Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
КУЗНЕЦОВА ЕЛЕНА АНАТОЛЬЕВНА
РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ И СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ В ТЕХНОЛОГИИ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,
плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Орел-2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО Орловский государственный технический университет
Научный консультант: доктор технических наук, профессор
КОРЯЧКИНА Светлана Яковлевна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
ДЕРКАНОСОВА Наталья Митрофановна
доктор технических наук, профессор
МАГОМЕДОВ Газибег Омарович
доктор технических наук, профессор
БОГАТЫРЕВА Татьяна Глебовна
Ведущая организация: ФГОУ ВПО Орловский государственный
аграрный университет
Защита состоится л30 сентября 2010 г. в 12-00 часов в ауд. 212 на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций
Д 212.182.08 при ГОУ ВПО Орловский государственный технический университет по адресу: 302020, Орел, Наугорское шоссе, д.29.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Орловский государственный технический университет.
Автореферат разослан л___ июня 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета, д.т.н., профессор С.А. Куценко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Интенсивная хозяйственная деятельность человека постоянно создает антропогенные провинции, характеризующиеся нарушением сбалансированности биохимических циклов многих элементов. В результате усиления техногенных потоков происходит избыточная аккумуляция загрязнителей в хозяйственно полезных частях продукции растениеводства. Результаты санитарного контроля свидетельствуют о высоких уровнях загрязненности сельскохозяйственных продуктов токсичными химическими соединениями, биологическими компонентами и микроорганизмами, обладающими способностью вызывать различные патологии.
Существующие технологии сортовых помолов, направленные на разделение анатомических частей зерна, казалось бы, решают проблему повышения безопасности зерновых продуктов. С отрубями удаляется большая часть загрязнителей, расположенных преимущественно в периферических частях зерновки и микроорганизмов, обитающих на ее поверхности. Однако вместе с вредными веществами и микроорганизмами теряется значительная доля биологически активных соединений: витаминов, биогенных микроэлементов, пищевых волокон, белков и липидов. Преобладание рафинированных продуктов в рационе населения экологически неблагополучных районов, в частности подверженных радиоактивному загрязнению (в том числе Брянской, Орловской и других областей), приводит к биохимическим нарушениям гомеостаза и заболеваниям населения. Для людей, проживающих в таких зонах, необходима разработка качественно новых пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми нутриентами.
В связи с этим большую популярность приобретают зерновые хлебобулочные изделия. Целые зерна злаковых культур содержат -глюкан, пентозаны, целлюлозу, являются источником витаминов группы В, ниацина, минеральных веществ, белков и липидов. Известно, что употребление в пищу продуктов из целых зерен снижает уровень холестерина в крови, повышает перистальтику кишечника, улучшает процессы обмена веществ. Однако оболочки и алейроновый слой зерновки обладают повышенной прочностью, что затрудняет применение нешелушенного зерна в пищевых технологиях. Прочность оболочек зерна определяют -глюкан, ксиланы и другие гемицеллюлозы, которые формируют поперечные сшивки в структуре матрицы клеточной стенки.
Взамен шелушения для размягчения перифирических частей зерна целесообразно применение биокатализаторов на основе целлюлаз. Целлюлолитические ферменты катализируют гидролиз целлюлозы, гемицеллюлоз, -глюкана, входящих в состав матрикса клеточных стенок.
окализация токсических элементов и радионуклидов в периферических частях зерна злаковых культур указывает на возможность их связи с полисахаридами и белками клеточных стенок. Модификация нативной структуры оболочек под действием ферментных препаратов может привести к высвобождению некоторого количества тяжелых металлов и в определенных условиях при замачивании зерна к миграции за пределы зерновки, обеспечив тем самым снижение их концентрации в зерне и повышение безопасности продуктов его переработки.
Применяемые в зерноперерабатывающей промышленности методы снижения микробиологической обсемененности предусматривают использование синтетических химических соединений, которые часто оказывают отрицательное влияние на технологические свойства зерна. Использование растительного сырья, обладающего антисептическим действием, в технологиях зерновых продуктов открывает возможности получения качественных и безопасных продуктов питания.
Значительный вклад в решение отдельных аспектов проблемы производства зерновых хлебобулочных изделий внесли исследования отечественных ученых Антонова В.М., Козубаевой Л.А., Корячкиной С.Я., Кузьминского Р.В., Лабутиной Н.В., Поландовой Р.Д., Романова А.С., Рослякова Ю.Ф., Саниной Т.В., Черных В.Я., Щербатенко В.В. и других.
Разработке новых технологий, способствующих повышению безопасности зерна и продуктов на его основе, посвящены работы Байходжаевой Б.У., Гинсбурга А.С., Егорова Г.А., Казакова Е.Д., Козьминой Н.П., Кондратьева Ю.Н., Малиной В.П., Мачихиной Л.И., Трисвятского Л.А., Цугленка Н.В., Цыбиковой Г.Ц., Цыгановой Т.Б., Юсуповой Г.Г. и других.
Однако в научно-технической литературе отсутствуют обоснованные подходы к проблеме повышения безопасности и качества зернового сырья в технологии хлебобулочных изделий из целого нешелушенного зерна злаковых культур. Для решения этой проблемы необходим комплексный подход к разработке технологических решений, который должен основываться, с одной стороны, на разработке научных основ модификации полисахаридов периферических частей зерновки с целью уменьшения содержания токсических элементов и снижения прочности оболочек для улучшения степени дисперсности зерновой массы и, с другой, на характеристике некоторых ее биохимических показателей, имеющих важное значение для обеспечения качества хлебобулочных изделий по органолептическим и физико-химическим показателям.
Работа проводилась в рамках научно-технических программ Министерства образования РФ Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники подпрограммы Технология живых систем по темам: Теоретическое обоснование и разработка технологии и оборудования для производства зернового хлеба общего и специального назначения повышенного качества и пищевой ценности и Разработка научных основ повышения качества и безопасности продуктов питания (2000 - 2004 г. г.), а также Федеральной целевой программы Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы.
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в разработке научных основ и способов повышения безопасности зернового сырья в технологии хлебобулочных изделий за счет использования в процессе подготовки зерна биокатализаторов на основе целлюлаз, буферных растворов и растительного сырья, обладающего антимикробным действием. В задачи исследования входило:
- оценка химического состава и технологических свойств зерна пшеницы, ржи и тритикале, произрастающих в Центральном регионе России;
- обоснование рациональных доз ферментных препаратов целлюлолитического действия, применяемых с целью ферментативного гидролиза некрахмальных полисахаридов, приводящего к снижению содержания токсических элементов и радионуклидов в зерне злаковых культур;
- формулировка концепции механизма снижения содержания токсических элементов в зерновом сырье;
- исследование состава микрофлоры зерна пшеницы, ржи и тритикале и влияния растительного сырья (шишки хмеля, луковица чеснока, плоды рябины обыкновенной, корень хрена, цедра апельсина), используемого при замачивании зерна, на жизнедеятельность типовых штаммов микроорганизмов, развивающихся при хранении;
- изучение динамики изменения некоторых биохимических показателей зерна, морфологии и микроструктуры его составных частей в процессе набухания и прорастания под действием карбогидраз и фитазы;
- обоснование оптимальных доз биокатализаторов на основе целлюлаз и параметров ферментативного гидролиза в технологии зерновых хлебобулочных изделий;
- разработка способа повышения безопасности зернового сырья, основанного на совместном действии ферментных препаратов целлюлолитического действия, буферных растворов и растительного сырья, обладающего антимикробными свойствами, применяемых при замачивании зерна;
- разработка технологических решений для применения ферментных препаратов целлюлолитического действия и растительного сырья, обладающего антимикробными свойствами в технологии зерновых хлебобулочных изделий;
- определение показателей качества, пищевой ценности и безопасности разработанных зерновых хлебобулочных изделий;
- определение экономической эффективности разработанных зерновых хлебобулочных изделий, опытно-промышленная апробация и внедрение основных результатов исследований в хлебопекарном производстве.
Научная концепция. В основу разработки научных основ и способов повышения безопасности зернового сырья в технологии хлебобулочных изделий положена научная гипотеза, заключающаяся в целесообразности совместного использования биокатализаторов на основе целлюлаз, буферных растворов и растительного сырья, обладающего антимикробным действием, на стадии подготовки зернового сырья, приводящего к формированию зерновой массы с пониженным содержанием токсических элементов, радионуклидов и микроорганизмов и к получению хлебобулочных изделий повышенной безопасности, качества и пищевой ценности.
Научные положения, выносимые на защиту:
- концепция механизма снижения содержания токсических элементов в зерновом сырье путем обработки зерна биокатализаторами на основе целлюлаз;
- результаты экспериментальных исследований изменения некоторых биохимических показателей зерна, морфологии и микроструктуры его составных частей в процессе набухания и прорастания под действием карбогидраз и фитазы;
- способы повышения безопасности зернового сырья и продуктов на его основе с учетом снижения содержания тяжелых металлов, радионуклидов и микроорганизмов;
- научно-обоснованные технологические решения по созданию хлебобулочных изделий из целого нешелушенного зерна пшеницы, ржи и тритикале повышенных безопасности и пищевой ценности на основе использования в их рецептурах биокатализаторов на основе целлюлаз и растительного сырья, обладающего антимикробным действием.
Научная новизна работы. Предложена концепция механизма снижения содержания токсических элементов в зерновом сырье путем обработки биокатализаторами на основе целлюлаз, с осуществлением ферментативного гидролиза, приводящего к мацерации структур оболочек, деструктуризации и фрагментации полимеров, увеличению диаметра пор, солюбилизации продуктов гидролиза и десорбции ионов. Показано, что применение совместно с биокатализаторами на основе целлюлаз цитратного буфера или буфера на основе янтарной кислоты (рН 4,5) и водных экстрактов шишек хмеля, луковицы чеснока, плодов рябины обыкновенной, корня хрена, цедры апельсина, обладающих антимикробным действием, а также промывание проточной водой зерна после обработки, способствует образованию подвижных комплексов металлов с органическими кислотами, флавоноидами и другими соединениями и выносу их за пределы твердой фазы.
Обоснованы параметры ферментативного гидролиза некрахмальных полисахаридов оболочек зерна под действием биокатализаторов на основе целлюлаз (оптимальные дозы ферментных препаратов, продолжительность замачивания, гидромодуль) с точки зрения снижения содержания токсических элементов и для использования в технологии зерновых хлебобулочных изделий.
Экспериментально установлено, что в процессе десорбции свинца, кадмия, никеля и хрома основная роль принадлежит ферменту -глюканазе в комплексе с целлобиогидролазой. Расширены представления об эффективности действия отдельных ферментов, входящих в состав отечественных препаратов на скорость процесса гидролиза фитина.
Получены новые данные об изменении морфологии, микроструктуры зерна пшеницы, ржи и тритикале, а также о динамике изменения некоторых биохимических показателей зерна в процессе набухания и прорастания при применении ферментных препаратов целлюлолитического действия.
Показано, что отечественный промышленный препарат серии Целловиридин Г20х (продуцент Trichoderma reesei) и лабораторный препарат на основе фитазы F 4.2B (P-215) FD-UF, продуцент Penicillium canescens (ИБФМ РАН) превосходят по эффективности действия в технологии зерновых хлебобулочных изделий препараты от зарубежных производителей ферментов: Pentopan 500 BG, Fungamyl Super AX, Biobake - 721.
Разработаны способы повышения безопасности зернового сырья с учетом снижения содержания тяжелых металлов, радионуклидов и микроорганизмов и научно обоснованы технологические решения по применению биокатализаторов на основе целлюлаз и экстрактов растительного сырья, обладающего антимикробным действием в технологии зерновых хлебобулочных изделий повышенных безопасности, качества и пищевой ценности.
Новизна технологических решений подтверждена 8 патентами Российской Федерации на изобретения.
Практическая значимость работы.
Дано технологическое обоснование производства зерновых хлебобулочных изделий повышенных безопасности, качества и пищевой ценности.
Разработаны технологии хлебобулочных изделий из целого нешелушенного зерна пшеницы, ржи и тритикале на основе использования препаратов карбогидраз и фитазы совместно с водными экстрактами растительного сырья, обладающего антимикробным действием, для модификации структурных полисахаридов периферических частей зерновки с целью уменьшения содержания токсических элементов, снижения прочности оболочек для улучшения степени дисперсности зерновой массы и уменьшения степени микробиологической обсемененности зерна, что позволит получить хлеб, обладающий повышенной безопасностью и пищевой ценностью, а также органолептическими и физико-химическими показателями качества не ниже, чем у зернового хлеба, производимого по ГОСТ 25832-89.
Разработаны и утверждены пакеты технической документации на новые виды зерновых хлебобулочных изделий: хлеб зерновой Стимул ТУ 9114-157-02069036-2003, ТИ 02069036-157, РЦ 02069036-157, Изделия хлебобулочные зерновые пшенично-ржаные ТУ 9113-205-02069036-2006, ТИ 02069036, РЦ 02069036, хлеб зерновой пшенично-ржаной Семейный ТУ 9113-204-02069036-2006, ТИ 02069036-124, РЦ 02069036-124, хлеб зерновой Трапезный ТУ № 9113-21-0206903-2007, хлеб зерновой пшеничный Колос ТУ 9114Ц228Ц02069036.
Проведена промышленная апробация разработанных зерновых хлебобулочных изделий на следующих предприятиях: ОАО Орловский хлебокомбинат, ОАО Железногорский хлебозавод, ООО Нива хлеб, ОАО Орелоблхлеб Колпнянский хлебозавод, участок хлебопечения комбината общественного питания ОреГТУ.
Получены санитарно-эпидемиологические заключения органов санэпидемслужбы Минздрава РФ на производство новых видов продуктов.
Разработанные автором научные положения и практические решения нашли применение при организации научно-исследовательской работы студентов и аспирантов, результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства Орловского государственного технического университета при изучении дисциплин Биокаталитические процессы в пищевых технологиях, Безопасность пищевого сырья и продуктов питания, Экологические основы производства и хранения зерна, Пищевая микробиология, Технология хлебобулочных и макаронных изделий.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях: Продукты питания, пищевые добавки, упаковка (Москва - 1998), Продовольственный рынок и проблемы здорового питания (Орел - 1998, 1999, 2000, 2003, 2008), Прогрессивные пищевые технологии - третьему тысячелетию (Краснодар - 2000), Пищевые продукты двадцать первого века (Москва - 2001), Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг (Орел - 2001, 2002, 2004, 2007, 2009), Состояние биосферы и здоровье людей (Пенза - 2001), Наука - образование - производство в решении экологических проблем (Уфа - 2002), Здоровье - питание - биологические ресурсы (Киров - 2002), Современные проблемы техники и технологии пищевых производств (Барнаул - 2006), Техника и технология пищевых производств (Могилев - 2007), Актуальнi проблеми харчування: технологiя та обладнання, органiзацiя i економiка (Святогiрськ - Донецьк - 2007), Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте (Одесса - 2007, 2009), Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания (Иркутск - 2007), Food science, engineering and technologies 2007 (Пловдив - 2007), Формирование инновационной системы экономики и образования в условиях глобализации (Воронеж - 2008), Инновационные технологии в пищевой промышленности (Пятигорск - 2008), Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности (Воронеж - 2009), Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XX века (Краснодар - 2009), Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде (Семей - 2010),V Московском международном конгрессе Биотехнология: состояние и перспективы развития (Москва - 2009), а также Всероссийских Конгрессах зернопереработчиков и хлебопёков Нивы России (Барнаул - 2001, 2003), Всеросийских научно-практичеких конференциях: Современные проблемы экологии (Москва - Тула - 2006) и Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта Развитие АПК (Уфа - 2006). Разработанные изделия были представлены на XIII Международной специализированной торгово-промышленной выставке Пекарня - Макароны - Интерсладости - 2008 (Москва, ВВЦ, 8-11 апреля 2008 г. г.).
Публикации. По теме данного исследования опубликовано 107 работ, в том числе 22 статьи в реферируемых ВАК журналах, 13 статей в других научных журналах и сборнике научных трудов, 3 монографии, получено 8 патентов на изобретения. В список публикаций, приведенный в конце автореферата, тезисы докладов, опубликованные в сборниках трудов конференций и конгрессов, не включены.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, главы, посвященной материалам и методам исследования, семи глав, в которых приведены результаты и их обсуждение, выводов и списка использованной литературы (437 наименований). Объем диссертации составляет 371 страницу, в том числе 102 рисунка и 73 таблицы.
ичное участие автора. ичный вклад соискателя заключается в постановке задач, проведении экспериментов и теоретического анализа, в статистической обработке, интерпретации и публикации полученных результатов, формулировке новых закономерностей, а также в участии в разработке технической документации на новые виды хлебобулочных изделий и их промышленной апробации на предприятиях отрасли.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении изложена актуальность выбранного научного направления, сформулирована сущность решаемой научной проблемы, раскрыта научная новизна работы и ее практическая значимость. В главе 1 рассмотрены пути поступления тяжелых металлов в растения, их биологическая роль и токсичность, дано представление о путях и механизмах поглощения и транспорта металлов в растениях, приводятся сведения о формах соединений металлов в растениях и механизмах металлоустойчивости. Специальный раздел посвящен целлюлолитическим ферментам и их субстратам. В нем представлены состав оболочек зерновки, строение первичной клеточной стенки растений, классификация и свойства ферментов целлюлазного комплекса. Далее в главе 1 изложены сведения о микрофлоре зерна и описаны известные пути снижения ее количества. Рассмотрены перспективы применения в пищевых технологиях растительного сырья, обладающего антимикробным действием. Дан анализ основных исследований в области технологии производства зерновых хлебобулочных изделий. Приводится информация о существующих изобретениях, касающихся способов производства хлеба из целого зерна злаковых культур. В главе 2 приведены объекты и используемые в работе методы исследования. Объектами исследования являлось зерно пшеницы, ржи и тритикале, ферментные препараты Целловиридин Г20х, комплексный препарат на основе фитазы, Pentopan 500 BG, Fungamyl Super AX, Biobake - 721, водные экстракты шишек хмеля, плодов рябины обыкновенной, луковицы чеснока, измельченных цедры апельсина и корня хрена, типовые штаммы микроорганизмов: Bacillus subtilis ВКМ-B-501, Micrococcus luteus ВКМ-As-2230, Aspergillus candidas ВКМ-F-3908, Aspergillus flavus ВКМ-F-1024, Penicillium expansion ВКМ-F-275, Penicillium crustosum ВКМ-F-4080, Mucor mucedo ВКМ-F-1257, Mucor racemosus var. Sphaerosporus ВКМ-F-541, Rhizopus stolonifer ВКМ- F-200 и хлебобулочные изделия на основе целого зерна, в технологии которых использовали биокатализаторы на основе целлюлаз и водные экстракты приведенного растительного сырья. Предметом исследования были химический и микробиологический состав, биохимические и морфологические, свойства зерна, антимикробные свойства водных экстрактов растительного сырья, органолептические, физико-химические и реологические свойства зерновых хлебобулочных изделий. В последующих главах изложены результаты экспериментальных исследований диссертационной работы и приводится их обсуждение. На рисунке 1 представлена структурная схема эксперимента.
Глава 3. Качественная характеристика зернового сырья, произрастающего в Центральном регионе России
Проведена оценка зернового сырья, производимого на сельскохозяйственных угодьях Центрального региона России (Орловской, Брянской областей).
Исследованные качественные показатели зерна некоторых сортов пшеницы, ржи, и тритикале, в том числе белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов, показывают, что возделываемые в регионе сорта злаковых культур обладают хорошими хлебопекарными свойствами.
Однако в эпоху глобального загрязнения окружающей среды зольный состав растений рассматривается как один из существенных показателей качества, без которого невозможна оценка сырья для производства продуктов питания. Поэтому было исследовано зерновое сырье с точки зрения накопления тяжелых металлов с учетом видовых и сортовых особенностей злаковых культур (таблица 1). Содержание тяжелых металлов в зерне определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре фирмы Hitachi. Средние уровни содержания тяжелых металлов в зерне злаковых культур в условиях производственных посевов базового хозяйства в целом соответствуют общим закономерностям, установленным для переноса макро- и микроэлементов в звене почва - растение, и отражают существующие различия в химических свойствах и биологической роли элементов, видовых особенностях растений. Однако отмечается превышение 0,51 уровня ДУ и наличие сопоставимых с порогом фитотоксичности пределов накопления никеля, хрома, свинца и кадмия, которые определены приоритетными загрязнителями исследованных агроценозов. Именно этот факт придает особую актуальность поиску способов снижения содержания загрязнителей в зерне в процессе его переработки.
Рисунок 1 - Схема проведения исследований
Таблица 1 - Содержание тяжелых металлов в зерне районированных сортов озимой пшеницы, ржи и тритикале (средние данные за 2000-2005 г.г.), мг/кг
Сорт | Ni | Cu | Pb | Zn | Cd | Cr |
Пшеница | ||||||
Московская 39 | 0,3170,012 | 2,1300,127 | 0,1850,009 | 22,431,23 | 0,2130,016 | 0,2130,014 |
Мироновская 808 | 0,1960,011 | 2,4200,121 | 0,3290,017 | 23,001,65 | 0,3090,011 | 0,1380,017 |
Арбатка | 0,3680,014 | 2,0100,133 | 0,4810,014 | 20,821,59 | 0,2740,018 | 0,1730,007 |
Саратовская белая | 0,5520,009 | 1,8100,113 | 0,4320,018 | 22,052,080 | 0,4570,008 | 0,2210,011 |
Колос Дона | 0,6230,012 | 1,7200,122 | 0,2670,011 | 23,531,88 | 0,6500,009 | 0,2360,009 |
Инна | 0,1250,009 | 2,3800,108 | 0,4950,014 | 22,602,03 | 0,1250,012 | 0,1500,013 |
Заря | 0,4110,016 | 2,1700,120 | 0,3950,022 | 23,161,34 | 0,3190,008 | 0,2190,008 |
Рожь | ||||||
Орловская 9 | 0,3690,009 | 3,2360,156 | 0,3270,015 | 24,151,07 | 0,3170,009 | 0,2660,014 |
Таловская 33 | 0,4830,012 | 3,1580,143 | 0,4320,017 | 23,332,10 | 0,2450,012 | 0,3510,011 |
Тритикале | ||||||
Тальва 100 | 0,1500,010 | 1,0200,112 | 0,2510,013 | 18,251,13 | 0,0050,001 | 0,0340,007 |
ПДК [Ягодин Б.А., 2002] | 0,5 | 5,0 | 0,2 | 25,0 | 0,02 | 0,2 |
ДУ [СанПиН 2.3.2.1078-01] | - | - | 0,5 | - | 0,1 | - |
Для проведения дальнейших исследований было выбрано базовое хозяйство, расположенное в Болховском районе Орловской области, пострадавшее в результате аварии на Чернобыльской АЭС, попав в зону радиоактивного загрязнения с плотностью до 15 Ки/км2. Было определено содержание тяжелых металлов и радионуклидов в зерне пшеницы, ржи и тритикале, произрастающих в базовом хозяйстве (таблица 2). Анализ осуществлялся с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра Hitachi и многоканального -анализатора Compugamma 1282 LKB-Wallac.
Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов и радионуклидов в зерне озимой пшеницы, ржи и тритикале, выращиваемых в базовом хозяйстве (средние данные за 2004-2008 г.г.)
Элемент | Озимая пшеница (Московская 39) | Рожь (Орловская 9) | Тритикале (Тальва 100) | ПДК [Ягодин Б.А., 2002] | ДУ [СанПиН 2.3.2.1078-01] |
Cu, мг/кг | 4,55 | 5,25 | 4,70 | 5,00 | |
Zn, мг/кг | 23,5 | 24,9 | 24,3 | 25,00 | |
Ni, мг/кг | 0,80 | 0,71 | 0,65 | 0,50 | |
Cr, мг/кг | 0,74 | 0,60 | 0,45 | 0,20 | |
Pb, мг/кг | 0,42 | 0,38 | 0,44 | 0,20 | 0,50 |
Cd, мг/кг | 0,34 | 0,42 | 0,37 | 0,02 | 0,10 |
Cs137, Бк/кг | 55,7 | 56,9 | 46,4 | 70,0 | |
Sr90, Бк/кг | 28,4 | 29,1 | 28,6 | 40,0 |
С помощью рентгеноспектрального ЭДС детектора miniCup в системе электронного сканирующего микроскопа JEOL JSM 6390 было изучено распределение химических элементов по морфологическим частям зерновки. Установлено, что элементы, входящие в состав металлоферментов, преобладают в зародыше. Элементы загрязнители в зерне пшеницы, ржи и тритикале концентрируются в основном в периферических частях зерновки, что указывает на возможность использования биокатализаторов на основе целлюлаз для модификации нативной структуры оболочек зерна и освобождения ионов химических элементов.
Глава 4. Теоретическое и практическое обоснование применения биокатализаторов на основе целлюлаз для снижения содержания токсических элементов и радионуклидов в зерне
Для модификации структуры плодовой и семенной оболочек зерна пшеницы, ржи и тритикале с целью снижения содержания токсических элементов в зерне, использовали ферментные препараты целлюлолитического действия: отечественный промышленный препарат серии Целловиридин Г20х (продуцент Trichoderma reesei), содержащий комплекс ферментов целлобиогидролазу, -глюканазу, ксиланазу (целлюлазная активность - 3522 ед/г, ксиланазная - 728 ед/г) и лабораторный препарат на основе фитазы F 4.2B (P-215) FD-UF (ИБФМ РАН г. Пущино), продуцент Penicillium canescens, в состав которого входят целлобиогидролаза, -глюканаза, ксиланаза и фитаза (фитазная активность 12008 ед/г, ксиланазная - 803 ед/г), а также препараты от зарубежных производителей ферментов: фирмы Novozymes: Pentopan 500 BG: продуцент Humicola insolens, содержит ксиланазу (ксиланазная активность 2700 ед/г) и Fungamyl Super AX, в состав которого входят ксиланаза и -амилаза продуцент Aspergillus oryzae (ксиланазная активность 2500 ед/г); препарат фирмы Quest - Biobake - 721, содержащий ферменты ксиланазу (ксиланазная активность 721 ед/г).
Ферментные препараты применяли на стадии замачивания зерна. Процесс проводили при рН 4,5 и температуре 50С в условиях термостата. Выбор параметров замачивания обусловлен оптимальными температурой и рН для действия ферментов, входящих в состав ферментных комплексов. Для поддержания рН среды использовали цитратный буфер. Рациональные дозы биокатализаторов на основе целлюлаз, применяемых при замачивании для снижения токсичных элементов свинца и кадмия, нормируемых СанПиНом, в зерне злаковых культур были определены в результате математической обработки экспериментальных данных. Для получения регрессионных зависимостей с полями дозы ферментных препаратов и продолжительность замачивания зерновой массы проведено изучение изменения показателей содержания свинца и кадмия в зерне пшеницы, ржи и тритикале. На рисунке 2 представлены графики поверхностей, полученные при обработке экспериментальных данных по влиянию препарата Целловиридин Г20х на содержание свинца и кадмия в зерне пшеницы при разной продолжительности замачивания.
z = -0,078xy + 0,00003981y2 - 0,00373y + z = -0,352xy + 0,0008621y2 - 0,0091y + 0,662
0,305 +0,201x - 1,866x2 +2,452x - 27,166x2
1 2
Рисунок 2 - Влияние концентрации препарата Целловиридин Г20х и продолжительности замачивания на содержание свинца (1) и кадмия (2) в зерне пшеницы
Показатели содержания тяжелых металлов коррелировали с величиной доз ферментных препаратов. Рациональные дозировки для различных препаратов составили 0,004-0,09% от массы сухих веществ зерна пшеницы и 0,008-0,18% от массы сухих веществ зерна ржи. Для тритикале использовали только препарат Целловиридин Г20х, рациональной дозировкой которого являлась 0,09% от массы сухих веществ зерна.
Для определения влияния различных ферментных препаратов целлюлолитического действия на изменение содержания никеля, хрома и радионуклидов Cs137 и Sr90 в зерне пшеницы и ржи в процессе замачивания проводили исследование динамики их содержания в субстратах. Отмечены общие закономерности в динамике содержания изучаемых элементов. С первых часов замачивания содержание загрязнителей начинает стремительно падать и к 12 часам замачивания зерна этот процесс замедляется. В таблице 3 приведены результаты исследования влияния биокатализаторов на основе целлюлаз на снижение содержания тяжелых металлов в зерне на примере зерна пшеницы сорта Московская 39.
Оболочки зерна хлебных злаков обладают пониженной гигроскопичностью. Динамику поглощения воды зерном пшеницы, ржи и тритикале определяет состав ферментных комплексов препаратов и удельный расход воды при замачивании (гидромодуль). Установлено, что увеличение соотношения зерно:вода более 1:1,5, не приводит к значительному изменению динамики влажности зерна при замачивании.
Экспериментально установлена рациональная продолжительность замачивания в оптимальных условиях (температура 50С, рН 4,5), которая для зерна пшеницы и тритикале составила 12, для зерна ржи - 16 часов для всех используемых биокатализаторов. За этот период времени влажность зерна достигает 40% и более, что необходимо для получения зерновой массы, способной подвергаться диспергированию и позволит использовать зерновое сырье для производства хлебобулочных изделий.
Таблица 3 - Влияние ферментных препаратов целлюлолитического действия на содержание тяжелых металлов в зерне пшеницы
Вариант опыта | Содержание элементов в зерне, мг/кг | |||||
Cd | Pb | Ni | Zn | Cu | Cr | |
Без промывания водой | ||||||
Контроль (вода без ферментных препаратов)) | 0,653 0,010 | 0,259 0,013 | 0,454 0,012 | 23,230 0,141 | 2,133 0,026 | 0,211 0,012 |
Целловиридин Г20х | 0,225 0,015 | 0,167 0,011 | 0,333 0,014 | 18,812 0,247 | 1,721 0,019 | 0,115 0,007 |
Biobake 721 | 0,359 0,018 | 0,206 0,014 | 0,364 0,017 | 20,823 0,156 | 1,864 0,022 | 0,143 0,09 |
Pentopan 500 BG | 0,438 0,011 | 0,243 0,016 | 0,403 0,016 | 22,607 0,221 | 2,097 0,033 | 0,165 0,013 |
Fungamyl Super AX | 0,416 0,013 | 0,230 0,013 | 0,416 0,013 | 21,984 0,219 | 1,996 0,021 | 0,184 0,011 |
Препарат на основе фитазы | 0,204 0,010 | 0,154 0,013 | 0,327 0,012 | 20,036 0,179 | 1,804 0,028 | 0,118 0,007 |
После промывания водой | ||||||
Контроль (вода без ферментных препаратов) | 0,529 0,021 | 0,222 0,012 | 0,329 0,015 | 23,006 0,050 | 2,011 0,030 | 0,202 0,008 |
Целловиридин Г20х | 0,078 0,014 | 0,067 0,013 | 0,101 0,012 | 18,133 0,032 | 1,422 0,019 | 0,111 0,007 |
Biobake 721 | 0,196 0,012 | 0,121 0,011 | 0,110 0,014 | 20,232 0,054 | 1,736 0,023 | 0,135 0,012 |
Pentopan 500 BG | 0,336 0,019 | 0,201 0,014 | 0,121 0,015 | 22,127 0,043 | 1,936 0,017 | 0,148 0,010 |
Fungamyl Super AX | 0,309 0,018 | 0,187 0,012 | 0,119 0,013 | 21,571 0,049 | 1,830 0,020 | 0,163 0,013 |
Препарат на основе фитазы | 0,097 0,011 | 0,060 0,007 | 0,102 0,011 | 19,384 0,030 | 1,589 0,034 | 0,115 0,008 |
Механизм защиты растений от поступления высокого уровня тяжелых металлов в клетки и ткани заключается в связывании большей части металлов клеточной стенкой. В литературе приводятся данные о том, что в случае повреждения клеточных мембран наблюдается пассивная утечка соединений металлов из различных компартментов клетки. Низкие значения рН, а также присутствие экзаметаболитов и комплексонов играют важную роль в стратегии снижения внутриклеточного уровня токсических элементов [Parry, Hayward, 1973; Mierle, Stokes, 1976; Дмитриева и др., 2003].
С помощью электронного сканирующего микроскопа JEOL JSM 6390, используя увеличение х700, была рассмотрена микроструктура поверхности зерновки хлебных злаков на продольных срезах нативного зерна, а также зерна, обработанного водой и ферментными препаратами целлюлолитического действия при оптимальных параметрах замачивания (рисунок 3). Изменения, происходящие в микроструктуре зерна, определяются составом ферментного комплекса препарата и видовыми особенностями зерновых культур.
Рисунок 3 - Микроструктура поверхности зерна пшеницы под действием ферментных препаратов целлюлолитического действия ( увеличение х700).
1 - зерно, замоченное в воде без ферментных препаратов (контроль);
2 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Целловиридин Г20х;
3 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Biobake 721;
4 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Pentopan 500 BG;
5 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Fungamil Super AX;
6 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата на основе фитазы;
7 - исходное зерно без замачивания.
Поверхность нативного зерна пшеницы имеет характерный рельеф первого порядка, представляющий собой параллельные тяжи целлюлозных фибрилл различной толщины и извилистости, покрытые эпидермальными производными полисахаридных компонентов матрикса. Под действием воды и биокатализаторов на основе целлюлаз произошло изменение рельефа поверхности зерна, которое выражено в виде оголенных пучков длинных практически неповрежденных волокон, произошло разрушение межфибриллярных поперечных сшивок, построенных из молекул гемицеллюлоз. На поверхности образовались ячейки шириной 8-20 мкм, ограниченные крупными кутикулярными тяжами, преобладает параллельная текстура микрофибрилл. Оголившиеся межфибриллярные паракристаллические участки становятся доступными для воды, коллоидов и хелатов.
В ходе ферментативного гидролиза изменяются физико-химические параметры субстратов. Одним из критериев реакционной способности целлюлозосодержащего сырья является выход восстанавливающих сахаров в процессе гидролиза (рисунок 4). Концентрация восстанавливающих сахаров в зерне пшеницы через 12 часов гидролиза составляет 0,92-1,47%, ржи - 1,11-1,57%. тритикале - 1,95%.
Рисунок 4 - Динамика образования
восстанавливающих сахаров в процессе замачивания зерна
пшеницы с ферментными препаратами
Для оценки деструкции целлюлозосодержащего комплекса периферических частей зерновки с помощью жидкостного хроматографа Agilent 1100 был определен состав низкомолекулярных продуктов гидролиза в зерне пшеницы и тритикале после 12 часового гидролиза и зерне ржи после 16 часового замачивания с биокатализаторами на основе целлюлаз. Разделение смеси сахаров проводили на анионообменной колонке с привитой аминофазой с последующим электрохимическим детектированием. В таблице 4 представлены результаты анализа продуктов гидролиза некрахмальных полисахаридов на примере зерна пшеницы.
Изменение матрикса клеточных стенок в периферических частях зерновки злаковых культур под действием воды и биокатализаторов на основе целлюлаз сопровождается нарушением химической структуры образуемой системы. Происходит гидролиз гликозидных связей в молекулах полисахаридов, частично разрушаются узлы каркаса матрикса, образуются вещества с низкой молекулярной массой и высокой растворимостью. В экстрактах зерна злаковых культур увеличивается количество мальтозы на 17,0 - 38,5 % по сравнению с нативным зерном. Наблюдается тенденция к увеличению количества неидентифицированных сахаров.
Таблица 4 - Углеводный состав зерна пшеницы, г/л
Сахар | Зерно без замачивания | Зерно после замачивания в | |||||
воде | растворе ферментного препарата | ||||||
Целловиридин Г20х | Biobake 721 | Pentopan 500 BG | Fungamil Super AX | На основе фитазы | |||
арабиноза | 0,00 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,02 | 0,02 | 0,01 |
галактоза | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
глюкоза | 0,34 | 0,39 | 0,38 | 0,36 | 0,43 | 0,49 | 0,36 |
сахароза | 0,11 | 0,13 | 0,13 | 0,12 | 0,11 | 0,15 | 0,13 |
ксилоза | 0,00 | 0,00 | 0,02 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,02 |
фруктоза | 0,30 | 0,22 | 0,23 | 0,24 | 0,24 | 0,27 | 0,23 |
раффиноза | 0,01 | 0,01 | 0,04 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,03 |
неидентифициро-ванный сахар | 0,02 | 0,03 | 0,05 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,04 |
целлобиоза | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
мальтоза | 1,76 | 1,97 | 2,06 | 2,12 | 2,10 | 2,13 | 2,10 |
Сумма сахаров | 2,43 | 2,76 | 2,92 | 2,90 | 2,95 | 3,10 | 2,91 |
Для оценки характера изменения микроструктуры и морфологии плодовых оболочек зерна злаковых культур готовили поперечные срезы на примере зерна пшеницы сорта Московская 39, которые изучали с помощью электронной сканирующей микроскопии с увеличением х4000 (рисунок 5).
Под действием биокатализаторов на основе целлюлаз в плодовых облочках образуются продольные разрывы, обнаруживаются оголенные цепи полисахаридов, на концах волокон - фибрилляция. Волокна изгибаются, обрастают бахромой, которая, видимо, образуется из разрушенных внешних слоев соседних волокон микрофибрилл. Таким образом, наблюдается деструктуризация некрахмальных полимеров покровов семени, которая может привести к десорбции ионов металлов и активной миграции их за пределы зерновки.
Важным механизмом детоксикации тяжелых металлов в цитоплазме является их хелатирование - образование комплексных соединений органических веществ с металлами. При этом лигандами могут быть органические кислоты, аминокислоты, фитохелатины и металлотионеины, глютатион, никотинамид [Барсукова В.С., 1987; Taylor G.J., 1987; Nordberg G., 1996].
Указанные соединения в растениях играют роль транспортных биокомплексов (ионофоров) выполняющих функцию поддержания клеточного гомеостаза и транспорта биогенных и токсических элементов. В водной фазе самыми распространенными лигандами являются органические кислоты и молекулы воды, поэтому гидролиз и комплексообразование - наиболее обычные реакции. Часть тяжелых металлов, адсорбированных на клеточных стенках или связанных хелатирующими агентами, легко может быть отмыта. При использовании комплексонов образуются гидрофильные каналы, что приводит к утечке через образовавшиеся поры низкомолекулярных веществ из цитоплазмы [Wallace A., 1979].
Рисунок 5 - Изменение микроструктуры плодовой оболочки зерна пшеницы под действием ферментных препаратов целлюлолитического действия (увеличение х4000).
1 - зерно, замоченное в воде без ферментных препаратов (контроль);
2 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Целловиридин Г20х;
3 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Biobake 721;
4 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Pentopan 500 BG;
5 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Fungamil Super AX;
6 - зерно, замоченное в растворе ферментного препарата на основе фитазы;
7 - исходное зерно без замачивания.
С помощью электронного сканирующего микроскопа JEOL JSM 6390 с увеличением х6000-х13000 выполнены фотографии поверхности плодовых оболочек зерна пшеницы. На микрофотографиях хорошо просматриваются поры в оболочках. После замачивания зерна пшеницы в воде в течение 12 часов при температуре 50С размер пор в плодовых оболочках составляет 132,0-253,6 нм.
При обработке в процессе замачивания зерна пшеницы буферными растворами рН 4,5 размеры пор возрастают и составляют 321,3-555,5 нм, что позволяет ускорить процессы проникновения комплексонов через измененные поры, образования подвижных биокомплексов и транспорта токсических элементов.
Роль хелатирующего агента в проведенных исследованиях выполняет лимонная кислота, которая входит в состав цитратного буфера и используется для поддержания рН на оптимальном для действия применяемых ферментных препаратов уровне 4,5. Под влиянием биокатализаторов на основе целлюлаз полисахариды, составляющие матрикс клеточных стенок модифицируются, нарушается система нативных межмолекулярных связей между основными структурными компонентами полисахаридного комплекса, происходит процесс мацерации структур оболочек и частичная фрагментация самих полимеров. Это обеспечивает разрушение межклеточного вещества, приводя к разъединению клеток, солюбилизации продуктов гидролиза и глубокому проникновению хелатора через измененные поры. Процесс сопровождается десорбцией ионов тяжелых металлов, связанных с молекулами некрахмальных полисахаридов.
Экспериментальными исследованиями промывных вод и морфологических частей зерновки после промывания проточной водой доказано, что происходит сдвиг равновесия концентрации ионов изучаемых химических элементов в сторону жидкой фазы. Промывание зерна проточной водой приводит к дальнейшему снижению содержания токсичных элементов в зерновке. Так, при применении ферментного препарата Целловиридин Г20х содержание свинца в зерне пшеницы после промывания снизилось по сравнению с контролем без ферментных препаратов и без промывания на 88,1 %, кадмия - на 74,2, никеля - на 87,8, цинка - на 22,0, меди - на 33,4 и хрома - на 47,4 %, в зерне ржи - на 60,2, 64,9, 62,1, 12,9, 28,9, 27,9 % , в зерне тритикале на 70,8, 63,3, 64,1, 9,3, 9,6 и 51,2% соответственно. Промывание зерна привело к выносу ионов с промывными водами за пределы твердой фазы.
Ферментные препараты Целловиридин Г20х и на основе фитазы практически в одинаковой степени способствуют снижению содержания изучаемых химических элементов в зерне злаковых культур после замачивания и промывания водой. Препараты различаются составом ферментных комплексов и активностью их компонентов. С целью изучения вклада отдельных ферментов, входящих в состав комплексов ферментных препаратов, в процесс десорбции металлов был проведен опыт с использованием для замачивания зерна пшеницы и ржи экспериментальных лабораторных образцов ферментных препаратов, полученных на основе грибной культуры Penicillium canescens: EgP6 ферментный комплекс представлен фитазой и -глюканазой; фитаза F17.2 ферментный комплекс представлен фитазой и ксиланазой и Xyl 23 содержит фермент ксиланазу (лаборатория физико-химической биотрансформации полимеров химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова). Наибольшее снижение металлов происходит при использовании для замачивания зерна препарата на основе фитазы, в состав которого входят ферменты: целлобиогидролаза, -глюканаза, ксиланаза и фитаза. Препарат EgP6 (1108), содержащий -глюканазу и фитазу, также был эффективен при снижении содержания исследуемых химических элементов в зерне. Вероятно в процессе десорбции элементов основная роль принадлежит ферменту -глюканаза в комплексе с целлобиогидролазой. Эндоглюканазам принадлежит важнейшая роль в действии полиферментных систем, поскольку они первыми атакуют целлюлозу и концентрируются сначала на участках полимера с дефектами структуры и отщепляют целлоолигосахариды. Целлобиогидролазы отщепляют целлобиозу и глюкозу в процессе гидролиза целлюлозы и целлоолигосахаридов. Ферменты оказывают давление на стенки пор оболочек и микротрещин в целлюлозных мицеллах. Волокна целлюлозы не теряют формы, но разрыхляются и в пространство между ними проникает вода, увеличивая межфибриллярные промежутки, что способствует увеличению площади апопласта, представляющего собой гидростатическую систему, обеспечивающую транспорт ионов. Ксиланаза катализирует гидролиз гемицеллюлозы. В результате происходит деструктуризация гемицеллюлоз, образующих экранирующий слой на поверхности целлюлозных микрофибрилл, не затрагивая целлюлозных волокон. Было изучено относительное содержание химических элементов в промывных водах после замачивания зерна пшеницы и тритикале в течение 12 часов, ржи в течение 16 часов с ферментными препаратами целлюлолитического действия в условиях режимов, оптимальных для действия ферментных систем. Установлено, что приоритетные загрязнители - кадмий, свинец, хром и никель под действием биокатализаторов в большей степени переходят в промывные воды, чем в варианте с замачиванием зерна в воде.
Таким образом, проведенные экспериментальные исследования позволили сформулировать концепцию механизма снижения содержания токсических элементов в зерновом сырье путем обработки биокатализаторами на основе целлюлаз, с осуществлением ферментативного гидролиза, приводящего к мацерации структур оболочек, деструктуризации и фрагментации полимеров, изменению пор, солюбилизации продуктов гидролиза и десорбции ионов.
Глава 5. Разработка приемов повышения микробиологической безопасности зерна в процессе замачивания.
Применение процесса ферментации при замачивании зерна, с использованием режимов замачивания: температура 50С, рН 4,5 и продолжительность процесса 12-16 часов, создает благоприятные условия для развития и размножения эпифитной микрофлоры и плесеней хранения. При этом возможно образование микотоксинов. Значительное обсеменение зерна группой КМАФАнМ и плесневыми грибами приводит к закисанию зерна в процессе замачивания и присутствию в зерновой массе и хлебе неприятного затхлого запаха.
Исследование состава микрофлоры зерна злаковых культур до и после замачивания показали, что исходное зерно пшеницы, ржи и тритикале значительно обсеменено микроорганизмами (общее микробное число составляет 2,8104 , 3,2104 и 3,0104 КОЕ/г), после замачивания обсемененность зерна возрастает до 35% и составляет 3,5104, 4,5 104 и 3,8104 КОЕ/г. Наиболее многочисленной группой микроорганизмов, обсеменяющих поверхность зерна, являются КМАФАнМ, плесневые грибы и дрожжи.
Подбор сырья для снижения микробиологической обсемененности зерна в процессе замачивания проводили, основываясь на особенностях химического состава и концентрации биологически активных веществ, обладающих антимикробным действием.
Качественный анализ используемого растительного сырья (водных экстрактов шишек хмеля, плодов рябины обыкновенной, луковицы чеснока, корня хрена и цедры апельсина), проведенный с помощью микроколоночного жидкостного хроматографа Милихром УФ-5, показал наличие в исследуемых водных экстрактах пиков, соответствующих времени удерживания органических, фенолкарбоновых кислот и антоцианов.
Установлено, что замачивание зерна злаковых культур в водных экстрактах исследуемого растительного сырья позволяет снизить количество КМАФАнМ на 27,9-90%, плесневых грибов и дрожжей на 47,6-100%, спорообразующих бактерий на 36,2-100%.
Исследована антимикробная активность водных экстрактов растений против типовых штаммов Bacillus subtilis, Micrococcus luteus, Aspergillus candidas, Aspergillus flavus, Penicillium expansion, Penicillium crustosum, Mucor mucedo, Mucor racemosus var. Sphaerosporus, Rhizopus stolonifer. Результаты исследований антимикробной активности растительных экстрактов в опытах с чистыми культурами микроорганизмов представлены в таблице 5.
В результате проведенных исследований установлено, что водные экстракты шишек хмеля и луковицы чеснока обладают более выраженным антимикробным действием в отношении плесневых грибов и дрожжей. Диаметры зон угнетения роста грибной микрофлоры при действии экстракта шишек хмеля составили 12,3 - 17,7 мм, экстракта луковицы чеснока и измельченного корня хрена - 10,3 - 17,7 мм. Экстракты шишек хмеля и измельченного корня хрена не проявили антимикробного действия в отношении грибов рода Mucor. Экстракт измельченной цедры апельсина проявил антибиотическую активность по отношению к исследуемым типичным штаммам грибов видов Penicillium expansion и Mucor racemosus. Типовой штамм спорообразующей бактерии Bacillus subtilis чувствителен по отношению к экстрактам шишек хмеля, луковицы чеснока и измельченного корня хрена. Изучаемый штамм молочнокислых бактерий Lactobacillus plantarum устойчив к действию экстракта шишек хмеля и измельченной цедры апельсина. Диаметры зон угнетения роста типичного штамма Micrococcus luteus при действии изучаемых растительных экстрактов составили 10,3 - 17,7 мм.
Таблица 5Ц Антимикробная активность водорастворимых растительных экстрактов
Вид микроорганизма | Диаметры зон угнетения роста тест-культур микроорганизмов, мм | ||||
Экстракт | |||||
Шишки хмеля | Плоды рябины обыкновенной | уковица чеснока | Корень хрена | Цедра апельсина | |
Bacillus subtilis ВКМ-B-501 | 13,30,6 | 14,70,6 | 16,70,6 | 15,30,6 | зона отсутствует |
Lactobacillus plantarum 8P-A3 | зона отсутствует | 11,30,6 | 10,70,6 | 12,30,6 | зона отсутствует |
Micrococcus luteus ВКМ-As-2230 | 10,70,6 | 11,30,6 | 16,70,6 | 17,70,6 | 14,70,6 |
Aspergillus candidas ВКМ-F-3908 | 12,30,6 | 10,70,6 | 17,70,6 | 17,70,6 | зона отсутствует |
Aspergillus flavus ВКМ-F-1024 | 16,70,6 | 11,30,6 | 11,30,6 | зона отсутствует | зона отсутствует |
Penicillium expansion ВКМ-F-275 | 15,30,6 | 12,70,6 | 17,70,6 | 13,70,6 | 17,70,6 |
Penicillium crustosum ВКМ-F-4080 | 13,70,6 | зона отсутствует | 10,30,6 | 10,30,6 | зона отсутствует |
Mucor mucedo ВКМ-F-1257 | зона отсутствует | зона отсутствует | 10,30,6 | зона отсутствует | зона отсутствует |
Mucor racemosus var. sphaerosporus ВКМ-F-541 | зона отсутствует | зона отсутствует | 17,70,6 | зона отсутствует | 17,70,6 |
Rhizopus stolonifer ВКМ- F-2005 | 17,70,6 | 12,70,6 | 17,70,6 | 12,30,6 | зона отсутствует |
При замачивании зерна злаковых культур наряду с ферментными препаратами целлюлолитического действия использовали буферный раствор с целью обеспечения оптимального значения рН для работы ферментных комплексов препаратов. В связи с этим было исследовано влияние цитратного буфера, а также буфера, содержащего янтарную кислоту на антимикробную активность растительных экстрактов. Проведенные исследования показали, что антимикробная активность экстрактов по отношению ко всем изучаемым видам микроорганизмов при введении в питательную среду буферных растворов возрастает. Степень влияния буферных растворов на изменение антимикробной эффективности экстрактов различна.
При определении чувствительности изучаемых видов микроорганизмов к действию экстрактов шишек хмеля, плодов рябины, луковицы чеснока, измельченных корня хрена и цедры апельсина установлено, что диаметры зон угнетения роста тест-культур в опытах с буферными растворами на 5,9-28,0% больше зон угнетения роста тест-микроорганизмов в контроле.
При использовании цитратного буфера экстракт измельченного корня хрена проявляет активность по отношению к Aspergillus flavus, в то время как на контроле зона задержки роста данного микроорганизма отсутствовала. Буферный раствор, содержащий янтарную кислоту, в большей степени усиливает антимикробный эффект растительных экстрактов. В присутствии буферного раствора, содержащего янтарную кислоту, исследуемые экстракты проявляли свою активность по отношению к грибам рода Mucor, в то время как в контроле эти грибы были чувствительны только к экстракту луковицы чеснока. Буферный раствор, содержащий янтарную кислоту, значительно усиливал эффект экстракта измельченной цедры апельсина в отношении всех изучаемых микроорганизмов, кроме Aspergillus candidas.
Проведенные исследования показали, что совместное применение водных экстрактов шишек хмеля, плодов рябины обыкновенной, луковицы чеснока, корня хрена и цедры апельсина и буферных растворов на основе лимонной и янтарной кислот позволяет увеличить диаметры зон угнетения роста типовых штаммов микроорганизмов: Bacillus subtilis ВКМ-B-501, Micrococcus luteus ВКМ-As-2230, Aspergillus candidas ВКМ-F-3908, Aspergillus flavus ВКМ-F-1024, Penicillium expansion ВКМ-F-275, Penicillium crustosum ВКМ-F-4080, Mucor mucedo ВКМ-F-1257, Mucor racemosus var. Sphaerosporus ВКМ-F-541, Rhizopus stolonifer ВКМ- F-200.
Совместное применение экстрактов растений, обладающих антимикробным действием, и ферментного препарата Целловиридин Г20х способствует снижению содержания тяжелых металлов после промывания водой в зерне пшеницы через 12 часов замачивания и в зерне ржи через 16 часов замачивания в оптимальных условиях. Отмечается снижение содержания кадмия на 86,8-91,3%, свинца - на 71,6-81,1%, никеля - на 69,9-74,8%, цинка - на 21,2-23,3%, меди - на 29,0-32,3%, хрома - на 53,0-58,4% в зерне пшеницы по сравнению с контрольным вариантом. В зерне ржи совместное применение экстракта луковицы чеснока и ферментного препарата Целловиридин Г20х позволяет снизить содержание кадмия на 70,9, свинца - на 65,6, никеля - на 60,1, цинка - на 13,9, меди - на 28,0, хрома - на 38,9% по сравнению с контролем. В зерне тритикале под действием водного экстракта цедры апельсина и препарата Целловиридин Г20х содержание указанных элементов снижается на 72,0, 76,1, 71,6, 10,4, 12,2, 58,0%.
Микрофотографии поверхности плодовых оболочек зерна пшеницы с увеличением сканирующего микроскопа х2700-х5500 показывают увеличение диаметра пор в оболочках в результате совместного применения экстрактов растений, обладающих антимикробным действием, и ферментного препарата Целловиридин Г20х, при замачивании зерна пшеницы в условиях, оптимальных для ферментативного гидролиза. При применении для замачивания зерна пшеницы водных экстрактов растительного сырья с препаратом целлюлолитического действия размер пор плодовых оболочек увеличивается незначительно по сравнению с зерном, замоченным в воде, и составляет 0,41-0,85 мкм в зависимости от природы экстракта. Замачивание зерна пшеницы в растворе с использованием экстракта чеснока и Целловиридина Г20х размеры пор были максимальными и варьировали от 0,76 до 1,42 мкм. Изменение пор плодовых оболочек зерна пшеницы способствует более глубокому проникновению хелаторов. Образующиеся комплексы с тяжелыми металлами свободно переходят в жидкую фазу и выносятся за пределы зерновки с промывными водами.
В таблице 6 представлены коэффициенты перехода приоритетных загрязнителей из зерна в промывные воды. Приведенные данные показывают, что из зерна пшеницы и ржи тяжелые металлы извлекаются после замачивания и промывания водой не в равной степени. Значения коэффициента перехода изучаемых элементов в промывные воды для зерна пшеницы выше, чем для зерна ржи, хотя оптимальное время замачивания зерна ржи составило на 4 часа больше, чем для зерна пшеницы. Наибольшее значение коэффициента перехода из зерна в промывные воды наблюдается для кадмия - элемента чрезвычайной подвижности при рН 4,5.
Таблица 6Ц Коэффициенты перехода тяжелых металлов из зерна в промывные воды (Кп)
Вариант опыта | Кадмий | Свинец | Никель | Хром |
Пшеница | ||||
Контроль без ферментного препарата | 1,31 | 1,38 | 1,73 | 1,80 |
Зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Целловиридин Г20х | ||||
В воде | 8,33 | 4,57 | 5,62 | 3,28 |
В экстракте шишек хмеля | 14,97 | 7,29 | 6,84 | 4,33 |
В экстракте плодов рябины обыкновенной | 9,84 | 5,28 | 5,92 | 3,83 |
В экстракте луковицы чеснока | 10,77 | 6,12 | 6,45 | 3,83 |
В экстракте корня хрена | 13,78 | 4,86 | 5,74 | 3,87 |
В экстракте цедры апельсина | 9,98 | 5,28 | 6,68 | 4,13 |
Рожь | ||||
Контроль без ферментного препарата | 1,38 | 1,20 | 1,32 | 1,44 |
Зерно, замоченное в растворе ферментного препарата Целловиридин Г20х | ||||
В воде | 3,10 | 2,96 | 2,70 | 1,93 |
В экстракте луковицы чеснока | 4,73 | 3,40 | 3,91 | 2,36 |
В меньшей степени мигрирует в промывные воды хром. Проведенные исследования показывают, что промывание зерна проточной водой после замачивания в растительных экстрактах на буферном растворе с ферментным препаратом Целловиридин Г20х в целом способствует образованию подвижных комплексов металлов с органическими соединениями, выносу их за пределы твердой фазы и повышению показателей безопасности зернового сырья.
Разработаны способы повышения безопасности зернового сырья с учетом снижения содержания тяжелых металлов, радионуклидов и микроорганизмов, предусматривающие совместное применение при замачивании зерна пшеницы, ржи и тритикале биокатализаторов на основе целлюлаз, буферных растворов на основе лимонной или янтарной кислот и водных экстрактов шишек хмеля, плодов рябины обыкновенной, луковицы чеснока, корня хрена и цедры апельсина.
Глава 6. Изменение некоторых биохимических показателей зерна злаковых культур в процессе набухания и прорастания под действием карбогидраз и фитазы
При применении в процессе замачивание зерна пшеницы, ржи и тритикале растворов ферментных препаратов целлюлолитического действия, содержащих рациональные дозировки, в оптимальных условиях для действия ферментных систем происходит целый ряд биохимических процессов, направленных на изменение углеводного состава и состояния амилазного комплекса зернового сырья. Эти изменения носят более выраженный характер по сравнению с изменениями, происходящими в зерне, замоченном в воде в тех же условиях. Под действием ферментных препаратов целлюлолитического действия снижается содержание целлюлозы в зерне пшеницы на 12,7Ц22,3%, в зерне ржи - на 2,4Ц7,5%, в зерне тритикале - на 5,6%, гемицеллюлоз - на 1,8Ц15,5, 13,4Ц22,8 и 9,8%, крахмала - на 1,5Ц9,6, 0,5Ц3,1 и 8,8% соответственно; возрастает количество водорастворимых пентозанов - на 27,4Ц69,8, 28,8-60,0 и 7,1% соответственно по сравнению с зерном злаковых культур, замоченным в воде.
Длительное нахождение зерна в воде приводит к увеличению активности амилолитических ферментов. Это может ухудшить хлебопекарные свойства зерна и привести к получению хлеба с липким и заминающимся мякишем. С помощью информационно-измерительного комплекса Амилотест было установлено изменение состояния углеводно-амилазного комплекса зерновой массы в процессе замачивания. Наблюдалось повышение автолитической активности зерновой массы под действием препаратов целлюлолитического действия. Показатель число падения под действием биокатализаторов снижается для зерна пшеницы на 1,0-9,5%, для зерна ржи - на 1,6-10,3% по сравнению с контролем. Применение ферментного препарата Целловиридин Г20х в меньшей степени способствует снижению показателя число падения - на 1,0 и 1,6% соответственно и на 5,3% для зерна тритикале. По оканчании процесса замачивания величины показателя число падения составляют 248-271 с для зерна пшеницы, 165-181 с - ржи в зависимости от применяемого ферментного препарата, 180 с - для зерна тритикале тритикале при применении препарата Целловиридин Г20х.
Исследована динамика изменения состояния белково-протеиназного комплекса зерна злаковых культур в процессе замачивания с ферментными препаратами целлюлолитического действия.
Установлено, что за 20 часов замачивания протеолитическая активность зерна пшеницы, тритикале и ржи изменяется незначительно (рисунок 6). Однако под действием ферментных препаратов наблюдается рост протеолитической активности зерна злаковых культур. В течение первых 8 часов замачивания протеолитическая активность зерна возрастает незначительно, затем наблюдается ее постепенное увеличение. Наибольшей протеолитической активностью обладает зерно, замоченное в ферментном препарате Fungamil Super AX, при этом ее активность возрастает через 12 часов замачивания на 29,16% по сравнению с контролем.
Длительное пребывание зерна пшеницы, тритикале и ржи в воде приводит к снижению содержания белка и изменению его фракционного состава.
Содержание белка в зерне пшеницы после 12 часового замачивания в воде и промывания уменьшилось на 7,4%, в зерне тритикале - на 5,6%, в зерне ржи после 16 часового замачивания и промывания - на 7,1%. При замачивании зерна пшеницы в воде снизилось количество белков альбуминовой, глобулиновой и глиадиной фракций, но, в то же время, произошло увеличение содержания глютенинов. Это можно объяснить тем известным фактом, что при нагревании зерна до 50-60С снижается растворимость белков и протеолитическая активность. На повышение температуры фракции водо- и солерастворимых белков реагируют в первую очередь, претерпевая частичную денатурацию. С другой стороны промывание зерна проточной водой приводит к некоторым потерям мобильных белков. Вследствие применения ферментных препаратов целлюлолитического действия фракционный состав белков зерна претерпевает несколько более значительные изменения. Ферментный препарат Целловиридин Г20х в наименьшей степени влияет на изменение состояния белкового комплекса. Содержание альбуминов в зерне пшеницы под действием препарата Целловиридин Г20х снижается на 7%, глобулинов - на 4,2% и глиадинов - на 1,9% по сравнению с зерном, замоченным в воде. Общее количество белка в зерне, обработанном Целловиридином Г20х, снизилось на 1,9% по сравнению с зерном, замоченным в воде. Близким по действию на состояние белкового комплекса ферментным препаратом к Целловиридину Г20х является препарат на основе фитазы. Наиболее значительные изменения претерпевает фракционный состав белка зерна, обработанного ферментным препаратом Fungamil Super AX.
В целом, изменения, произошедшие с белково-протеиназным комплексом зерна пшеницы, тритикале и ржи характерны для зерна, испытавшего незначительную термическую обработку и процесс замачивания. Такие изменения происходят в начальной стадии процесса проращивания зерна, они не столь выражены, чтобы ожидать значительного ухудшения хлебопекарных свойств зернового сырья.
Полипептидный состав суммарного белка зерна определяли одномерным ДДС-Na Цэлектрофорезом на гелевых пластинах с градиентом концентрации акриламида 10-20% в разделяющем геле (рН 8,8) и 6% -го акриламида в концентрирующем геле (рН 6,8). Электрофореграммы полипептидного состава белка некоторых образцов зерна пшеницы и ржи представлены на рисунке 7.
65 КДа
45 КДа
25 КДа
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
пшеница рожь
Рисунок 7 - Электрофореграммы белка пшеницы и ржи: 1 - Стандарт; 2-4 - нативное зерно; 5-7 - контроль; 8-10 - зерно обработанное Целловиридином
В зерне в процессе замачивания происходит синтез низкомолекулярных полипептидов с молекулярной массой 25 - 45 КДа для зерна пшеницы и тритикале и 45 - 65 КДа для зерна ржи. Особенно четко прослеживается картина появления новых полипептидов на электрофореграмме суммарного белка зерна, обработанного ферментными препаратами. Появление новых полипептидов говорит об эмбриональном пробуждении зародыша и синтезе новых белковых соединений.
При замачивании зерна изменения также происходят в составе липидного комплекса. Групповой состав липидов определяли методом тонкослойной хроматографии на пластинках Silufol с закрепленным слоем силикагеля. При замачивании зерна пшеницы в воде в течение 12 часов количество свободных жирных кислот увеличилось в 3,4 раза, в зерне тритикале - в 2,1 раза, при замачивании зерна ржи в течение 16 часов - в 1,5 раза. Под действием ферментных препаратов содержание свободных жирных кислот в зерне пшеницы после замачивания в течение 12 часов в оптимальных условиях увеличилось в 1,9-6,0 раз, в зерне тритикале - в 2 раза, в зерне ржи после замачивания в течение 16 часов - в 1,2-2,4 раза.
После замачивания зерна пшеницы в воде при температуре 50С в течение 12 часов незначительно возрастает содержание полярных липидов, моноглицеридов, -ситостерина, триглицеридов и эфиров стеринов. Замачивание зерна пшеницы в растворах ферментных препаратов целлюлолитического действия приводит к увеличению количества полярных липидов, моноглицеридов, триглицеридов. Влияние процесса замачивания зерна на изменение группового состава липидов приведено на примере зерна пшеницы (таблица 7).
Таблица 7 - Изменение группового состава липидов зерна пшеницы под действием биокатализаторов на основе целлюлаз при замачивании
Группы липидов | Содержание групп липидов в зерне, % | |||||||
нативном без замачивания | замоченном в воде | замоченном в растворах ферментных препаратов | ||||||
Цело вири дин Г20х | Bio bake 721 | Pento pan 500 BG | Funga mil Super AX | На основе фитазы | ||||
полярные липиды | 3,4 | 3,6 | 3,7 | 3,8 | 3,8 | 4,3 | 3,6 | |
моноглицериды | 0,4 | 0,6 | 0,6 | 0,7 | 0,6 | 0,8 | 0,6 | |
диглицериды | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
стерины | 0,6 | 0,6 | 0,7 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,7 | |
-ситостерин | 2,0 | 3,5 | 3,6 | 3,2 | 3,3 | 3,5 | 3,0 | |
свободные ЖК | 2,7 | 9,2 | 8,5 | 5,2 | 8,6 | 16,3 | 7,2 | |
триглицериды | 74,4 | 77,6 | 77,8 | 79,0 | 89,2 | 87,3 | 78,2 | |
эфиры стеринов | 7,9 | 9,1 | 9,3 | 8,1 | 2,8 | 3,0 | 9,2 | |
Процесс замачивания зерна в воде и в ферментных препаратах оказывает незначительное влияние на жирнокислотный состав липидов, определяемый методом газовой капиллярной хромотографии на хроматографе Carlo Erba Strumentazione, HRGC 5300 Mega Series (Италия). Содержание насыщенных жирных кислот (миристиновой, пальмитиновой, стеариновой) немного снижается. В то же время количество некоторых ненасыщенных жирных кислот (линолевой и -линоленовой) имеет тенденцию к увеличению в зерне злаковых культур.
Вероятно, при замачивании зерна пшеницы, тритикале и ржи в процессе подготовки к производству зернового хлеба в оптимальных для действия ферментных препаратов условиях процессы гидролиза преобладают над процессами окисления липидов.
Согласно мнению диетологов огромную биологическую ценность представляет собой проросшее зерно. Употребление продуктов питания на основе проросшего зерна рекомендуется для профилактики заболеваний сердечно-сосудистой системы, атеросклероза, желудочно-кишечного тракта.
При производстве хлебобулочных изделий из проросшего зерна пшеницы активация ферментного комплекса зернового сырья на стадии проращивания является причиной получения изделий низкого качества по органолептическим и физико-химическим показателям. Установлено, что применение ферментных препаратов серии Целловиридин Г20х и комплексного препарата на основе фитазы F 4.2B позволяет сократить процесс проращивания зерна пшеницы при комнатной температуре в условиях гидромодуля 1:1 на 6 часов.
Глава 7. Научное и практическое обоснование использования биокатализаторов на основе целлюлаз при производстве зерновых хлебобулочных изделий
Для подтверждения рациональности использования доз ферментных препаратов, применяемых при замачивании зерна для снижения содержания загрязнителей в них были проведены пробные выпечки хлеба из целого зерна пшеницы, смеси зерна пшеницы и ржи (взятых в соотношении 1:4) и тритикале. Тесто для приготовления хлебобулочных изделий готовили безопарным способом. В результате действия целлюлолитических ферментных препаратов улучшились качественные показатели хлеба из целого зерна пшеницы, тритикале и смеси зерна пшеницы и ржи. Органолептическая оценка опытных образцов хлеба с внесением ферментных препаратов выявила их отличие от контрольного образца более развитой пористостью, большим удельным объёмом и лучшей эластичностью мякиша. При обработке результатов экспериментальных данных с применением уравнений регрессии получили графики поверхностей (рисунок 8). Для получения регрессионных зависимостей с полями дозы ферментных препаратов и продолжительностью замачивания зерновой массы проведено изучение изменения показателей удельного объема хлеба и пористости мякиша. Показатели пористости и удельного объема зернового хлеба коррелировали с величиной доз ферментных препаратов. Наибольшие коэффициенты корреляции получены при применении препарата на основе фитазы.
- 2
z= 1,4303+2,7952x+0,0353y-14,3659x2- z=1,4345+0,5091x+0,041y+4,8299x2-
0,0373xy-0,0012y2 0,0031xy-0,0016y2
Рисунок 8Ц Влияние концентрации препаратов Целловиридин Г20х (1) и на основе фитазы (2) и продолжительности замачивания зерна пшеницы на показатель удельного объема зерновых хлебобулочных изделий
Экспериментальные данные показали, что отечественный промышленный препарат серии Целловиридин Г20х и лабораторный комплексный ферментный препарат на основе фитазы F 4.2B превосходят по эффективности действия в процессе подготовки зернового сырья препараты от зарубежных производителей ферментов.
Данные о применении комплексных ферментных препаратов на основе фитазы в хлебопечении в научной литературе весьма малочисленны. Известно, что среднее содержание фитина в зерне пшеницы 1,2%, ржи - 2% [132, 255]. Фитин является запасным веществом растений и присутствует в алейроновом слое и наружных зонах зерновки.
Фитин соединяется с двух- и трехвалентными катионами, может связывать, кроме кальция и магния, также биогенные микроэлементы такие, как железо, цинк, молибден, марганец, медь и другие. С фитиновым комплексом связана низкая доступность минеральных элементов, аминокислот и фосфора. При гидролизе фитина происходит высвобождение неорганического фосфата, кальция, железа, цинка и других минеральных элементов, образуется фитиновая кислота, которая является белее сильным антиоксидантом, чем токоферолы и аскорбиновая кислота. Для оценки роли фермента фитазы в процессе деструкции фитина при замачивании зерна злаковых культур была проведена серия экспериментов, в которых использовали препараты Целловиридин Г20х, на основе фитазы F 4.2В и лабораторные ферментные препараты Еg P6 и Xyl 23 (продуцент Penicillium canescens), любезно предоставленные лабораторией физико-химии ферментативной трансформации полимеров Химического факультета МГУ. Фитазную активность определяли по скорости высвобождения фосфорной кислоты из субстрата. Были получены регрессионные зависимости показателя фитазной активности субстрата с полями дозы ферментных препаратов и продолжительность замачивания зерна в оптимальных для действия ферментных комплексов условиях. Достоверность полученных результатов оценивали по величине критерия Фишера (F-критерий), расчётное значение которого меньше теоретического при уровне значимости 0,95.
Установлено, что с увеличением продолжительности замачивания зерна злаковых культур возрастает количество фосфорной кислоты, высвобождаемой из субстрата (рисунок 9). Ферментные препараты, в состав которых входит фитаза, в разной степени оказывали влияние на ход процесса гидролиза фитина. Присутствие ксиланазы в ферментном препарате ускоряло этот процесс, даже в том случае, если фермент фитаза отсутствовал. Вероятно доступность фитина для фитазы, как вносимой в составе препарата, так и собственной, расположенной в алейроновом слое зерна, связана со степенью деструкции гемицеллюлоз. Следовательно, усваиваемость из пищевых продуктов на основе целого зерна биогенных элементов (кальция, магния, железа, меди, цинка и других) может быть повышена в результате применения на стадии подготовки зернового сырья биокатализаторов, в состав ферментного комплекса которых входит ксиланаза, участвующая в процессе гидролиза гемицеллюлоз.
С целью повышения качества зерновых хлебобулочных изделий, в технологиях которых применяли ферментные препараты целлюлаз, тесто для их приготовления готовили двухфазным способом с использованием густой зерновой закваски. Экспериментально установлено, что рациональная дозировка густой зерновой закваски составляет 50% от общей массы зерна.
При производстве хлебобулочных изделий из целого диспергированного зерна пшеницы на стадии замачивания сырья применяли ферментный препарат Целловиридин Г20х и водный экстракт шишек хмеля, полученный на основе цитратного буфера. На указанную технологию разработана и утверждена техническая документация на хлеб зерновой Стимул (ТУ 9114-157-02069036-2003, ТИ 02069036-157). При замене водного экстракта шишек хмеля на экстракт плодов рябины обыкновенной была разработана документация на хлеб зерновой Рябиновый. Хлеб из проросшего зерна пшеницы готовили из зерна, предварительно замоченного в растворе ферментного препарата Целловиридин Г20х с добавлением измельченного до величины частиц 600 мкм корня хрена, после замачивания и проращивания зерно диспергировали и тесто готовили с добавлением 50% муки пшеничной высшего сорта. На приведенную технологию разработана и утверждена техническая документация на хлеб зерновой пшеничный Колос (ТУ (9114-228-02069036-2008). При приготовлении зерновых хлебобулочных изделий из смеси зерна пшеницы и ржи зерно раздельно замачивали с применением экстракта луковицы чеснока, буфера на основе янтарной кислоты и комплексного ферментного препарата на основе фитазы. На Изделия зерновые пшенично-ржаные и хлеб зерновой пшенично-ржаной Семейный разработана и утверждена техническая документация (ТУ 9113-205-02069036-2006, ТИ 02069036 и ТУ 9113-204-02069036-2006, ТИ 02069036-124).
При производстве зерновых хлебобулочных изделий из целого диспергированного зерна тритикале применяли ускоренную технологию с использование ферментного препарата Целловиридин Г20х, с добавлением измельченной цедры апельсина, смеси молочной, уксусной и аскорбиновой кислот, сухой пшеничной клейковины. На приведенную технологию разработана и утверждена техническая документация на хлеб зерновой Трапезный (ТУ 9113-21-0206903-2007).
Проведенные исследования показали, что хлеб, приготовленный по технологиям с использованием биокатализаторов на основе целлюлаз, буферных растворов и водных растительных экстрактов, обладает лучшими качественными характеристиками по сравнению с контрольным вариантом, в технологии которого использовали зерно злаковых культур, замоченное в воде (таблица 8).
Таблица 8 - Физико-химические показатели качества зерновых хлебобулочных изделий
Образцы хлеба | Наименование показателя | |||
Удельный объем, см3/100г | Пористость, % | Кислотность, град | Влажность, % | |
из зерна пшеницы | ||||
Контроль | 182 | 58,8 | 5,0-5,5 | 43,0-44,0 |
Стимул | 190 | 60,5 | 5,0-5,5 | 43,0-44,0 |
Рябиновый | 190 | 60,3 | 5,0-5,5 | 43,0-44,0 |
Колос | 195 | 62,3 | 8,0-8,5 | 43,0-44,0 |
из смеси зерна пшеницы и ржи | ||||
Контроль | 176 | 55,0 | 9,2-9,5 | 46,0-47,0 |
Чесночный | 182 | 58,5 | 9,2-9,5 | 46,0-47,0 |
из зерна тритикале | ||||
Контроль | 180 | 58,3 | 7,0-7,5 | 45,0-46,0 |
Трапезный | 198 | 62,8 | 7,0-7,5 | 45,0-46,0 |
Анализ результатов бальной оценки органолептических показателей качества зерновых хлебобулочных изделий показал, что хлеб, полученный с использованием приведенных технологий, обладает улучшенными органолептическими свойствами. Образцы хлеба имели правильную форму, выпуклую, слегка шероховатую поверхность, равномерно окрашенную корку от светло-коричневого до золотисто-коричневого цвета, поры равномерно развитые, однородной величины и толщины без пустот, запах и вкус - свойственный соответствующему виду изделий.
Применение биокатализаторов на основе целлюлаз совместно с водными экстрактами растительного сырья, обладающего антимикробным действием, замедляет процесс черствения зерновых хлебобулочных изделий. Это связано с высокой водоудерживающей способностью продуктов частичного гидролиза гемицеллюлоз и замедлением процесса ретроградации крахмала, обусловленного повышенным образованием пентозанов за счет ведения процесса замачивания зерна в присутствии ферментных препаратов.
Для изучения снижения микробиологической обсемененности зернового хлеба грибной микрофлорой выпеченные образцы охлаждали, заражали типовыми штаммами грибов родов Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus , упаковывали в полиэтиленовые пакеты и хранили при температуре 30 С.
Установили, что на поверхности контрольного образца видимый мицелий появляется через 64-76 часов хранения, а на поверхности опытных образцов хлеба - через 96-121 час. Наиболее эффективным по отношению к изучаемой грибной микрофлоре оказался экстракт луковицы чеснока. Задержка роста мицелия плесневых грибов рода Penicillium под действием водного экстракта луковицы чеснока максимальна. Полученные результаты свидетельствуют о высоком антимикробном эффекте используемых водных экстрактов (таблица 9).
Таблица 9 - Влияние применяемых в технологиях зерновых хлебобулочных изделий водных экстрактов и настоев растений на рост мицелия типовых штаммов плесневых грибов
Вид микроорганизма | Появление видимого роста мицелия на поверхности хлебобулочного изделия, ч | |||||
Контроль | Экстракт | |||||
Шишки хмеля | Плоды рябины обыкновенной | уковица чеснока | Корень хрена | Цедра апельсина | ||
Aspergillus candidas ВКМ-F-3908 | 701,0 | 1101,0 | 971,5 | 1142,0 | 1052,0 | 961,5 |
Aspergillus flavus ВКМ-F-1024 | 721,0 | 1061,5 | 1061,5 | 1151,5 | 1011,5 | 991,5 |
Penicillium expansion ВКМ-F-275 | 652,0 | 1011,0 | 1101,0 | 1212,0 | 1031,0 | 1012,0 |
+Penicillium crustosum ВКМ-F-4080 | 741,5 | 981,5 | 1011,5 | 1181,5 | 1161,5 | 981,0 |
Mucor mucedo ВКМ-F-1257 | 641,0 | 1092,0 | 1161,0 | 1081,0 | 1092,0 | 1051,5 |
Mucor racemosus var. sphaerosporus ВКМ-F-541 | 722,0 | 1142,0 | 1051,5 | 1041,5 | 1001,5 | 1021,0 |
Rhizopus stolonifer ВКМ- F-2005 | 761,5 | 1111,0 | 991,0 | 1091,5 | 1102,0 | 1061,5 |
Через 60 часов термостатирования образцов разработанных хлебобулочных изделий не выявлено признаков заболевания картофельной болезнью хлеба.
Экспериментально был определен химический состав разработанных хлебобулочных изделий из целого зерна злаковых культур (таблица 10). Установлено, что суммарное количество макроэлементов в разработанных изделиях увеличивается в среднем на 10,5, микроэлементов - на 7,8, аминокислот - на 22,7%, содержание витамина В1 возрастает на 11,3-70,4%, В2 на 21,1-48,8%, В6 - на 31,3-72,5%, РР на 28,8-42,9%, Е на 11,0-34,7% по сравнению с контрольным вариантом. В качестве контроля использовали хлеб зерновой по ГОСТ 25832-89 из муки пшеничной высшего сорта и пшеничной крупки. Установлено, что аминокислотный скор опытных образцов по содержанию лизина повышается следующим образом: для хлеба зернового пшеничного Стимул - на 46,8%, хлеба зернового пшеничного Рябиновый - на 48,9%, для хлеба зернового пшенично-ржаного Чесночный - на 58,8%, для хлеба зернового пшеничного Колос - на 9,0 %, для хлеба из зерна тритикале Трапезный - на 66,9%.
Отмечено повышенное содержание кальция, марганца, железа, меди, цинка, кобальта в зерновых хлебобулочных изделиях, вырабатываемых из целого зерна, в отличие от зернового хлеба, выработанного по ГОСТ 25832-89.
Таблица 10 - Химический состав зерновых хлебобулочных изделий
Элементы | Конт-роль | Хлеб зерновой пшеничный Стимул | Хлеб зерновой пшеничный Рябиновый | Хлеб зерновой пшенично-ржаной Чесночный | Хлеб из проросшего зерна пшеницы Колос | Хлеб из зерна тритикале Трапезный | |||||
Белки,г/100 г | 7,2 | 10,4 | 10,3 | 9,7 | 8,1 | 9,5 | |||||
Жиры, г/100г | 1,0 | 1,2 | 1,2 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | |||||
Углеводы, г/100 г | 44,2 | 42,6 | 42,5 | 40,4 | 44,0 | 41,7 | |||||
Клетчатка, г/100 г | 1,2 | 1,9 | 1,9 | 2,1 | 1,5 | 1,9 | |||||
минеральные вещества, мг/100 г | |||||||||||
Na | 40,38 | 38,80 | 36,60 | 31,80 | 43,97 | 39,40 | |||||
K | 27,42 | 23,58 | 25,46 | 26,42 | 23,63 | 26,98 | |||||
Р | 32,95 | 38,29 | 37,54 | 41,26 | 27,29 | 43,12 | |||||
Mg | 34,13 | 35,86 | 35,58 | 36,84 | 34,40 | 38,82 | |||||
Ca | 11,88 | 17,90 | 18,11 | 21,87 | 15,95 | 24,52 | |||||
Mn | 0,11 | 0,34 | 0,36 | 0,46 | 0,30 | 0,49 | |||||
Fe | 1,45 | 3,17 | 3,10 | 4,87 | 2,97 | 5,95 | |||||
Cu | 0,14 | 0,34 | 0,33 | 0,44 | 0,28 | 0,64 | |||||
Zn | 0,38 | 0,75 | 0,78 | 0,87 | 0,60 | 1,12 | |||||
Co | 0,05 | 0,48 | 0,49 | 0,67 | 0,20 | 0,75 | |||||
витамины, мг/100 г | |||||||||||
B1 | 0,203 | 0,226 | 0,227 | 0,236 | 0,229 | 0,346 | |||||
B2 | 0,090 | 0,118 | 0,118 | 0,128 | 0,109 | 0,134 | |||||
B6 | 0,080 | 0,105 | 0,110 | 0,122 | 0,112 | 0,138 | |||||
PP | 3,612 | 4,784 | 4,796 | 4,882 | 4,652 | 5,164 | |||||
E | 0,821 | 0,908 | 0,914 | 1,002 | 0,911 | 1,106 | |||||
Аминокислоты, г/100 г | |||||||||||
изин | 2,43 | 3,57 | 3,62 | 3,86 | 2,65 | 4,06 | |||||
Гистидин | 2,05 | 3,22 | 3,25 | 4,05 | 2,02 | 3,71 | |||||
Аргинин | 4,36 | 6,33 | 6,99 | 8,14 | 4,30 | 8,38 | |||||
Аспараги- новая кислота | 4,18 | 5,18 | 4,99 | 5,36 | 4,22 | 6,72 | |||||
Треонин | 2,24 | 2,76 | 2,68 | 3,18 | 1,98 | 2,73 | |||||
Серин | 2,96 | 4,73 | 4,80 | 5,67 | 2,73 | 5,92 | |||||
Глютами- новая кислота | 21,18 | 31,78 | 31,29 | 32,13 | 20,92 | 34,09 | |||||
Пролин | 10,46 | 7,04 | 8,83 | 9,00 | 11,87 | 12,01 | |||||
Глицин | 3, 86 | 3,97 | 3,77 | 4,56 | 3,27 | 4,61 | |||||
Аланин | 2,92 | 3,16 | 3,08 | 3,79 | 2,61 | 5,47 | |||||
Валин | 4,11 | 3,24 | 3,51 | 4,17 | 3,98 | 4,22 | |||||
Изолейцин | 2,53 | 2,96 | 2,73 | 3,21 | 2,59 | 3,36 | |||||
ейцин | 5,38 | 6,38 | 6,78 | 6,63 | 4,86 | 6,95 | |||||
Тирозин | 1,46 | 2,64 | 2,64 | 3,13 | 1,52 | 4,28 | |||||
Фенил- аланин | 4,28 | 5,26 | 4,87 | 5,13 | 4,19 | 5,36 | |||||
Триптофан | 0,67 | 0,86 | 0,78 | 0,72 | 0,80 | 0,72 | |||||
Метионин+ Цистеин | 2,65 | 3,02 | 2,87 | 3,11 | 2,71 | 3,18 | |||||
Разработанные зерновые хлебобулочные изделия по показателям безопасности соответствуют требованиям, установленным СанПиН 2.3.2.1078-01 (таблица 11).
Таблица 11 - Показатели безопасности зерновых хлебобулочных изделий
Хлеб зерновой | Токсичные элементы, мг/кг | Радионуклиды. Бк/кг | ||||
Pb | As | Cd | Hg | 137Cs | 90Sr | |
Контроль | 0,198 | 0,004 | 0,064 | 0,008 | 11,8 | 9,5 |
Стимул | 0,055 | 0,003 | 0,056 | 0,006 | 6,2 | 7,6 |
Рябиновый | 0,052 | 0,003 | 0,048 | 0,005 | 6,7 | 7,9 |
Колос | 0,065 | 0,002 | 0,040 | 0,005 | 5,9 | 6,5 |
Чесночный | 0,109 | 0,003 | 0,055 | 0,006 | 6,8 | 8,1 |
Трапезный | 0,044 | 0,002 | 0,033 | 0,005 | 6,9 | 7,8 |
ДУ [СанПиН 2.3.2.1078-01] | 0,350 | 0,015 | 0,070 | 0,015 | 40,0 | 20,0 |
В результате внедрения новых технологий производства зерновых хлебобулочных изделий удалось снизить затраты на производство хлеба Стимул на 18 %, Чесночный на 8 %, Колос на 4 % по сравнению с контрольным образцом. При этом значительно снизилась себестоимость изделий массой 0,3 кг. Снижение составило от 10 до 34% по различным сортам хлеба.
При выборе целевого сегмента рынка было проведено позиционирование разработанной продукции, результаты которого представлены на рисунке 10.
Рисунок 10Ц Карта позиционирования зерновых хлебобулочных изделий на рынке
идирующую позицию по обеим координатам занимают разработанные сорта зерновых хлебобулочных изделий.
Сорта Трапезный и Стимул обладают значительной рыночной силой, определяющей возможность увеличения цены их реализации без потери конкурентной позиции (на 14 и 7,2% соответственно).
Позиционирование товара по единичной полезности также отражает социальный эффект, заключающийся в обеспечения безопасности
зерновых хлебобулочных изделий и обогащении незаменимыми факторами
питания рационов населения, проживающего в экологически неблагополучных районах.
Выводы
1. Установлено, что зерновое сырье, произрастающее в Центральном регионе России, наряду с высокими показателями хлебопекарного качества, отличается наличием сопоставимых с порогом фитотоксичности значений содержания свинца, кадмия, никеля и хрома, что обусловлено усилением техногенной нагрузки на агроценозы. Исследованием характера распределения химических элементов по морфологическим частям зерна пшеницы, ржи и тритикале установлено, что свинец, кадмий, никель и хром преимущественно локализованы в периферических частях зерновки.
2. Показана возможность применения при замачивании зерна биокатализаторов на основе целлюлаз для снижения содержания токсических элементов в зерновке злаковых культур. Теоретически обоснованы и экспериментально определены рациональные дозы ферментных препаратов целлюлолитического действия (Целловиридин Г20х, на основе фитазы F 4.2B, Pentopan 500 BG, Fungamyl Super AX и Biobake - 721) и продолжительность процесса замачивания зерна пшеницы, ржи и тритикале.
3. Теоретически обоснована концепция механизма снижения содержания токсических элементов в зерновом сырье путем обработки биокатализаторами на основе целлюлаз, с осуществлением ферментативного гидролиза, приводящего к модификации структур оболочек, деструктуризации и фрагментации полимеров, изменению пор, солюбилизации продуктов гидролиза и десорбции ионов. Установлено, что в процессе десорбции элементов основная роль принадлежит ферменту -глюканаза в комплексе с целлобиогидролазой.
4. Показано, что исходное зерно пшеницы, ржи и тритикале значительно обсеменено микроорганизмами (общее микробное число составляет 2,8104 , 3,2104 и 3,0104 КОЕ/г), после замачивания обсемененность зерна возрастает до 35%. Установлена антимикробная активность водных экстрактов луковицы чеснока против типовых штаммов Bacillus subtilis ВКМ-B-501, Micrococcus luteus ВКМ-As-2230, Aspergillus candidas ВКМ-F-3908, Aspergillus flavus ВКМ-F-1024, Penicillium expansion ВКМ-F-275, Penicillium crustosum ВКМ-F-4080, Mucor mucedo ВКМ-F-125, Mucor racemosus var. Sphaerosporus ВКМ-F-541, Rhizopus stolonifer ВКМ- F-2005. Доказано, что применение при замачивании зерна буферных растворов оказывает синергический эффект в отношении антимикробной активности изучаемого растительного сырья. В присутствии буферных растворов водный экстракт измельченного корня хрена приближается по эффективности антимикробного действия по отношению к изучаемым штаммам микроорганизмов к экстракту луковицы чеснока. Водные экстракты шишек хмеля и плодов рябины обыкновенной не проявили антисептического действия против представителей рода Mucor. Водный экстракт измельченной цедры апельсина способствовал угнетению роста тест-культур Micrococcus luteus ВКМ-As-2230, Penicillium expansion ВКМ-F-275, Mucor racemosus var. Sphaerosporus ВКМ-F-541.
5. Получены новые данные об изменении морфологии, микроструктуры зерна пшеницы, ржи и тритикале, а также о динамике изменения некоторых биохимических показателей зерна в процессе набухания и прорастания при применении ферментных препаратов целлюлолитического действия. Характер указанных изменений определяется составом ферментного комплекса используемого препарата. Показано, что применение ферментных препаратов целлюлолитического действия при замачивании зерна злаковых культур, является приемом, который обеспечит сохранение свойств белково-протеиназного, углеводно-амилазного и липидного комплексов зерна на уровне приемлемом для использования зерна в хлебопечении.
6. Теоретически обоснованы и экспериментально определены рациональные дозы ферментных препаратов целлюлолитического действия (Целловиридин Г20х, на основе фитазы F 4.2B, Pentopan 500 BG, Fungamyl Super AX и Biobake - 721) и оптимальные параметры ферментативного гидролиза в технологии зерновых хлебобулочных изделий. Установлено, что отечественный промышленный препарат серии Целловиридин Г20х (продуцент Trichoderma reesei) и лабораторный препарат на основе фитазы F 4.2B (P-215) FD-UF, продуцент Penicillium canescens (ИБФМ РАН) превосходят по эффективности действия в технологии хлебобулочных изделий препараты от зарубежных производителей ферментов. Выявлено, что присутствие ксиланазы в ферментном комплексе препаратов целлюлолитического действия ускоряет процесс гидролиза фитина при замачивании зерна.
7. Разработан способ повышения безопасности зернового сырья и продуктов его переработки, способствующий снижения содержания тяжелых металлов, радионуклидов и микроорганизмов, заключающийся в применении комплексных ферментных препаратов целлюлолитического действия совместно с водными экстрактами шишек хмеля, плодов рябины обыкновенной, луковицы чеснока, измельченных корня хрена и цедры апельсина при замачивании зерна злаковых культур при температуре 50С и рН 4,5.
8. Научно обоснованы технологические решения по созданию хлебобулочных изделий из целого нешелушенного зерна пшеницы, ржи и тритикале повышенных безопасности, качества и пищевой ценности на основе использования в их рецептурах биокатализаторов целлюлаз и растительного сырья, обладающего антимикробным действием. Совместное применение препаратов Целловиридин Г20х и на основе фитазы F 4.2B с растительным сырьем антимикробного действия позволяет улучшить физико-химические показатели зерновых хлебобулочных изделий: пористость мякиша на 9-17%, удельный объем на 7-22%, улучшаются также органолептические показатели качества и повышается срок сохранения свежести хлеба. Разработана и утверждена техническая документация на хлеб зерновой пшеничный Стимул, Колос, на Зерновые хлебобулочные пшенично-ржаные изделия, хлеб зерновой пшенично-ржаной Семейный и хлеб из зерна тритикале Трапезный.
9. Экспериментально определены показатели пищевой ценности разработанных зерновых хлебобулочных изделий: витаминный, минеральный, аминокислотный состав и степень их переваримости. Установлено, что содержание незаменимых аминокислот повышается на 7,9-27,8% витаминов - до 43,2%, минеральных веществ - до 22,1%, по сравнению с контролем. Показано, что разработанные изделия по показателям безопасности соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.
10. Проведена промышленная апробация разработанных изделий на предприятиях Орловской и Курской областей. Расчет затрат на производство, цены, и конкурентной позиции разработанных зерновых хлебобулочных изделий показал их экономическую эффективность.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
- Кузнецова, Е.А. Безопасность зернового сырья как основа качества и безопасности хлебобулочной продукции [Текст] / / Е. А. Кузнецова, С. Я. Корячкина, Е. А. Шахпендарян, Т. Г. Сухова, Е. А. Новицкая // Безопасность жизнедеятельности.- 2001.- №2.- С.28-30.
- Кузнецова, Е.А. Экологические аспекты оценки растительного сырья, применяемого в хлебопечении [Текст] / Е. А. Кузнецова, С. Я. Корячкина, С. М. Мотылева, Е. А. Шахпендарян, Т. Г. Сухова, Е. В. Гуляева // Хлебопечение России.- 2003. - №1.- С.21-22.
- Кузнецова, Е.А. Применение ферментных препаратов цитолитического действия для производства хлеба из целого зерна [Текст] / Е. А. Кузнецова, С. Я. Корячкина // Известия ВУЗов. Пищевая технология.-2003. - №2-3. - С.43-46
- Корячкина, С.Я. Совершенствование технологии и повышение пищевой ценности хлеба из целого зерна [Текст] / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, Е. В. Гуляева // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. - №1. - С.42-45.
- Кузнецова, Е.А. Способы снижения микробиологической обсемененности зерна при производстве зернового хлеба [Текст] / Е. А. Кузнецова, С. Я. Корячкина, Е. В. Гуляева // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2003. -№4. - С. 30-31.
- Корячкина, С.Я. Применение целловиридина для получения хлеба из нешелушенных зерен [Текст] / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, А. П. Синицын // Хлебопродукты. - 2003. - №9. - С.25-26.
- Корячкина, С.Я. Применение ферментного препарата целловиридин Г20х для производства зернового хлеба [Текст] / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, А. П. Синицын // Хлебопечение России.-2004. - №3. - С.24-25
- Кузнецова, Е.А. Применение ферментных препаратов для снижения содержания токсичных элементов в зерновом сырье [Текст] / Е. А. Кузнецова // Хранение и переработка сельхозсырья. -2005. - №10. - С.30-32
- Корячкина, С.Я. Совершенствование технологии хлеба на основе целого зерна пшеницы и ржи [Текст] / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, О. М. Пригарина // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2006. - №9. - С.284-288
- Кузнецова Е.А. Влияние антисептиков природного происхождения на безопасность и качество зернового хлеба [Текст] / Е. А. Кузнецова, С. Я. Корячкина, О. М. Пригарина // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2006. - №10. - С.440-445.
- Кузнецова, Е.А. Влияние ферментного препарата на основе фитазы в комплексе с янтарной кислотой на качество зернового хлеба [Текст] / Е. А. Кузнецова, С. Я. Корячкина, О. М. Пригарина, А. П. Синицын // Хлебопродукты. - 2006. - №9. - С.62-64
- Корячкина, С.Я. Применение ферментного препарата Фитаза при подготовке зерна пшеницы и ржи для производства зернового хлеба [Текст] / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, А. П. Синицын, О. М. Пригарина // Известия Вузов. Пищевая технология. - 2006. - №5. - С. 23-25
- Корячкина С.Я. Совершенствование технологии хлеба из проросшего зерна пшеницы [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А. Кузнецова, Ю.В. Гончаров, Г.И. Конова // Вестник Белгородского университета потребительской кооперации.-2006.-№4 (20) - С. 372-376
- Кузнецова, Е.А. Изучение возможности снижения содержания свинца в зерне пшеницы при производстве зернового хлеба с использованием ферментативного гидролиза [Текст] / Е. А. Кузнецова, С. М. Мотылева // Известия Вузов. Пищевая технология.- 2007.- №1.- С.28-30
- Корячкина, С.Я. Использование зерна тритикале в технологии зернового хлеба [Текст] / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, Л. В. Черепнина // Хлебопродукты.- 2007.- №5.- С.38-39
- Кузнецова, Е.А. Накопление тяжелых металлов зерном злаковых культур и пути снижения их содержания [Текст] / Е. А. Кузнецова // Гигиена и санитария.- 2007.- №4.- С.50- 53
- Корячкина, С.Я. Технологические аспекты производства хлеба из проросшего зерна пшеницы [Текст] / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, Ю. В. Гончаров, С. А. Куценко // Хлебопродукты.- 2008.- №4.- С.46-47
- Кузнецова, Е.А. Изменение содержания полисахаридов в зерновом сырье при подготовке к производству зернового хлеба в условиях ферментативного гидролиза [Текст] / Е. А. Кузнецова, С. Я. Корячкина, Л. В. Черепнина // Доклады РАСХН. - 2008. - №6. - С. 54-56.
- Кузнецова Е.А. Изменение качества зерна пшеницы при подготовке к производству зернового хлеба в условиях ферментативного гидролиза [Текст] / Е. А. Кузнецова // Вестник РАСХН. - 2008. - №6.- С. 82-85.
- Кузнецова Е.А. Содержание тяжелых металлов в почвах типичного агроландшафта Орловской области и накопление их в зерне сельскохозяйственных культур [Текст] / Е. А. Кузнецова //Агрохимия. - 2009 - №8 - С.60-64.
- Корячкин В.П. Зависимость реологических показателей качества теста из целого зерна тритикале от способов приготовления [Текст] /В.П. Корячкин, Л.В.Черепнина, Е.А. Кузнецова, С.Я. Корячкина // Хлебопродукты. - 2009 - №10 - С. 56-57
- Кузнецова Е.А. Математическое обоснование подбора ферментных препаратов в технологии хлеба из зерна тритикале [Текст] / Е.А. Кузнецова, Л.В. Черепнина //Хранение и переработка сельхозсырья.- 2010 - №2
Монографии
- Интеллектуальный капитал - основа опережающих инноваций: коллективная монография / под общ. ред. А.В. Безгодова, В.В. Смирнова. - СПб.: НЦ Планетарный проект, Орел: ОреГТУ, 2007. - 336 с.
- Корячкина, С.Я. Совершенствование технологии зернового хлеба: монография / С.Я.Корячкина, Е.А. Кузнецова - Орел: ОреГТУ, 2009 - 242 с.
- Кузнецова, Е.А. Трансформация тяжелых металлов в системе: почва - зерновые культуры - продукты переработки зерна / Е.А. Кузнецова - Орел: издатель С. Зенина, 2009 - 99 с.
Патенты РФ
- Патент №2206999 МКИ А21D 8/02. Опубл.27.06.03 Бюл. №18, заявлен 02.08.2000. Способ производства зернового хлеба / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А.
- Патент №2217916 МКИ А21 D13/02 Опубл.10.12.2003 Бюл. №34, заявлен 29.10.2001. Способ производства зернового хлеба / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А., Фаттахова О.М., Сатцаева И.К., Гуляева Е.В.
- Патент №2258377 МПК7 А21D 13/02, 8/02. Опубл.20.08.2005 Бюл. №23, заявлен 22.03.2004. Способ производства зернового хлеба / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А., Сатцаева И.К., Гуляева Е.В.
- Патент №2292720 МПК А21D 13/02, 08/02. Опубл. 10.02.2007 Бюл. №4, заявлен 12.10.2005. Способ производства зернового хлеба / Кузнецова Е.А., Корячкина С.Я., Пригарина О.М.
- Патент №2316215 МПК А21D 08/02, 13/02. Опубл. 10.02.2008, бюл. № 4, заявлен 31.07.2006. Способ производства зернового хлеба / Кузнецова Е.А., Корячкина С.Я., Гончаров Ю.В.
- Патент №2344609 МПК А21D 13/00, 1/105. Опубл. 27.01. 2009, бюл. №3, заявлен 11.07.2007. Способ изготовления концентрата зернового / Кузнецова Е.А., Черепнина Л.В.
- Патент №2341085 МПК А А21D 8/02,13/02, 13/04. Опубл. 20.12.2008, бюл. №35, заявлен 20.03.2007. Способ производства хлеба из зерна тритикале / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А., Черепнина Л.В.
- Патент №2366186 МПК А21D 13/02, 8/02. Опубл. 10.09. 2009, бюл. №25, заявлен 19.05.2008. Способ производства зернового хлеба / Корячкина С.Я., Кузнецова Е.А.. Гончаров Ю.В.
Статьи в сборниках научных трудов и журналах
- Кузнецова Е.А. Содержание некоторых тяжелых металлов в основных компонентах агроценозов типичного ландшафта Орловской области // Труды Орловского НИИСХ. Юбилейный сборник к 100Цлетию Шатиловской опытной станции. - Орел, 1996 - С. 17-23
- Корячкина, С.Я. Применение ферментного препарата целловиридин Г20х для производства зернового хлеба [Текст] / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, А. П. Синицын // Хлебопекарное производство. - 2005. - №2. -С.30-32
- Корячкина, С.Я. Совершенствование технологии выработки хлеба из целого зерна злаковых культур [Текст] / С. Я. Корячкина, Е. А. Кузнецова, Ю. В. Гончаров // Кондитерское и хлебопекарное производство.- 2006. - №10. - С.3-6.
- Кузнецова, Е.А. Распределение токсичных элементов в зерновом сырье и снижение их содержания при применении ферментных препаратов [Текст] / Е. А. Кузнецова, Л. В. Черепнина, А. А. Щербакова // Успехи современного естествознания.- 2007.-№12. - С. 91-92.
- Кузнецова, Е. Влияние ферментного препарата на основе фитазы в комплексе с янтарной кислотой на качество зернового хлеба [Текст] / Е. Кузнецова, С. Корячкина, О. Пригарина, А. Синицын // Хлебопекарное производство.- 2007.- № 4.- С.27-29.
- Корячкина, С.Я. Использование зерна тритикале в технологии зернового хлеба [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А., Кузнецова, Л.В. Черепнина, А.А. Щербакова // Хранение и переработка зерна.- 2008. -№1 (103).- С.42-43.
- Кузнецова, Е.А. Изменение микроструктуры зернового сырья при подготовке к производству зернового хлеба в условиях ферментативного гидролиза // Современные проблемы науки и образования, 2009 - №6 - с.27-29
- Корячкина, С.Я. Инновационная технология хлеба из проросщенного зерна пшеницы [Текст] / С.Я. Корячкина, Е.А., Кузнецова // Хранение и переработка зерна, 2009 - №3 (117) - С.51-53
ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.
Автор выражает глубокую признательность заведующему лабораторией физико-химии ферментативной трансформации полимеров кафедры химической энзимологии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова доктору химических наук профессору А.П. Синицыну за научное сотрудничество, а также ведущему научному сотруднику лаборатории агроэкологических исследований ВНИИСПК кандидату сельскохозяйственных наук С.М. Мотылевой, чьи добрые советы и пожелания сыграли неоценимую роль в подготовке данной работы.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям