Химия и химические технологии/ 5. Фундаментальные проблемы
создания новых материалов и технологий.
К.х.н. Данилова Е.И., к.т.н. Решта С.П.
Одесская национальная академия пищевых
технологий, Украина
Особенности формирования
препаратов с использованием белковых веществ S.cerevisae
В обычных рационах многих людей
как из развитых, так и экономически мало развитых стран недостаточно
полноценного белка. Очень часто именно с этим связаны снижение иммунитета,
нарушения работы сердечной мышцы, гормональные нарушения, нарушение работы
пищеварительной системы и др. Учитывая заботу о собственном здоровье, многие
люди переходят на низкокалорийные диеты, но при этом уделять особое внимание
контролю количества полноценного белка в рационе. Запасы белка в организме
человека практически отсутствует, а новые белки могут синтезироваться только из
аминокислот, поступающих с пищей. Поэтому проблема введения в состав пищи
высокобелковых компонентов, способных корректировать нарушения, связанные с
неправильным питанием, очень актуальна. В настоящее время качество пищевых
белков оценивают по коэффициенту их усвоения. Он учитывает аминокислотный
состав (химическую ценность) и полноту переваривания (биологическую ценность)
белков. Одним из источников, способных восполнить дефицит белковых веществ в
рационах населения являются микромицеты – дрожжи. В последнее время на рынке
присутствует значительное количество БАД, в состав которых входят пивные дрожжи
Saccharomyces
cerevisae с различными дополнительными компонентами:
витаминами, минеральными веществами и т.п., однако, использование таких БАД
является часто недостаточным для правильной коррекции рационов и для
функционального питания [1-4].
Анализ последних исследований
и публикаций, в которых обосновывается решение данной проблемы, свидетельствует,
что при получении микробного белка важно решить ряд научно-практических задач,
связанных с изучением сырьевых ресурсов, подбором специальных микроорганизмов,
оптимизацией питательных сред, методов и режимов культивирования, разработкой технологии
использования получаемых белков в качестве пищевых добавок или создания на их
основе аналогов традиционных пищевых продуктов [2,4-6]. Ключевой момент —
выделение протеинов из сред культивирования микроорганизмов. Известны довольно
удачные попытки получения микробного белка на основе дрожжей, бактерий и микроскопических грибов, но в последнее время
популярность дрожжей в производстве белка упала в связи с высоким содержанием в
биомассе нуклеиновых кислот. Так, нуклеиновых кислот в биомассе микроскопических
грибов 1,5 — 2,8 %, бактерий — 10,0 — 16,0 %, дрожжей приблизительно 12,0 %.
Нами
разработаны способы получения белково-углеводных БАД, в составе которых присутствуют
пищевые волокна (ПВ), полученные из отходов зерноперерабатывающих (отруби,
мучка, крупка), консервных и масличных (шрот, жом) производств, белковые
вещества дрожжей S.cerevisae и дополнительные
компоненты, такие как селен, йод и т.п. Для удаления нуклеиновых кислот
использовали обработку хлоридом натрия, далее препарат высушивали при температуре
125-145±2 °С и использовали как добавку. БАД, полученная по данному способу,
имеет повышенную биологическую ценность благодаря высокому содержанию белка,
углеводов и биологически активных веществ и компонентов [7, 8]. Состав
полученных препаратов и остаточные количества нуклеиновых кислот приведены в табл.
1. Биологическая ценность белков полученной БАД на примере препарата,
содержащего пищевые волокна пшеничных отрубей, микробиальный белок и
микроэлемент селен представлена в табл. 2.
Таблица 1 - Состав полученных белково-углеводных
добавок, массовая доля, M±m, (%), n=3
|
№ |
Вид
углеводсодержащего носителя |
Массовая
доля влаги |
Белковые
вещества |
Нераство-римые
углеводы |
Количество нуклеиновых
кислот |
|
1 |
Пшеничные отруби |
9,2±0,3 |
21,4±0,3 |
66,5±0,5 |
1,2±0,4 |
|
2 |
Овсяные
отруби |
9,5±0,4 |
23,6±0,3 |
62,1±0,4 |
1,6±0,4 |
|
3 |
Отруби тритикале |
9,3±0,3 |
21,9±0,3 |
64,3±0,4 |
1,1±0,5 |
|
4 |
Оболочки
сои |
9,4±0,5 |
19,9±0,3 |
63,7±0,5 |
1,3±0,5 |
|
5 |
Мучка
сои |
9,1±0,4 |
21,8±0,3 |
62,1±0,5 |
1,6±0,3 |
|
6 |
Оболочки гороха |
9,2±0,3 |
18,5±0,3 |
61,6±0,4 |
1,3±0,4 |
|
7 |
Мучка
гороха |
9,3±0,5 |
19,5±0,3 |
64,8±0,6 |
1,6±0,4 |
|
8 |
Свекловичный
жом |
9,3±0,5 |
23,7±0,3 |
61,1±0,5 |
1,5±0,4 |
|
9 |
Выжимки
тыквы |
9,0±0,4 |
26,2±0,3 |
59,0±0,5 |
1,1±0,5 |
|
10 |
Выжимки
моркови |
9,1±0,5 |
27,4±0,3 |
57,3±0,4 |
1,5±0,4 |
|
11 |
Выжимки
яблок |
9,1±0,4 |
22,5±0,3 |
65,1±0,4 |
1,4±0,3 |
|
12 |
Выжимки
сливы |
9,1±0,3 |
18,9±0,3 |
63,5±0,5 |
1,4±0,4 |
Таблица 2 - Биологическая ценность
белков препарата на основе пищевых волокон пшеничных отрубей и дрожжей S.
cerevisae после денуклеинизации
|
Эталон
ФАО/ВОЗ, |
Содержание
аминокислоты, Аj, мг/г белка |
Аминокис-лотный
скор, С= Аj/Aj эт |
Показатель |
|
|
Изолейцин |
40,0 |
43,0 |
1,075 |
1,774 |
|
Лейцин |
70,0 |
72,9 |
1,041 |
1,719 |
|
Лизин |
55,0 |
65,6 |
1,193 |
1,968 |
|
Метионин + цистеин |
35,0 |
21,2 |
0,606 |
1,000 |
|
Фенилаланин + тирозин |
60,0 |
62,6 |
1,043 |
1,722 |
|
Треонин |
40,0 |
54,3 |
1,358 |
2,240 |
|
Триптофан |
10,0 |
9,2 |
0,920 |
1,518 |
|
Валин |
50,0 |
50,7 |
1,014 |
1,673 |
|
Cумма незаменимых аминокислот |
360,0 |
379,5 |
1,054 |
1,740 |
Для характеристики сбалансированные количества незаменимых
аминокислот используют определение аминокислотных скор, а также более
объективные показатели: коэффициент утилитарности аминокислотного состава,
который характеризует сбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к
физиологически необходимой норме (Ajэт — эталонное значения
количества аминокислоты по рекомендации ФАО/ВОЗ) и переваримось [9, 10]. Чем высшее значение коэффициента утилитарности, тем лучше
сбалансированные аминокислоты в белке и тем более рационально они могут быть
использованы организмом. Поскольку лимитирующими в БАД являются серосодержащие
аминокислоты (метионин + цистеин), коэффициент утилитарности равен 0,606.
Способность организмом утилизировать аминокислоты определяется минимальным скором
одной из аминокислот и может быть охарактеризована значениями показателя
утилитарности незаменимых аминокислот, который определяется по формуле:
, где
αj —
показатель утилитарности j -й аминокислоты; Cjmin — минимальный из
скоров незаменимых аминокислот оцениваемого белка по отношению к физиологически
необходимой норме (эталону), доли единицы; Cj — скор j -й незаменимой
аминокислоты по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), доли
единицы.
Показатель утилитарности используется
для расчета показателя сбалансированности аминокислотного состава U, который
достаточно полно отражает сбалансированность незаменимых аминокислот по
отношению к эталону:
,
где U —
утилитарность содержимого j -й аминокислоты в белке продукта; Aj — массовая доля
j -й аминокислоты, г на 100 г белка.
В исследованных
препаратах его показатели зависели от вида носителя, однако отличия не были
существенными, поскольку основной вклад в препарат дает белковая компонента дрожжей, а количество
вносимого белка из хлебопекарных дрожжей S.
cerevisae были
одинаковыми (табл. 3). Как видно из приведенных данных, препараты имеют
достаточно неплохие показатели утилитарности, т.к. чем ближе этот показатель стремится
к 1,0, тем утилитарность белка выше.
Таблица 3 - Показатели сбалансированности аминокислотного состава и сопоставимой
избыточности
|
№ |
Вид
углеводсодержащего носителя |
Показатель
сбалансированности аминокислотного состава, U |
|
1 |
ПВ
пшеничных отрубей |
0,575 |
|
2 |
ПВ
овсяных отрубей |
0,694 |
|
3 |
ПВ
отрубей тритикале |
0,783 |
|
4 |
ПВ
оболочек сои |
0,729 |
|
5 |
ПВ
мучки сои |
0,797 |
|
6 |
ПВ
оболочек гороха |
0,718 |
|
7 |
ПВ
мучки гороха |
0,808 |
|
8 |
ПВ
свекловичного жома |
0,687 |
|
9 |
ПВ
выжимок тыквы |
0,726 |
|
10 |
ПВ
выжимок моркови |
0,707 |
|
11 |
ПВ
выжимок яблок |
0,684 |
|
12 |
ПВ
выжимок сливы |
0,698 |
Более
информативным показателем сбалансированности состава незаменимых аминокислот в белоксодержащих
препаратах является показатель сравнимой избыточности σj:
,
где σj — показатель избыточности содержимого
незаменимых аминокислот, г, Cjmin — минимальный из скоров
незаменимых аминокислот белка исследуемого продукта по отношению к эталону.
Эти
показатели также были близки между собой: от 102,5 до 108,5 мг/г белка. Они
характеризуют суммарную массу незаменимых аминокислот в белке оцениваемого
продукта, не используемых на анаболические потребности, эквивалентном по их
потенциально утилизируемому содержанию в 100 г белка эталона.
Коэффициент
разбалансированности (R) характеризует суммарную массу незаменимых аминокислот,
не используемых на анаболические потребности, чем меньше его значения, тем
лучше сбалансированы незаменимые аминокислоты и тем более рационально они могут
быть использованы организмом, рассчитывают по формуле:
,
где
Ajэт — эталонного значения содержимого аминокислот, мг/г белка, Aj
— массовая часть j -й аминокислоты, мг/г белка, Cmin — минимальный
из скоров незаменимых аминокислот оцениваемого белка по отношению к
физиологически необходимой норме (эталону), доли единицы.
В
исследованных препаратах R был от 0,0485 до 0,0505, т.е. эти значения
свидетельствуют, что разбалансированность менее 5 %.
Переваримость
белка добавок определяли, обрабатывая продукты солянокислым пепсином, потом
трипсином. После гидролиза остаток отделяли от фильтрата и высушивали до
постоянного веса. Выяснено, что переваримость препаратов для всех образцов была
70 - 75 %. Следовательно, нами получены высокобелковые добавки с введением
полноценного по аминокислотному составу и переваримости белка.
Таким образом, на
основе приведенных расчетов возможно формирование информационной матрицы,
например, в программе MX Excel и создание продуктов со сбалансированным по незаменимым
аминокислотам составом, кроме того, при помощи предложенных БАД возможна
коррекция по аминокислотному составу таких продуктов, как хлебобулочные и
мучные кондитерские изделия, напитки и т.п. Кроме того, благодаря введению
дополнительных компонентов (микроэлементы – селен, йод; витамины;
антиоксиданты) в препаратах, содержащих достаточное количество таких ценных
веществ, как витамины группы В, свободные аминокислоты, олигосахариды возможно
усиление антиоксидантых, энтеросорбционных и иммунопротекторных свойств
препаратов.
Литература:
1. Иванова И.С. Разработка
технологии биологически активной добавки к пище в виде белково-углеводного концентрата
из биомассы хлебопекарных дрожжей: автореф. дис... канд. техн. наук. - М.,
2003.
2. Капрельянц, Л.В. Функціональні продукти
[Текст] / Л.В.Капрельянц, К.Г.Іоргачова.– О.: Друк, 2003. – 312 с.
3. Ахмадышин, Р.А. Получение
энтеросорбента микотоксинов из дрожжей Saccharomyces cerevisiae [Текст] /
Р.А.Ахмадышин // дисс... канд. техн. наук : 03.00.23 Всерос. науч.-исслед. и
технол. ин-т биол. пром-сти. - Щёлково, 2008. – 163 с.
4. Иванова, И.С. Разработка
технологии биологически активной добавки к пище в виде белково-углеводного концентрата
из биомассы хлебопекарных дрожей [Текст] / И.С.Иванова // автореф. дис... канд.
техн. наук. - М., 2003. – 16 с.
5. Доценко, О.Н.
Функционально-технологические характеристики белкового продукта дрожжевой биомассы
[Текст] / О.Н.Доценко, В.В.Садова // Известия вузов. Пищевые технологии. –
2002. – № 2. – С. 25.
6. Юскина, О.Н. Разработка
биотехнологического способа получения препарата белка из биомассы дрожжей
Saccharomyces сerevisiae на основе направленного гидролиза клеточных стенок
[Текст] / О.Н.Юскина // дисс. ... канд. биол. наук : 03.00.23 Всерос.
науч.-исслед. и технол. ин-т биол. пром.-сти. - Кашинцево, 2008. - 190 с.
7. Патент України № 68350 Спосіб отримання
білково-вуглеводної біологічно активної добавки [Текст] /Данилова О.І., Решта
С.П. /власник: ОНАХТ; заявл. 08.08.11, опубл.26.03.12, бюл. № 6.
8. Патент України № 69128 Спосіб отримання БАД з
селеном і дріжджами [Текст] /Данилова О.І., Решта С.П. /власник: ОНАХТ; заявл.
22.08.11, опубл.25.04.12, бюл. № 8.
9. Парахонский, А.П. Актуальные
проблемы рационального питания населения [Текст] /А.П. Парахонский //
Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 6. – С. 43-44.
10. Лисин, П.А. Оценка аминокислотного состава рецептурной смеси
пищевых продуктов [Текст] / П.А.Лисин, Е.А.Молибога, Ю.А.Канушина, Н.А.Смирнова
// Аграрн. весн. Урала. – 2012. - № 3 (95). – С.26-28.