Исследование кинетики ферментативного гидролиза растительных полимеров для повышения биодоступности напитков из злаковых культур
Study of the kinetics of enzymatic hydrolysis of plant polymers to increase the bioavailability of cereal-based beverage

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

ферментативный гидролиз, кинетика гидролиза, ферментные препараты, зерновые напитки, растительная основа, enzymatic hydrolysis, kinetics of hydrolysis, enzyme preparations, cereal-based beverage, vegetative base

АННОТАЦИЯ

Авторы: Сергеева Ирина Юрьевна, Пермякова Лариса Викторовна, Райник Виталий Сергеевич, Рыбинцева Ольга Анатольевна

Изучена стадия ферментативной обработки полуфабриката для напитков из злаковых культур (растительной основы из риса и гречки) с целью модификации углеводного состава напитка. Для биокатализа применяли ферментные препараты фирмы Novozymes (Дания) Termamyl (термостабильная α-амилаза) и OndeaPRO (смесь пулуланазы, α-амилазы, целлюлазы, ксиналазы, протеазы и липазы). Для определения предельной скорости биокатализа и константы Михаэлиса дозировка ферментных препаратов и начальная концентрация субстрата (гидромодуль) варьировались: использовали гидромодули 1:6, 1:8, 1:10 и дозировку препаратов – 0,25; 0,5; 0,75; 1,00 % к массе зернопродуктов. Гидролиз проводили в термостатируемом шейкере при постоянном перемешивании 120 об/мин в течение 180 мин при оптимальных температурах: 85 °С (при гидролизе Termamyl) и 60 °С (при гидролизе OndeaPRO), периодически отбирая пробы гидролизата для определения редуцирующих сахаров. Установлена рациональная дозировка изучаемых биокатализаторов – 0,75 % к массе зернопродуктов. При этом констатировали также оптимальные вкусовые характеристики получаемой растительной основы – отсутствие крахмального привкуса, гармоничная умеренная сладость. Построены кинетические кривые процесса (зависимость скорости гидролиза от концентрации субстрата). Определены константы Михаэлиса (K_m (мг/см³)) и предельная скорость реакции (V_max (мг/(см³мин)) для препаратов при их использовании для ферментолиза растительных основ из риса и гречки: Termamyl (гречка) – 40,0 и 0,14; Termamyl (рис) – 35,0 и 0,16; OndeaPRO (гречка) – 35,0 и 0,15; OndeaPRO (рис) – 30,0 и 0,17 соответственно. Установлено, что наименьшая константа Михаэлиса характерна для препарата OndeaPRO. Совокупность ферментативных активностей препарата способствует эффективному гидролизу атакуемого субстрата – крахмала, высвобождая его от связывающих соединений белкового и некрахмального происхождения оболочек крахмальных зерен злаков. Вследствие этого фермент-субстратный комплекс более устойчив в сравнении с вариантом использования индивидуального амилолитического фермента

Abstract:

NAME: Study of the kinetics of enzymatic hydrolysis of plant polymers to increase the bioavailability of cereal-based beverage
AUTOR: Sergeeva Irina Yuryevna, Permyakova Larisa Viktorovna, Rainik Vitaliy Sergeevich, Rybintseva Olga Anatolyevna

The stage of enzymatic processing of a semi-finished product for cereal-based beverage (vegetative base from rice and buckwheat) was studied in order to modify the carbohydrate composition of the drink. For biocatalysis, enzyme preparations from Novozymes (Denmark) Termamyl (thermostable α amylase) and OndeaPRO (mixture of pululanase, α amylase, cellulase, xinalase, protease, and lipase) were used. To determine the limiting rate of biocatalysis and the Michaelis constant, the dosage of enzyme preparations and the initial concentration of the substrate (hydromodulus) varied: hydromodules 1:6, 1:8, 1:10 were used and the dosage of preparations was 0.25; 0.5; 0.75; 1.00% by weight of grain products. Hydrolysis was carried out in a thermostatically controlled shaker with constant stirring at 120 rpm for 180 min at optimal temperatures: 85°C (for Termamyl hydrolysis) and 60°C (for OndeaPRO hydrolysis), periodically taking samples of the hydrolyzate to determine reducing sugars. A rational dosage of the studied biocatalysts has been established - 0.75% by weight of grain products. At the same time, the optimal taste characteristics of the resulting vegetative base were also stated - the absence of a starchy aftertaste, a harmonious moderate sweetness. Kinetic curves of the process were plotted (dependence of hydrolysis rate on substrate concentration). The Michaelis constants (Km (mg/cm3)) and the limiting reaction rate (Vmax (mg/(cm3min)) were determined for preparations used for enzymatic lysis of plant bases from rice and buckwheat: Termamyl (buckwheat) - 40.0 and 0.14 ; Termamyl (rice) - 35.0 and 0.16; OndeaPRO (buckwheat) - 35.0 and 0.15; OndeaPRO (rice) - 30.0 and 0.17, respectively. It was found that the smallest Michaelis constant is typical for the enzyme preparation OndeaPRO The combination of enzymatic activities of the preparation contributes to the effective hydrolysis of the attacked substrate - starch, releasing it from binding compounds of protein and non-starch origin of the shells of starch grains of cereals. As a result, the enzyme-substrate complex is more stable in comparison with the option of using an individual amylolytic enzyme