Исследование качественных показателей, функционально-технологических свойств изолятов растительного белка

Постоянный рост народонаселения планеты ставит перед человечеством вопросы обеспечения людей всех стран качественной, доступной и полноценной пищей.

Потребительские тенденции развивающихся стран по мере роста благосостояния их граждан меняются не только в сторону увеличения объемов потребления продуктов питания, но и в сторону улучшения ежедневного рациона по качеству.

В настоящее время в мире, в целом, найдены решения обеспечения населения дешевыми углеводами за счет массового производства злаковых культур, корнеплодов, а также жирами, получаемыми из масличных культур. Имеющаяся до настоящего момента проблема голода в отдельных частях планеты связана в большей степени не с недостаточным производством данных продуктов, а с неэффективным их распределением.

В тоже время, до настоящего момента не полное свое решение имеет проблема обеспечения человечества доступным белком, так как для производства наиболее полноценного животного протеина требуется большое количество ресурсов. Вместе с тем белки являются ключевым элементом, обеспечивающим здоровое, эффективное и долгосрочное функционирование организма человека, снабжая его необходимым набором аминокислот для производства собственных белков и ферментов.

Поступление белка в необходимых количествах требуется для полноценной работы мозга, иммунитета, высокого уровня работоспособности и выносливости.

Таким образом, перед человечеством стоит проблема поиска альтернативных источников полноценного белка. В качестве одних из решений данной проблемы в развитых странах возникают стартапы по производству белка насекомых и культивируемого мяса. Однако массовому внедрению такого источника белка препятствует несфор-мировавшиеся потребительские предпочтения.

Одним из направлений, определяющих инновационное развитие биотехнологий, является использование возобновляемых растительных ресурсов, развитие внутреннего спроса и импорто-замещение биотехнологической продукции. Важнейшим приоритетом является распространение технологий, превращающих малоценные отходы в белковые продукты и компоненты с высокой добавленной стоимостью, в частности, использование растительных белков в пищевой промышленности.

Пищевая промышленность имеет положительный опыт производства и применения соевого белка, при балансировании которого животным белком можно получить продукты питания с необходимым набором и достаточным количественным содержанием аминокислот.

Распространив такой опыт на другие бобовые, бобовомасличные и масличные культуры, можно получить дополнительные источники растительного белка. Обогащая тем или иным образом такой белок недостающими аминокислотами, можно получать препараты и продукты питания с высокой пищевой ценностью.

В зависимости от содержания белка полученный продукт называется изолятом, если он содержит 90% и более белковых веществ. Если содержание составляет 65% 90%, продукт является концентратом, 50% 65% – белковой мукой.

Растительный белок, на основе которого производят продукты питания, должен удовлетворять показателям качества, определяемые составом, технологией, исходным сырьем. Исходное растительное сырье должно быть чистым и качественным. Влажность сырья должна удовлетворять условиям хранения, то есть должна быть достаточно низкой – не более 10%; зольность не должна превышать 810%; количество сырой клетчатки – 0,5% в случае белкового изолята и 56% для белковой муки и концентрата. При получении пищевых изолятов необходимо контролировать содержание ингибиторов трипсина, гемагаглютинина. Если продукт в дальнейшем будет проходить термообработку, необходимо дополнительно проанализировать питательную ценность изолята и влияние термообработки на изменение функциональных и органолептических свойств. В продуктах на основе растительных белков не должно содержаться тяжелых металлов в концентрациях, опасных для здоровья. Функциональные свойства белков отражают поведение белков в технологическом процессе получения пищевого продукта, а также консистенцию, структуру, влажность и другие характеристики самого продукта. К таким свойствам относят: органолептические и кинестетические (цвет, вкус, запах, зернистость, гладкость, мутность), растворимость, диспергируемость, вязкость, влажность, смачиваемость, эмульгирующая и пенообразующая способности, нелинейная вязкость растворов, способность к тестообразованию, желеобразованию, способность образовывать волокна, гели, термолабильность.

На функциональные свойства белковых продуктов влияют различные факторы: тип исходного сырья и его качество, условия проведения технологических процессов выделения, очистки, сушки и хранения сырья.

В ходе проведения технологических процессов на конечные свойства изолята влияют следующие факторы: температура, рН, давление, органические и неорганические экстрагенты.

В связи с этим, особенно важно строгое соблюдение технологического регламента. Воздействие данных факторов может приводить к разрушению и денатурации белков, образованию комплексных и даже токсичных соединений. Реализация процессов выделения и очистки в мягких условиях позволяет в значительной степени избежать негативного воздействия.

Наиболее перспективным для получения растительного протеина сырьем в РФ являются следующие культуры:

• 1)    Подсолнечник и люпин – после удаления масла содержание белка в шроте превышает 50%.

• 2)    Горох – как бобовая культура, горох изначально имеет относительно высокое содержание белка (в среднем 26% в семенах товарных партий), а также содержит в себе другой востребованный пищевой ингредиент – крахмал.

Подсолнечник и горох имеют массовое производство и большие посевные площади в РФ, а производство низко алкалоидных сортов люпина набирает популярность в Центральночерноземном регионе.

Вместе с тем, до настоящего момента комплексное изучение функциональнотехнологических свойств белковых препаратов подсолнечника и гороха в сравнении с соевым белком, выполненное по одним и тем же методикам и в одной лаборатории, проведено не было.

Данный факт не позволяет объективно оценить потенциал данных культур.

Наиболее перспективным представляется использование растительных белков в индустрии мясных колбасных изделий и полуфабрикатов, ключевыми качественными показателями и функциональнотехнологическими свойствами которых являются:

• •    содержание белка на абсолютно сухое вещество – ключевой показатель, обуславливающий пищевую ценность белкового ингредиента при внесении его в рецептуры продуктов питания;

• •    влагосвязывающая способность - способность белковых препаратов при участии гидрофильных остатков аминокислот осуществлять адсорбцию воды. Выражается как отношение количества белка к количеству связываемой им воды;

• •    жиросвязывающая способность - способность белковых препаратов при участии гидрофобных остатков аминокислот осуществлять адсорбцию жира. Выражается как отношение количества белка к количеству связываемого им жира;

• •    жироэмульгирующая способность -способность белков образовывать эмульсии за счет одновременного наличия гидрофильных и гидрофобных остатков аминокислот. В рамках данной статьи рассматриваются эмульсии «вода в масле». Жироэмульгирующая способность выражается как соотношение количества белка к эмульгируемому им количеству воды и масла;

• •    гелеобразующая способность - свойство белков в коллоидных растворах образовывать пространственную сетку, которая удерживает в себе молекулы воды. В рамках настоящей статьи характеризуется отношением количества белка к максимальному количеству воды, при добавлении которого образуется прочный гель.

Материалы и методы

Объектами исследований являются изо-ляты белка сои, гороха, подсолнечника и люпина.

Массовую долю белка определяли по ГОСТ 1084691 «Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка», при этом коэффициент пересчета содержания азота на белок принимался равным 6,25 как для масличных культур.

Оценку жиросвязывающей, жироэмульгирующей, гелеобразующей способностей у исследуемых белковых препаратов определяли при различных термических состояниях: без тепловой обработки (холодный способ) и с тепловой обработкой при температуре 80 °С (горячий способ).

При определении влагосвязывающей способности (ВСС) использовали метод, основанный на выделении жидкой фазы под действием центробежной силы из суспензий (белковый препарат + вода), находящихся в фиксированном положении, согласно ГОСТ 336922015.

Расчет ВСС осуществляли по формуле:

,  ,   100- т, (гт - mA

ВСС (%) =----31, m4

где m 1 – масса воды в навеске, г; m 2 – масса выделившейся жидкости, г; m 3 – масса сухого остатка в выделившейся жидкости, г; m 4 – масса белкового препарата в навеске, г.

Определение жиросвязывающей способности (ЖСС) проводилось методом, основанный на выделении жировой фазы под действием центробежной силы из суспензий (белковый препарат + масло), находящихся в фиксированном положении, согласно ГОСТ 336922015.

Для расчета ЖСС использовали формулу: ,  .  100-тАт. - mA жсс (%) =----|  ;—3-А m4

где m 1 – масса масла в навеске, г; m 2 – масса выделившегося масла, г; m 3 – масса белкового препарата в навеске, г.

Определение жироэмульгирующей способности (ЖЭС) заключалось в приготовлении эмульсии (вода + масло + белковый препарат) и под действием центробежной силы отделение жидкой фазы (воды или масла), согласно ГОСТ 336922015. Результат выражался в граммах воды и масла на 1 грамм белка.

Гелеобразующую способность (ГО) определяли согласно ГОСТ 336922015. Расчет гелеобразующая способность осуществлялся по формуле:

ГО (% ) =100m, m где m1 – масса воды, г; m2 – масса белкового препарата, г.

Результаты и обсуждение

Получены результаты основных функциональнотехнологический свойств белковых изолятов для обоснования использования их в индустрии мясных колбасных изделий. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Функционально-технологические свойства белковых изолятов

Table 1.

Functional and technological properties of protein isolates

Показатель Indicator	Изолят соевого белка Soy Protein Isolate	Изолят горохового белка Pea Protein Isolate	Изолят подсолнечного белка Sunflower Protein Isolate	Изолят люпинового белка Lupin Protein Isolate
Содержание белка на а.с.в.,%, не менее Protein content%, not less	90	85	90	90
ВСС (ХС),% | WHC,%	680	433	334	250
ВСС (ГС),% | WHC,%	800	427	392	250
ЖСС (ХС),% | ZHSS,%	119,5	83	59	110
ЖСС (ГС),% | ZHSS,%	119,6	78	57	104
ЖЭС (ХС),% | ZHES,%	1:7:7	1:5:5	1:4:4	1:3:3
ЖЭС (ГС),% | ZHES,%	1:8:8	1:5:5	1:5:5	1:3:3
ГО (ХС),% | TH,%	600	250	300	200
ГО (ГС),% | TH,%	600	300	400	150

Примечание: ХС – холодный способ; ГС – горячий способ Note: CM – cold method; HM – hot method

Наилучшими функциональнотехнологическими свойствами (ВСС (ХС И ГС) 680% и 800% соответственно, ЖСС (ХС И ГС) 119,5% и 119, 6% соответственно, ЖЭС (ХС И ГС) 1:7:7 и 1:8:8 соответственно, ГО (ХС И ГС) 600% и 600% соответственно) и содержанием белка (не менее 90%) ожидаемо обладает соевый изолят. Гороховый изолят имеет второе после соевого белка значение ВСС – 433% (ХС) и 427% (ГС). Влагосвязывающая способность является важнейшим показателем белка как пищевого ингредиента для производства мясных колбасных изделий и полуфабрикатов, так как она определяет возможную степень гидратации белкового препарата в рецептуре. При этом содержание белка в гороховом изоляте (не менее 85%) несколько уступало остальным рассматриваемым белкам, что, повидимому, связанно с невозможностью полностью очистить гороховый изолят от крахмала в процессе производства. Кроме того, согласно общепринятой в отрасли классификации, белковый препарат с содержанием протеина менее 90% не может считаться изолятом, хотя для горохового белка как правило делаются исключения.

Подсолнечный изолят уступал соевому и гороховому практически по всем параметрам, превосходя гороховый белок только по ГО способности. Данное свойство дает изоляту подсолнечного белка конкурентное преимущество перед гороховым в тех рецептурах, где растительный белок выполняет стабилизирующую функцию.

Наихудшими функциональнотехнологическими свойствами из всех исследуемых белковых препаратов обладал изолят люпинового белка. Низкая влагосвязывающая способность и слабые гелеобразующие свойства позволяют применять его в рецептурах мясных колбасных изделий и полуфабрикатов только в сочетании с другими видами белков (например, соевым), либо с пищевыми добавками.

Заключение

Все исследуемые изоляты растительного белка обладают функциональнотехнологическими свойствами, позволяющими рассматривать их использование в рецептурах мясных колбасных изделий и полуфабрикатов.

Для повышения экономической эффективности применения белковых препаратов гороха, подсолнечника и люпина представляется целесообразным разработать технологии модификации их функциональнотехнологических свойств (в первую очередь влагосвязывающей, жироэмульгирующей и гелеобразующей способностей) с целью доведения их до показателей соевого белка.