CC BY
413
УДК 664.644.4
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АМАРАНТА В ПИЩЕВОЙ ИНДУСТРИИ
© 2004 г. Ю. Ф. Росляков, Н.А. Шмалько, Л.К. Бочкова
Здоровье человека непосредственно связано с пищей, которую он ежедневно употребляет. Для его нормальной жизнедеятельности огромное значение имеет правильное питание, создающее необходимые условия для оптимального самочувствия, поддержания хорошего здоровья и работоспособности организма человека [1].
Нарастающая индустриализация и научно-технический прогресс цивилизации человечества с точки зрения медицины уже не оцениваются как исключительно прогрессивное явление. Наряду с неблагоприятным воздействием техногенных и антропогенных факторов на первый план выходит недостаточное потребление человеком натуральных пищевых компонентов, что приводит к нарушению обмена веществ и многочисленным заболеваниям. При таком качестве питания население развитых стран, в том числе и России, начинает деградировать как в плане естественного сокращения численности, так и ухудшения генофонда [2].
Одним из путей повышения качества питания является введение в рацион пищевых добавок с высокими вкусовыми и питательными достоинствами, к числу которых можно отнести продукты переработки семян амаранта.
Амарант - это ценная техническая, кормовая, пищевая (зерновая и овощная) и лекарственная культура (рис. 1). В переводе с греческого амарант означает «бессмертный», что во многом отображает не только облик растения (крупные метельчатые соцветия амаранта, состоящие из тысяч крохотных цветков, всегда выглядят свежими), но и непростую историю этой культуры [3].
В доколумбовые времена амарант был одной из основных пищевых культур Нового Света, почти такой же важной, как кукуруза и фасоль. Археологические исследования, проведённые в древнем городе Техуакане - современном Пуэбло (Мексика), показали, что более 6000 лет назад это растение было распространено во всех индейских этносах, причем расцвет культа амаранта произошел во времена доминирования на американском континенте ацтекской цивилизации.
Рис. 1
Древние ацтеки считали, что употребление семян амаранта в пищу укрепляет тело и дух. Его называли «волшебное зерно ацтеков», «золотое зерно Бога». Оно ценилось так высоко, что служило своеобразным эквивалентом золоту и применялось в качестве средства оплаты государственных налогов.
Помимо употребления в пищу, ацтеки использовали листья амаранта как источник пурпурной краски для языческих обрядов. С приходом испанских завоевателей и внедрением христианства языческие ритуалы стали вытесняться, в том числе и имеющий к ним отношение амарант. Культ амаранта был объявлен идолопоклонством, а само растение было запрещено выращивать и употреблять под страхом смерти, посевы и семенной материал выжигались. В результате для амаранта начался период забвения, длившийся несколько столетий и едва не приведший к его исчезновению не только как пищевой культуры, но даже как вида [4].
Возобновление практического интереса к амаранту относится уже к XX в. В настоящее время он широко распространен практически во всех частях света: в Северной Америке (США, Канада), Южной Америке (Гватемала, Перу, Аргентина), Европе (Германия, Франция, Чехия), Азии (Индия, Китай), Африке (Эфиопия).
В нашей стране на необходимость применения амаранта в сельском хозяйстве как перспективной кормовой и пищевой культуры еще в 1932 г. указывал академик Н.И. Вавилов в своей знаменитой «Программе использования мировых растительных ресурсов». Однако после его гибели начатая по его инициативе исследовательская работа с амарантом была прекращена, и только в последние годы, благодаря усилиям научно-исследовательских учреждений России (Санкт-Петербург, Татарстан, Новосибирск, Северный Кавказ) и стран бывшего СССР (Украина, Армения) амарант стали повсеместно внедрять в сельское хозяйство.
В настоящее время в Государственный реестр России входит 5 сортов амаранта пищевого назначения: Шунтук, Стерх, Атлант, Чергинский, Полесский. На территории стран бывшего СССР районированы сорта амаранта (Легинь, Скиф, Ультра, Ацтек, Кремовый ранний, Валентина, Харьковский), внесенные в реестры стран Содружества. Однако амарант пока недостаточно широко возделывается на российских полях, в то время как дорогостоящие белковые, витаминные и минеральные препараты приходится закупать за рубежом, хотя имеется в наличии культура, которая могла бы обеспечить страну дополнительным количеством ценных пищевых компонентов (рис. 2) [5].
Амарант
Семена
Белоксодержащие продукты (мука, шрот, концентраты, изоляты)
Крахмало продукты (крахмал, гидролизаты, крахмальное молоко)
Липидсодержащие продукты (масло, СО2-экстракт, сквален, липидбелковые комплекы)
Продукты с повышенным содержанием пищевых волокон: отруби, жмыхи, концентраты из семенных оболочек
Листва
Пектинопродукты (экстракты, концентраты, сухой пектин)
Белоксодержащие продукты (травяная мука, жмых, концентраты, изоляты)
Витамины: каротиноиды, витамины С, В!, В2, В12, Е, флавоноиды с Р-активностью (рутин, кверцетин, трифольен)
Красители с красным (амарантин) и желтым (бетаксантин) пигментами
Уникальность химического состава семян амаранта определяется следующими показателями. Суммарный белок семян амаранта на 28-35 % состоит из незаменимых аминокислот, высокое содержание которых обусловлено содержанием лизина, изолейцина и тирозина с фенилаланином. Его фракционный состав характеризуется высоким содержанием водорастворимых белков (42,5-51,6 % от общей суммы белков) и практически полным отсутствием спирто- и щелочерастворимых белков по сравнению с другими зерновыми культурами [6, 7].
Содержание липидов в семенах амаранта колеблется от 6,7 до 7,9 %, из них на триглицеролы приходится от 77 до 83 %, на фосфолипиды - от 2,7 до 4,3 %, на эфиры стеролов - от 3,1 до 6 %, на неомы-ляемые стеролы - от 8,9 до 9,8 %. Триглицеролы семян амаранта содержат свободные насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты: миристиновую (0,2 %), пальмитиновую (16,9-19,7 %), стеариновую (19,5-21,6 %), олеиновую (19,5-21,6 %) и линолевую (42,0-43,7 %). В неомыляемых липидах содержание стеролов (в процентах к общим липидам) колеблется от 3 до 3,4 %, 4-метилстеролов - 0,3-0,6 %, терпено-вых спиртов - 0,1-0,2 %. Из них наиболее биологически активными веществами являются фитостеролы, участвующие в синтезе холестерола, и 4-метил-стеролы, ингибирующие окислительную полимеризацию жиров [8].
Содержание в семенах амаранта витамина Е, являющегося одним из самых сильных антиоксидан-тов, колеблется от 113 до 192 мг %, из них на а-токоферолы приходится от 5 до 10 %, на в- и
Рис. 2
у-токоферолы - от 70 до 80 %, на с-токоферолы до 20 %. Содержание сквалена, наиболее активного антиоксиданта и участника синтеза стероидных гормонов, варьирует от 3,8 до 6,7 %, а биологически значимых каротиноидов - от 0,45 до 1,12 мг % [8].
Семена амаранта содержат моно- и олигосахари-ды, причем основными компонентами являются сахароза (68,6 %), рафиноза (16,3 %), моносахариды (8,5 %) и стахиоза (6,6 %). В семенах амаранта содержится более 60 % мелкозернистого крахмала, который представляет интерес как для пищевой, так и для парфюмерно-косметической промышленности [9].
За счет того что плодовая оболочка семян амаранта составляет значительную часть семени, содержание пищевых волокон, например клетчатки, в пищевых светлоокрашенных образцах колеблется от 3,9 до 4,9 %, а в темноокрашенных образцах - от 14,3 до 16,5 % [8].
В семенах амаранта также содержится значительное количество витаминов и минеральных веществ. Содержание витаминов составляет (мг/100г): тиамина - 0,1; рибофлавина - 0,21; ниацина - 1,31. Содержание минеральных веществ составляет (мг/100 г): фосфора - 455, калия - 420, магния - 288, кальция - 187; натрия - 32, железа - 10, цинка - 3,8, меди - 0,9. Железо и медь сосредоточены в зародыше, а кальций, магний и натрий - в оболочке семян амаранта [10].
В семенах амаранта содержится мало антипитательных веществ, таких как трипсиновый ингибитор, танины и фитиновая кислота [11, 12]. Количество микотоксинов, афлатоксинов и зеараленона в семенах
амаранта значительно меньше, чем в других зерновых культурах [13, 14], гемагглютинины и сапонины содержатся с точки зрения пищевой безопасности в допустимых пределах [15, 16].
Овощные формы амаранта рассматриваются как потенциальный источник красящих пигментов, белка и витаминов. Красящие вещества амаранта представлены красными (амаратин) и желтыми (бетаксантин) пигментами. Листва амаранта содержит большое количество белка (до 38,3 %), каротиноидов, витаминов С, В1, В2, В12, Е, флавоноидов с Р-активностью (рутин, кверцетин, трифольен) и пектина, по своей комплек-сообразующей способности не уступающего яблочному пектину [17].
Сегодня во всем мире продукты переработки семян амаранта находят широкое применение. Необходимость создания производств по переработке семян амаранта в России обусловлена проблемой сокращения и ликвидации белкового, витаминного и минерального дефицита в питании населения, создания производства высококачественных продуктов питания и отказ от закупок аналогичных пищевых добавок за рубежом.
Исследователями активно ведется разработка технологий комплексной переработки семян амаранта для получения из них целого ряда продуктов пищевого и лечебного назначения: продуктов механической и термической обработки, амарантового масла, сквале-на, СО2-экстрактов, белковых добавок, крахмала и пектина.
Продукты механической обработки семян амаранта, например цельносмолотую муку, получают путем измельчения семян на вальцевых станках или дезинтеграторах без удаления семенной оболочки. С целью повышения функциональных свойств белков такой муки осуществляется ее дополнительная обработка протеолитическими или амилолитическими ферментами [18].
Для получения продуктов переработки термически обработанных семян амаранта предлагается проводить их экструдирование или обжаривание [19]. Экструзионная обработка способствует снижению содержания трипсина и увеличению усвояемости белка, а также улучшению органолептических показателей получаемого продукта. Мука из обжаренных семян амаранта содержит больше белка, пищевых волокон, минеральных веществ, чем мука из нативных семян [20].
Особое место среди продуктов комплексной переработки семян амаранта занимает амарантовое масло, приближающееся по своему жирнокислотному составу к кукурузному и содержащее до 77 % ненасыщенных жирных кислот, представленных в основном полиненасыщенными кислотами семейства ю-3 [21].
Разработаны технологии получения СО2-экс-трактов из семян амаранта, содержащие в своем составе полезные эфирные масла, жироподобные веще-
ства, сквален, витамин Е, полиненасыщенные жирные кислоты [22].
Большое внимание исследователи уделяют разработке технологий получения белковых продуктов из семян амаранта. С учетом особенностей фракционного состава белков семян амаранта получены белковые концентраты, изоляты, белково-полисахаридные комплексы, обладающие высокой усвояемостью, водорас-творимостью и эмульгирующей способностью [23, 24].
Семена амаранта также являются перспективным сырьем для производства крахмала, обладающего мелкокристаллической структурой, состоящей из крахмальных зерен правильной шарообразной формы. При проведении его ферментной обработки амилазами получены крахмалопродукты с различным содержанием легкоусвояемых сахаров [25].
В пищевых целях используют нативные семена амаранта, продукты механической и термической обработки семян амаранта (цельносмолотую муку, «взорванные» семена амаранта, модификации муки, получаемой из термически обработанных семян амаранта), продукты глубокой биохимической обработки (белковые препараты, липид-белковые комплексы, крахмалопродукты), обладающие высокой пищевой ценностью и функциональными свойствами [26-28]. Перечисленные добавки применяют для изготовления хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий, молочных и мясных продуктов, майонезов, энергетических напитков, пива и других [29-33].
Несмотря на то что в России переработка амаранта находится еще на начальной стадии и ограничена в основном производством лекарственных препаратов и диетических продуктов, некоторые из них становятся весьма популярными. Поэтому целесообразно проведение дополнительных научных исследований, чтобы определить возможные перспективы использования амаранта в пищевой индустрии XXI в.
И кто знает, не сбудутся ли в этом столетии пророческие слова американского активиста амаранта Джона Лемана: «Вопрос состоит не в том, станет ли амарант главной зерновой культурой, а в том, когда он ею станет?» [34].
Литература
1. Кочеткова А.А., Колесное А.Ю., Тужилкин В.И. Современная теория позитивного питания и функциональные продукты // Пищевая промышленность. 1999. № 4. С. 7-10.
2. Гаппаров М.М., Панченко С.Н., Угренинов В.Г. Натуральные продукты - пища XXI века // Пищевая промышленность. 1999. № 9. С. 58.
3. Paredes-Lopez O. Amaranth: biology, chemistry, and technology. Mexico, 1994.
4. Berberich S. History of amaranth // Agricultural research -U.S. 1980. Vol. 29. № 4. Р. 14.
5. Коноков П.Ф., Гинс В.К., Гинс М.С. Амарант: Перспективная культура XXI века. М., 1999.
6. Чиркова Т.В. Амарант - культура XXI века // Соровский образовательный журн. 1999. № 10. С. 22-27.
7. Kauffman C.S., Weber. L.E. Grain amaranth // Advances in new crops. Portlend, 1990. Р. 127-139.
8. Ключкин В.В. Основные направления переработки и использования пищевых продуктов из семян люпина и амаранта // Хранение и переработка сельхозсырья. 1997. № 9. С. 30-33.
9. Офицеров Е.Н., Костин В.И. Углеводы амаранта и их практическое использование / РАН. Урал. отд-ние. Коми науч. центр. ин-т химии. Ульяновск, 2001.
10. Magomedov I.M. Amaranth as a sourse quality protein, vitamins and mineral elements. (For manufacture of dietary products of feed and forages) // Cereals for human health and preventive nutrition. Brno; Prague, 1998. Р. 157-158.
11. Isolation, characterization, and properties of a trypsin-chymo trypsin inhibitor from amaranth seeds / S. Tamir, J. Bell, T.H. Finlay, E. Sakal, P. Smirnoff, S. Gaur, Y. Birk // J. protein chem. 1996. Vol. 15. № 2. P. 219-229.
12. Grau H. Phytinsaure, andere Inositolphosphate und Mineralstoffe in Cerealien und Pseudocerealien [Содержание фитиновой кислоты, других инозитолфосфатов и минеральных веществ в размолотом зерне хлебных злаков и псевдозлаковых культур (амаранта, грехичи, кви-ноя): Дис. (ФРГ)]: Diss... [Hohenheim], 1996.
13. Bresler G., Brizzio S.B., Vaamonde G. Mycotoxin-producing potential of fungi isolated from amaranth seeds in Argentina // Int. J. food microbial. 1995. Vol. 25. № 1. Р. 101-108.
14. Bresler G., Vaamonde G., Brizzio S. Natural occurrence of zearalenone and toxicogenic gungi in amaranth grain // Int. J. food microbiol. 1991. Vol. 13. № 1. Р. 75-80.
15. Calderon de la Barca A.M., Ochoa J.L., Valencia M.E. Effect of the extraction of a hemagglutinin on the nutritive value of Amaranthus leucocarpus seeds // J. of food sci. 1985. Vol. 50. № 6. Р. 1700-1702.
16. Oleszek W., Junkuszew M., Stochmal A. Determination and toxicity of saponins from Amaranthus cruentus seeds // J. agric. food chem. 1999. Vol. 47. № 9. Р. 3685-3687.
17. Чернов А.И. Амарант - физиолого-биохимические основы интродукции. Казань, 1992.
18. Solano-Navarro А., Mora-Escobedo R. Functional properties modification, in amaranth flour, by germination and enzymatic methods // Departamento de Graduados e Investigaciуn en Alimentos, Escuela Nacional de Ciencias Biofygicas, IPN. Mexico, 2000.
19. Nelly L., Ruales J. Popping of amaranth grain (Amaranthus caudatus) and its effect on the functional, nutritional and sensory properties // J. of the sci. of food and agr. 2002. Vol. 82. № 8. Р. 797-805.
20. Изменение химического состава семян амаранта при термической обработке / Л. Карнаушенко, И. Калугина, Г. Лунина, С. Липовецкая // Хлебопродукты. 1998. № 5. С. 22-23.
21. Быков Ю.В. Разработка технологии извлечения масла из семян амаранта с высоким содержанием биологически ценных компонентов: Дис. . канд. техн. наук. СПб., 1999.
22. Биологически активные вещества СО2-экстрактов из растительного сырья / Т.В. Пелипенко, Н.А. Турышева, Т.И. Тимофеенко, Т.А. Шахрай, Л.В. Шагалова // Изв. вузов. Пищевая технология. 1999. № 4. С. 12-14.
23. Fidantsi А., Doxastakis G. Emulsifying and foaming properties of amaranth seed protein isolates // Colloids surf. B. Biointerfaces. 2001. Vol. 21. № 1-3. Р. 119-124.
24. Optimization of the isoelectric precipitation method to obtain protein isolates from amaranth (Amaranthus cruentus) seeds / B. Salcedo-Chaves, J. A. Osuna-Castro, F. Guavara-Lara, J. Dominguez, O. Paredes-Lopez // J. agril. food chem. 2002. Vol. 50. Р. 6515-6520.
25. Radosavljevic M., Jane J., Johnson L.A. Isolation of amaranth starch by diluted alkaline-protease treatment // Cereal Chem. 1997. Vol. 75. № 2. Р. 212-216.
26. Росляков Ю.Ф., Бочкова Л.К., Шмалько Н.А. Новые функциональные добавки из семян амаранта и хлебные изделия на их основе // Сб. докл. юбилейной междунар. науч.-практ. конф. «Пищевые продукты XXI века». Москва, 2001. Т. 1. С. 163-164.
27. Пащенко Л.П., Макеев А.М., Магомедов И.М. Липопро-теиновый комплекс из амаранта - биологический улуч-шитель продуктов // Пищевая промышленность. 1990. № 12. С. 38-40.
28. Perez E., Bahnassey Y.A., Breene W.M. Some chemical, physical and functional properties of native and starches of Amaranthus hypochonriacus and Amaranthus cruentus // Starch/Staerke, 1993. Vol. 45. № 6. Р. 215-220.
29. Шмалько Н.А., Бочкова Л.К., Росляков Ю.Ф. Перспективы использования вторичных продуктов комплексной переработки семян амаранта в хлебопечении // Хранение и переработка зерна (Днепропетровск, Украина), 2004. № 1 (55). С.47-48.
30. Шмалько Н.А.. Уварова И.И., Латкина Н.Н., Шукли-на Н.А. Мучные кондитерские изделия повышенной и биологической пищевой ценности // Сб. докл. юбилейной междунар. науч.-практ. конф. «Пищевые продукты XXI века». Москва, 2001. Т. 1. С. 193-195.
31. Шмалько Н.А., Уварова И.И., Белоусова Т.В. Использование продуктов переработки семян амаранта в производстве макаронных изделий специального назначения // 2-я регион. науч.-практ. конф. молодых ученых. «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» / КГАУ, 13-15.12.2000 г. Краснодар, 2000. С. 208-209.
32. Breene W.M. Food uses of grain Amaranth // Cereal foods world. 1991. Vol. 36. № 5. Р. 426-430.
33. Букин А. А. Применение амарантового шрота и других видов нетрадиционного сырья в биотехнологических процессах получения пива: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2001.
34. Чирков Ю. Растения-динозавры // Наука и жизнь. 1990. № 1. С. 70-75.
Кубанский государственный технологический университет, г. Краснодар 31 мая 2004 г.
