Амилаза ржаной муки. Строение и функции

37

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет», ФГОУ ВПО «КГТУ»

Кафедра химии

Курсовая работа по биохимии

Амилаза ржаной муки.

Строение и функции.

Проверил: профессор, д.б.н.

Н.Т.Сергеева

Исполнитель: студентка группы 07-ТП

А.К.Елистратова

Калининград

2011

Содержание

Введение

1.Литературный обзор

1.1.Биохимическая ценность ржаной муки

1.1.1.Биологичекая ценность белков ржаной муки

1.1.2.Аминокислотный состав ржаной муки

1.1.3.Биологическая ценность углеводов ржаной муки

1.1.4.Биологическая ценность липидов ржаной муки

1.1.5.Макро- и микроэлементы ржаной муки

1.1.6.Витамины ржаной муки

1.2. Амилолитические ферменты

1.2.1.Строение амилаз

1.2.2.Функции амилаз ржаной муки

1.2.3. Биохимический механизм действия амилаз ржаной муки

1.2.4 Активность амилаз в ржаной муки

1.3. Применение амилаз в промышленных технологиях

2. Экспериментальная часть

2.1.1. Материалы и реактивы.

2.1.2. Оборудование.

2.2.Методика исследования

2.3. Результаты опыта

ВЫВОДЫ

Список используемой литературы

Введение

С наступлением зимы, когда организму человека начинает не хватать витаминов, хлебопеки советуют включить в свой рацион питания традиционный ржаной хлеб.

Как свидетельствуют опросы, ржаной хлеб стал реже появляться в нашем меню. Между тем стоит напомнить о пользе хлеба, издревле считавшегося продуктом, приумножающем здоровье. В нем содержится много полезных веществ, необходимых человеку: аминокислоты, минеральные вещества, соли, витамины группы В, РР, Е, железо, микро- и макроэлементы, клетчатка.

Светило медицинской науки А.И. Купцов писал: «Однообразное питание черным ржаным хлебом русского бедного населения никогда не приводило к авитаминозу…»

Актуальность данной курсовой работы обусловлена тем, что сегодня ржаной хлеб является наиболее употребляемым, из-за своих лечебных свойств.

Люди все больше уделяют внимание своему здоровью и сбалансированному питанию. В связи с этим увеличилась потребность в производстве хлеба с внесением ржаной муки, которая обладает многочисленными полезными свойствами. В её состав входит необходимая нашему организму аминокислота – лизин, клетчатка, марганец, цинк.

Употребление ржаного хлеба помогает снизить холестерин в крови, улучшает обмен веществ, работу сердца, выводит шлаки, помогает предотвратить несколько десятков заболеваний, в том числе и онкологических.

При производстве хлеба из ржаной муки важно знать строение, активность и содержание амилазы, т.к. хлебопекарные свойства ржаной муки в основном определяются состоянием ее углеводно-амилазного комплекса.

Исходя из вышеупомянутого цель данной курсовой работы – изучить биохимическую ценность ржаной муки, а также строение и функции амилазы.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1.                  изучить биохимическую ценность ржаной муки;

2.                  изучить строение амилазы ржаной муки;

3.                  изучить функции амилазы ржаной муки;

4.                  изучить биохимический механизм действия амилаз, а также содержание и активность в ржаной муке;

5.                  определить активность амилазы ржаной муки фотоэлектроколориметрическим методом.

1.Литературный обзор

1.1.Биохимическая ценность ржаной муки

От химического состава зерна зависит биохимическая  ценность муки. В то же время химический состав зерна зависит от его селекционных особенностей, агротехнических, климатических и грунтовых условий выращивания.

Химический состав ржаной муки изменяется в зависимости от степени извлечения эндосперма и отделения оболочек, алейронового слоя и зародыша, а также от района произрастания зерна, сортовые особенности, условия сбора и хранения.

В зависимости от вида помола ржаную муку подразделяют на сеяную, обдирную и обойную [10].

В данной курсовой работе будет рассмотрена мука ржаная обойная.

Обдирная мука содержит большое количество тонко измельченных частиц и состоит из измельченного эндосперма ржи с примесью заметного количества измельченных оболочек, алейронового слоя, зародыша. Всего в ней около 10% отрубянистых частиц.

Обдирная мука белого цвета с сероватым или коричневатым оттенком. Размер частиц неоднородный. Именно обойная мука имеет наивысшую биологическую ценность, т.к. в ней сохранены все части цельного зерна.

Для того чтобы наиболее полно рассмотреть биохимическую ценность ржаной муки, необходимо сравнить ее с пшеничной.

Средний химический состав пшеничной и ржаной муки представлен в таблице 1.

Таблица №1. Химический состав пшеничной и ржаной муки,  % в 100г [4,9]

Из таблицы 1  видно, что содержание в пшеничной обойной муке больше углеводов, белков, липидов соответственно на 0,17, 6,9 и 13,6 %,чем в ржаной обойной. Содержание золы же в пшеничной обойной муке меньше на 6,25 %, чем в ржаной муке.

100 г ржаной обойной  муки удовлетворяют  суточную потребность человека: в белках, жирах и углеводах на 21,4, 2,38 14,8% соответственно. Энергетическая ценность пшеничной обойной муки больше на 1,7 %, чем в ржаной муке.

Ржаная мука идеальна для хлебобулочных изделий диетического и лечебного назначения: она содержит большое количество пищевых волокон, белковые вещества ржаной муки превосходят белковые вещества пшеничной по количеству незаменимых для человека аминокислот.

1.1.1.Биологичекая ценность белков ржаной муки

Белки – это органические высокомолекулярные соединения, состоящие из остатков аминокислот. В молекуле белка аминокислоты соединены между собой пептидными связями. Разнообразие белков определяется строго определенной последовательностью размещения остатков аминокислот в полипептидной цепи (первичная структура белка) [7].

В состав белков ржаной муки входят белки простые (протеины), состоящие только из аминокислотных остатков, и сложные (протеиды). Сложные белки могут включать ионы металлов, пигменты, образовывать комплексы с липидами, нуклеиновыми кислотами. Их называют металлопротеиды, хромопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды,  фосфопротеиды, гликопротеиды [3].

По растворимости белки разделяют на альбумины — растворимые в воде, проламины — растворимые в спирте, глютенины — раствори­мые в слабых щелочах и глобулины — растворимые в солевых растворах. В ржаной муке белки представлены в основном проламинами (глиадин) и глютенинами (глютенин). Содержание этих белков составляет 2/3 или 3/4 от всей массы белков муки [3]. Глиадин и глютенин в воде нерастворимы и поэтому при отмывании клейковины являются основными ее компонентами. В связи с этим их называют клейковинными белками.

Суточная потребность взрослого человека массой 65 кг в белках составляет 50 г [4], что говорит о том, что пшеничная мука может удовлетворить суточную потребность примерно на 15  %.

Существенной особенностью белков ржаной муки от пшеничной является их способность к быстрому и интенсивному набуханию. Значительная часть белков при этом набухает неограниченно, переходя в состояние вязкого коллоидного раствора. Второй особенностью белков ржаной муки является то, что они не способны, несмотря на наличие глиадина и глютенина, к образованию клейковины.

Ферменты — вещества белковой природы, способные катализировать (ускорять) различные реакции. Действие ферментов специфично. Каждый фермент катализирует только определенную реакцию для одного вещества, а чаще для группы веществ сходного строения.

В зерне находятся разнообразные ферменты, сосредоточенные главным образом в зародыше и периферийных (краевых) частях зерна. Поэтому в муке низших сортов содержится больше ферментов, чем в муке высших сортов. Ферментная активность разных партий одного и того же сорта муки неодинакова. Она зависит от условий произрастания, хранения, сушки и кондиционирования зерна. В процессе хранения зерна и муки ферментативная активность несколько уменьшается.

Ферменты активны только в растворе, поэтому при хранении сухого зерна и муки их действие почти не проявляется. После замеса полуфабрикатов многие ферменты начинают катализировать реакции разложения сложных веществ муки. Активность, с которой происходит разложение сложных нерастворимых веществ муки на более простые водорастворимые вещества под действием ее собственных ферментов, называется автолитической активностью (автолиз — саморазложение).

Автолитическая активность муки — важный показатель ее хлебопекарных свойств. Как низкая, так и высокая автолитическая активность муки отрицательно влияют на качество теста, хлеба. Желательно, чтобы автолитический процесс разложения белков и крахмала теста происходил с определенной, умеренной скоростью. Для того чтобы регулировать автолитические процессы в производстве хлеба, необходимо знать свойства важнейших ферментов муки, действующих на белки, крахмал и другие компоненты муки.

Амилолигические ферменты (амилазы). Амилолитические ферменты (альфа- и бета-амилазы). Эти ферменты будут рассмотрены далее более подробно в п.1.2.

Протеолитические ферменты (протеиназы). Протеолитические ферменты действуют на белки и продукты их гидролиза. В зерне и муке всегда содержатся протеиназы, активность которых обычно невысока.

Липаза всегда содержится в муке, она катализирует расщепление жиров на глицерин и жирные кислоты. Липаза имеет большое значение при хранении муки, так как увеличение кислотности муки при хранении связано главным образом с действием этого фермента.

Липоксигеназа окисляет жирные ненасыщенные кислоты муки в присутствии кислорода до пероксидов (перекисей), которые способствуют увеличению силы муки при ее хранении.

О-дифенолоксидаза (полифенолоксидаза) окисляет фенолы в хиноны, которые конденсируясь, превращаются в меланины. Цвет образовавшихся меланинов зависит от их молекулярной массы. Чем крупнее молекула, тем темнее окраска[2,4,5,14].

1.1.2.Аминокислотный состав ржаной муки

Белки ржаной муки имеют благоприятный количественный и качественный аминокислотный состав. Массовая доля незаменимых аминокислот в ржаной муке и суточная потребность в них организма человека приведены в таблице 2.

Таблица №2. Содержание незаменимых аминокислот в ржаной муки, мг/100 г [3,4]

Из таблицы 2 видно, что содержание аминокислот в ржаной муке довольно высокое в сравнении с суточной потребностью организма человека. Аминокислоты ржаной обойной  муки удовлетворяют  суточную потребность человека: в триптофане на 66%; в фенилаланине на 57,7%; в лизине на 46%; в метионине на 23%.  Наименьшее количество аминокислот: глутаминовой кислоты, серина, цистина, которые незначительно удовлетворяют суточную потребность. 

Аминокислоты входят в состав белков, это и определяет их важность. Незаменимые аминокислоты поступают в организм человека исключительно в составе белков пищи. Основные функции преобладающих незаменимых аминокислот представлены в таблице 3.

Таблица №3   Функции аминокислот [4,14]

Среди биохимических критериев оценки белка широко распространен расчет аминокислотного скора, являющегося одним из показателей биологической ценности белка. Этот метод был предложен Митчеллом и Блоком в 1946 г. [14].

Аминокислотный скор – отношение содержания незаменимой аминокислоты в исследуемом белке к ее количеству в эталонном белке:

где :

Сi – скор i–й незаменимой аминокислоты, %; Аi – содержание i–й аминокислоты в белке оцениваемого объекта, г/100 г белка; Si – содержание i–й незаменимой аминокислоты в эталоне, г/100 г белка.

    Таблица №4  Характеристика ржаной муки обойного сорта

Аминокислота, скор которой имеет самое низкое значение Сmin, называется первой лимитирующей аминокислотой. Значение скора этой аминокислоты определяет биологическую ценность и степень усвоения белков.

Потенциальная биологическая ценность (БЦА) – теоретическая величина для оценки белка, показывающая возможность данного соотношения эссенциальных аминокислот пищевого белка удовлетворять потребность организма в этих аминокислотах.

где Cmin - скор самой дефицитной аминокислоты, %; - скор i-й незаменимой аминокислоты, %; n – число незаменимых аминокислот.

Для  ржаной муки обойного сорта

БЦА=((8×4,18)/(97,5)) ×100=34,3

Коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС) показывает среднюю величину избытка аминокислотного скора незаменимых аминокислот по сравнению с наименьшим уровнем скора какой-либо незаменимой аминокислоты (избыточное количество аминокислот, не используемых на пластические нужды):

Для  ржаной муки обойного сорта

КРАС=64/8=8

Коэффициент утилитарности аминокислотного состава белка (U)- численная характеристика, достаточно полно отражающая сбалансированность аминокислот по отношению к выбранному эталону.

где - содержание i-й незаменимой аминокислоты в белке оцениваемого объекта, г/100г белка; - утилитарность содержания i-й незаменимой аминокислоты в белке продукта:

Для  ржаной муки обойного сорта

U=1,6/4=0,4

Из-за несбалансированности белка в сравнении с эталонным используют показатель избыточности содержания незаменимых аминокислот – общее количество незаменимых аминокислот, которое не должно быть утилизировано организмом. Отнесенное к 100 г содержащего их белка:

Для  ржаной муки обойного сорта

=2,39

Показатель сопоставимой избыточности характеризует суммарную массу неутилизируемых незаменимых аминокислот в таком количестве белка продукта, которое эквивалентно по их потенциально утилизируемому содержанию 100 г белка-эталона:

Для  ржаной муки обойного сорта

=(2,39/4,18) ×100=57,15

Характеристика биохимической ценности белков пшеничной высшего сорта представлена в таблице 5.

Таблица №5 Характеристика биохимической ценности белков ржаной муки обойного сорта

На основании полученных данных можно сделать вывод, что белок ржаной муки имеет низкий уровень содержания аминокислот.

1.1.3.Биологическая ценность углеводов ржаной муки

В муке содержатся разнообразные углеводы, важнейшим из которых является крахмал. Крахмал в муке содержится в виде зёрен, различных форм и размеров, в зависимости от сорта и вида муки. Внутренняя часть крахмального зерна состоит из полисахарида амилозы, состоящего из линейных или слаборазветвлённых цепочек молекул глюкозы, соединённых связями между 1-м и 4-м углеродными атомами.

Звенья α-глюкозы «закручивают» макромолекулу в спираль. Это уменьшает вероятность образования межцепных Н-связей, но увеличивает возможность возникновения таких связей с молекулами воды.

Внешняя часть зерна крахмала состоит из амилопектина – полисахарида с более тесными связями глюкозы.

В отличии от амилозы амилопектин имеет разветвленное строение. В точках разветвления соединяются за счет отщепления воды от α-ОН и СН2ОН-групп.

Количественные соотношения амилозы и амилопектина в крахмале различных злаков составляют 1:3 или 1:3,5. Среднее содержание углеводов представлено в таблице 6.

Таблица №6 Содержание углеводов в пшеничной и ржаной муке, % в 100г [2,3,4].