CC BY
165
1
АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
НАЗНАЧЕНИЯ
Вопрос здорового образа жизни населения - один из самых актуальных для многих государств мира. Согласно данным экспертов Всемирной организации здравоохранения, здоровье нации на 52-55% определяют социально-экономические условия в стране, ежедневные привычки людей и качество их питания [1]. Несбалансированный рацион -тоже часть нездорового уклада жизни, и он наносит непоправимый ущерб организму. Дефицит основных питательных веществ может вызвать изменения в деятельности всех его систем, дисфункции и болезни внутренних органов, а в конечном итоге - вылиться в общенациональный рост заболеваемости раком, диабетом, сердечно-сосудистыми и респираторными патологиями. Для решения этой проблемы, которая приобрела поистине всемирный размах, ВОЗ разработала Глобальный план действий по профилактике неинфекционных заболеваний и борьбе с ними на 20132020 гг. Один из действующих рычагов его стратегии - рационализация питания за счет развития производства специализированных пищевых продуктов, употребление которых способствует повышению устойчивости организма к действию стрессоров [2]. Естественное происхождение пищи, поступающей на стол человека, ее экологическая чистота, содержание полноценного набора незаменимых компонентов и биологически активных веществ позволяет в короткие сроки и с высокой эффективностью скоррек-
"!"!" !
Екатерина Беспалова,
младший научный сотрудник лаборатории оборудования и технологий молочноконсервного производства Института мясомолочной промышленности НПЦ НАН Беларуси по продовольствию, аспирант; bespalova-kat@mail.ru
Инна Миклух,
старший научный сотрудник лаборатории оборудования и технологий молочноконсервного производства Института мясомолочной промышленности НПЦ НАН Беларуси по продовольствию, кандидат технических наук, доцент; inmiklukh@mail.ru
Аннотация. В статье приведены данные исследования аминокислотного состава новых молочных продуктов с повышенным и пониженным содержанием белка, а также сыворотки, обезжиренного молока и других сырьевых ингредиентов, на основе которых они создаются. Предложен способ производства диетических видов молочной продукции путем комплексной переработки исходного сырья с применением мембранных технологий разделения на фракции.
Ключевые слова: аминокислотный состав, функциональные молочные продукты, высокобелковые и низкобелковые продукты.
Для цитирования: Беспалова Е., Миклух И. Аминокислотный состав молочных продуктов функционального назначения //Наука и инновации. №11. С. 78-83. https://doi.org/10.29235/1818-9857-2020-11-78-83
тировать дисбаланс в работе организма, вызванный большими физическими, нервно-эмоциональными нагрузками.
Все развитые страны ориентированы на увеличение объемов выпуска функциональных продуктов и разработку их новых видов. Ассортимент постоянно совершенствуется за счет включения в их состав разнообразных полезных ингредиентов, к которым относятся пробиотическая микрофлора, пищевые волокна, витамины, минеральные комплексы, антиоксиданты и др. [3]. Такие виды продуктов производятся в различных отраслях пищевой промышленности: хлебобулочной и кондитерской, молочной, масложиро-вой, используются в рецептах приготовления безалкогольных напитков. На рынке здоровых и диетических молочных продуктов выделяются отдельные направления: со сниженной долей сахара или совсем
без него, с пищевыми волокнами, с пробиотическими свойствами, безлактозные, с регулируемым белковым составом.
В рационе населения нашей страны ощутим дефицит полноценных белков, которые играют важнейшую роль в рациональном питании человека. Недостаток этих веществ ведет к снижению устойчивости организма к инфекциям, обострению течения воспалительных процессов, неблагоприятно воздействует на деятельность сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем организма. У человека, недополучающего белок, ухудшается аппетит, что, в свою очередь, приводит к еще большему ограничению его поступления с пищей. Белковые аминокислоты - это строительный материал для мышц, необходимый также и для замещения мышечных протеинов, которые расщепляются после травм, тренировок или других нагрузок, что особенно актуально для людей,
активно занимающихся спортом и занятых физическим трудом. Кроме того, аминокислоты с разветвленной цепью (лейцин, изолейцин, валин) участвуют в энергетических процессах, происходящих в организме, и, обладая определенными анаболическими свойствами, ускоряют образование энергии для мышечных сокращений [4].
Вместе с тем существует категория лиц, вынужденных ограничивать потребление молочного белка: при нарушениях работы почек, печени, сердца, сосудов, сахарном диабете, некоторых видах артрита, онкологических новообразованиях, реакции иммунной системы на белок коровьего молока (аллергии на молоко), фенил-кетонурии и прочих состояниях, для которых характерна непереносимость аминокислот. Для этих людей жизненно необходимы продукты с низким содержанием белка, ассортимент которых в нашей стране
Молочное сырье
Ультрафильтрация
Концентрат
Фильтрат (пермеат)
Высокобелковые смеси
Низкобелковые
Рис. 1. Переработка молочного сырья на высоко- и низкобелковые продукты
представлен только импортными производителями.
Сотрудниками лаборатории оборудования и технологий молочноконсервного производства Института мясо-молочной промышленности разработаны технологии высокобелкового и низкобелкового продуктов, полученных в результате комплексной переработки молочного сырья. При этом уделено особое внимание подбору базового компонентного состава. Установлена необходимость применения молочной основы с изначально требуемым содержанием белка и последующим введением в систему дополнительных ингредиентов. Для получения основных составляющих применялось мембранное разделение молочного сырья на две диаметрально отличающиеся категории - концентрат белка и пермеат (рис. 1). Ультрафильтрация на основе диа-фильтрации обезжиренного молока и молочной сыворотки (в смеси или по раздельности)
позволяет извлекать растворимые сывороточные белковые и молочно-белковые концентраты (с содержанием белка от 35% до 85% в сухом веществе) и пермеат (от 2% до 4%). Эти компоненты использовались для дальнейшей переработки на конечный продукт с заданными физико-химическими показателями.
Для жидкого продукта с 6-12% протеина в составе допускается применение
12
в качестве основного компонента сухого сывороточного белкового концентрата (КСБ-УФ) с содержанием белка 55-80%, имеющегося в массовой продаже, с последующим восстановлением обезжиренным молоком как источником казеина.
При изготовлении низкобелковых смесей основным компонентом определен пермеат, характеризующийся достаточно высоким содержанием
треонин
лейцин фенилаланин +тирозин
Рис.
Название аминокислоты 2. Аминокислотный состав сырья
лактозы (более 80%). Присутствие в нем остаточных количеств белковых веществ и минеральных соединений придает ему дополнительные преимущества, заключающиеся в более выраженном молочном вкусо-ароматическом профиле (например, по сравнению с лактозой и даже с деминерализованной молочной сывороткой). В качестве жировой фракции в продукте применялись сливки молочные высокожирные, которые содержат низкий уровень протеина (в среднем 5%).
Для построения большинства белков организму требуются незаменимые аминокислоты, причем в определенном соотношении, которое должно быть максимально приближено к таковому в белках тела человека. Нарушение сбалансированности аминокислотного состава пищевых продуктов приводит к сбою процессов синтеза организмом собственных белков, сдвигая динамическое равновесие анаболизма и катаболизма в сторону преобладания их распада [5].
Поскольку изучение общего химического состава сырья позволяет только приблизи-
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Эталон КСБ-УФ I КМБ-УФ ОБМ Пермеат
треонин
леицин
фенилаланин +тирозин
Название аминокислоты Рис. 3. Аминокислотный скор сырья, %
тельно составить представление о биологической ценности продуктов, проведено исследование содержания в их составе незаменимых аминокислот, таких как треонин, валин, мети-онин и цистеин, изолейцин, лейцин, фенилаланин и тирозин, лизин, и аминокислотного скора (рис. 2, 3). Содержание метионина определялось в комплексе с цистеином, поскольку синтез последнего зависит от количества первого в организме. Фенилаланин превращается в тирозин, который используется в синтезе двух основных нейромедиаторов: допамина и норэпинефрина [6].
Установлено,что сывороточные белки содержат больше эссенциальных аминокислот, чем казеин (на 8,2 г/100 г белка). Индекс питательной ценности казеина составляет 0,8, в то время как у сывороточных белков он приближается к единице. В то же время в составе последних обнаруживается некоторый дефицит серосодержащих аминокислот. Поскольку казеин, напротив, имеет их в избытке, то необходимо дополнить высокобелковые продукты казеиновой составляющей. Определено, что концентрат сывороточного белка, обезжиренное
Наименование аминокислоты Апр АС, % Апр АС, %
г/100 г белка К г/100 г белка К
Треонин 6,30±0,8 3,2 157±20 0,54±0,12 3,9 135±30
Валин 5,60±0,6 2,9 112 ±12 0,58±0,13 4,2 116±26
Метионин+цистеин 2,00±0,4 1,0 56±11 0,14±0,03 1,0 40±9
Изолейцин 6,50±0,5 3,3 163±13 0,51 ±0,11 3,6 128±28
Лейцин 11,00±0,6 5,6 157±9 0,92±0,19 12,9 131±27
Фенилаланин+тирозин 8,20±0,4 4,2 137±7 0,65±0,1 4,4 108±17
Лизин 9,50±0,6 4,8 172±11 0,81±0,21 7,4 147±38
Суммарное содержание 49,00±1,2 - - 8,69±1,92 - -
Таблица 1. Аминокислотный состав и скор высоко- и низкобелковых продуктов
2
Наименование показателя № 1 № 2
Массовая доля сухих веществ, % 23,80±0,5 10,00±0,02
Массовая доля белка, % 12,20±0,5 0,36±0,02
Массовая доля золы, % 1,20±0,1 0,35±0,02
Массовая доля лактозы, % 7,60±0,4 7,54±0,06
Массовая доля жира, % 0,50±0,1 1,71±0,04
Таблица2. Физико-химические показатели продуктов с повышенным и пониженным содержанием белка
молоко и сливки содержат максимальное количество незаменимой аминокислоты, относящейся к одной из трех разветвленных кислот - лейцина (в количествах 11,2; 10,1; 8,2 г/100 г белка соответственно). В концентрате молочного белка максимальная доля суммы фенилаланина и тирозина равна 10,6 г/100 г белка. Пермеат богат аминокислотой лизином в количестве 5,3 г/100 г белка, которая присутствует в основном в животных протеинах и является дефицитной в растительных.
Для определения биологической ценности рассчитан аминокислотный скор молочных смесей по формуле 1. В качестве эталона определено количество аминокислот «идеального белка», принятого ФАО/ВОЗ:
А
АС = А2 • 100%,
(1)
где АС - аминокислотный скор, %; Апр - содержание аминокислоты испытуемого белка, г/100 г белка; Аэт - содержание этой же аминокислоты в эталоне, г/100 г белка.
Установлено, что аминокислотный скор концентрата сывороточного и молочного белков и сливок лимитирован по сумме серосодержащих ами-
нокислот метионина и цисте-ина (аминокислотные скоры 34,97% и 10% соответственно). В обезжиренном молоке аминокислотный скор составляет более 100% по всем аминокислотам, что свидетельствует об отсутствии лимитирующих биологическую ценность незаменимых аминокислот. Пер-меат же, напротив, лимитирован по всем аминокислотам: их содержание менее 100%, в большей мере по треонину (первая лимитирующая аминокислота).
С учетом полученных ранее результатов исследований, требуемого состава конечного продукта и функциональной значимости каждой фракции белка для потребителей, нуждающихся в высокобелковом питании, определена необходимость сбалансировать состав смесей по незаменимым аминокислотам путем регулирования количественного содержания всех компонентов. Для этого применены встроенные функции программных средств вычислительной техники. По результатам выработаны партии продуктов с повышенным (№1) и пониженным (№2) содержанием белка. Определены соотношения незаменимых аминокислот в их составах.
Аминокислотный скор рассчитали, приняв за единицу лимитирующую кислоту по формуле 2. Результаты представлены в табл. 1.
К =
А
А
(2)
где К - соотношение аминокислот, А - содержание аминокислоты в образце, г/100 г белка; Алим - содержание лимитирующей кислоты, г/100 г белка.
В результате проведенных исследований биологической ценности молочного сырья по величине аминокислотного скора установлено, что белковый состав обоих продуктов лимитирован по суммарному сочетанию незаменимых аминокислот метионин-цистеин. Установлено также, что введение казеина с обезжиренным молоком в продукт №1 позволило уменьшить лимитирование указанной выше кислоты на 65% по отношению к таковому в концентрате сывороточного белка. В готовом продукте наблюдалось увеличение соотношения аминокислот по сравнению с эталоном на 1,5-3,2 ед. Однако для установления соотношения, максимально близкого к эталону, возможно введение в продукт дополнительно незаменимых аминокислот при низком их содержании или регулирование диеты потребителя по этим компонентам.
Для низкобелкового продукта характерно наличие аминокислот в концентрации меньше 1,0 г/100 г белка, что делает возможным его потребление лицами, испытывающими проблемы с переносимостью белка либо его компонентов. По соотношению незаменимых аминокислот в сравнении с эта-
лоном установлено превышение на 2,5-4,6 ед. в продукте №2, кроме лимитирующей кислоты.
В подобранных рецептурах отсутствует соотношение аминокислот ниже 1,0, что исключает возможность распада собственных белков организма человека для восполнения баланса.
Определены физико-химические показатели продуктов (для продукта с пониженным содержанием белка приведены в пересчете на восстановленный до готового к употреблению) (табл. 2).
По результатам исследований определено содержание белка в продукте №1, которое составляет более 50% в сухом веществе, в продукте №2 - не более 4%.
Для придания продуктам устойчивой однородной консистенции без оседания белка для высокобелковых смесей и расслоений жировой фазы для низкобелковых в процессе хранения подобраны стабилизирующие и эмульгирующие агенты из числа разрешенных согласно ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств». Обладая высокой степенью гелеобразования, стабилизаторы способствуют понижению концентрации свободной влаги и показателя активности воды, что сопровождается снижением способности микроорганизмов к кислотообразова-нию и улучшением структурно-механических свойств. Уровень этих добавок в готовых продуктах просчитан в результате органолептических исследований путем проведения дегустаций и изучения реологических характеристик, измерения показателя вязкости ротаци-
онным вискозиметром компании ВгоокАеЫ. Для высокобелковых смесей определен стабилизатор каррагинан (Е 407) в концентрации 4 г/л готового продукта, для низкобелковых - камедь рожкового дерева (Е410) из расчета 1 г/л и эмульгатор моно- и дигли-цериды жирных кислот (Е471) в количестве 4 г/л. Приведенные концентрации позволяют получить конечную продукцию с заданными показателями.
Таким образом, итогом проведенных научных исследований стала разработка технологий производства функциональных молочных продуктов с повышенным и пониженным содержанием белка с применением мембранного разделения сырья. На основе определенного аминокислотного состава и скора концентрата сывороточного и молочного белка, обез-
у /
7
жиренного молока и молочных высокожирных сливок проведено сбалансирование компонентного состава готового продукта по данному показателю. Применение этой технологии на практике позволит обеспечить людей, нуждающихся в рациональном и диетическом питании, адаптированными молочными продуктами с выбором оптимального для них протеинового состава.
■ Summary. The article presents research data on the amino acid composition of new dairy products with a high and low protein content, as well as whey, skim milk and other raw ingredients on the basis of which they are created. A method for the production of dietetic types of dairy products by complex processing of raw materials using membrane technologies for separation into fractions is proposed.
■ Keywords: amino acid composition, functional dairy products, high-protein and low-protein products.
■ https://doi.org/10.29235/1818-9857-2020-11-78-83
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Доклады о состоянии здравоохранения, 2013-2015 гг. / Всемирная организация здравоохранения // http:// www.who.int.ru.
2. Потороко И.Ю. Научные и практические аспекты технологий продуктов питания функциональной направленности / И.Ю. Потороко, А.В. Паймулина, Д.Г. Ускова, И.В. Калинина // Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые биотехнологии». 2018. Т. 6, №1. С. 49-59.
3. Грунская В.А. Творожные десертные продукты с функциональными свойствами и повышенной пищевой ценностью / В.А. Грунская, Д.С. Габриелян, Е.А. Кузина, К.А. Зайцев // Молочнохозяйственный вестник. №3. 2019. С. 88-100.
4. Технология продуктов спортивного питания: учеб. пособие / Э.С. Токаев [и др.]. - М., 2010.
5. Борисова О.О. Питание спортсменов. Зарубежный опыт и практические рекомендации. Учебно-методическое пособие. - М., 2007.
6. Мелещеня А.В. Мясные продукты специального назначения для спортсменов и людей, испытывающих повышенные физические нагрузки. / А.В. Мелещеня, О.В. Дымар, Т.А. Савельева [и др.]. Монография. 2011.
Статья поступила в редакцию 02.04.2020 г. http://innosfera.by/2020/11/functional_dairy_products
