Optimization of amino-acid profile of protein-peptide products used by preparation for functional drink

AbstractThe message is devoted to optimization of amino acid structure of protein/peptide composition for its use as a component (a key ingredient) of functional drinks of various purposes. A basis of a composition forms protein/peptide product (PPP) received by enzymatic hydrolysis of meat and bone residues of processing of a bird, representing rather unvaluable food raw material. Molecular-mass distribution of fractions in PPP is quantitatively determined by an exclusion chromatography method of average pressure with the subsequent integration of chromatograms with a weight method. It can be supported the essential decrease of initial antigenicity of processed food raw materials as almost 80% from all sum protein/peptides and peptide/amino acid fractions are submitted by amino acids and peptides which molecular weight ≤6 kD. The analysis of amino acid structure of PPP shows that the increase of its biological value assumes the increase of its score on four irreplaceable amino acids: leucine, tryptophan, phenylalanine and tyrosine (totally). For getting of the protein/peptide compositions of high biological value, the «above enrichment» of PPP by total protein of the cow milk is carried out. The modeling of a process of getting a two-component mix is carried out by a graphic method. The least percentage of the added total protein of a cow milk to PPP, at which is reached the amino acid score of the mix equal to 1,0, makes 26% from weight of the mix. The subsequent publications will be devoted to an estimation of biological value of a key component of functional food in the form of instant drinks in experiments in vivo on laboratory animals.

Keywords:instant functional drink, protein hydrolysates, protein/peptide product, amino-acid score

Вопр. питания. - 2012. - № 3. - С. 30-34.

Реальными подходами к решению проблемы оптимального питания для обеспечения здоровья населения являются максимально широкое внедрение современных подходов к здоровому образу жизни населения и создание пищевых продуктов функционального назначения с выраженным физиологическим действием, основанное на эффективной переработке пищевого сырья.

Объектами разработки по Государственному контракту (№ 16.512.11.2144), выполняемому в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 гг." при поддержке Минобрнауки РФ, являются функциональные инстантные напитки, представляющие собой порошкообразные смеси. К их достоинствам относится возможность быстрого приготовления напитка путем добавления воды, сока, молока или другой жидкости. Такие напитки - наиболее предпочтительный объект для обогащения белком животного или растительного происхождения, витаминами, эссенциальными микроэлементами, пищевыми волокнами и другими биологически активными веществами, что обусловливает их функциональность. Ключевым ингредиентом разрабатываемых функциональных напитков является гидролизат белка животного происхождения, в частности коллагенсодержащего сырья, со сбалансированным аминокислотным составом, достигаемым путем дообогащения соответствующим белком.

Исходным пищевым сырьем для получения ключевого ингредиента был выбран вторичный продукт переработки сырья агропромышленного комплекса. Это пищевое относительно малоценное сырье представляет собой белково-пептидный продукт (БПП), получаемый путем переработки мясокостных остатков птицы по технологии, разработанной в Научно-исследовательском институте птицеперерабатывающей промышленности РАСХН. Основой этой технологии является процесс направленной ферментативной обработки мясокостных остатков птицы, в основном курицы. Мультиферментная композиция, включающая протеолитические ферменты с различной специфичностью, позволяет значительно повышать эффективность конверсии исходного сырья и получать белковые гидролизаты с заданными свойствами и достаточно воспроизводимым стабильным аминокислотным составом. Согласно рекомендациям ФАО/ВОЗ, высокой биологической ценности БПП должно соответствовать определенное значение аминокислотного скора, зависящего от содержания (и соотношения) незаменимых аминокислот [4-8].

Целью настоящего исследования были количественная характеристика молекулярно-массового распределения белково-пептидных и пептидноаминокислотных фракций в составе БПП и моделирование его обогащения белком, характеризующимся более высоким скором аминокислот, в качестве которого выбран суммарный белок коровьего молока (БКМ).

Материал и методы

БПП переработки мясокостных остатков птицы представляет собой сухой порошок кремового цвета, в котором суммарное содержание белково-пептидного материала и свободных аминокислот составляет 83% (в пересчете на сухую массу). Как следует из данных, представленных производителем БПП, его аминокислотный скор лимитирован сразу по нескольким незаменимым аминокислотам.

Молекулярно-массовое распределение по фракциям в составе БПП количественно оценивали методом эксклюзионной хроматографии среднего давления [2, 3]. Определение проводили на колонке "Супероза-12" (1,650 см), предварительно откалиброванной по стандартным глобулярным водорастворимым белкам производства "СЕРВА" (Германия). Скорость элюирования составляла 2,0 мл/мин. В качестве элюента использовали 0,2 М раствор хлорида натрия с добавлением азида натрия. В качестве детектора применяли проточный ультрафиолетовый детектор UV-1 ("Фармация", Швеция) с длиной волны 280 нм. Хроматограмму интегрировали весовым методом в диапазоне молекулярных масс от свободного до полного объема колонки.

Результаты и обсуждение

Высокотехнологичная ферментативная обработка обеспечивает достаточную степень расщепления пептидных связей в белковом материале исходного сырья. Получаемый продукт характеризуется высоким удельным содержанием коротких пептидов и свободных аминокислот, как это подтверждает молекулярно-массовое распределение фракций БПП, представленное в табл. 1. Достаточно хорошей растворимости БПП соответствует 55% содержание низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот.

Сравнительный анализ аминокислотного состава БПП и идеального белка (табл. 2) свидетельствует о том, что повышение биологической ценности БПП предполагает увеличение скора по 4 аминокислотам: лейцину, триптофану, а также фенилаланину и тирозину (суммарно). Для этой цели может быть использовано дообогащение белками коровьего молока, как это следует из данных табл. 3, в которой приведены аминокислотный состав и скор аминокислот казеина, сывороточных белков и суммарного белка коровьего молока [1]. Как видно из табл. 3, содержание незаменимых аминокислот в белках коровьего молока даже превышает их содержание в идеальном белке.

Таблица 1. Молекулярно-массовое распределение белково-пептидных и пептидно-аминокислотных фракций в составе белковопептидного продукта

Таблица 2. Содержание незаменимых аминокислот в идеальном белке и в белково-пептидном продукте переработки мясокостных остатков птицы (г/100 г белка)

Таблица 3. Содержание незаменимых аминокислот в белках молока (г/100 г белка)

Исключение составляет содержание суммы ароматических аминокислот в сывороточном белке молока, аминокислотный скор фенилаланин + тирозин для данного белка равен 88,9%.

Соответствующая коррекция аминокислотного состава может быть эффективно осуществлена путем обогащения БПП цельным белком коровьего молока. Поскольку получаемый ключевой белково-пептидно-аминокислотный ингредиент разрабатываемых функциональных пищевых продуктов должен быть получен смешиванием в определенных соотношениях БПП и цельного белка коровьего молока, моделирование этого процесса может быть осуществлено графически (см. рисунок).

Результаты графического определения свидетельствуют о том, что наименьшее процентное отношение добавленного суммарного белка молока к БПП, при котором достигается скор смеси, равный 1,0, составляет 26% от массы всей смеси. Таким образом, моделирование процесса получения ключевого ингредиента разрабатываемых новых ФПП должно осуществляться смешиванием БПП и суммарного белка коровьего молока в соотношении 74:26 (по белку). Значения скоров для отдельных незаменимых аминокислот в моделируемом ключевом ингредиенте представлены в табл. 4.

Графический метод моделирования нового ключевого ингредиента

На оси абсцисс - гидролизат куриного белка и белок коровьего молока в г

Результаты количественного определения молекулярно-массового распределения белково-пептидных и пептидно-аминокислотных фракций в составе БПП дают возможность предполагать существенное снижение исходной антигенности перерабатываемого пищевого сырья, поскольку почти 80% от всей суммы белково-пептидных и пептидно-аминокислотных фракций представлены аминокислотами и пептидами с молекулярной массой ≤6 кД. Рассчитанное графическим методом смешивание БПП и цельного белка коровьего молока (в процентном соотношении 74:26) позволяет получить белково-пептидно-аминокислотную композицию со значением аминокислотного скора 1,0. Как известно, высокой биологической ценности композиций (как белковых, так и пептидноаминокислотных) должно, согласно рекомендациям ФАО/ВОЗ, соответствовать определенное значение аминокислотного скора, скорректированного с учетом коэффициента истинной усвояемости, определяемой биологическим методом исследования азотистого баланса. Соответственно, следующий этап оценки биологической ценности ключевого компонента функциональных пищевых продуктов в форме инстантных напитков будет связан с количественной оценкой in vivo в опытах на лабораторных животных его истинной усвояемости.

Проведенная работа позволила количественно охарактеризовать молекулярно-массовое распределение белково-пептидных и пептидноаминокислотных фракций в составе вторичного продукта переработки сырья агропромышленного комплекса - мясокостных остатков птицы. При этом графическим методом осуществлено моделирование повышения аминокислотного скора этого продукта до значения, равного 1,0, путем смешивания с суммарным белком коровьего молока в процентном соотношении 74:26. Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках государственного контракта 16.512.11.2144.

Таблица 4. Аминокислотный состав и скор относительно шкалы ФАО/ВОЗ (1985) рассчитанного ключевого ингредиента

Литература

1. Костин Я.И. Состав и свойства молока как сырья для молочной промышленности: Справочник. - М.: Агропромиздат, 1986. - 236 c.

2. Мазо В.К., Зорин С.Н., Гмошинский И.В. и др. // Вопр. дет. диетологии. - 2003. - Т. 1, № 6. - C. 6-8.

3. Методические указания. МУ 4.1./4.2.2484-09 "Методические указания по оценке подлинности и выявлению фальсификации молочной продукции". - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. - 26 с.

4. Protein Quality Evaluation. Report of a Joint FAO/WHO Expert Consultation Held in. Bethesda, Md. U.S.A. 4-8 December 1989 Food and Agriculture Organization of the United Nations. - Rome, 1990. - 66 p.

5. Calloway D.H., Yates-Zezulka A.A. // Am. J. Clin. Nutr. -1980. - Vol. 33. - P. 1319-1321.

6. Torun B.O., Pineda O., Viteri F.E., Arroyaue G. Use of amino acid composition data to predict protein nutritive value for children with specific reference to new estimates of their essential amino acid requirements // Protein Quality in Humans: Assessment and in vitro Estimation. - Westport, Australia, 1980. - P. 243-256.

7. Food and Nutrition Board. Recommended Dietary Allowances. 9th ed. - Washington, DC: National Academy of Sciences, National Research Council, 1980. - 167 p.

8. Hsu H.W., Sutton N.E., Banjo M.U. et al. // Food Technol. - 1978. - Vol. 32. - P. 69-73.