Текст произведения
(PDF):
Читать
Скачать
Введение Для многих людей наличие высококачественного белка в рационе является проблемой, особенно для вегетарианцев, которым необходимо получить белок из зерновых, бобовых и других зерновых культур. Даже тогда, когда энергия потребления этих продуктов является адекватной, недостаточный уровень незаменимых аминокислот может привести в целом к недоеданию. Одним из перспективных направлений в снижении белкового дефицита является рациональное использование растительного сырья и создание на его основе различных форм пищевого белка. Растительные белки широко применяются в производстве продуктов лечебно-профилактического и диетического назначения благодаря их высокой биологической ценности, хорошей усвояемости, уникальности функциональных свойств. Особенно следует отметить стремление человека к древним, порой даже несправедливо забытым источникам пищи. Эта тенденция возврата стала прогрессировать в России несколько лет назад в виде интернет-магазинов натуральной и органической продукции. В крупных городах появились специализированные биомагазины, а в гипермаркетах - соответственно отделы. Сейчас в интернет-магазинах можно купить муку из льна, муку черемухи, полбу, кускус, булгур, зеленую гречку, иван-чай и многое другое. Это говорит о том, что в России зарождается интерес к «новым» источникам белков, жиров, углеводов, пищевых волокон, минеральных элементов, которых пока не коснулась «технология и пищевая химия». Одной из таких древних культур является квиноа (лат. Chenopódium quinoa Willd.) - зерновая культура, вид рода Марь (лат. Chenopódium) семейства Амарантовые (лат. Amarantháceae), подсемейства Маревые (лат. Chenopodioídeae), набирающая сейчас популярность во всем мире благодаря уникальному химическому составу и отсутствию глютена, что является острой проблемой для людей, страдающих непереносимостью пшеничного белка глютена (целиакией) [1, 2]. По данным зарубежных исследователей [3, 4], главной особенностью квиноа является то, что и зерна, и листья, и соцветия являются источников высококачественного белка. Доля белков, содержащихся в квиноа, зависит от сорта и составляет 10,4-17 % от потребляемой в пищу доли. Хотя в целом содержание белков в квиноа выше, чем в большинстве злаков, данная культура больше известна именно ценностью белкового состава. Белки состоят из аминокислот, восемь из которых считаются незаменимыми как для детей, так и для взрослых. Белки квиноа представлены в основном альбуминами и глобулинами. Они имеют сбалансированный состав незаменимых аминокислот, похожий на аминокислотный состав молочного белка казеина. Кроме того, было обнаружено, что листья квиноа содержат высокое количество белка. Кроме того, листья также богаты витаминами и минеральными веществами, особенно кальцием, фосфором и железом [3, 4]. Благодаря исключительному богатству аминокислот квиноа обладает терапевтическими свойствами. Это связано с биодоступностью лизина в квиноа, которая значительно выше, чем в пшенице, рисе, овсе, просе и кунжуте. Эта аминокислота укрепляет иммунную систему, участвует в формировании антител, способствует нормальной функции желудка. Аминокислоты изолейцин, лейцин и валин совместно участвуют в производстве мышечной энергии, улучшении нервно-мышечных расстройств, предотвращают повреждение печени и регулируют баланс уровня сахара в крови. Метионин в печени синтезирует с-аденозин-метионин, который эффективен при лечении заболеваний печени, депрессии, остеоартрита, головного мозга, фибромиалгии и хронической усталости. Он также действует как мощный детоксикационный агент, который значительно снижает содержание тяжелых металлов в организме и защищает его от свободных радикалов. Квиноа также содержит фенилаланин (стимулятор работы мозга, основной элемент нейротрансмиттеров, способствующих развитию бдительности, снятию боли, депрессий), треонин (участвует в детоксикации печени, образовании коллагена и эластина) и триптофан (непосредственный предшественник нейромедиатора серотонина, подавляющего депрессию, стресс, беспокойство, бессонницу). Таким образом, на основании зарубежных литературных данных изучение аминокислотного состава и расчет биологической ценности семян квиноа, выращенных впервые в России, является актуальным. Объекты и методы исследования В качестве объектов исследования использовали белые семена квиноа, выращенные в агроклиматических условиях Краснодарского края (урожай 2015 г.). Определение аминокислотного состава семян квиноа проводили методом капиллярного электрофореза на аппарате «Капель-105». Метод основан на разложении проб с помощью гидролиза с переводом аминокислот в свободные формы, получении ФТК-производных (фенилизотиокарбамильных), дальнейшем их разделении и количественном определении методом капиллярного электрофореза. Детектирование проводили в УФ-области спектра при длине волны 254 нм (Методика М-04-38-2009. Определение протеиногенных аминокислот в комбикормах и сырье). Оценку аминокислотной сбалансированности семян квиноа проводили по аминокислотному скору (АС), коэффициенту различия аминокислотного скора (КРАС), биологической ценности (БЦ), коэффициенту рациональности аминокислотного состава (Rс), коэффициенту эффективности белка (КЭБ) и индексу незаменимой аминокислоты (ИНАК) [5, 6, 7]. Аминокислотный скор незаменимых аминокислот (далее НАК) рассчитывали по формуле (1) где АС - аминокислотный скор i-й НАК, %; Аi БИП - содержание i-й НАК в семенах квиноа, г/100 белка; Аi ФАО/ВОЗ - содержание i-й НАК в белке ФАО/ВОЗ, г/100 белка. Коэффициент различия аминокислотного скора рассчитывали по формуле (2) где АСi - аминокислотный скор i-й НАК, доли ед.; АСmin - аминокислотный скор лимитирующей аминокислоты, доли ед.; n - количество НАК. Биологическую ценность рассчитывали по формуле БЦ = 100 - КРАС. (3) Коэффициент рациональности аминокислотного состава рассчитывали по формуле (4) где аi - коэффициент утилитарности НАК, равный Сmin/Сi; здесь Сmin - минимальный скор НАК оцениваемого белка семян квиноа по отношению к эталону, доли ед.; Сi - скор i-й незаменимой аминокислоты семян квиноа по отношению к эталону, доля ед.; Аi - массовая доля i-й незаменимой аминокислоты в семенах квиноа, г/100 г белка. Коэффициент эффективности белка (КЭБ) в семенах квиноа рассчитывали по методике, изложенной в [5]. Необходимо учитывать, что данный метод предназначен для значения КЭБ в интервале 0,69-3,22. Для определения КЭБ каждому значению АС всех незаменимых аминокислот придавали «вес» (y), показатели которого представлены в табл. 1. Полученные значения «веса» суммировали. Далее вычисляли «ассоциируемый вес» (z) и также находили его сумму. Ассоциируемый вес (z) для каждого значения АС равен: - для НАК, АС которых от 100 до 150 %, равен 0,01; - для НАК, АС которых до 100 %, «ассоциируемый вес» равен (1/АС)×у; - для НАК, АС которых свыше 150 %, «ассоциируемый вес» равен (у2/АС). Таблица 1 «Вес» незаменимых аминокислот Аминокислотный скор АС, % «Вес» (у) Аминокислотный скор АС, % 100 1 100-150 99-91 2 151-200 90-81 2,83 201-250 80-71 4 251-300 70-61 5,66 301-350 60-51 8 350 50-41 11,31 40-31 16 30-21 22,63 20-11 32 10-0 45-25 Далее определяли счет НАК квиноа, равный отношению суммы «веса» (у) к сумме «ассоциируемого веса» (z). Вычисляли отношение счета НАК семян квиноа к счету НАК казеина по формуле (5) Коэффициент эффективности белка рассчитывали по формуле КЭБрасч. = - 2,1074 + 7,1312 × (ОКС) - 2,5188 × (ОКС). (6) Индекс незаменимой аминокислоты рассчитывали по формуле (7) где n - количество НАК; индексы «квиноа» и «Э» - содержание аминокислоты в семенах квиноа и эталонном белке соответственно. Расчетно-аналитическим путем определяли степень удовлетворения суточной потребности организма человека в белке и незаменимых аминокислотах при употреблении 100 г семян квиноа. Результаты и их обсуждение Для оценки биологической ценности семян квиноа определяли их аминокислотный состав и сравнивали с белком ФАО/ВОЗ. Результаты представлены в виде аминограммы на рис. 1. Анализ аминограммы показал, что по содержанию незаменимых аминокислот белок семян квиноа приближается к белку ФАО/ВОЗ (куриный белок). В дальнейшем была проведена сравнительная оценка аминокислотного состава семян квиноа с аминокислотным составом основных сельскохозяйственных культур (пшеница, кукуруза, рис). Результаты сравнительного анализа аминокислотного состава представлены в табл. 2. Рис. 1. Аминограмма семян квиноа: 1 - триптофан; 2 - метионин; 3 - лизин; 4 - треонин; 5 - изолейцин; 6 - фенилаланин; 7 - валин; 8 - лейцин Таблица 2 Сравнительный аминокислотный состав семян квиноа и основных сельскохозяйственных культур Показатель Содержание аминокислот, г/100 г белка Квиноа Пшеница Кукуруза Рис Незаменимые аминокислоты Валин 3,92±0,001 4,64±0,002 4,66±0,002 5,48±0,001 Изолейцин 3,6±0,01 4,16±0,01 3,98±0,02 5,94±0,03 Лейцин 6,0±0,01 7,76±0,01 2,1±0,001 10±0,01 Лизин 4,8±0,002 2,72±0,001 2,91±0,001 3,97±0,001 Метионин 2,15±0,01 1,44±0,02 1,94±0,01 2,05±0,01 Треонин 3,86±0,01 2,96±0,01 3,11±0,03 3,56±0,01 Триптофан 1,19±0,001 1,12±0,002 0,78±0,001 1,23±0,001 Фенилаланин 3,27±0,002 4,96±0,001 4,47±0,003 5,62±0,001 Лимитирующая аминокислота Треонин, 75 % Лизин, 49 % Лизин, 53 % Лизин, 72 % Заменимые аминокислоты Аланин 4,44±0,01 3,68±0,01 7,67±0,01 5,34±0,02 Аргинин 2,22±0,001 5,04±0,001 4,56±0,001 8,22±0,001 Аспарагиновая кислота 6,61±0,01 5,44±0,02 5,63±0,01 8,77±0,01 Гистидин 4,87±0,002 2,24±0,001 2,52±0,002 2,6±0,002 Глицин 5,1±0,001 4,0±0,002 3,4±0,001 5,48±0,001 Глутаминовая кислота 12,9±0,01 29,4±0,01 17,3±0,01 18,36±0,03 Пролин 2,51±0,01 9,52±0,01 8,25±0,01 4,93±0,02 Серин 3,68±0,01 4,8±0,01 4,66±0,01 4,93±0,02 Тирозин 2,63±0,001 3,36±0,002 3,69±0,003 3,97±0,001 Цистин 1,85±0,002 1,52±0,002 1,65±0,001 1,92±0,002 Белки, г 15,2±0,01 12,5±0,02 7,3±0,01 10,3±0,01 В результате анализа табл. 2 установлено, что семена квиноа отличаются высоким содержанием наиболее дефицитной незаменимой аминокислоты лизина (4,8) по сравнению с пшеницей (2,72), кукурузой (2,91) и рисом (3,97). По количеству метионина и треонина семена квиноа также превосходят вышеприведенные сельскохозяйственные культуры. Что касается «условно незаменимых» аминокислот, то квиноа содержит гистидин в 2 раза больше, чем пшеница. Гистидин имеет важное значение для детей, потому что организм не может синтезировать его до совершеннолетия. Поэтому эта аминокислота должна поступать с пищей, особенно в период роста. Гистидин также обладает противовоспалительным действием и участвует в реакции иммунной системы. Аргинин, в свою очередь, также считается условно незаменимой аминокислотой в младенчестве, детстве и подростковом возрасте, так как стимулирует производство и выделение гормона роста, а также совершенствование деятельности тимуса и Т-лимфоцитов, участвующих в росте мышц. Аланин является источником энергии для мышц, мозга и нервной системы, глицин действует в качестве успокаивающих нейромедиаторов в мозге и в качестве регулятора двигательной функции. Аспарагиновая кислота улучшает функцию печени и необходима для поддержания сердечно-сосудистой системы, глутаминовая кислота участвует в производстве энергии для мозга и отвечает за память и пластичность нейронов. В семенах квиноа содержится 39,6 % незаменимых аминокислот от общего количества протеиногенных аминокислот, что превышает содержание их (незаменимых аминокислот) в рисе (36,9) на 7,3 %, пшенице (30,1) на 31,5 %, кукурузе (28,8) на 37,5 %. Лимитирующей аминокислотой в семенах квиноа является треонин, имеющий аминокислотный скор 75 %. Согласно [8] суточная потребность взрослого человека в белке при употреблении 100 г квиноа удовлетворяется на 19,7 %, пшеницы - на 16,2 %, кукурузы и риса - на 13,3 и 9,5 % соответственно. Суточная потребность детей младшего школьного возраста в белке при употреблении 100 г квиноа удовлетворяется на 24,1 %, пшеницы - на 19,8 %, кукурузы и риса - на 16,3 и 11,6 % соответственно. Для оценки сбалансированности аминокислотного состава муки из семян квиноа расчетным путем определили следующие показатели качества белка: биологическая ценность (БЦ), коэффициент различия аминокислотного скора (КРАС), коэффициент рациональности аминокислотного состава БИП (Rс), коэффициент эффективности БИП (КЭБ), индекс незаменимой аминокислоты (ИНАК). В качестве эталонного белка использовали казеин. Результаты расчетов представлены в табл. 3. Таблица 3 Сбалансированность квиноа по аминокислотному составу Продукт БЦ, % КРАС, % Rс, доли ед. КЭБ, доли ед. ИНАК, доли ед. Эталон (ФАО/ВОЗ) 100 - 1,0 2,5 1,0 Мука квиноа 75,4 24,6 0,58 1,02 1,19 Мука кукурузная 66,8 33,2 0,49 0,82 1,14 Мука пшеничная 43,5 56,5 0,37 0,75 0,58 Мука рисовая 28,5 71,5 0,23 0,61 0,39 Результаты табл. 3 показывают, что биологическая ценность квиноа превосходит биологическую ценность кукурузной и пшеничной муки на 11,5 и 24 % соответственно, а рисовой муки - почти в 3 раза. Отсюда следует, что коэффициент различия аминокислотного скора квиноа, показывающий избыточное количество незаменимых аминокислот, используемых на пластические нужды, меньше, чем в кукурузной, пшеничной и рисовой муке. Отмечено, что коэффициент рациональности аминокислотного состава квиноа, численно характеризующий сбалансированность аминокислотного состава квиноа, превосходит коэффициент рациональности аминокислотного состава кукурузной и пшеничной муки на 15,5 и 36 % соответственно, а рисовой муки - более чем в 2 раза. Следовательно, квиноа обладает более ценным аминокислотным составом по сравнению с кукурузной, пшеничной и рисовой мукой и содержит в 2 раза больше незаменимых аминокислот, что обусловливает целесообразность внесения ее в пищевые продукты для повышения биологической ценности. На следующем этапе работы нами была рассчитана степень удовлетворения суточной нормы белка и незаменимых аминокислот для детей и взрослых при употреблении 100 г семян квиноа. Расчетные данные удовлетворения суточных норм белка и незаменимых аминокислот в пищевом статусе ребенка (от 7 до 11 лет, масса тела 35 кг) и взрослого человека (вторая группа физической активности, коэффициент физической активности 1,6, для мужчин в возрасте 30-39 лет, масса тела 75 кг) при употреблении 100 г семян квиноа в сравнении с другими сельскохозяйственными культурами приведены на рис. 2 и 3. Из рис. 2 установлено, что при употреблении 100 г квиноа суточная норма в незаменимых аминокислотах для взрослого человека только в фенилаланине покрывается на 74,3 %, а нормы остальных аминокислот покрываются полностью. Так как потребность в незаменимых аминокислотах в детском возрасте выше, то степень удовлетворения (согласно рис. 3) ребенка младшего школьного возраста в незаменимых аминокислотах при употреблении 100 г квиноа покрывается в метионине на 68 %, фенилаланине - на 79,7 %, в лейцине и изолейцине приблизительно одинаково - на 88 %, в валине - на 93,3 %, в лизине, триптофане и треонине - свыше 100 %, т.е. полностью. Рис. 2. Обеспечение суточной потребности взрослого человека в незаменимых аминокислотах при употреблении 100 г продукта, % от нормы Рис. 3. Обеспечение суточной потребности для детей младшего школьного возраста в незаменимых аминокислотах при употреблении 100 г продукта, % от нормы Проведенные исследования аминокислотного состава семян квиноа позволяют использовать эту культуру в решении проблем белкового дефицита в питании путем обычного употребления в пищу только семян (можно в отварном виде как гарнир) или в виде муки в хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделиях для повышения их биологической ценности. Здесь следует обязательно отметить, что семена квиноа используют как безглютеновое сырье в производстве специализированных продуктов питания для людей, страдающих непереносимостью пшеничного белка глютена (целиакией) [1]. При этом у больных целиакией наблюдается поражение всасываемости кишечником основных питательных веществ, в том числе и белков. Поэтому использование семян квиноа в безглютеновом питании позволяет также решить проблему белковой недостаточности. Таким образом, проведенные исследования аминокислотного состава, расчеты аминокислотной сбалансированности и степени удовлетворения суточных норм белка и незаменимых аминокислот семян квиноа позволяют позиционировать эту культуру как ценное сырье для создания специализированных пищевых продуктов повышенной биологической ценности.