Открытие в области крахмала открывает возможности для пивоварения, выпечки и мукомольной промышленности
Исследование прояснило давний вопрос о том, как образуются гранулы крахмала в семенах злаков трибы Triticeae — пшеницы, ячменя и ржи, — открывая разнообразные потенциальные преимущества для многих отраслей промышленности и здоровья человека.
Крахмал в пшенице, кукурузе, рисе и картофеле является жизненно важным источником энергии в нашем рационе и ключевым ингредиентом во многих промышленных областях: от пивоварения и выпечки до производства бумаги, клея, текстиля и строительных материалов.
Гранулы крахмала разных культур сильно различаются по размеру и форме. Крахмал пшеницы (и других злаков Triticeae) уникален тем, что имеет два отчетливо разных типа гранул: крупные A-типа и более мелкие B-типа.
Соотношение гранул A- и B-типа может влиять на качество продуктов на основе пшеницы, таких как хлеб и макароны. Два типа гранул также создают проблему для производителей крахмала, поскольку многие мелкие гранулы B-типа теряются и, следовательно, расходуются впустую в процессе помола. Кроме того, слишком много гранул крахмала B-типа в ячмене может вызывать мутный или облачный вид у пива, поскольку они не перевариваются и не отфильтровываются в процессе пивоварения.
Новое исследование группы доктора Дэвида Сёна из Центра Джона Иннеса, опубликованное в журнале The Plant Cell, позволило совершить прорыв в решении этой проблемы.
Команда использовала геномные и экспериментальные методы, чтобы показать, что гранулы A- и B-типа образуются двумя различными механизмами.
Определив фермент, участвующий в инициации гранул B-типа, и затем используя традиционные методы селекции растений для удаления этого белка, исследователи смогли получить пшеницу с низким содержанием или отсутствием B-гранул — без негативных последствий для развития растения и без снижения общего содержания крахмала.
В сочетании с предыдущими исследованиями этой группы, пролившими свет на форму и образование гранул A-типа, это открытие имеет большое значение, говорит первый автор исследования доктор Нитин Уттам Камбл:
«Мы обнаружили, что повсеместно распространенный фермент (PHS1) имеет решающее значение для образования гранул B-типа в пшенице. Это научный прорыв, потому что десятилетия исследований этого фермента не смогли найти четкой роли PHS1 в растениях, и это показывает, что гранулы A- и B-типа пшеницы образуются с помощью разных биохимических механизмов. Теперь мы можем использовать эти знания для создания вариаций крахмала для различных пищевых и промышленных применений».
Доктор Дэвид Сён, руководитель группы в Центре Джона Иннеса, добавил:
«Промышленность, как правило, не любит неоднородность; ей нужно что-то хорошее и равномерное для плавной обработки, и наличие этих разных типов гранул крахмала в пшенице всегда представляло проблему. Поэтому для нас открытие фермента, ответственного за создание популяции более мелких гранул, и возможность использовать нашу селекционную платформу для уменьшения количества гранул B-типа, мы надеемся, будет представлять большой интерес для многих промышленных пользователей. В сочетании с нашей предыдущей работой у нас теперь есть набор разнообразных, новых пшеничных крахмалов, различающихся по морфологии гранул, и они обладают разнообразными физическими и химическими свойствами. Теперь мы приглашаем компании работать с нами, чтобы исследовать потенциальные преимущества этих крахмалов, например, в помоле, производстве макарон и хлеба».
Крахмал является основным пищевым углеводом в продуктах питания по всему миру и состоит из крошечных полукристаллических гранул, образованных цепями простых сахаров. У злаков гранулы крахмала образуются в эндосперме семени.
Как сырье, крахмал используется в производстве обоев, текстиля, строительных материалов, фармацевтических препаратов, клеев и загустителей.
Пшеница и её родственники обеспечивают более трети крахмала, используемого для промышленных целей в Европе. Картофельный и кукурузный крахмал имеют другой состав и морфологию гранул по сравнению с крахмалами трибы Triticeae.
На протяжении многих лет промышленность несла расходы, разрабатывая методы спасения для решения проблемы смеси крупных гранул A-типа и мелких B-типа, включая использование множественных фильтраций для улавливания гранул, потерянных в процессе обработки. Устранение необходимости в этих этапах обработки снизит затраты и улучшит производительность продукта.
Будущие направления исследований будут касаться того, как размер гранул влияет на перевариваемость крахмала, кулинарные качества, пищевую ценность и влияние пищевых крахмалов на здоровье человека.
Крахмал, используемый в промышленности, часто модифицируется с помощью физических и химических методов для достижения специфических свойств, требуемых для каждого конечного использования. Наличие способов модифицировать крахмал в растениях может позволить избежать этих дорогостоящих и часто экологически недружелюбных процессов модификации.
Помимо промышленных преимуществ, ясность в том, как по-разному инициируются гранулы крахмала, открывает двери для большего понимания роли, которую крахмал играет в питании и здоровье человека.
Исследование «Initiation of B-type starch granules in wheat endosperm requires the plastidial a-glucan phosphorylase PHS1» опубликовано в журнале The Plant Cell.