Анализ аминокислотного состава обезжиренного молока и пахты для производства кисломолочного напитка при внесении гидролизата сывороточных белков

Резюме

Дисбаланс макронутриентного состава рационов населения обусловливает актуальность разработки функциональных пищевых продуктов - источников белка и незаменимых аминокислот.

Цель работы заключалась в анализе аминокислотного состава и определении функциональной значимости продукта на основе обезжиренного молока и пахты при внесении гидролизата сывороточных белков.

Материал и методы. Контрольными вариантами служили образцы обезжиренного молока, пахты и их смеси в соотношении 1:1. В экспериментальных вариантах к тем же образцам молочной основы добавляли от 1 до 3% гидролизата сывороточных белков молока (ГСБ) со степенью гидролиза около 60% пептидных связей. Аминокислотный состав анализировали с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием катионообменного анализатора и последующей постколоночной дериватизацией нингидрином.

Результаты и обсуждение. Содержание эссенциальных аминокислот в 100 г ГСБ составляет 50,6-168,0% адекватного уровня их суточного потребления, в то время как в обезжиренном молоке и пахте только 3,0-22,3 и 2,6-19,9% соответственно. Несмотря на практически одинаковое содержание белка в обезжиренном молоке и пахте, равное соответственно 3,36±0,02 и 3,09±0,01%, абсолютное содержание всех незаменимых аминокислот в пахте ниже, чем в обезжиренном молоке. Это объясняется различиями качественного состава белков данных видов молочного сырья.

Заключение. Благодаря внесению 3% ГСБ аминокислотный состав молочной основы, состоящей из смеси пахты и обезжиренного молока в соотношении 1:1, позволяет позиционировать продукт как функциональный в отношении Вал, Иле, Лей, Лиз, Тре и Три, поскольку порция продукта массой 200 г обеспечивает 15% адекватного суточного потребления данных эссенциальных аминокислот. В маркировке разработанного продукта помимо пищевой и энергетической ценности есть основания включать дополнительную информацию: обезжиренный, низкокалорийный, содержит только натуральные сахара и источник белка для лиц, чья потребность в белке не превышает 99 г/сут.

Ключевые слова:гидролизат сывороточных белков, обезжиренное молоко, пахта, аминокислотный состав, функциональный пищевой продукт, функциональный пищевой ингредиент

Для цитирования: Новокшанова А.Л., Топникова Е.В., Абабкова А.А. Анализ аминокислотного состава обезжиренного молока и пахты для производства кисломолочного напитка при внесении гидролизата сывороточных белков // Вопр. питания. 2019. Т. 88, № 3. С. 90-96. doi: 10.24411/0042-8833-2019-10034.

В настоящее время сохраняется устойчивый интерес к производству функциональных и специализированных пищевых продуктов. Разработка таких продуктов, в частности молочных, направлена на стремление поддерживать здоровый образ жизни людей, что во многом определяет их общее благополучие. Создание новых продуктов здорового питания часто сопряжено с включением в их состав функциональных пищевых ингредиентов. При разработке технологии новых кисломолочных продуктов в качестве функционального пищевого ингредиента целесообразно использовать гидролизаты сывороточных белков молока (ГСБ) [1-3].

Основанием для этого служит, во-первых, насыщенность таких пищевых ингредиентов незаменимыми аминокислотами, во-вторых, имеющаяся информация об отклонениях макронутриентного состава рационов населения от оптимальных соотношений, в частности о дефиците животного белка [4-6]. Одно из известных отличий обмена белков от обмена углеводов и липидов заключается в отсутствии белкового депо как такового при недостатке потребления незаменимых аминокислот их источниками служат продукты распада белковых соединений разных тканей организма человека. В то же время считается, что если потребление белка превышает потребность в нем, то это лишь усиливает окисление аминокислот, поскольку кинетические характеристики участвующих в этих процессах ферментов выше, чем у ферментов, активирующих анаболизм белков, и рацион, в котором 12% калорийности приходится на белок, обеспечивает организм взрослого человека необходимыми аминокислотами [7].

Сравнительно недавно опубликованы результаты серии наблюдений с использованием более совершенной методики - с использованием изотопной метки для индикации аминокислот [8]. В зарегистрированных клинических исследованиях с участием различных групп людей, отличающихся по возрасту, полу, физической активности, установлено, что существующие рекомендации потребления белка для взрослых 0,75-1,00 г на 1 кг массы тела, по-видимому, занижены примерно на 1/3 [9-11]. В связи с этим разработка функциональных пищевых продуктов с разным содержанием белка и аминокислот сохраняет свою актуальность.

Основными отличительными характеристиками гидролизатов являются исходное сырье, технология производства и состав конечного продукта. Использованный в работе гидролизат (ВНИИМС - филиал ФГБНУ "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН) получают из белков молочной сыворотки ферментативным путем [12, 13]. Он представляет собой белки молочной сыворотки с деструкцией пептидных связей более чем на 60% и с содержанием свободных аминокислот около 33%. Это является ключевым преимуществом данного гидролизата: при такой глубине гидролиза не остается крупных белковых молекул, вызывающих аллергические реакции на молочные белки у некоторых потребителей. По данным ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии", остаточная антигенность гидролизатов до 17 000 раз ниже антигенно активных сывороточных белков [14]. Поскольку свободные аминокислоты легко всасываются в желудочно-кишечном тракте, ГСБ является не только источником незаменимых аминокислот, но и отличается их повышенной биодоступностью, что имеет существенное значение для организма при различных нарушениях пищеварения, которые могут вызываться как заболеваниями желудочно-кишечного тракта, так и возрастными особенностями.

Ранее нами установлено предельное количество внесения данного ГСБ в молочное сырье и выбрана молочная основа: обезжиренное молоко, пахта или их сочетание [15]. При этом выяснено, что максимальное количество ГСБ с данной степенью гидролиза не может превышать 3%, поскольку более высокие концентрации делают вкус и запах молочного сырья неприемлемым из-за возникновения пороков: альбуминного, горького и соленого вкуса, изменения цвета и консистенции [16]. Выбор в пользу пахты и обезжиренного молока сделан с позиций пищевой ценности, чтобы обеспечить минимальное содержание жира в продукте, а также из экономических соображений [17]. Во-первых, в условиях дефицита молока-сырья использование обезжиренного молока и пахты особенно актуально, во-вторых, это сырье имеет более низкую стоимость по сравнению с цельным молоком, что в конечном итоге важно потребителю. Целенаправленное сочетание такого сырья с гидролизатами способствует улучшению пищевой и биологической ценности изготовляемого продукта. Поскольку одним из основных критериев биологической ценности пищевого продукта служит аминокислотный набор его белковой составляющей, цели данного этапа работы - анализ аминокислотного состава и определение функциональной значимости продукта на основе обезжиренного молока и пахты при внесении гидролизата сывороточных белков.

Материал и методы

Контрольными вариантами служили образцы обезжиренного молока, пахты и их смеси в соотношении 1:1. В экспериментальных вариантах к тем же образцам молочной основы добавляли от 1 до 3% ГСБ молока со степенью гидролиза около 60% пептидных связей. Аминокислотный состав анализировали с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием катионообменного анализатора (Knauer, ФРГ) и последующей постколоночной дериватизацией нингидрином. Содержание аминокислот относительно адекватного уровня определяли расчетным методом.

Результаты и обсуждение

Физико-химические показатели молочного сырья, получаемого в промышленных условиях, соответствовали требованиям действующих стандартов (ГОСТ Р 31658-2012 "Молоко обезжиренное - сырье. Технические условия" и ГОСТ Р 53513-2009 "Пахта и напитки на ее основе. Технические условия") и представлены в табл. 1.

Согласно данным изготовителя [14], в ГСБ содержание пептидов с молекулярной массой >4,5 кДа составило 31,10±7,80%, от 1,7 до 4,5 кДа - 21,48±5,46%; <1,7 кДа -50,40±6,40%, т.е. преобладали пептиды с небольшими и средними молекулярными массами, что обеспечивает гипоаллергенные свойства этого пищевого ингредиента, поскольку белковые молекулы утрачивают аллергенность, если их размеры находятся в пределах от 2,5 до 3,0 кДа [18].

В табл. 2 представлен аминокислотный состав ГСБ, обезжиренного молока и пахты в сравнении с величинами адекватного уровня потребления.

Из данных табл. 2 видно, что содержание эссенциальных аминокислот в 100 г ГСБ находится в пределах 50,6168,0% от адекватного уровня их суточного потребления, а в обезжиренном молоке и пахте - 3,0-4,5 и 2,6-4,0%, соответственно. Только концентрация Три в этих видах молочного сырья, составляющая 22,3% в обезжиренном молоке и 19,9% в пахте, отвечает требованию функциональности, поскольку превышает 15% адекватного суточного потребления. Причем заметно, что, несмотря на практически одинаковое содержание белка в обезжиренном молоке и пахте, равное 3,36±0,02 и 3,09±0,01% соответственно, содержание всех незаменимых аминокислот в пахте ниже, чем в обезжиренном молоке. Объяснение можно найти в особенностях технологии получения этих видов вторичного молочного сырья. При отделении обезжиренного молока в нем присутствуют практически все фракции белков цельного молока, которые традиционно считаются биологически полноценными. Пахта - побочный продукт производства масла. Этот процесс сопряжен с изменениями дисперсных фаз сливок и насыщением пахты белками оболочек жировых шариков. На долю этих белков приходится лишь 1% от всех белков молока, но по составу и свойствам они существенно отличаются от казеина и сывороточных белков. С помощью электрофореза в белках оболочек жировых шариков удалось выделить примерно 40 различных минорных компонентов молока со специфическими свойствами [19], таких как муцины, бутирофилин - гликопротеин с ярко выраженной гидрофобностью, белки, связывающие жирные кислоты и пр. Как известно, функциональные особенности белков обусловливаются именно аминокислотным составом, и даже минимальные отличия в наборе аминокислот влияют на физико-химические свойства белков. В нашем случае такие отличия первоначально были выявлены технологическим путем. При сквашивании обезжиренного молока и пахты, несмотря на равные количества добавленного ГСБ, наблюдалась существенная разница в реологических показателях готовых продуктов, в частности усиление синеретических свойств сгустков обезжиренного молока по сравнению с пахтой, а также отличие других структурно-механических характеристик [20]. На основании этих исследований установлено, что сочетание обезжиренного молока и пахты в соотношении 1:1 позволяет получить готовый продукт, отличающийся консистенцией, характерной для традиционных кисломолочных продуктов.

В связи с этим далее была проведена оценка аминокислотного состава таких смесей пахты и обезжиренного молока. Хотя в соответствии с действующей в настоящее время нормативной базой, регулирующей оборот функциональных пищевых продуктов, аминокислоты не рассматриваются как отличительный признак, белки и составляющие их аминокислоты однозначно признаны важнейшими макронутриентами, обеспечивающими реализацию физиолого-биохимических процессов, закрепленных в генотипе человека. Также в Методических рекомендациях по рациональному питанию незаменимые и заменимые аминокислоты указаны в числе пищевых и биологически активных компонентов пищи [21], а термин "пищевое или биологически активное вещество" является определяющим в условиях использования "информации об отличительных признаках и эффективности" согласно ГОСТ Р 55577-2013 "Продукты пищевые функциональные. Информация об отличительных признаках и эффективности". С учетом этого проведено сравнение аминокислотного состава продукта с адекватным уровнем потребления индивидуальных аминокислот. Результаты представлены в табл. 3.

По полученным данным можно утверждать, что ГСБ значительно улучшает аминокислотный профиль продукта. Как видно из табл. 3, при внесении 3% ГСБ содержание Вал, Иле, Лей, Лиз, Тре и Три в порции продукта массой 200 г достигает 15% уровня адекватного суточного потребления, требуемого для использования термина "функциональный продукт".

Для использования информации об отличительных признаках оценен макронутриентный состав продукта с массовой долей ГСБ 3%. Показатели пищевой и энергетической ценности представлены в табл. 4.

Как видно из табл. 4, продукт содержит менее 0,5 г жира на 100 г/см3, следовательно, он, согласно ГОСТ Р 55577-2013, является обезжиренным, а также низкокалорийным, так как обладает калорийностью <40 ккал (170 кДж)/100 г С учетом норм физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации установлено, что продукт является источником белка для детей, подростков, женщин, а также мужчин, у которых потребность в белке не превышает 99 г/сут [22]. В таком случае количество белка в 100 г продукта составляет не менее 5% суточной потребности в белке, причем 12,5% энергетической ценности пищевого продукта обеспечивается белком. Поскольку в продукте нет добавленных углеводов, в информации об отличительных признаках согласно ГОСТ Р 55577-2013 также можно указывать, что он содержит только натуральные сахара.

Расчет экономических показателей, учитывающих стоимость сырья, вносимого ГСБ, производственных расходов и логистики, показал, что цена на новый продукт меньше, чем на традиционные кисломолочные продукты на основе цельного молока, что предопределяет его высокую конкурентоспособность на рынке функциональных пищевых продуктов.

На основании выполненной работы можно сделать следующее заключение: аминокислотный состав молочной основы, состоящей из смеси пахты и обезжиренного молока в соотношении 1:1, в сочетании с ГСБ (массовая доля 3%) позволяет позиционировать продукт как функциональный в отношении Вал, Иле, Лей, Лиз, Тре и Три, поскольку порция продукта массой 200 г обеспечивает 15% адекватного суточного потребления данных эссенциальных аминокислот. Также в соответствии с ГОСТ Р 55577-2013 и руководствуясь статьей 7 ТР ТС 021/2012 "О безопасности пищевой продукции", в маркировке разработанного продукта помимо пищевой и энергетической ценности есть основания включать дополнительную информацию:

- обезжиренный, низкокалорийный и содержит только натуральные сахара;

- благодаря внесению ГСБ в количестве 1-3% продукт является источником белка для лиц, чья потребность в белке не превышает 99 г/сут.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Литература

1. Банникова А.В., Евдокимов И.А. Молочные продукты, обогащенные сывороточными белками. Технологические аспекты создания // Мол. пром-сть. 2015. № 1. С. 64-66.

2. Богданова Е.В., Мельникова Е.И. Гидролизаты сывороточных белков в технологии продуктов для спортивного питания // Мол. пром-сть. 2018. № 4. С. 45-47.

3. Королёва О.В., Агаркова Е.Ю., Ботина С.Г. и др. Перспективы использования гидролизатов сывороточных белков в технологии кисломолочных продуктов // Мол. пром-сть. 2013. № 7. С. 66-68.

4. Мартинчик А.Н., Маев И.В., Янушевич О.О. Общая нутрициология. М. : МЕДпресс-информ, 2005 92 с.

5. Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Рисник Д.В., Никитюк Д.Б., Тутельян В.А. Обеспеченность населения России микронутриентами и возможности ее коррекции. Состояние проблемы // Вопр. питания. 2017. Т. 86, № 4. С. 113-124. doi: 10.24411/0042-8833-2017-00067.

6. Боярская Л.А., Вильмс Е.А., Турчанинов Д.В. и др. Гигиеническое обоснование применения функциональных молочных продуктов в профилактике дефицита макро- и микроэлементов // Гиг. и сан. 2016. № 11 (95). С. 1095-1099.

7. Institute of Medicine, Panel on Macronutrients, and Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes. Dietary reference intakes for energy, carbohydrate, fiber, fat, fatty acids, cholesterol, protein, and amino acids (Vol. 1). Natl Academy Pr., 2005.

8. Bandegan Arash. Indicator Amino Acid Derived Estimates of Dietary Protein Requirement in Exercise-Trained Individuals. 2016. Electronic Thesis and Dissertation Repository. 4055. [Электронный ресурс] URL: https://ir.lib.uwo.ca/etd/4055

9. Cermak N.M., Res P.T., de Groot L., Saris W.H.M., van Loon L.J.C. Protein supplementation augments the adaptive response of skeletal muscle to resistance-type exercise training: a meta-analysis // Am. J. Clin. Nutr. 2012. Vol. 96, N 6. P. 1454-1464.

10. Snijders T., Smeets J. S., van Vliet S., van Kranenburg J., Maase K., Kies A.K. et al. Protein ingestion before sleep increases muscle mass and strength gains during prolonged resistance-type exercise training in healthy young men // J. Nutr. 2015. Vol. 145. P. 1178-1184.

11. Rafii M., Chapman K., Elango R., Campbell W.W., Ball R.O., Pencharz P.B. et al. Dietary protein requirement of men >65 years old determined by the indicator amino acid oxidation technique is higher than the current estimated average requirement // J. Nutr. 2016. Vol. 146 , N 4. P. 681-687.

12. Свириденко Ю.Я., Мягконосов Д.С., Абрамов Д.В., Овчинникова Е.Г. Разработка технологии производства гидролизатов сывороточных белков молока с использованием мембранной техники. Часть 1. Подбор ферментного препарата для проведения гидролиза в ферментативном мембранном реакторе // Пищ. пром-сть. 2017. № 7. С. 46-48.

13. Свириденко Ю.Я., Мягконосов Д.С., Абрамов Д.В., Овчинникова Е.Г. Разработка технологии производства гидролизатов сывороточных белков молока с использованием мембранной техники. Часть 2. Оптимизация технологических режимов производства гидролизатов сывороточных белков молока в ферментативном мембранном реакторе // Пищ. пром-сть. 2017. № 8. С. 40-43.

14. Абрамов Д.В., Свириденко Ю.Я., Мягконосов Д.С., Овчинникова Е.Г., Кангин М.П., Кокарева Н.В. Разработка ферментативных гидролизатов сывороточных белков молока - технологии, свойства и применение. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dairynews.ru/processing/razrabotka-fermentativnykh-gidrolizatov-syvorotoch.html (дата обращения: 20.01.2018).

15. Абабкова А.А., Абрамов Д.В., Новокшанова А. Л. Напиток с гидролизатом сывороточных белков молока // Мол. пром-сть. 2016. № 12. С. 58-60.

16. Новокшанова А.Л., Абабкова А. А., Иванова С. В. Определение дозы внесения гидролизата сывороточных белков в кисломолочный продукт методом органолептической оценки // Молочнохозяйственный вестн. 2015. № 1 (17). С. 79-86.

17. Вышемирский Ф.А., Ожгихина Н.Н. Пахта: минимум калорий - максимум биологической ценности // Мол. пром-сть. 2011. № 9. С. 54-56.

18. Химия пищевых продуктов / Ш. Дамодаран, К.Л. Паркин, О.Р. Феннема (ред.-сост.); пер. с англ. СПб. : Профессия, 2012. 1040 с.

19. Тепел А. Химия и физика молока : пер. с нем. / под ред. С.А. Фильчаковой. СПб. : Профессия, 2012. 832 с.

20. Абабкова А.А., Неронова Е.Ю., Новокшанова А.Л. Исследование реологических характеристик кисломолочных сгустков обогащенных гидролизатом сывороточных белков // Молочнохозяйственный вестн. 2016. № 3 (23). С. 37-45.

21. МР 2.3.1.1915-04 Методические рекомендации. Рациональное питание Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ.

22. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации : методические рекомендации. МР 2.3.1.2432-08. М. : Минздрав России, 2008. 41 с.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)

SCImago Journal & Country Rank
Scopus CiteScore
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Тутельян Виктор Александрович
Академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, научный руководитель ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»

Журналы «ГЭОТАР-Медиа»