The role of biocatalysis in grain processing technologies
Authors: Серба Елена Михайловна , Римарева Любовь Вячеславовна , Оверченко Марина Борисовна , Игнатова Надежда Иосифовна , Погоржельская Наталия Сергеевна 
Published: May 2022

Реализация биотехнологических процессов в перерабатывающих отраслях АПК позволяет не только повысить качество пищевой продукции, сократить технологические потери сельскохозяйственного сырья, но и получать конкурентоспособные пищевые продукты и корма отечественного производства. В основе технологий переработки зерна в целевые продукты лежат управляемые процессы биоконверсии основных полимеров сырья (крахмала, гемицеллюлоз и белков) с образованием растворимых легкоусвояемых углеводов и азотистых веществ. Широко исследована и доказана эффективность применения карбогидраз для обработки зернового сырья в технологиях спирта, пива, хлеба и крахмала. Однако недостаточно представлены сведения, касающиеся исследований каталитического действия фитазы на степень гидролиза полимеров и установления оптимальных дозировок ферментов в зависимости от их субстратной специфичности и вида перерабатываемого зерна. В данной работе представлен сравнительный анализ состава основных полимеров, содержащихся в зерне пшеницы, ржи, тритикале и кукурузы. Исследования выполнялись во ВНИИПБТ - филиале ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии». Целью исследований являлась систематизация и экспериментальная апробация данных о влиянии ферментных систем, включая ферменты фитолитического действия, и условий биокатализа на степень конверсии высокомолекулярных полимеров зерна, разработка научно обоснованного комплекса ферментов и их дозировок, обеспечивающих качественные показатели биохимического состава и реологических свойств зернового сусла. Приготовление зернового сусла проводили по схеме ферментативно-гидролитической обработки зернового сырья. Рациональный подбор ферментных систем целевого назначения обеспечивает глубокий гидролиз полимеров зернового сырья: крахмала - с образованием моно- и дисахаридов; гемицеллюлоз - для снижения вязкости сусла; белковых веществ - для обогащения сусла легкоусвояемым аминным азотом; фитиновых веществ - для высвобождения фосфатов в биодоступной форме. Показано, что ключевую роль играли ферменты протеолитического и фитолитического действия. С учетом особенностей состава зернового сырья подобраны целевые ферментативные системы, обеспечивающие глубокий уровень конверсии полимеров зерна и хорошие реологические свойства сусла, приготовленного из исследуемых зерновых культур.
The effectiveness of the use of carbohydraz for processing grain raw materials in the technologies of alcohol, beer, bread and starch has been widely studied and proven. However, there is insufficient information concerning the studies of the catalytic effect of phytase on the degree of hydrolysis of polymers and the establishment of optimal dosages of enzymes depending on their substrate specificity and the type of processed grain. This paper presents a comparative analysis of the composition of the main polymers contained in wheat, rye, triticale and corn. The studies were carried out at VNIIPBT, a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Research Center for Nutrition and Biotechnology». The aim of the research was to systematize and experimentally test data on the selection of enzyme systems and conditions for deep conversion of high-molecular polymers of grain, providing qualitative indicators of the biochemical composition and rheological properties of grain wort. Rational selection of enzyme systems for the intended purpose provides deep hydrolysis of polymers of grain raw materials: starch - with the formation of mono- and disaccharides; hemicellulose - to reduce the viscosity of the wort; protein substances - to enrich the wort with easily digestible amine nitrogen; phytic substances - for the release of phosphates in bioavailable form. It is shown that the key role was played by enzymes of proteolytic and phytolytic action. Taking into account the peculiarities of the composition of grain raw materials, targeted enzymatic systems have been selected that provide a deep level of conversion of grain polymers and good rheological properties of wort prepared from the studied grain crops.