ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2007, том 43, № 3, с. 382-390
УДК 581.192
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ ПШЕНИЦЫ, ВЫРАЩЕННОЙ В РЕЗКО-КОНТРАСТНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ
УСЛОВИЯХ
© 2007 г. В. В. Колпакова*, Е. Н. Молчанова*, А. В. Васильев*, Л. В. Чумикина **
*Московский государственный университет пищевых производств, Москва, 125080; e-mail:admin@mail.ru **Институт биохимии им. АН. Баха РАН, Москва, 119071; e- mail: inbi@inbi.ras.ru
Поступила в редакцию 30.10.2006 г.
Методами электрофореза, гель-хроматографии, вискозиметрии, калориметрии показана взаимосвязь некоторых физико-химических свойств белков мягкой пшеницы, выращенной в условиях влажной и прохладной погоды, с реологическими свойствами клейковины, теста и качеством хлеба. В муке с короткорвущейся клейковиной количественное соотношение полипептидов глиадинового и альбумино-глобулинового типа значительно ниже, чем в муке с клейковиной нормального качества. Пространственная структура всего комплекса белков муки с короткорвущейся клейковиной, включая водо- и солерастворимые фракции, более "рыхлая", а клейковинных (глиадин, глютенин), наоборот, более "компактная" и вытянутая по сравнению с клейковиной нормального качества. Установлен меньший вклад гидрофобных взаимодействий в конформацию белковых частиц короткорвущейся клейковины по сравнению с нормальной. Выдвинуто предположение о роли важнейших компонентов зерна в формировании реологических свойств короткорвущейся клейковины.
Обеспечение пищевой промышленности высококачественным зерновым сырьем в необходимом количестве - гарантия устойчивого развития отечественного производства хлебобулочной, макаронной и кондитерской продукции. К сожалению, в последние годы качество зерна неуклонно снижается [1], в связи с чем возникает необходимость увеличения посевов потенциально "сильной" пшеницы. Однако многочисленными работами отечественных и зарубежных авторов [2-6] показано, что, несмотря на то, что сортовая принадлежность является наиболее значимым фактором качества зерна, на "силу" пшеницы влияют и фенотипические признаки: состав и сроки внесения удобрений, температура выращивания, обеспеченность растений влагой, состав почвы, способы уборки и т.д. При несоблюдении условий агротехники и выращивания лучшие сорта пшеницы не могут быть отнесены к категории "сильных".
На сегодняшний день в недостаточной степени изучены те особенности физико-химических свойств и структуры белкового и ферментного комплексов зерна пшеницы, которые в наибольшей степени обусловливают хлебопекарные свойства муки, формирующиеся под влиянием различных почвенно-климатических условий. Учитывая, что разнообразие почвенно-климатических условий выращивания зерна пшеницы особенно характерно для нашей страны в силу географических особенностей, то проблема изучения основ качества пшеницы не только на генотипическом,
но и на фенотипическом уровне сегодня остается актуальной. Это относится, прежде всего, к зерну пониженного технологического достоинства, которое формируется в условиях влажной и прохладной погоды. Отсутствие полных сведений по физико-химической и биохимической природе отличий, лежащих в основе структуры белкового комплекса зерна с короткорвущейся несвязной клейковиной, затрудняет практическое регулирование хлебопекарных свойств пшеничной муки и получение из нее продукции высокого качества.
Изучение вопросов молекулярных аспектов качества зерновых культур и, прежде всего пшеницы, на основе которых разрабатываются способы управления качеством изделий из муки разного технологического достоинства, в нашей стране впервые начато под руководством выдающегося ученого, заведующего кафедрой биохимии и зерноведения МГУПП в период с 1953 по 1988 г., чл.-корр. АН СССР, проф. В.Л. Кретовича. Основополагающие работы, посвященные физико-химическим свойствам и структурным особенностям белков клейковины, лежащих в основе реологического поведения теста и качества готовых изделий, заложили фундамент отечественной научной школы по биохимии зерна и хлеба.
В одной из работ В.Л. Кретовича [7] впервые было описано получение сырой регенерированной пшеничной клейковины из двух ее основных фракций - глиадина и глютенина. Суть работы заключалась в том, что получение глютенина не должно осуществляться с применением раство-
ров щелочи, в противном случае фракция денатурируется и клейковина не воспроизводится в на-тивном состоянии. Именно такой научный подход, исключающий использование сильно действующих на клейковинные белки и ферменты реагентов, был положен в основу комплекса отечественных и зарубежных работ, посвященных изучению свойств и структуры белковых веществ различных зерновых культур. Классические работы, выполненные проф. В.Л. Кретовичем и его соратниками [8-13] по изучению свойств белкового комплекса клейковины зерна пшеницы, белков ржи, ячменя и ферментов, получили широкую известность в стране и за рубежом. Основополагающие результаты по различиям в физико-химических свойствах белков слабой и сильной пшеницы, покоящегося и проросшего зерна, фермента протеиндисульфидредуктазы, изменению белкового комплекса на стадиях приготовления теста и при хранении хлеба, механизмам улучшения свойств белков при получении различных форм пищевых белковых препаратов из растительного сырья, взаимосвязи функциональных свойств с особенностями структуры и различными характеристиками белков, регулированию и модификации свойств белковых препаратов, оценке сортов пшеницы, выполненные его учениками и последователями [14-17] цитируются в иностранной литературе, используются в научных исследованиях и обучающих программах в вузах.
Ниже представляем экспериментальные данные, полученные в рамках научных проблем МГУПП и лаборатории биохимии азотфиксации Института биохимии им. А.Н. Баха, обозначенные еще проф. А.Б. Вакаром, и с благодарностью посвящаем их светлой памяти выдающегося крупного ученого, учителя и наставника проф. В.Л. Кретовича.
Цель работы - изучение физико-химических особенностей белков зерна мягкой пшеницы с ко-роткорвущейся клейковиной, формирующейся при выращивании под влиянием неблагоприятных почвенно-климатических условий, в сравнительном аспекте с клейковиной нормального качества.
МЕТОДИКА
Материал. Исходным сырьем служили 28 образцов зерна мягкой яровой пшеницы типично сильных, слабых и средних сортов, выращенных из одного и того же посевного материала в условиях сухой и жаркой погоды Казахстана (НИИ зернового хозяйства им. А.Н. Бараева) и влажной и прохладной погоды Беларуси (Могилевская сельскохозяйственная станция). Средняя температура воздуха составляла 15 и 21°С, относительная влажность воздуха - 60 и 80% соответственно.
Размол зерна проводился на мельнице МЛУ Бюлера ("Agro-system", Швейцария) с выходом муки 70%. Основные показатели качества зерна, муки, клейковины и хлеба определялись общепринятыми и стандартными методами [18], физические свойства теста - на фаринографе и альвео-графе [19]. Деформацию сжатия (Ндеф.) клейковины определяли на приборе ИДК-1(измеритель деформации клейковины).
Определение фракционного состава белков.
Фракционирование белков на альбумины, глобулины, глиадин, растворимый в различных растворителях, и нерастворимый глютенин проводилось с использованием обезжиренной муки по методике [20]. Остаточный белок, включающий в себя полипептиды нерастворимого глютенина, извлекался раствором гидроксида натрия после предварительного удаления из муки альбуминов, глобулинов и белков, растворимых в уксусной кислоте. Последние, в свою очередь, фракционировались на глиадин и растворимый глютенин путем осаждения его из раствора 70%-ного этанола.
Электрофорез в ПААГе с ДДС-Na. Электро-форетическое разделение белков муки проводили в 10%-ном ПААГе с ДДС-Na по методикам Пауне [21, 22] на холоду в течение 20-22 ч при напряжении 90 В и силе тока 40 мА. Белки фиксировали и окрашивали в течение 2 ч в 0.5% кумаси R-250 в смеси метанол-уксусная кислота-вода (40 : 7 : 53). Гели обесцвечивали в смеси тех же компонентов, но при соотношении реагентов 25 : 7 : 68, сканировали при 580 нм на сканере JSCO модели 1310 ("Rousse", Болгария).
Определение константы агрегации. Агрегирующую способность белков клейковины определяли в растворе 0.05 М уксусной кислоты с концентрацией 0.004-0.012% по методу Аракавы и Юнезавы [23]. Константу скорости начального этапа агрегации вычисляли по формуле К = r/C4, где С - концентрация белка в системе, %; r определяли из уравнения т3 = 3rt, описывающего характер изменения мутности раствора белков во времени. Величину конечного этапа агрегации т10/с оценивали, как отношение мутности через 10 мин агрегации к концентрации белка в растворе.
Определение вязкости белковых растворов.
Относительную вязкость растворов клейковин-ных белков измеряли с помощью визкозиметра Освальда при 20 ± 0.05°С. Характеристическую вязкость определяли графически путем экстраполирования кривой зависимости приведенной вязкости (п/По )/с к нулевой концентрации белка. Величину осевого отношения белковых частиц (в/а) рассчитывали по уравнению Симха [24]. Для определения удельного гидродинамического объема использовали уравнение Кунитца [24] и определяли его, как отношение объемной доли белка (ф) в растворе к его концентрации. Все расчеты
P
(а)
L
Рис. 1. Альвеограммы муки: Саратовская 29 - (1,3) и Акмолинка 1 - (2, 4). Область произрастания: а - Целиноградская, б - Могилевская. Р - упругость, мм; Ь -растяжимость, мм.
проводили с использованием пакетов программ на компьютере.
Определение поверхностной гидрофобности.
Гидрофобные свойства белков определяли по методу Като с ДДС-Na [25]. При этом использовали 0.02 М трис-НС1-буфер с рН 8.5 для растворения клейковины и 0.05 М трис-НС1-буфер - для элюи-рования белков с колонки во избежание выпадения его в осадок. Гидрофобность белков оценивали по калибровочной кривой зависимости оптической плотности растворов от концентрации ДДС-Na при длине волны 655 нм.
Гель-хроматография. Белки клейковины, растворимые в уксусной кислоте, хроматографиро-вали на сефадексе G-100 (Farmacia, Швеция) в колонке разме
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.