Электрофоретические свойства белков при переработке семян в производстве растительных масел

УДК 664.346

ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ СЕМЯН В ПРОИЗВОДСТВЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

А.М. Мирзоев1, М.И. Дмитриченко2

Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),

191023, Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21.

В статье исследуются электрофоретические свойства белков при переработке семян подсолнечника и сои в производстве растительных масел. Установлено, что наибольшие изменения этих свойств наблюдаются на этапе жарения мятки.

Ключевые слова: белки, масличные семена, мезга, семена подсолнечника, полиакриламидный гель, производство, растительные масла, соя, электрофорез.

THE ELECTROPHORETIC PROPERTIES OF PROTEINS DURING THE PROCESSING OF SEEDS IN THE PRODUCTION OF VEGETABLE OILS

A.M. Mirzoev, M.I. Dmitrichenko

St. Petersburg state University of Economics (SPbSEU), 191023, Saint-Petersburg, Sadovaya street, 21.

In article research the electrophoretic properties in processing sunflower seeds and soybeans in the production of vegetable oils. It is established that the largest changes of these properties are at the stage of roasting the chopped kernel seeds.

Keywords: protein, oil seeds, pulp, sunflower seeds, polyacrylamide gel, production, vegetable oils, soybeans, electrophoresis.

Объектами исследования служили чистосортные семена подсолнечника («ВНИИМК - 6540» и «Луч») и сои («Комсомолец» и «ВНИИМК - 8»), а также продукты переработки семян подсолнечника и сои в производстве растительных масел по схеме «форпрессова-ние-экстракция»: мятка (измельченное ядро семян с незначительным количеством лузги), мезга (обжаренная мятка), жмых форпрессо-вый, лепесток (материал, из которого извлекают масло экстракцией с использованием жирорастворителей : гексана или бензина), шрот после удаления растворителя (шрот - это почти полностью обезжиренный материал в результате экстрагирования масла).

Для аналитического разделения белков исследуемого материала применяли диск-электрофорез - метод разделения, при котором используется неоднородная разделяющая система с полиакриламидным гелем в качестве носителя. Электрофорез белков в полиакриламидном геле - метод разделения смесей белков в полиакриламидном геле в соответствии с их электрофоретической подвижностью (функцией длины полипептидной цепочки, или молекулярной массы, а также укладки белковой молекулы, посттрансляционных модификаций и других факторов).

Электрофоретическая подвижность биополимеров в геле зависит от ряда параметров. Скорость миграции пропорциональна заряду молекулы, и в свободной жидкости молекулы с одинаковым удельным зарядом мигрируют с равной скоростью. В случае разделения

в среде, имеющей жесткую пространственную матрицу, происходит сегрегация за счет трения

о гель. Сила трения зависит от пространственной конфигурации молекулы, в том числе от ее размера. Разработано большое количество модификаций электрофореза белков в полиакриламидном геле для решения разных задач и для различных белков и пептидов [1]. Наиболее эффективным вариантом электрофореза в полиакриламидном геле является диск-электрофорез (от английского discontinuous -разрывный, т.е. используется гель, состоящий из двух частей), который и использовался в данной работе для аналитического разделения белков исследуемого материала.

При диск-электрофорезе используют пары буферов разного состава и с разными значениями рН, а носитель состоит из отдельных слоев геля, отличающихся друг от друга размерами пор. При разделении растворимых компонентов смесь сначала концентрируется в узкой полосе крупнопористого геля, а затем в мелкопористом геле ее компоненты разделяются по величине, форме и заряду молекул.

Электрофорез широко применяется в коллоидной химии, биохимии, биофизике, медицине и различных областях техники. Весьма широко пользуются электрофоретическими методами в различных областях пищевой промышленности для обнаружения фальсификации тех или иных пищевых продуктов , а также в кормопроизводстве для оценки качества белковых кормов. В частности, в нашей стране с 1 января 2010 года действуют национальные

стандарты на определение содержания соевого и горохового белков с использованием капиллярного электрофореза в сухом молоке [2] и на определение массовой доли растительного белка методом электрофореза в мясных продуктах [3], а с 01 июля 2013 года ГОСТ 31480-2012 « Комбикорма, комбикормовое сырье. Определение содержания аминокислот методом капиллярного электрофореза [4].

В случае определения растительного белка в мясных продуктах/3/ метод основан на тепловой денатурации и экстракции белков из мясных фаршей, состоящих из смесей животных и расти тельных белков, с последующим электрофоретическим разделением экстрагированных белковых фракций в полиакриламидном геле. Массовая доля соевых белков в смеси определяется по сумме площадей пиков, соответствующих на денситограмме белковым зонам с молекулярными массами 65000-75000, которая пропорциональна содержанию соевой добавки в мясе и мясных продуктах

Цель настоящего исследования - характеристика изменений фракционного состава водорастворимых белков перерабатываемого материала в производстве растительных масел с тем, чтобы иметь определенное представление о характере качественных изменений электрофоретических свойств белков, что важно, в частности, для их переваривания (ферментативного гидролиза).

Изучение фракционного состава белков масличных семян в процессе их переработки в производстве растительных масел методами грубого фракционирования, которые прочно вошли в практику определения степени денатурации, при исследовании белков как объекта действия протеолитических ферментов, недостаточно. При этом необходимо знать, в каком состоянии находятся эти белки внутри каждой фракции - водной, щелочной, солевой. Электрофоретические свойства белков материала, в первую очередь, их заряд, величина, гетерогенность небезразличны для протеаз.

Известно, что электрофорез дает представление о степени возможной атакуемости протеолитическими ферментами белковых молекул. В частности, наряду с классическими методами оценки качества белков кормовых шротов по их растворимости в различных растворителях пользуются также и электрофоретическими методами . Уменьшение числа фракций в электрофореграммах свидетельствует об ухудшении питательных достоинств белковых кормов.

На рисунках 1 и 2 приведены электро-фореграммы однотипных по растворимости белков семян подсолнечника сортов «ВНИИМК - 6540» и «Луч», семян сои сортов « Комсомолец» и «ВНИИМК - 8», а также белков из заводской смеси семян сои и подсолнечника на различных этапах переработки, начиная с мятки при поступлении в жаровни фор-

прессов и завершая шротом после сушки в шнековых испарителях.

Наиболее выраженное изменение электрофоретических свойств белков в ходе переработки семян подсолнечника наблюдается при жарении мятки для приготовления мезги (рис. 1). Дальнейшие операции в совокупности дают меньшие изменения. Теряют подвижность почти все белки с наиболее высокой электрофоретической подвижностью, то есть белки, имеющие более низкую молекулярную массу. Согласно К.Грину и Г. Нейрату, наиболее устойчивы к влаготепловым воздействиям, т.е. к денатурации, белки, имеющие малую молекулярную массу. Иначе говоря, белки с высокими значениями электрофоретической подвижности денатурируются медленнее, чем белки с высокой молекулярной массой и низкой электрофоретической подвижностью. Согласно приведенным рисункам, степень такой устойчивости, по-видимому, более или менее выравнивается при воздействии высоких температур длительное время, что и имеет место в производстве растительных масел.

Рисунок 1. Электрофоретическое поведение белков при переработке семян подсолнечника по схеме форпрессование - экстракция

Рисунок 2. Электрофоретическое поведение белков в процессе переработки семян сои по схеме форпрессование - экстракция.

Представленные на рис. 1 электрофоре-граммы белков семян подсолнечника, подвергнутых механическим и влаготепловым воздействиям, показывают, что белки в основной массе сосредоточены в зоне с нулевой или относительно низкой электрофоретической подвижностью. По одной фракции с относительно высокой электрофоретической подвижностью остается в мезге, выходящей из жаровен форпрес-сов, форпрессовом жмыхе и лепестке. А в шроте наблюдается полное отсутствие. В целом,

90

СПбГЭУ

такая же картина наблюдается и для сои до операции удаления растворителя из шрота (рис.2).

Таким образом, процесс денатурации белков масличных семян в производстве растительных масел сопровождается уменьшением числа электрофоретических фракций. При денатурации относительная электрофоретическая подвижность белков фракций не изменяется; существуют различные механизмы «электрофоретической гомогенизации» для белков семян сои и подсолнечника.

Отдельные ученые объясняют механизм «электрофоретической гомогенизации» агрегацией белков отдельных фракций. При агрегации образуются растворимые комплексы, содержащие молекулы из отдельных агрегированных белковых фракций в пропорции, приближающейся к относительным количествам этих фракций в исходной вытяжке.

Е. Медведева отмечает, что по слиянию электрофоретических фракций обычно судят о присутствии в растворе денатурированных белков [5].

На наш взгляд, утверждения о слиянии фракций не имеют под собой достаточных оснований. Даже визуальное наблюдение показывает, что в нулевой (или очень близкой к ней) фракции при денатурации не замечается повышения концентраций белковых веществ.

В связи с этим, уменьшение числа фракций белков исследуемого материала может быть, на наш взгляд, объяснено следующим образом. Во-первых, возможно, что те фракции белков, которые полностью «исчезли» в ходе влаготепловых воздействий на материал, вследствие денатурации полностью потеряли свою растворимость в растворителе, применявшемся для их извлечения из перерабатываемого материала. Во-вторых, по той же причине они, возможно, не потеряв растворимости, лишились исходной электрофоретической подвижности из-за «изменений в движущихся молекулах» , т.е. величины заряда и молекулярной массы белковых молекул.

Как следует из рис.1, электрофореграм-мы белков семян подсолнечника коллекционных сортов «ВНИИМК - 6540» и «Луч» весьма близки. Почти равным является число электрофоретических фракций однотипных по растворимости белков чистосортных семян и заводской мятки, что может быть свидетельством того, что в процессе измельчения заводского ядра на вальцовых станках в продукте происходят незначительные денатурационные изменения под влиянием механических и вызван-

ных ими температурных воздействий на перерабатываемый материал.

После операции жарения мятки существенных изменений в количестве электрофоретических фракций исследуемых белков не наблюдается; форпрессовый жмых и лепесток имеют одинаковую картину электрофореграмм. Однако в их фореграммах на одну фракцию меньше, чем в белке из мезги при выходе из жаровен форпрессов, и на одну больше в сравнении со шротом при выходе из шнековых испарителей.

Если сравнивать картины изменения электрофореграмм перерабатываемого материала и активности протеолитических ферментов того же материала [6], то следует отметить, что в обоих случаях наибольшие изменения наблюдаются на этапах приготовления мезги и сушки шрота, а наименьшие - на этапах приготовления мятки из заводского ядра и лепестка из форпрессового жмыха.

Выводы

1. В ходе переработки семян в производстве растительных масел происходит изменение электрофоретических свойств белков. Наиболее заметные изменения этих свойств наблюдаются в процессе жарения мятки.

2. По-видимому, главной причиной изменения электрофоретических свойств белков семян в производстве растительных масел является их тепловая денатурация

Литература

1.Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот / Л.А. Остерман.- М.: МЦМНО , 2002. - 248 с.

2.ГОСТ Р 52995 - 2008. Молоко сухое. Определение содержания соевого и горохового белков с использованием капиллярного электрофореза в присутствии додецилсульфата. Метод разделения.- Введен 2010-01-01.- М.: Стандартинформ,2009.-15 с

3.ГОСТ Р 53220-2008. Мясо и мясные продукты. Определение массовой доли растительного белка методом электрофореза.- Введен 2010-01-01.- М.: Стандартинформ,2009.- 11 с.

4.ГОСТ 31480-2012. Комбикорма, комбикормовое сырье. Опрделение содержания аминокислот методом капиллярного электрофореза.- Введен 2013- 0701.- М.: Стандартинформ,2012.- 11с.

5. Медведева Е.И. Биохимия зерна. - М.: изд-во АН СССР, 1960.- 234с.

6. Мирзоев А.М. Протеолиз и меланоидинообразо-вание в производстве растительных масел / А.М. Мирзоев.// Известия вузов, Пищевая технология.-1979.-№8.- с.34-36

1 Мирзоев Аллахверди Мирзеханович - кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры "Товароведение и экспертиза потребительских товаров» СПбГЭУ, моб.: +7 921 358 19 52;

2 Дмитриченко Михаил Иванович - кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой "Товароведение и экспертиза потребительских товаров' СПбГЭУ, моб. +7 921 995 03 26.