Разработка научных основ и способов повышения безопасности зернового сырья в технологии хлебобулочных изделий (28.06.2010)

Автор: Кузнецова  Елена Анатольевна

Сорт Ni Cu Pb Zn Cd Cr

Пшеница

Московская 39 0,317±0,012 2,130±0,127 0,185±0,009 22,43±1,23 0,213±0,016 0,213±0,014

Мироновская 808 0,196±0,011 2,420±0,121 0,329±0,017 23,00±1,65 0,309±0,011 0,138±0,017

Арбатка 0,368±0,014 2,010±0,133 0,481±0,014 20,82±1,59 0,274±0,018 0,173±0,007

Саратовская белая 0,552±0,009 1,810±0,113 0,432±0,018 22,05±2,080 0,457±0,008 0,221±0,011

Колос Дона 0,623±0,012 1,720±0,122 0,267±0,011 23,53±1,88 0,650±0,009 0,236±0,009

Инна 0,125±0,009 2,380±0,108 0,495±0,014 22,60±2,03 0,125±0,012 0,150±0,013

Заря 0,411±0,016 2,170±0,120 0,395±0,022 23,16±1,34 0,319±0,008 0,219±0,008

Орловская 9 0,369±0,009 3,236±0,156 0,327±0,015 24,15±1,07 0,317±0,009 0,266±0,014

Таловская 33 0,483±0,012 3,158±0,143 0,432±0,017 23,33±2,10 0,245±0,012 0,351±0,011

Тритикале

Тальва 100 0,150±0,010 1,020±0,112 0,251±0,013 18,25±1,13 0,005±0,001 0,034±0,007

ПДК [Ягодин Б.А., 2002] 0,5 5,0 0,2 25,0 0,02 0,2

ДУ [СанПиН 2.3.2.1078-01] - - 0,5 - 0,1 -

Для проведения дальнейших исследований было выбрано базовое хозяйство, расположенное в Болховском районе Орловской области, пострадавшее в результате аварии на Чернобыльской АЭС, попав в зону радиоактивного загрязнения с плотностью до 15 Ки/км2. Было определено содержание тяжелых металлов и радионуклидов в зерне пшеницы, ржи и тритикале, произрастающих в базовом хозяйстве (таблица 2). Анализ осуществлялся с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра Hitachi и многоканального ?-анализатора Compugamma 1282 LKB-Wallac.

Таблица 2 – Содержание тяжелых металлов и радионуклидов в зерне озимой пшеницы, ржи и тритикале, выращиваемых в базовом хозяйстве (средние данные за 2004-2008 г.г.)

Элемент Озимая пшеница

(Московская 39) Рожь

(Орловская 9) Тритикале

(Тальва 100) ПДК [Ягодин Б.А., 2002] ДУ [СанПиН 2.3.2.1078-01]

Cu, мг/кг 4,55 5,25 4,70 5,00

Zn, мг/кг 23,5 24,9 24,3 25,00

Ni, мг/кг 0,80 0,71 0,65 0,50

Cr, мг/кг 0,74 0,60 0,45 0,20

Pb, мг/кг 0,42 0,38 0,44 0,20 0,50

Cd, мг/кг 0,34 0,42 0,37 0,02 0,10

Cs137, Бк/кг 55,7 56,9 46,4

Sr90, Бк/кг 28,4 29,1 28,6

С помощью рентгеноспектрального ЭДС детектора miniCup в системе электронного сканирующего микроскопа JEOL JSM 6390 было изучено распределение химических элементов по морфологическим частям зерновки. Установлено, что элементы, входящие в состав металлоферментов, преобладают в зародыше. Элементы загрязнители в зерне пшеницы, ржи и тритикале концентрируются в основном в периферических частях зерновки, что указывает на возможность использования биокатализаторов на основе целлюлаз для модификации нативной структуры оболочек зерна и освобождения ионов химических элементов.

Глава 4. Теоретическое и практическое обоснование применения биокатализаторов на основе целлюлаз для снижения содержания токсических элементов и радионуклидов в зерне

Для модификации структуры плодовой и семенной оболочек зерна пшеницы, ржи и тритикале с целью снижения содержания токсических элементов в зерне, использовали ферментные препараты целлюлолитического действия: отечественный промышленный препарат серии «Целловиридин Г20х» (продуцент Trichoderma reesei), содержащий комплекс ферментов целлобиогидролазу, ?-глюканазу, ксиланазу (целлюлазная активность – 3522 ед/г, ксиланазная – 728 ед/г) и лабораторный препарат на основе фитазы F 4.2B (P-215) FD-UF (ИБФМ РАН г. Пущино), продуцент Penicillium canescens, в состав которого входят целлобиогидролаза, ?-глюканаза, ксиланаза и фитаза (фитазная активность 12008 ед/г, ксиланазная – 803 ед/г), а также препараты от зарубежных производителей ферментов: фирмы Novozymes: Pentopan 500 BG: продуцент Humicola insolens, содержит ксиланазу (ксиланазная активность 2700 ед/г) и Fungamyl Super AX, в состав которого входят ксиланаза и ?-амилаза продуцент Aspergillus oryzae (ксиланазная активность 2500 ед/г); препарат фирмы Quest – Biobake – 721, содержащий ферменты ксиланазу (ксиланазная активность 721 ед/г).

Ферментные препараты применяли на стадии замачивания зерна. Процесс проводили при рН 4,5 и температуре 50°С в условиях термостата. Выбор параметров замачивания обусловлен оптимальными температурой и рН для действия ферментов, входящих в состав ферментных комплексов. Для поддержания рН среды использовали цитратный буфер. Рациональные дозы биокатализаторов на основе целлюлаз, применяемых при замачивании для снижения токсичных элементов свинца и кадмия, нормируемых СанПиНом, в зерне злаковых культур были определены в результате математической обработки экспериментальных данных. Для получения регрессионных зависимостей с полями дозы ферментных препаратов и продолжительность замачивания зерновой массы проведено изучение изменения показателей содержания свинца и кадмия в зерне пшеницы, ржи и тритикале. На рисунке 2 представлены графики поверхностей, полученные при обработке экспериментальных данных по влиянию препарата Целловиридин Г20х на содержание свинца и кадмия в зерне пшеницы при разной продолжительности замачивания.

z = -0,078xy + 0,00003981y2 – 0,00373y + z = -0,352xy + 0,0008621y2 - 0,0091y + 0,662

0,305 +0,201x - 1,866x2 +2,452x - 27,166x2

Рисунок 2 - Влияние концентрации препарата Целловиридин Г20х и продолжительности замачивания на содержание свинца (1) и кадмия (2) в зерне пшеницы

Показатели содержания тяжелых металлов коррелировали с величиной доз ферментных препаратов. Рациональные дозировки для различных препаратов составили 0,004-0,09% от массы сухих веществ зерна пшеницы и 0,008-0,18% от массы сухих веществ зерна ржи. Для тритикале использовали только препарат Целловиридин Г20х, рациональной дозировкой которого являлась 0,09% от массы сухих веществ зерна.

Для определения влияния различных ферментных препаратов целлюлолитического действия на изменение содержания никеля, хрома и радионуклидов Cs137 и Sr90 в зерне пшеницы и ржи в процессе замачивания проводили исследование динамики их содержания в субстратах. Отмечены общие закономерности в динамике содержания изучаемых элементов. С первых часов замачивания содержание загрязнителей начинает стремительно падать и к 12 часам замачивания зерна этот процесс замедляется. В таблице 3 приведены результаты исследования влияния биокатализаторов на основе целлюлаз на снижение содержания тяжелых металлов в зерне на примере зерна пшеницы сорта Московская 39.

Оболочки зерна хлебных злаков обладают пониженной гигроскопичностью. Динамику поглощения воды зерном пшеницы, ржи и тритикале определяет состав ферментных комплексов препаратов и удельный расход воды при замачивании (гидромодуль). Установлено, что увеличение соотношения зерно:вода более 1:1,5, не приводит к значительному изменению динамики влажности зерна при замачивании.

Экспериментально установлена рациональная продолжительность замачивания в оптимальных условиях (температура 50°С, рН 4,5), которая для зерна пшеницы и тритикале составила 12, для зерна ржи – 16 часов для всех используемых биокатализаторов. За этот период времени влажность зерна достигает 40% и более, что необходимо для получения зерновой массы, способной подвергаться диспергированию и позволит использовать зерновое сырье для производства хлебобулочных изделий.


загрузка...