Диссертация (Создание новых комплексных ферментных препаратов грибных протеаз на основе штамма Penicillium canescens для эффективной конверсии белоксодержащего растительного сырья), страница 5

Эти клетки заполнены крахмальными зернами различной величины,в промежутках между ними находятся белковые вещества. Внутреннюю частьэндосперма называют также мучнистым или крахмалистым эндоспермом.Эндосперм содержит, в основном, запасы питательных веществ, которыенеобходимы для развития из зародыша молодого растения [55, 56].25Зародыш находится на остром конце зерна. В нижней части зародышарасположен его зародышевый корешок, а в верхней части – зародышевая почечка.Часть зародыша, плотно прилегающая к эндосперму, – щиток, который и служитдля передачи питательных веществ из эндосперма в зародыш при прорастаниизерна [55].Химический состав зернаБелки.

Белок считается самым важным питательным веществом длячеловека и животных. Среднее содержание белка в зерновых культурахсоставляет 8–11%, однако, разброс предельных значений в различных культурахможет быть весьма ощутимый – зерна пшеницы, например, могут содержать от6% до 20% белка.

Белки зерновой муки разделяют на четыре фракции(альбумины, глобулины, проламины и глютелины) в зависимости от ихрастворимости [57]. Классификация основана на классической работе Осборна: Альбумины – растворимы в воде; Глобулины – нерастворимы в воде, но растворимы в разбавленных водныхрастворах хлорида натрия и нерастворимы при высоких концентрацияххлорида натрия; Проламины – растворимы в 60–70% этиловом спирте; Глютелины – растворимы в разбавленной кислоте или растворе гидроксиданатрия [56].Белкизародышаиалейроновогослояпредставленывосновномальбуминами и глобулинами, выполняющими каталитическую функцию припрорастании зерна (ферменты). Они входят в состав мембран органелл зерна,образуют рибосомы, митохондрии, эндоплазматический ретикулум, являютсясоставнойчастьюсложныхбелков–нуклеопротеидов,липопротеидов,фосфопротеидов.

Большую часть белков эндосперма злаковых культур (70–90%)составляют запасные белки: проламины и глютелины [58]. Их основнаябиологическая функция – снабжение семени азотом и аминокислотами в периодпрорастания. Проламины разных злаков имеют родовые названия: глиадин(пшеница), секалин (рожь), гордеин (ячмень), авенин (овес), зеин (кукуруза) и26оризин (рис). Глютелин пшеницы имеет название глютенин. Глиадины иглютенины пшеницы образуют термин глютен (или клейковина) [56, 57].Клейковина пшеницы является одним из факторов, определяющих следующиехарактеристики муки: его упругость и эластичность при смешивании с водой.Клейковина входит в состав и других злаковых культурах, таких как рожь, ячменьи овес.В состав белков входят также склеропротеины (нерастворимые белки),содержащиеся в оболочках и периферических слоях зерна.

Особенностью белковданной фракции является прочное соединение с лигнино-полисахариднымкомплексом. Склеропротеины выполняют структурную функцию и малодоступныдля пищеварения [58].Качество белка, прежде всего, зависит от состава а.к. [59]. Практически вовсех зерновых преобладает глютамин (15–31%), а затем, в случае пшеницы, ржи иячменя, пролин (12–14%). Важными а.к.

являются лейцин (7–14%) и аланин (4–11%) [57].Углеводы. Злаки содержат 66–76% углеводов. Углеводы представлены восновном крахмалом (55–70%), далее следуют минорные компоненты, которыепредставлены некрахмальными полисахаридами (НКП) (~10%) и сахарами (~3%)[57].Крахмал содержится только в эндосперме и присутствует в виде гранул.Зерновые имеют два типа гранул крахмала: большие (25–40 мкм) линзовидные ималые (5–10 мкм) сферические.

Крахмал состоит из двух водонерастворимыхполимеров – амилозы (25–28%) и амилопектина (72–75%). Амилоза представляетсобой в основном линейные полимеры глюкозы соединенные α-(1,4)-связями.Амилопектин – разветвленный полисахарид, состоящий из связанных полимеровглюкозы с помощью α-(1,4)-гликозидных связей, которые соединены между собойα-(1,6)-гликозидными связями, которые также называются точками ветвления [56,57].К НКП зерна относят гемицеллюлозы (0,5–8%), целлюлозу (~2,5%) ипектиновые вещества (~1%) [57].27Гемицеллюлозы представлены арабиноксиланами и β-глюканами, этиполисахариды являются основными компонентами клеточных стенок злаковых[59].

Они так же содержатся в эндосперме. Арабиноксиланы различаютсястепенью ветвления и соотношением арабинозы и ксилозы. В оболочкахпшеничногозернасодержитсяарабиноглюкуроноксиланссоотношениемксилоза:арабиноза:глюкуроновая кислота = 5:4:1 [60]. Самое высокое содержаниеарабиноксиланов во ржи (6–8%), в то время как пшеница содержит только 1,5–2%[57]. β-глюканы являются запасными полисахаридами и содержатся в большомколичестве в ячмене (3–7%) и овсе (3,5–5%), а также в меньшем количестве воржи (2,5%) и пшеницы (0,6%) [61]. β-глюкан в клеточных стенках образуетфибриллярные структуры благодаря наличию длинных линейных участков,состоящих из β-1,4-связанных остатков глюкозы (которые β-1,3-связаннымиучастками) [60].

β-глюканы обладают более высокой растворимостью в воде, чемарабиноксиланы; как β-глюканы, так и арабиноксиланы образуют вязкие водныерастворы [57].Липиды. В зависимости от вида зерновых содержание липидов колеблетсяот 1,7% (пшеница, рис) до 8% (овес). Липиды содержатся в основном в зародыше(триглицериды), в меньшей степени в алейроновом слое (триглицериды) иэндосперме (фосфо- и гликолипиды). Зерновые липиды имеют сходные составыжирных кислот, в которых 39–69% составляет линолевая кислота, а 11–36% и 18–28% – олеиновая и пальмитиновая кислоты, соответственно [57].Витамины.

Злаки содержат витамины в концентрациях от менее 1 до 50мг/кг, в зависимости от соединения. Зерновые культуры являются хорошимисточником витаминов группы B. В промышленно развитых странах ониобеспечивают около 50–60% от суточной потребности витаминов.

Наиболееважными жирорастворимыми витаминами являются токоферолы, которыеприсутствуютвконцентрациях,превышающих20мг/кг.Витаминысосредоточены в наружных слоях зерна, в частности, в алейроновом слое, а такжев зародыше [57].28Минеральные вещества. Содержание минеральных веществ в зерновыхколеблется от 1,0 до 2,5%. Основная часть минералов (>90%) находится вовнешних слоях зерна, а именно в оболочках и алейроновом слое [57].1.2.1.2 Характеристика бобового сырьяСтроение семян бобовыхСоотношение основных частей бобовых культур (рисунок 4) составляет (%от массы): семенная оболочка – 8,4 (6,4–11,0); семядоли – 90,0 (87,2–92,5);почечка, корешок и стебелек – 1,6 (1,1–2,8) [58].Рисунок 4 – Строение семени бобовых культурБобовые культуры относят к двудольным растениям.

Семена бобовыхрастений не имеют запасной питательной ткани (эндосперма), характерной длязлаковыхкультур.Запасныепитательныевещества,необходимыедляпрорастания и начального роста, отложены в их зародыше и семядолях.Внутренние части семян защищает плотная кожура (семенная оболочка), снаружипокрытая кутикулой – сплошной тонкой пленкой, состоящей из кутина –вещества, не пропускающего ни воду, ни газы. Под кожурой находится зародышсемени. Он состоит из двух семядолей (первые листья), прикрепленных кукороченному стеблю.

Верхняя часть стебля переходит в почечку, состоящую иззачаточных листьев, а нижняя часть заканчивается зачаточным корнем [55].29Химический состав семян бобовыхБелок семян бобовых богат незаменимыми а.к., особенно лизином, которыйявляется лимитирующей аминокислотой в растительных белках [52]. Большаячасть белков бобовых культур находится в форме растворимых белков –глобулинов и альбуминов. Глобулины выполняют функцию запасных белков,состоят из 2–3 субъединиц с общей молекулярной массой от 100 до 400 кДа.Фракция альбуминов включает биологически активные белки с молекулярноймассой от 10 до 100 кДа.

Кроме водорастворимых белков, бобовые культурысодержат щелочерастворимые глютелины [52, 62].Из бобовых культур в качестве источника белка наиболее широкоиспользуетсясоя.Почти90%соевогобелкапредставленозапаснымиструктурными белками, 10% белков включает ферменты, мембранные белки,ингибиторы ферментов, лектины, обладающие способностью связывать остаткиуглеводов на поверхности клеток [63]. Соевые бобы характеризуются такжевысоким содержанием липидов (20–30%) и углеводов (26–30%), содержатвитамин Е, витамины группы В, калий, цинк, железо, фосфор [64].Соевыебобысодержат«антипитательные»факторы:ингибиторыпротеолитических ферментов (трипсина и химотрипсина), гемагглютинины(лектины), уреазу и липоксигеназу.