vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2020-10-3-439-449vuzbiochemi-417Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYВлияние низкотемпературной обработки на активность протеолитических ферментов различных видов мукиEffects of low-temperature treatment on the activity of proteolytic enzymes in various flour typesКитаевскаяС. В.KitaevskayaS. V.

Китаевская Светлана Владимировна, к.т.н., доцент кафедры технологии пищевых производств

420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68

Svetlana V. Kitaevskaya, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of Food Production Technology 

68, K. Marx St., Kazan, 420015

kitaevskayas@mail.ruРешетникО. А.ReshetnikO. A.

Решетник Ольга Алексеевна, д.т.н., профессор, заведующая кафедрой технологии пищевых производств

420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68

Olga A. Reshetnik, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Head of the Department of Food production technology

68, K. Marx St., Kazan, 420015

Казанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian Federation202008102020103439449Copyright © Китаевская С.В., Решетник О.А., 20202020Китаевская С.В., Решетник О.А.Kitaevskaya S.V., Reshetnik O.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/417

Целью работы являлось изучение влияния низкотемпературной обработки на активность протеолитических ферментов различных видов и сортов муки. Настоящее исследование позволило более глубоко представить комплекс механизмов, вызывающих изменение биотехнологических процессов в тестовых полуфабрикатах при низкотемпературном хранении. Результаты исследования по влиянию длительного низкотемпературного воздействия на активность протеолитических ферментов различных видов муки показали, что исследуемый параметр зависит от рН среды, а также видовой принадлежности муки. При низкотемпературном хранении наблюдается тенденция к понижению активности кислых протеаз как традиционных, так и нетрадиционных для хлебопечения видов муки в среднем на 10%. Активность слабокислых и слабощелочных протеаз под действием отрицательных температур при хранении зависит от вида исследуемой муки. По мере увеличения продолжительности низкотемпературного воздействия протеолитическая активность полбяной, пшеничной и гречневой муки при рН=5,5 снижается в среднем на 20, 12,5 и 18% соответственно, тогда как ржаной и овсяной, напротив, увеличивается на 12 и 28% соответственно. Под влиянием замораживания и в ходе низкотемпературного хранения происходит прирост активности слабощелочных протеаз всех исследуемых видов и сортов муки на 15,9%, за исключением гречневой, протеолитическая активность которой по мере хранения снижается в 1,5–2 раза. Установлено, что наибольшую стойкость к длительному хранению в замороженном виде проявляют протеолитические ферменты кукурузной муки. Знание о степени влияния низкотемпературной обработки на активность протеолитических ферментов позволит прогнозировать реологические свойства тестовых полуфабрикатов, структурно-механические и органолептические характеристики готовой продукции, а также более грамотно подойти к разработке рецептур и технологических параметров тестоприготовления нового ассортимента хлебобулочных изделий на основе замороженных полуфабрикатов как из традиционных, так и нетрадиционных для хлебопечения видов муки.

This work was aimed at investigating effects of low-temperature processing on the activity of proteolytic enzymes in various flour types. This study allowed an improved understanding of the mechanisms that change biotechnological processes in semi-finished dough products during low-temperature storage. The study of the effect of long-term low-temperature exposure on the activity of proteolytic enzymes in various flour types showed that this parameter depends on the medium pH, as well as on the flour type. During low-temperature storage, the activity of acid proteases tend to decrease by, on average, 10% in both traditional and non-traditional types of flour used for baking. The activity of weakly acidic and weakly alkaline proteases under the influence of low temperatures during storage depends on the flour type. At pH = 5.5, an increase in the duration of low-temperature exposure leads to a decrease in the proteolytic activity of spelt, wheat and buckwheat flour by, on average, 20, 12.5, and 18%, respectively. Conversely, this parameter increases in rye and oat flour by 12 and 28%, respectively. Under the influence of freezing and during low-temperature storage, the activity of weakly alkaline proteases in all studied flour types increases by 15.9%, except for buckwheat, the proteolytic activity of which decreases by 1.5–2 times during storage. It was established that proteolytic enzymes of corn flour exhibit the greatest resistance to long-term storage in a frozen form. Knowledge of the effect of low-temperature processing on the activity of proteolytic enzymes is important for predicting the rheological properties of semi-finished dough products and structural-mechanical and organoleptic characteristics of finished products. In addition, this knowledge facilitates the development of recipes and technological parameters for producing new bakery products based on frozen semi-finished products from traditional and non-traditional flour types.

муказамороженные полуфабрикатынизкотемпературное хранениепротеолитическая активностьхлебобулочные изделияflourfrozen semi-finished productslow-temperature storageproteolytic activitybakery productsReferencesГерасимова Э.О., Лабутина Н.В. Криогенные технологии в хлебопечении // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2019. N 1. С. 6–9.Gerasimova EO, Labutina NV. Cryogenic technologies in bakery. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii Pishhevaya tehnologiya = News of Institutes of Higher Education. Food Technology. 2019;1:6–9. (In Russian)Китаевская С.В., Романова Н.К., Попова Е.В., Камартдинова Д.Р. Оптимизация рецептурного состава ржано-пшеничного хлеба, выработанного на основе замороженных полуфабрикатов // XXI век: Итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2019. Т. 8. N 4. С. 171–176.Kitaevskaya SV, Romanova NK, Popova EV, Kamartdinova DR. Optimisation of composition rye bread that was produced from frozen dough. XXI vek: Itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plus = XXI Century: Resumes of the Past and Challenges of the Present plus. 2019;8(4):171–176. (In Russian)Козловская А.Э., Лабутина Н.В., Суворов О.А. Влияние хлебопекарных свойств ржаной обдирной муки на теплофизические характеристики ржано-пшеничных полуфабрикатов при замораживании и дефростации // Пищевая промышленность. 2017. N 4. С. 55 - 59.Kozlovskaya AE, Labutina NV, Suvorov OA. Influence of rye flaked flour baking properties on the thermophysical characteristics of rye-wheat semifinished products during freezing and defrosting. Pishchevaya promyshlennost' = Food Industry. 2017;4:55–59. (In Russian)Feng W., Ma S., Wang X. Quality deterioration and improvement of wheat gluten protein in frozen dough // Grain & Oil Science and Technology. 2020. Vol. 3. Issue 1. P. 29–37. https://doi.org/10.1016/j.gaost.2020.02.001Feng W, Ma S, Wang X. Quality deterioration and improvement of wheat gluten protein in frozen dough. Grain & Oil Science and Technology. 2020;3(1):29–37. https://doi.org/10.1016/j.gaost.2020.02.001Wang P., Xu L., Nikoo M., Ocen D., Wu F., Yang N., et al. Effect of frozen storage on the conformational, thermal and microscopic properties of gluten: Comparative studies on gluten-, glutenin- and gliadin-rich fractions // Food Hydrocolloids. 2014. Vol. 35. P. 238–246. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2013.05.015Wang P, Xu L, Nikoo M, Ocen D, Wu F, Yang N, et al. Effect of frozen storage on the conformational, thermal and microscopic properties of gluten: Comparative studies on gluten-, glutenin- and gliadin-rich fractions. Food Hydrocolloids. 2014;35:238–246. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2013.05.015Wang P., Chen H., Mohanad B., Xu L., Ning Y., Xu J., et al. Effect of frozen storage on physico-chemistry of wheat gluten proteins: Studies on gluten-, glutenin- and gliadin-rich fractions // Food Hydrocolloids. 2014. Vol. 39. Р. 187–194. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2014.01.009Wang P, Chen H, Mohanad B, Xu L, Ning Y, Xu J, et al. Effect of frozen storage on physicochemistry of wheat gluten proteins: Studies on gluten-, glutenin- and gliadin-rich fractions. Food Hydrocolloids. 2014;39:187–194. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2014.01.009Giannou V., Tzia C. Frozen dough bread: Quality and textural behavior during prolonged storage e prediction of final product characteristics // Journal of Food Engineering. 2007. Vol. 79. Issue 3. Р. 929–934. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2006.03.013Giannou V, Tzia C. Frozen dough bread: Quality and textural behavior during prolonged storage e prediction of final product characteristics. Journal of Food Engineering. 2007;79(3):929–934. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2006.03.013Gaikwad S., Arya S.S. Influence of frozen storage on quality of multigrain dough, par baked and ready to eat thalipeeth with additives // LWT – Food Science and Technology. 2018. Vol. 96. Р. 350–356. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.05.057Gaikwad S, Arya SS. Influence of frozen storage on quality of multigrain dough, par baked and ready to eat thalipeeth with additives. LWT – Food Science and Technology. 2018;96:350–356. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.05.057Ban C., Yoon S., Han J.W., Sang Oh Kim, Han J.S., Lim S., et al. Effects of freezing rate and terminal freezing temperature on frozen croissant dough quality // LWT – Food Science and Technology. 2016. Vol. 73. Р. 219–225. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.05.045Ban C, Yoon S, Han JW, Sang Oh Kim, Han JS, Lim S, et al. Effects of freezing rate and terminal freezing temperature on frozen croissant dough quality. LWT – Food Science and Technology. 2016;73: 219–225. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.05.045Jia C., Yang W.-D., Yang Z., Ojobi O.J. Study of the mechanism of improvement due to waxy wheat fl our addition on the quality of frozen dough bread // Journal of Cereal Science. 2017. Vol. 75. Р. 10–16. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.03.007Jia C, Yang W-D, Yang Z, Ojobi OJ. Study of the mechanism of improvement due to waxy wheat fl our addition on the quality of frozen dough bread. Journal of Cereal Science. 2017;75;10–16. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.03.007Frauenlob J., Moriano M.E., Innerkofler U., D'Amico S., Lucisano M., Schoenlechner R. Effect of physicochemical and empirical rheological wheat flour properties on quality parameters of bread made from pre-fermented frozen dough // Journal of Cereal Science. 2017. Vol. 77. Р. 58–65. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.06.021Frauenlob J, Moriano ME, Innerkofler U, D'Amico S, Lucisano M, Schoenlechner R. Effect of physicochemical and empirical rheological wheat flour properties on quality parameters of bread made from pre-fermented frozen dough. Journal of Cereal Science. 2017;77:58–65. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.06.021Meziani S., Jasniewski J., Ribotta P.D., Arab-Tehrany E., Muller J.-M., Ghoul M., et al. Influence of yeast and frozen storage on rheological, structural and microbial quality of frozen sweet dough // Journal of Food Engineering. 2012. Vol. 109. P. 538–544. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.10.026Meziani S, Jasniewski J, Ribotta PD, Arab-Tehrany E, Muller J-M, Ghoul M, et al. Influence of yeast and frozen storage on rheological, structural and microbial quality of frozen sweet dough. Journal of Food Engineering. 2012;109:538–544. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.10.026Китаевская С.В. Исследование резистентности молочнокислых бактерий к низкотемпературной обработке // Вестник Казанского технологического университета. 2014. N 17. N 23. С. 214–217.Kitaevskaya SV. Low temperature processing resistance of lactic acid bacteria. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. 2014; 17(23):214–217. (In Russian)Luo W., Sun D.-W., Zhu Z., Wang Q.-J. Improving freeze tolerance of yeast and dough properties for enhancing frozen dough quality – A review of effective methods // Trends in Food Science & Technology. 2018. Vol. 72. P. 25–33. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.11.017Luo W, Sun D-W, Zhu Z, Wang Q-J. Improving freeze tolerance of yeast and dough properties for enhancing frozen dough quality – A review of effective methods. Trends in Food Science & Technology. 2018;72:25–33. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.11.017Белявская И.Г., Лабутина Н.В., Балыхин М.Г., Юркина К.С., Никифорова Д.С., Матвеева И.В. Технологические аспекты криогенных технологий хлебобулочных изделий с использованием Сarbo activatus // Пищевая промышленность. 2019. N 3. С. 40–44.Belyavskaya IG, Labutina NV, Balyhin MG, Yurkina KS, Nikiforova DS, Matveeva IV. Technological aspects of cryogenic technologies of bakery products using Сarbo activatus. Pishchevaya promyshlennost' = Food Industry. 2019;3:40–44. (In Russian)Wang X., Pei D., Teng Y., Liang J. Effects of enzymes to improve sensory quality of frozen dough bread and analysis on its mechanism // Journal Food Science & Technology. 2018. Vol. 55. Issue 1. Р. 389–398. https://doi.org/10.1007/s13197-017-2950-8Wang X, Pei D, Teng Y, Liang J. Effects of enzymes to improve sensory quality of frozen dough bread and analysis on its mechanism. Journal Food Science & Technology. 2018;55(1):389–398. https://doi.org/10.1007/s13197-017-2950-8Laaksonen T.J., Roos Y.H. Thermal and dynamic-mechanical properties of frozen wheat doughs with added sucrose, NaCl, ascorbic acid and their mixtures // International Journal of Food Properties. 2001. Vol. 4. Issue 2. P. 201–213. https://doi.org/10.1081/JFP-100105187Laaksonen TJ, Roos YH. Thermal and dynamic-mechanical properties of frozen wheat doughs with added sucrose, NaCl, ascorbic acid and their mixtures. International Journal of Food Properties. 2001;4(2):201–213. https://doi.org/10.1081/JFP-100105187Матвеева И.В., Гаццола Д., Страхан С. Биотехнологические решения для замороженных полуфабрикатов и хлебобулочных изделий // Хлебопродукты. 2011. N 9. С. 30–32.Matveeva IV, Gaccola D, Strahan S. Biotechnological solutions for frozen dough and bakery products. Khleboprodukty. 2011;9:30–32. (In Russian)Tao H., Han T., Xiao Y., Wu F., Xu X. Optimization of additives and their combination to improve the quality of refrigerated dough // LWT – Food Science and Technology. 2018. Vol. 89. P. 482–488. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.11.028Tao H, Han T, Xiao Y, Wu F, Xu X. Optimization of additives and their combination to improve the quality of refrigerated dough. LWT – Food Science and Technology. 2018;89:482–488. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.11.028Пучкова Л.И., Поландова Р.Д., Матвеева И.В. Технология хлеба; 4-е изд., перераб. и доп. СПб.: ГИОРД, 2005. 259 с.Puchkova LI, Polandova RD, Matveeva IV. Bread technology. St. Petersburg: GIORD, 2005. 559 p. (In Russian)Гридина С.Б., Зинкевич Е.П., Владимирцева Т.А., Забусова К.А. Ферментативная активность зерновых культур // Вестник КрасГАУ. 2014. N 8. С. 57–60.Gridina SB, Zinkevich EP, Vladimirceva TA, Zabusova KA. Enzymatic activity of crops. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = The Bulletin of KrasGAU. 2014;8:57–60. (In Russian)Астахов И.Ю., Курочкин П.П., Игнатов Д.Д. Химический состав и технологические свойства полбяной муки // Инновационная техника и технология. 2015. N 1. С. 59–62.Astahov IYu, Kurochkin PP, Ignatov DD. Chemical composition and technological properties of spelt flour. Innovatsionnaya tekhnika i tekhnologiya = Innovative Machinery and Technology. 2015;1:59–62. (In Russian)

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