CC BY
73
АГРОНОМИЯ
УДК 637.659.657
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЙ БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ
Н. В. Аникеева, канд. с.-х. наук
Волгоградский государственный технический университет, е-таИ: аткееуа [email protected]
Статья посвящена фундаментальным биохимическим исследованиям по производству белковых препаратов из семян нута. В результате проведенных исследований было установлено, что выход продукта с высоким содержанием белка не отражает его качество. Пищевая ценность белковых препаратов характеризуется уровнем содержания в нем аминокислот, особенно незаменимых. С помощью аминокислотного анализатора было установлено, что уровень содержания аминокислотного состава полученных белковых изолятов из разных семян сортов нута было различно.
Ключевые слова: нут, белковые препараты, аминокислоты, биохимические исследования, здоровое питание.
Одним из приоритетных направлений Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2020 г. является оздоровительное питание, которое основывается на принципах разработки технологий производства функциональных продуктов, как для широких кругов населения, так и для лиц, входящих в группы риска и страдающих различными заболеваниями. Основным элементом механизма реализации данной концепции является создание промышленных технологий производства белковых препаратов из растительного сырья. В большинстве промыш-ленно развитых стран (США, Японии, Бельгии, Дании и др.) уже накоплен практический опыт по переработке сои с получением соевых белков и разнообразного ассортимента высококачественных пищевых продуктов на их основе. Однако соевые белки поставляются в основном американскими товаропроизводителями и могут быть получены из сырья, подвергнутого генетической модификации. Этот факт не может не вызывать серьезной озабоченности. В рамках общероссийской программы «Здоровое питание - здоровье нации» предусмотрена разработка систем экологически чистых безотходных технологий получения белковых препаратов из отечественного растительного сырья, а так-
же продуктов питания с функциональными свойствами.
К наиболее перспективным источникам пищевого белка относятся семена масличных, дрожжи и бобовые, а также вторичное сырье пищевой промышленности, образующееся при производстве растительных масел, крахмала, при переработке молока и мяса.
При сравнении целесообразности использования животных белков следует учитывать непрерывно возрастающую их стоимость, а также дефицитность и трудоемкость получения. При производстве животноводческой продукции обычно теряется % растительного белка, поэтому белок говядины стоит в 30-50 раз дороже белка, например, обезжиренной соевой муки, что в условиях мирового кризиса недопустимо. В настоящее время уровень изученности и реализации методов получения белков с необходимыми функциональными свойствами наиболее высок из семян сои, в связи с чем белки сои служат эталоном сравнения при разработке других источников растительных белков применительно к новой технологии белковых пищевых продуктов, в связи с чем экспериментальные исследования носили сравнительный характер [1].
Предварительные исследования по этому вопросу и обобщенные патентно-
Нива Поволжья № 3 (16) август 2010 1
информационные данные показали, что семена нута являются дешевым высокополноценным белковым сырьем для производства белковых препаратов для пищевой промышленности. Себестоимость производства 1 тонны зерна нута в 2,3 раза дешевле сои за счет стабильных урожаев в Нижнем Поволжье и неприхотливости его при возделывании.
Нут - культура древняя. Об этом свидетельствует дошедшее до нашего времени название нута на санскритском языке. Люди это растение назвали в честь богини Нут, так как он неприхотлив при возделывании и отличался от прочих растительных продуктов широчайшим спектром полезных качеств. Одни из важнейших особенностей нута - это химический состав и функциональные свойства белков его семян. В связи с чем в настоящее время весьма актуальны разработки разнообразных подходов, принципов, методов его максимального вовлечения в производство пищевых продуктов.
Цель исследовательской работы заключалась в разработке научных основ новых технологий получения белковых препаратов из семян нута и комбинированных продуктов диетического назначения. Такая цель может быть достигнута путем концептуальных подходов и методологии получения и применения белковых препаратов из семян нута при производстве новых продуктов питания с заданным соотношением пищевых веществ.
Фундаментальных биохимических исследований по производству белковых препаратов из семян нута пока недостаточно, поскольку в основном о структуре его белков и конфирмации известно меньше, чем о белках гороха, сои.
Анализ данных семян зернобобовых культур, полученных стандартными методами, показал, что нут по содержанию белка уступает сое, превосходя при этом фасоль и горох на 3...7 % (табл. 1).
Данные таблицы 1 свидетельствуют о высокой пищевой ценности семян нута. По содержанию суммарных белков нут уступает лишь сое, в нем мало липидов, он равен гороху и фасоли по углеводам. Нут выгодно отличается от других бобовых более высоким содержанием большинства минеральных элементов, витаминный состав приближается к сое.
Кроме того, белки нута выгодно отличаются от белков других бобовых, например фасоли, гороха, сои, уровнем содержания антипитательных веществ, то есть ингибиторами протеолитических ферментов. Исследования показали, что в семенах нута содержатся три единицы ингибиро-ванного трипсина (ЕИТ-ИТ) в количестве 5.6 % от общего содержания белка, тогда как в семенах фасоли - 17 единиц. В семенах нута содержатся в относительно небольшом количестве лектины (400.800 генаглютелиновых единиц на 1 мг белка, в семенах фасоли - 3200.6400). В целом белки нута характеризуются низкой трансТаблица 1
Массовая доля компонентов в составе семян бобовых культур
Компонент Нут (сорт Волго-градский-10) Горох (сорт Неосы-пающийся 1) Фасоль (сорт Цанава) Соя (сорт Белоснежка)
Белок, % 29,7...32,3 22,6...23,2 12,4...21,7 35...40
Жир, % 4,1...7,2 0,6...1,5 0,7...3,7 20...22
Углеводы, % 20...47 20...48 50...60 20...26
Минеральные элементы, мг/100 г семян:
№ 35 38 42 6
К 680 570 820 1607
Са 160 89 150 347
Мд 108 88 103 22,6
Ре 18,7 6,8 5,0 15
Р 240 228 541 603
Витамины, мг/100 г семян:
р-каротин 0,06 0,03 0,04 0,07
В1 1,25 0,81 0,50 0,94
В2 0,22 0,15 0,18 0,22
РР 2,1 2,20 2,10 2,20
В6 0,87 0,27 0,90 0,85
Энергетическая ценность, ккал/100 г семян 388 328 395 462
ингибирующей способностью, равной в среднем 1,3 мг/г, следовательно, это хорошо, легко усваиваемый продукт [2].
При изучении химического состава семян нута и других бобовых в зависимости от биологического сорта и условий произрастания первый выгодно выделяется уровнем содержания белка (до 32 %), а также уровнем содержания незаменимых аминокислот (табл. 2).
Таблица 2
Аминокислотный состав белков бобовых культур (г/100 г белка)
Кроме того, фракционный состав белков семян нута по степени растворимости не уступает белкам других зернобобовых культур (табл. 3).
Таблица 3
Фракционный состав белков зернобобовых культур
Культура Массовая доля фракций (% к сумме всего извлеченного азота)при растворении
в воде в растворе с массовой долей
№С! 10 % (0,1М) ЫаОН 0,15 %
Нут (сорт Вол-гоградский-10) 50,1 41,6 8,3
Фасоль (сорт Цанава) 62,1 25,4 12,5
Горох (сорт Нео-сыпающийся 1) 39,8 54,6 5,6
Соя (сорт Белоснежка) 68,5 22,1 9,4
Как видно из таблицы 3, нутовые белки содержат практически такое же количество щелочерастворимых белков, как и соя, но отличаются водо-солерастворимой фракцией. Они составляют 50,1 и 41,6 %, почти столько же, сколько у гороха. Полученные данные предполагают более выраженные структурообразующие свойства белковых систем нута по сравнению с фасолью, и это является положительным фактором для технологии мучных и мясных изделий.
Практика получения белкового изолята из растительного сырья заключается в изолированном извлечении протеинов путем отделения сопутствующих балластных компонентов. Следуя известным схемам получения изолятов, на первой стадии производства этого продукта белки, содержащиеся в растительном сырье, избирательно переводятся в растворимое состояние, а затем отделяются от нерастворимого продукта [3].
В ходе изучения белков нута было установлено, что условия их перехода в растворимое состояние зависят от сортовых его особенностей.
Анализ фракционного состава показал, что белки семян нута сорта Волгоградский-5 характеризуются высокой растворимостью при рН 6,5 (87 %), но с увеличением концентрации соли сернокислого аммония до 0,5 М экстрагирование белков увеличивалось при рН 9 до 93,5 %. Минимальная растворимость белков нута была отмечена в пределах рН 4...4,5 и составляла 8 %.
Белки семян нута сорта Волгоградский-10 достигают высокой степени растворимости при рН 7 (95,4 %). Этот показатель изменяется при увеличении концентрации соли в пределах рН 9. 12 на 3 %. Минимальная растворимость белков у этого сорта достигает в пределах рН 4,5.5 - 12 %.
Самый низкий выход белков (85 %) отмечен у сорта нута Прива-1. Этот факт объясняется относительно высокой ионной силой белков нута этого сорта. Исследования показали, что минимальная растворимость белков этого сорта находилась в пределах рН 3,2 и составляла 6,3 %. Наблюдаемые различия в минимумах растворимости в основном обусловлены неодинаковым содержанием небелкового азота (табл. 4).
Данные, указанные в таблице 4, показывают, что больше всего небелкового азота содержится во фракциях белка семян нута сорта Волгоградский-10 и меньше всего в белках сорта Прива-1.
Далее изучалось влияние различных реагентов на эффективность растворения белков нута. В результате этих исследований было установлено, что в присутствии Са (ОН)2 снижалась степень растворимости независимо от сортовых его особенностей и рН среды, а в присутствии ЫаОН, наоборот, увеличивался этот показатель. В присутствии соляной кислоты максимум растворимости белков при рН 2 достигал 85 %, а в присутствии серной кислоты при той же среде этот показатель достигал только 70 %. Этот факт можно объяснить специфичностью белков нута.
Аминокислота Нут (сорт Волгоград- ский-10) Горох (сорт Неосыпаю-щийся 1) Фасоль сорт Цанава) Соя (сорт Белоснежка)
Изолейцин 4,8 4,7 3,5 4,4
Лейцин 8,1 8,5 7,2 8,6
Лизин 8,9 10,0 3,1 3,8
Метионин + цистин 4,0 4,5 4,3 3,8
Триптофан 1,1 1,1 1,2 1,4
Фенилаланин + тирозин 8,0 9,0 8,1 8,6
Нива Поволжья № 3 (16) август 2010 3
Фракционный белковый состав семян нута в зависимости от биологических особенностей
Таблица 4
Фракция Сорт
Волгоградский-5 Волгоградский-10 Прива-1
% на с. в. % от общего белка % на с. в. % от общего белка % на с. в. % от общего белка
Общий азот 4,48 - 5,17 - 4,03 -
Небелковый азот 0,45 10,12 0,52 10,05 0,40 9,92
Белковый азот 4,03 100 4,65 100 3,63 100
в т. ч. альбумины 0,18 4,46 0,25 5,37 0,20 5,51
глобулины, выделенные водой 1,87 46,4 2,20 47,31 1,69 46,55
выделенные ЫаС! 1,63 40,4 1,83 39,35 1,50 41,32
выделенные ЫаОИ 0,34 8,43 0,36 7,74 0,24 6,61
Нерастворимый азот 0,46 11,41 0,53 11,99 0,40 11,02
В ходе изучения фракционного состава белков нута хроматографическим методом было выявлено, что белки семян сортов Волгоградский-5 и Волгоградский-10 характеризуются основными свойствами, а белки семян сорта Прива-1 - кислыми свойствами, этот факт отражается на условиях осаждения белков в экстракте. У разных сортов нута изоэлектрическая точка варьирует. Так, у белков нута сорта Волгоград-ский-5 и сорта Волгорадский-10 изоэлек-трическая точка отмечена была в пределах рН 4,4.4,0, а у сорта Прива-1 она была отмечена при рН 3,2, но наиболее растворимы белки нута, независимо от сортовых особенностей, при нейтральной реакции среды.
С учётом сортового влияния на степень растворимости белков нута был получен продукт с содержанием белка 95,6 % и общим выходом 94,6 %, что выше стандарта по изоляту белка сои на 2,3 % и 7,2 % соответственно [4].
Однако выход продукта с высоким содержанием белка не означает высокое его качество. Пищевая ценность этого продук-
та характеризуется уровнем содержания в нем аминокислот, особенно незаменимых. С помощью аминокислотного анализатора было установлено, что уровни аминокислотного состава полученных белковых изолятов из разных семян сортов нута были различны. Наибольшей биологической ценностью обладал белковый изолят, полученный из сорта Волгоградский-10, его аминокислотный скор равен 1,74, а самый относительно низкий аминокислотный скор был отмечен у белкового изолята, полученного из семян нута сорта Прива-1, его аминокислотный скор равен 1,32. Таким образом, при производстве белковых изо-лятов из семян нута необходимо учитывать его сортовые особенности.
Для создания научных основ и практических концепций разработки биотехнологий применения белковых препаратов, выработанных из семян нута, в производстве хлеба проведены комплексные исследования химического состава и технологических свойств нутовой муки (табл. 5).
Данные таблицы 5 показывают, что по уровню содержания незаменимых амино-
Таблица 5
Сравнительная характеристика аминокислотного состава белка нутовой и пшеничной муки
Н /товая мука Пшеничная мука
Аминокислота мг/100 г г/100 г скор, мг/100 г г/100 г скор,
продукта белка % продукта белка %
Валин 1270 5,29 105,8 510 4,81 96,2
Изолейцин 1020 4,25 106,3 530 5,00 125
Лейцин 1890 7,88 112,6 813 7,67 109,6
Лизин 1720 7,17 130,4 265 2,50 45,5
Метеонин + цистин 510 2,13 60,9 160 3,77 107
Треонин 960 4,00 100 318 3,00 75
Триптофан 220 0,92 92 120 1,13 113
Фенилаланин + тирозин 2030 8,56 141 580 8,30 130,3
Сумма незаменимых аминокислот 2050 40,2 112 500 37,18 1,03
кислот белки нутовой муки выгодно отличаются от белков пшеничной муки. Расчет аминокислотного скора показал, что по сумме незаменимых аминокислот белки нута превышают белки пшеничной муки, особенно по лизину и треонину, этот показатель составляет по нуту 130,4 % и 100 % против 45,5 % и 75 % по пшенице. Сопоставительный анализ состава пшеничной муки 1 сорта и нутовой муки показал их существенное различие по основным компонентам, а именно: содержание в нутовой муке белка в 2,3 раза выше, а крахмала в 1,7 раза меньше. Эмульгирующая способность достаточно велика (9,8.10,3 г масла на 100 мг белка). Таким образом, целесообразность применения муки нута и белкового изолята в производстве пищевых продуктов определяется не только биологической ценностью, но и функциональными свойствами его белков. Использование ну-товой муки в общей технологии приготовления пшеничного хлеба способствовало увеличению белка в готовом изделии с 6 % до 12 %. Причем использование в хлебопечении нутовой муки в качестве белкового препарата позволило сбалансировать бел-ково-углеводное содержание 1:4, тогда как в пшеничном хлебе это соотношение, согласно теории сбалансированного питания, нарушено (1:6).
Таким образом, решая проблему дефицита белков и обогащения продуктов питания незаменимыми аминокислотами, обусловленность перспективности тех или иных источников пищевого белка определяется
УДК 631.445+631.582
ресурсными соображениями, например, возобновляемым характером и масштабами производства этого пищевого белка и научно-техническим уровнем, достигнутым в области выделения из данного вида сырья пищевого белка с высокими и варьируемыми функциональными свойствами, чем и характеризуются белки семян нута.
Литература
1. Антипова, Л. В. Исследование фракционного состава белков нута в аспекте получения белкового изолята / Л. В. Анти-пова, Н. В. Аникеева // Фундаментальные исследования. - 2006. - № 5. - С. 1.
2. Антипова, Л. В. Частные исследования технологии получения нутовой муки и ее характеристики / Л. В. Антипова, Н. В. Аникеева // Современные технологии переработки животноводческого сырья в обеспечении здорового питания: наука, образование и производство: материалы междунар. науч.-техн. конф., Воронеж, 1-4 октября 2003 г. - Воронеж, 2003. - С. 153-156.
3. Аникеева, Н. В. Растительное сырье как источник получения биологически ценных добавок для хлебопекарной отрасли / Н. В. Аникеева, Л. В. Антипова // Рациональное питание, пищевые добавки и биостимуляторы. - 2004. - № 3. - С. 25-27.
4. Аникеева, Н. В Научное теоретическое и практическое обоснование лечебно-профилактических свойств нута и продуктов, созданных на его основе / Н. В. Аникеева. - Волгоград: Изд-во ИПК «Царицын», 2002. - 230 с.
ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО И ПРОДУКТИВНОСТИ КУЛЬТУР ЗЕРНОПАРОВОГО СЕВООБОРОТА ПОД ВЛИЯНИЕМ ПОЛИМЕРНОЙ МЕЛИОРАЦИИ И УДОБРЕНИЙ
А. Н. Арефьев, канд. с.-х. наук, доцент; А. М. Ханин, аспирант; Е. Н. Кузин, доктор с.-х. наук, профессор
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. 8 (412) 628-367, е-таИ:аап241075@уа^ех.ги
Показано положительное действие полимера «Праестол 650», удобрений и их сочетаний на основные показатели плодородия (содержание гумуса, кислотность, структурное состояние) чернозема выщелоченного. Рассмотрено влияние полимера и удобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур зернопарового севооборота.
Ключевые слова: мелиорант, гумус, кислотность, водопрочные агрегаты, структура урожая.
В настоящее время из-за недостатка средств интенсификации по причине их высокой стоимости продуктивность сельскохозяйственных культур остается низкой.
Особенно слабо удовлетворяются потребности земледелия в средствах химизации, являющихся основным фактором повышения урожайности сельскохозяйственных
Нива Поволжья № 3 (16) август 2010 5
