Физико-химические, биохимические и антиалиментарные свойства зерновок риса при парбойлинге

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физико-химические, биохимические и антиалиментарные свойства зерновок риса при парбойлинге

Н.Г. Туманьян, B.C. Ковалев, Е.М. Сорочинская

Аннотация

Оценивали физико-химические, биохимические и антиалиментарные признаки зерновок риса различных сортов до и после парбойлинга. Определяли водопоглотительную способность, температуру клейстеризации, содержание амилозы и декстринов, активность протеолитических ферментов, белковых ингибиторов протеаз и лектинов в зерновках риса.

Summary

Physico-chemical, biochemical and antialimentary properties in rice corn during parboiling

N.G. Tuman'yan, V.S. Kovalev, E.M. Sorochinskaya

The authors estimated the physico-chemical, biochemical and antialimentary properties in corn of different rice varieties before and after parboiling on the water absorbtion, glue temperature, the contents of amylose and dextrines, the activities of proteolytic enzymes, proteinaceous inhibitors of proteinases and lectins. It was shown, that all above-mentioned properties are genotype determined and depended on parboiling regime. Data obtained can be used for creation of the model of rice variety during selection on improvement of corn technological properties.

При селекции риса на технологические качества зерна важное значение имеет оценка сортовых особенностей зерновок по физико-химическим, биохимическим и антиалиментарным признакам до и после парбойлинга (пропаривания) (1-3). Деструктивные изменения белка при хранении семян риса обусловлены действием протеаз. Показано, что пропаривание зерновок риса вызывает потерю жизнеспособности семян и утрату активности амилолитических ферментов (4). Содержание амилозы в зерновках риса считается наиболее важным биохимическим показателем качества, зависящим от многих факторов (условия выращивания, хранения и др.), и может служить сортовым признаком (5, 6).

В связи с этим в задачу нашей работы входило исследование влияния парбойлинга зерна риса различных сортов на инактивирование ингибиторов протеаз пищеварительного тракта и лектинов, тормозящих процессы всасывания в кишечнике при взаимодействии с микроворсинками, а также определение активности протеаз, содержания амилозы и декстринов, температуры клейстеризации крахмала, водопоглотительной способности зерновок, муки и крупы.

Методика. Объектом исследования служили 23 сорта риса российской селекции (Кубань 3, Спальчик, Лиман, Славянец, Наутико, Павловский, Регул, Рапан, Нафант, Индус, Изумруд, Сапфир, Талисман, Жемчуг, Хазар, Краснодарский 86, Вевель, Лагуна, Курчанка, Серпантин, Снежинка, Мирный, Водолей), зерновки которых пропаривали в автоклаве в лабораторных условиях. В зерновках пяти сортов до и после парбойлинга в течение 5 и 20 мин при давлении пара 111,5 и 131,7 кПа активность протеаз определяли по способности ферментов отщеплять от субстрата азотистые основания модифицированным методом Anson и Kunitz (7-9); температуру клейстеризации крахмала эндосперма непропаренных отшлифованных зерновок -- на аппарате Брабендера в 10 % суспензии по Halick, Kelly (10); способность к связыванию воды зерновками и мукой -- по методу Думанского (11); содержание амилозы -- по Juliano (12); гемагглютинирующую активность -- по Никитину (в единицах ГАЕ) (13).

Результаты. В зерновках сортов риса Краснодарский 424, Спальчик, Жемчуг, Изумруд и Альтаир через 20 мин после пропаривания активность протеаз либо отсутствовала, либо выявлялась в следовых количествах; у сортов Краснодарский 424, Жемчуг и Изумруд через 5 мин после пропаривания этот показатель снижался соответственно до 64, 64 и 69 % от первоначальных значений. При этом структурные изменения эндосперма зерновок на сколах либо вовсе отсутствовали, либо были незначительными. Несмотря на то, что конгломераты клеток сохранялись, крахмал не клейстеризовался (не исчезали мучнистые пятна и не «затекали» трещины); активность протеаз не выявлена.

Зерновки сортов Кубань 3, Спальчик, Лиман, Славянец, Наутико, Павловский, Регул, Рапан, Нафант, Индус, Изумруд, Сапфир, Талисман, Жемчуг и Хазар пропаривали после предварительного замачивания в течение 4 ч при 65 ^оС. При этом содержание амилозы в крахмале до пропаривания составляло в этой группе 18,2-24,4 %; после парбойлинга у сортов Кубань 3, Славянец, Наутико, Нафант, Индус, Талисман, Жемчуг и Хазар -- оставалось на первоначальном уровне, у сортов Спальчик, Павловский и Изумруд -- уменьшалось, а Лиман, Регул, Сапфир и Рапан -- увеличивалось (табл. 1). Доля влияния генотипа на варьирование по содержанию амилозы в зерновках была существенной (r² = 90 %); не выявлено изменчивости этого признака в зависимости от парбойлинга (F_факт. = 0,7, F_теор. = 4,0). При обработке паром происходила декстринизация крахмала и увеличивалось содержание редуцирующих сахаров. Так, если содержание амилозы в крахмале не снижалось, это означало, что количество амилозы и амилопектина в зерновках уменьшалось в равной степени (примерно на 2 %). Увеличение (уменьшение) содержания амилозы в крахмале на 0,5-1,7 % свидетельствует о том, что амилопектин расходовался более (менее) интенсивно.

Таблица 1. Содержание амилозы в зерновках различных сортов риса до и после парбойлинга (%)

Содержание декстринов в эндосперме исходных зерновок составляло 0,29-0,42 %. По данным литературы, этот показатель после парбойлинга возрастает в 1,8-5,4 раза (14). В нашей работе количество декстринов в эндосперме зерновок сортов Кубань 3, Наутико, Талисман и Жемчуг после парбойлинга увеличивалось на 90-110 %; сортов Лиман, Славянец, Павловский и Изумруд -- на 140-260 % (крахмал при парбойлинге клейстеризовался существенно, но не полностью); сортов Регул, Рапан, Индус, Сапфир -- на 331-435 % (полная клейстеризация крахмала). При этом варьирование по содержанию декстринов в зерновках было обусловлено как генотипом (F_факт. = 759,6; F_теор. = 4,1; r² = 67 %), так и воздействием пара (F_факт. = 20,6; F_теор. = 2,0; r² = 10 %).

Клейстеризация крахмала в зерновках сортов Кубань 3, Лиман, Славянец, Наутико, Павловский, Регул, Рапан, Индус, Изумруд, Сапфир, Талисман и Жемчуг проходила при температурах 65,4-71,3 ^оС. Температура клейстеризации крахмала в эндосперме зерновок была близкой как у сортов Лиман, Изумруд, Талисман и Жемчуг (70,0-71,3 ^оС), несмотря на различные реакции на парбойлинг, так и у сортов Наутико, Павловский и Славянец (значительная, но не полная клейстеризация). У сорта Индус (полная клейстеризация крахмала) температура клейстеризации была выше, чем у сорта Кубань 3, для зерновок которого требуются более жесткие режимы пропаривания.

Структуру эндосперма и крахмалистой паренхимы зерновок косвенно можно охарактеризовать по водопоглотительной способности, которая для зерновок и муки 12 сортов риса (Кубань 3, Лиман, Славянец, Наутико, Павловский, Регул, Рапан, Индус, Изумруд, Сапфир, Талисман и Жемчуг) составляла соответственно 0,11-0,16 и 1,03-1,30 г/г. По данным однофакторного дисперсионного анализа была выявлена достоверная зависимость этих показателей от генотипа. У сорта Сапфир наблюдалась наиболее высокая водопоглотительная способность зерновок, которая, однако, несущественно отличалась от таковой сортов Лиман, Славянец, Павловский, Регул, Рапан и Изумруд. Водопоглотительная способность муки была максимальной у сорта Рапан. У сортов, характеризующихся полной клейстеризацией крахмала при парбойлинге (Регул, Рапан и Сапфир), водопоглотительная способность зерновок и муки составляла соответственно 0,14-0,16 и 1,24-1,30 г/г, при незначительной степени клейстеризации крахмала (сорта Кубань 3, Наутико, Талисман, Жемчуг) -- соответственно 0,11-0,12 и 1,03-1,12 г/г.

Способность зерновок связывать воду определяется водопоглотительной способностью эндосперма, которая различается у сортов риса (15). Двухфакторным дисперсионным анализом нами выявлена зависимость коэффициента водопоглотительной способности крупы как от генотипа, так и от парбойлинга -- соответственно r² = 37 % и r² = 18 %. У всех сортов коэффициенты водопоглотительной способности крупы после парбойлинга были ниже на 5,0-12,9 %, чем таковые в варианте без обработки паром (табл. 2). У сортов Индус, Наутико, Талисман и Жемчуг этот показатель был наименьшим в варианте без обработки паром. Следует отметить, что крупа сорта Индус легко пропаривалась, а трех других сортов -- только при жестких режимах парбойлинга.

Таблица 2. Коэффициенты водопоглотительной способности крупы различных сортов риса в зависимости от режима обработки паром

При варке изменяются форма, консистенция, цвет и другие признаки зерновок риса. Так, у сортов Лиман, Павловский, Рапан, Талисман, Серпантин и Снежинка после варки зерновок, подвергнутых парбойлингу, резко возрастал их объем, на поверхности появлялись незначительные разрывы тканей, форма сохранялась, очень редко раздваивались кончики ядер зерновок, длина и ширина увеличивались соответственно на 124-177 и 113-162 %. Разрушение при варке непропаренных зерновок риса было более значительным: раздвоение кончиков ядер зерновок, вплоть до разделения на две половинки, повреждение целостности поверхностных тканей, длина и ширина увеличивались соответственно на 123-180 и 120-162 %. При этом максимальное увеличение размера ядер выявлено у сорта Лиман, минимальное -- у сортов Курчанка, Сапфир, Серпантин и Мирный. Наибольшая деструкция ядер зерновок при варке наблюдалась у сорта Лиман, незначительная -- у сортов Нафант, Курчанка, Снежинка, Жемчуг; у остальных сортов не отмечено повреждений зерновок.

Белковые ингибиторы протеаз и лектинов в зерновках риса тормозят процессы пищеварения, что приводит к замедлению роста и нарушениям обмена веществ. Поэтому определение активности этих веществ имеет важное значение в селекционной работе с рисом: с одной стороны, ингибиторы протеаз и лектины поддерживают защитные реакции растений, с другой, -- необходимо проводить отбор на снижение их активности в зерновках в связи с антиалиментарными (антипищевыми) свойствами. Мы предполагали, что под влиянием высоких температур при парбойлинге должна понизиться или полностью инактивироваться активность этих веществ.

Для оценки активности ингибиторов протеаз зерновки пропаривали в течение 10-60 мин (с интервалом в 10 мин) при давлении пара 111,5 и 131,7 кПа. Активность лектинов определяли в зерновках, пропаренных в течение 20 и 60 мин. Активность ингибиторов протеаз через 20 (131,7 кПа) и 30 мин (111,5 кПа) пропаривания снижалась на 30-40 % в зависимости от генотипа. Так, если через 30 мин парбойлинга активность ингибиторов протеаз в зерновках сортов Альтаир и Изумруд составляла около 60 % от первоначальной, а у сорта Жемчуг -- 70 %, то через 50 мин наблюдалась инактивация ингибиторов.

Активность лектинов снижалась на 55-65 и 70-80 % при обработке зерновок паром в течение 20 мин соответственно при 111,5 и 131,7 кПа (табл. 3); через 60 мин этот показатель уменьшался до следовых значений при обоих режимах парбойлинга, причем у сортов Альтаир и Жемчуг остаточная активность оказалась в 2,2-2,5 раза выше, чем у сорта Изумруд, но в целом настолько низкой, что можно говорить об отсутствии антиалиментарных свойств.

Таблица 3. Общая активность лектинов мучки различных сортов риса в зависимости от режима парбойлинга (ГАЕ)

Примечание. ГАЕ -- единица гемагглютинирующей активности.

Таким образом, под влиянием парбойлинга в эндосперме зерновок риса происходит полное инактивирование протеаз, увеличение содержания декстринов и уменьшение водопоглотительной способности. Показано, что эти признаки обусловлены генотипом сорта и режимом парбойлинга. При пропаривании также инактивируется активность антипищевых веществ -- белковых ингибиторов протеаз и лектинов, что свидетельствует об отсутствии антиалиментарных свойств после обработки зерновок риса. Полученные нами результаты могут быть использованы при построении модели сорта риса в селекции на улучшение технологических качеств зерна.

парбойлинг амилоза лектины зерно

Литература

Гинзбург М.Е., Попов М.П., Буй Дык-Хой. Влияние гидротермической обработки риса-зерна на качество крупы. Мукомольно-элеваторная и комбикормовая пром., 1972, 7: 25-27.

Quintana A.M.G. Caracteristicas fisicas de variedades [Oro, Diamante у Buli], de arroz en parbolizado a presion atmosferica. Chile: Concepcion Univ., Fac. De Ingenieria Agricola, 1996.

Sadhna Singh, Manoranja Kalia, Malhotra S.R. e.a. Effect of parboiling and machin-milling on chemical composition office. J. Food Sci. and Technology Mysor, 1999, 36, 5: 434-435.

Barber S., De Barber В.С., Novo M. Inactivation of the rice bran enzymes during parboiling. Res. Food Sci. Nutr., 1985, 1: 85-88.

Biliaderis C.G., Tonogai G.A., Perez C.M. e.a. Thermophysical properties of milled rice starch as influenced by variety and parboiling method. Cereal Chemistry, 1998, 70, 5: 512-516.

Nardi S. Analysis of the response to cooking of white and parboiled rice. Informatory Agrario, 1996, 2, 16: 67-68.

Anson M. The estimation of pepsin, tripsin, papain and calhpsin with hemoglobin. J. Gen. Physiol., 1938, 22, 1: 79-89.

Kunitz M. Crystalline soybeen trypsin inhibitors. 2. General properties. J. Gen. Physiol., 1947, 30: 291-300.

Туманьян Н.Г., Бухтоярова З.Т., Вишнякова И.А. Активаторы и ингибиторы протеолитических ферментов семян риса. Прикл. биохим. и микробиол., 1986, 22, 4: 486-491.

Halick J.V., Kelly V.J. Gelatinization and pasting characteristics of rice varieties as related to cooking behavior. Cereal Chem., 1959, 36: 91-94.

Наливко Г.В., Соловьева Р.Е. Влияние сорта и степени спелости риса на гидрофильные свойства зерна. Тр. ВНИИ риса. Краснодар, 1972, 2: 189-193.

Juliano B.O. Assimplified assay for milled-rice amylose. Cereal Science Today, 1971, 16, 10: 335-338.

Никитин В.М. Справочник методов иммунологии. Кишинев, 1982.

Попов М., Буй Дык-Хой. Изменение количества декстринов в зерне риса при гидротермической обработке. В сб.: Совершенствование технологии производства крупы. М., 1972: 34-38.

Козьмина Е.П., Сахаров Э.В., Троицкая Е.Я. Исследование внутреннего влагораспределения в рисовой крупе при водно-тепловой обработке. Пищевая технология, 1974, 2: 52-55.

Размещено на Allbest.ru