Конформационные изменения белка кератина при его ферментативном гидролизе

ной системы у лабораторных животных / М.Г. Барышев, A.A. Басов, С.Н. Болотин и др. // Экологич. вестн. науч. центров ЧЭС. - 2011. -Вып. 3.

3. Барышев М.Г., Васильев Н.С., Джимак С.С. О корреляции между временем спин-спиновой релаксации магнитообработанной воды и выживаемостью // Экологич. вестн. науч. центров ЧЭС. - 2010. - Вып. 1. - С. 26-31.

4. Барышев М.Г., Касьянов Г.И., Джимак С.С. Влияние низкочастотного электромагнитного поля на биологические системы // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2007. - № 3. - С. 44-48.

5. Лобышев В.Н., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. - М.: Наука, 1978. - 215 с.

6. Раков Д.В. Влияние воды с пониженным содержанием тяжелого стабильного изотопа водорода дейтерия и кислорода 18О на развитие лучевых повреждений при гамма-облучении в низкой дозе // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2006. - 46. - №4.-С. 475-479.

7. Раков Д.В. Влияние воды с пониженным содержанием дейтерия и кислорода 18О на развитие лучевых повреждений после

гамма-облучения // Авиакосмич. и экологич. медицина. - 2007. - 41.

- № 3. - С. 36-39.

8. Olariu L., Petcu M., Cuna S. The role of deuterium depleted water (ddw) administration in blood deuterium concentration in Cr (VI) intoxicated rats // Lucrari §tiiniifice medicina veterinara. -2010.-Vol. XLIII (2). - P. 193-196.

9. Глоба А.Г., Карелин A.A., Демидова B.C. Влияние воды с пониженным содержанием дейтерия на продукцию супероксида нейтрофилами // Материалы 7-го Междунар. конгр. «Вода: экология и технологии. Экватэк - 2006». - М., 2006. - С. 288-289.

10. Барышев М.Г., Джимак C.C., Кадамша А.М. Исследование влияния магнитообработанной воды на биологические объекты // Вестн. РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. - 2008. - № 2. - С. 69-74.

11. Классен В.И. Омагничивание водных систем. - М.: Химия, 1982. - 296 с.

Поступила 30.12.11 г.

APPLICATION OF WATER WITH THE MODIFIED ISOTOPE STRUCTURE AND pH IN THE MEAT INDUSTRY

M.G. BARISHEV \ S.S. DZHIMAK1, M.A. DOLGOV1, A.S. DYDYKIN2, G.I. KASYANOV3

1Kuban State University,

149, Stavropolskaya st., Krasnodar, 350040; fax: (861) 219-95-19, e-mail: science-pro@kubsu.ru

2 Russian Academy of Agricultural Sciences The Gorbatov's All Russian Research Institute,

26, Talalikhina st., Moscow, 109316; fax: (495) 676-96-18, e-mail: dpitanie@vniimp.ru 3 Kuban State Technological University,

2, Moskovskaya st, Krasnodar, 350072; fax: (861) 255-99-07, e-mail: kasyanov@kubstu.ru

Biological effects of water with the modified isotope structure, magnetic water, electroactivated water are considered. It is shown that light water can be used for creation of functional products. Electroactivated water with various pH and oxidation-reduction potential is received. Researches of the period of a relaxation and return to a stable condition of the received samples of water are conducted. It is ascertained that addition of alkaline fraction of the activated water for salt forcemeat, allows to shift pH in area of higher values from an isoelectric point of muscular proteins that in sausage manufacture is carried out by introduction of various phosphates.

Key words: light water, deuterium, speed of chemical reaction, electroactivated water, acidity.

637.631

КОНФОРМАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ БЕЛКА КЕРАТИНА ПРИ ЕГО ФЕРМЕНТАТИВНОМ ГИДРОЛИЗЕ

Ч.Ю. ШАМХАНОВ \ Л.В. АНТИПОВА2, В.Ф. СЕЛЕМЕНЕВ3

1 Грозненский государственный нефтяной технический университет,

364051, Чеченская Республика, г. Грозный, ул. А. Авторханова, 14/53; тел.: (8712) 22-36-12, электронная почта: SCY59@yandex.ru

2 Воронежский государственный университет инженерных технологий,

394036, г. Воронеж, пр-т Революции, 19; тел.: (473) 255-37-51, электронная почта: meatech@yandex.ru

3 Воронежский государственный университет,

394006, г. Воронеж, Университетская площадь, 1; электронная почта: common@anch.vsu.ru

Анализ ИК-спектров кератинового сырья и его производных подтверждает, что при его обработке препаратом «Сави-наза» в реакционной среде протекают последовательно процессы химической модификации и ферментативного гидролиза. В белковых продуктах обнаруживаются колебания ароматических колец фрагментов фенилаланина, тирозина и триптофана. Данные процессы свидетельствуют о конформационных изменениях кератинового белка на уровне его третичной структуры.

Ключевые слова: кератиновое сырье, ферментный препарат «Савиназа», ИК-спектр, белковые продукты.

До недавнего времени отходы перопухового сырья лись в пищевой и парфюмерно-косметической пр°-

(кератина) в нашей стране перерабатывались в основ- мышленности [1]. В последнее десятилетие развитие

ном только на кормовую муку, тогда как за рубежом по- получила и отечественная парфюмерно-косметическая

сле специальной обработки они успешно использова- промышленность, в том числе за счет разработки и

применения биологически активных веществ в составе специальных средств по уходу за кожей, волосами, ногтями и т. п. [2]. Это повлекло резкое увеличение спроса со стороны ведущих компаний на компоненты косметической продукции из сырья животного происхождения, в том числе полученные на основе гидролиза кератина [3, 4].

Мировой опыт производства кератиновых пептидов позволяет отдать предпочтение биотехнологическим методам обработки кератина с применением про-теолитических ферментных препаратов. Применимость кератиновых белков животного происхождения в получении различных функциональных продуктов связана с их функционально-технологическими свойствами, которые зависят от природы и концентрации биополимеров и низкомолекулярных веществ в пищевых системах, температуры, рН.

Разрыв дисульфидных связей в кератиновом белке, конформационные изменения его структуры, доступность ранее скрытых пептидных связей для действия специфических ферментов и получение при этом белковых полимеров с гидрофильными и гидрофобными участками полипептидной цепи может иметь важное практическое значение в пищевой промышленности для повышения функционально-технологических характеристик исходных сырьевых ресурсов, например, жиро- и влагоудерживающей способности в мясной отрасли, влагосвязывающей и жироудерживающей способности в косметической промышленности и производстве кормовых продуктов.

Предполагаемый механизм акта катализа ферментом «Савиназа» пептидной связи в кератине пера может быть представлен в виде «системы с переносом заряда» [5]. Предварительный анализ по изменению массовой доли аминокислоты тирозина при действии фермента на белок кератин дает важную информацию об изменении уровня его пространственной структуры [6]. Результаты идентификации свободных радикалов тирозина свидетельствуют, что при ферментативном гидролизе идет разрыв компактной третичной структуры кератина до смеси линейных белковых цепочек, пептидов и свободных аминокислот.

В наших исследованиях ИK-излучение применяли для анализа изменений функциональных групп и атомов белковых продуктов кератинового сырья в процессе ферментативного гидролиза препаратом <^авина-за». Подготовку образцов для снятия И^спектров проводили следующим образом: монокристаллический KBr растирали в агатовой ступке и высушивали в термостате при температуре 160°C до полного удаления следов воды. Исследуемые образцы, высушенные при комнатной температуре, растирали в агатовой ступке до состояния пудры (размером 0,05 мкм) и смешивали там же с предварительно подготовленным KBr (150 мг бромистого калия и 1,5 мг образца) в течение 10 мин. Полученную смесь в количестве 100 мг прессовали под давлением 150 кгс/см2 в течение 30 мин [7]. Прозрачную прессованную таблетку размерами 25 x 4 x 0,5 мм с держателем помещали в рабочий канал спектрографа ИK-cпектpометpa с Фурье преобразователем Инфра-ЛЮМ-ФТ-02. ^ектрограмму снимали в области частот от 4000 до 400 см-1 и 1800-1400 см-1, где в основном находятся частоты поглощения интересующих групп.

Результаты исследований представлены в виде спектров поглощения при валентных колебаниях, когда имеет место периодическое растяжение или сжатие вдоль валентной связи A^B. ИK-cпектpы даны для исходного перопухового сырья (рис. 1), его растворимого белка после предварительной обработки (рис. 2) и конечного ферментативного кератинового гидролизата (рис. 3). ^ектр самого ферментного препарата <^ави-наза» снимали для учета возможного наложения полос поглощения его белкового компонента на характеристики кератиновых продуктов (рис. 4).

Анализ KK-спектров поглощения свидетельствует о следующих изменениях в кератиновом сырье при предварительной обработке и последующем ферментативном гидролизе.

После обработки кератинового сырья сульфитом натрия появляются валентные колебания в области 3229 см-1 для исходного сырья и 3223 см-1 в растворимом белке, возможные для колебания ассоциатов воды с фрагментами SH-связей и указывающие на разрыв части дисульфидных связей. Изменения в валентных

Рте. 1

Рте. 2

Рис. 3

колебаниях концевых СООН-групп свидетельствуют о переориентации между ними водородных связей, находящихся на концевых участках ферментного препарата; при этом данные группы могут характеризовать структурные составляющие третичной или четвертичной структуры фермента. Отсутствие этих групп в исходном сырье и гидролизате указывает на участие СО-ОН-групп в образовании внутрисолевых ассоциатов с амино- и иминогруппами или с молекулами воды. Об этом свидетельствуют максимумы поглощения при 3271 и 3229 см-1 в ассоциатах СОО- ... Н2О и колебания 2720 см-1, характерные для колебаний в ассоциатах СОО- ... HN+=. В процессе ферментативного гидролиза происходит протонирование части концевых СО-ОН-групп, отмечаемое максимумами поглощений при 1726 и 1717 см-1. Подобные эффекты свидетельствуют о конформационных изменениях в четвертичной или третичной структурах ферментов при гидролизе белка. Действие ферментов на субстрат подтверждается смещением валентных колебаний в исходном сырье с 1683 до 1655 см-1 в гидролизате, характерных для амидных связей и указывает на изменения конформации белка (третичной или вторичной структуры) с переходом части белка из фибриллярной a-структуры к развернутой P-цепи. Конформационные изменения третичной структуры подтверждаются валентными колебаниями ароматических аминокислот при 1611 см-1 в гидролизате. Вполне вероятно, что в качестве такой аминокислоты может выступать тирозин, на что указывают валентные колебания ассоциатов воды с его фенольной группой при 3220 см-1. При гидролизе происходят интенсивные колебания в пептидных связях растворимого белка при 1642 см-1 и часть их разупорядочивается, что обнаруживается смещением максимумов поглощения в гидролизате от 1230 до 1200 см-1. При расщеплении пептидных связей отмечены валентные колебания воды в области 3539 см-1, которая может активно присоединяться к NH (3337 см-1) или С=О-группам (3236 см-1). Полного гидролиза пептидных связей в кератине не происходит, так как отсутствие пиков 1717 см-1 в негидролизованном растворимом белке подтверждается максимумом поглощения при 1726 см-1 в гидролизате. Это означает, что С=О (карбоксильные группы) в СООН-группах взаимодействуют с фрагмен-

.2-

loo 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Рис. 4

тами, содержащими аминогруппы в других цепях. Соответственно, небольшие колебания в диапазоне 2720-2722 см-1 подтверждают последнее положение и указывают, что молекулы воды не полностью связывают аминогруппы. Следует отметить, что во всех изменениях не принимают участия метильные (СН2) и метиленовые (СН)-группы, обнаруживаемые при поглощениях в диапазоне 2871-2930 см- .

Таким образом, анализ ИК-спектров кератинового сырья и его производных подтверждает, что при обработке препаратом «Савиназа» в реакционной среде протекают последовательно процессы химической модификации и ферментативного гидролиза. В результате гидротермической обработки химическим реагентом нерастворимые фибриллярные цепочки белка кератина начинают взаимодействовать с растворителем. Ассоциаты молекул воды образуются как после предварительной обработки с фрагментами 8-Н связей, так и с фенольными группами тирозина при гидролизе (3229 см- для исходного сырья, 3223 см- для растворимого белка и 3220 см-1 для ферментативного гидролизата). Увеличивается взаимодействие молекул воды и с С=0-группами в амидных связях, что обеспечивает гидролитическое расщепление пептидных связей в белковых цепочках (1200-1230 см- в ферментативном гидролизате). В белковых продуктах обнаруживаются колебания ароматических колец фрагментов фенилаланина, тирозина и триптофана (1611 см-1 в ферментативном гидролизате). Ранее, в динамике гидролиза, с помощью реакции Фолина было отмечено повышение массовой доли тирозина (его бокового радикала в виде ароматического кольца). Данные процессы свидетельствуют о конформационных изменениях кератинового белка на уровне его третичной структуры (смещение спектров поглощения от 1683 см-1 для исходного сырья до 1655 см-1 в ферментативном гидролизате).

Исследования ИК-спектров, выполненные на более глубоком уровне структурных изменений белка, подтверждают ранее полученные закономерности для процесса ферментативного гидролиза кератинового сырья ферментным препаратом «Савиназа». В частности, повышение массовой доли тирозина (реакция Фолина на его боковой радикал - ароматическое кольцо) является

доказательством разрушения третичной структуры ке-ратинового белка.

ЛИТЕРАТУРА

1. Антипова Л.В. Биотехнологические аспекты рационального использования вторичного сырья мясной промышленности: Обзорн. информ. - М.: АгроНИИТЭИММП, 1991. - 36 с.

2. Волик В.Г. Биотехнологический способ выработки пищевого, лечебного и косметического белка // Мясная индустрия. -1999. - № 4. - С. 36-38.

3. Брындина Л.В., Варваров В.В. Переработка кератинсодержащего сырья методом ферментации // Вестн. Рос. акад. с.-х. наук. - 1996. - Вып. 1. - С. 79-80.

4. Рогов И.А., Антипова Л.В., Дунченко Н.И., Жеребцов Н.А. Химия пищи. Книга 1: Белки: структура, функции, роль в питании / В 2 кн. Кн. 1. - М.: Колос, 2000. - 384 с.

5. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структуры и функции белков. - М.: Высш. шк., 1996. - 238 с.

6. Антипова Л.В., Пащенко Л.П., Шамханов Ч.Ю., Ку-рилова Е.С. Получение и характеристика пищевого кератинового гидролизата // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. - № 7.

- С. 63-66.

7. Углянская В.А., Чикин Г.А., Селеменев В.Ф., Завьялова Т.А. Инфракрасная спектроскопия ионообменных материалов.

- Воронеж: Изд-во ВГУ, 1989. - 208 с.

Поступила 30.12.11 г.

CONFORMATIONAL CHANGES OF KERATIN PROTEIN AT ITS FERMENTATION HYDROLYSIS

CH.YU. SHAMKHANOV1, L.V. ANTIPOVA2, V.F. SELEMENEV3

1 Grozny State Oil Technical University,

14/53, Avtorkhanova st., Grozny, Chechen Republic, 364051; ph.: (8712) 22-36-12, e-mail: SCY59@yandex.ru

2 Voronezh State University of Engineering Technologies,

19, Revolution av., Voronezh, 394036;ph.: (473) 255-37-51, e-mail: meatech@yandex.ru

3 Voronezh State University,

1, Universitetskaya sq., Voronezh, 394006; e-mail: common@anch.vsu.ru

The analysis of infrared spectra keratin raw material and its derivatives confirms, that at its processing in the reactionary environment processes of chemical updating and fermentation hydrolysis by preparation “Savinaza” proceed consistently. Fluctuations of aromatic rings of fragments phenylalanine, tyrosine and tryptophan are found out in albuminous products. The given processes testify about conformational changes keratin albumen at a level of its tertiary structure.

Key words: keratin raw material, ferment preparation “Savinaza”, infrared spectrum, albuminous products.

664.22:664.149:544.777

МОДИФИЦИРОВАННЫЙ КАРТОФЕЛЬНЫЙ КРАХМАЛ КАК СТУДНЕОБРАЗУЮЩАЯ ОСНОВА ДЛЯ ЖЕЛЕЙНЫХ КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ

В.В. ЛИТВЯК1, Д.П. ЛИСОВСКАЯ2, Ю.Ф. РОСЛЯКОВ3

1 Научно-практический центр НАН Беларуси по продовольствию,

220037, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Козлова, 29; тел.: (017) 294-50-13, электронная почта: info@belproduct.com

2 Белорусский торгово-экономический университет потребительской кооперации,

246029, Республика Беларусь, г. Гомель, пр-т Октября, 50; тел.: (0232) 48-13-71, электронная почта: LisDin@tut.by

3 Кубанский государственный технологический университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, тел.: (861) 252-16-65, электронная почта: thm_i_kp@mail.ru

Проведено сравнительное исследование нативного и модифицированного картофельного крахмала, полученного сухим способом, как студнеобразующей основы для разработки желейных кондитерских изделий. Установлено, что модифицированный картофельный крахмал по физико-химическим показателям соответствует требованиям кондитерского производства. Его рекомендовано использовать в рецептурах желейных кондитерских изделий.

Ключевые слова: картофельный крахмал, желейные кондитерские изделия, студнеобразователи, способы модификации крахмала, амилоза, амилопектин.

Цель настоящего исследования - разработка спосо- ного крахмала и исследование его качественных харак-

теристик.

ба получения модифицированного картофельного крахмала как студнеобразующей основы для желей-

Модификация крахмала, заключающаяся в измене-

ных кондитерских изделий.

нии его свойств путем физического, химического или

В задачи исследований входили: обзор литератур-

л. биологического воздействия, позволяет обеспечить оп-

ных источников в области модификации крахмалов для

получения желейных кондитерских изделий, разработ- ределенные характеристики конечного продукта Д-пя

ка способа получения модифицированного картофель- специального применения.