Гравиметрический метод количественного определения растворимых β-глюканов в зерне овса

Актуальность. Овес посевной (Avena sativa L.) является одним из важнейших источников белка, масла, крахмала и пищевых волокон, в частности β-глюканов. Пищевые волокна служат источником питания для микрофлоры кишечника и существенно влияют не только на ее состав, но и на процессы нормального функционирования кишечника в целом. В связи с возросшим интересом к β-глюкану как компоненту пищи и биологически-активной добавке возникает необходимость в наличии удобного и недорогого метода определения содержания β-глюканов в зерне. В статье дается обзор существующих методов выделения и определения растворимых β-глюканов в злаковых: ферментативного, щелочного, щелочно-ферментативного, колориметрического; отмечены их достоинства и недостатки. Основными недостатками некоторых методов являются сложность и длительность выполнения, значительная стоимость используемых реагентов, отсутствие возможности определения точного содержания β-глюканов из-за недостаточной очистки их от различных примесей.

Результаты. В данном исследовании на примере голозёрных и плёнчатых сортов овса рассмотрена возможность использования гравиметрического метода, разработанного на основе модифицированного нами щелочного метода. Измельченные зерна овса предварительно обрабатывали 50% раствором этанола для инактивации β-глюканазы и удаления свободных сахаров, части липидов, белков и других веществ. Высвобождение β-глюканов из алейронового слоя и эндосперма муки проводили 5% раствором NaOH и окончательную экстракцию осуществляли 70% раствором этилового спирта. β-глюканы всплывали на поверхность в виде сгустка волокон, который затем высушивали при температуре 100-102°С до постоянной массы и взвешивали. Содержание β-глюканов рассчитывали на сухую навеску (%). Выделенные β-глюканы исследовали на наличие сопутствующих веществ: содержание азотистых веществ определяли по методу Къельдаля, наличие крахмала определяли по качественной реакции с реактивом Люголя.

Заключение. Содержание β-глюканов в зерне изученных образцов составило от 3,12±0,18% до 4,65±0,17% на сухой вес. В результате проведенного исследования были подобраны оптимальные условия выделения β-глюканов: установлены соотношения экстрагирующих смесей, режимы центрифугирования, осаждения и сушки. Показано, что данный метод позволяет выделять β-глюканы при минимальной примеси азотистых веществ (0,07-0,12%) и отсутствии следов крахмала. Одним из преимуществ описанного метода является его доступность для массового анализа при изучении коллекции зерновых культур.

1. Bechtel D.B., Abecassis J., Shewry P.R, Evers A.D. Development, structure, and mechanical properties of the wheat grain. In: Shewry P. R., Khan K. (eds.) Wheat: chemistry and technology. 4th ed. American Association of Cereal Chemists (AACC), St. Paul. MN; 2009. p.51-95. DOI: 10.1016/B978-1-891127-55-7.50010-0

2. Blakeney A.B., Flinn P.C. Determination of non-starch polysaccharides in cereal grains with near-infrared reflectance spectroscopy. Molecular Nutrition and Food Research. 2005;49(6):546-550. DOI: 10.1002/mnfr.200500038

3. Brownlee I.A. The physiological roles of dietary fibre. Food Hydrocolloids. 2011;25(2):238-250. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2009.11.013

4. Cherdthong A., Seankamsorn A., Suriyapha C., Chanjula P., Wanapat M. Effect of β-glucan supplementation on feed intake, digestibility of nutrients and ruminal fermentation in Thai native beef cattle. Animal Physiology and Animal Nutrition. 2018;102(6):1509-1514. DOI: 10.1111/jpn.12989

5. Dikeman C.L., Fahey G.C. Viscosity as related to dietary fibre:a review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2006;46(8):649-663.

6. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю.В., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимических исследований растений / под ред. А.И. Ермакова. 3-е изд. Ленинград; 1987.

7. Faure A.M., Koppeno W.H., Nyström L. Iron (II) binding by cereal β-glucan. Carbohydrate Polymers. 2015;115:739-743. DOI: 10.1016/j.carbpol.2014.07.038

8. Gajdošová A., Petruláková Z., Havrlentová M., Červená V., Hozová B., Šturdík E., Kogan G. The content of water-soluble and water-insoluble β-D-glucans in selected oats and barley varieties. Carbohydrate Polymers. 2007;70:46-52.

9. Гематдинова В.М., Канарский А.В., Канарская З.А., Сметанская И.И. Влияние щелочной и ферментативной обработки зерна овса и овсяных отрубей на выход бета-глюкана. Вестник ВГУИТ. 2017;79(3):164-168. DOI: 10.20914/2310-1202-2017-3-164-168

10. Lee C.J., Horsley R.D., Manthey F.A., Schwarz P.B. Comparison of β-glucan content of barley and oat. Cereal Chemistry. 1997;74(5):571-575. DOI: 10.1094/CCHEM.1997.74.5.571

11. Loskutov I.G., Polonskiy V.I. Content of β-glucans in oat grain as a perspective direction of breeding for health products and fodder. Agricultural Biology. 2017;52(4):646-657. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.4.646eng

12. McCleary B.V., Codd R. Measurement of (1→3),(1→4)-β-D-glucan in barley and oats: streamlined enzymic procedure. Journal of Science Food and Agriculture. 1991;55:303-312.

13. Полонский В.И., Сурин Н.А., Герасимов С.А., Липшин А.Г., Сумина А.В., Зюте С. Изучение сортов овса (Avena sativa L.) различного географического происхождения по качеству зерна и продуктивности. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019;23(6):683-690. DOI: 10.18699/VJ19.541

14. Попов В.С., Красильников В.Н., Барсукова Н.В. Бета-глюканы овса в функциональном и лечебном питании. Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности. 2014;2(6):78-83.

15. Regand A., Chowdhury Z., Tosh S.M., Wolever T.M.S., Wood P. The molecular weight, solubility and viscosity of oat β-glucan affect human glycemic response by modifying starch digestibility. Food Chemistry. 2011;129(2):297-304. DOI: 10.1016/j.foodchem.2011.04.053

16. Саломатов А.С. Получение β-глюкана из ячменя методом кислотной экстракции. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015;6(128):130-134.

17. Schmidt J., Gergely S., Schönlechner R., Grausgruber H., Tömösközi S., Salgó A., Berghofer E. Comparison of Different Types of NIR Instruments in Ability to Measure β-glucan Content in Naked Barley. Cereal Chemistry. 2009;86(4):398-404. DOI: 10.1094/CCHEM-86-4-0398

18. Shewry P.R., Piironen V., Lampi A-M., Nyström L., Li L., Rakszegi M., Fraś A., Boros D., Gebruers K., Courtin C.M., Delcour J.A., Andersson A.A.M., Dimberg L., Bedő Z., Ward J.L. Phytochemical and Fiber Components in Oat Varieties in the HEALTHGRAIN Diversity Screen. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2009;56(21):9777-9784. DOI: 10.1021/jf801880d

19. Skendi A., Biliaderis C.G., Lazaridou A., Izydorczyk M.S. Structure and rheological properties of water soluble β-glucans from oat cultivars of Avena sativa and Avena bysantina. Journal of Cereal Science. 2003;38(1):15-31. DOI: 10.1016/S0733-5210(02)00137-6

20. Svihus B., Gullord M. Effect of chemical content and physical characteristics on nutritional value of wheat, barley and oats for poultry. Animal Feed Science and Technology. 2002;102(1-4):71-92. DOI: 10.1016/S0377-8401(02)00254-7

21. Tikanoja S., Suoniemi-Kähärä A., Otama L. Method for determining the concentration of beta-d-glucan. Finland; patent number: EP2810051A1; 2014.

22. Wood P.J. Oat and rye β-glucan: properties and function. Cereal Chemistry. 2010;87(4):315-330. DOI: 10.1094/CCHEM-87-4-0315

23. Zhu F., Du B., Xu B. A critical review on production and industrial applications of β-glucans. Food Hydrocolloids. 2016;52:275-288. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2015.07.003