Весовой метод определения растворимых β-глюканов в зерне ячменя

Актуальность. Ячмень (Hordeum vulgare L.) является важным источником питательных веществ, таких как крахмал, белок и различные пищевые волокна. β-Глюканы представляют собой растворимые волокна, в большом количестве присутствующие в зерновках овса и ячменя; они вызывают все больший интерес благодаря своим функциональным и биологически активным свойствам. В связи с повышенным интересом к β-глюканам как к биологически активной добавке и функциональному компоненту пищи существует потребность в удобном, недорогом и доступном методе количественного определения данных веществ.

Материалы и методы. В статье приводится обзор существующих методов определения и способов выделения β-глюканов из зерновых культур: ИК-спектроскопия, ферментативный , колориметрический , щелочно-ферментативный . Показаны их достоинства и недостатки. Среди недостатков рассмотренных методов необходимо отметить высокую стоимость реактивов и оборудования, длительность выполнения, трудоемкость.

Результаты. В данном исследовании приводится разработка весового метода для выделения и количественного определения β-глюканов в зерне пленчатого и голозерного ячменя. За основу взят модифицированный и адаптированный для ячменя щелочной метод, разработанный нами ранее для овсяного зерна. Количество β-глюканов в зерне исследованных образцов ячменя составило от 4,12 ± 0,23% до 5,34 ± 0,31% для голозерных сортов и от 3,57 ± 0,18% до 4,29 ± 0,32 % для пленчатых.

Заключение. На основе проведенного исследования подобраны оптимальные условия выделения и количественного определения β-глюканов в зерне ячменя: установлены режимы центрифугирования, температура и соотношение экстрагирующих веществ, их концентрация, порядок осаждения и сушки. Основным преимуществом описанного метода является его доступность и практичность при проведении массового анализа, в том числе 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: P.R. Shewry, K. Khan (eds). Wheat: Chemistry and Technology. 4th ed. St. Paul, MN: American Association of Cereal Chemists; 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. Chang H.C., Huang C.N., Yeh D.M., Wang S.J., Peng C.H., Wang C.J. Oat prevents obesity and abdominal fat distribution, and improves liver function in humans. Plant Foods for Human Nutrition. 2013;68(1):18-23. DOI: 10.1007/s11130-013-0336-2

4. Dikeman C.L., Fahey G.C. Viscosity as related to dietary fiber: a review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2006;46(8):649-663. DOI: 10.1080/10408390500511862

5. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю.В., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. 3-е изд. Ленинград: Агропромиздат; 1987.

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

7. Gajdošová A., Petruláková Z., Havrlentová M., Červená V., Hozová B., Šturdík E. et al. The content of water-soluble and water-insoluble β-D-glucans in selected oats and barley varieties. Carbohydrate Polymers. 2007;70(1):46-52. DOI: 10.1016/j.carbpol.2007.03.001

8. 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 Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2017;79(3):164-168. DOI: 10.20914/2310-1202-2017-3-164-168

9. Harland J. Authorised EU health claims for barley and oat beta-glucans. In: M.J. Sadler (ed.). Foods, Nutrients and Food Ingredients with Authorised EU Health Claims 1st ed. Cambridge: Woodhead Publishing; 2014. p.25-45. DOI: 10.1533/9780857098481.2.25

10. Конарев А.В., Лоскутов И.Г., Шеленга Т.В., Хорева В.И., Конарев Ал.В. Генетические ресурсы растений – неисчерпаемый источник продуктов здорового питания. Аграрная Россия. 2019;(2):38-48. DOI: 10.30906/1999-5636-2019-2-38-48

11. Ковалева О.Н., Иванова Н.Н., Хорева В.И., Теплякова С.Б., Потокина Е.К. Каталог мировой коллекции ВИР. Выпуск 851. Ячмень. Агробиологическая характеристика образцов ячменя и результаты молекулярного тестирования аллелей генов фотопериодической реакции PPD и генов яровизации VRN. Санкт-Петербург: ВИР; 2017.

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

13. 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

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

15. McCleary B.V., Codd R. Measurement of (1→3),(1→4)-β-D-glucan in barley and oats: A streamlined enzymic procedure. Journal of Science Food and Agriculture. 1991;55(2):303-312. DOI: 10.1002/jsfa.2740550215

16. Полонский В.И., Сурин Н.А., Герасимов С.А., Липшин А.Г., Сумина А.В., Зюте С.А. Оценка образцов ячменя на содержание β-глюканов в зерне и другие ценные признаки в условиях Восточной Сибири. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(1):48-58. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-1-48-58

17. Попов В.С., Перчук И.Н., Хорева В.И. Гравиметрический метод количественного определен растворимых β-глюканов в зерне овса. Биотехнология и селекция растений. 2021;4(1):5-12. DOI: 10.30901/2658-6266-2021-1-o1

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

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

20. Shewry P.R., Piironen V., Lampi A.M., Nyström L., Li L., Rakszegi M. et al. Phytochemical and fiber components in oat varieties in the health grain diversity screen. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2008;56(21):9777-9784. DOI: 10.1021/jf801880d

21. 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

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

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

24. Wood P.J., Beer M.U. Functional oat products. In: G. Mazza (ed.). Functional Foods: Biochemical and Processing Aspects. Lancaster, PA: Technomic Publishing Co.; 1998. p.1-37.

25. Zhu F., Du B., Xu B. A critical review on production and industrial applications of beta-glucans. Food Hydrocolloids. 2016;52(2):275-288. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2015.07.003