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

Автор: Кузнецова  Елена Анатольевна

С помощью электронного сканирующего микроскопа JEOL JSM 6390, используя увеличение х700, была рассмотрена микроструктура поверхности зерновки хлебных злаков на продольных срезах нативного зерна, а также зерна, обработанного водой и ферментными препаратами целлюлолитического действия при оптимальных параметрах замачивания (рисунок 3). Изменения, происходящие в микроструктуре зерна, определяются составом ферментного комплекса препарата и видовыми особенностями зерновых культур.

Рисунок 3 – Микроструктура поверхности зерна пшеницы под действием ферментных препаратов целлюлолитического действия ( увеличение х700).

1 - зерно, замоченное в воде без ферментных препаратов (контроль);

2 – зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Целловиридин Г20х;

3 – зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Biobake 721;

4 – зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Pentopan 500 BG;

5 – зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Fungamil Super AX;

6 – зерно, замоченное в растворе ферментного препарата на основе фитазы;

7 – исходное зерно без замачивания.

Поверхность нативного зерна пшеницы имеет характерный рельеф первого порядка, представляющий собой параллельные тяжи целлюлозных фибрилл различной толщины и извилистости, покрытые эпидермальными производными полисахаридных компонентов матрикса. Под действием воды и биокатализаторов на основе целлюлаз произошло изменение рельефа поверхности зерна, которое выражено в виде оголенных пучков длинных практически неповрежденных волокон, произошло разрушение межфибриллярных поперечных сшивок, построенных из молекул гемицеллюлоз. На поверхности образовались ячейки шириной 8-20 мкм, ограниченные крупными кутикулярными тяжами, преобладает параллельная текстура микрофибрилл. Оголившиеся межфибриллярные паракристаллические участки становятся доступными для воды, коллоидов и хелатов.

В ходе ферментативного гидролиза изменяются физико-химические параметры субстратов. Одним из критериев реакционной способности целлюлозосодержащего сырья является выход восстанавливающих сахаров в процессе гидролиза (рисунок 4). Концентрация восстанавливающих сахаров в зерне пшеницы через 12 часов гидролиза составляет 0,92-1,47%, ржи – 1,11-1,57%. тритикале – 1,95%.

Рисунок 4 - Динамика образования

восстанавливающих сахаров в процессе замачивания зерна

пшеницы с ферментными препаратами

Для оценки деструкции целлюлозосодержащего комплекса периферических частей зерновки с помощью жидкостного хроматографа Agilent 1100 был определен состав низкомолекулярных продуктов гидролиза в зерне пшеницы и тритикале после 12 часового гидролиза и зерне ржи после 16 часового замачивания с биокатализаторами на основе целлюлаз. Разделение смеси сахаров проводили на анионообменной колонке с привитой аминофазой с последующим электрохимическим детектированием. В таблице 4 представлены результаты анализа продуктов гидролиза некрахмальных полисахаридов на примере зерна пшеницы.

Изменение матрикса клеточных стенок в периферических частях зерновки злаковых культур под действием воды и биокатализаторов на основе целлюлаз сопровождается нарушением химической структуры образуемой системы. Происходит гидролиз гликозидных связей в молекулах полисахаридов, частично разрушаются узлы каркаса матрикса, образуются вещества с низкой молекулярной массой и высокой растворимостью. В экстрактах зерна злаковых культур увеличивается количество мальтозы на 17,0 - 38,5 % по сравнению с нативным зерном. Наблюдается тенденция к увеличению количества неидентифицированных сахаров.

Таблица 4 – Углеводный состав зерна пшеницы, г/л

Сахар Зерно без

замачивания Зерно после замачивания в

растворе ферментного препарата

Целловиридин Г20х Biobake 721 Pentopan 500 BG Fungamil Super AX На основе фитазы

арабиноза 0,00 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,01

галактоза 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

глюкоза 0,34 0,39 0,38 0,36 0,43 0,49 0,36

сахароза 0,11 0,13 0,13 0,12 0,11 0,15 0,13

ксилоза 0,00 0,00 0,02 0,00 0,00 0,00 0,02

фруктоза 0,30 0,22 0,23 0,24 0,24 0,27 0,23

раффиноза 0,01 0,01 0,04 0,02 0,02 0,01 0,03

неидентифициро-ванный сахар 0,02 0,03 0,05 0,03 0,03 0,03 0,04

целлобиоза 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

мальтоза 1,76 1,97 2,06 2,12 2,10 2,13 2,10

Сумма сахаров 2,43 2,76 2,92 2,90 2,95 3,10 2,91

Для оценки характера изменения микроструктуры и морфологии плодовых оболочек зерна злаковых культур готовили поперечные срезы на примере зерна пшеницы сорта Московская 39, которые изучали с помощью электронной сканирующей микроскопии с увеличением х4000 (рисунок 5).

Под действием биокатализаторов на основе целлюлаз в плодовых облочках образуются продольные разрывы, обнаруживаются оголенные цепи полисахаридов, на концах волокон – фибрилляция. Волокна изгибаются, обрастают бахромой, которая, видимо, образуется из разрушенных внешних слоев соседних волокон микрофибрилл. Таким образом, наблюдается деструктуризация некрахмальных полимеров покровов семени, которая может привести к десорбции ионов металлов и активной миграции их за пределы зерновки.

Важным механизмом детоксикации тяжелых металлов в цитоплазме является их хелатирование – образование комплексных соединений органических веществ с металлами. При этом лигандами могут быть органические кислоты, аминокислоты, фитохелатины и металлотионеины, глютатион, никотинамид [Барсукова В.С., 1987; Taylor G.J., 1987; Nordberg G., 1996].

Указанные соединения в растениях играют роль транспортных биокомплексов (ионофоров) выполняющих функцию поддержания клеточного гомеостаза и транспорта биогенных и токсических элементов. В водной фазе самыми распространенными лигандами являются органические кислоты и молекулы воды, поэтому гидролиз и комплексообразование – наиболее обычные реакции. Часть тяжелых металлов, адсорбированных на клеточных стенках или связанных хелатирующими агентами, легко может быть отмыта. При использовании комплексонов образуются гидрофильные каналы, что приводит к утечке через образовавшиеся поры низкомолекулярных веществ из цитоплазмы [Wallace A., 1979].

Рисунок 5 – Изменение микроструктуры плодовой оболочки зерна пшеницы под действием ферментных препаратов целлюлолитического действия (увеличение х4000).

1 - зерно, замоченное в воде без ферментных препаратов (контроль);

2 – зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Целловиридин Г20х;

3 – зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Biobake 721;


загрузка...