 кД + / - глиадины);

V - менее 29 кД (альбумины и глобулины).

При определении агрегирующей способности отдельных фракций установлено, что альбумины и глобулины (фракция У) не обладают способностью к агрегации. Присутствие этих компонентов приводит к искажению параметров агрегации суммарного белка клейковины, , так как расчет величин начального и конечного этапов агрегации проводится с учетом общего количества белка в растворе. Поэтому для получения более объективных показателей по этому признаку для клейковинных белков необходимо очистить их от низкомолекулярных компонентов. Для этого белки муки экстрагировали раствором уксусной кислоты, клейковинные белки осаждали фосфатным буфером, содержащим I М хлорида натрия, при рН 6,8 и снова перерастворяли в уксусной кислоте.

Профиль элюции выделенного комплекса клейковинных белков представлен на рис. 36. Проведенные операции позволили удалить основную массу низкомолекулярных белков. Данные по агрегирующей способности комплекса клейковинных белков представлены в табл.2. У пшеницы с короткорвущейся клейковиной агрегация белков по по-

Рис. 3 Гель-хроматография уксуснорастворимых белков

а) клейковины

б) комплекса клейковинных белков

I

I» 3 - Саратовская 2.9 ?. 4 - Акмппинйа т

Таблица 2

Агрегирующая способность комплекса клейковинных белков

Сорт пшеницы Район произрастания Агрегирующая способность белков

Константа начальног этапа л агрегации ( К-Ю ) Величина конечного этапа агрегации СГ,0/С)

Саратовская 29 Ц 8 72

Акмолинка I Ц 21 101

Саратовская 29 М 4 55

Акмолинка I м 7 70

каэателю К* 10^ в 2...3 раза, а по показателю Т^^/С - на 30... 50 % ниже, чем у пшеницы с клейковиной нормального качества. Таким образом, фракционирование уксуснорастворимых белков муки на ' клейковинные и неклейковинные позволило выявить значительные различия в агрегирующих свойствах белков пшеницы разного качества." Агрегирующая способность хроматографических фракций данного комплекса представлена в табл. 3.

Таблица 3

Агрегирующая способность хроматографических фракций комплекса клейковинных белков

Район произрастания Агрегирующая способность (К*104)белков

Сорт пшеницы Хроматографические фракции

I П Ш 1У

Саратовская 29 ц 14 58 74 50

Акмолинка I д 42 228 237 103

Саратовская 29 м 2 24 43 20

Акмолинка I м 20 72 99 40

Агрегирующая способность всех белковых фракций для образцов с короткорвущейся клейковиной в 2...7 раз ниже, чем у образцов того же сорта с клейковиной нормального качества. Наибольшей

скоростью агрегации обладают $-глиадины (фракция Ш), а наименьшей - растворимый глютенин (фракция I). Учитывая, что процесс агрегации происходит при участии гидрофобных взаимодействий (Рчмй?л , 1981), можно сделать вывод о меньшей роли гидрофобных сил в стабилизацию белкового комплекса муки с короткорвущей-ся клейковиной.

Разработка метода оценки хлебопекарных свойств зерна пшеницы по агрегирующей способности белков. Полученные нами данные позволили разработать способ оценки хлебопекарных достоинств . зерна пшеницы на основе определения агрегирующей способности клейковинных белков муки.

Отработка и проверка метода проводилась на 23 образцах зерна пшеницы, выращенного в Казахстане и Белоруси. Разработанный способ отличается от известного (Бунтина, 1981) более простой схемой выделения белков, значительным сокращением времени для проведения анализа и более высокой объективной оценкой качества зерна. Преимуществом является также потребность в малых количествах образцов муки для анализа, что особенно важно для селекции при отборе перспективных сортов пшеницы.

Коэффициенты корреляции показателей качества зерна пшеницы с агрегирующей способностью белков, определенной двумя методами, приведены в табл. 4. По известному методу значения коэффициентов корреляции колеблются от 0,035 до 0,504. По предлагаемому нами методу коэффициенты корреляции значительно выше: 0,650...0,895. Самый высокий коэффициент корреляции установлен между агрегирующей способностью белков и удельной работой деформации теста по альвеографу, самый низкий - для ИДК-1.

ФЕРЬЕНТАТИВНЫЙ КОМПЛЕКС МУКИ И ЕГО РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КЛЕЙКОВИНЫ

Известно, что на реологические свойства клейкойины большое влияние оказывает ферментативный комплекс пшеничной куки. Наибольшее технологическое значение имеют нейтральные протеазы, прочно связанные с клейковиной (Шаненко, 1980, Ихсанова, 1985, Ли, 1992), и липоксигеназа (Дубцов, 1971).

Таблица 4

Коэффициенты корреляции величины конечного этапа агрегации с показателями качества пшеничной муки

Показатели Известный метод Предлагаемый метод

Клейковина

ИДК-1, ед.приб. +0,355 +0,650± 0,063

Тесто

Удельная работа деформации,

У • 10~4 Дж +0,450 -0,895 ± 0,042

Разжижение, ед. ф. -0,189 +0,816 ± 0,040

Валориметрическая оценка,

ед.вал. +0,331 -0,849 ± 0,046

Максимальная высота кривой

после 7 мин замеса -0,035 -0,832 + 0,024

Хлеб

Удельный объем, см^/100 г +0,504 -0,835 + 0,032

н/д +0,133 -0,816 + 0,049

Пористость, балл +0,137 -0,760 + 0,064

Общая оценка, балл +0,268 -0,850 + 0,036

Поотеазы и их белковы& ингибиторы. Активность нейтральных протеаз цуки исследуемых образцов приведена в табл. 5. Протео-литическая способность (в расчете на I г материала) пшеницы с клейковиной нормального качества в 1,8...3,5 раза превосходит активность протеаз пшеницы с короткорвущейся клейковиной. Величина активности нейтральных протеаз пшеничной муки коррелирует с некоторыми показателями качества клейковины и теста. Чем более высокую активность имели нейтральные протеазы, тем менее упругой была клейковина. Тесто из такой муки характеризовалось более высоким показателем разжижения по фаринографу и более высокой растяжимостью по альвеографу. Таким образом, нейтральные протеазы проявляют выраженную способность ослаблять клейковину. 1Цука низкого хлебопекарного достоинства с короткорвущейся клейковиной имела пониженную протеолитическую активность.

Таблица 5

Активность протеаз пшеничной муки и их ингибиторов

Сорт пшеницы Район произрастания Активность нейтральных протеаз Активность ингибиторов нейтральных протеаз,

дА280/ г материала аА280/ г белка

Саратовская 29 ■ Ц- 2,1 - 17,5 40

Акмолинка I ц 2,8 21,2 55

Саратовская 29 м 1,2 12,1 30

Акмолинка I м 0,8 7,9 29

Результаты определения активности нейтральных протеаз в муке разного качества хорошо согласуются с данными по накоплению водорастворимого белка в процессе автолиза водно-мучной суспензии (рис. 4). Образование растворимых белков происходит менее интенсивно в образцах муки с короткорвущейся клейковиной. Авто-литическая способность этих образцов в 1,3...1,8 раза меньше аналогичного показателя образцов муки с клейковиной нормального качества. При подавлении активности нейтральных протеаз хлоридом натрия (Шаненко, 1980) наблюдается снижение накопления водорастворимого белка в 2,0...2,5 раза для пшеницы, выращенной в Казахстане, и в 1,3 раза - для зерна, выращенного в Белоруси. Таким

Рис. 4 Автолитическая способность муки

1.3 - Целиноградская обл. - водная суспензия

2.4 - Могилевская обл. ---- водно-солевая суспензйя

образом, автолитическая способность муки снижается сильнее у образцов с более высокой активностью нейтральных протеаз.

Естествейшми регуляторами активности протеолитических ферментов являются их ингибиторы (Мосолов, 1983). Ранее была установлена взаимосвязь между активностью нейтральных протеаз и их ингибиторами .в зерне пшеницы (Шаненко, 1980, Аль Рахмун,1991, Ли, 1992). Замечена зависимость между некоторыми показателями качества пшеничной муки и содержанием ингибитора трипсина (Левицкий и др., 1987).

Данные по активности ингибиторов, выделенных из исследуемых образцов муки, представлены в табл. 4. Способность ингибиторов подавлять нейтральные протеазы у муки с короткорвущейся клейковиной в 1,3...1,9 раза ниже по сравнению с ингибирующей способностью у образцов с клейковиной нормального качества. Активность ингибиторов нейтральных протеаз находится в прямой зависимости от протеолитической способности муки и также, как и активность протеаз,коррелирует с упругостью клейковины, растяжимостью и разжижением теста. Чем выше активность ингибиторов, тем больше значение данных показателей.

Липоксигеназа. Липоксигеназа через продукты окисления ненасыщенных жирных кислот воздействует на белки клейковины, вызывал ее укрепление. Известно, что большая часть липоксигеназы связана с клейковинными белками (Ихсанова, 1985). Данные опытов по распределению свободной и связанной липоксигеназы приведены в табл.6.

Таблица 6

Распределение активности липоксигеназы в муке

Сорт пшеницы Район произрастания Активность липоксигеназы

Общая, ДА234/Г-муки Свободная Связанная

ДА234/Г муки % от общей Удельная ЛА234/Г белка Удельная дА234/г белка

Саратовская 29 Ц 19,2 6,8 35 395 141

Акмолинка I д 15,9 5,5 35 272 102

Саратовская 29 м 17,8 7,2 40 514 153

Акмолинка I м 11,3 4,4 39 309 III

У образцов муки с клейковиной нормального качества на растворимую фракцию липоксигеназы приходится примерно 1/3 от общего количества фермента, а 2/3 связано с клейковиной. У пшеницы пониженного качества содержание свободной липоксигеназы возрастает до 40 %. Удельная активность свободной липоксигеназы на 15... 30 % выше в муке с короткорвущейся клейковиной.

Разница в активности связанной липоксигеназы между образцами одного сорта, выращенными в разных почвенно-климатических условиях, невелика и в большей степени отражает сортовые особенности. Данные по активности связанной липоксигеназы хорошо согласуются с результатами определения дисульфидных связей.В клейковине зерна сильного сорта активность липоксигеназы выше на 40 %,тл содержание дисульфидных связей также выше примерно на 40 56.

Важно отметить, что активность свободной липоксигеназы взаимосвязана с реологическими характеристиками клейковины и теста, которые в наибольшей степени отражают отличительные признаки муки с короткорвущейся клейковиной'. Чем выше активность свободной липоксигеназы в муке, тем более упругим является тесто (Саратовская 29, Белорусь), и наоборот, самое растяжимое тесто имеет образец с наименьшей активностью растворимой липоксигеназы (Акмолинка I, Казахстан). Хоршая взаимосвязь отмечена и для показателя разжижения теста (рис. 5 )

Рис. 5 Зависимость между удельной активностью свободной липоксигеназы и показателями качества теста

Разработка способа удушения хлебопекарных свойств пшеничной муки с.короткорвущейся клейковиной

Результаты наших исследований показали, что одной из отличительных особенностей белков муки с короткорвущейся клейковиной является их относительно низкая агрегирующая способность. С целью разработки способа улучшения хлебопекарных свойств пшеничной муки пониженного качества нами было исследовано влияние жировых эмульсий, приготовленных с белковым изолятом, на скорость агрегации белков теста. . 6

Изолят получали из пшеничных отрубей путем экстракции белков гидроксидом натрия и последующего их осаждения при подкис-лении до рН 4,0...4,25. После центрифугирования осадок нейтра-лизовывали до рН 6,0 и дважды промывали водой. Паста влажностью 75...85 % содержала 90...91 % белка на сухое вещество.

Агрегирующую способность определяли для белков теста, приготовленного безопарным способом из муки с несвязной, короткорвущейся клейковиной (Зерно выращено в Белоруси). Белковый изолят добавляли в количестве от 0,2 до 0,8 % сухих веществ от массы муки. Опыты показали, что добавление эмульсий с белковым изолятом приводит к увеличению скорости агрегации белков теста (табл. 7)Дем выше дозировка белкового изолята, тем более вы-

Таблица 7

Влияние белкового изолята на свойства теста и качество хлеба

Показатели Белковый изолят, % сухих веществ к массе муки

0 (контроль) 0,2 0,4 0,6 0,8

Тесто

Величина конечного этапа агрегации, Т^д/С 50 62 75 87 94

Хлеб

Удельный объем, см^/100 г 300 332 - 374 370

н/д 0,40 0,42 0,45 0,45

Пористость, % 71,6 73,8 77,6 78,0

сокой была агрегирующая способность белков.

Проведенные исследования легли в основу разработанного способа улучшения хлебопекарных свойств" пшеничной муки с коротко-рвущейся клейковиной (положительное решение на выдачу патента № 4019783/13). Показатели качества изделий, выпеченных по предлагаемому способу, приведены в табл. 7. С увеличением дозировки белкового изолята повышается удельный объем, формоустойчивость изделий, улучшается пористость и эластичность мякиша. Пористость становится более развитой, равномерной и тонкостенной.

ВЫВОДЫ "

1. Проведены комплексные исследования физико-химических свойств белков и активности важнейших ферментов зерна пшеницы, выращенного в' контрастных почвенно-климатических условиях.

2. Зерно, выращенное в условиях прохладной и влажной погоды Велоруси имело более низкие технологические показатели качества, чем зерно тех же сортов, выращенных в условиях сухой и жаркой погоды Казахстана. Кяейковина из зерна, выращенного при неблагоприятных погодных условиях отличается отсутствием 'связности, малой растяжимостью и невысокой эластичностью.

3. %ка с короткорвущейся клейковиной содержит в своем составе больше нерастворимого глютенина и альбуминов и глобулинов, но меньше глиадина по сравнению с мукой,имеющей клейковину нормального качества.

%ка с упругой и малорастяжимой клейковиной характеризуется большим количеством белков, нерастворимых в уксусной кислоте (на 40%), и меньшим количеством белков растворимого глютенина (в 2,5 раза).

'4. Содержание дисульфидных связей'в клейковине не зависит от условий выращивания зерна и отражает сортовые признаки качества.

5. Хроматографическое разделение уксуснорастворимых белков муки и клейковины разного качества позволило выявить значительные различия в агрегирующих свойствах клейковинных и неклейковин-ных компонентов, что послужило основой для разработки более объективной оценки взаимосвязи параметров агрегации с качеством пшеницы.

6. Скорость агрегации комплекса клейковинных белков, также

как и его отдельных компонентов (иг -, ^ -, глиадинов и

растворимого глютенина) в пшенице, выращенной в условиях прохладной и влажной погоды, в 2...3 раза ниже, чем скорость агрегации белков зерна, выращенного в сухом и жарком климате. Полученные данные свидетельствуют о меньшем вкладе гидрофобных взаимодействий в стабилизацию структуры белков пшеницы, имеющей корот-корвущуюся, несвязную клейковину.

7. Исследование вискозиметрических характеристик белковых растворов показало, что пространственная структура "макромолекул" белков несвязной клейковины более "рыхлая" и менее компактная, чем структура белков клейковины нормального качества.

8. Для образцов зерна с короткорвущейся клейковиной характерна пониженная активность нейтральных протеаз (в 2...3 раза) и их белковых ингибиторов (в 1,3...1,9 раза). Активность нейтральных протеаз и их ингибиторов взаимосвязана с реологическими характеристиками клейковины и теста: чем более упругими и менее растяжимыми являются клейковина и тесто, тем активность биологически активных соединений ниже.

9. Удельная активность свободной липоксигеназы, а также ее доля в суммарной активности фермента, выше в муке с короткорвущейся клейковиной. Активность свободной липоксигеназы отражает фенотипические признаки качества, а связанной - сортовые особенности зерна.

Активность липоксигеназы в большей степени взаимосвязана с упругостью клейковины и теста, а активность протеаз - с растяжимостью.

10. Разработан новый способ оценки технологического достоинства зерна мягкой пшеницы по агрегирующей способности белков. Величины конечного этапа агрегации (V ^/С) белков для пшеницы разного качества, выращенной в Казахстане, составили 48...97, в Белоруси - 56...71. Коэффициенты корреляции параметров агрегации и показателей качества клейковины, теста и хлеба равны 0,650... 0,895.

11. Разработан способ производства хлебобулочных изделий из муки с короткорвущейся клейковиной. Выявлены оптимальные дозировки белкового улучшителя, при которых наблюдается повышение агрегирующей способности белков теста. Изменение скорости агрегации сопровождается улучшением физико-химических и органолептических показателей готовых изделий.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Колпакова В.В., Жаринов В.И., Конев C.B., Лаке Г.А., Молчанова E.H., Синицына В.Н. Способ определения хлебопекарных качеств пшеницы. A.C. № 1693546 СССР. Заявл. 11.04.89. Опубл. Б.И., 1991, № 43.

2. Колпакова В.В., Звягинцев В.И., Молчанова E.H. Изменение некоторых свойств белков пшеничного хлеба при хранении //В сб. Вузовская наука - потребительской кооперации. Докл. преподавателей -и сотрудников БКИ по итогам научной работы за 1987-1988гг., Белг<эрод. - 1989. - С. 202.-206.

3. Звягинцев В.И., Молчанова E.H., Круть В.В., К вопросу использования некоторых эфиров сахарозы для улучшения качества хлеба// Тез. докл. Всесоюзной конференции "Химия пищевых добавок", 25-27 апреля 1989 г., Черновцы. Киев. - 1989. - С. 63.

4. Колпакова В.В., Молчанова E.H. Сравнительная характеристика методов определения технологических свойств зерна пшеницы по агрегирующей способности белков // В сб. материалов Всесоюзной конференции по пищевой-химии, M. - 1991. - С. 21-24.

5. Колпакова В.В., Назаренко Е.А., Молчанова E.H. Свойства белков пшеничного хлеба из муки разного качества при хранении// В сб. материалов Всесоюзной конференции по пищевой химии, М. -1991. - С. 25-29.

6. Колпакова В.В., Молчанова E.H., Попов М.П., Нечаев А.П. Использование белкового продукта из пшеничных отрубей для приготовления диетических изделий из муки // Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок. Использование вторичного сырья пищевых ресурсов." Киев.

- 1991. - С. 164.

7. Молчанова E.H., Попов М.П., Колпакова В.В. Исследование белково-протеиназного комплекса пшеницы с короткорвущейся клейковиной // Тез. докл. научной конференции, посвященной 60-летию МГИПП "Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья в пищевой промышленности", 29-31 октября 1991 г.,М. - 1991.

- С. 24.

8. Молчанова E.H., Колпакова В.В., Попов М.П., Назаренко Е.А. Способ производства хлебобулочных изделий. Положительное решение

на выдачу патента, № 4019783/13 от 30.10.91 г'.

9. Колпакова В.В., Молчанова E.H., Попов М.П., Нечаев А.П. Особенности белкового комплекса зерна мягкой пшеницы с коротко-рвущейся клейковиной и пути ее использования // Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы использования природных высокомолекулярных соединений", 1-5 декабря 1991г., Суздаль, М. - 1991. - С. 65