Изменение белково-протеазного комплекса проращенного зерна зернобобовых культур

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИЗМЕНЕНИЕ БЕЛКОВО-ПРОТЕАЗНОГО КОМПЛЕКСА ПРОРАЩЕННОГО ЗЕРНА ЗЕРНОБОБОВЫХ КУЛЬТУР

А.А. Молдакаримов, Н.Ж. Муслимов,

А.К. Тимурбекова, А.К. Садибаев

Abstract

CHANGES IN THE PROTEIN-PROTEINASE COMPLEX SPROUTED GRAIN OF LEGUMINOUS CROPS

A.А. Moldakarimov, N.Z. Muslimov, A.B. Dalabaev, А.К. Timurbekova, A.К. Sadibaev

Introduction. The possibility of using sprouted grains of legumes and their hidden raw material potential for the production of functional beverages was studied. As is known, legumes have a rich protein composition, which, when germinated as a result of fermentation of the protein complex by protease, is cleaved to polypeptides and amino acids, and undergoes further hydrolysis to ammonia, carbon dioxide and water, which significantly reduces the quality characteristics of the finished product. An object. In this regard, the dynamics of the enzymatic process occurring in the grain mass during the germination of legumes was studied. The aim of the research was to study the enzymatic activity (protease) in relation to the timing of germination and the effects of changes in the amino acid composition of legume grains of domestic varieties of breeding (soy, peas and chickpeas). Materials and methods. The determination of protease activity in legume grains during germination was carried out using casein as a substrate. In four laboratory test tubes, one of them is a control, 5 ml of casein was injected, which were kept for 5 minutes in a water bath at a temperature of 37° C. Spectrophotometric readings were determined with a wavelength of 660 nm by the «Shimadzuuv-1900 I» spectrophotometer. The values of the light absorption power of experimental and control solutions were determined, the results of the studies were recorded in the laboratory journal. Results and conclusion. As a result of the research, it was found that most of the substituted and essential amino acids exist in the pea grain before germination and after germination, while the total mass fraction of amino acids in the original grain was 13.023%. With an increase in germination periods, an increase in values to 21.786% was observed on the second day of germination. The maximum values of the mass fraction and the concentration of substituted amino acids are determined in arginine, the content of which reaches 3.855% / 230 mg/l in the initial grain and 2.599% / 170 mg/l on the fourth day of germination. Of the essential amino acids, the maximum values in the feedstock correspond to "leucine - isoleucine" and lysine, which amounted to 1.676%/100 mg/l and 1.24%/74 mg/l, respectively. And when germinating on the sixth day, the content of these essential acids was 2.247%/12 mg/l and 1.629%/87 mg/l. The initial chickpea grain contains more amino acids than their content during germination. The total mass fraction of amino acids in the starting raw material was 30.26%, and on the second day of germination it decreases to 20.286%. After that, on the fourth day of germination, the mass fraction of amino acids increases to 25.299%. A further increase in the germination time of the seeds of the variety leads to a decrease in the total mass fraction of amino acids, which can be explained by the process of destruction of the protein composition.

Key words: functional drinks, protein-proteinase complex, sprouted grain, cereals, protease, triticale, germination time, amino acid composition, interchangeable and essential amino acids, total mass fraction, concentration.

Аннотация

Актуальность. Изучались возможность использования пророщенного зерна бобовых культур и их скрытый сырьевой потенциал для производства функциональных напитков. Как известно, бобовые культуры обладают богатым белковым составом, который при проращивании в результате ферментации белкового комплекса протеазой расщепляется до полипептидов и аминокислот и подвергается дальнейшему гидролизу до аммиака, диоксида углерода и воды, что значительно снижает характеристику качества готовой продукции. Объект. В этой связи, изучали динамику ферментативного процесса, происходящего в зерновой массе при проращивании бобовых культур. Целью исследований являлось изучение ферментативной активности (протеазы) во зависимости от сроков проращивания и последствия изменения аминокислотного состава зерна бобовых культур отечественных сортов селекции (соя, горох и нут). Материалы и методы. Определение активности протеазы в зерне бобовых культур во время прорастания проводилось с использованием казеина в качестве субстрата. В четырех лабораторных пробирках, одной из них является контроль, вводили 5 мл казеина, которые были выдержаны в течение 5 минут в водяной бане при температуре 37 ° C. Спектрофотометрические показания были определены с длиной волны 660 нм спектрофотометром "Shimadzuuv-1900 I". Были определены значения мощности светопоглощения экспериментальных и контрольных решений. Результаты и выводы. В результате исследований было обнаружено, что в зерне гороха до прорастания и после прорастания существует большинство замещенных и незаменимых аминокислот, в то время как общая массовая доля аминокислот в исходном зерне составляла 13,023%. При увеличении периодов прорастания увеличение значений до 21,786% наблюдалось на второй день прорастания. Максимальные значения массовой фракции и концентрация замененных аминокислот определяются в аргинине, содержание которого достигает 3,855%/230 мг/л в исходном зерне и 2,599%/170 мг/л в четвертый день прорастания. Из незаменимых аминокислот максимальные значения в исходном сырье соответствуют «лейцину - изолейцину» и лизину, которые составили 1,676%/100 мг/л и 1,24%/74 мг/л соответственно. И при прорастании на шестой день содержание этих незаменимых кислот составило 2,247%/12 мг/л и 1,629%/87 мг/л. Первоначальное зерно нута содержит больше аминокислот, чем содержание их во время прорастания. Общая массовая доля аминокислот в стартовом сырье составила 30,26%, а на второй день прорастания уменьшается до 20,286%. После этого, на четвертый день прорастания, массовая доля аминокислот возрастает до 25,299%. Дальнейшее увеличение прорастания сроков семян сорта приводит к снижению общей массовой фракции аминокислот, что может быть объяснено процессом разрушения белкового состава.

Ключевые слова: функциональные напитки, белково-протеазные комплексы, пророщенное зерно, протеаза; сроки прорастания тритикале.

Введение

При прорастании зерна запасенные в нем белки начинают расщепляться на аминокислоты, которые частично усваиваются, частично разлагаются на нуклеотиды, раскладывающиеся, в свою очередь, на основания, лежащие в природе генов [10]. Как только начинается процесс набухания, предшествующий проращиванию зерна, в зерне пробуждаются невиданные силы, весь запас питательных веществ преобразуется в активную, готовую для употребления форму: белки - в аминокислоты, крахмал - в сахар, жиры - в жирные кислоты [1]. Синтезируются витамины, развиваются ауксины, фитогормоны, то есть все наличные силы; весь биостимуляторный комплекс мобилизуется для выполнения запрограммированной природой задачи - воспроизводства себе подобного [7].

Польза пророщенного зерна очень велика, и питательные свойства недооценены в полной мере [11]. Пророщенное зерно - природная биологически активная добавка, содержащая множество витаминов и минералов [2]. В процессе прорастания активизируется весь скрытый биологический потенциал зерна. При регулярном применении в рационе пророщенных зерен они способны наладить обмен веществ, улучшить тонус, поднять иммунитет, наполнить тело энергией [8]. Химический состав пророщенного зерна крайне богат витаминами: в состав зерна входит клетчатка, магний, калий, цинк, фосфор, селен, витамины В и Е, фитоэстрогены, пектин и линолевая кислота. Пророщенное зерно нормализирует уровень холестерина в организме человека, способствует улучшению пищеварительных процессов, благоприятно стимулирует работу мозга и сердечно-сосудистой системы. Углеводы обеспечат зарядом энергии [12]. В составе пророщенного зерна имеется пектин, который благотворно влияет на слизистую оболочку кишечника. Путем впитывания вредных веществ он способен уменьшать гнилостные процессы. Пророщенное зерно - биологический антиоксидант, оно содержит витамин Е и селен, а витамин группы В 12. Помимо всего прочего, проростки содержат фитоэстрогены, которые снижают вероятность возникновения рака. Также ростки полезны тем, что снижает уровень сахара в крови и повышает тонус мышц, это обусловлено действием витамина F и магния. Линолевая кислота помогает усваиваться сахару, белкам и жирам [3, 6].

Наиболее перспективное направление в решении проблемы ликвидации дефицита макрои микроэлементов - обогащение натуральными биологически активными веществами продуктов питания ежедневного массового потребления, что позволит проводить коррекцию рациона широких слоев населения. В этой связи разработка технологии обогащение продуктов питания микроэлементами в виде комбинированных напитков лечебнопрофилактического принципа действия на основе пророщенного зерна является актуальным и своевременным направлением в области здорового и рационального питания [4].

В этой связи при проращивании зернобобового сырья необходимо изучить динамику ферментативных процессов, протекающих в объектах исследования, так как идут глубокие биотехнологические процессы, активно изменяющие химический состав растительного сырья [5].

Материалы и методы

В качестве объектов исследования определили сорта бобовых культур: соя сорт "Ивушка"; горох сорт "Ансары"; нут сорта "Сзтті". Представленные сорта являются последними научными разработками отечественных ученых-селекционеров и ведущих коллективов научно-производственных центров в области растениеводства.

Методические предпосылки

Определение протеазной активности в зерне бобовых культур при проращивании проводили с использованием казеина в качестве субстрата. В четыре лабораторные пробирки, одна из них контрольная, вносили 5 мл казеина, которые выдерживали в течение 5 минут на водяной бане при температуре 37°С. В три пробирки с пробами вносили 1 мл раствора фермента (супернатант и образцы осадка, полученные после осаждения сульфата аммония, разбавляли натрий-ацетатным буфером), далее смешивали и повторно выдерживали в водяной бане при 37 °С, 10 минут. После чего в три пробирки вносили по 5 мл СС13СООН, а в контрольную пробирку 1 мл раствора фермента. После полученные образцы перемешивали и выдерживали при температуре 37°С в течение 30 минут. Далее полученные образцы центрифугировали при 10000 g в течение 10 минут при температуре 4°С. В завершение, вносили 2 мл супернатанта, 5 мл карбоната натрия и 1 мл реактива "FOLIN-CIOCALTEU", используемого для спектрои фотометрических исследований.

Спектрофотометрические показания определяли при длине волны 660 нм на спектрофотометр "ShimadzuUV-1900 i" (Япония).

Обработка результатов исследования

Опытным путем определяли значения светопоглащающей способности опытных и контрольного растворов, результаты исследований регистрировали в лабораторном журнале. После рассчитывали ферментативную активность для каждого образца по формуле [9]:

где D₀ и D, - экспериментальные данные светопоглощения в опытных и контрольных образцах.

Результаты и обсуждение

Основная роль ферментативного процесса принадлежит протеазе, гидролизующей белковые соединения, которыми богаты бобовые культуры. На основании экспериментальных данных строили график зависимости, активность протеазы А (mE/г) от продолжительности проращивания t (сут) зерна бобовых культур. Представленная диаграмма (рисунок 1) характеризует активность ферментации белкового комплекса бобовых культур протеазой.

Представленная диаграмма свидетельствует о том, что увеличение сроков прорастания зерна бобовых культур, в результате активного гидролиза пептидных связей в белке, приводит к ускорению процесса ферментации - активности протеазы, образуя пептоны, полипептиды и свободные аминокислоты.

Анализ представленной диаграммы показал, что в результате адсорбции влаги зерновой массой активность протеазы незначительно увеличивается на вторые сутки проращивания бобовых культур, достигая значений 0,12 mE/г у гороха, 0,22 mE/г - соя и 0,34 mE/г у нут. На третий день наблюдали устойчивый рост активности протеазы у зерна сои и нута, которое составило 0,34 и 0,57 mE/г соответственно. Активность протеазы гороха характеризуется замедленным увеличением значений - 0,15 mE/г. Взрывной рост активности протеазы наблюдали на четвертый день проращивания зерна бобовых культур. В результате чего достигнуто максимальное значение активности протеазы до 0,63 mE/г - у нута; 0,62 mE/г у сои и 0,21 mE/г - горох. На пятые сотки достигается максимальный порог активности протеазы у зерна сои - 0,78 mE/г, при этом значения А у зерна гороха продолжила рост до 0,54 mE/г, а у зерна нута наблюдали затухание процесса ферментации, в результате значения активности протеазы снизились до 0,61 mE/г. Шестой день проращивания свидетельствует о снижении активности протеазы у зерна сои и нута, что составило 0,75 и 0,57 mE/г соответственно. И только активность протеазы у зерна гороха продолжила рост значений, достигнув максимальных значений 0,79 mE/г. Устойчивое снижение значений активности протеазы наблюдали на седьмой и восьмой день, и дальнейшее увеличение сроков прорастания проводило к затуханию активности амилазы.

Рисунок 1 Активность протеазы при проращивании зерне зернобобовых культур 1 - горох; 2 - соя; 3 - нут

Далее изучали изменения аминокислотного состава объектов исследования в зависимости от сроков проращивания. На рисунках 2-4 представлена диаграмма изменения состава заменимых и незаменимых аминокислот пророщенного зерна бобовых культур. Определение массовой доли аминокислот проводили в соответствии с М-04246 38-2009 "Корма, комбикорма и сырье для их производства. Методика измерений массовой доли аминокислот методом капиллярного электрофореза с использованием системы капиллярного электрофореза "Капель".

На рисунке 2 представлена диаграмма изменения аминокислотного состава пророщенного зерна гороха сорт "Аксары" в зависимости от сроков его проращивания. В результате проведенных исследований установлено, что в зерне гороха до проращивания и после проращивания имеется большинство заменимых и незаменимые аминокислот, при этом общая массовая доля аминокислот в исходном зерне составила 13,023 %. При увеличении сроков проращивания наблюдали увеличение значений до 21,786 % на вторые сутки проращивания. Дальнейшее увеличение сроков проращивания зерна гороха до четырех суток, согласно протоколам испытаний, снижает общую массовую долю аминокислот до 13,108 %. В результате проращивания объекта исследования до шести суток, общая массовая доля аминокислот увеличилась на 0,345% и составила 28,515 %. При этом наблюдали, что максимальные значения массовой доли аминокислот приходятся на вторые и восьмые сутки.

Рисунок 2 Структура аминокислотного состава пророщенного зерна гороха сорт Аксары

Изучили структуру аминокислотного состава в разрезе заменимых и незаменимых аминокислот, которая складывается следующим образом. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Анализ представленной таблицы 1 показал, что пропорциональное увеличение сроков проращивания зерна гороха с 2 дней до 8 дней изменяет структуру аминокислотного состава, что приводит к волнообразному изменению массовой доли и концентрации заменимых и незаменимых аминокислот.

На рисунке 3 представлена диаграмма изменения аминокислотного состава пророщенных семян сои сорта "Ивушка" в зависимости от сроков его проращивания.

Рисунок 3 Аминокислотный состав пророщенного зерна сои сорта Ивушка

Анализ представленной диаграммы показал, что в первые дни проращивания общая массовая доля аминокислотного состава снижается до минимальных значений на четвертые сутки проращивания - 11,115 %, однако на пятые сутки проращивания наблюдается взрывной рост концентрации аминокислот, достигая максимальных значений на шестые сутки - 19,492 %, после чего, наблюдали активное снижение концентрации и массовой доли заменимых и незаменимых аминокислот до 11,429 % на восьмые сутки проращивания.

Таблица 1

Структура аминокислотного состава пророщенного зерна гороха сорт "Аксары"

Изучили структуру аминокислотного состава в разрезе заменимых и незаменимых аминокислот, которая складывается следующим образом. Результаты исследований представлены в таблице 2.

Анализ представленной таблицы 2 показал, что максимальные значения массовой доли и концентрации из заменимых аминокислот приходятся на аргинин, содержание которого достигает 3,855 %/230 мг/л в исходном зерне и 2,599 %/170 мг/л на четвертый день проращивания. Из незаменимых аминокислот максимальные значения в исходном сырье соответствуют "лейцин - изолейцин" и лизину, что составило 1,676 %/100 мг/л и 1,24 %/74 мг/л соответственно. А при проращивании на шестой день содержание этих незаменимых кислот составило 2,247 %/12 мг/л и 1,629 %/87 мг/л.

Таблица 2

Структура аминокислотного состава пророщенного зерна сои сорта "Ивушка"

На рисунке 4 представлена диаграмма изменения аминокислотного состава пророщенных семян нута сорта "Сзтті" в зависимости от сроков его проращивания.

Рисунок 4 Аминокислотный состав пророщенного зерна нута сорта "Сзтті"

Анализ представленной диаграммы показал, что исходное зерно нута содержит больше аминокислот, чем содержание аминокислот при проращивании. Так, например, общая массовая доля аминокислот в исходном сырье составило 30,26 %, а на второй день проращивания снижается до 20,286 %. После чего на четвертые сутки проращивания массовая доля аминокислот повышается до 25,299 %. Дальнейшее увеличение сроков проращивания семян нута сорта "Сзтті" приводит к снижению общей массовой доли аминокислот, что можно объяснить начавшимся процессом разрушения белкового состава, сопровождающимся зловонным запахом.

Изучили структуру аминокислотного состава в разрезе заменимых и незаменимых аминокислот, которая складывается следующим образом. Результаты исследований представлены в таблице 3.

Таблица 3

Структура аминокислотного состава пророщенного зерна нута сорта "Сзтті"

Анализ данных, представленных в таблице 3, показал, что при высокой массовой доле и концентрации заменимых и незаменимых аминокислот в исходном сырье наблюдаем резкое снижение значений на вторые сутки проращивания. Дальнейшее увеличение сроков проращивания зерна нута сорта "Сзтті" до четырех суток привело к незначительному увеличению значений массовой доли и концентрации заменимых и незаменимых аминокислот.

Выводы

В результате проделанной работы изучен процесс ферментации белкового комплекса зернобобовых культур протеазой при проращивании. Установлено, что ферменты протеазы значительно изменяют качественную характеристику белкового комплекса, снижая значения массовой доли и концентрации аминокислотного состава. При этом для дальнейших исследований за оптимальное время проращивания принимали тот период времени проращивания, при котором значения массовой доли аминокислотного состава было максимально.

Библиографический список

1. Бакаева Н. П. Белково-протеазный комплекс зерна в агротехнологии озимой пшеницы при применении минеральных и органических удобрений // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2018. № 4 (44). С. 71-76.

2. Биоактивные белки и пептиды: современное состояние и новые тенденции практического применения в пищевой промышленности кормопроизводстве / Д. В. Гришин, О. В. Подобед, Ю. А. Гладилина, Ь. В. Покровская, С. С. Александрова, В. С. Покровский, Н. Н. Соколов // Вопросы питания. 2017. Т. 86. № 3. С. 19-31.

3. Воробьева Н. Е., Мазина М. Ю. Регуляторы элонгации и архитектурные белки - новые участники транскрипции генов эукариот // Генетика. 2021. Т. 57. № 7. С. 737-751.

4. Гурьева К. Б., Хаба Н. А., Корнева О. С. Мониторинг белкового комплекса пшеницы при долгосрочном хранении // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. 2020. № 14. С. 91-104.

5. Зарубин Н. Ю., Строкова Н. Г., Бредихина М. И. Новый полифункциональный комплекс для мясных продуктов // Мясная индустрия. 2019. № 11. С. 41-45.

6. Зверев С. В., Бондаренко Ю. В., Глухова Е. В. Использование смесей на базе зерна бобовых культур в хлебопекарной отрасли // Хлебопродукты. 2021. № 10. С. 36-40.

7. Комплексы LH2 (В800-850 И B800-830) собираются в клетках серной бактерии Thiorhodospira sibirica, штамм Kir 3, без каротиноидов / М. А. Большаков, А. А. Ашихмин, З. К. Махнева, А. А. Москаленко // Доклады Академии наук. 2019. Т. 487. № 6. С. 701-705.

8. Пащенко Л. П., Курчаева Е. Е., Бахмет М. П. Функциональные пищевые продукты на основе пищевой комбинаторики // Известия вузов. Пищевая технология. 2012. № 2-3. C. 84-87.

9. Романовский М. А., Тарасов В. С., Гусак Е. С. Устройство для измельчения зерна бобовых культур в замоченном виде // Проблемы научной мысли. 2017. Т. 10. № 2. С. 052-056.

10. Уколова И. В., Кондратов И. Г., Кондакова М. А. Митохондриальный комплексом этиолированных побегов гороха // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. № 4 (39). С. 570-580.

11. Урожайность зерна и выход переваримого протеина бобовых культур в сухой степи Республики Хакасия / А. Н. Кадычегов, А. В. Агулин, А. А. Шулбаева, В. А. Кадычегов // Вестник Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова. 2021. № 4 (38). С. 56-59.

12. Шелепина Н. В. Особенности экспертизы качества пищевых продуктов функционального назначения на основе продуктов переработки зерна бобовых культур // Вестник ОрелГИЭТ. 2020. № 3 (53). С. 87-93.

Размещено на Allbest.ru