Белки злаковых и бобовых культур и их использование в пищевой промышленности

Белки бобовых

Основную часть семядолей бобовых культур (сои, гороха, фасоли, вики) составляют запасные белки, являющиеся в соответствии с классификацией Осборна глобулинами. Кроме того, в семенах содержится небольшое количество альбуминов, которые не являются запасными белками. В качестве самостоятельной группы в семядолях не обнаружены глютелины. Извлекаемые щелочью белки также представляют собой глобулины, но они находятся во взаимодействии с полисахаридами. Общее содержание белка в бобовых культурах высокое и составляет 20-40% от общей массы.

Из суммарного солевого белкового экстракта осаждением сернокислым аммонием выделяют два основных глобулиновых компонента, получившие название вицилина и легумина. С учетом значений констант седиментации у сои, вики, гороха и других культур их называют 7S и 1 IS белками, соответственно. Оба эти вида белков обладают сложной четвертичной структурой, которая определяет их функции и свойства. Диссоциация 11S белков семян на субъединицы обнаружена еще в 30-е гг. Сведбергом и Пе-дерсеном, но более детально она изучена позднее. Установлено, что 1 IS белки семян бобовых диссоциируют сначала на 7S субъединицы, затем на субъединицы с коэффициентом седиментации 2-3S. Диссоциация 11S белков протекает ступенчато по схеме:

11S → 2 х 7S → 6 х  3S → 12 х 2S 66

Результаты, полученные методом седиментационного равновесия, свидетельствуют о том, что каждая из 2S субъединиц, образующихся под влиянием сильных диссоциирующих агентов, таких как мочевина, состоит из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 30 кДж (табл. 13), а общее количество полипептидных цепей в молекуле 11S белка равно 12.

Таблица 13. Молекулярные массы субъединиц 1 IS белков сои и вики

Ступень диссоциации	Условия диссоциации	Белок сои		Легумин вики
		S20 w	Молекулярная масса, Дж	S20 w	Молекулярная масса, Дж
11S	рН7,0	12,2	363 000	12,9	362000
7S	рН4,0	-	180 000	8,0	190000
3S	рН2,7	3,5	63000	3,3	60000
2S	4М мочевина	-	31 000	1,7	30000
2S	4М гуанидингидро- хлорид	-	-	-	30000

На основании данных хроматографического разделения белков на ДЭАЭ-целлюлозе, электрофореза в  ПААГ, значений констант седиментации, результатов аминокислотного анализа и определения N-концевых аминокислот для белков большинства бобовых культур более детально конкретизирована вышеописанная схема диссоциации легумина. Для белков, например, вики она выглядит следующим образом:

А₆В₄С₂ →2 х А₃В₂С →4хАВ + 2хАС – 6хА + 4хВ + 2хС

Каждая молекула 1 IS белков вики состоит из шести основных (А) и шести кислых 2S субъединиц двух видов - В и С. Некоторые свойства этих субъединиц приводятся ниже в таблице 14:

Таблица 14 – Свойства субъединиц

	А	В	С
S20w	1,40	2,28	2,25
Молекулярная масса, кДж	24,3	37,6	32,6
N-концевая АК	Глицин	Лейцин	Треонин

11 S белок сои отличается  от легумина вики наличием  трех, а не двух типов кислых  субъединиц. Так же как и у  легумина вики, N-концевой аминокислотой  основной фракции является глицин, а ее молекулярная масса равна 22,3-24,4 кДж. Кислые субъединицы имеют ту же молекулярную массу, что и субъединицы В легумина вики. 11S белок сои может содержать несколько типов и основных субъединиц, однако точно известно, что молекула 1 IS белка сои также состоит из шести основных и шести кислых субъединиц.

Особенности модели четвертичной структуры 11S белков бобовых аналогичны особенностям этой же структуры 11S белков семнадцати других семейств, относящихся  к филогенетически удаленным группам (капуста, тыквенные, гречиха, рапс). Так же как и легумин вики, эдестин конопли, например, диссоциирует на шесть 3S субъединиц, каждая из которых состоит из одной основной субъединицы с N-концевым глицином и молекулярной массой 23 кДж и одной кислой субъединицы. Аминокислотный состав этих субъединиц сходен; он представлен в табл. 15. Данные позволяют считать, что 11S белки обладают сходной четвертичной структурой и что их соответствующие субъединицы гомологичны.

Таблица 15. Аминокислотный состав полипептидных цепей легумина вики и эдестина конопли (в г на 100 г белка)

Аминокислота	Основные цепи		Кислые цепи
	Эдестин	Легумин	Эдитин	В-цепь легумина	С-цепь легумина
Аспарагиновая	12,2	12,1	11,9	12,3	8,4
Треонин	3,8	3,7	3,0	2,1	2,5
Серии	4,5	4,7	5,1	4,1	5,2
Глутаминовая	13,0	10,2	21,6	19,8	23,7
Пролин	3,2	4,1	3,0	3,8	5,4
Глицин	3,1	2,9	4,2	3,6	3,0
Алании	5,5	5,9	3,3	3,1	1,9
Валин	7,0	7,2	5,1	2,8	2,7
Метионин	2,9	0,5	1,5	1,0	0,1
Изолейцин	4,5	3,7	4,9	4,6	4,2
Лейцин	7,9	9,5	6,2	5,5	5,9
Тирозин	4,4	4,2	4,0	4,0	2,2
Фенилаланин	6,1	4,3	4,5	4,5	3,4
Лизин	3,5	4,4	1,9	3,8	4Д
Гистидин	2,0	1,8	2,6	2,7	3,3
Аргинин	13,3	10,8	15,3	12,2	9,4
Цистин 02	0,9	0,8	1,1	0,9	0,8
Триптофан	1,4	1,6	0,9	1,8	2,0

Запасные 7S белки изучены  значительно меньше, чем 11S белки. Известно, что эта фракция вики, гороха, сои и арахиса также диссоциирует на субъединицы. Так, у 7S белков вики и сои конечными продуктами диссоциации являются 2S субъединицы, промежуточными – 4S субъединицы. Для указанных видов субъединиц получены значения молекулярных масс, соответственно, 31-33 кДж и 84 кДж. Учитывая молекулярные массы 7S белка вики (186-193 кДж) и сои (180-193 кДж), приходят к выводу, что молекулы 7S белков состоят из шести 2S субъединиц, a 4S субъединицы являются "полумолекулами" 7S субъединиц. Таким образом, обнаруживается сходство четвертичных структур 7S и 11S белков глобулиновой фракции бобовых. 2S субъединицы 7S белков между собой не идентичны.

В последние годы накапливается  все больше сведений о существенном значении четвертичной структуры в регулировании процесса гидролиза запасных белков при прорастании. Еще классическими работами Д. Прянишникова (1939) показано, что такие белки при прорастании семян распадаются на низкомолекулярные соединения. Позже было высказано предположение, что гидролиз запасных белков предшествует их диссоциации на субъединицы (В. Кретович, 1960). Предположение экспериментально подтверждено, и, более того, сейчас известно, что диссоциация белков сопровождается предварительным дезамидированием остатков аминокислот, накоплением мочевины и протеканием ряда других процессов, облегчающих эту диссоциацию.

Белковый комплекс суммарных  глобулинов различных видов бобовых  характеризуется отличиями в  растворимости, хроматографическом, электрофоретическом и аминокислотном составах. Эти данные используются в селекционно-генетических работах для выведения новых сортов растений с заданным количеством незаменимых аминокислот.

Среди бобовых культур  в качестве источника пищевого биологически ценного белка наибольшее значение имеют семена сои. С их использованием организовано производство соевой муки (обезжиренной, полужирной и необезжиренной), концентратов и изолятов[4].

 

 

 

 

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  БЕЛКОВ ЗЛАКОВЫХ И БОБОВЫХ  КУЛЬТУР  В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

 

 

2.1 Понятие функциональных ингредиентов и продуктов питания

 

 

Принятый в России государственный стандарт («ГОСТ  Р 52349-2005 Продукты пищевые функциональные») формулирует эти понятия так:

Функциональный пищевой продукт: Специальный пищевой продут, предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами здорового населения, обладающий научно обоснованными и подтвержденными свойствами, снижающий риск развития заболеваний, связанных с питанием, предотвращающий дефицит или восполняющий имеющийся в организме человека дефицит питательных веществ, сохраняющий и улучшающий здоровье за счет наличия в его составе физиологически функциональных пищевых ингредиентов.

Обогащенный пищевой продукт: Функциональный пищевой продукт, получаемый добавлением одного или нескольких функциональных пищевых ингредиентов к традиционным пищевым продуктам в количестве, обеспечивающем предотвращение или восполнение имеющегося в организме человека дефицита питательных веществ и (или) собственной микрофлоры.

Функциональный пищевой ингредиент (Нрк. функциональный ингредиент; физиологически функциональный ингредиент; функциональный компонент; физиологически функциональный компонент; физиологически функциональный пищевой компонент): Живые микроорганизмы, вещество или комплекс веществ животного, растительного, микробиологического, минерального происхождения или идентичные натуральным, входящие в состав функционального пищевого продукта в количестве не менее 15 % от суточной физиологической потребности, в расчете на одну порцию продукта, обладающие способностью оказывать научно обоснованный и подтверждённый эффект на одну или несколько физиологических функций, процессы обмена веществ в организма человека при систематическом употреблении содержащего их функционального пищевого продукта [5].

Основные категории  функциональных нутриентов включают:

- пищевые волокна (растворимые и нерастворимые)

- витамины( А, группа В, D и др.)

- минеральные вещества( такие как кальций, железо)

- полиненасыщенные жирные  кислоты( омега-3, омега-6 жирные кислоты)

- пробиотики

- пребиотики

- симбиотики

Пробиотик: Функциональный пищевой ингредиент в виде полезных для человека непатогенных и нетоксикогенных живых микроорганизмов, обеспечивающий при систематическом употреблении человеком в пищу непосредственно в виде препаратов или биологически активных добавок к пище, либо в составе пищевых продуктов благоприятное воздействие на организм человека в результате нормализации состава и/или повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника

Пребиотик: Физиологически функциональный пищевой ингредиент в виде вещества или комплекса веществ, обеспечивающий при систематическом употреблении в пищу в виде препаратов или в составе пищевых продуктов благоприятное воздействие на организм человека в результате нормализации состава и (или) биологической активности нормальной микрофлоры кишечника.

Синбиотик: Физиологически функциональный пищевой ингредиент, представляющий собой комбинацию пробиотиков и пребиотиков, в которой пробиотики и пребиотики оказывают взаимно усиливающее воздействие на физиологические функции и процессы обмена веществ в организме человека[5].

 

2.2 Основные  этапы создания функционального  продукта

 

 

Разработку функциональных продуктов питания проводят двумя путями:

• создание функциональных продуктов питания на основе уже разработанных продуктов общего назначения с введением в их рецептуру одного или нескольких компонентов, придающих направленность продукту, или с заменой части продукта на другие составляющие;
• разработка новых функциональных продуктов без учета основы рецептур и технологий уже имеющихся продуктов питания.

Этапы разработки и создания функционального продукта следующие:

• выбор и обоснование направленности функционального продукта;
• изучение медико-биологических требований, предъявляемых к данному виду функциональных продуктов;
• подбор основы для функционального продукта (мясной, растительной и т. д.);
• выбор и обоснование применяемых добавок;
• изучение прямого, побочного, вредного влияния и аллергического действия добавок;
• выбор и обоснование дозы применяемых добавок;
• моделирование технологии продукта с отработкой технологических параметров;
• разработка технологии функционального продукта;
• анализ качественных и количественных показателей продукта;
• разработка нормативной документации (НД) на продукт;
• разработка рекомендаций по применению функционального продукта;
• проведение клинических испытаний продукта (при необходимости);
• выработка опытной партии;
• сертификация продукта.

2.3 Преобразование традиционного пищевого продукта в функциональный

 

 

Существует два основных принципа превращения пищевого продукта в функциональный:

• обогащение продукта нутриентами в процессе его производства;
• прижизненная модификация, т. е. получение сырья с заданным компонентным составом, что позволит усилить его функциональную направленность.

Наиболее распространен  первый принцип, более сложным являются способы прижизненной модификации (для продуктов растительного и животного происхождения).

Иллюстрацией первого  принципа может служить обогащение продуктов кальцием. С этой целью  при производстве мясных продуктов  могут использоваться молочные продукты, мясо птицы механической обвалки и др. Продукты, обогащенные кальцием, широко используются в детском питании и лечебно-профилактическом при остеопорозе.