Вміст інгібіторів трипсину в насінні і продуктах переробки зерна

Вміст інгібіторів трипсину в насінні і продуктах переробки зерна

Відомо, що за останні роки в Україні рівень споживання білка, особливо тваринного походження, істотно знизився, що не могло не позначитися на стані здоров'я населення. Поліпшити існуючий стан в досить стислі терміни може збагачення раціону білком зернобобових культур - сої, люпину, гороху, квасолі, кормових бобів, сочевиці, маша, нуту, насіння яких містять до 42% білка [4, 1]. Крім того, важливо, що тваринні білки і протеїн зернобобових близькі за амінокислотним складом. Так, у білках продуктів переробки насіння зернобобових ідентифіковано 18 амінокислот, в т.ч. всі незамінні, зміст яких коливається в межах (28,5-37,0)% від їх загальної кількості. Порівняння основних ростових і балансових показників анаболічної ефективності білків насіння зернобобових зі стандартним молочним білком - казеїном дає підставу вважати, що досліджувані білки мають досить високу біологічну цінність. Насіння зернобобових багате також поліненасиченими жирними кислотами, фосфоліпідами, макро- і мікроелементами, вітаміном Е, клітковиною. Однак, харчову цінність білків зернобобових у значній мірі знижують природні біологічно активні антіаліментарні речовини: інгібітори протеїназ, фітогемагглютиніни, гойтрогени та ін.

З усього спектру антіаліментарних факторів найбільший інтерес становлять інгібітори протеїназ через їх широке розповсюдження і високий вміст в насінні рослин. Фізіологічні функції цих речовин білкової природи загальновідомі: вони можуть грати роль запасних білків, регулювати активність протеолітичних процесів, запобігаючи передчасному розпаду резервних білків; пригнічувати активність протеїназ ряду шкідливих комах і фітопатогенних мікроорганізмів, тим самим захищаючи рослини від ураження [2]. Разом з тим інгібітори протеїназ мають властивість істотно знижувати каталітичну активність протеолітичних ферментів (трипсину і хімотрипсину) шлунково-кишкового тракту тварин організмів, утворюючи з ними неактивні комплекси. Надходження в організм підвищеної кількості цих антіаліментарних чинників призводить до зменшення процесу гідролізу білків їжі, зниження ефективності їх засвоєння і, як наслідок, гіпертрофії підшлункової залози, порушення функції печінки, затримки росту та ін. Таким чином, високий вміст інгібіторів протеїназ істотно знижує поживну цінність і технологічні властивості білків зернобобових, становить загрозу для здоров'я населення.

Ефективним шляхом усунення цих факторів є інактивація інгібіторів протеїназ, викликана їх руйнуванням. Слід вказати, що в порівнянні з іншими антіаліментарнимі факторами інгібітори трипсину мають досить високу стійкість до інактивації. У зв'язку з цим дані про істотне зниження вмісту інгібіторів трипсину в продуктах переробки насіння зернобобових культур свідчать і про деструкцію фітогемагглютинінів, алкалоїдів, гойтрогенов та ін. Істотно знизити активність протеїназ (~ на 85%) можна при дії високих температур, особливо в поєднанні з підвищеним тиском. Збільшує ефективність термообробки також попереднє замочування насіння або зброджування. При цьому поряд з інгібіторами трипсину відбувається руйнування і деяких видів гемагглютинінів.

Відомий спосіб інактивування інгібіторів протеїназ шляхом термічної обробки промитого водою насіння сої в СВЧ-полі. Аналогічні дані є і щодо насіння люпину [5]. Автоклавування і знежирення продукції з зернобобових, а також переробка бобів з метою отримання ізолятів білка значною мірою послаблює дію на організм і гойтрогенів.

Таким чином, визначальним етапом у технологічному процесі переробки зернобобових і, насамперед, сої є максимальне видалення інгібіторів трипсину шляхом термообробки вихідної сировини.

З усього вищевикладеного слід зазначити, наскільки важливо визначити залишкову кількість інгібіторів трипсину в готовій продукції, оскільки недостатня інактивація цих антіаліментарних факторів становить загрозу для здоров'я людини.

Матеріали та методи дослідження

Об'єктами дослідження служили насіння зернобобових і зернових культур, а також продукти їх переробки.

Насіння зернобобових і зернових культур було надане українськими науково-дослідними інститутами; продукти переробки зернобобових - українськими та зарубіжними фірмами. В основному, це були продукти з сої, які були розділені на наступні групи:

І - знежирене і незнежирене борошно;

ІІ - білкові концентрати та ізоляти;

ІІІ - текстурати і структуровані продукти;

ІV - продукти, вироблені з цілісного насіння сої за традиційними східним технологіям: соєве молоко, сир "Тофу", збагачувач "Окара" та ін.

Вміст інгібіторів трипсину в екстрактах досліджуваних продуктів визначали за ступенем гальмування субстрату (казеїну) чистим препаратом трипсину шляхом вимірювання оптичної щільності продуктів гідролізу - амінокислот і пептидів. Оптичну щільність визначали колориметричним методом з використанням СФ або ФЕКа, що має світлофільтр для довжини хвилі 750 нм. Основою методу послужила методика "Визначення загальної антитриптичної активності сироватки крові" [3]. Дана методика була адаптована до визначення значних кількостей інгібіторів трипсину (до 80 г / кг продукту). Для більш повного вилучення інгібіторів трипсину з підготовлених проб досліджуваних об'єктів був апробований ряд екстрагуючих речовин: Н2О, етиловий спирт, розчини їдкого натрію і соляної кислоти різної концентрації, 0,06 М фосфатний буфер рН (7,0-7,6), 0, 1 М буфер трис-НСl рН (7,0-7,6). Найбільш ефективним виявився 0,1 М розчин соляної кислоти. Були підібрані також умови очищення екстрактів: Тривалість екстракції (30 хв), режим центрифугування (20 хв при 8000 об / хв). Вміст інгібіторів трипсину виражали в грамах інактивованого трипсину на кг продукту.

Результати та обговорення

Результати визначення вмісту інгібіторів трипсину в насінні зернобобових культур представлені в табл. 1.

З таблиці видно, що насіння різних сортів сої відрізнялися різним рівнем інгібіторів протеїназ: найбільша величина цього показника виявлена в насінні сої сорту "Аркадія" (55,9 ± 2,4), а найнижча - у сорті "К-451" (16 , 3 ± 0,42). Таким чином, використовуючи насіння сої певного сорту, можна істотно знизити в харчових продуктах вміст природних антиаліментарних факторів. Однак на практиці, при виробництві продуктів харчування зазвичай використовують суміш різних сортів сої. Тому для характеристики вихідних величин активності інгібіторів протеїназ в зерні сої ми використовували середні дані - 30,68 ± 1,44 г / кг продукту, виключивши з вибірки сорти "Аркадія" і "К-451", які випадають із загального ряду.

У насінні квасолі, гороху, нуту і кормових бобів вміст інгібіторів трипсину був на порядок нижче, ніж в соєвих бобах, і коливався від 3,15 ± 1,24 до 4,10 ± 0,08 г / кг продукту. Істотних відмінностей між різними сортами квасолі і гороху не спостерігалося.

Насіння люпину як білого, так і жовтого, характеризувалися ще більш низьким вмістом інгібіторів протеїназ. Для порівняння досліджувалися також зернові культури, оскільки відомо, що вміст інгібіторів трипсину в них незначний [6]. Дійсно, за нашими даними, в зерні кукурудзи, вівса, пшениці і тритикале рівень інгібіторів протеїназ склав від 0,37 ± 0,04 (зерно вівса) до 0,83 ± 0,07 (зерно тритикале) г / кг продукту.

Таким чином, проблема деструкції інгібіторів трипсину, на наш погляд, має значення виключно для продукції з насіння сої.

У табл. 2 представлені результати визначення вмісту інгібіторів трипсину в продуктах переробки насіння сої.

Як зазначалося вище, продукти переробки сої були умовно розділені на 4 групи. До першої групи належали продукти, отримані після незначної теплової обробки сировини. Це макуха, яку отримують шляхом віджиму соєвої олії. Рівень інгібіторів трипсину в ній високий - 23,5 ± 1,70 г / кг продукту.

У незнежиреному і знежиреному борошні, отриманому без термічної обробки, вміст інгібіторів трипсину також високий (30,2 ± 1,16 і 29,03 ± 0,21 г / кг продукту).

Автоклавування борошна (120 ° С, 30 хв, 1,5-2 атм.) призводить до значного зменшення цих антиаліментарних речовин: ступінь деструкції становить (61,5-73,8)%.

Соєві білкові концентрати зазвичай отримують кислотно-лужною, спиртовиою або спиртово-водною обробкою знежирених соєвих пелюсток. При цьому велика частина розчинних небілкових речовин піддається нагріву із зволоженням і подальшій екстракції водою. Це призводить до помітного зниження концентрації інгібіторів протеїназ у порівнянні з вихідною сировиною.

Соєві білкові ізоляти - найбільш очищена форма соєвого білка. В основі їх отримання лежить екстракція білка зі знежирених соєвих пелюсток шляхом кислотно-лужної обробки, виділення олігосахарів і подальше осадження білка в ізоелектричній точці. Обробка сої кислотами, лугом, спиртом, парою і заключне висушування сприяє ефективній деструкції інгібіторів протеїназ. З таблиці видно, що ступінь інактивації інгібіторів трипсину, в порівнянні з насінням сої, в досліджених білковому концентраті і ізоляті становить 82,1 і 93,7%, відповідно.

При виробництві текстурату в екструдері соєве борошно, концентрат або ізолят піддаються впливу високої температури (до 130 ° С) протягом 20-30 хв. Видно, що в структурованих соєвих продуктах (кубиках, стейках, гранулах, вермішелі) вміст інгібіторів трипсину трохи нижчий, ніж в текстуратах. Крім того, завдяки використанню різних харчових добавок ці продукти мають хороші органолептичні властивості.

До окремої, ІV, групи належать соєві продукти, отримані за традиційною східної технологією: соєве молоко, сир "Тофу", збагачувач "Окара" та ін. Їх виробляють при певних значеннях рН, високій температурі (понад 100 ° С) і підвищеному тиску. Поєднання цих умов виявилося ефективним щодо руйнування інгібіторів протеїназ (ступінь деструкції склав 83,0-90,0%).

Відомо, що найбільша біологічна цінність продуктіві з сої відзначається при 80% деструкції інгібіторів трипсину [7, 8]. Виходячи із середніх величин вмісту інгібіторів протеїназ в насінні сої (30,68 ± 1,44 г / кг продукту), наші розрахунки показали, що допустимий рівень вмісту інгібіторів трипсину в готових до вживання харчових продуктах для дитячого та дієтичного харчування не повинен перевищувати 5, 0 г інактивованого трипсину на кг продукту.

У продуктах переробки білого і жовтого люпину, гороху, квасолі, кормових бобів і нуту рівень інгібіторів трипсину виявився невисоким і не перевищував 1,35 ± 0,01 г інактивованого трипсину на кг продукції (табл. 3). Ще більш низький цей показник в продуктах переробки зернових, наприклад, у білковому концентраті з пшеничних висівок - 0,26 ± 0,02 г / кг.

Таким чином, в продуктах переробки насіння інших зернобобових, як і в продуктах із сої, вміст інгібіторів трипсину в порівнянні з необробленим насінням істотно зменшується. Проведені дослідження показали, що використання сучасних технологій переробки зернобобових дозволяє отримати харчові продукти з гарантовано низьким вмістом інгібіторів трипсину, які можуть включатися в раціон харчування людини як джерело високоякісного білка.