CC BY
17
ЭКОЛОГИЯ
УДК 635.652/654 DOI: 10.24412/2071-6176-2023-3-54-59
БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ФАСОЛИ И БЕЛКОВЫХ ВЕЩЕСТВ,
ИЗВЛЕЧЕННЫХ ИЗ НЕЕ
В.А. Базулева, Е.А. Прутенская
Описана потребность живых организмов в растительном белке, приводится основное растительное сырье, богатое белками и незаменимыми аминокислотами. Осуществляется анализ важных аминокислот, необходимых в питании сельскохозяйственных животных. Описана эффективность использования кормов, богатых белками в животноводстве. Представлен биохимический состав зернобобовой культуры -фасоли, а также аминокислотный состав белковых веществ, выделенных из нее.
Ключевые слова: фасоль Phaseolus vulgaris, белковые вещества, аминокислоты, белковые корма.
На сегодняшний день поиск высокобелкового сырья, методов выделения белков из источников, а также использование в селекционном процессе подходящих культур для создания новых сортов остается актуальным [1]. Растительный белок играет важную роль в жизнеобеспечении человека и животных, имеет высокую питательную ценность, поэтому бобовые культуры составляют значительный процент в белковой сырьевой базе. В семенах таких культур содержание белка составляет 15-40% [2]. В связи с этим зернобобовые обладают высокой кормовой ценностью, поэтому их можно с большой эффективностью включать в рацион сельскохозяйственных животных в качестве добавок к низкобелковым кормам. Рацион питания может включать различные виды белковых веществ: изоляты, концентраты, очищенные порошки и др.
Зернобобовые культуры занимают большие посевные площади, наибольший процент принадлежит сое, однако в последнее время увеличивается и количество посаженной фасоли. В 2022 году - 5,6 тыс. га (по данным Федеральной службы государственной статистики), что на 29% больше, чем было посажено в 2013 году [3]. Вероятнее всего, это связано с тем, что фасоль является неприхотливой сельскохозяйственной культурой и имеет достаточно широкое распространение из-за своей высокой питательной ценности, наличия значительного количества белка и его хорошей способности усваиваться организмом. Эффективность переваривания белка фасоли составляет в процентном выражении 86%, этот показатель выше коэффициента перевариваемости гороха и чечевицы. Например, Тепари, или фасоль остролистная, характеризуется небольшим количеством белка (15%), максимальное количество (33%) содержится у
обыкновенной фасоли, выращенной на плодородных почвах предгорных районов Кавказа [2].
В составе фасолевого белка обнаружено не менее 7 незаменимых аминокислот, что приближает такой белок к белку мяса [4]. В оптимальном рационе сельскохозяйственных животных немаловажная роль принадлежит белку. Это связано с тем, что для обеспечения ключевых биохимических процессов в организме животного необходим в достаточном количестве белок. В частности, потеря 1 грамма белка в кормовой единице - перерасход кормов до 2%. Одна кормовая единица пищевого рациона согласно зоотехническим нормам кормления должна содержать 105-120 г белка в зависимости от продуктивности животных
[4].
Для кормления животных необходимо учитывать соотношение аминокислот в рационе. Содержание таких незаменимых аминокислот, как лизин, метионин, треонин, триптофан характеризует биологическую ценность корма, а их соотношение влияет на эффективность использования белковой части корма свиньями.
Для оптимизации производства комбикормов с высоким содержанием полноценного белка и минимальной себестоимостью, требуется информация о стандартах содержания аминокислот в кормах. Под полноценным протеином подразумевают белок с аминокислотным составом, идеально сбалансированным для конкретного животного или конкретной возрастной группы животного организма. Для свиней важна потребность в лизине, она должна составлять от 4,5% до 11% от массы белка в корме [5]. Необходимо, чтобы содержание метионина с цистеином составляло 60% от уровня лизина, треонина - 66%, и триптофана - 19%. Такое соотношение учитывает взаимосвязь между белком и обменной энергией у растущих свиней с высокими мясными показателями. [6].
Фасоль является исходным сырьем не только в животноводстве, но и в фармацевтической и пищевой промышленности. Из семян фасоли готовят биологически активные добавки. Например, белковые ингибиторы а-амилаз из фасоли применяются для снижения веса путем воздействия на пищеварительную систему, а также для лечения диабета и др [7].
В связи с широкими возможностями использования белковых веществ фасоли в работе изучаются основные характеристики данного растительного сырья.
Материалы и методы
В качестве объекта для исследования была выбрана фасоль красная сорта Кидни. Семена крупные ровные и достаточно хорошо поддаются измельчению на мельнице лабораторного типа ЭМБ-1. После измельчения проводили определение содержания в фасолевой муке белков, углеводов, жиров, минеральных веществ. Количество сырого протеина в белковых
образцах определяли по ГОСТ 13496.4-2019, а в экстрактах содержание белка - биуретовым методом. Концентрацию жиров в белковых продуктах устанавливали методом экстракции с использованием диэтилового эфира [8]. Содержание фосфатов определяли по МУК 4.1.3217 - 14 «Определение фосфатов в пищевых продуктах и продовольственном сырье: методические указания», расчет зольности осуществляли после сжигания образцов по методике ГОСТ 27494— 2016 «Мука и отруби. Методы определения зольности».
Белковые вещества из фасоли выделяли и концентрировали, используя данные об изоэлектрической точке белков, подбирая различные рН и реагенты для экстракции, варьируя температурные параметры ультразвуковой экстракции. Для ультразвуковой обработки использовали ультразвуковую ванну Elmasonic S15H (Германия) с параметрами 95 В, 50/60 Гц. Важным этапом для отделения белкового раствора от крахмального жмыха была стадия центрифугирования. Осаждение белков из раствора осуществляли с помощью органических растворителей. Во избежание денатурации белка процесс вели при температуре не выше +5 °С [9].
Анализ аминокислотного состава был проведен при помощи прибора «Капель-105» по государственному стандарту [10]. Для непосредственного выявления содержания триптофана использовали ГОСТ 31480-2012 «Комбикорма, комбикормовое сырье. Определение содержания аминокислот (лизина, метионина, треонина, цистеина и триптофана) методом капиллярного электрофореза».
Статистическую обработку и вычисления осуществляли в программе Excel.
Обсуждение результатов
Перед извлечением белковых веществ был изучен химический состав фасоли красной сорта Кидни, представленный в таблице.
Химический состав фасоли красной сорта Кидни
Состав Содержание, %
Липиды 1,53±0,1
Крахмал 31±2
Белки 23±3
Минеральные вещества, в том 3,62±0,01
числе Р2О5 11,75
Фасоль характеризуется наличием углеводов, в том числе редуцирующих Сахаров. Их количество составило 0,3% в 1 г образца.
В ходе экспериментов из фасолевой муки были извлечены белковые вещества, которые в дальнейшем использовали для изучения. Они представляли собой порошок кремового цвета (рисунок) без сопутствующего запаха.
Белковые вещества из фасолевой муки
В полученном белковом концентрате не были обнаружены сопутствующие вещества, такие как углеводы и липиды. В качестве минеральных веществ определяли фосфор и калий, которые составили 8,66 и 1,78% соответственно. Возможно, наблюдалось образование белково-фосфатной мицеллы в результате экстракции белков из фасолевой муки в натриево-фосфатном буфере. Количество сырого протеина в образце составило 39,2%.
Анализ количественного содержания аминокислот был проведен с помощью капиллярного электрофореза. Из определенных аминокислот наибольшее количество принадлежит аргинину 1,7%, а также лизину 1,6%. Данное количество соответствует рекомендуемому в кормах для животных [6].
Количество метионина с цистеином, а также треонина составляет 73% от уровня лизина, что соответствует «идеальному» количеству данных аминокислот в кормовом белке. Однако количество триптофана немного (6%) не дотягивает до стандартного нормирования в кормовом продукте.
Заключение
Фасоль характеризуется высоким содержанием белка, и в своей работе нам удалось концентрировать белок из фасолевой муки, при этом очистив его от липидов и углеводов. Используемый метод получения белка из фасоли позволил получить чистый белково-фосфатный продукт без примесей.
Исходя из полученных данных по содержанию аминокислот в фасолевом белке, можно сказать, что полученный продукт обладает комплексом незаменимых аминокислот и может быть использован для приготовления кормов для животных и включения в различные комбикорма, нуждающиеся в высоких концентрациях белка.
Белково-фосфатный комплекс позволит заменить внесение минеральных фосфатных компонентов и позволит снизить расходы на корма. А также можно использовать полученный компонент для замены соевого и животного белков в корме для свиней [11].
Работа выполнена при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках программы «УМНИК» (№18306ГУ/2023).
Список литературы
1. Источники высокого содержания белка семян фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris) из мировой коллекции ВИР / Г.П. Егорова, И. Н. Перчук, А. Е. Соловьева [и др.] // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019. № 180. Т.2. С. 44-50.
2. Костикова Н.О., Мирошникова М.П. Химический состав и энергетическая ценность зерна различных сортообразцов фасоли обыкновенной // Научно-производственный журнал «Зернобобовые и крупяные культуры». 2018. № 4. Т. 28. С. 38-41.
3. Зернобобовые культуры - важный фактор устойчивого экологически ориентированного сельского хозяйства / В.И. Зотиков, Т.С. Наумкина, Н.В. Грядунова [и др]. // Научно-производственный журнал «Зернобобовые и крупяные культуры» 2016. № 1 Т. 17. С. 6 - 13.
4. Качественный состав семян зернобобовых культур, полученных в условиях северного региона Республики Беларусь / Н.Н. Зенькова, И.В. Ковалева, Т.М. Шлома [и др]. // Научно-производственный журнал «Зернобобовые и крупяные культуры». 2020. № 4. Т.36. С. 99 - 105.
5. Полноценность протеиновой питательности кормов для свиней / В.М. Голушко, А.В. Голушко, В.Н. Пилюк [и др]. // Животноводство и ветеринарная медицина. 2016. С. 3 - 7.
6. Голушко В., Рощин В., Голушко А. Баланс энергии и незаменимых аминокислот в комбикормах для молодняка свиней // Комбикорма. 2018. №5. С. 46 - 48.
7. Common bean (Phaseolus vulgaris L.) a-amylase inhibitors as safe nutraceutical strategy against diabetes and obesity: An update review / S. Peddio, A. Padiglia, F.B. Cannea [et al]. // National center for biotechnology information. 36(7). P. 2803-2823.
8. Вострикова Н.Л., Кузнецова О.А., Куликовский А.В. Методические аспекты извлечения липидов из биологических матриц // Теория и практика переработки мяса. 2018. № 2. С. 4 - 21.
9. Артемук Е.Г., Аветисова Ю.И. Аминокислоты и белки / Брест, 2010. 34 с.
10. ГОСТ Р 55569-2013. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Определение протеиногенных аминокислот методом капиллярного электрофореза. Введ. 2015-07-01. М.: Стандартинформ, 2014. 15 с.
11. Бутовский Р.О. Альтернативные источники белка в скандинавских странах // Экологический вестник России. 2018. № 8. С. 39 - 42.
Базулева Виктория Александровна, преп. каф. биотехнологии, химии и стандартизации, bazvik@,list.ru, Россия, Тверь, Тверской государственный технический университет,
Прутенская Екатерина Анатольевна, канд. биол. наук, доц. каф. биотехнологии, химии и стандартизации, prutenskaya@,mail.ru, Россия, Тверь, Тверской государственный технический университет
BIOCHEMICAL COMPOSITION OF BEANS AND PROTEIN SUBSTANCES
EXTRACTED FROM THEM
V.A. Bazuleva, E.A. Prutenskaya
This paper describes the need of living organisms for vegetable protein, provides the main plant raw materials rich in proteins and essential amino acids. The analysis of important amino acids necessary in the nutrition of farm animals is carried out. The efficiency of the use of protein-rich feed in animal husbandry is described. The biochemical composition of leguminous culture - beans, as well as the amino acid composition of protein substances isolated from it is presented.
Keywords: Phaseolus vulgaris beans, protein substances, amino acids, protein feeds.
Bazuleva Victoria Alexandrovna, lecturer of biotechnology, chemistry and standardization, [email protected] , Russia, Tver, Tver State Technical University,
Prutenskaya Ekaterina Anatol 'evna, candidate of. biologacal sciences, docent of the department biotechnology, chemistry and standardization, [email protected] , Russia, Tver, Tver State Technical University
