Изменение химического состава высокобелковых бобовых культур при проращивании и технологические возможности их применения в функциональных пищевых системах

Автор: Антипова Л.В., Ибрагимова О.Т., Плотников В.Е., Плотникова И.В.

Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet

Рубрика: Пищевые системы

Статья в выпуске: 3 (105) т.87, 2025 года.

Бесплатный доступ

Среди источников растительного белка чечевица имеет ряд существенных преимуществ, прежде всего связанных с ботаническими свойствами, пищевой и биологической ценностью зерен, которые превосходят аналогичные показатели по сравнению с соей. Биомодификация химического состава в процессе проращивания позволяет нивелировать имеющиеся недостатки в органолептических свойствах, повысить биологическую ценность и довести до минимума содержание антиалиментарных веществ. В пророщенном зерне значительно увеличивается содержание витаминов, наиболее дефицитных аминокислот, снижается уровень содержания олигосахаридов. Настоящее исследование детально анализирует процесс биомодификации чечевицы в ходе проращивания. Установлено, что оптимальным для технологической обработки является 3-4-суточный период проращивания, при котором достигается максимальная биологическая активность зерна при улучшении его органолептических и без потери структурных свойств. Экспериментально подтверждено, что в результате проращивания происходит значительная трансформация химического состава семян: содержание белка увеличивается с 26,15 до 29,56 г/100 г, а общий пул незаменимых аминокислот возрастает на 40,5 %, при этом особенно заметно повышение концентрации незаменимых аминокислот – на 60,7 %, таких как валин, изолейцин и метионин. Параллельно снижается уровень олигосахаридов (с 5% до 3,4%), вызывающих кишечный метеоризм, что значительно улучшает переносимость продукта. Дополнительным преимуществом является возможность дальнейшего обогащения сырья микроэлементами, в частности, йодом, на стадии проращивания. На основе биомодифицированного сырья обоснованы и запатентованы режимы и параметры получения безлактозных молочных продуктов растительного происхождения: молока, сыра и замороженного десерта. Проведенная сравнительная оценка аминокислотного скора и биологической ценности (БЦ) демонстрирует превосходство разработанных продуктов из чечевицы над соевыми аналогами. Установлено, биологическая ценность чечевичного сыра составила 69,9%, значительно превысив показатель традиционного тофу (34,6%), что свидетельствует о лучшей сбалансированности аминокислотного состава и более высоком потенциале биосинтеза собственного белка в организме. Готовые продукты, характеризующиеся сбалансированным составом, низким содержанием аллергенов и отсутствием лактозы, рекомендуются для широкого круга потребителей, включая пожилых людей, детей, нуждающихся в диетотерапии, а также лиц с непереносимостью лактозы и приверженцев здорового образа жизни. Разработанные технологии открывают перспективы для создания новых ассортиментных линеек функциональных продуктов питания отечественного производства.

Еще

Растения, белок, биомодификация, чечевица, зерно, проращивание, молочные продукты, здоровое питание

Короткий адрес: https://sciup.org/140313114

IDR: 140313114   |   УДК: 640   |   DOI: 10.20914/2310-1202-2025-3-56-65

Текст научной статьи Изменение химического состава высокобелковых бобовых культур при проращивании и технологические возможности их применения в функциональных пищевых системах

Значение растений в жизнедеятельности и жизнеобеспечении человека трудно переоценить. Их разнообразие и функции очевидны и поразительны. Растения распространены на суше, в океанах и в пресной воде. Они существуют на нашей планете миллионы лет. Предполагается, что существует около 300000 видов, среди которых 85–90% – цветущие. Они привлекали внимание испокон веков из-за наличия в их составе функциональных биологически активных веществ, значение которых очевидно и используется человеком благодаря влиянию на организм и здоровье. В настоящее время идентифицированы и использованы такие функциональные вещества, содержащиеся в растениях, как: алкалоиды, гликозиды, полисахара, эфирные масла, органические кислоты, пектиновые вещества, антибиотики, кумарины хиноны, флавоноиды, соланины, дубильные вещества, минеральные соли, пигменты и т. п. Перечень биологически активных веществ постоянно пополняется и расширяется.

Рисунок 1. Значение растительных белков в производстве продуктов питания

Figure 1. Importance of plant proteins in food production

Относительно недавно возник и развивается интерес к растениям как к источникам белка. В настоящее время можно сформировать преимущества растительных белков в питании на основании обобщения имеющегося опыта [1–4].

Среди множества видов растений – источников белка заметное место занимают бобовые из-за высокой массовой доли белка в семени. На современном мировом рынке безусловным лидером является соя, индустриально освоенная в Америке и ряде других развитых стран. По данным разных авторов в семенах этой культуры может накапливаться от 30 до 50% белка. Белки сои неоднородны по структуре и функциям, в том числе оказывают и неблагоприятное влияние на организм человека (антиа-лиментарные вещества) [4–6]. Зерна и их технологические формы (мука, концентраты, изоляты) широко распространены в технологиях пищевых продуктов [7–10]. Особое внимание к белкам сои обусловлено доступностью сырья (с 1 га можно получить до 731 кг белка), уникальностью химического состава, высокой пищевой и биологической ценностью и технологической функциональностью, а также большим историческим опытом использования в питании.

Проблема обеспечения страны продуктами переработки сои имеет общегосударственную значимость, что в совокупности со значительным размерами и низкой насыщенностью российского рынка нетрадиционными источниками растительного белка создает предпосылки для развития отечественной индустрии по разработке и переработке перспективных источников с целью получения пищевых белковых добавок и препаратов. В настоящее время имеется информация о белках пшеницы, гороха, фасоли, нута, люцерны, люпина, амаранта, рапса и др. [11–16].

Среди отечественных источников растительного белка чечевица заслуживает особого внимания. Чечевица (лат. Lens ) – род травянистых растений семейства Бобовые, включающий несколько видов из средиземноморья, Малой Азии, Закавказья и Средней Азии (всего 7 видов). В культуре – один вид: чечевица пищевая ( Lens culinaris ). Родина чечевицы – Южная Европа и Западная Азия, где ее возделывают с эпохи неолита. В России чечевица возделывается главным образом в черноземных областях, но преимущественно в юго-западном крае. Период ее развития 100– 130 дней, она содержит большое количество легкоусвояемого организмом белка (86%). Ее урожайность составляет 12,2–27,6 ц с 1 га. Она богата незаменимыми аминокислотами, характерна минимумом содержания липидов [17, 18].

В настоящее время активизировались исследования по разработке белковых субстанций на основе чечевицы и их применению в различных отраслях пищевой индустрии. [17–21]. Интерес к чечевице как к отечественному источнику растительного белка, подкрепляется сравнительными данными, приведенными в таблице 1.

Из данных таблицы 2 видно, что чечевица выгодно отличается от сои меньшим количеством ингибиторов ферментов организма. В ней идентифицирован только ингибитор трипсина, в то время как в сое их 3.

В таблице 3 приведена сравнительная характеристика углеводного состава зерен обоих видов, откуда видно, что чечевица содержит незначительное количество олигосахари-дов-антиалиментарного фактора, вызывающего кишечный метеоризм.

Таблица 1.

Общая сравнительная характеристика бобовых культур

General comparative characteristics of legumes

Table 1.

Показатель Index

Чечевица | Lentils

Соя | Soybeans

Высота растения Plant height

Растение высокое (40–75 см) Plant is tall (40–75 cm)

Растение от карликового (20–25 см) до высокого 9до 2 м)

Plants range from dwarf (20–25 cm) to tall (9–2 m)

Форма и размеры листочков

Leaf shape and size

Крупные, овальные, резко удлиненные (15–27 см) Large, oval, sharply elongated (15–27 cm)

Крупные, овальные, удлиненные Large, oval, elongated

Размеры и окраска цветков

Flower size and color

Мелкие (7–8 мм), белые и реже голубые Small (7–8 mm), white and, rarely, blue

Мелкие (7–10 мм), белые или фиолетовые, собранные в соцветия

Small (7–10 mm), white or purple, collected in inflorescences

Форма и размеры бобов Bean shape and size

Средней величины (15–20 мм), обычно плоские Medium-sized (15–20 mm), usually flat

От узких до широких (0,5–1,4 см), от коротких до длинных (2,6 см)

From narrow to wide (0.5–1.4 cm), from short to long (2.6 cm)

Форма и размеры семян Seed shape and size

Округлые, сплюснутые, с острыми ребрами, диаметром 5–9 мм

Rounded, flattened, with sharp ribs, 5–9 mm in diameter

Овально-удлиненные, реже шаровидные, длиной 5–13 см, шириной 4,0–8,5 см Oval-elongated, rarely spherical, 5–13 cm long, 4.0–8.5 cm wide

Окраска семядолей Cotyledon color

Желтые, редко оранжевые Yellow, rarely orange

Желтые, реже зеленые, коричневые и черные Yellow, rarely green, brown, and black

Масса 1000 семян, г 1000-seed weight, g

12–18

120–230

Район возделывания

в России

Cultivation area in Russia

Центральный, Центрально-Черноземный, ВолгоВятский районы, Поволжье и менее Западная Сибирь

В основном Дальний Восток и менее в Краснодарском и Ставропольском краях

Длительность произрастания, дней Growth period, days

90–180

75–200

Урожайность, ц/га Yield, c/ha

12–28

5–16

Массовая доля компонентов в составе семян, % | Mass fraction of components in the composition of seeds, %

Белок | Protein

32,00

40,00

Жир | Fat

1,17

21,30

Углеводы | Carbohydrates

53,70

26,00

Зола | Ash

3,30

5,80

Влага | Moisture

12,33

7,40

Минеральные элементы, мг/100 г | Mineral elements, mg/100

Na

55,00

6,00

K

672,00

1607,00

Ca

83,00

248,00

Mg

80,00

226,00

Fe

11,80

15,00

P

390,00

603,00

Витамины, мг/100 г | Vitamins, mg/100 g

Β-каротин

0,03

0,07

В1

0,50

0,94

В2

0,21

0,22

РР

1,80

2,20

Энергетическая ценность, ккал/100г Energy value, kcal/100g

346,00

462,00

Таблица 2.

Ингибиторы ферментов сои и чечевицы

Table 2.

Soy and lentil enzyme inhibitors

Соя | Soybeans

Чечевица | Lentils

Ингибиторы Inhibitors

Действие Action

Ингибиторы Inhibitors

Действие Action

Ингибиторы протеазы Protease inhibitors

Протеаза снижает усвоение белков, может вызвать гипертрофию поджелудочной железы Protease reduces protein absorption and can cause pancreatic hypertrophy.

Ингибитор трипсина Trypsin inhibitor

Трипсин синтезируется в поджелудочной железе, катализирует гидролиз белков и пептидов

Trypsin is synthesized in the pancreas and catalyzes the hydrolysis of proteins and peptides.

Ингибитор уреазы

Urease inhibitor

Уреаза, находясь в кормах для с/x животных, осуществляет гидролиз мочевины с образованием аммиака и углекислого газа, что отравляет организм животных

Urease, found in livestock feed, hydrolyzes urea to form ammonia and carbon dioxide, which poisons the animals.

Ингибитор липоксигеназы Lipoxygenase inhibitor

Липоксигеназа при хранении в кормах образует альдегиды и кетоны, которые придают корму специфический неприятный запах и вкус. Lipoxygenase, when stored in feed, forms aldehydes and ketones, which impart a specific unpleasant odor and taste.

Таблица 3.

Сравнительная характеристика углеводного состава зерен бобовых

Table 3.

Comparative characterization of the carbohydrate composition of legume grains

Показатель | Index

Соя Soybeans

Чечевица Lentils

Всего углеводов, % от массы Total carbohydrates, % by weight

17%

20%

Моно- и дисахариды, % от общего количества углеводов Mono- and disaccharides, % of total carbohydrates

11,4%

5%

Сахароза, % от общего количества углеводов

Sucrose, % of total carbohydrates

5,1%

3,1%

Крахмал, % от общего количества углеводов Starch, % of total carbohydrates

25,5%

75%

Клетчатка, % от общего количества углеводов Fiber, % of total carbohydrates

54%

16,3%

Олигосахариды, % от общего количества углеводов Oligosaccharides, % of total carbohydrates

4%

0,6%

Наличие специфического запаха, ингибиторов пищеварительных ферментов, олигосахаридов сдерживают широкое применение в составе ряда пищевых продуктов. Вместе с тем известно, что в процессе проращивания зерен значительно активируются ферментные системы, осуществляющие биомодификацию

Объекты и методы

Пророщенные зерна чечевицы использовали в качестве объекта исследования при получении безлактозных молочных продуктов (молоко, сыр, десерт) растительного происхождения.

В ходе экспериментальных исследований применили современные методы исследования, нормативные документы, действующие в отраслях пищевой индустрии, а именно в молочной промышленности [22–28].

В качестве объекта исследования использовали пророщенную чечевицу в течение 3–4 суток. Зерна чечевицы приобретали в супермаркетах г. Воронеж. На первом этапе экспериментальных исследований чечевицу замачивали в воде и выдерживали в течение 8 дней при температуре +4 ℃, фиксировали длину ростков, органолептические и функционально-технологические свойства. Установлено, что после 1-x суток проращивания зерна набухают, ростки не обнаружены. Через 3 суток появлялись ростки длиной 2 мм, на 6 сутки их длина достигла 6 мм, на 8 сутки – 7–8 мм. На последних стадиях проращивания зерна утрачивали твердость, ухудшались исходные органолептические и физикохимические свойства, что мало приемлемо для технологии пищевых продуктов.

Сравнительный химический состав зерен чечевицы до проращивания и после представлен в таблицах 4 и 5.

химического состава, нивелирующие нежелательные свойства исходных объектов.

Таблица 4.

Химический состав семян до и после проращивания чечевицы

Table 4.

Chemical composition of lentil seeds before and after lentil germination

Показатели Index

Суточная потребность

Суточная потребность

Содержание, в 100г продукта Contents per 100g of product

До проращивания Before sprouting

После проращивания After sprouting

Белок, г | Protein, g

85

26,15

29,56

Жир, гvFat, g

102

1,2

1,1

Углеводы, г в том числе глюкоза Carbohydrates, g including glucose

69,5 | 24

53,7 | 8,45

1,06 | 13,64

Олигосахариды: | Oligosaccharides:

5

3,4

Крахмал | Starch

33,8

24,12

Клетчатка | Fiber

3,65

3,04

Зола | Ash

3,65

3,31

Влага | Moisture

12,33

18,1

Минеральные вещества, мг | Mineral components, mg

Ca

83,07

84,23

84,62

P

210

401,16

400,3

Mg

43,2

78,9

76,3

Fe

8,26

12,06

12,32

Na

359

56,12

55,91

K

572,3

659,18

659,51

Витамины, мг | Vitamins, mg

В1

0,2

0,5

0,78

В2

0,2

0,21

0,48

РР

19,42

1,8

2,21

С

11,7

0,04

b-каротин

0,28

0,03

0,08

Таблица 5.

Изменение аминокислотного состава до и после проращивания чечевицы

Table 5.

Changes in amino acid composition before and after lentil germination

Аминокислота, мг/100 г Amino acid, mg/100 g

Содержание в зернах | Content

До проращивания Before sprouting

После проращивания After sprouting

Незаменимые | Not replaceable

10561

16971

Val

802

1560

Isol

1049

1748

Lec

2437

3045

Tyr

923

989

Lys

2398

2787

Met

451

719

Tre

1274

1847

Tri

169

298

Phe

1061

1412

Заменимые и полузаменимые

Replaceable and semi-replaceable

12747

15768

Cys

923

1087

Ala

412

523

Arg

1960

2213

Hys

664

946

Аспаргиновая кислота | Aspartic acid

2237

3486

Gly

1109

1759

Глутаминовая кислота | Glutamic acid

3630

3897

Pro

822

946

Ser

987

989

Сумма аминокислот | Sum

26150

29560

Лимитирующие аминокисоты | Limit

Метионин + триптофан

Метионин + триптофан

Рисунок 2. Возможные пути использования пророщенной чечевицы

Figure 2. Possible uses for sprouted lentils

Хлебобулочные изделия: хлеб, пряники и пр.

Аналоги молочным

продуктам: десерты, йогурты, сыры, молоко

Применение в пищевой

промышленности

Мясорастительные консервы, паштеты, фаршевые продукты

Самостоятельное

применение: гарнир, салат с пророщенным зерном

Грубоизмельч. колбасы п/к и в/к, ветчинные изделия, эмульгированные продукты

Витаминные напитки, коктейли

Установлено, что в процессе проращивания при использовании питательных субстратов возможно усилить полезные свойства чечевицы. Например, при использовании растворов KT возможно получение йодообогащенных белков. Технология йодирования чечевицы реализуется на стадиях:

Промывка и очистка зерен чечевицы от посторонних примесей в холодной воде, t = 4–5 ℃

Замачивание зерен чечевицы в питательном растворе йода калия (концентрация соли 10г/л) при t 10–12 ℃, T = 10 ÷ 12 ч. соотношение зерна: раствор = 1 : 4

Удаление питательного раствора йодида калия, проращивание зерен в воде при t = 4–6 ℃ в течение 7–8 дней при периодическом орошении раствором йодида калия

Измельчение пророщенных зерен в воде, гидромодуль 1:2

Экстрагирование водой, t = 20÷22 ℃, T = 2,0–2,5 ч

Фильтрование смеси

Термообработка, t = 80 ℃, T = 2 мин

Охлаждение до t = 4–6 ℃

Розлив растительного молока, хранение

Полученный продукт содержит 50–60% суточную норму йода и может использоваться для профилактики и лечения йодной недостаточности. Сравнительная оценка свойств молока растительного и коровьего представлена в таблице 6

Таблица 5.

Химический состав молока

Table 6.

Chemical composition of milk

Показатели Index

Молоко | Milk

чечевичное lentil

соевое soy

коровье cow

Белок, г | Protein, g

3,25

3,01

3,30

Жир, г | Fat, g

0,70

1,99

3,55

Угдеводы, г, в т.ч.

Carbohydrates, g (including)

3,4

4,31

4,80

Лактоза, г | Lactose, g

4,6

Рафиноза, мг | Raffinose, mg

0,5

0,69

Стахиоза, мг | Stachyose, mg

2,1

3,62

Вербаскоза, мг | Verbascose, mg

0,8

Энергетическая ценность, кДж | Energy value, kJ

137,6

197,4

269,2

В последнее время в мире, в том числе и в России значительно возрос интерес к растительным сырам, где явные приоритеты принадлежат сырам типа «Тофу». На основе чечевичного молока авторами предложена и запатентована технология мягкого сыра:

Чечевичное молоко из пророщенных зерен

Внесение функциональных ингредиентов, перемешивание до однообразного состояния при гидромодуля 1:1,8

Приготовление раствора агар-агара (10г порошка в 200мл кипяченой воды)

Перемешивание до однородного состояния

Разлив в формы, созревание, t = 4–6 о С

Упаковка

В процессе реализации технологических этапов применяли орехи кешью, уксусную кислоту, комплексную пищевую добавку «Сырный порошок Чеддер», а также различные специи. Специфичность состава применяемых ингредиентов позволяет разнообразить органолептические свойства, а следовательно, создать ассортиментную линейку широкого потребительского спроса. Химический состав полученного продукта представлен в таблице 7.

Таблица 6.

Сравнительные показатели растительных сыров

Table 7.

Comparative performance of vegetable cheeses

Показатель Index

Растительные сыры Vegetable cheeses

чечевичный lentil

Продукт белковый рассол, тофу натуральный Protein product brine, natural tofu

Жир, % | Fat, %

9,5

11,2

Белок, %

| Protein, %

6,0

18,0

Влага, % |

Water, %

72,6

70,0

рН

5,60

6,85

Особенности рецептурного состава чечевичного молока и состава используемых ингредиентов обеспечивают достаточно низкий уровень содержания белка по сравнению с сыром «Тофу». Однако сбалансированность белков по аминокислотному составу (расчёт по акад. Линатову Н.Н.) в чечевичном сыре в сравнении с аналогом из сои говорит о преимуществах предлагаемого технологического решения (таблица 7). К тому же чечевичный сыр приближен по рН 5,6 к аналогам животного происхождения, тогда как «Тофу», имея рН 6,85, скорее воспринимается на вкус как что-то иное.

Таблица 7.

Аминокислотный состав и расчетные значения их аминокислотного скора

Table 8.

Amino acid composition and calculated values of amino acid score

Аминокислота

Amino acid

Шкала ФАО/ВОЗ, г/100г белка FAO/WHO scale, g/100 g protein

Содержание не г/1

Essential ami

заменимых аминокислот, 0г белка (Aj)

no acid content, g/100 g rotein (Aj)

Аминокислотный скор, % (Сj) Amino acid score, % (Cj)

Чечевичный сыр Lentil cheese

Продукт белковый РОССОЯ тофу натуральный ROSSOYA natural tofu protein product

Чечевичный сыр Lentil cheese

Продукт белковый РОССОЯ тофу натуральный ROSSOYA natural tofu protein product

Val

5,0

4,92

4,71

4,92/5 = 98

4,71/5 = 94

Isol

4,0

4,09

4,7

4,09/4 = 102

4,7/4 = 117

Ley

7,0

7,26

8,15

7,26/7 = 103

8,15/7 = 116

Lys

5,5

5,82

6,03

5,82/5,5 = 105

6,03/5,5 = 109

Met

3,5

3,08

1,25

3,08/3,5 = 88

1,25/3,5 = 35

Tre

4,0

3,54

3,83

0,6/1 = 0,6

3,83/4 = 95

Try

1,0

0,6

1,47

4,65/6 = 77

1,47/1 = 147

Phe

6,0

4,65

5,43

3,54/4 = 88

5,43/6 = 90

Различие аминокислотного скора j-той аминокислоты, % | Difference in the amino acid score of that amino acid, %

Чечевичный сыр | Lentil cheese

Продукт белковый РОССОЯ тофу натуральный ROSSOYA natural tofu protein product

Isol

102 – 60 = 42

117 – 35 = 82

Ley

103 – 60 = 43

116 – 35 = 81

Lys

105 – 60 = 45

109 – 35 = 74

Met

88 – 60 = 28

35 – 35 = 0

Tre

88 – 60 = 28

95 – 35 = 60

Try

60 – 60 = 0

147 – 35 = 112

Phe

77 – 60 = 17

90 – 35 = 55

Val

98 – 60 = 38

94 – 35 = 59

КРАС, %

241 / 8 = 30,1

5223 / 8 = 65,4

БЦ, %

100 – 30,1 = 69,9

100 – 65,4 = 34,6

Биологическая ценность белков чечевичного сыра наиболее приближена к шкале ФАО/ВОЗ, она выше по сравнению с соевыми аналогами. Это доказывает, что новый предлагаемый отечественный продукт в наибольшей степени может обеспечить биосинтез полноценного собственного белка в организме. Десерты в современном отечественном рынке продовольствия занимают достаточно объемный сегмент. На основе чечевичного молока (в том числе йодированного), обоснована и запатентована технология производства замороженного десерта.

Сравнительный анализ десертов (чечевица и соя) показал, что чечевичный замороженный десерт обладает минимальными отклонениями по вкусу и запаху от натуральных аналогов по сравнению с соевыми продуктами, превалирующими на рынке. Анализ состава незаменимых аминокислот, расчет биологической ценности показывает очевидные преимущества отечественного продукта (таблица 8). Чечевичный замороженный продукт наиболее приближен к данным аминокислотного состава идеального белка, превышая аналогичные показатели соевого замороженного десерта на 15–16%.

Исследование микробиологических показателей и требований безопасности к пищевым продуктам позволяет сделать вывод о реальных перспективных новых ассортиментных линеек безлактозных продуктов питания отечественного производства.

Учитывая корректировку химического состава и актуальность возможных и современных путей использования растительных белков в питании, сформированы перспективные направления для пророщенных зерен чечевицы (рисунок 2)

Среди продуктов здорового питания в последнее время большой популярностью пользуются безлактозные молочные продукты растительного происхождения. Исходя из данных потребительского спроса актуализированы молоко, сыры десерты.

Технология чечевичного молока реализована в опытно-промышленных условиях, характерна новизной технического решения и запатентована. В ходе экспериментальных исследований доказана возможность повышения биологической ценности и получения продукта функционального назначения путем дополнительного йодирования растительного молока на этапах технологии его получения (рисунок 3).

Заключение

Реализация разработанных технологических схем и анализ готовых изделий подтвердили преимущества отечественного источника белков растительного происхождения в создании безлактозных пищевых продуктов широкого потребительского спроса.