The Plant Cell: Открыт секрет формирования гранул крахмала в пшенице и ржи

Исследования позволили прояснить давний вопрос о том, как образуются гранулы крахмала в семенах культур семейства Triticeae — пшеницы, ячменя и ржи, что открывает широкие потенциальные возможности для многочисленных отраслей промышленности и для здоровья человека.

Крахмал, содержащийся в пшенице, кукурузе, рисе и картофеле, является важнейшим источником энергии в нашем рационе и ключевым ингредиентом во многих отраслях промышленности — от пивоварения и хлебопечения до производства бумаги, клея, текстиля и строительных материалов.

Гранулы крахмала различных культур сильно различаются по размеру и форме. Пшеничный крахмал (как и крахмал других культур семейства Triticeae) имеет два уникальных типа гранул: крупные гранулы А-типа и более мелкие гранулы В-типа.

Соотношение гранул типа А и В может влиять на качество продуктов питания на основе пшеницы, таких как хлеб и макаронные изделия. Эти два типа гранул также представляют проблему для крахмалопаточной промышленности, поскольку многие из более мелких гранул типа В теряются и, следовательно, расходуются в процессе размола. Кроме того, слишком большое количество гранул крахмала типа В в ячмене может привести к помутнению или мутности пива, поскольку они не усваиваются и не отфильтровываются в процессе пивоварения.

Новые исследования, которые опубликовала в журнале The Plant Cell группа доктора Дэвида Сена из Центра Джона Иннеса, позволили совершить прорыв в решении этой проблемы.

Группа использовала геномные и экспериментальные методы, чтобы показать, что гранулы А- и В-типа формируются по двум различным механизмам.

Выявив фермент, участвующий в формировании гранул типа В, и удалив этот белок с помощью традиционных методов селекции растений, они смогли получить пшеницу с низким содержанием гранул типа В или вообще без них — без ущерба для развития растений и без снижения общего содержания крахмала.

В дополнение к предыдущим исследованиям этой группы, проливающим свет на форму и формирование гранул типа А, данное открытие имеет большое значение, считает первый автор исследования доктор Нитин Уттам Камбле:

Мы обнаружили, что вездесущий фермент (PHS1) имеет решающее значение для формирования гранул типа В в пшенице. Это научный прорыв, поскольку за десятилетия исследований этого фермента так и не удалось найти четкой роли PHS1 в растениях, и он показывает, что гранулы А- и В-типа в пшенице формируются по разным биохимическим механизмам. Теперь мы можем использовать эти знания для создания вариаций крахмала для различных пищевых и промышленных целей.

Доктор Дэвид Сеунг, руководитель группы из Центра Джона Иннеса, добавил:

Промышленность обычно не любит неоднородности; она хочет получить что-то красивое и ровное, чтобы обработка шла гладко, а наличие различных типов крахмальных гранул в пшенице всегда представляло собой проблему.

Поэтому открытие фермента, отвечающего за образование меньшего количества гранул, и возможность использовать нашу селекционную платформу для уменьшения количества гранул типа B, надеюсь, вызовет большой интерес у многих промышленных потребителей.

В сочетании с предыдущими работами мы получили набор разнообразных новых пшеничных крахмалов, различающихся по морфологии гранул и обладающих различными физико-химическими свойствами. Теперь мы приглашаем компании к сотрудничеству для изучения потенциальных преимуществ этих крахмалов, например, в мукомольной, макаронной и хлебопекарной промышленности.

Крахмал является основным пищевым углеводом в продуктах питания, употребляемых во всем мире, и представляет собой мельчайшие полукристаллические гранулы, состоящие из цепочек простых сахаров. В зерновых культурах крахмальные гранулы образуются в эндосперме семени.

В качестве сырья крахмал используется в производстве обоев, текстиля, строительных материалов, фармацевтических препаратов, клеев и загустителей.

На долю пшеницы и ее родственников приходится более трети крахмала, используемого для нужд европейской промышленности. Картофельный и кукурузный крахмал по составу и морфологии гранул отличается от крахмала из семейства Triticeae.

На протяжении многих лет для решения проблемы смешения крупных гранул типа А и мелких гранул типа В промышленность прибегала к методам спасения, включая многократное фильтрование для улавливания гранул, потерянных при переработке. Отказ от этих технологических операций позволит снизить затраты и улучшить характеристики продукта.

В будущем планируется выяснить, как размер гранул влияет на усвояемость крахмала, качество приготовления, 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, необходимых для каждого конечного применения. Наличие способов модификации крахмала в растениях позволяет избежать этих дорогостоящих и зачастую экологически небезопасных процессов модификации.

Помимо промышленных преимуществ, ясность в вопросе о том, как происходит дифференцированное инициирование крахмальных гранул, открывает путь к более глубокому пониманию роли крахмала в питании и здоровье человека.

25.08.2023