Новые формы белковой пищи. Проблема обогащения белков лимитирующими аминокислотами

Основным направлением научно-технического прогресса в области производства продовольствия в последние три десятилетия является интенсификация процессов приготовления пищи с одновременным приданием ей комплекса свойств, отражающих требования науки о здоровом питании. Новые пищевые производства в качестве приоритетных включают технологии получения белковых продуктов. Эти технологии основываются на фундаментальных и прикладных знаниях в области пищевой, физической, биологической, биоорганической химии, генетики, молекулярной биологии, биофизики и ряда технических дисциплин. Объективные причины создания принципиально новых технологий получения белковых компонентов пищи следующие: рост численности населения, осознание людьми того, что ресурсы планеты не безграничны, необходимость выпуска пищевых продуктов с составом, соответствующим современному образу жизни, и возможность использования накопленных человеком теоретических знаний в прикладных целях. Отличительной особенностью технологий производства белковых продуктов является возможность целенаправленного использования отдельных фракций белков и комплексной переработки сырья с одновременным получением других полезных пищевых ингредиентов (крахмала, масла, пектина, фосфатидов и т. д.).

Новые формы белковой пищи - это продукты питания, получаемые на основе различных белковых фракций продовольственного сырья с применением научно обоснованных способов переработки и имеющие определенный химический состав, структуру и свойства, включая биологическую ценность.

Объективной количественной оценкой создания и развития отрасли производства растительных белковых продуктов (фракций) является наличие сельскохозяйственного сырья, высокопроизводительного оборудования (экстракторов, сепараторов, центрифуг, сушилок и т. д.) и конкурентоспособных технологий. К потенциальным сырьевым источникам относят: зернобобовые (соя, горох, чечевица, люпин, фасоль, нут); хлебные и крупяные культуры (пшеница, тритикале, рожь, овес, ячмень, кукуруза) и побочные продукты их переработки (отруби, сечка, мучка, зародыш); масличные (подсолнечник, лен, рапс, кунжут); псевдозлаковые (амарант); овощи и бахчевые (картофель, тыква); вегетативная масса растений (люцерна, клевер, люпин, сахарная свекла, зеленый табак); продукты переработки фруктов и ягод (косточки абрикоса, сливы, вишни, кизила, винограда и т. д.); кедровые и другие виды орехов. Не менее важными факторами, определяющими выбор сырьевых источников, являются: количество и состав белка, биологическая ценность, возможность удаления антипитательных веществ, функциональные свойства, способность к хранению, возможность глубокого фракционирования с получением как основных (белковых), так и побочных продуктов питательной (жир, крахмал) или лечебно-профилактической (пектин, сорбит, ксилит, лецитин, антоцианы, витамины, глюкозо-фруктозные сиропы и т. д.) ценности. Производства по выпуску пищевых белков строят вблизи от биохимических или кормовых заводов с целью получения ряда дополнительных ингредиентов (дрожжи, ферментные препараты, сухая мезга и т. д.) или организовывают специализированные цеха на действующих предприятиях.

Традиционными источниками для производства белковых продуктов являются соя и пшеница. Продукты из соевых белков подразделяются на три группы, отличающиеся по содержанию белка: мука-крупа, концентраты, изоляты. На базе указанных видов белковых продуктов организуется производство и маркетинг текстурированной муки, концентратов и изолятов. Выпускаются модифицированные и специальные белковые продукты. Соевая мука и крупа производятся на мельничном оборудовании путем измельчения до определенного размера частиц обезжиренных или необезжиренных семян с последующим их просеиванием. В муке и крупе содержится 40-54% (N х 6,25) белка от общей массы продукта. Разные виды муки (крупы) отличаются по содержанию жира, размеру частиц и степени тепловой обработки. От интенсивности теплового воздействия зависят КРА, КДБ, активность ферментов липоксиге-назы, уреазы и ингибиторов протеаз. Соевые белковые концентраты изготавливаются из очищенных и обезжиренных соевых бобов (белых лепестков) путем удаления растворимых в воде небелковых компонентов (олигосахаридов, ферментов, минеральных веществ). Концентраты содержат 65-70% белка на сухое вещество (N х 6,25). Соевые белковые изоляты являются наиболее очищенной формой белковых продуктов, так как содержат не менее 90% белка на сухое вещество. Белок экстрагируется из измельченного белого лепестка слабощелочным раствором (рН 8-11) с последующим осаждением в изоэлектрической точке (4,2-4,5) и отделением в виде творожистой массы от олигосахаридов. Белковая масса промывается, нейтрализуется до рН 6,8 и сушится.

Назначение текстурированных белковых продуктов заключается в придании пищевым изделиям волокнистой или многослойной (кускообразной) структуры. После гидратации такие белковые продукты по внешнему виду и структуре напоминают мясо, птицу или морские продукты, выступая при этом в роли аналогов традиционных пищевых продуктов. Многослойная мясоподобная структура соевых белковых продуктов может формироваться с помощью термопластической экструзии. Основные стадии процесса включают: дозирование сырья → кондиционирование (увлажнение, нагревание) → варочный процесс → ламинарное течение (ориентация молекул белков) → формирование волокон → разрезание продукта на кски → сушка. В основе экструзии лежит процесс реструктуризации белка, заключающийся в том, что под влиянием температуры, увлажнения и механического воздействия макромолекулы его формируют вязкопластичную массу, выстраивающуюся в направлении сдвига, с образованием новых поперечных связей. В результате образуется многослойная объемная жевательная структура, пригодная для использования в качестве наполнителей или аналогов.

Особые соевые продукты представлены соевым соусом, тофу (соевым творогом), соевым молоком, мисо (соевой пастой) и другими видами. Модифицированные белки (частично или полностью гидроли-зованные) получают из белковых продуктов с применением протеолитических ферментных препаратов (пепсин, папаин, бромелаин) или кислотного гидролиза. Такие белки используются как функциональные и вкусовые добавки к пище.

Из пшеницы или пшеничной муки методом водной экстракции небелковых и растворимых белковых компонентов получают сухую пшеничную клейковину. Так как клейковина является скоропортящимся продуктом, то важное место в технологическом процессе производства клейковины занимает сушка. Во-первых, влажность готового продукта не должна превышать 10%, а во-вторых, клейковина должна быть нативной, или "витальной". Первое условие необходимо в целях успешного хранения, а второе - для обеспечения широкого использования клейковины как технофункционального ингредиента. В клейковине содержится белка не менее 75-80% (N х 5,7), жира - 0,5-1,5%, клетчатки - 1,5%, зольность - 0,8-1,2%.

Несмотря на то, что в индустрии пищевых белков разработано и внедрено огромное количество технологий, существуют перспективные направления, которые заключаются в получении белковых продуктов повышенной пищевой и биологической ценности из нетрадиционного сырья, фракционировании белков на компоненты с разными молекулярными массами (например, 7S и 11S белки сои), физико-химическими, функциональными и фармакологическими характеристиками и разработке на их основе нового поколения белковых добавок (композитов) с полифункциональными свойствами и многоцелевого назначения.

Растительный белок зерновых и других культур в общей массе уступает животному по содержанию незаменимых аминокислот (лизина, треонина и триптофана). Поэтому уже сегодня по всему миру широко разрабатываются и внедряются в жизнь специальные программы питания, предусматривающие применение растительных белков или лимитирующих аминокислот для взрослого населения, школьников и детей. Оптимальный баланс незаменимых факторов питания обеспечивается путем правильного подбора и сочетания различных видов белков (эффект взаимного обогащения^. Дополнение в пищу, например, сои является прекрасным методом восполнения недостатки лизина в пшенице, кукурузе и рисе. За счет правильного подбора составляющих в смесях из хлебных, бобовых и масличных культур можно значительно повысить КЭБ, за эталон которого принимают показатель для казеина (2,5). Смеси из хлебных культур с соевыми продуктами комплементарны по аминокислотному составу уже при соотношении 50:50, однако идеальным считают - 30:70.

В зависимости от соотношения белковых составляющих различают эффекты истинного и простого обогащения. Эффект истинного обогащения наблюдается в том случае, если скор для каждой незаменимой аминокислоты в белке создаваемого продукта не менее 1,0, а простого - если значения аминокислотного скора композиции хотя и меньше 1,0, но выше, чем значения данного показателя для белков каждого продукта в отдельности. Сбалансированность аминокислотного состава в белковых продуктах положительно отражается на их усвояемости.

Если усвояемость белков растений по сравнению с казеином составляет 60-80%, то усвояемость белков, находящихся в составе концентрированных белковых продуктов с большим количеством незаменимых аминокислот, - 80- 100%.Так, усвояемость взрослым человеком соевых белковых концентратов и изолятов, как и белков молока, находится в пределах 91-96%, сухой пшеничной клейковины - 91%, а белковой муки из пшеничных отрубей - 94%. Данный показатель возможно повысить до 97-99% смешиванием их с лимитирующими аминокислотами. Например, добавление 0,5-1,5% метионина к белковым продуктам из сои приближает их по питательной ценности к идеальному белку, а добавление триптофана в пищу вызывает образование в организме человека антител и повышает его иммунитет. В табл. 2.13 показано влияние добавок аминокислот на качество зернового корма, оцениваемое по КЭБ.

В производстве продуктов и кормов уже давно применяют добавки лимитирующих аминокислот, производство которых в мире представляет собой крупнотоннажную специализированную отрасль. Более 98% производства (по данным ФАО) приходится на метионин, лизин и триптофан. Основными способами получения аминокислот являются методы микробиологического (лизин, треонин, валин) и химического (метионин, триптофан, фенилаланин) синтеза, однако часть дефицитных аминокислот можно получать с применением ферментативных методов (метионин), экстракцией (цистин, тирозин) и генной инженерии (лизин, треонин).

Употребление аминокислот в пищу требует тщательного контроля со стороны медиков и специалистов по питанию, так как здесь необходимы особые методы их потребления и приемы введения. Лимитирующие аминокислоты, находясь в составе пищи и не участвуя в полостном пищеварении, либо быстро поступят в кровеносную систему, либо останутся в кишечнике, где под влиянием микрофлоры станут объектом образования токсичных продуктов. Разница во времени поступления в кровь свободных аминокислот и аминокислот, образовавшихся при переваривании белков пищи, будет способствовать протеканию негативных ферментативных превращений дезаминирования, декарбоксилирования и т.д. Свободные аминокислоты, не принимая участие в синтезе белков тела, могут стать источником токсичных биогенных аминов и аммонийных солей.

Таблица 2.13. Влияние добавок аминокислот на КЭБ зерновых культур

Наиболее высокой токсичностью обладают продукты дезаминирования триптофана, тирозина, гистидина. Так, гистамин и серотонин, образующиеся при декарбоксилировании гистидина и триптофана, соответственно, относятся к веществам, вызывающим аллергию.

Употребление ценных растительных белков в пищу в целом положительно отражается на здоровье людей. Поставляя организму незаменимые аминокислоты, белковые продукты являются источником пищевой клетчатки, способной образовывать структурные комплексы с лечебно-физиологической функцией воздействия на моторику кишечника и регуляцию уровня холестерина в крови. Растительные белки снижают уровень сывороточных липидов у больных гиперлипидемических состояний (атеросклероз, гипертония, сахарный диабет, желчекаменная болезнь, эндокринные расстройства и др.), в связи с чем интерес к замене животных белков на растительные в последние годы особенно возрастает. Так, замена в рационе питания больных с повышенным содержанием липопротеидов и холестерина в крови мясо-молочных продуктов на соевые белковые изоляты понижает уровень общего холестерина и холестерина с ЛМП.