Характеристика аминокислотного состава муки для производства макарон gluten-free

Макаронные изделия изготавливают из продуктов переработки зерновых культур с использованием дополнительного растительного сырья или без добавки, смешиванием с водой, при дальнейшем прессовании или формовании и высушивании различными способами. В последнее время спрос растет на итальянские пасты, как spaghetti, bucatini, fettuccine. Однако весь этот ассортимент из муки в основном твердых сортов пшеницы с содержанием глютена и различными добавками. Глютен - растительный белок, содержащийся в пшенице, ржи, ячмене и овсе. Известно, что все злаки содержат различные белки, как альбумины, глобулины и проламины. В пшенице проламинами, составляющими глютен, являются глиадины и глютенины, в кукурузе это зеины, в сорго - кафирины, а в ячмене они называются гордеином [1]. Проламины могут быть дифференцированы на мономеры и полимеры. Глиадин пшеницы считается мономерным, а глютенин полимерным [2], а кукурузный зеин, кафирин сорго и гордеин ячменя являются проламинами полимерного и мономерного типа [3].

Для глиадина пшеницы характерно дефицитное содержание незаменимых аминокислот, особенно лимитирующего лизина. В данном белке также отмечено меньшее содержание метионина-1,1%, цистеина-1,8%, треонина, триптофана, аргинина, гистидина. Однако в пшенице имеющиеся заменимые аминокислоты (глютаминовая кислота, пролин в количестве от 16-44%), обладающие свойством синтезироваться в человеческом организме, оказывают токсическое влияние на людей, с признаками непереносимостью глютена. Реакцию больных с целиакией на содержание перечисленных органических соединений и на их физико-химическое поведение, можно объяснить важным свойством аминокислот: молекула содержит аминогруппу- NH2 и карбоксильную группу- COOH [4]. Аминокислоты ведут себя как основания и как кислота.

В макаронном производстве сырье не должно содержать много свободных аминокислот и веществ, вызывающих потемнение цвета и ухудшение качества изделий, как редуцирующие сахара и тирозин. Для лечения и профилактики заболеваний, как фенилкетонурия и целиакия содержание глютена не должно превышать 20 ppm/ кг употребляемого продукта (внедрен в Европейском Союзе (ЕС)). Правило маркировки «gluten-free» стало применяться с 2014 года и обязывает производителей безглютеновой продукции выпускать изделия с количеством глютена менее 20 частей на 1 миллион глютена. Предел обнаружения глютена в настоящее время 0,0003% (три части на миллион), то есть 3 мг/кг -это количественный предел обнаружения. В мире методики обнаружения 0 мг/кг глютена на сегодняшний день не разработано.

Непропорциональность количества белков и аминокислот, поступающих в организм к его потребностям, вызывает нарушение белкового обмена в человеке. А это приводит к задержке умственного и физического развития. Потребность организма в полноценном белке обеспечивает полный аминокислотный состав продуктов питания, особенно продукты мучного растительного происхождения повседневного спроса со сбалансированным составом незаменимых аминокислот (НАК).

Одним из заболеваний, связанных с нарушением аминокислотного обмена, является фенилкетонурия - дефицит фермента, обеспечивающего переход фенилаланина-4-гидрок-силазы в тирозин. Фенилкетонурия - непереносимость аминокислоты фенилаланина в белке. Из выявленных заболеваний, связанных с непереваримостью клейковины, является целиакия или хронически имунноопосредо-ванная энтеропатия, появляющаяся после перехода к еде из злаков генетически склонных потребителей [2].

Непереносимость глютена - много-факторное заболевание, которое встречается у каждого из 100 человек, и основное количество выявлено в странах Азии. Болезнь может развиваться и диагностироваться в любом возрасте, имеет наследственную предрасположенность. В Казахстане на 2021 год на учете МЗ РК состоит более 470 человек, и наблюдается динамика роста данной болезни. В Казахстане создано общественное объединение «Celiac kz» с 2016 года и официально зарегистрировано 13 мая 2021 г.

Из тех, кто обращается с аллергией на глютен, только 20% получают правильный диагноз по причине, что симтомы болезни, как диарея, задержка физического развития, увеличение живота, анемия, низкорослость, остеопороз, эндокринные нарушения, бесплодие, создает значительные трудности в распознании целиакии.

Среди взрослого населения, в связи с малоподвижным образом жизни, часто стали появляться симптомы, связанные с непереносимостью белка некоторых злаков. Единственный выход для всех больных - соблюдение строгой безглютеновой диеты, как лечение основной болезни и профилактика соопутс-твующих заболеваний. Безглютеновая диета нужна и при других болезнях как аллергия, ДЦП, сахарный диабет и аутизм и для тех, кто придерживается правильного питания (ПП).

Учеными Казахстана проводятся научно-исследовательские работы для повышения эффективности их деятельности в популяризации проблемы заболеваний, как целиакия и нецелиакийная неаалергическая чувствительность, для решения некоторых задач по обеспечению доступной безглю-теновой продукцией отечественного производства [5, 6, 7]. Производство безглютено-вых продуктов питания является не только актуальной с точки зрения науки, но и важной государственной задачей Казахстана по профилактике заболеваний и улучшению здоровья детей до 2025 г.

Нами в 2021 году проведен социологический опрос среди 250 человек, состоящих в ОО «Celiac kz» методом анкетирования и выявлено, что 25,1% опрошенных хо- тели видеть в продаже по доступным ценам безглютеновые макаронные изделия отечественного производства. Тенденция к увеличению данной болезни наблюдалась в Алматинской, Кызылординской и Туркестанской областях [8].

Российские ученые Шнейдер Д.В., Ушакова Ю.В., Садыгова и др. изучают технологию производства функциональных макаронных изделий из муки нетрадиционного растительного сырья. Однако, предлагаются в основном технологии низкоглютеновых изделий [9, 10]. Нами изучается безглютено-вое сырье доступного отечественного производства.

Основные безглютеновые виды муки из кукурузы и риса не содержат в своем составе необходимое количество НАК, в частности лизина [11, С.270]. Лизин и триптофан являются наиболее лимитирующими в большинстве пищевых продуктов и диет. Зерновое сорго пищевого направления содержит все основные вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности человека: белки от 11-16%, в.т числе лизина 0,17%-0,33%, крахмала от 60-66 %, жира до 5,5%. Появились гибриды сорго со стекловидным зерном из условной группы соргорисозерновое (Sorghum oryzoidum) или сориз. В новых сортах танина, отрицательно влияющая на пищевую ценность крупы, не содержится [12].

По сравнению с белками зерновых культур, белки бобовых хорошо сбалансированы по аминокислотному составу. Нут -важный источник безглютеновых белков, богат резистентным крахмалом, который является пребиотиком, снижает уровень глюкозы в крови, улучшает зрение и возрастные изменения мозга.

Цель: подбор зерновых и бобовых культур по аминокислотному составу для производства макаронных изделий gluten-free.

Материалы и методы исследований

В исследованиях изучали нетрадици- онные виды муки: из злаковых - рисовую, кукурузную, гречневую, сорговую, из бобовых - нутовую.

Нормативные документы, используемые по определению показателей кчества: ГОСТ 31645-2012 (рисовой, гречневой), ГОСТ 14176-69 (кукурузной), ТУ 9293-08110514645-03 (нутовой), CODEX STAN 1731989 (сорговой), содержание аминокислотного состава белков МВИ МН 1363-2000, витаминов по СТБ EN 12823-1-2014, ГОСТ ЕН 12822-2014, ГОСТ P EN 14130-2010. Для оценки биологической ценности исследуемого продукта использовали метод аминокислотного скора (АКС, %). Скор определяется, после определения количества АК (мг) в 1

₌ в Г Val lie С Met+Cys') Leu Thr Leu Trp ( Phe+Tyr) ИНАК= _^

■^VAL 3 Ue 3 (Met + Cys )3 Leu 3 Thr 3 Leu 3 Trp 3 (.Phe+Tyr )3

где э - содержание аминокислоты в эталонном белке.

Экспертами Продовольственной и с.-х. организации Объединенных Наций и ВОЗ рекомендуется минимальная суточная потребность организма человека в НАК,: например организм школьника нуждается в самых необходимых аминокислотах, как лизин 60, а взрослого 12 мг/кг массы тела в сутки; в метионине соответственно - 27/13. валине - 33/10, тирозине 27/14 [13].

Недостаток в пище одной НАК ведет к неполному усвоению других аминокислот. Например: цистеин снижает потребность в метионине на 80%, тирозин снижает потребность в фенилаланине на 70%.

Результаты и их обсуждение

В любой стране основной задачей в области питания является обеспечение всех граждан в состоянии настолько низкого риска недостаточности, насколько это позволяют национальные ресурсы [13].

Питательные вещества пищи - белки, жиры и углеводы должны быть в рационе питания человека в оптимальных соотношениях. Особенно органические соединения - аминокислоты принимают участие во всех жизненных процессах, в обменных реакциях организма. Они используются в биосинтезе и расщеплении белков, переаминируется, разлагаются. Благодаря важному свойству аминокислот, образовываются белки в результате пептидной связи и образования полипетидных молекул.

грамме белка изучаемого продукта, как процентное содержание их от АК идеального белка (мг в 1 грамме):

АКС= содержание АК в белке исследуемого продукта * 100, содержание АК в идеальном белке

Аминокислота, аминокислотный скор которой меньше 100%, является лимитирующей, т.е. ограничивающей биологическую ценность продукта.

Биологическая ценность продукта, кроме скора, где учитывается количество всех незаменимых кислот, оценивается индексом незаменимых аминокислот (ИНАК).

Формула                   расчета:

Белки, в свою очередь, расщепляются в аминокислоты. Нехватка организма в данных соединениях восполняются за счет поступления с продуктами питания. Их называют незаменимыми аминокислотами (НАК): изолейцин-40 мг; лейцин-70 мг; лизин-55мг; метио-нин+цистин(Cys)-35; фенилаланин+тирозин-60 мг; триптофан-10 мг; треонин-40 мг; валин- 50 мг. Количество указанных аминикис-лот, в мг -это НАК в одном грамме идеального белка по данным ФАО/ВОЗ. При расчете аминокислотного скора АКС каждой НАК принимается за 100 % [13].

Лучшей биологической ценностью обладает тот продукт, где АКС НАК имеет значение больше 100 %. Значение скора определяет степень усвоения белков исследуемой продукции. В состав полноценного белка должно входить не менее 31,4% НАК по требованиям международного «условного» стандарта.

Наши исследования показали, что рисовая, кукурузная, гречневая виды муки по отдельности обладают недостаточной пищевой и биологической ценностью. В испытательной лаборатории ТОО «Нутритест» РК (г.Алматы) были определены аминокислотный состав нутовой и сорговой муки (Протоколы испытания № 2952К и 2951К от 29.09.2021г.). В таблице 1 показаны сравнительные значения аминокислотного состава исследуемых нутовой и сорговой муки с другими видами зерновых культур [10,11].

Таблица 1 - Аминокислотный состав исследуемых видов муки ( протокола испытания № 2952К и 2951К от

29.09.2021г.)

Показатели	Пшенич- -ная в.с.	Нутовая	Сорговая	Гречневая	Рисовая	Кукурузная
Незаменимые аминокислоты, мг/100 г:	3020,6	3579,4	7470,78	4242,0	2536,7	2203,0
Val (валин)	470,8	508,03	891,99	780,0	395,0	291,0
Ile (изолейцин)	429,8	400,88	1311,75	525,9	278,0	218,0
Leu (лейцин)	806,0	1338,99	1458,67	868,9	679,8	896,0
Lyz (лизин)	250,0	278,75	1475,84	579,3	286,1	172,7
Met (метионин)	153,0	142,64	331,04	289,6	148,0	83,9
Trp (треонин)	311,0	299,88	758,43	478,5	256,5	172,7
Trp (триптофан)	100,00	110,33	230,87	172,50	88,8	46,8
Phe (фенилаланин)	500,00	499,90	1012,19	584,30	404,5	321,6
Заменимые аминокислоты	6619,4	6700,77	10892,20	8708,8	4490,1	4750,1
Ala (аланин)	330,0	1004,08	948,28	716,50	384,8	552,2
Arg (аргинин)	400,0	389,23	1596,04	1140,90	592,0	287,3
Asp (аспарагиновая кислота)	340,0	663,03	2092,12	1464,50	631,5	405,4
His (гистидин)	200,0	252,78	826,16	314,80	187,5	181,7
Gly (глицин)	350,0	290,66	845,24	963,30	340,4	244,7
Glu (глутаминовая кислота)	3079,8	2274,00	2058,0	2064,90	1263,0	1243,9
Pro (пролин)	970,0	840,47	794,68	843,70	355,2	762,9
Ser (серин)	500,0	476,72	939,00	579,30	310,8	359,3
Tyr (тирозин)	249,8	357,00	514,00	368,90	285,9	266,0
Cys (цистеин)	199,80	152,80	280,00	252,00	139,0	119,0
Сумаа аминокислот	9640,0	10280,17	18362,9	12950,8	7026,8	6953,1
Лимитирующая аминокислота (скор %)	Лизин (44), треонин (75)	Метио-нин+цисте ин (41)	Метионин+ цистеин (95)	Лизин (77), треонин (88)	Лизин (70), треонин (87)	Лизин (44), треонин (60)
Биологическая ценность белка, %	52,1	71,5	87	74,2	61,0	51,2

В соответствии аминокислотному скору общее количество НАК в пшенице, кукурузе и рисе ниже, чем в других исследуемых видах сырья. При переработке под воздействием высокой температуры количество лимитирующей АК лизина уменьшается, происходит меланои-дирование.

Среди безглютеновых видов сырья кукуруза содержит мало лимитирующих аминокислот, как лизин и триптофан. Как видно из таблицы, белки нута и сорго богаты лимитирующим аминокислотам.

Белки кукурузы зеин и глютелин составляет около 40% от всего белка, содержащегося в кукурузном зерне, которые растворяются в 90-93%-ном спирте. Зеин из-за низкого содержания незаменимых амино- кислот - лизина и триптофана является неполноценным белком [11].

В белке гречихи преобладают глобулины - 43,0%, водорастворимые белки до 22,0%, а содержание проламиновых белков незначительно - 1,1%.

Исследования показали, что гречневая мука обладает высокой пищевой ценностью: содержание витамина В1 в 1,6 раза, В2 -1,3 раза, витамина Е -в 7 раз больше, чем в зерне [14].

Для подбора оптимального соотношения безглютеновой мучной смеси из нетрадиционных видов сырья по аминокислотному составу для производства макарон полноценный белок нутовой и сорговой муки сравнивали с содержанием НАК стандартного белка (табл. 2).

Таблица 2 - Аминокислотный состав и скор нутовой и сорговой муки (Протоколы испытания № 2952К и 2951К от 29.09.2021г.)

Наименование аминокислот	Содержание НАК в стандартном белке, мг/ г белка	Нутовая мука		Сорговая мука
		НАК	Аминокислотный скор, АКС, %	НАК	Аминокислотный скор, АКС, %
Изолейцин	40	40,088	100	131,157	328
Лейцин	70	133,899	191	145,867	208
Лизин	55	27,875	51	147,584	268
Метио-нин+цистеин	35	14,264	41	33,104	95
Фенилаланин+ тирозин	60	49,990	83	101,219	169
Треонин	40	29,988	75	75,843	190
Триптофан	10	11,033	110	23,087	231
Валин	50	50,803	101	89,199	178
ИНАК		0,85		1,97

По результатам исследований видно, что хорошо сбалансированы по аминокислотному составу белки сорговой и нутовой муки. Взрослый организм нуждается в лизине 12мг/кг, в триптофане 3,5 мг/кг массы тела в сутки, и применение в рационе макаронных изделий из рисовой или курузной муки с добавлением нутовой или сорговой восполнит недостающие незаменимые аминокислоты, как лизин и триптофан.

Как показали расчеты индекса незаменимых аминокислот сорго -1,97 выше единицы. Это означает, что белок сорго является более насыщенным на НАК по сравнению с нутовой мукой. Однако необходимо учитывать тот факт, что усвоение белков различных продуктов происходит неодинаково: белки злаковых условно на 60 -65%, а бобовых на 70-

72%. Технологи составляют рацион питания и рецептуру продуктов так, чтобы обеспечить организм необходимыми аминокислотами и питательными веществами. В производстве макаронных изделий для больных целиакией необходимо сочетание белков, как зерновых, так и белковых культур. Когда продукт подвергается термообработке, в зависимости от соблюдения технологии усвоение белков ме- няется в сторону возрастания, или при увеличении температуры в сторону убывания. Температурный режим влияет на содержание аминокислот, однако аминокислотный скор не изменяется.

Биологическая ценность продуктов определяется не только наличием в нем всех незаменимых аминокислот, а также от их оптимального количества и соотношения в белке (рис.1).

Рисунок 1 - АКС нутовой муки

АКС сорговой муки

Данные рисунка 1 показывают, что лимитирующей аминокислотой и для нуто-вой и сорговой муки является метио-нин+цистеин, а по остальным видам отвечает данным шкалы ФАО/ВОЗ. По закону Либиха наиболее значимым фактором является тот, который в сравнении с другими находится в минимуме и от него зависит усвоение белков в комплексе. Поэтому есть необходимость в изучении состава аминокислот и подборе соотношений сырья для производства без-глютеновых макаронных изделий.

Таким образом, по содержанию белка нутовая и гречневая мука превосходит пшеничную муку в 1,3 и 2,0 раза. По биологической ценности белка нетрадиционные виды муки превосходят пшеничную.

Для людей с глютеновой болезнью имеют значение не только технологические качества, но и приемлемые пищевые характеристики.

Кроме того, оценка питательных свойств очень важна, поскольку большинство добавок, используемых для замены являются белки, модифицированные крахмалы, камеди и липиды, которые сильно влияют на свойство конечного продукта. Очень мало исследований, которые оценивают питательную ценность макаронных изделий [15].

В Казахстане достаточно ресурсов без-глютенового сырья: риса, кукурузы. Внутреннее потребление риса составляет в среднем 7,5 кг на душу населения, т.е. внутренний спрос составляет около 133 тыс. тонн, а 35-38 процентов из 551тыс. тонн сырья экспортируется в качестве сырья. Кукуруза выращивается в семи регионах Казахстана на площади 165,2 тыс га.

Результаты исследования доказывают, что для производства безглютеновых макаронных изделий применение доступной рисовой и кукурузной муки отечественного производства в смеси с нутовой и сорговой, обеспечит организм больных целиакией необходимым аминокислотным составом и потребностью в белках.

Заключение, выводы

Для производства безглютеновых макаронных изделий есть необходимость дополнительного изучения химического состава растительного сырья, поскольку качество готовой продукции и выбор технологических режимов зависят от происхождения и качества сырья.

В соответствии аминокислотному скору, общее количество НАК в пшенице, кукурузе и рисе ниже, чем в других исследуемых видах сырья, особенно лизина и триптофана. Белки кукурузы зеин и глютелин составляют около 40% от всего белка, содержащегося в кукурузном зерне, которые растворяются в 9093%-ном спирте.

В белке гречихи преобладают глобулины - 43,0%, водорастворимые белки до 22,0%, а содержание проламиновых белков незначительно - 1,1%.

Лимитирующей аминокислотой и для нутовой и сорговой муки является метио-нин+цистеин, а по остальным видам отвечает данным шкалы ФАО/ВОЗ. Применение макаронных изделий из рисовой или курузной муки с добавлением нутовой или сорговой восполнит недостающие незаменимые аминокислоты, как лизин и триптофан.

Как показали расчеты индекса незаменимых аминокислот сорго -1,97 выше единицы означает, что белок сорго является более насыщенным на НАК по сравнению с нутовой мукой.

В результате анализа аминокислотного состава образцов нетрадиционных видов муки было определено, что более высоким содержанием аминокислот в составе белка обладают гречневая, сорговая и нутовая мука, что подтверждает полноценность исследуемых видов муки для производства макарон.

Характеристика аминокислотного состава мучного сырья является перспективным направлением, и полученные результаты можно применить при производстве безглю-теновых отечественных продуктов питания.

Совместное применение безглютеновой кукурузной или рисовой муки отечественного производства, в различных композициях и соотношениях с мукой сорговой или нутовой, способствует увеличению пищевой ценности макаронной продукции gluten-free.