Changes in lipase activity during germination of oil seeds

Размещено на http://www.allbest.ru/

Changes in lipase activity during germination of oil seeds

А. К. Timurbekova¹, A. А. Moldakarimov² N. Zh. Muslimov², A. А. Ospanov¹, A. B. Dalabaev²

Abstract

Introduction. Oilseeds are a valuable source of vegetable fats, which are used to enrich the daily diet. However, the raw potential of oilseeds is not fully used. Everyone knows the benefits of sprouted oilseeds, and the processing of sprouted oilseeds into beverages is a new direction in the formation of a functional nutrition policy. However, the process of germination of oilseeds is accompanied by enzymatic hydrolysis of lipids under the action of lipase, which catalyzes the hydrolytic cleavage of triacylglyc- erols to glycerol and fatty acids. Object. In this regard, the enzymatic process was studied - the activity of lipase in sprouted seeds of oilseeds (rapeseed, sunflower, flax, safflower). The aim of the study was to determine the lipase activity of oilseeds, analyze the effect and identify the dependence of lipase on the fatty acid composition at different exposure times. Materials and methods. The primary analysis was carried out on the basis of the 2021 harvest of rapeseed of the Gulsary variety. Sunflower was used of the Rauan variety, flax of the Kostanaysky variety. Safflower of the Nika 80 variety was also diligently used. Lipase was determined by the standard titrimetry method. Two buffer solutions were used. The source of preparation of buffer solutions was the seeds of the studied crops. Results and conclusion. As a result of the scientific work carried out, the fermentation process of lipase oil during germination was studied. At the same time, the periods of germination actively affect the qualitative indicator - the amount of fat. The amount of acid indicates the amount of free fatty acids, which leads to oxidation of the final product and oxidative damage. An increase in the acid number leads to a reduction in the shelf life of the finished product. The increased content of free fatty acids is explained by the fact that during the germination of grain, a lipase enzyme is activated, which destroys oil molecules in oil cultures in free fatty cultures. It is shown that with an increase in the duration of germination of grain, lipase activity increases in general, which increases the acidic amount of fat.

Key words: enzymes; lipolytic activity; lipase; functional drinks; acid number of fat; sprouted seeds; oil seeds; safflower; sunflower; flax; rapeseed; germination time.

ИЗМЕНЕНИЕ АКТИВНОСТИ ЛИПАЗЫ ПРИ ПРОРАЩИВАНИИ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР

А. К. Тимурбекова¹, А. А. Молдакаримов²,

Актуальность. Масличные культуры являются ценным источником растительных жиров, которые применяются для ежедневного обогащения рациона питания. Однако сырьевой потенциал масличных культур используется не полностью. Всем известна польза пророщенных семян масличных культур, а переработка пророщенных семян масличных культур в напитки является новым направлением в формировании политики функционального питания. Однако процесс проращивания масличных культур сопровождается ферментативным гидролизом липидов под действием липазы, катализирующей гидролитическое расщепление триацилглице- ринов до глицерина и жирных кислот. Объект. В связи с выявленной актуальностью изучали ферментативный процесс - активность липазы в пророщенных семенах масличных культур (рапс, подсолнечник, лен, сафлор). Целью исследования являлось определение активности липазы масличных семян, анализ влияния липазы на жирнокислотный состав при различных временах экспозиции. Материалы и методы. Первичный анализ проводился на базе урожая 2021 года рапса сорта «Гульсары», подсолнечника сорта «Рауан», льна маличного сорта «Костанай- ский» и сафлора сорта «Ника 80». Липаза определялась стандартным методом титрометрии. Использовались два буферных раствора. Источником приготовления буферных растворов являлись семена исследуемых культур. Результаты и выводы. В результате проделанной научной работы изучен процесс ферментации семян масличных культур липазой при проращивании. При этом сроки проращивания активно влияют на качественный показатель - кислотное число жира. Кислотное число показывает количество свободных жирных кислот. Повышение кислотного числа приводит к сокращению срока хранения готового продукта. Повышенное содержание свободных жирных кислот объясняется тем, что во время проращивания зерна активизируется фермент липаза, которая расщепляет молекулы масел в масличных культурах в свободные жирные кислоты. Чем дольше продолжительность проращивания зерна, тем выше становится активность липазы, что повышает кислотное число жира. fatty acid oilseed lipase fermentation

Ключевые слова: пророщенные семена масличных, масличные культуры, сафлор, подсолнечник, лен, рапс, сроки прорастания семян масличных.

Введение

Наиболее перспективное направление в решении проблемы ликвидации дефицита макро- и микроэлементов - обогащение натуральными биологически активными веществами продуктов питания ежедневного массового потребления, что позволит проводить коррекцию рациона широких слоев населения [4, 6, 8, 17]. Общеизвестно, что калорийные продукты или напитки позволяют максимально эффективно восполнить дефицит и поддерживать необходимый баланс биологически активных веществ в организме [12]. Именно такие напитки с мультивитаминными комплексами, которые отличаются от традиционных, обладают повышенной пищевой и биологической ценностью, обогащены натуральными нутриентами (биологическим активными веществами, микро- и макроэлементами, витаминами, аминокислотами и т.д.) [9, 13].

В этой связи разработка технологии обогащения продуктов питания микроэлементами для придания лечебно-профилактического принципа действия на основе пророщенного зерна является актуальным и своевременным направлением в области здорового и рационального питания [2, 10, 14]. Именно такие зернопродукты будут отвечать современным требованиям к пищевым продуктам, составленным по научно обоснованному рецепту и обогащенными компонентами [1, 11, 16]. Однако перед разработкой технологии необходимо изучить биохимические процессы, протекающие в семенах масличных культур при проращивании, изучить качественные показатели, которые влияют на снижение потребительских свойств, на что и направлена данная работа.

Материалы и методы

В качестве объектов исследования определили семена масличных культур урожая 2021 года: яровой рапс сорт «Гульсары»; подсолнечник сорт «Рауан»; лен масличный сорт «Костанайский»; сафлор сорт «Ника 80». Представленные сорта являются последними селекционными достижениями ведущих коллективов научно-производственных центров в области растениеводства.

Согласно литературным источникам, имеется множество способов определения липолитической активности с использованием различных физических и физикохимических методов с применением различных субстратов [3, 18].

Определение активности липазы проводили общепринятым титриметрическим методом по Ермакову А.И. на двух видах буферных растворов (щелочной фосфатный буфер с рН-8,0 и кислотный ацетатный буфер с рН-4.7) [5].

Пробы очищенных ядер семян масличных культур массой 2,0±0,01 г растирали в ступке и добавляли по 1 мл растительного масла. После чего перемешивали и добавляли 5 мл щелочной фосфатный буфер с рН-8,0, тщательно перемешивали, помещали в лабораторную коническую колбу емкостью 250 мл, при этом смывали следы измельченной массы со ступки и пестика 5 мл дистиллированной воды. Добавляли 2 капли толуола, закрывали пробкой и ставили в шейкер-инкубатор на 2 часа при температуре 30 °С. Затем в опытные пробы добавляли 50 мл спирто-эфирной смеси, давали отстояться и титровали 0,2М спиртовым раствором КОН в присутствии фенолфталеина.

Контрольные пробы, учитывающие фоновое содержание жирных кислот в семенах подсолнечника, готовили как и опытные, но титровали сразу без инкубирования в термостате.

Обработка результатов исследования. Результаты исследований регистрировали в лабораторном журнале. После рассчитывали ферментативную активность липазы вычисляли по формуле:

где А - активность липазы, см³ 0,1 М раствора КОН на 10 г семян за 2 часа; a - количество 0,2 М раствора КОН, израсходованное на титрование опытной пробы, см3; b - количество 0,2 М раствора КОН, израсходованное на титрование исходной пробы, см3; k - поправочный коэффициент к 0,1 М раствору КОН (k-2); n - масса навески семян, г; 10 - пересчет активности липазы на 10 г семян.

Результаты и обсуждение

Ферментативная активность липазы имеет большое значение при проращивании семян масличных культур [7]. При увеличении влажности и сроков проращивания семян масличных культур липаза активно расщепляет растительные жиры в свободные жирные кислоты, что приводит к повышению кислотности и снижению качества продуктов [15]. На основании экспериментальных данных строили график зависимости ферментативной активности липазы А (mE/г) от продолжительности проращивания t (сут) зерна масличных культур. Представленная диаграмма (рисунок 1) характеризует активность ферментации жирокислотного состава масличных культур липазой.

Рисунок 1 - Активность липазы при проращивании семян масличных культур:

1 - рапс; 2 - подсолнечник; 3 - лен; 4 - сафлор

Представленная диаграмма свидетельствует о том, что увеличение сроков прорастания зерна масличных культур в результате активного гидролиза липидных связей жирового состава, приводит к ускорению процесса ферментации - активности липазы, ускоренно расщепляет триацилглицерины до глицерина и жирных кислот.

Анализ представленной кривой показал, что в результате гидролиза жирового состава семян масличных культур активность липазы незначительно увеличивается уже в первые сутки. Заметные изменения наблюдали у семян льна масличного, значения активности липазы которого резко возросли с 0,15 до 0,21 mE/г. Также активность липазы в первые дни наблюдений менялась у проращиваемых семян сафлора, изменения составили с 0,11 mE/г у исходных семян до проращивания до 0,19 mE/г у семян, проращиваемых в течение суток. На вторые сутки наблюдали резкий рост значений А у семян подсолнечника активность липазы составила 0,48 mE/г и достигла максимальных значений за весь период наблюдений. Незначительный прирост липазы установили у семян льна до 0,27 mE/г, рапса - 0,18 mE/г и 0,29 mE/г у проращиваемых семян сафлора, что также соответствовало максимальным значениям. На третьи сутки наблюдали аналогичную картину, значительный рост липазы у семян подсолнечника и замедленный рост содержания липазы у семян льна и рапса. Четвертые сутки наблюдений за проращиваемыми семенами масличных культур показали взрывной рост активности липазы у семян рапса, резко увеличились значения - до 0,83 mE/г, что соответствовало максимальным значениям активности липазы за весь период наблюдений. Начиная с пятых суток наблюдений установили постепенное затухание активности липазы в проращиваемых семенах масличных культур, что характеризовалось снижением значений А.

Далее изучали динамику ферментативного процесса, характеризующуюся изменениями качества объектов исследования в зависимости от сроков проращивания. На основании результатов химического анализа строили диаграммы, описывающие изменение кислотного числа жира от сроков прорастания. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 31700-2012.

На рисунке 2 представлена диаграмма изменения жирнокислотного состава пророщенных семян рапса сорта «Гульсары».

Рисунок 2 - Кислотное число жира пророщенных семян ярового рапса сорта «Гульсары»

Анализ представленных данных показал, что увеличение сроков проращивания семян ярового рапса значительно влияет на изменение кислотного числа жира, что подтверждает активное протекание ферментативного процесса за счет расщепления молекул растительного масла липазой в свободные жирные кислоты. Так, например, при проращивании в течение одних суток кислотное число жира составило 3,42 мг-КОН/г, дальнейшее увеличение сроков проращивания увеличивает показатель в 6,23 раза. На четвертые и шестые сутки наблюдаем замедление процесса ферментации за счет накопления активности липазы. Восьмой день проращивания характеризуется взрывным ростом показателя кислотного числа жира - до 132,59 мг-КОН/г. На десятые сутки при бурном росте ростков рапса наблюдали снижение значений кислотного числа жира до 131,2 мг-КОН/г. Дальнейшее окисление семян рапса приводит к появлению дефектов вкуса и запаха, что характеризует непригодность использования пророщенных семян на пищевые цели.

На рисунке 3 представлена диаграмма изменения кислотного числа жира семян подсолнечника сорта «Рауан» в зависимости от сроков проращивания.

Рисунок 3 - Кислотное число жира пророщенных семян подсолнечника сорта «Рауан»

Анализ представленного графика показал аналогичную ситуацию с окислением свободных жирных кислот семян подсолнечника сорта «Рауан». Увеличение сроков проращивания приводит к увеличению значений кислотного числа жира с 2,19 мг-КОН/г на первые сутки проращивания до 139,74 мг-КОН/г на восьмые сутки. Увеличение сроков проращивания до 10 суток приводит к замедленному снижению значений кислотного числа жира до 136,3 мг-КОН/г. При этом резкий скачок значений приходится на промежуток между шестым и восьмым днем проращивания семян подсолнечника сорта «Рауан», где прирост значений составил 1,76 раз.

На рисунке 4 представлена диаграмма изменения значений кислотного числа жира при проращивании семян льна масличного сорта «Костанайский». Представленная диаграмма также свидетельствует о том, что с увеличением сроков проращивания семян льна масличного наблюдается увеличение значений кислотного числа жира. При этом в первые четверо суток наблюдаем замедленное увеличение значений кислотного числа жира с 4,51 мг-КОН/г в первый день проращивания до 9,79 мг-КОН/г на четвертый день проращивания. На шестой день наблюдений происходит резкий рост значений кислотного числа жира до 114,74 мг-КОН/г, что свидетельствует об активном расщеплении молекул льняного масла на жирные кислоты. Восьмой день проращивания незначительно увеличил значения кислотного числа жира до 147,4 мг-КОН/г, после чего наблюдали снижение экспериментальных значений кислотного числа жира.

Рисунок 4 - Кислотное число жира пророщенных семян льна масличного сорта «Костанайский»

На рисунке 5 представлена диаграмма изменения значений кислотного числа жира в зависимости от сроков проращивания семян сафлора сорта «Ника 80».

Рисунок 5 - Кислотное число жира пророщенных семян сафлора сорта «Ника 80»

Анализ представленной диаграммы показал, что аналогично предыдущим экспериментам при увеличении сроков проращивания семян сафлора сорта «Ника 80» наблюдается увеличение значений кислотного числа жира. При этом динамика изменения экспериментальных значений кислотного числа жира имеет равномерный динамический характер без явных резких перепадов. При этом минимальные значения кислотного числа жира приходятся на первый день проращивания - 9,19 мг-КОН/г. Максимальные значения, которые составили 49,81 мг-КОН/г, приходятся на восьмой день проращивания. В результате проделанного эксперимента можно с уверенностью говорить о том, что молекулы масла семян сафлора более стойки к окислению, что придает им высокие технологические свойства и ценность при разработке оксистабильных композиций растительных масел.

Выводы

В результате проделанной научной работы изучен процесс ферментации семян масличных культур липазой при проращивании. При этом сроки проращивания активно влияют на качественный показатель - кислотное число жира. Кислотное число показывает количество свободных жирных кислот. Повышение кислотного числа приводит к сокращению срока хранения готового продукта.

Повышенное содержание свободных жирных кислот объясняется тем, что во время проращивания зерна активизируется фермент липаза, которая расщепляет молекулы масел в масличных культурах в свободные жирные кислоты. Чем дольше продолжительность проращивания зерна, тем выше становится активность липазы, что повышает кислотное число жира.

Библиографический список

1. Витол И. С., Панкратов Г. Н., Мелешкина Е. П. Углеводно-амилазный и липидный комплексы муки из двухкомпонентной зерновой смеси и семян льна // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. 2020. № 1(60). С. 57-61.

2. Демченко Ю. А., Цикуниб А. Д. Особенности влияния сорбатов на активность панкреатической липазы // Наука: комплексные проблемы. 2021. № S2 (18). С. 9-10.

3. Дроздова Н. И., Гатальская М. Н. Влияние предпосевной обработки препаратом "Виал-ТТ" на активность липазы в проростках озимого рапса // Известия Гомельского государственного университета имени Ф. Скорины. 2019. № 6 (117). С. 35-40.

4. Дьяченко Ю. А., Цикуниб А. Д. Активность липазы как показатель высокого качества и экологической чистоты семян подсолнечника // Техника и технология пищевых производств. 2017. № 1 (44). С. 118-123.

5. Дьяченко Ю. А., Цикуниб А. Д. Особенности влияния различных сочетаний токсичных элементов на активность липазы семян подсолнечника // Материалы конференций ГНИИ "НАЦРАЗВИТИЕ". Санкт-Петербург: ГНИИ "НАЦРАЗВИТИЕ", 2016. С. 89-92.

6. Ингибирование липолитической активности в модельных пищевых системах / М. А. Лаврухин, О. С. Руденко, Н. Б. Кондратьев [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. 2021. № 2. С. 75-85.

7. Коломейченко В. В. Полевые и огородные культуры России. Зернобобовые и масличные: монография. 2-е изд., испр. СПб.: ЛАНЬ, 2021. 19 с.

8. Липазная активность штаммов MYCOBACTERIUM IRANICUM и MYCOBACTERIUM RUTILUM / О. А. Гоголева, Н. В. Немцева, Н. А. Валышева, А. В. Валы- шев // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2016. № 4. С. 4.

9. Савина А. А., Гарнашевич Л. С., Зайцев И. С. Изменение активности липаз в присутствии синтетических и природных полимеров // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2019. Т. 60. № 6. С. 405-410.

10. Смирнов В. П., Костин В. И., Федорова И. Л. Эффективность применения регуляторов роста при формировании урожайности подсолнечника // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2020. № 1(49). С. 45-50.

11. Ферментативная активность липазы и ее влияние на урожайность и масличность подсолнечника под действием регуляторов роста / В. П. Смирнов, В. И. Костин, Ю. М. Исаев [и др.] // Сахарная свекла. 2020. № 10. С. 32-34.

12. Ширяева О. Ю., Шистерова А. С. Определение активности липаз в растительном сырье // Инновационные процессы в области естественнонаучного и социально-гуманитарного образования: IV международная научно-практическая конференция. Оренбург: Экспресс- печать, 2019. С. 422-426.

13. Akimov S. S., Grechkina V. V, Lebedev S. V. Building a model for predicting digestive enzymes activity depending on lipid composition of diet // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 624.

14. Enzymatic preparation of phytosterol esters with fatty acids from high-oleic sunflower seed oil using response surface methodology / X. Wang, B. Xiao, G. Yang [et al.] // RSC Advances. 2021. Vol. 11. № 25. P. 15204-15212.

15. Lу M. Simultaneous recovery of high quality black sesame oil and defatted meal by a new aqueous method: Optimization and comparison with other methods // Journal of Oleo Science. 2021. Vol. 70. № 9. P. 1211-1223.

16. Process parameter studies by central composite design of response surface methodology for lipase activity of newly obtained Actinomycete / G. B. Patel, K. R. Shah, T. Shindhal [et al.] // Environmental Technology and Innovation. 2021. Vol. 23.

17. Tavares F., Sackser P. R., Borba C. E., Silva E. A. Rapid enzymatic hydrolysis of crambe oil catalyzed by castor seeds lipases / // Industrial Crops and Products. 2021. Vol. 171.

18. The oil palm / A. Mondragon-Serna, M. A. Baena-Santa, A. Gonzalez-Diaz [et al.] cited By 1. 2021. 105-145 p.

Размещено на Allbest.ru