Введение к работе
Актуальность темы. Солод является весьма востребованным продуктом в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, медицине и др. (Ауэрман, 2003; Кунце, 2003; Kichara et al., 2002). Это связано с тем, что солод содержит активный комплекс ферментов, а также соединения, необходимые для нормальной жизнедеятельности: белки, углеводы, макро- и микроэлементы, витамины. При использовании солода улучшается качество пищевых продуктов, в том числе для детского питания, увеличиваются сроки их хранения, продукты приобретают необходимый аромат, цвет и вкус (Драчева, 2001; Доронин и др., 2002; Рогов и др., 2004; Нилов и др., 2005; Greg, 1994; Dewar et al., 1997), решаются многие технологические проблемы изготовления качественных продуктов питания и обогащения их микронутриентами (Покровский, 2002; Лифляндский, 2004; Гичев, 2006; Hilliam, 2001; Milner et al., 2002).
Однако применение нативного солода имеет ряд недостатков: низкая стабильность и однократность действия, неустойчивость к экстремальным воздействиям, постоянная возможность загрязнения продуктов питания чужеродными белковыми (resp. аллергенными) примесями, сложность регулирования глубины ферментативной реакции и т. д. (Фараджева, 2001; Егорова, 2005; Poig et al., 1995). Многие из этих проблем успешно решаются с помощью иммобилизованных ферментов, которые в пищевой промышленности с высокой эффективностью применяются на таких крупномасштабных производствах как получение глюкозо-фруктозных сиропов, L-аминокислот и т. д. (Kitara et al., 1989; Kokin et al., 1992). В то же время возможность применения иммобилизованного солода в каких-либо отраслях хозяйственной деятельности до сих пор еще не исследовалась, что обуславливает необходимость и актуальность их проведения.
Другой, теоретически и практически значимой задачей является повышение продукции солода высокого качества. С этой целью применяются различные усилители солодоращения: сульфацетамин, гиббереллин, цитокинин, фузикокцин и др. (Блинов, 2001; Безуглова, 2003; 2007; Магулаев, 2007). Однако большинство из них не является стимуляторами получения нативного и, особенно, иммобилизованного солода биотехнологического генеза. С современных позиций это является актуальной задачей.
Цель работы - изучение ферментативной активности нативного и иммобилизованного солода и оценки влияния на эти процессы некоторых биотехнологических воздействий.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. Изучить влияние эффективных микроорганизмов, коллоидного золота и растворов редкоземельных металлов на посевные качества семян.
2. Оценить амилолитическую активность нативного солода в зависимости от температуры, рН, концентрации ферментного препарата и концентрации субстрата.
3. Разработать технологию физической иммобилизации солодового препарата, полученного из зерновых и бобовых культур.
4. Оценить амилолитическую активность иммобилизованного солода в зависимости от температуры, рН и концентрации субстрата.
5. Установить роль биотехнологических воздействий в изменении качественных показателей иммобилизованного солода.
6. Исследовать влияние нативного и иммобилизованного солода на органолептические и физико-химические показатели качества теста, хлеба, пива и кваса.
Научная новизна. Впервые установлено, что обработка семян пшеницы, ржи, тритикале и двух видов чечевицы препаратом эффективных микроорганизмов и коллоидным золотом существенно улучшает их посевные качества. Так, энергия прорастания при обработке семян ЭМ-препаратом у зерновых, в среднем, увеличилась на 9 %, у бобовых - на 15 %. Под воздействием коллоидного золота энергия прорастания семян тритикале увеличилась в 1,5 раза. Обнаружена тенденция к сокращению сроков прорастания семян под влиянием ЭМ-препарата, коллоидного золота и неодима. Под влиянием указанных воздействий скорость прорастания культур по сравнению с контрольными образцами уменьшилась, в среднем, в 1,5 раза. Растворы празеодима и лантана снижали скорость прорастания данных культур, в среднем, на 30 - 40 %.
Детально изучена зависимость скорости амилолитической реакции нативного солода, полученного из указанных зерновых и бобовых культур от температуры, рН, концентрации ферментного препарата и концентрации субстрата. Установлено, что ферментативная активность солода из зерновых в 3 - 4 раза выше, чем у бобовых.
Предложен способ производства солода из чечевицы, позволяющий повысить ферментативную активность и энергию прорастания зерна чечевицы, а также сократить сроки получения готового солода и, как следствие, расширить область применения такого солода (патент на изобретение № 2428464 «Способ производства солода из чечевицы»).
Впервые разработана технология физической иммобилизации солода, полученного из семян пшеницы, ржи и тритикале, изучена его амилолитическая активность в зависимости от температуры, рН и концентрации субстрата. Установлено, что потеря ферментативной активности солода после иммобилизации составляла, в среднем, 13 % от активности нативного. Солод, полученный из бобовых культур, по сравнению с солодом из зерновых, имел меньшее сродство к субстрату и низкую начальную скорость реакции гидролиза крахмала. Иммобилизованный солодовый препарат может быть использован в течение 15 дней.
Практическая значимость работы. Показана целесообразность использования препарата эффективных микроорганизмов, коллоидного золота и растворов редкоземельных металлов (неодима, празеодима, лантана) в концентрации 510– 9 г/л для улучшения посевных качеств семян зерновых и бобовых культур.
В научно-пилотных опытах впервые установлена эффективность использования разработанного иммобилизованного ферментного препарата солода при изготовлении теста, хлеба, пива и кваса. Положительные результаты исследований подтверждены актами комиссионных испытаний в Саратовском ГАУ им. Н. И. Вавилова. Получен акт о внедрении технологии физической иммобилизации солода в производство хлебобулочных изделий на ОАО «Хлебокомбинат им. Стружкина», г. Саратов. Разработана программа «Расчет амилолитической активности солода», предназначенная для нахождения искомых значений амилолитической активности солода при заданных значениях концентрации субстрата (свидетельство о государственной регистрации № 2010617147 - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Москва, 2010).
Результаты научных исследований используются в учебном процессе при чтении студентам-биотехнологам лекций, проведении лабораторных работ, при написании дипломных работ и методических указаний в ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н. И. Вавилова». Этому способствует, в частности, и разработанная база данных «Библиографический обзор литературы по изучению основных характеристик солода и его применения» (свидетельство о государственной регистрации № 2011620324 - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Москва, 2011).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Биотехнологические воздействия (препарат эффективных микроорганизмов, коллоидное золото, растворы редкоземельных металлов в концентрации 510 – 9 г/л) улучшают посевные качества семян зерновых и бобовых культур.
2. Амилолитическая активность нативного солода зависит от температуры, рН, концентрации фермента и концентрации субстрата.
3. Разработаны технологические этапы физической иммобилизации ферментного препарата солода из зерновых и бобовых культур.
4. Ферментативная активность иммобилизованного солодового препарата
зависит от температуры, рН и концентрации субстрата.
5. Препараты эффективных микроорганизмов, коллоидное золото, растворы редкоземельных металлов в концентрации 510 –9 г/л стимулируют амилолитическую активность иммобилизованного солода.
6. Иммобилизованный ферментный препарат солода рекомендуется применять при изготовлении теста, хлеба, пива и кваса.
Апробация работы. Основные результаты научных исследований представлены на Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (Саратов, 2010); научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского ГАУ по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы (Саратов, 2011); Шестом Саратовском Салоне изобретений, инвестиций, инноваций (Саратов, 2011); первой интернет-конференции Саратовского ГАУ «Приоритетные направления модернизации аграрной экономики: тенденции, проблемы, перспективы» (Саратов, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 1 патент.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы и собственных исследований, включающих материалы и методы исследований, результатов исследований и их обсуждение, а также заключения, выводов, практических предложений и списка использованных литературных источников. Работа изложена на 148 страницах, иллюстрирована 27 рисунками, 25 таблицами, содержит 4 приложения. Список использованных литературных источников включает 224 наименованиz, в том числе 108 зарубежных авторов.
