Химический состав и функциональные свойства рисовых белковых концентратов

Рис является основным продуктом питания для 2,5 млрд. человек в Азии и сотен миллионов людей других континентов. Зерно перерабатывают в крупу, муку, спирт, пиво и т.д. Рисовые продукты, обладая высокой питательной ценностью, используются для приготовления каш, плова, салатов, кондитерских, рыбных, молочных и мясных изделий [1]. Рисовая мука заменяет крахмал, соевые концентраты, изоляты, пшеничную муку, используется для придания изделиям приятного вкуса и внешнего вида. Мука не имеет ограничений по предельно допустимой концентрации (ПДК) или ЛД 50 . Продукты переработки риса не содержит проламиновую фракцию «глютена», которая у некоторых людей вызывает аллергию с нарушением пищеварения (целиакия), поэтому они применяются в диетическом питании людей всех возрастов, особенно детей (каши, консервы для детского питания и т.д.). Рис является источником незаменимых аминокислот, минеральных веществ, витаминов группы B.

В мире широко используются описанные выше традиционные способы переработки риса, однако продолжается поиск перспективных путей его переработки с получением белковых ингредиентов с хорошими питательными и функциональными свойствами [2]. Одним из преимуществ белков риса является повышенное содержание в них лизина (3-4 %), при этом до 80 % их количества приходится на глютелиновую фракцию, для выделения которой обычно используют растворы щелочи, даже если применяют энзимы. Но так как щелочь денатурирует белки, разрушая структуру некоторых аминокислот и, прежде всего, лизина, то нами разработан новый способ выделения рисовых белковых концентратов из муки [3], включающий обработку рисовой муки с ферментными препаратами (ФП) амилазного и ксиланазного действия последующим экстрагированием белков разбавленной соляной кислотой. Определены режимы экстрагирования и осаждения белков с цитратом и без цитрата кальция для получения, соответственно, белкового (БК) или белково-кальциевого концентратов (БКК) с выходом 7,8-8,1 % от общего количества муки. В литературе имеются сведения, что коричневый рис обогащен микронутриентами, поэтому он предпочтителен в отношении пищевой ценности, в то же время нет данных о белковых препаратах, получаемых из коричневого риса, пищевой ценности и возможности их применения в производстве пищевых изделий в сравнении с белковыми продуктами из белого риса.

Целью данной работы явилось определение показателей пищевой, биологической ценности и функциональных свойств белковых концентратов из белого и коричневого риса, полученных по разработанному нами способу, и определение возможности их использования в производстве изделий с различными пищевыми системами.

В качестве материалов использовали муку из белого риса марки «Гао там» и муку из коричневого риса марки «Тхай Зыонг» (Вьетнам). Муку получали на мельничном оборудовании с размерами частиц, проходящих через сито № 43ПА-70. В качестве энзимов применяли ферментные препараты от фирмы Novo-zymes (Дания): Фунгамил Супер АХ с амилолитической активностью 2500 ед./г и грибной кси-ланазной активностью 500 ед./г.

Белки выделяли при гидромодуле вода:мука 1:6, концентрации ФП 70-75 ед./г сырья, рН 5.0, температуре 67 оС в течение 2 ч., после чего от осадка на центрифуге отделяли супернатант 1, к остатку добавляли раствор 0,01 н. НСl и проводили экстракцию при гидромодуле 1:9 в течение 2 ч. Экстракт отделяли центрифугированием, объединяли с супернатантом 1 и добавляли 2 % цитрата натрия для осаждения белка, который высушивали лиофильным способом. Все реагенты были химические чистые.

Массовую долю влаги в муке, БК и БКК определяли методом высушивания до постоянной массы при температуре 100-105 оС, массовую долю белка – методом Кьельдаля, жира – экстракцией в аппарате Сокслета с диэтиловым эфиром, зольность – методом сжигания при 600-900 оС [10]. Восстанавливающие сахара анализировали методом Бертрана, содержание клетчатки – методом Кюршнера и Га-нека. Общее количество гемицеллюлоз определяли гидролизом 2 %-ной соляной кислотой c последующим анализом сахаров по методу Бертрана. Массовую долю углеводов в белковых продуктах рассчитывали вычитанием из 100 г массовой доли белка, жира, золы и влаги. Массовую долю всех показателей выражали как процент от общей массы продукта.

Аминокислотный состав белков определяли на хроматографе модели L-8800 фирмы “Hitachi” (Япония) с сульфированным сополимером стирола с дивинилбензолом и ступенчатым градиентом натрий-цитратных буферных растворов с возрастающим значением рН и молярности. Данные обрабатывались в online системе «МультиХром 1.52» для Windows 98

(Россия). 3-5 мг образца помещали в стеклянную ампулу и добавляли 300 мкл смеси концентрированной соляной и трифторуксусной кислот (2:1) с 0,1 % 2-меркаптоэтанолом. Образец замораживали в жидком азоте, вакуумировали и проводили гидролиз при 155 ºС 1 ч. Содержимое ампулы переносили в пробирку и досуха удаляли гидролизующую смесь, повторив дважды процедуру упаривания на Centrivap Concentrator Labconco (США). К сухому остатку добавляли 0,1 н НСl и центрифугировали 5 мин при 800хq на центрифуге Microfuge 22R (Beckman-Coulter,US). При расчете аминокислотного скора использовали шкалу эталонного белка ФАО/ВОЗ (1985 г.).

Содержание минеральных веществ определяли минерализацией проб сухим озолением с последующим измерением концентрации элемента в растворе минерализата методом пламенной атомной абсорбции.

Перевариваемость белков определяли in vitro с использованием пепсина и панкреатина по методу Покровского и Ертанова. Продукты гидролиза определяли по Лоури и выражали в мг тирозина на г белка. Степень перевариваемости выражали как отношение количества продуктов гидролиза в растворе после действия ферментов, выраженное в мг тирозина к общему количеству тирозина, содержащегося в навеске образца.

Функциональные свойства рисовых концентратов определялись по методикам, описанным в работе [4].

Анализы проводились в 3-4 повторностях, результаты представляли как средние арифметические, достоверными считались значимости различий при p<0.05. Статистическую обработку результатов осуществляли с применением программы Statistica 6.0.

Химический состав рисовой муки и белковых концентратов, полученных по разработанному нами способу, оценивали по содержанию белка, жира, клетчатки, восстанавливающих сахаров, крахмала, гемицеллюлоз, влаги и зольности. Из таблицы 1 видно, что исследуемые белковые продукты относились к группе «Концентраты». Концентраты из коричневого риса содержат на 5-6 % меньше белка, но на 45-55 % больше крахмала, по сравнению с БК из белого риса, а содержание зольных элементов, клетчатки и жира, практически, одинаковое. В БК из коричневого риса в 2,3 раза больше кальция, в 1,1 – 2,5 раза больше железа, цинка, и, наоборот, в нем в 1,1 – 3,2 раза меньше калия, магния, натрия, кобальта, молибдена, хрома, свинца и кадмия. Для концентрата, осажденного солью кальция, у обоих вида риса также обнаружены отличия. У белого риса БКК, в отличие от БК, содержит в 4,3 раза больше зольных элементов, среди них почти в 100 раз больше кальция, в 1,7 раза железа, в 3,5 раза цинка, в 1,7 раза молибдена и в 1,13 раза больше марганца. Аналогичные закономерности отличий в количестве минеральных элементов в БКК, по сравнению с БК, обнаружены и у коричневого риса. В БКК в 42 раза больше содержится кальция, железа – на 14 % и цинка в 2 раза. Если же сравнить между собой БКК из коричневого и белого риса, то видно, что первый содержит на 7 % больше кальция и в 1,6 раза больше железа, тогда как калия, магния, кобальта, молибдена, хрома и кадмия, наоборот, значительно меньше.

Определение аминокислотного состава концентратов показало, что концентраты богаты такими заменимыми аминокислотами, как пролин, аспарагиновая, глютаминовая кислоты и аргинин, что в целом соответствует особенностям зерновых белков (таблица 2).

Т а б л и ц а 1

Химический состав концентратов, г/100г продукта

Показатели	Белый рис		Коричневый рис
	БК	БКК	БК	БКК
Влага	5.0±1.0	5.0±1.0	5.0±1.0	5.0±1.0
Белок	84±1.0	84±1.0	79±1.0	79±1.0
Крахмал	10 ±1.0	9.6±1.0	15.1±1.0	14.7±1.0
Клетчатка	0.3±0.3	0.3±0.3	0.3±0.2	0.3±0.15
Жир	0.3±0.04	0.3±0.03	0.3±0.03	0.3±0.02
Зола	0.30±0.05	1.30+0.04	0,25±0.06	1,25±0.07
Минеральные элементы, мг/кг продукта:
калий	103.0	46,3	73.1	33,2
кальций	73.4	7010	170.0	7504
магний	366.0	350.0	193.0	190.1
натрий	140.0	107.0	128.0	98.2
железо	3.26	5.40	8.10	9.20
медь	4.00	4.57	4.36	4.70
марганец	2.35	2.66	2.10	2.43
цинк	10.20	35.9	17.0	34.2
кобальт	0.019	0.020	0.009	0.010
молибден	0.259	0.448	0.104	0.24
хром	0.080	0.094	0.025	0.035
свинец	0.090	0.099	0.058	0.061
кадмий	0.088	0.089	0.033	0.040

Т а б л и ц а 2

Аминокислотный состав рисовых концентратов

Аминокислота	Аминокислоты, г/ 100 г белка		Аминокислотный скор, %
	Рис
	Белый	Коричневый	Белый	Коричневый
Изолейцин	3.4	3.2	85	80
Лейцин	7.6	6.7	108	96
Лизин	3.2	2.9	58	53
Метионин (М)	1.5	1.7	M+Ц
Цистин (Ц)	1.9	2.0	97	107
Фенилаланин + тирозин	9.6	7.8	152	123
Треонин	4.8	4.4	110	120
Валин	5.5	5.5	110	110
Аспарагиновая кислота	9.5	9.5
Серин	5.5	5.5
Глутаминовая кислота	19.6	18.6
Пролин	6.7	6.2
Глицин	4.8	5.1
Аланин	6.4	6.0
Гистидин	1.9	19
Аргинин	10.6	11.0

Концентраты рисовых белков хорошо сбалансированы по незаменимым аминокислотам: треонину, валину, лейцину, серусодержа-щим, ароматическим аминокислотам. Первой лимитирующей аминокислотой являлся лизин, второй - изолейцин. Содержание лизина обнаружено несколько больше, а изолейцина -меньше, чем опубликовано, например, Кальманом [5] для концентрата из органических рисовых отрубей (2,7 и 4,4 г/100 г, соответственно). В БК из коричневого риса содержалось меньше лейцина, лизина, фенилаланина с тирозином, но несколько больше серосодержащих аминокислот, чем в БК из белого риса. Общая сумма незаменимых аминокислот в БК из коричневого риса составила 34,2, из белого риса – 37,5 г/100 г белка, что на 2,2 и 5,4 г/100 г, соответственно, больше, чем в эталонном белке.

Для характеристики пищевой и биологической ценности белков исследовали степень их перевариваемости, о которой судили по скорости гидролиза и количеству продуктов ферментативного протеолиза в пересчете на содержащийся в них азот аминокислот. Перевариваемость бк in vitro изучали в сравнении с яичным альбумином.

Продолжительность гидролиза, мин

Рисунок 1. Перевариваемость белков рисовых концентратов in vitro

Белковые концентраты: 1 – БК из белого риса; 2 – БК из коричневого риса; 3 – яичный альбумин (контроль)

Из рисунка 1 видно, что на первой стадии у всех образцов атакуемость белков пепсином протекала медленнее, чем панкреатином. С увеличением времени протеолиза степень перевариваемости белков постепенно повышалась, через 1 ч после начала действия панкреатина она резко увеличилась, затем вновь плавно повышалась. Гидролиз белков более интенсивно протекал у рисовых концентратов, чем у яичного альбумина; концу гидролиза перевариваемость БК из белого риса под действием пепсина превышала перевариваемость яичного альбумина в 1,5 раза, а с панкреатином – в 2,8 раза. Важно отметить, что перевариваемость БК из коричневого риса на всем протяжении протеолиза с пепсином на 38-66 %, а с панкреатином – на 28-50 % ниже, чем перевариваемость концентрата из белого риса. Таким образом, полученные результаты в условиях in vitro можно использовать для прогнозирования степени утилизации белков организмом в составе пищевых продуктов, содержащих концентрированные препараты риса.

Для оценки возможности использования концентратов в производстве пищевых изделий изучены их функциональные свойства (таблица 3). Видно, что ЖСС, ВСС и растворимость концентрата, полученного из белого риса без цитрата кальция, выше на 10-15%, чем аналогичные свойства у БК из коричневого риса.

Значительные различия обнаружены для пенообразующих свойств: у БК из белого риса ПОС почти в 5–6 раз выше, чем у БК из коричневого риса; стабильность пены у БК из коричневого риса вообще отсутствовала. Осаждение белков солями кальция практически не повлияло на растворимость, ЖСС, ЖЭС и СЭ концентратов, содержащих цитрат кальция, для обоих видов риса, тогда как значения пенообразующих свойств уменьшились: на 11-18 % у белого риса и на 60 % - у коричневого. Значения всех функциональных свойств БКК из коричневого риса, по-прежнему, оставались ниже, чем значения свойств БКК из белого риса. Таким образом, пенообразующие свойства рисовых концентратов оказались наиболее подвержены изменению под влиянием цитрата кальция.

Т а б л и ц а 3

Функциональные свойства рисовых концентратов

Функциональные свойства	Белый рис		Коричневый рис
	БК	БКК	БК	БКК
	1	2	3	4
ВСС, г/г	1.50 ±0.02	1.49±0.03	1.32 ±0.03	1.29±0.05
ЖСС, г/г	1.42±0.02	1.41±0.04	1.27±0.05	1.26±0.03
ЖЭС, %	50±3.1	50±2.1	46±1.1	46±1.0
СЭ, %	50±2.3	50±2.2	48±1.3	48±2.0
ПОС, %	90±1.1	81±1.2	16±1.0	10±0.8
СП, %	83,0±1.1	70±1.2	0	0
Растворимость, %	3.0±0.6	3.0±0. 5	2.6±0.1	2.6±0.2

Примечание: концентраты: 1, 3 - без цитрата кальция; 2, 4 - с цитратом кальция; ВСС - водосвязывающая способность; ЖСС - жиросвязывающая способность; ПОС – пенообразующая способность; ЖЭС - жироэмульгирующая способность; СЭ – стабильность эмульсии; СП – стабильность пены

Таким образом, исследована пищевая и биологическая ценность белковых концентратов из белого и коричневого риса, выделенных осаждением белков в изоэлектрической точке с цитратом и без цитрата кальция, изучены функциональные свойства концентратов. Установлено, что БК из коричневого риса содержит на 5-6 % меньше белка (78-80 %), но больше кальция, железа и цинка, чем концентрат из белого риса, полученный при тех же технологических режимах. С другой стороны,