Біохімія та технологія оліє-жирової сировини - Навчальний посібник (Пешук Л. В., Носенко Т. Т.)

1.2. азотовмІснІ речовини

Група азотовмісних речовин олійного насіння включає білки і небілкові азотисті речовини органічного й неорганічного характеру. Основна маса азотовмісних речовин (91-98 \%) представлена білками. В простих білках середній вміст азоту приблизно постійний і складає 16,1-16,2 \%. Фактичний вміст азоту в різних рослинних білках коливається в широких межах від 9,5 до 19,5 \% (Табл. 1.7). За вмістом азоту визначають коефіцієнт для перерахунку вмісту загального азоту на вміст сирого протеїну. Загальноприйнятим є середнє значення коефіцієнту 6,25.

Таблиця 1.7.

Вміст азоту в білках насіння деяких культур

 

Сировина

Вміст азоту в білках, у \%

Коефіцієнт перерахунку на вміст сирого протеїну

Зерно ячменю, кукурудзи, гречки, ріпакова макуха

16,7

6,0

Зерно та борошно пшениці, зерно жита, вівса.

17,6

5,7

продовж, табл. 1.7.

Макуха насіння соняшника, льону, рицини, бавовнику, коноплів

12,0

8,3

В організмі рослин білки виконують такі основні функції:

ферментативну - всі біохімічні процеси в живих організмах протікають за участю ферментів;

структурну - це білки які утворюють біологічні мембрани органоїдів клітини;

енергетичну - запасні білки утворюють резерв, який використовується рослиною для метаболічних процесів, представленні простими білками;

захисну - білки інгібітори ферментів і токсичні білки захищають рослину чи її насіння від пошкоджень іншими живими організмами.

Переважна кількість білків, які містяться в олійному насінні (8094 \% від загальної суми), є запасними або резервними. В менших кількостях в насінні містяться структурні білки, які входять до складу різних структурних елементів клітини, і каталітичні (ферментативні) білки.

Всі білки незалежно від їх біологічної функції у живих організмах побудовані із залишків 20 амінокислот, розміщених в різній генетично регламентованій послідовності для кожного білку.

Залишки амінокислот сполучені між собою пептидними зв'язками:

О Н

я-с-к-я,

де II— пептидний радикал.

Залишки амінокислот утворюють поліпептидні ланцюги, які, як правило, складаються із 100-300 амінокислотних залишків. Послідовність амінокислот в поліпептидних ланцюгах визначає первинну структуру білків. Крім того, нативні білки мають і вторинну, третинну та четвертинну структуру.

Вторинна структура білків - це спосіб укладання поліпептидно-го ланцюга вздовж своєї осі (спіральний чи витягнутий). Характерна для фібрилярних білків.

Третинна структура - спосіб укладання поліпептидів із утворенням глобулярних білків.

Четвертинна структура - це спосіб сполучення окремих поліпептидів між собою в олігомерних білках.

В ізольованому вигляді білки не мають кольору, запаху та смаку. Смак та запах природним білкам надають супутні їм ароматичні речовини.

За фізичними властивостями білки є гідрофільними колоїдами. Відносна густина білків знаходиться в межах 1,25...1,30 г/см3. Вони не переганяються, не плавляться, не розчиняються в органічних розчинниках (крім проламінів). Вони мають здатність набрякати у воді, утворювати гелі, денатурувати під впливом таких факторів як висока температура, радіація, заморожування, дія органічних розчинників та солей важких металів.

Білкові молекули мають електричний заряд при значеннях pH середовища, відмінних від ізоелектричної точки білку. При значеннях pH середовища, вищих від ізоелектричної точки, молекули білків заряджені негативно (для білків значення ізоелектричної точки яких лежить в кислому середовищі). Молекули білків, значення ізоелектричної точки яких лежить в лужному середовищі, заряджені позитивно при значеннях pH нижчих за ізоелектричну точку.

Важливою характеристикою білків є їх розчинність в різноманітних розчинниках. За цією властивістю прості білки класифікують на:

альбуміни - білки, розчинні у воді і розбавлених розчинах солей (становлять 0,5-1 \% від вмісту білків у насінні);

глобуліни - білки, розчинні в розбавлених нейтральних розчинах солей сильних кислот і нерозчинні у воді (становлять від 85 до 97 \% від вмісту білків у насінні);

глютеліни - білки, розчинні в розбавлених лугах і кислотах і нерозчинні в нейтральних розчинниках (становлять від 0,5 до 0,9 \% від вмісту білків у насінні);

проламіни - білки, розчинні в 70-80 \% спирті і нерозчинні у воді і абсолютному спирті (містяться переважно в насінні зернових).

Насіння олійних культур поряд із ліпідами містить значну кількість білків, а в насінні сої, наприклад, масова частка білків вища, ніж ліпідів. Загальний вміст білків в насінні деяких олійних культур наведено в табл. 1.1. В насінні олійних культур міститься значна частка розчинних білків (Табл. 1.8.), переважаючою є глобулінова фракція.

Білки насіння олійних культур є олігомерними білками, що містять від 4 до 12 субодиниць, значення їх молекулярних мас знаходиться в межах 200...400 тис. Да (Табл.1.9). Для дослідження молекулярних мас білків широко використовують метод високо-швидкісного центрифугування. Під час такого центрифугування білки осаджуються із розчинів у відповідності до значень їх молекулярних мас під дією центробіж-ного поля, величина якого залежить від швидкості центрифугування та діаметру ротора центрифуги. Залежність між значенням молекулярної маси білків та центробіжною силою, при якій вони осаджуються, характеризується коефіцієнтом седиментації (8). Переважна маса глобулінів (до 95 \%) в насінні олійних культур — глобуліни із коефіцієнтом седиментації 11...13 8(118 білки або легуміноподібні білки).

Таблиця 1.9.

Характеристика глобулінової фракції білків насіння олійних культур деяких олійних культур

 

Рослина

Білок

Молекулярна маса білку, кДа

Коефіцієнт седиментації (8)

Субодиниці

 

 

 

 

Кількість

Молекулярна маса, кДа

Коефіцієнт седиме-тації (8)

Соя

Гліциній

357

11,8

12

22,3137,2

2

Для характеристики білків важливим є не тільки їх кількісний вміст в насінні, але і їх біологічна цінність. Біологічна цінність білків - це ефективність використання білка організмом людини. Біологічну цінність звичайно виражають у вигляді відношення того чи іншого параметру досліджуваного білка до такого ж параметру так званого «ідеального білка», який є еталоном харчового білку. Амінокислотний склад еталонного білку розроблено Організацією сільського господарства та продовольства та Всесвітньою організацією охорони здоров'я (ФАО/ВООЗ). Із природних білків найбільш близьким до еталонного білку є овальбумін курячого яйця.

Біологічна цінність білків визначається двома факторами:

вмістом незамінних амінокислот (таких, що не здатні синтезуватись в тваринному та людському організмі);

засвоюваністю білків в організмі.

До незамінних амінокислот відносяться: метионін, лізин, треонін, гістидин, аргінін, лейцин, ізолейцин, валін, фенілаланін, триптофан.

Незамінну амінокислоту, що міститься у мінімальній кількості порівняно із еталонним білком, називають 1-шою лімітуючою амінокислотою.

Для визначення біологічної цінності білків використовують фізико-хімічні та біологічні методи.

Амінокислотний склад білків визначають хроматографічним методом після їх гідролізу. Для характеристики вмісту амінокислот використовують таке поняття як амінокислотний скор, тобто вміст кожної амінокислоти в даному білку, виражений у \% у порівнянні із еталонним білком.

Другий фактор, що визначає біологічну цінність білків, — це засвоюваність білків в організмі - визначають біологічними методами і характеризують таким параметром як коефіцієнт ефективності білка.

Під коефіцієнтом ефективності білка (КЕБ) розуміють відношення збільшення маси експериментальної тварини до маси спожитого нею білка в результаті відгодовування її дієтичними продуктами стандартної калорійності із 10 \%-вим вмістом досліджуваного білка. КЕБ еталонного білка - 2,5.

Білки насіння олійних культур за біологічною цінністю близькі до тваринних. Найбільш збалансованими за вмістом незамінних амінокислот є білки насіння бобових культур. 1-шою лімітуючою амінокислотою в насінні цих культур є сума сірковмісних амінокислот - метионіну і цистину, в той же час вони містять надлишок лізину. 1-шою лімітуючою амінокислотоою в білках злаків є лізин. Амінокислотний скор білків соєвих бобів та насіння соняшнику наведено утабл. 1.10.

Таблиця 1.10.

Вміст незамінних амінокислот в білках насіння соняшнику та сої

 

Білок

Лізин

трео-

ІІІІІ

валін

Метио-

ІІІІІ

+ЦИС-

тин

ізолейцин

лейцин

Фенілаланін +тиро-зин

триптофан

Сума незамінних

Сої, г/100 г

4,88,2

3,75,5

3,87,5

0,8-1,9

3,86,6

7,09,9

4,0-6,5

0,61,3

28,547,4

Соняшнику, г/100 г

3,5

2,7

4,1

2,5

2,8

5,5

5,6

2,0

 

Еталонний, г/100г

5,5

4,0

5,0

3,5

4,0

7,0

6,0

1,0

36,0

Амінокислотний скор білку соняшнику по еталонному білку ФАО/ ВОЗ,\%

64

68

50

137

70

79

93

200

 

Серед білкових речовин насіння важливою групою є білки-ферменти, що мають каталітичні властивості, і здатні до специфічного активування інших речовин, які приймають участь в метаболізмі.

Ферменти класифікують за природою реакцій, які вони каталізують:

оксидоредуктази - ферменти, що каталізують окисно-відновні реакції;

трансферази - ферменти, що каталізують реакції міжмолекулярного переносу різних хімічних груп та залишків;

гідролази - ферменти, що каталізують реакції гідролітичного розщеплення внутрішньо-молекулярних зв'язків;

ліази - ферменти, що каталізують відщеплення груп з утворенням подвійних зв'язків, або, навпаки, приєднання групи з подвійним зв'язком;

ізомерази - ферменти, що каталізують реакції ізомеризації.

Олійне насіння багате ферментом ліпазою, який каталізує в насінні реакції синтезу ацилгліцеринів із гліцерину та жирних кислот, а також зворотну реакцію гідролізу ацилгліцеринів. Найвищу активність має ліпаза насіння рицини, в якому вона була виявлена у 1891 році. У пророщеному насінні бавовнику оптимум активності ліпази спостерігається при рН 7, ліпази насіння тунга — при рН 6-7,5, злакових — при рН 8. Активність і направленість дії ліпази має важливе значення в процесі підготовки та зберігання олійного насіння. При підвищеній вологості насіння і підвищеній температурі його зберігання ліпаза дуже швидко розщеплює триацилгліцерини, що призводить до підвищення кислотності олії в насінні і погіршення її якості.

В насінні деяких олійних культур містяться білки-інгібітори, які зменшують біологічну цінність білків. Біохімічна роль білків інгібіторів ферментів - захист рослин і їх насіння від бактеріальних і грибкових інфекцій, від псування комахами-шкідниками шляхом інгібування ферментів травного тракту комах. Присутність в насінні сої та арахісу білків-інгібіторів суттєво знижує їх засвоюваність організмом тварин і людини. До таких ферментів належать, зокрема, інгібітори протеолітичних ферментів, в першу чергу, інгібітори трипсину. Вміст таких ферментів характерний для насіння бобових культур. В бобах сої такі білки становлять 5-10 \% від загального вмісту білків. Інгібітори трипсину в соєвих бобах є гетерогенною фракцією (інгібітор Аі має молекулярну масу 14300 і інгібітор А2 — 21600).

Інгібітори трипсину є термолабільними фементами, їх активність досить швидко втрачається під час термічної обробки. Для інактивації цих ферментів проводять теплову обробку соєвих бобів за температури 90°С протягом 1 год. Значно зменшується активність ферментів і при вимочуванні у воді. Особливо ефективно зменшується активність ферменту при мікрохвильовому нагріванні - інактивуєть-ся протягом 2 хв.

В насінні сої міститься також фермент уреаза, який каталізує реакцію розкладання сечовини із виділенням аміаку:

ш2 -со- >га2+ н2 о =2>га3т + со2т

Активність цього ферменту строго регламентується стандартом на кормовий шрот. Активність ферменту визначається як зміна рН середовища фосфатного буферу протягом ЗО хв., що відбувається в присутності сечовини та наважки досліджуваного продукту. Активність ферменту для кормового шроту повинна не перевищувати 0,17 АрН/30 хв. Інактивується цей фермент протягом високотемпературної обробки, зокрема, при тестуванні соєвого шроту (температура приблизно 100°С, тривалість 40-60 хв) або під час додаткової термічної обробки соєвої макухи, при чому швидкість інактивації залежить від вологості матеріалу, збільшуючись із збільшенням вологості. Кормова цінність тестованого шроту на 10 \% вища, ніж не-тостованого.

В насінні деяких олійних культур містяться гемаглютеніни -білки-глобуліни, які викликають аглютинацію еритроцитів і цим самим затримують ріст тварин. Такі білки містяться в насінні бобових (соїн), рицини (рицин). Активність цих ферментів зникає при нетривалому нагріванні за температури 80°С.

Місцем відкладання запасних білків в клітинах насіння олійних культур є внутрішньоклітинні утворення, що називаються алейроновими зернами, які були вперше знайдені в 1885 р. Хартигом.

Алейронові зерна містяться у клітинах запасних тканин насіння (сім'ядолях та ендоспермі). Основним хімічним компонентом алейронових зерен є білок, вміст якого складає 70-80 \% сухої маси алейронового зерна. Також присутній фітин, деяка кількість вуглеводів і фосфоліпідів.

До групи азотомістких речовин небілкового характеру відносяться алкалоїди. Так, в насінні рицини міститься алкалоїд рицинін CgH8N02, в насінні чорної гірчиці - синапін C6H12NOs, в насінні арахісу - арахін C5H14NO20. Значна частка алкалоїдів міститься в насінні таких рослин як коноплі, мак, бавовник.