РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗЕРНОВОМ СЫРЬЕ И СНИЖЕНИЕ ИХ СОДЕРЖАНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ

1

• Авторы
• Файлы

Кузнецова Е.А. Черепнина Л.В. Щербакова А. А. Статья в формате PDF 192 KB

В условиях техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий во многих регионах России встает проблема получения качественных продуктов питания растительного происхождения.

Среди загрязнителей особое место принадлежит токсичным элементам, до 70% которых поступает в организм человека с пищевыми продуктами. Основные механизмы действия токсичных элементов определяются влиянием на проницаемость клеточных мембран, инактивацией биологически активных веществ и ингибированием ферментов. Некоторые токсичные элементы обладают мутагенным эффектом. В растительных продуктах токсичные элементы содержатся в ионной форме или связаны с белками, пектиновыми веществами, гемицеллюлозой, инозитолфосфорной кислотой (фитин), соединениями фенольной природы (лигнин, полифенолы).

Исследовано зерно злаковых культур, произрастающих в Орловской области. Отмечено содержание кадмия и свинца в зерне пшеницы на грани ПДК, которое составило 0,025 и 0,51 мг/кг соответственно; никеля и хрома превышало ПДК и составило 1,38 и 7,5 мг/кг соответственно. В зерне ржи содержание кадмия в среднем составило 0,03, свинца 0,46, никеля 1,38, хрома 5,21 мг/кг. В зерне тритикале содержание кадмия составило 0,08; свинца 0,31, никеля 1,33, хрома 3,29 мг/кг. ПДК этих элементов в зерне принято; для кадмия 0,1, свинца 0,5, никеля  0,5 и хрома 0,5 мг/кг.

Токсичные элементы распределены в зерне злаковых культур неравномерно. Гистохимический метод анализа продольных срезов зерна пшеницы и тритикале показал, что различную локализацию металлов в зерне злаковых культур. В жизнедеятельных тканях зародыша и алейронового слоя преобладают свинец и кадмий, тогда как никель и хром распределены более равномерно. Клеточные стенки растений способны к многократной адсорбции и десорбции некоторых ионов металлов за счет метаксильных, карбоксильных и других групп, активирующих поверхность экстрацеллюлярной структуры. Установлена корреляционная зависимость между содержанием в зерне металлов и водонерастворимых пентозанов.

Ведение технологии сортовых помолов на разделение с минимальным содержанием вредных для человека веществ. Однако вместе с загрязнителями при сортовом помоле удаляется большая часть витаминов, биогенных минеральных элементов, пищевые волокна, незаменимые аминокислоты. Использование в пищу рафинированных продуктов, в том числе из зерна злаков, все больше вызывает обеспокоенность у медиков из-за получивших распространение, так называемых, болезней цивилизации (ожирение, атеросклероз, диабет и другие).

В связи с этим большую популярность приобретают специальные сорта хлеба на основе целого зерна, а особую актуальность - разработка способов очистки зерна от токсичных элементов в ходе технологической обработки. При этом биотехнологическое значение могут иметь ферментные препараты, используемые для деструкции экстрацеллюлярных адсорбентов. Прежде всего, это ферменты, катализирующие изменение нативной структуры и деструкцию фибрилл целлюлозы, освобождающие микрофибриллы целлюлозы от связи с матриксом клеточной стенки и разрушающие гемицеллюлозы.

Для снижения содержания тяжелых металлов в зерне пшеницы, ржи и тритикале использовали следующие ферментные препараты целлюлолитического действия: препараты фирмы Novo Nordisk - Pentopan 500 BG,содержащий фермент ксиланазу и Fungamyl Super AX, в состав которого входят ксиланаза и α-амилаза; препарат фирмы Quest - Biobake - 721, в состав которого входит набор ферментов гемицеллюлаз, отечественный препарат Целловиридин Г20х, содержащий  комплекс ферментов: целлюлазу, β-глюканазу, ксиланазу, и ферментный препарат на основе фитазы, содержащий комплекс ферментов целлюлолитического действия: целлюлазу, β-глюканазу, ксиланазу и фермент фитазу, продуцируемые грибной культурой Penicillium canescens. Ферментные препараты применяли на стадии замачивания зерна.

Были определены оптимальные дозы применения ферментных препаратов при замачивании зерна при производстве зернового хлеба.

Определены оптимальные режимы замачивания зерна: рН 5,0 и температура 45-50°С в условиях термостата, гидромодуль 1:1,5. Продолжительность замачивания зерна пшеницы составила 12 часов, зерна ржи - 16 часов, зерна тритикале -10 часов. Замачивание зерна в таких условиях неизбежно приводит к интенсивному размножению эпифитной микрофлоры зерна. Для поддержания оптимального значения рН среды и подавления жизнедеятельности микроорганизмов замачивание зерна в растворе ферментных препаратов осуществляли в присутствии янтарной или лимонной кислоты в количестве 0,05-0,1% к массе зерна. Установлено, что применение кислот позволило снизить содержание МАФАМ, спорообразующих бактерий и плесневых грибов в зерне после замачивания. По истечении времени замачивания, зерно промывали проточной водой.

Проведенные нами исследования показали, что применение различных ферментных препаратов целлюлолитического действия при замачивании зерна с последующим его промыванием приводит к снижению содержания тяжелых металлов в зерне изучаемых культур. Наибольшая активность ферментативного гидролиза наблюдалась в вариантах с применением ферментного препарата Целловиридин Г20х и комплексного ферментного препарата на основе фитазы. Так при замачивании зерна пшеницы в присутствии  ферментного препарата Целловиридин Г20х без последующего промывания водой произошло снижение содержания свинца на 69,8, кадмия - на 85,3, никеля - на 63,3 по сравнению с контролем. При замачивании зерна ржи и тритикале снижение содержания тяжелых металлов было менее значительным. Содержание тяжелых металлов в зерне злаковых культур снизилось вследствие того, что произошли процессы мацерации и солюбилизации структур оболочек зерна. Процесс мацерации некрахмальных полисахаридов при замачивании происходит в основном за счет деструкции гемицеллюлоз с образованием растворимых продуктов гидролиза - слизистых веществ. С целью изучения изменения углеводного состава, обусловленного протеканием этого процесса под действием применяемых ферментных препаратов целлюлолитического действия, определяли состав гидролизатов слизистых веществ методом ВЭЖХ. Результаты исследования показывают, что углеводный состав слизистых веществ представлен олигосахарами и моносахарами. В зависимости от типа ферментного препарата, применяемого для гидролиза в гидролизатах  идентифицировали различное соотношнение арабинозы, ксилозы, галактозы, маннозы, глюкозы, мальтозы, ксилобиозы. С увеличением продолжительности процесса замачивания углеводный состав слизистых веществ  изменяется: увеличивается содержание арабинозы, ксилозы, глюкозы и отдельных олигосахаридов. Повышение количества пентозанов связано с деструкцией арабиноксиланов, составляющих гемицеллюлозы клеточных стенок зерна. Мацерация и солюбилизация структур оболочек зерна сопровождается десорбцией ионов тяжелых металлов, связанных с молекулами некрахмальных полисахаридов.

В результате происходит сдвиг равновесия концентрации ионов изучаемых химических элементов в сторону жидкой фазы. Вследствие того, что органические кислоты являются активными хелатирующими агентами для микроэлементов, применение янтарной и лимонной кислот при замачивании зерна заметно повышает подвижность и активно мобилизует токсичные элементы. Промывание  зерна проточной водой приводит к выносу ионов с промывными водами за пределы твердой фазы.

Таким образом, полученные результаты исследований указывают на возможность применения ферментных препаратов целлюлолитического действия для снижения содержания токсических элементов в зерновом сырье.

---