Медико-биологическая характеристика и экологическая безопасность белка из пшеничных отрубей Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

•664.764:547.96

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ БЕЛКА ИЗ ПШЕНИЧНЫХ ОТРУБЕЙ

В.В. КОЛПАКОВА, А.П. НЕЧАЕВ, И.С. ЗИЛОВА,

Н.А. БУКИНА, В.М. ВОРОБЬЕВА

Московская государственная академия пищевых производств Институт питания Российской академии медицинских наук

Разработанная нами ресурсосберегающая технология переработки побочных продуктов помола зерна пшеницы предусматривает получение белковой муки. Чтобы определить наиболее эффективные пути применения белковой муки из пшеничных отрубей БМПО, при создании нового ассортимента продуктов питания массового, профилактического и специального назначения, нами проведены медико-биологические исследования и изучена ее пищевая и биологическая ценность.

В продукте определяли массовую долю в соответствии с ГОСТ 9404-88, белка — ГОСТ 10841-91, углеводов — ГОСТ 25832-89, жира — ГОСТ 29033—91; крахмала — по методу [1], клетчатки — [2], обших нерастворимых волокон — [3].

Аминокислотный состав белка определяли на анализаторе Д-500, при этом гидролиз белка осуществляли 6 н НС1 с добавлением 0,2% меркапто-этанола для предотвращения окисления метионина.

Углеводы и липиды идентифицировали методом ТСХ на пластинах ’’Силуфол” в системе растворителей н—бутанол—вода—уксусная кислота—фосфорная кислота — анилин —дифениламин (60:25:15:10:1:2) и,гекеан—диэтиловый эфир—уксусная кислота (80:20:1) соответственно,Идентификацию фракций проводили с помощью свидетелей.

Количественное распределение фракций регистрировали с помощью денситометра; полученные результаты обрабатывали методом внутренней нормализации.

Жирнокислотный состав липидов исследовали методом ГЖХ на хроматографе ЛХМ-8МД. Метиловые эфиры для хроматографирования получали переэтерификацией жирных кислот в присутствии хлористого ацетила. Для количественного определения жирных кислот в качестве внутреннего стандарта использовали маргариновую кислоту.

Массовую долю макро- и микроэлементов определяли методом пламенной абсорбции в воздушноацетиленовом пламени на приборе фирмы Хитачи модели 180-80 с коррекцией фонового поглощения методом зеемановской поляризации спектров.

Массовую долю витаминов определяли методами: В, — флюорометрическим [4], В,, — гашения рибофлавинсвязывающим апобелком [5], РР — калориметрическим [4], В6 и фолиевой кислоты — микробиологическим [6], Е — согласно [7].

Медико-биологические исследования проводили на 30 крысах-самцах Вистар со средней массой 51,1 г. В течение четырех недель в индивидуальных клетках животные разных групп получали рационы, единственным источником белка в кото-

рых были: БМПО (диета 1) или пшеничные отруби (диета 2). Третья группа животных получала в качестве белка казеин. Расчетное содержание белка в рационах по калорийности составляло 10%. Корм и воду животные получали без ограничений.

В белковых образцах, кале и остатках рационов определяли содержание общего азота по методу Кьельдаля на анализаторе K1ELTEC AUTO 1030 (Швеция) и рассчитывали показатели биологической ценности: коэффициента эффективности белка PER, коэффициента чистой эффективности белка NPR и величины истинной усвояемости белка TD по общепринятым методам [8], но с учетом эндогенных потерь азота и массы [9].

По истечении срока эксперимента все животные были декапетированы и проведены морфологические исследования. На гистологическое исследование взяли кусочки печени, почек, селезенки, семенников, толстой и тонкой кишки, сердца, легких, аорты (грудной отдел) и вилочковой железы. Материал фиксировали в 10%-ном формалине, 96%-ном этаноле и заливали парафином. Срезы окрашивали гематоксилином и эозином. Срезы для обследования липидов обрабатывали Суданом III+IV по Гольдману для ДНК и РНК — акридиновым оранжевым по Берта.ланфи с просмотром препаратов в люминесцентном микроскопе ЛЮ-МАМ-И, полисахаридов и гликогена — по Шаба-дашу с постановкой PAS-реакции с ШИФ-йодной кислотой, кислых глюкозаминогликанов — альци-ановым синим по Стидману; эластические волокна выявляли фукселином по Вейгерту.

Таблица 1

БМПО Отруби

Массовая доля, ° 4 на СВ пределы колеба- ний средние средние

Влага 3.3-7.9 5,6 10,3

Белок (Ы х6,5) 36,5-53,3 44.9 16,6

Углеводы 32,4-52,7 42,6 65,7

Крахмал 22,8-36.1 29,4 24.2

Жир 1.5-5,4 3,4 3,6

Зола 5,1-7.7 6,4 5,6

Нерастворимые волокна 2,9 — 33,12

Растворимые волокна 0,33 — 0,42

Клетчатка 2,7-4,0 3.3 12,5

Химический состав различных опытных партий БМПО приведен в табл. 1. Для сравнения указан* средние значения показателей химического сога' ва исходных пшеничных отрубей. Видно, ‘1Т0 БМПО отличалась от пшеничных отрубей ?ачи‘

тельн — уг.

СТИ KJ

содер ма ве В « амині зател ку по отруб ного проц( кий і

Ами

Л'

Валиі

Лейц

Изолі

Трсої

Лизи

Всегс

сер

жа:

аром;

кю

Лими

ща

Скор,

В

скор

лотн

отру

изол

ТесЬ

лоти

ФАС

1985

тель

мен«

Б(

соде

амиї

БМ(

ном,

ПОЛ)

амш белк 4 У пі

ЛИ31

Вг

’ше:

ПШ;

Таблица 1

Отруби

средние

10,3 16,6 65,7 24,2

3.6

5.6 33.12 0,42 12,5

~а-

тельно большим содержанием белка, но меньшим — углеводов и нерастворимых волокон, в частности клетчатки. Белковая мука, также как й отруби, содержала другие жизненно важные для организма вещества, такие, как зольные элементы и жир.

В следующей серии опытов нами исследован аминокислотный состав белка и определены показатели его биологической ценности. Белковую муку получали из двух видов зернового сырья:обших отрубей и их гранулометрической фракции (отрубного продукта БМОП), которая в технологическом процессе производства обеспечивала более высокий выход белка [10].

Таблица 2

' Изо-

Аминокис- Отру- БМПО От- руб- ный БМОП Су- хая клей- лиро- ван- ный

лота би про- дукт кови- на сое- вый белок

Валин 89 96 93 100 74 100

Лейцин 93 120 101 127 95 117

Изолейцин 79 93 79 89 77 122

Треонин 90 104 98 115 62 95

Лизин 88 113 94 128 34 114

Всего:

серосодер- жащих 137 154 140 142 120 74

ароматичес- ких 121 156 128 152 140 142

Лимитирую- Изолейцин Лизин Серо- содер-

щая жа-. щие

Скор, % 79 93 79 89 34 74

В табл. 2 приведены аминокислотный состав и скор белковых продуктов в сравнении с аминокислотным составом и скором белков пшеничных отрубей, а также сухой пшеничной клейковины и изолированного соевого белка (фирма Protein Technologes International). При расчете аминокислотного скора использована шкала Комитета ФАО/ВОЗ, предложенная в 1973 г. [10], а не в 1985 г. [11], поскольку значения последней значительно снижены и не нашли пока широкого применения в нашей стране.

Белки обших отрубей и отрубного продукта содержали в своем составе меньше незаменимых аминокислот, чем белки выделенных продуктов. БМОП, в свою очередь, была более богата вали-ном, лейцином, треонином и лизином, чем мука, полученная из общих отрубей. Лимитирующей аминокислотой обоих видов белковой муки, как и белков самого сырья, являлся изолейцин, тогда как у пшеничной клейковины в этой роли выступал лизин.

Важно отметить, что у белковых продуктов из ’шеничных отрубей значения скора для всех без включения аминокислот были выше, чем у сухой п1ьНИчной клейковины; для лизина эта разница

составила 86%, треонина — 47%, а для серосодержащих аминокислот — 28%.

Белок муки из пшеничных отрубей содержал меньше изолейцина и валина, чем изолированный соевый белок, но был богаче серосодержащими аминокислотами.

Таким образом, белковая мука, полученная из побочных продуктов переработки зерна пшеницы, является ценным источником белка для использования в качестве улучшителя в производстве продуктов питания. Применение ее как заменителя или обогатителя целесообразно на основе различий в количестве лимитирующих аминокислот [12].

Таблица 3

Показате- ли Диета 1 % Диета 2 % Казеин

Аа>, г/ сут 1,45±0,31 57 1,29±0,11 51 2,54±0,20

1р , г/сут 0,976±0.037 113 1,012+0,030 117 0,863±0,030

PER 1,48±0,07 51 1,26±0.08 43 2,91 ±0,15

NPR 2,31 ±0,06 60 1,99±0,09 52 3,86 ±0,13

TD, % 90,32±0,72 94 74.51 ±1,63 77 96,23±0,94

Примечание. Процент дан от показателя животных 3-й группы.

В табл. 3 приведены результаты определения биологической ценности исследуемого белка. У животных 1-й группы, потреблявших муку из отрубей, прирост массы Дш был на 6% выше в сравнении с животными 2-й группы при относительно меньшем потреблении белка / . Это отразилось на величине коэффициента PER, хотя разница между последними показателями не совсем достоверна. В то же время биологическая ценность белка по коэффициенту NPR в муке достоверно выше (на 8%) по сравнению с биологической ценностью белка пшеничных отрубей.

Таким образом, усредненная величина биологической ценности БМПО по обоим ’’ростовым” признакам составила относительно казеина 55,5%, а исходных отрубей — только 47,5%. Значительная разница (17%) получена для величин истинной усвояемости исследуемых образцов, что свидетельствует о положительном влиянии технологической обработки на белок пшеничных отрубей. Это, вероятно, связано с удалением нерастворимых волокон, содержание которых почти в 10 раз ниже в белковой муке, чем в исходных отрубях.

Морфологические исследования показали, что у животных, получавших белковую муку и отруби, не было изменений во внутренних органах, в то время как в контрольной группе крыс отмечены изменения печени, которая была дряблой, желтоватого цвета с неясным рисунком на разрезе. В печени животных, получавших казеин, также выявлены изменения в виде умеренно выраженной жировой инфильтрации паренхимы перипорталь-ного типа. Изменения паренхимы печени изредка сочетались с наличием небольших лимфо-гисгио-цитарных инфильтратов разной формы в портальных трактах, образуя своеобразные муфты вокруг септальных сосудов. Отмечено неравномерное рас-

пределение гликогена и РНК в различных зонах долек.

Таким образом, в органах и тканях экспериментальных групп животных, в отличие от контрольной,каких-либо патологических изменений не обнаружено. В группе, в рацион которой входил казеин, изменения в печени вызваны, вероятно, качеством последнего.

Оценка биологической ценности БМПО включала также определение группового и жирнокислотного состава липидов (табл. 4). Параллельно исследован липидный состав исходного сырья.

Таблица 4

Состав липидов Отруби пшеничные БМПО

мг/г % мг/г %

Групповой Полярные 14,3 14,0

Триацилглицерины — 70,6 — 58,6

Диацил глицерины — 3,5 __ 3,2

Жирные кислоты — 8,5 — 20,4

Не идентифицированные — 2,8 — 3,8

Жирнокислотный г ^14:0 0,05 . • 0,01

Г 16:0 162,0 14,0 158,8 13,7

*“18:0 14,4 0,3 14,0 0,3

Г 18:1 246,2 18,8 229,2 17,5

с 18:2 653,0 61,4 665,9 62,6

Г 18:3 55,7 5,5 59,0 5,8

Сумма ненасыщенных — 85,7 — 85,9

Сумма насыщенных — 14,3 — 14,1

Общим признаком для группового состава липидов БМПО и пшеничных отрубей являлось преобладание фракции триацилглицеринов, отличительным — различие в соотношении триацилглицеринов и жирных кислот. БМПО содержала больше жирных кислот и соответственно меньше — триацилглицеринов. Возможно, что при выделении белкового продукта жир отрубей под влиянием гидроксида натрия частично подвергался гидролизу.

Жирнокислотный состав липидов БМПО практически идентичен составу жирных кислот исходных отрубей. Главную его часть составляли ненасыщенные жирные кислоты, из которых 79,6% приходилось на долю двух незаменимых факторов питания — линолевой (72,9%) и линоленовой (6,7%) кислот. Причем их соотношение соответствует требованиям действующих норм физиологической потребности человека [13].

Углеводная часть БМПО наряду с крахмалом была представлена декстринами (10,5%) и мальтозой (2,7%).

Таблица 5

Витамины и минеральные вещества Отруби БМПО

Витамины, мг/100 г: .

тиамин В] 1,07-1,22 0,75-0,88

рибофлавин В2 0,21г-0,26 0,44-0,51

пиридоксин В6 0,70-1,07 0,52-0.64

фолацин Вс 0,10-0,13 0,11-0,12

ниацин РР 9,60-13,9 17,7-27,7

токоферол Е 33,11-35,91 31,64-33,11

Макроэлементы, мг/100 г: .

натрий 46-59 1708-2197

калий 1088-1537 1340-1615

кальций 7 ОО Г*- 67-580

магний 363-480 136-232

фосфор 900 400

Микроэлементы, мг/кг:

железо 12 28

никель 0,40-0,68 0,15-0,45

хром 0,01-0,03 0,24-0,30

свинец 0,2-0,24 0,33-0,88-

кадмий 0,08-0,09 0,07-0,09

мышьяк 0-0,19 0,1-0,13

ртуть 0 0,02

цинк 75-83 3-105

медь 10-16 15-29

В табл. 5 приведено содержание витаминов и минеральных веществ в БМПО и пшеничных отрубях. По содержанию витаминов В2 и РР, а также по количеству калия, натрия, кальция и железа БМПО превосходила исходные отруби, а по содержанию витаминов В,, В6, Е и фолиевой кислоты мало от них отличалась. В то же время фосфора и магния в БМПО почти в два раза меньше, чем в исходных отрубях.

Санитарно-гигиеническую безопасность БМПО оценивали по содержанию 8 тяжелых металлов (табл. 5) и по количеству хлорорганических пестицидов и микотоксинов. Образцы БМПО не отвечали установленным ПДК тяжелых металлов только при неудовлетворительных значениях ПДК у пшеничных отрубей. Поэтому для получения экологически безопасной БМПО необходим соответствующий контроль 3г'| качеством зернового сырья.

ВЫВОДЫ N

1. Биологическая ценность белковой муки и побочных продуктов переработки зерна пшениы1 составила по "ростовым” признакам 55,5%, у50'

О-' I ЧПКИ >

Щ В

13СНН чг

Т11

\62.Ь%

£(Щ

ишезця [\ г:

ОТ И^.1

У[ .4 Г.! я рнхмЩ ЙлРЙ (

3. 1

я ; 1| (. а

гяж^м 4 >ч

'ЕГГЭ ЪПЙ ц

тр птеч .ЧН тик ;■ ми ион: кдчег-ги

1. Шаш!

м™

2. Ли ■:.( -'^.5 I

X М| V-янть

Г,Г|| !)|

^г. за

ПО

п. г. щг

Кубом. г-..|

И0;л(

юш.пч ге КраГНО I

корроди

ЛОТЫ .1 1| ^У’Л КОЙ ЛО.Т.-Ч^Л! ЙЫВОД а cyirih.it С! 21. Пики; шм’инчо рл*

НИЗ-М ми1 Попу

СЕМЯЦ _1Ь м г.'ГЪ I

бирич>-п(' £ ЯЛНил 1' 0<ннп(1я]|:

малом

1ЭЛЫ0-

Iблица 5

И ПО

5-0,88

4-0,51

2-0.64 1-0,12 ,7-27,7

14-33,11

58-2197

10-1615

.7—580

36-232

400

28

15-0,45 ,24-0,30 ,33-0,88 ,07-0,09 1,1-0,13

0,02

3-105 15-29

минов и чных от-, а также л железа по содер-кислоты юсфора и ие, чем в

гь БМПО

металлов их пести-1е отвеча-ов только ЦК у пше-) экологи-ветствую-лрья.

; муки И' пшениР1

5%, у^°-

яемость относительно казеина — 94%. Лимитирующей аминокислотой БМПО является изолейцин.

2. В составе БМПО наблюдается высокий уровень ненасыщенных жирных кислот (85,9%), главную часть которых составляет линолевая кислота (62,6%).

Содержание витаминов В2, РР, а также калия, натрия, кальция и железа в БМПО больше, чем в пшеничных отрубях. По количеству витаминов Вр В6, Е и фолиевой кислоты БМПО мало отличается от исходного сырья.

Углеводы БМПО представлены главным образом крахмалом (29,4%), декстринами (10,5%) и мальтозой (2,7%). В ее состав входят также нерастворимые и растворимые волокна.

3. Экологическая безвредность БМПО достигается соответствующим контролем за содержанием тяжелых металлов в сырье.

4. Медико-биологическая оценка показывает, что БМПО обладает относительно высокой пищевой и биологической ценностью, возможно ее применение в качестве перспективного улучшите-ля технологических свойств продуктов, а с учетом аминокислотного состава исходных белков — в качестве обогатителя или заменителя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шапиро Д.К. Практикум по биологической химии. — Минск: Вышэйшая школа, 1976. — 288 с.

2. Методы биохимического исследования растений / Под ред. А.И. Ермакова. — Л.: Колос, 1972. — 456 с.

3. Nils-G. Asp, Claes-G. Johansson, Hakan Hallmer, Monica Siljestrom. Rapid Ensimatic Assay of Insoluble and soluble Dietary Fiber // J. Agric. Food Chem. — 1993. — V. 31. — № 3. — P. 476.

4. Химический состав пищевых продуктов. Справочные таблицы содержания основных пищевых веществ и энергети-

-. ческой ценности блюд и кулинарных изделий / Под ред. И.М. Скурихина и В.А. Шатерникова. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. — 327 с.

5. Коденцова В.М., Орлова Н.В., Вржесинская О.А., Сокольников А.А. Определение рибофлавина в пищевых продуктах с помощью рибофлавинсвязывающего апобелка // Вопросы питания. — 1992. — № 1. — С. 70.

6. Степанова Е.Н., Нестерова И.М., Букина Н.А. Микробиологические методы определения ниацина, витамина Вб и фолацина в пищевых продуктах / Теоретические и клинические аспекты науки о питании. — М.: Институт питания АМН СССР, 1987. Т. 8. — С. 216.

7. Григорьева М.П., Рыбина И.В. Методы определения витамина Е в пищевых продуктах / Теоретические и клинические аспекты науки о питании. — М.: Институт питания АМН СССР, 1987. Т. 8. — С. 154.

8. Nutritional Evaluation оГ Protein Foods / Ed. P.L. Pellett, V.R. Young. — UNU, 1980. — P. 41-58, 154.

9. Высоцкии В.Г., Мамаева E.M. К оценке эндогенных потерь азота у белых крыс различного возраста // Вопросы питания. — 1989, — №3. - С. 48.

10. Химический состав пищевых продуктов. Кн. 2 / Под ред. И.М. Скурихина и М.Н. Волгарева. — М.: Агропромиздат, 1987. — $60 с.

11. Protein Quality Evaluation // Rep. Joint FAO/WHO, 4-8 Dec. 1989. — Rome: FAO UN, 1990.

12. Зилов? И.С., Высоцкий В.Г. Сравнительная характеристика качества новых источников растительного белка / Тез. докл. науч.-техн. конф., 23-24 нояб. 1993 г. — С.-Пб., 1993. — С. 79.

13. Кулакова С.Н. Новый принцип в оценке биологических свойств пищевых жиров: нормирование ПНЖК семейства линолевой кислоты / Тез. докл. науч.-техн. конф., 23-24 нояб. 1993 г. — С.-Пб., 1993. — С. 61.

Кафедра органической химии

Лаборатория технологии пищевых продуктов

Лаборатория белкового обмена

Поступила 22.09.94

633.854.78.002.237:665.3

ПОСЛЕУБОРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В БЕЛКОВОМ КОМПЛЕКСЕ СЕМЯН ВЫСОКООЛЕИНОВОГО ПОДСОЛНЕЧНИКА

В.Г. ЩЕРБАКОВ, А.Д. МИНАКОВА

Кубанский государственный технологический университет

Послеуборочные процессы в липидном комплексе свежеубранных семян подсолнечника, дозревающих при различных внешних условиях, неоднократно исследовались. Была установлена прямая корреляция между массовой долей линолевой кислоты в составе запасных липидов, температурной сушкой и накоплением продуктов окисления в полученном из семян масле. Отсюда был сделан вывод о недопустимости высокотемпературной сушки семян подсолнечника линолевого типа [1, 2]. Показано также [3], что сушка семян подсолнечника олеинового типа при высоких температурах нежелательна, так как сопровождается снижением массовой доли олеиновой кислоты в масле.

Цель работы — изучение белкового комплекса семян высокоолеинового подсолнечника и изменение его под влиянием различных условий послеуборочной обработки, включая тепловую сушку при разных температурах. Исследовали семена высокоолеинового сорта Первенец с массовой долей оле-

иновой кислоты 70-72% от суммы жирных кислот в триацилглицеролах.

Изучали направленность процессов в белковом комплексе семян в образцах, полученных однофазной уборкой, а также в семенах, убранных двухфазным способом. В этом случае соцветия срезали с растений и навешивали на оставшуюся часть стебля, оставляя до полного высыхания [2]. В других вариантах опыта семена дозревали на материнском растении до осыпания (перестой) или высушивались в лабораторной сушильной установке при температуре сушильного агента 60, 100, 140°С, что соответствовало температуре семян 45, 60 и 90°С.

При подготовке проб к анализу семена обрушивали вручную, измельчали и обезжиривали гекса-ном, остаток размалывали в тонкую муку. Все действия с пробами проводили на холоде. О процессах, происходящих в белковом комплексе, судили по изменению фракционного состава [4] и атакуемости белков комплексом протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта in vitro в условиях последовательного действия пепсином и трипсином [5], а также по изменению вязкости растворов глобулиновой фракции в вискозиметре Гепплера [6]. Установлено, что условия послеубо-