CC BY
108
УДК 644
Е. В. Никитина, Л. З. Габдукаева ВЛИЯНИЕ НИТРИТА НАТРИЯ НА ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕНОТОКСИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ КАРТОФЕЛЬНЫХ
КРАХМАЛОВ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ
Ключевые слова: модифицированные крахмалы, меланоидины, физико-химические свойства, генотоксичность,
генопротекторность, антиоксидантная активность.
Модифицированные крахмалы и продукты его гидролиза могут вступать с водоэкстрагируемыми компонентами мяса в реакцию Майяра. Выявлено, что внесение нитрита натрия существенно ингибирует прохождение реакции меланоидинобразования в большинстве случаев. Уменьшение меланоидинобразования при внесении нитрита натрия отрицательно влияло на величину восстановительной и эмульгирующей активности образцов после термообработки. Внесение нитрита натрия приводило к появлению генотоксического потенциала только в случае использования fi-8-амилазного и оксиамильных картофельных крахмалов.
Key words: modified starches, melanoidins, physico-chemical characteristic, genotoxicity, genoprotectors, antioxidant
activity.
The modified starches and products of its hydrolysis can interacted with water-extractable components of meat in Maillard reaction. It is revealed, that nitrite sodium suppressesad greatly the passing to Maillard reactions in most cases. Reduction of melanoidins in whiteness of nitrite sodium influenced negatively upon value of reducing and emulsify activities of sample after heating. The nitrite sodium сontributing brought about appearance of genotoxicity potential in the case of fi-8-amylase and oxyamile potato starches usage.
В настоящее время на мировом и российском рынках появился широкий ассортимент улучшенных крахмалосодержащих добавок, которые применяются в колбасном производстве для повышения вязкости фарша, устранения бульонных отеков, а также с целью повышения выхода и биологической ценности мясных продуктов [1, 2]. К числу таких пищевых добавок относятся модифицированные крахмалы, отличающиеся от нативных лучшими функционально-технологическими свойствами. Модификации крахмалов проводят физическими, химическими или биологическими способами [3].
Вопрос о том, как влияют эти добавки, синтезированные различными способами, на организм человека в настоящее время является весьма актуальным. Четких токсико-генетических норм в области применения пищевых добавок нет, тем более нет правил для тестирования, учитывающего суммарное влияние компонентов пищевых продуктов, особенно прошедших термическую обработку. Анализ генотоксичности отдельно взятых пищевых добавок, в частности модифицированных крахмалов, важен для предотвращения поступления в организм высоких доз мутагенных соединений, вместе с тем, оценка готового продукта как комплекса важна, вследствие наличия антагонистических и синергических эффектов компонентов изделия.
В связи с недостаточной изученностью вопроса влияния модифицированных крахмалов на химические и биологические характеристики мясопродуктов целью настоящего исследования явилось изучение взаимовлияния водорастворимых белков мяса, модифицированных крахмалов и нитрита натрия на химико-биологические свойства модельных систем после термообработки.
Результаты исследований и обсуждение
Изучение способности крахмалов взаимодействовать с водорастворимыми белками мяса выявило, что наиболее активное увеличение количества ранних продуктов Майяра наблюдали в реакционной смеси с нативным крахмалом без нитрита. Меньшая скорость
образования этих продуктов характерная для смесей с оксиамильным, бета-8-амилазными крахмалами, максимум этих продуктов наблюдали через 60 и 120 мин термообработки соответственно (рис. 1).
20 40
= ♦= нативный -■ --альфа-8-амилазный —4 • бета-8-амилазный —К • оксиамильный ОПВ-1 Ж гидролизованный —(^набухающий
б
Время, тин
а
Рис. 1 - Динамика синтеза ранних продуктов реакции Майяра в системе крахмалов и водной вытяжкой мяса без (а) и (б) с внесением нитрита натрия
Наименьшая реакцион-носпособность выявлена у альфа-8-амилазного, набухающего и гидролизованного крахмалов.
В случае термообработки смесей в присутствии нитрита натрия наибольшую интенсивность образования ранних продуктов Майяра наблюдали у оксиамильного крахмала, максимум которого наблюдали уже через 60 мин. В смеси с альфа-8- и бета-8-амилазными крахмалами с увеличением времени термообработки наблюдали более интенсивный синтез продуктов реакции меланоидинобразования. В случае использования гидролизованного и набухающего крахмалов синтез ранних продуктов реакции Майяра был более интенсивный, чем в отсутствии нитрит-оинов, но оставался на низком уровне.
Что касается поздних продуктов, то в присутствии оксиамильного и нативного крахмалов выявлен наиболее интенсивный синтез уже через 60 мин. При использовании биомодифицированного бета-8-амилазного крахмалов в первые 60 мин наблюдали низкую скорость синтеза меланоидинов, интенсивное накопление происходило во второй временной период и достигало уровня сравнимого с нативным крахмалом (рис. 2).
В присутствии нитрита натрия уже через 60 мин термообработки во всех образцах наблюдалось монотонное увеличение поздних продуктов реакции Майяра с почти постоянной скоростью. Концентрация поздних продуктов реакции Майяра у альфа-8- и бета-8-амилазного крахмалов на всем протяжении термообработки увеличивалась, что может свидетельствовать о постоянном притоке свободных сахаров вследствие разрушения крахмала.
Анализ количества глюкозы в смесях показал, что во всех образцах крахмалов с водной вытяжкой мяса без нитрита выявлена концентрация глюкозы, на уровне 3 мг глюкозы/100 мл, что во всех случаях выше, чем в присутствии нитрита натрия. В случае образцов с нитритом наибольшее количество глюкозы было в образцах с использованием альфа-8 и бета-8-амилазных и оксиамильного ОПВ-1 - 1,8-2 мг/100 мл, у всех других систем уровень был 1,5-
1,7 мг/100 мл.
1,25
■альфа-8-амилазный бета-8-амилазный оксиамильный ОПВ-1 ■ i идролизованный ■набухающий
а
нативныи
-альфа-8-амилазный
■ бета-8-амилазный
■ оксиамильный ОПВ-1 -гидролизованный
- набухающий
б
100 120 Время, мин
Рис. 2 - Динамика синтеза поздних продуктов реакции Майяра в системе крахмалов и водной вытяжкой мяса без (а) и (б) с внесением нитрита натрия
Добавление нитрита натрия, практически во всех случаях привело к уменьшению концентрации глюкозы в экспериментальных образцах относительно начального уровня, что косвенно свидетельствует взаимодействии свободных сахаров с белками мяса в реакции меланоидинообразования (рис. 3). Наиболее интенсино взаимодействовали химически модифицированные крахмалы - гидролизованные и набухающий по ТУ.
Рис. 3 - Увеличение концентрации глюкозы в системе крахмалов и водной вытяжкой мяса после термообработки
Наибольшее количество водорастовримого легкодоступного белка среди всех образцов в случае отсутствия нитрита натрия выявлено в системах с гидролизованным - 83 мкг/мл, нативным - 79 мкг/мл и оксиамильным ОПВ-1 - 78 мкг/мл; средний показатель соответствовал образцам, где использовали альфа-8-, бета-8-амилазные и набухающий по ТУ крахмалы - 4565 мкг/мл. Добавление смесь нитрита натрия приводило к уменьшению количества белка, особенно в случае нативного, оксиамильного ОПВ-1 и гидролизованного крахмалов (табл. 1).
Таблица 1 - Физико-химические показатели термобработанных смесей испытуемых картофельных крахмалов с водорастворимыми компонентами мяса
Количество ранних продуктов реакции Майяра, Dопт, 295 нм Количество поздних продуктов реакции Майяра, Бопт, 420 нм Концентрация глюкозы, мг глюкозы/ 100 мл Концентрация белка, мкг/мл Эмульгирую щая активность, Dопт, 5OO нм Восстановит ельная сила, Бопт, 700 нм
Без нитрита натрия
Нативный 1,550 0,63b 13,201 79,015 0,639 0,244
Альфа-B- амилазный 0,712 0,332 10,670 64,22 1,129 0,297
Бета-B-амилазный 1,б4б 0,678 9,017 62,08 1,342 0,412
Оксиамильный ОПВ-1 1,132 0,769 8,775 77,13 0,825 0,492
Гидролизован- ный 0,3б4 0,164 10,840 82,01 1,275 0,527
Набухающий 0,19б 0,134 10,367 бб,б0 1,241 0,397
С нитритом натрия
Нативный 0,B26 0,344 1,775 47,63 0,545 0,206
Альфа-B- амилазный 1,B7B 0,908 6,214 53,53 0,809 0,104
Бета-B-амилазный 1,54B 0,703 9,084 48,48 0,768 0,053
Оксиамильный ОПВ-1 0,B79 0,414 5,790 50,45 1,065 0,258
Гидролизован- ный 0,3B9 0,2 2,169 45,бб 1,203 0,338
Набухающий 0,221 0,107 0,498 44,81 0,828 0,340
Это косвенно может свидетельствовать о разрушении белковых частиц и вовлечения их в реакцию Майяра с углеводными остатками крахмала.
Восстановительная сила является одним из показателей антиоксидантных свойств веществ. Восстановительная сила в термообработанных смесях с водной вытяжкой мяса и различными крахмалами без нитрита сравнительно высока у образцов, где использовали бета-8-амилазный, оксиамильный ОПВ-1, гидролизованный и набухающий крахмалы (0,4-0,52 опт.ед.), наименьшей восстановительной активность обладал образец с использованием нативного крахмала. Добавление нитрит-ионов значительно подавляло восстановительную активность экспериментальных смесей, особенно в смесях с биомодифицированными крахмалами (табл. 1).
Большая эмульгирующая активность характерна для образцов без внесения нитрита с альфа-8- и бета-8-амилазными, гидролизованным и набухающим крахмалами, наименьшее значение - у нативного крахмала. Внесение нитрита натрия приводило к уменьшению эмульгирующей способности, однако высокое значение сохранилось у гидролизованного и оксиамильного крахмалов (табл. 1).
Образцы модельных систем без нитрита не проявили ДНК-повреждающего действия в отношении штаммов PolA, UvrA, RecA, так как индекс выживания был больше 95%. При внесении нитрита натрия слабое ДНК-повреждающее действие выявлено было в отношении штаммов PolA, UvrA, RecA в смеси с оксиамильным крахмалом. В отношении RecA ДНК-повреждающая активность малой силы проявилась в смесях с бета-8-амилазным крахмалом (табл.2). Ранее нами было показано, что добавление в эмульгированные мясоподукты картофельного оксиамильного крахмалов влекло за собой появление генотоксического эффекта в аналогичном тесте [4].
ДНК-протективная активность выражается в способности веществ защищать бактериальные клетки от действия известного ДНК-повреждающего агента (фурацилина). Все образцы проявили себя как протектанты - индекс выживания превышал 95%, тогда как в случае фурацилина без тест-смесей индекс выживания был на уровне 60%.
Образцы с нитритом натрия проявили себя, как и ожидалось несколько худшими ДНК-протектантами. Исследуемая активностью образцов с нитритом в отношении штамма ReсA была высокой (индекс выживания около 100%). Относительно штамма PolA с нарушенной ДНК-полимеразой I, образцы с альфа-8-, бета-8-амилазными, оксиамильным ОПВ-1 крахмалами не полностью снимали геноповреждающее действие фкрацилина (индекс выживания около 90%). Что касается штамма UvrA, с нарушенной эксцизионной репарацией, то тест-системы с внесением крахмальных термообработанных клейстеров из нативного, бета-8-амилазного и оксиамильного ОПВ-1 крахмалов, проявили себя как наихудшие ДНК-протектанты, индекс выживания был меньше 90%, что означает наличие остаточного ДНК-повреждающего эффекта малой силы (табл. 2).
Таблица 2 - ДНК-повреждающая и ДНК-протективная активность в системе крахмалов и водной вытяжкой мяса после термообработки
ДНК-повреждающая активность
Без нитрита натрия С нитритом натрия
Rec А- Pol А- Uvr А- Rec А- Pol А- Uvr А-
нативный 103 101 106 нативный 95 109 107
альфа-8-амилазный 97 105 110 альфа-8-амилазный 102 114 121
бета-8-амилазный 109 105 112 бета-8-амилазный 90 104 109
оксиамильный 105 100 112 оксиамильный 91 93 91
гидролизованный 117 107 114 гидролизованный 102 110 115
набухающий 111 105 108 набухающий 98 108 109
ДНК-протективная активность
Без нитрита натрия С нитритом натрия
Rec А- Pol А- Uvr А- Rec А- Pol А- Uvr А-
нативный 114 112 101 нативный 101 95 89
альфа-8-амилазный 118 116 116 альфа-8-амилазный 99 93 97
бета-8-амилазный 110 116 113 бета-8-амилазный 99 91 89
оксиамильный 114 106 115 оксиамильный 101 92 90
гидролизованный 118 111 113 гидролизованный 108 101 102
набухающий 117 114 112 набухающий 110 101 99
фурацилин 58 60 65 фурацилин 58 57 61
15B
Суммируя полученные данные можно говорить о способности крахмалов, в том числе модифицированных, и продуктов его гидролиза вступать в реакцию Майяра с водоэкстрагируемыми компонентами мяса. Выявлено, что внесение в систему нитрита натрия существенно ингибирует прохождение реакции меланоидинобразования в большинстве случаев. Ингибирование меланоидинобразования при внесении нитрита натрия напрямую отрицательно влияло на величину восстановительной и эмульгирующей активности образцов после термообработки.
Наименьшая реакционноспособность к меланоидинобразованию выявлена у химически модифицированных крахмалов - гидролизованного и набухающего по ТУ.
Наибольшая ДНК-повреждающая активность выявлена в смеси оксиамильного картофельного крахмала с внесением нитрита натрия, что не коррелировало с его высокой восстановительной активностью, видимо, в результате термообработки могут образовываться продукты конденсации с отрицательными свойствами, наряду с веществами положительным действием.
Экспериментальная часть
В качестве объекта исследования выступали картофельные крахмалы: нативный,
модифицированные - оксиамильный ОПВ-1, гидролизованный, набухающий по ТУ9187-016-5747146-95, биомодифицированные - альфа-8-амилазный, бета-8-амилазный, полученные с использование обработки ферментами альфа-амилазой, бета-амилазой в течение 8 ч. Крахмалы предварительно заваривали и соединяли с водоэксрагируемыми компонентами мяса (говядины). Одну часть подвергали термообработки без внесения нитрита натрия, а в другую добавляли нитрит натрия в повышенной концентрации 0,69 %, для усиления эффекта нитрит-ионов. Полученные смеси нагревали при 60 °С в течение 2 ч, последовательно отбирая пробы для спектрального анализа.
Получение биомодифицированных крахмалов. Биомодифицированные картофельные крахмалы получали с применением ферментов - а-амилазы (type II-A: из Bacillus sp) и ß-амилазы (получена из ячменя). Модификацию осуществляли выше перечисленными ферментами в воде при рН=7,5 в течении 8 ч. Концентрация крахмала в воде 20%, а фермента 0,02 %. Затем крахмал отделяли от жидкости и высушивали [8]. Для экспериментов использовали также нативный картофельный крахмал.
Антроновый метод определения сахаров. Для каждого образца приливали по 3 мл антронового реактива (0,2%-ный раствор антрона в концентрированной серной кислоте) и 1 мл опытного образца. В качестве контроля используются пробирки, в которых добавляется 1 мл воды. Все пробирки быстро взболтали и поместили в кипящую водяную баню на 7 мин. После кипячения пробирки с растворами охладили до комнатной температуры, определили оптическую плотность при 610 нм против контрольной пробы. По калибровочной кривой рассчитали содержание глюкозы. Метод дает возможность определять крахмал и сахара в небольших концентрациях (до 0,2 мг в пробе).
Восстановительная сила. Определение восстановительной силы проводили по Lertittikul с соавторами [9].
Измерение количества продуктов реакции Майяра проводили с помощью СФ-2000 (РФ, г. Санкт-Петербург) при 295 и 420 нм. Предварительно пробы фильтровали через бумажный фильтр.
Кроме того, абсорбцию образцов измеряли после обработки трихлоруксусной кислотой (10%) (ТХУ). Смешивали 1 мл водного экстракта и 1 мл ТХУ, измерения проводили через 1 ч, предварительно центрифугируя при 1000 g 15 мин.
Эмульгирующая активность. Для определения эмульгирующей активности смешивали 0,5 мл подсолнечного масла, 1,5 мл исследуемого образца 1% крахмального клейстера и встряхивали на шейкере 2 мин. После этого берут 0,5 мл перемешанной эмульсии со дна и смешивают с 4,5 раствором
0,1 % SDS (додецил сульфат натрия), проводят измерением при 500 нм [10].
Определение концентрации белка проводили по методике Бредфорда [11].
ДНК-повреждающую и ДНК-протективную актвиность проводили как описано у Никитиной с соавт. [12].
Литература
1. Федоренко, Г.М. К вопросу модифицированных крахмалов / Г.М. Федоренко, И.И. Нечаюк // Мясная индустрия. - 2001. - №3. - С. 12-13.
2. Жушман, А.И. История и современные тенденции исследований в области модифицированного крахмала / А.И. Жушман // Пищевая промышленность. - 2003. - №8. C.18-20.
3. Жушман, А.И. Крахмалы и их модификации - перспективные компоненты мясных продуктов / А.И. Жушман // Мясная индустрия. - 1998. - №6. - C.13-16.
4. Никитина, Е.В. Модифицированные крахмалы в мясоперерабатывающей промышленности и их биобезопасность / Е.В. Никитина, В.Я. Пономарев, О.А. Решетник // Естественные и технические науки. - 2006. - №1. - С.295-300.
5. Garcia-Garcia E. Low-fat sodium-reduced sausages: Effect of the interaction between locust bean gum, potato starch and к-carrageenan by a mixture design approach / E. Garcia-Garcia, A. Totosaus // Meat science, - 2008.- V.78. - P.406-413.
6. Андреев, Н. Р. Продукты детского лечебного и профилактического питания на основе крахмала и крахмалопродуктов / Н. Р. Андреев, Н. Д. Лукин, С. Т. Быкова // Пищевая промышленность, - 2010. -№2.- С. 16-17.
7. Никитина, Е.В. Резистентность модифицированных картофельных крахмалов, обработанных альфа- и бета-амилазами / Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева, О.А. Решетник // Вестник Казан. технол. ун-ета. - 2010. - №10. - С.382-387.
8. Ma, Y. Enzymatic hydrolysis of corn starch for producing fat mimetics / Y. Ma, C. Cai, J. Wang, D.-W. Sun // J. Food Engineering, - 2006. - V.73, N.3. - P. 297-303.
9. Lertittikul, W. Characteristics and antioxidative activity of Maillard reaction products from a porcine plasma protein-glucose model system as influence by pH / W. Lertittikul, S. Benjakul, M. Tanaka // Food Chemistry, - 2007. - V.100. - P.669-677.
10. Kato, A. Improvement of emulsifying properties of egg white proteins by the attachment of polysaccharide through Maillard reaction in a dry state / A. Kato, K. Minaki, K. Kobayashi // J. Agric. Chem, - 1993. -V.41. - P.540-543.
11. Доссон, Р. Справочник биохимии / Р. Доссон, Д. Эллиот, У. Элиот. - М.: Мир, -1991.
12.Никитина, Е.В. Изменение восстановительных и генопротекторных свойств солей фенозана под действием хлебопекарных дрожжей / Е.В. Никитина, О.В. Старовойтова, З.Ш. Мигалеева, О.А. Решетник // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2007. - № 5-6. - С.86-91.
©Е. В. Никитина - канд. биол. наук, доц. каф. пищевых производств КНИТУ, [email protected]; Л. З. Габдукаева - асп. той же кафедры.
