foodsystFood systemsПищевые системы2618-97712618-7272Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН10.21323/2618-9771-2023-6-4-457-462foodsyst-336Research ArticleСтатьиCompositions of enzyme preparations for targeted modification of multicomponent branКомпозиции ферментных препаратов для направленной модификации поликомпонентных отрубейВитолИ. С.VitolI. S.

Витол Ирина Сергеевна — кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник

127434, Москва, Дмитровское шоссе, 11 Тел.: +7–926–709–02–07

Irina S. Vitol, Candidate of Biological Sciences, Docent, Senior Researcher

11, Dmitrovskoye Shosse, Moscow, 127434, Tel.: +7–926–709–02–07

vitolis@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1339-7150МелешкинаЕ. П.MeleshkinaE. P.

Мелешкина Елена Павловна — доктор технических наук, директор

127434, Москва, Дмитровское шоссе, 11 Тел.: +7–499–976–23–23

Elena P.  Meleshkina, Doctor of Technical Sciences, Director

11, Dmitrovskoye Shosse, Moscow, 127434, Теl.: +7–499–976–23–23

mep5@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7335-0453КрикуноваЛ. Н.KrikunovaL. N.

Крикунова Людмила Николаевна — доктор технических наук, профессор

119021, Москва, ул. Россолимо, 7 Тел.: +7–910–465–95–88

Lyudmila N. Krikunova, Doctor of Technical Sciences, Professor

7, Rossolimo str., Moscow, 119021, Тел.: +7–910–465–95–88

oltiv@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработкиРоссияAll-Russian Scientific and Research Institute for Grain and Products of its ProcessingRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленностиРоссияAll-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine IndustryRussian Federation20231301202464457462Copyright © Vitol I.S., Meleshkina E.P., Krikunova L.N., 20242024Витол И.С., Мелешкина Е.П., Крикунова Л.Н.Vitol I.S., Meleshkina E.P., Krikunova L.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fsjour.com/jour/article/view/336

Microbial enzyme preparations (EPs) of the cellulolytic, proteolytic and phytase action, as well as their compositions, allow obtaining quite a wide spectrum of products of hydrolysis of proteins, non-starch polysaccharides and phytin by means of targeted biocatalysis upon action on grain bran. The use of EPs and multienzyme compositions (MECs) is inherently a modern tool for intensification of biochemical processes underlying one or another food technology. At the same time, EPs allow modifying products of processing plant raw materials, in particular cereal, leguminous and oil-bearing crops (deep processing) and obtain valuable feed and food ingredients. Two multienzyme compositions based on domestic and foreign EPs have been developed and scientifically substantiated. Optimal conditions have been determined for conducting enzymatic reactions when using wheat-lentil-flax bran as a substrate. High effectiveness of the developed MECs has been shown: the proportion of reducing substances (RS) in the hydrolysates under study increased compared to the mass fraction of the autolysates of wheat and three-component bran by 2.8 and 2.3 times (MEC‑1) and by 3.5 and 2.7 times (MEC‑2), respectively. The content of soluble protein increased by 4.7 and 3.0 times (MEC‑1) and by 6.4 and 4.2 times (MEC‑2). The proportion of soluble phosphorus increased on average by 3.0–3.5 times when using MEC‑1 and MEC‑2. It has been found by gel-electrophoresis that the fractions containing low-molecular-weight peptides and free amino acids (MW  < 1000 Da) in the hydrolysates obtained using MECs exceeded by 3–4 times the corresponding fraction in the hydrolysates obtained under the action of endogenous enzymes (autolysis). With that, according to the HPLC results, the concentration of amino acids that are most valuable in terms of nitrogenous nutrition of yeasts (aspartic acid, arginine) increased on average by 2.5–3.0 times, the concentration of valine by 5 times, histidine and isoleucine by 2.0–2.5 times in the experimental hydrolysates of three-component bran.

Микробные ферментные препараты (ФП) целлюлолитического, протеолитического, фитазного действия и их композиции при действии на зерновые отруби позволяют с помощью направленного биокатализа получать достаточно широкий спектр продуктов гидролиза белков, некрахмальных полисахаридов и фитина. Использование ФП и мультэнзимных композиций (МЭК) является по своей сути современным инструментарием интенсификации биохимических процессов, лежащих в основе той или иной пищевой технологии. Наряду с этим ФП позволяют модифицировать продукты пере‑ работки растительного сырья, в частности зерновых, бобовых и масличных культур (глубокая переработка), и получать ценные кормовые и пищевые ингредиенты. Разработаны и научно обоснованы две мультиэнзимные композиции на основе отечественных и зарубежных ФП. Определены оптимальные условия для проведения ферментативных реакций при использовании в качестве субстрата пшенично-чечевично-льняных отрубей. Показана высокая эффективность разработанных МЭК: доля РВ в исследуемых гидролизатах увеличивалась по сравнению с массовой долей автолизов пшеничных и трехкомпонентных отрубей в 2,8 и 2,3 раза (МЭК‑1) и в 3,5 и 2,7 раза (МЭК‑2) соответственно.) Содержание рас‑ творимого белка возросло в 4,7 и 3,0 раза (МЭК‑1) и в 6,4 и 4,2 раза (МЭК‑2). Доля растворимого фосфора увеличивалась в среднем в 3,0–3,5 раза при использовании МЭК‑1 и МЭК‑2. Методом гель-хроматографии было установлено, что фракция, содержащая низкомолекулярные пептиды и свободные аминокислоты (М.м. < 1000 Да) в гидролизатах, полученных с использованием МЭК, в 3–4 раза превосходит аналогичную фракцию в гидролизатах под действием собственных эн‑ догенных ферментов (автолиз). При этом, по результатам ВЭЖХ, концентрация наиболее ценных аминокислот с точки зрения азотного питания дрожжей (аспарагиновой кислоты, аргинина) в  опытных гидролизатах трехкомпонентных отрубей повышалась в среднем в 2,5–3,0 раза; концентрация валина — в 5 раз; гистидина и изолейцина — в 2,0–2,5 раза.

пшеницачечевицаленотрубимультэнзимные композициибиокатализwheatlentilflaxbranmultienzyme preparationsbiocatalysisСтатья подготовлена в рамках выполнения исследований по государственному заданию № FGUS 2022–0006 Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова Российской академии наук при поддержке гранта форме субсидии № 075–15–2022–035 от 22.02.2022.The article was published as part of the research topic No. FGUS 2022–0006 of the state assignment of the V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS; with the support of a grant in the form of a subsidy No. 075–15–2022–035 dated 22.02.2022.ReferencesРимарева, Л. В., Серба, Е. М., Соколова, Е. Н., Борщева, Ю. А., Игнатова, Н. И. (2017). Ферментные препараты и биокаталитические процессы в пищевой промышленности. Вопросы питания, 86(5), 63–74. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00078Rimareva, L. V., Serba, E. M., Sokolova, E. N., Borshcheva, Yu. A., Ignatova, N. I. (2017). Enzyme preparations and biocatalytic processes in the food industry. Problems of Nutrition, 86(5), 63–74. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00078 (In Russian)Толкачева, А. А., Черенков, Д. А., Корнеева, О. С., Пономарев, П. Г. (2017). Ферменты промышленного назначения — обзор рынка ферментных препаратов и перспективы его развития. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 79(4), 197–203. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-4-197-203Tolkacheva, A. A., Cherenkov, D. A., Korneeva, O. S., Ponomarev, P. G. (2017). Enzymes of industrial purpose — review of the market of enzyme preparations and prospects for its development. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies, 79(4), 197–203. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-4-197-203 (In Russian)Bilal, M., Iqbal, H. M. N. (2020). State-of-the-art strategies and applied perspectives of enzyme biocatalysis in the food sector — current status and future trends. Critical Reviews. Food Science and Nutrition, 60(12), 2052–2066. https://doi.org/10.1080/10408398.2019.1627284Bilal, M., Iqbal, H. M. N. (2020). State-of-the-art strategies and applied perspectives of enzyme biocatalysis in the food sector — current status and future trends. Critical Reviews. Food Science and Nutrition, 60(12), 2052–2066. https://doi.org/10.1080/10408398.2019.1627284Серба, Е. М., Римарева, Л. В., Оверченко, М. Б., Игнатова, Н. И., Медриш, М. Э., Павлова, А. А. и др. (2021). Подбор мультиэнзимной композиции и условий подготовки концентрированного зернового сусла. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, 11(3), 384–392. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-3-384-392Serba, E. M., Rimareva, L. V., Overchenko, M. B., Ignatova, N. I., Medrish, M. E., Pavlova, A. A. et al. (2021). Selecting multi-enzyme composition and preparation conditions for strong wort. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology, 11(3), 384–392. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-3-384-392 (In Russian)Rimareva, L. V., Serba, E. M., Overchenko, М. B., Shelekhova, N. V., Ignatova, N. I., Pavlova, A. A. (2022). Enzyme complexes for activating yeast generation and ethanol fermentation. Foods and Raw Materials, 10(1), 127–136. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2022-1-127-136Rimareva, L. V., Serba, E. M., Overchenko, M. B., Shelekhova, N. V., Ignatova, N. I., Pavlova, A. A. (2022). Enzyme complexes for activating yeast generation and ethanol fermentation. Foods and Raw Materials, 10(1), 127–136. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2022-1-127-136Зуева, Н. В., Агафонов, Г. В., Корчагина, М. В., Долгов, А. Н., Чусова, А. Е. (2019). Выбор ферментных препаратов и температурно-временных режимов водно-тепловой и ферментативной обработки при разработке комплексной технологии переработки зернового сырья. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 81(1), 112–119. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-112-119Zueva, N. V., Agafonov, G. V., Korchagina, M. V., Dolgov, A. N., Chusova, A. E. (2019). Selection of enzyme preparations and temperature-time regimes of water-heat and enzymatic treatment in the development of complex technology of processing of grain raw materials. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies, 81(1), 112–119. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-112-119 (In Russian)Соколов, Д. В., Болхонов, Б. А., Жамсаранова, С. Д., Лебедева, С. Н., Баженова, Б. А. (2023). Ферментативный гидролиз соевого белка. Техника и технология пищевых производств, 53(1), 86–96. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-1-2418Sokolov, D. V., Bolkhonov, B. A., Zhamsaranova, S. D., Lebedeva, S. N., Bazhenova, B. A. (2023). Enzymatic hydrolysis of soy protein. Food Processing: Techniques and Technology, 53(1), 86–96. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-1-2418 (In Russian)Verni, M., Rizzello, C. G., Coda, R. (2019). Fermentation biotechnology applied to cereal industry by-products: Nutritional and functional insights. Frontiers in Nutrition, 6, Article 42. https://doi.org/10.3389/fnut.2019.00042Verni, M., Rizzello, C. G., Coda, R. (2019). Fermentation biotechnology applied to cereal industry by-products: nutritional and functional insights. Frontiers in Nutrition, 6, Article 42. https://doi.org/10.3389/fnut.2019.00042Римарева, Л. В., Оверченко, М. Б., Серба, Е. М., Игнатова, Н. И., Шелехова, Н. В. (2021). Конверсия полимеров зерна пшеницы и кукурузы под влиянием фитолитических и протеолитических ферментов. Сельскохозяйственная биология, 56(2), 374–383. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2021.2.374rusRimareva, L. V., Overchenko, M. B., Serba, E. M., Ignatova, N. I., Shelekhova, N. V. (2021). Influence of phytolytic and proteolytic enzymes on conversion of wheat and corn grain polymers. Agricultural Biology, 56(2), 374–383. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2021.2.374rus (In Russian)Серба, Е. М., Римарева, Л. В., Курбатова, Е. И., Волкова, Г. С., Поляков, В. А., Варламов, В. П. (2017). Исследование процесса ферментативного гидролиза биомассы дрожжей для создания пищевых ингредиентов с заданным фракционным составом белковых веществ. Вопросы питания, 86(2), 76–83.Serba, E. M., Rimareva, L. V., Kurbatova, E. I., Volkova, G. S., Polyakov, V. A., Varlamov, V. P. (2017). The study of the process of enzymatic hydrolysis of yeast biomass to generate food ingredients with the specified fractional composition of protein substances. Problems of Nutrition, 86(2), 76–83. (In Russian)Погорелова, Н. А., Гаврилова, Н. Б., Рогачев, Е. А., Щетинина, Е. М. (2020). Определение эффективности способов конверсии пшеничных отрубей для использования их в технологии продуктов питания. Хранение и переработка сельхозсырья, 1, 48–57. https://doi.org/10.36107/spfp.2020.228Pogorelova, N. A., Gavrilova, N. B., Rogachev, E. A., Shchetinina, E. M. (2020). Effectiveness of wheat bran conversion methods for use in food technology. Storage and Processing of Farm Products, 1, 48–57. https://doi.org/10.36107/spfp.2020.228 (In Russian)Choi, J. M., Han, S. S., Kim, H. S. (2015). Industrial applications of enzyme biocatalysis: Current status and future aspects. Biotechnology Advances, 33(7), 1443–1454. http://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.02.014Choi, J. M., Han, S. S., Kim, H. S. (2015). Industrial applications of enzyme biocatalysis: Current status and future aspects. Biotechnology Advances, 33(7), 1443–1454. http://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.02.014Kapreliants, L., Zhurlova, O. (2017). Technology of wheat and rye bran biotransformation into functional ingredients. International Food Research Journal, 24(5), 1975–1979.Kapreliants, L., Zhurlova, O. (2017). Technology of wheat and rye bran biotransformation into functional ingredients. International Food Research Journal, 24(5), 1975–1979.Витол, И. С. (2023). Эффективность ферментных препаратов при получении гидролизатов из отрубей. Пищевая промышленность, 6, 48–50. https://doi.org/10.52653/PPI.2023.6.6.015Vitol, I. S. (2023). Efficiency of enzyme preparations in obtaining hydrolysates from bran. Food Industry, 6, 48–50. https://doi.org/10.52653/PPI.2023.6.6.015 (In Russian)Витол, И. С., Мелешкина, Е. П., Панкратов, Г. Н. (2022). Отруби из композитной зерносмеси — как объект глубокой переработки. Часть 1. Белково-протеиназный комплекс. Пищевые системы, 5(4), 282–288. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2022-5-4-282-288Vitol, I. S., Meleshkina, E. P., Pankratov, G. N. (2022). Bran from composite grain mixture as an object of deep processing. Part 1. Protein-proteinase complex. Food Systems, 5(4), 282–288. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2022-5-4-282-288 (In Russian)Витол, И. С., Мелешкина, Е. П., Панкратов, Г. Н. (2023). Отруби из композитной зерносмеси как объект глубокой переработки. Часть 2. Углеводно-амилазный и липидный комплексы. Пищевые системы, 6(1), 22–28. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-22-28Vitol, I. S., Meleshkina, E. P., Pankratov, G. N. (2023). Bran from composite grain mixture as an object of deep processing. Part 2. Carbohydrate-amylase and lipid complexes. Food Systems, 6(1), 22–28. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-22-28 (In Russian)Kapreliants, L., Zhurlova, O. (2017). Technology of wheat and rye bran biotransformation into functional ingredients. International Food Research Journal, 24(5), 1975–1979.Kapreliants, L., Zhurlova, O. (2017). Technology of wheat and rye bran biotransformation into functional ingredients. International Food Research Journal, 24(5), 1975–1979.Болтовский, В. С. (2021). Ферментативный гидролиз растительного сырья: состояние и перспективы. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук, 57(4), 502–512. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2021-57-4-502-512Boltovsky, V. S. (2021). Enzymatic hydrolysis of plant raw materials: Status and prospects. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Science Series, 57(4), 502–512. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2021-57-4-502-512 (In Russian)Krikunova, L. N., Meleshkina, E. P., Vitol, I. S., Dubinina, E. V., Obodeeva, O. N. (2023). Grain bran hydrolysates in the production of fruit distillates. Foods and Raw Materials, 11(1), 35–42. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2023-1-550Krikunova, L. N., Meleshkina, E. P., Vitol, I. S., Dubinina, E. V., Obodeeva, O. N. (2023). Grain bran hydrolysates in the production of fruit distillates. Foods and Raw Materials, 11(1), 35–42. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2023-1-550Polyakov, V. A., Serba, E. M., Overchenko, M. B., Ignatova, N. I., Rimareva, L. V. (2019). The effect of a complex phytase-containing enzyme preparation on the process of rye wort fermentation. Foods and Raw Materials, 7(2), 221–228. http://doi.org/10.21603/2308-4057-2019-2-221-228Polyakov, V. A., Serba, E. M., Overchenko, M. B., Ignatova, N. I., Rimareva, L. V. (2019). The effect of a complex phytase-containing enzyme preparation on the process of rye wort fermentation. Foods and Raw Materials, 7(2), 221–228. http://doi.org/10.21603/2308-4057-2019-2-221-228Walker, G. M., Stewart, G. G. (2016). Saccharomyces cerevisiae in the production of fermented beverages. Beverages, 2(4), Article 30. https://doi.org/10.3390/beverages2040030Walker, G. M., Stewart, G. G. (2016). Saccharomyces cerevisiae in the production of fermented beverages. Beverages, 2(4), Article 30. https://doi.org/10.3390/beverages2040030Greiner, R., Konietzny, U. (2006). Phytase for food application. Food Technology and Biotechnology, 44(2), 125–140.Greiner, R., Konietzny, U. (2006). Phytase for food application. Food Technology and Biotechnology, 44(2), 125–140.Nadaroglu, Н., Polat, М. S. (2022). Microbial extremozymes: Novel sources and industrial applications. Chapter in a book: Microbial Extremozymes. Academic Press, 2022. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822945-3.00019-1Nadaroglu, H., Polat, M. S. (2022). Microbial extremozymes: Novel sources and industrial applications. Chapter in a book: Microbial Extremozymes. Academic Press, 2022. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822945-3.00019-1Нечаев, А. П., Траубенберг, С. Е., Кочеткова, А. А., Колпакова, В. В., Витол И. С., Кобелева И. Б. (2006). Пищевая химия. Лабораторный практикум. СПб: ГИОРД, 2006.Nechaev, A. P., Traubenberg, S. E., Kochetkova, A. A., Kolpakova, V. V., Vitol, I. S., Kobeleva, I. B. (2006). Food chemistry. Laboratory practice. St. Petersburg: GIORD, 2006. (In Russian)Гребенникова, И. В. (2015). Методы математической обработки экспериментальных данных. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2015.Grebennikova, I. V. (2015), Methods of mathematical processing of experimental data. Yekaterinburg: Ural University Press, 2015. (In Russian)Типсина, Н. Н., Батура, Н. Г., Демидов, Е. Л., Белошапкин, М. С. (2020). Характеристика чечевицы и ее использование в пищевой промышленности. Вестник КрасГАУ, 11, 225–231. http://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-11-225-231Tipsina, N. N., Batura, N. G., Demidov, E. L., Beloshapkin, M. S. (2020). The characteristics of food lentils and its use in food industry. The Bulletin of KrasGAU, 11, 225–231. http://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-11-225-231 (In Russian)Калашникова, С. В., Сысоева, М. Г., Курчаева, Е. Е. (2015). Эмульсионные продукты на основе белковой фракции бобов чечевицы. Вестник Воронежского государственного аграрного университета, 3(46), 141–147.Kalashnikova, S. V., Sysoeva, M. G., Kurchaeva, E. E. (2015). Emulsion products based on protein fractions of lentils. Vestnik of Voronezh State Agrarian University, 3(46), 141–147. (In Russian)Миневич, И. Э. (2019). Функциональная значимость семян льна и практика их использования в пищевых технологиях. Health, Food and Biotechnology, 1(2), 97–120. https://doi.org/10.36107/hfb.2019.i2.s224Minevich, I. E. (2019). Functional significance of flax seeds and practice of their use in food technologies. Health, Food and Biotechnology, 1(2), 97–120. https://doi.org/10.36107/hfb.2019.i2.s224 (In Russian)Саришвили, Н. Г., Рейтблат, Б. Б. (2000). Микробиологические основы технологии шампанизации вина. М.: Пищепромиздат. 2000.Sarishvili, N. G., Reitblat, B. B. (2000). Microbiological bases of wine champagne technology. Moscow: Food industry. 2000. (In Russian)Панасюк, А. Л., Макаров, С. С. (2018). Влияние различных рас дрожжей на качественные показатели и антиоксидантную активность вин из черной смородины. Техника и технология пищевых производств, 48(1), 66–73. http://doi.org/10.21603/2074-9414-2018-1-66-73Panasyuk, A. L., Makarov, S. S. (2018). Influence of different yeast races on quality parameters and antioxidant activity of wines produced from blackcurrant. Food Processing: Techniques and Technology, 48(1), 66–73. http://doi.org/10.21603/2074-9414-2018-1-66-73 (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.