Биохимические процессы при хранении зерна

Обновлено: 01.03.2024

В свежесобранном зерне непрерывно протекают биохими­ческие процессы, связанные с дозреванием и дыханием зер­на. Интенсивность их зависит от влажности, температуры, наличия кислорода и других факторов. В свежесобранном зер­не клеточные оболочки зародыша недостаточно проницаемы для питательных веществ, что отражается на прорастаемости. Следовательно, полная физиологическая зрелость зерна на­ступает после определенного срока хранения, который для зер­новых культур составляет 1,5—2 мес.
В процессе дозревания зерна уменьшается его влажность, происходит синтез крахмала из Сахаров, синтез белков из аминокислот, уменьшается содержание аминного азота, сни­жается количество водорастворимых веществ.

Кроме того, в результате изменения свойств коллоидных гелей поверхность становится влажной, т. е. зерно отпотевает независимо от его исходной влажности. При хранении зерна происходит умень­шение гидрофильной способности коллоидов. У основных со­ставных веществ (крахмала и белков) понижается способность связывать воду, в результате чего на его поверхности допол­нительно выделяется свободная влага. Одновременно часть глюкозы превращается в более сложные сахара — мальтозу. Выделяющаяся при этом вода увеличивает относительную влажность воздуха межзернового пространства.
Для предотвращения отпотевания зерна, которое приводит к его порче, необходимо проводить активное вентилирование. слоя сухим воздухом, а также перемещать зерновую массу из силоса в силос, пропуская одновременно через воздушно-си­товые сепараторы.

Физиологические процессы, протекающие в зерне при хра­нении, также зависят от температуры, влажности и доступа кислорода. В зернах вода находится в свободном и адсорб-ционно связанном состоянии. Адсорбционно связанная вода удерживается крахмалом и белками в виде гидратных оболо­чек. Оиа не может мигрировать внутри зерна, а следователь­но, ие участвует в обменных реакциях. Свободная вода появ­ляется в клетках зерна с повышением его влагосодержания. Она не удерживается составными веществами зерна и может свободно мигрировать из клетки в клетку, участвуя в фер­ментативных гидролитических превращениях и в обмене веществ в клетках, кроме того, способствует повышению актив­ности гидролитических и дыхательных ферментов.
Влажность зерна, при которой появляется свободная вода, называется критической н составляет 14,5—15,5 %. Поэтому зерно, подлежащее хранению, должно иметь влажность ниже критической. В состоянии глубокого покоя находится сухое зерно с влажностью 10—12 %.

Оно может храниться в слое большей высоты (до 10 м). Достаточно устойчиво при хране­нии и зерно средней сухости с влажностью 12—14 %• Влаж­ное зерно (14—17 %) дышит в 5—8 раз интенсивнее сухого и его при хранении необходимо периодически контролировать, проветривать и подсушивать. Сырое зерно с влажностью свыше 17 % дышит в 25—30 раз энергичнее сухого и хранению в таком виде не подлежит.
Все жизненные процессы в зерне с нормальной влажностью (дыхание, обмен веществ, поддерживающие жизнь зароды­шевых клеток) протекают непрерывно и сравнительно медлен­но. Процесс дыхания осуществляется комплексом фермента­тивных систем. При недостатке кислорода в слое зерна может начаться анаэробный обмен веществ, конечными продуктами которого являются такие йнгибирующие вещества, как спирт, двуокись углерода, альдегиды, органические кислоты и эфиры. Зародыш зерна при анаэробном дыхании отравляется и в дальнейшем отмирает без восстановления.

Поэтому при таких условиях необходима активная вентиляция слоя зерна, обес­печивающая удаление всех йнгибирующих веществ.
Выделяемая при дыхании зерна влага задерживается на его поверхности и, в свою очередь, еще больше активизирует процесс обмена вешеств, одновременно способствуя развитию микроорганизмов. Пои активном дыхании зерна пооисходит его самосогревание. Максимум энеогии дыхания достигается при температуре 50—55 °С.

Дальнейшее повышение темтеера-туры связано с отмиранием протоплазмы клеток, разруше­нием клейковины и снижением всхожести, а следовательно, ослаблением энергии дыхания.
Стойкость и жизнедеятельность зерна при хранении в большей степени зависят от влажности, чем от температуры. Так, повышение влажности зерна на 2—3 % увеличивает по­тери сухих веществ пои хранении в 75—85 раз, а подъем тем­пературы на 10—12 °С — всего лишь в 4—5 раз. При дли­тельном хоанении с оптимальной влажностью в межзерновом пространстве убывает кислород и накапливается двуокись уг­лерода.

Такие изменения на жизнедеятельность сухого зерна не влияют.
Зерно и примеси имеют на своей поверхности огромное ко­личество бактерий, дрожжевых клеток, плесневых и лучистых грибов и др. С повышением температуры и влажности начи­нается интенсивная деятельность их. Различные насекомые, находящиеся в зерновой массе, разрушают оболочку зериа, тем самым облегчают доступ микроорганизмов к внутренней части. При этом развитие микрофлоры ускоряется и усили­вается самосогревание зерна, которое ухудшает его качество и приводит к потерям углеводов, белков и других веществ. Сушка, проветривание и охлаждение зерновой массы являются самыми эффективными средствами для предупреждения ее порчи и самосогревания.
Таким образом, степень аэрации слоя, его влажность и температура имеют решающее значение для стойкости зерна при хранении. Снижение влажности и температуры зерна до оптимальных значений (12—14 % и 15—18 °С) ограничивает его жизнедеятельность и снижает потери сухих веществ.

В.А.Дотарецкий
Произвоасгво концентратов, экстрактов и безалкогольный напитков
справочник

В зерне при хранении протекают физиологические и биохимические процессы. К физиологическим процессам относят дыхание, к биохимическим – послеуборочное дозревание и самосогревание зерна.

В начальный период хранения зерновая масса активно дышит, поглощая кислород и выделяя диоксид углерода, воду и теплоту. Выделяющаяся при дыхании свободная тепловая энергия используется в дальнейшем на физиологические и биохимические внутренние процессы, а также удаляется в значительных количествах.

В процессе дыхания расходуются углеводы зерна, потеря которых может быть весьма значительной, что вредно отражается на жизнедеятельности зародыша, приводит к самосогреванию и порче зерна. Интенсивность дыхания характеризуется количеством выделившегося СО2 и поглощенного кислорода и зависит от многих факторов – сорта зерна, его физиологического состояния, условий и способов хранения. Интенсивность дыхания можно регулировать, изменяя влажность, температуру и доступ воздуха. На интенсивность дыхания зерновой массы влияет также его выравненность, условия транспортировки, очистки и др.

Ячмень после уборки урожая находится в состоянии покоя и имеет низкую всхожесть, т.е. находится в состоянии покоя.

Период покоя – это естественная самозащита ячменя от прорастания на стебле, которое, например, могло бы происходить в колосе при уборке зерна во влажную погоду.

Процессы, происходящие внутри зерна в продолжение периода покоя, называют дозреванием.

Предполагают, что период покоя обусловлен рядом причин. В одних случаях это может зависеть от состояния зародыша, а в других - от проницаемости оболочки для кислорода.

Считается, что в результате обильного доступа кислорода к тканям прорастающего зерна усиливаются окислительные процессы, что обусловлено образованием ферментов или переходом их из зимогенного состояния в активное. При задержке образования ферментов замедляются все процессы обмена веществ в зерне, следствием чего и является плохое прорастание.

Целлюлозная структура семенной и плодовой оболочек в свежеубранном зерне непроницаема для кислорода. Она укреплена такими веществами как воски, гумми-вещества, танин, лигнин, которые затрудняют доступ к зародышу кислорода и понижают тем самым воздухопроницаемость семенной оболочки. Зародыш может поглощать достаточно кислорода только лишь после соответствующих изменений этих веществ. С течением времени количество их на поверхности зерна значительно уменьшается.

Кроме того, в стадии покоя ячменя в значительной степени проявляют свою активность ингибиторы прорастания, которые находятся в цветковой оболочке, и в результате их действия зародыш не готов в прорастанию даже в оптимальных для него условиях (доступе кислорода, оптимальной температуре и влажности).

В настоящее время для сокращения периода послеуборочного дозревания ячменя можно применять следующие методы:

- кратковременный нагрев ячменя при температуре 40-50 0 С;

- обработка зерна различными химическими веществами (0,5-1% перекисью водорода, 0,5% раствором сероводорода, 0,06% ацетальдегидом);

- обработка гибберелловой кислотой;

- удаление оболочек зерна.

Однако все эти методы мало эффективны. Поэтому ускорять процесс дозревания не следует.

Послеуборочное дозревание характеризуется также рядом биохимических процессов, протекающих непосредственно в клетках и тканях зародыша. При дозревании уменьшается влажность зерна, происходит синтез крахмала из сахаров, синтез белков из аминокислот, снижается содержание аминного азота и уменьшается количество водорастворимых веществ. Длительность периода покоя составляет 4-8 недель и зависит от сорта и от температуры во второй половине созревания. Чем холоднее погода в этот период, тем медленнее достигается полная энергия прорастания.

Зерно - живой организм, находящийся в покое и, следовательно, как и в любом живом организме, в нем совершается постоянный, хотя и медленный, обмен веществ, поддерживающий жизнь зародышевой клетки. Характер и интенсивность физиологических процессов, протекающих в зерновой массе при хранении, зависят не только от активности ферментативного комплекса зерна, но и от условий окружающей среды. Основным, важнейшим физиологическим процессом, протекающим в зерне, является дыхание.


Дыхание обеспечивает энергией клетки семян за счет окисления органических веществ, главным образом Сахаров, под действием окислительно-восстановительных ферментов. При достаточном доступе кислорода в зерне преобладает аэробное дыхание, которое можно выразить суммарным уравнением

ккална 1 грамм-молекулу (180 г) израсходованной глюкозы.

При недостатке кислорода полного окисления органических веществ не происходит, в зерне идет процесс анаэробного (интрамолекулярного) дыхания (спиртового брожения), выражаемого суммарным уравнением: ккал(118 кДж) на 1 грамм-молекулу израсходованной глюкозы. При анаэробном дыхании параллельно со спиртовым брожением частично может идти и молочно-кислое, при котором из глюкозы образуется молочная кислота :


ккал (83,5 кДж), что приводит к медленному нарастанию титруемой кислотности продукта. Анаэробное дыхание зерновой массы нежелательно, так как накопление этилового спирта и других промежуточных продуктов, дыхания может привести к гибели зародыша, т. е. потере всхожести семян.

Вид дыхания зерна можно определить по его дыхательному коэффициенту - отношению объема выделенного диоксида углерода к объему поглощенного кислорода. При отношении, равном единице, идет аэробное дыхание, если это отношение меньше единицы, то часть кислорода расходуется на другие процессы в зерновой массе; дыхательный коэффициент больше единицы бывает в том случае, когда наряду с аэробным идет и анаэробное дыхание, и чем больше выделяется углекислого газа и меньше поглощается кислорода, тем больше его доля.

Интенсивность дыхания зависит от влажности, температуры и качества зерна. Сухое зерно имеет невысокую интенсивность дыхания. За год хранения при температуре 10-20 °С 1 т сухого зерна (с влажностью до 14-%) теряет за счет дыхания 100 г (0,01 %) массы. У зерна средней сухости (от 14,1 до 15,5%) интенсивность дыхания примерно в 1,5-2 раза выше, чем у сухого. Влажное зерно (влажность 15,5-17 %) разных культур резко увеличивает интенсивность дыхания (кратное): пшеница - в 4-8, овес - в 2-5, кукуруза - в 8,5-17 по сравнению с зерном средней сухости. На рис. 5 показана зависимость интенсивности дыхания от влажности зерна проса.

Температура хранения оказывает существенное влияние на интенсивность дыхания. Зерно, хранящееся при температуре, близкой к 0 °С, дышит с исчезающе малой интенсивностью, как это видно на рис. 6. По мере повышения температуры интенсивность дыхания возрастает, достигая максимума при 50-55 °С, после чего начинает резко падать. Падение совпадает с началом тепловой денатурации белков, инактивации ферментов, т. е. началом гибели зерна. На рис. 6 видно, что при температуре около 0 °С можно хранить определенное время даже зерно с повышенной влажностью. Качество зерна оказывает существенное влияние на энергию его дыхания. Чем хуже качество зерна, тем интенсивнее оно дышит и тем труднее его хранить. Следствия дыхания зерна при хранении. Каким бы способом ни дышало зерно, этот процесс вызывает:

потерю сухого вещества (убыль массы) зерна. Расходуемая при дыхании глюкоза постоянно пополняется за счет ферментативного гидролиза крахмала;

изменение состава воздуха межзерновых пространств за счет выделения диоксида углерода и расходования кислорода, что в конечном итоге может вызвать анаэробное дыхание;

увеличение количества гигроскопической влаги в зерне и повышение относительной влажности воздуха в межзерновых пространствах. Образующаяся при аэробном дыхании вода остается в зерновой массе и при высокой интенсивности дыхания может существенно увлажнить ее, приводя тем самым к еще большему увеличению интенсивности дыхания;

образование тепла в зерновой массе особенно при высокой интенсивности аэробного дыхания может быть весьма существенным. Известно, что зерновая масса обладает низкой теплопроводностью, поэтому образующееся тепло вызывает повышение температуры и, следовательно, интенсивности дыхания. Два последних названных следствия дыхания являются причинами возникновения самосогревания зерновой массы, приводящего ее к порче, а иногда и к полной гибели.

Самосогревание - результат высокой интенсивности дыхания зерновой массы, развития в ней плесеней, а иногда и амбарных вредителей. В начальной стадии самосогревания (повышение температуры до 30 °С) зерно приобретает солодовый запах и сладковатый вкус, свойственные прорастающему зерну. Поверхность зерна сначала обесцвечивается, затем приобретает красноватый оттенок, а эндосперм - сероватый.В нем повышаются доля моносахаридов, титруемая кислотность и кислотное число жира-Активность ферментов существенно возрастает. Объемный выход хлеба снижается, мякиш получается более темным, чем из нормального зерна. При переработке пшеницы с солодовым запахом ее смешивают с нормальным зерном.

Рис. 5. Зависимость интенсивности дыхания проса от влажности зерна (В. Л. Кретович, 1971)

Рис. 5. Зависимость интенсивности дыхания проса от влажности зерна (В. Л. Кретович, 1971)

При развитии самосогревания и повышении температуры до 40-50 °С и выше поверхность зерна темнеет вплоть до полного почернения, иногда полностью покрывается мицелием плесеней-Темнеет, а затем чернеет эндосперм. Запах становится плесневым, а потом гнилостно-затхлым, изменяется соответственно и вкус, увеличиваются титруемая кислотность (в болтушке), кислотное число жира, растет содержание аммиака. Интенсивность дыхания достигает максимума и начинает падать, снижается всхожесть зерна впло/ь до полной ее утраты. Содержание клейковины в пшенице резк0 снижается, а ее качество ухудшается. Эти изменения говорят о распаде в греющемся зерне углеводов, белков и липидов под действием собственных и плесневых ферментов, а также длительным воздействием повышенных температур. Если самосогревание возникает в поверхностном слое насыпи (до 0,7 м от поверхности), то главной причиной порчи зерна является его плесневение.

При возникновении самосогревания в глубинных слоях бурное развитие плесеней задерживается недостатком там кислорода, поэтому основной причиной порчи являются деятельность собственных ферментов и высокая температура. Мука из зерна поверхностных очагов самосогревания дает хлеб плоский, почти без пор, с очень темным заминающимся мякишем, а из глубинных очагов самосогревания - высоким, с рваными корками. Зерно, подвергшееся самосогреванию больше, чем в первой стадии, на пищевые (иногда и кормовые) цели не используется.

Рис.6. Влияние температуры на интенсивность дыхания зерна пшеницы

Рис.6. Влияние температуры на интенсивность дыхания зерна пшеницы: 1 - влажность зерна 14 %; 2 - влажность зерна 16 %; 3 - влажность зерна 18 %; 4 - влажность зерна 22 %

В период хранения постоянно проводят наблюдения за зерном. Температура хранящейся зерновой массы должна находиться под повседневным контролем. При небольшом повышении температуры (на 1-3 °С) проводят активное вентилирование сухим холодным воздухом. Если зерно после этого продолжает греться, то его приходится перемещать в резервный силос, пропуская при этом через зерносушилку и зерноочистительную машину (для охлаждения).

Поверхностный слой зерна не реже одного раза в неделю осматривается для определения присутствия (или отсутствия) признаков появления амбарных вредителей. При их обнаружении принимаются срочные меры по обеззараживанию зерновой массы и предупреждению их перехода в другие силосы.

Окислительные процессы и антиоксидантный статус зерновок злаковых культур при различных условиях хранения. Расчет каталитических свойств некоторых оксидоредуктаз при хранении и прорастании зерновок пшеницы. окисления липидов при прорастании зерновок.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 26.12.2017
Размер файла 70,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Физиолого-биохимические процессы в зерновках ячменя и пшеницы при их хранении, прорастании и переработке

03.00.12 - Физиология и биохимия растений

диссертация на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Верхотуров Василий Владимирович

Работа выполнена в Якутской государственной сельскохозяйственной академии и Иркутском государственном техническом университете

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор В.В. Рогожин

Официальные оппоненты: доктор биологических наук профессор Н.Н. Новиков

доктор биологических наук, профессор С.Ф. Измайлов

доктор технических наук, профессор Г.П. Карпиленко

Ведущая организация: Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН

Защита диссертации состоится "16" декабря 2008 года в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.08 по защите диссертаций на соискание степени доктора биологических наук при ФГОУ ВПО "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" по адресу: 127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, 49

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ФГОУ ВПО "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева"

Автореферат разослан "___" __________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета С.Л. Белопухов

зерновка злаковый оксидоредуктаз

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Способность семян находиться в состоянии покоя является важным приспособительным механизмом, позволяющим человеку в определенных условиях длительно хранить семена сельскохозяйственных растений (Николаева, 1999). В то же время наличие покоя у семян весьма затрудняет культивирование многих пищевых, кормовых, технических и других полезных растений, а также осложняет работы в ботанических садах по созданию коллекций растений и интродукции перспективных для хозяйства видов и т.д. Свежеубранные зерновые культуры почти всегда прорастают плохо, поскольку в них велик процент зародышей, неспособных к прорастанию. Наибольшую энергию прорастания зерновки получают в процессе дозревания, которое в зависимости от свойств сорта, условий роста и хранения может длиться многие недели (Трисвятский, 1985). Вся цепь процессов, происходящих в семенах при дозревании, прорастании и превращении их в новое растение постоянно находится в поле зрения физиологов растений (Хавкин, 1982; Николаева, 2001).

Прорастание семян сопровождается активацией генома и различных физиолого-биохимических процессов (Зауралов, Лукаткин, 1997; Обручева и др., 1999). Энергетическое жизнеобеспечение клеток зародыша, выходящего из покоя, поддерживается достаточно сложным комплексом митохондриальных окислительно-восстановительных реакций (Робертси, 1982; Обручева, 2001). С повышением метаболических процессов в клетках прорастающих семян наблюдается образование активных форм кислорода, защита от которых осуществляется за счет использования высокоактивной антиоксидантной системы в составе низко- и высокомолекулярных соединений (Кения, Лукаш, 1993). Действие компонентов системы антиоксидантной защиты в основном сводится к подавлению образования свободных радикалов, поддержанию нормального уровня свободно-радикальных процессов и перекисного окисления липидов в тканях (Мерзляк, 1989).

Активные формы кислорода выполняют в клетках важные сигнальные функции не только при стрессе, но и в обычных условиях произрастания растений (Аверьянов, 1999; Тарчевский, 2000). Стрессовые воздействия (низкая температура, ультрафиолет, химические соединения и др.), применяемые для прерывания покоя и повышения всхожести семян, могут быть инициаторами окислительных процессов, таких как перекисное окисление липидов. В тоже время публикации, отражающие роль анти- и прооксидантного баланса при прорастании семян встречаются крайне редко. Наконец, остается открытым вопрос о взаимной регуляции анти- и прооксидантной системы, а также перспективы использования данного механизма в сельскохозяйственной практике и перерабатывающей промышленности.

Субстратами пероксидазы могут быть фитогормоны, цитохром с, НАДФН, триозы, аскорбат, флавоноиды и др. (Садвакасова, Кунаева, 1987; Рогожин, Верхотуров, 2004). Поскольку активность пероксидазы и метаболизм гормональных и негормональных соединений тесно взаимосвязаны, то повышение активности фермента должно отражаться в изменении метаболизма его субстратов. Динамика роста научной литературы, посвященной активным формам кислорода, антиоксидантной системы, окислительным реакциям и их участием, говорит о стремительно растущем к ним интересе физиологов и биохимиков.

Цель работы состояла в изучении роли анти- и прооксидантной системы при хранении, прорастании и переработке зерновых культур, установлении закономерностей проявления ее активности на действие физических и химических факторов, а также исследовании перспективы применения антиоксидантов в сельском хозяйстве и солодовенном производстве. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

Исследовать окислительные процессы и антиоксидантный статус зерновок злаковых культур при различных условиях хранения.

Определить активность и каталитические свойства некоторых оксидоредуктаз при хранении и прорастании зерновок пшеницы.

Проследить за изменением активности антиоксидантной системы и интенсивности перекисного окисления липидов при набухании и прорастании зерновок.

Изучить влияние химических и физических факторов на окислительные процессы и антиоксидантный статус семян и проростков.

Предложить механизм окисления низкомолекулярных антиоксидантов с участием пероксидазы и исследовать влияние регуляторов на каталитические свойства фермента.

Исследовать влияние экзогенных анти- и прооксидантов на прорастание и всхожесть зерновок пшеницы.

Исследовать влияние технологического режима проращивания ячменя на антиоксидантный статус и качество светлого пивоваренного солода.

Определить содержание низкомолекулярных антиоксидантов в отходах солодовенного производства и предложить перспективы их использования при солодоращении ячменя.

Длительное хранение семян, а также их хранение при неблагоприятных условиях, способствует накоплению продуктов ПОЛ и снижению активности антиоксидантной системы. Поэтому показатели состояния про- и антиоксидантной системы могут быть использованы как критерий оценки жизнеспособности семян в условиях хранения и переработки. Низкая активность окислительных процессов и высокое содержание низкомолекулярных антиоксидантов в зерновках является одним из биохимических механизмов, обеспечивающих жизнеспособность семян при длительном хранения.

Перекисное окисление липидов является показателем активации кислородных метаболитов, участвует в запуске программы прорастания семян и активации антиоксидантной системы.

Низкомолекулярные антиоксиданты способны регулировать активность пероксидазы растений в условиях in vitro и in vivo. Взаимное влияние низкомолекулярных антиоксидантов и высокомолекулярного антиоксидантного фермента - пероксидазы является одним из регуляторных механизмов прорастания семян растений.

Низкомолекулярные экзогенные анти- и прооксиданты являются эффективными регуляторами прорастания зерновок злаковых культур. Участие низкомолекулярных антиоксидантов в механизме покоя семян обусловлено ингибированием фермента антиоксидантной защиты - пероксидазы, что подтверждается в экспериментах in vitro и in vivo. Понижение активности фермента высокими концентрациями антиоксидантов способствует углублению покоя семян, а активация пероксидазы - ускоренному их выходу из состояния гипобиоза и быстрому прорастанию.

Научная новизна. Показано участие компонентов антиоксидантной системы в регуляции биохимических процессов при хранении и прорастании семян растений. Установлено, что стресс-факторы (температура, ультрафиолет, химические соединения), способствуют стимуляции прорастания семян, через активацию перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы. Результаты проведенных исследований дают возможность рассматривать ПОЛ как один из пусковых механизмов активации программы прорастания семян. Знания механизмов активации биохимических процессов прорастания семян позволяют разработать новые методы, повышающие всхожесть семян и устойчивость растений к действию неблагоприятных факторов окружающей среды.

Впервые изучены механизмы индивидуального и совместного пероксидазного окисления низкомолекулярных антиоксидантов. Определены каталитические константы реакций и предложены механизмы взаимной регуляции пероксидазы и низкомолекулярных антиоксидантов, реализуемые в биологической системе. Установлено, что в реакциях индивидуального и совместного окисления в действии пероксидазы проявляются сложные регуляторные механизмы, обеспечивающие протекание каталитического процесса. Фермент, не проявляющий избирательность по отношению к природе окисляемого субстрата в реакциях индивидуального окисления, приобретает избирательность в реакциях совместного окисления.

Впервые в производственных условиях исследована активность антиоксидантной системы и интенсивность перекисного окисления липидов в зерновках ячменя при производстве светлого пивоваренного солода. Предложено использовать показатели активности антиоксидантной системы для оценки протекания окислительных процессов при производстве пивоваренного солода.

Практическая значимость работы. Диссертационная работа выполнена в рамках тематики НИР кафедры пищевой технологии ИрГТУ "Техническая биохимия, биотехнология и химия биологически активных веществ" (госбюджетная тема №378). Исследования были поддержаны грантом Министерства образования и науки РФ “Биохимия процессов, протекающих при хранении и переработке растительного сырья” (код ГРНТИ 62.09.37).

Показатель состояния анти- и прооксидантной системы может быть использован как дополнительный критерий оценки качества при хранении и солодоращении зернового сырья. Замачивание семян в растворах низкомолекулярных антиоксидантов, приводит к повышению всхожести и устойчивости проростка к неблагоприятным факторам среды. Полученные данные позволят предложить наиболее оптимальное время замачивания семян в растворах регуляторов, которое по результатам наших исследований приходится на первые четыре часа набухания. Полученные результаты могут быть рекомендованы для практического использования в сельскохозяйственном производстве для увеличения всхожести и сопротивляемости семян к неблагоприятным факторам.

Результаты, посвященные изучению влияния низкомолекулярных антиоксидантов на солодоращение пивоваренного ячменя, могут быть использованы при разработке технологии применения этих регуляторов в солодовенном производстве. Исследования, посвященные определению содержания низкомолекулярных антиоксидантов в отходах пивоваренного и солодовенного производства, могут быть полезны для разработки технологии использования отходов в регуляции биотехнологических процессов при солодоращении зернового сырья.

Материалы используются для проведения занятий по курсам “Физиология и биохимия растений”, “Биохимия”, “Прикладная энзимология”, и "Биотехнология переработки растительного сырья" для студентов технологического и сельскохозяйственного профиля, обучающихся в ИрГТУ и ЯГСХА.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов обеспечены проведенным объемом лабораторных исследований; профессионализмом проведения измерений на современном оборудовании; подтверждены сходимостью расчетных и экспериментально полученных результатов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 40 печатная работа, в том числе 17 статей в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских диссертаций, а также 2 монографии (в соавторстве) и 1 учебное пособие.

Объем и структура работы. Диссертационная работа представляет собой рукопись, изложенную на 360 страницах машинописного текста, включает 44 таблиц, 73 рисунков, а также список цитируемой литературы из 452 наименований. Диссертация состоит из введения, десяти глав, заключения, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы и приложения.

Личное участие автора. Личный вклад соискателя заключается в постановке и проведении экспериментов, в статистической обработке, интерпретации и публикации полученных результатов.

Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту проф. В.В. Рогожину за профессиональное и доброжелательное руководство; с.н.с. Т.Т. Курилюк, к.б.н., Т.В. Рогожиной, В.Ю. Гребенщикову, Г.В. Пинигиной, В.К. Франтенко, О.В. Соколовой - за помощь и ценные советы, высказанные в процессе обсуждения диссертационной работы. Автор искренне благодарит сотрудников ОАО "БПК", ЯГСХА, ИрГТУ, ИГСХА и СИФИБР СО РАН за всестороннюю помощь и поддержку, оказанные при подготовке диссертации.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Количество супероксида определяли спектрофотометрически при 480 нм по окислению адреналина в адренохром (Misra, Fridovich, 1972). Содержание малонового диальдегида исследовали по реакции с тиобарбитуровой кислотой при л = 532 нм (Владимиров, Арчаков, 1972; Рогожин, 1999). Активность глутатионредуктазы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы определяли при 340 нм по начальной скорости изменению абсорбции НАДФH (Smith et al., 1989; Рогожин, 1996); алкогольдегидрогеназы регистрировали по скорости окисления этанола и образования НАДН при л= 340 нм е = 6,22 мМ-1см-1 (Рогожин, 1999); полифенолоксидазы проводили по окислению пирокатехина (Ермаков, 1987); пероксидазы по начальной скорости окисления о-дианизидина перекисью водорода при л = 460 нм е = 30 мМ-1см-1 (Лебедева и др., 1977); каталазы по уменьшению поглощения л = 240 нм, е = 42,3 М-1 см-1 (Цагарели, Пруидзе, 1990); супероксиддисмутазы по ингибированию окисления адреналина супероксид-радикалом при 347 нм (Сирота, 1999).

Определяли активность амилолитических (Плешков, 1976) и протеолитических ферментов (Ермаков, 1987). Содержание антиоксидантов определяли по реакции с о-фенентролином (Ермаков, 1987; Рогожин, 1996); аскорбиновой кислоты по восстановлению К3[Fe(CN)6] при л = 700 нм (Ермаков, Максимов, 1978); стероидных гликозидов по реакции с пикриловой кислотой (Ермаков, 1987). Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с учетом критериев Стьюдента и Фишера по методике, описанной в руководстве (Лакин, 1990). Разницу считали достоверной при р

Читайте также: