Изучение биологической ценности пептона, полученного из вторичного рыбного сырья

Для населения России остро стоит вопрос о недостаточном количестве полноценного легкоусвояемого белка в рационе питания. Белок в нашем организме выполняет ряд важнейших ключевых функций, и нарушение белкового обмена может привести к развитию серьезных заболеваний, особенно если дефицит потребления белка возникает в детском возрасте, когда организм особенно чувствителен к его качеству и количеству. В природе существуют всего несколько равноценных источников белка наивысшей биологической ценности: молоко, яйцо, мясо, рыба и соевые белки. Ограниченность природных ресурсов приводит к тому, что прирост объемов производимого животного белка отстает от растущих потребностей населения.

Возникает необходимость в разработке новых технологий по выработке нетрадиционных для рыбной промышленности белковых продуктов – пептонов, которые с успехом могут быть использованы в качестве белкового компонента продуктов питания, кормов сельскохозяйственных животных, птиц, объектов аквакультуры, питательных и диагностических микробиологических сред, фармацевтической и косметической продукции [1; 2]. Создание новых видов продуктов питания на основе пептонов отчасти позволит решить не только проблему загрязнения окружающей среды, но и проблему дефицита белка.

Пептоны представляют собой крупные белковые фрагменты, которые образуются в процессе гидролиза. Это белоксодержащий продукт, количество "общего" белка в котором не менее 85 %, а "истинного" белка – не менее 75 %, т. е. белковый изолят [3].

Рыбы семейства тресковых (лат. Gadidae) – традиционный объект промысла в Баренцевом море и сопредельных водах. Благодаря широкому ареалу распространения, массовости и доступности для вылова химический состав их хорошо изучен. Среднее содержание белка в мышечной ткани тресковых колеблется в пределах 16–18 % [4; 5]. Компонентный состав тканей характеризуется низким содержанием жира (менее 1 %). Отходы от разделки на филе включают в себя: кожные покровы и чешую, плавники, реберные кости, позвоночную кость, голову, внутренности и хвост. Рыбные отходы составляют важный резерв продовольственного сырья, который часто недооценивают [6; 7]. Согласно "Единым нормам отходов, потерь, выхода готовой продукции и расхода сырья при производстве пищевой продукции из морских гидробионтов" (утв. Госкомрыболовства РФ 29.04.2002 г.) отходы от разделки на филе тресковых видов рыб составляют в среднем 57–64 % от массы промытой рыбы, поступившей на разделку. В то же время они содержат значительное количество белка. Рыбный белок является полноценным животным белком, содержащим все белковые аминокислоты, в том числе и незаменимые. Таким образом, рациональное использование их в качестве вторичного белкового сырья является актуальной задачей.

Потребность в белке – эволюционно сложившаяся доминанта в питании человека, обусловленная необходимостью обеспечивать оптимальный физиологический уровень поступления незаменимых аминокислот.

Качество белка – его биологическая ценность – определяется наличием в нем полного набора незаменимых аминокислот в определенном соотношении. Незаменимые представлены аминокислотами с разветвленной цепью углерода – лейцином, изолейцином и валином, ароматическими – фенилаланином, триптофаном и алифатическими – треонином, лизином и метионином. Так как из метионина и фенилаланина в организме синтезируются цистеин и тирозин соответственно, наличие в пище в достаточном количестве этих двух заменимых аминокислот сокращает потребность в незаменимых предшественниках. К частично заменимым аминокислотам относятся аргинин и гистидин, так как в организме они синтезируются довольно медленно. В гистидине особенно нуждается молодой растущий организм. Отсутствие в пище хотя бы одной незаменимой аминокислоты вызывает отрицательный азотистый баланс, нарушение деятельности центральной нервной системы, остановку роста и тяжелые клинические последствия типа авитаминоза. Нехватка одной незаменимой аминокислоты приводит к неполному усвоению других [8]. Известно, что при ферментативном гидролизе рыбных белков образуется смесь свободных аминокислот, ди-, три- и олигопептидов, увеличивается количество полярных групп и растворимость пептона, следовательно, изменяются функциональные характеристики белков, улучшая их функциональные свойства и биологическую ценность. Это имеет важное значение, если пептон используют в качестве ингредиентов продуктов питания [9].

Авторами разработана технология получения ферментативного рыбного пептона из отходов переработки рыб семейства тресковых [10], основанная на применении биохимического метода – ферментативного гидролиза. Целью работы является изучение качества рыбного пептона, полученного из мясокостных отходов трески, и оценка его биологической ценности.

Материалы и методы

Объектами исследования являлись:

• -    вторичное рыбное сырье – плечевые кости трески с прирезями мяса;

• -    ферментный препарат – протосубтилин Г3Х А-120, изготовленный в соответствии с ТУ 9291– 029–13684916–2010.

• -    рыбный пептон, полученный в процессе ферментативного гидролиза плечевых костей трески с прирезями мяса.

Рыбный пептон получали по разработанной авторами технологии с использованием ферментного препарата. Глубину гидролиза пептона контролировали по нарастанию в субстрате аминного азота, процесс прекращали путем инактивации фермента кипячением. Очистку раствора пептона от непрогидролизованного белка и фосфатов проводили постадийно методом подкисления и подщелачивания, отделяя плотную часть центрифугированием и фильтрацией. Полученный раствор высушивали сублимацией до содержания влаги 5–7 %.

При гидролизе в качестве фермента использовали протосубтилин Г3Х – ферментный препарат, полученный путем высушивания культуральной жидкости после глубинного выращивания культуры Bacillus subtilis. Он содержит в своем составе комплекс ферментов (нейтральные и щелочные протеиназы, альфа-амилазу, бета-глюканазу, ксиланазу и целлюлазу).

В работе использованы принятые в научных исследованиях химические и биохимические методы анализа. Массовую долю воды, жира, белковых веществ, хлористого натрия сырья и продукта определяли по ГОСТ 7636–85 ¹ . Содержание белковых веществ определяли с помощью автоматического анализатора азота/белка Pro-Nitro A по методу Кьельдаля. Содержание жира выявляли на аппарате Det-gras N по методу Сокслета.

Аминокислотный состав определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на базе химической лаборатории Испытательного центра продукции, сырья и материалов (г. Мурманск) по методике М-02-902-142-07. Метод заключается в расщеплении пептидных связей белка соляной кислотой или щелочью при нагревании, последующей модификации получаемых аминокислот фенилизотиоционатом, разделении фенилтиокарбамильных производных аминокислот на колонке с обращенной фазой с последующей регистрацией спектрофотометрическим детектором SPD-20AV на жидкостном хроматографе LC-20 Prominence фирмы Shimadzu.

Протеолитическую активность ферментного препарата определяли методом, основанным на спектрофотометрическом определении растворенных аминокислот и пептидов, образующихся при ферментативном гидролизе казеина [11].

Биологическую ценность определяли расчетными методами.

Аминокислотный скор (АКС) [12, 13] вычисляли по формуле:

АКС = ^ 1- - 100%,                                     (1)

m ₂

где m ₁ – содержание незаменимой аминокислоты в 1 г белка пептона, мг/г белка; m ₂ – содержание незаменимой аминокислоты в 1 г эталонного белка, мг/г эталонного белка.

Коэффициент рациональности (R c ) [14] вычисляли по формуле:

_R - £ A" K i R c "  £ A ^,

где A i – содержание незаменимой i-й аминокислоты, мг/г белка; K i – коэффициент утилитарности i-й аминокислоты.

K i рассчитывали по формуле:

^K i ⁼

AKC min

AKC _i ^,

где АКС _min – минимальный аминокислотный скор, %; АКС _i – аминокислотный скор i-й аминокислоты, %.

Результаты и обсуждение

В лаборатории кафедры технологий пищевых производств Мурманского государственного технического университета были получены образцы рыбного пептона из костно-мышечных отходов разделки трески.

В результате исследований химического состава использованного для получения пептона сырья установлено, что отходы от разделки на филе трески содержат 18,95 % белка и незначительное количество жира – 0,15 %.

Использованный при гидролизе ферментный препарат помимо комплекса ферментов содержит в своем составе поваренную соль, мел химически осажденный, кукурузную муку. Для уточнения заявленного качества протосубтилина проведена проверка его протеолитической активности. Исследованиями установлено, что протеолитическая активность препарата составляет 560,77 мкмоль TYR/г.

Полученный рыбный пептон представляет собой аморфный, мелкодисперсный порошок светлобежевого цвета, без запаха. Продукт гигроскопичен. Пептон обладает способностью к эмульгированию, пенообразованию, при растворении в воде дает опалесцирующие растворы, что подтверждает сохранение в продукте нативных свойств белка. В результате исследований химического состава установлено, что содержание белка в полученном пептоне составляет 92,27 %, массовая доля воды – 4,7 %, массовая доля хлористого натрия – 2,6 %, массовая доля жира – 0,3 %. По содержанию белка и физическим свойствам полученный продукт может быть отнесен к категории белковых изолятов – продуктов с содержанием белка более 85 %.

Результаты исследований аминокислотного состава рыбного пептона представлены в виде хроматограмм (рис. 1–3) и приведены в табл.

Рис. 1. Хроматограмма, полученная методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, выявляющая в составе рыбного пептона: асп – аспарагиновую кислоту, глу – глутаминовую кислоту, о-про – оксипролин, сер – серин, гли – глицин, гис – гистидин, арг – аргинин, тре – треонин, ала – аланин, про – пролин, тир – тирозин, вал – валин, иле – изолейцин, лей – лейцин, фен – фенилаланин, лиз – лизин

Рис. 2. Хроматограмма, полученная методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, выявляющая в составе рыбного пептона триптофан

Рис. 3. Хроматограмма, полученная методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, выявляющая в составе рыбного пептона серосодержащие аминокислоты: цис – цистеин, мет – метионин

Белки рыбного пептона характеризуются полным набором белковых аминокислот, в том числе и незаменимых. Суммарное количество аминокислот составляет 94,7 %, что практически совпадает с количеством белковых веществ в продукте. Таким образом, весь белок пептона можно рассматривать как "истинный". По нашему мнению, полученный рыбный пептон по праву может быть отнесен к категории белковых изолятов.

В минимальном количестве в белках пептона присутствует триптофан (4,0 мг/г белка), в максимальных – глютаминовая кислота (150,6 мг/г белка). В белках исследованного пептона значительно содержание такой незаменимой аминокислоты, как лизин, поэтому пептон можно рекомендовать в качестве добавки для обогащения неполноценных по лизину белковых продуктов, в частности растительных. В белке пептона содержатся все незаменимые аминокислоты, суммарное содержание которых составляет 40,8 %.

Зависимость функционирования организма от количества незаменимых аминокислот используется при определении биологической ценности белков химическими методами. Для оценки биологической ценности наиболее широко применяется метод Х. Митчела и Р. Блока [12], в соответствии с которым рассчитывается показатель аминокислотного скора и определяются лимитирующие аминокислоты.

Авторами проведена оценка биологической ценности полученного пептона. В качестве эталонного использован аминокислотный состав гипотетического белка согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (2007 г.) [13].

Результаты расчета биологической ценности пептона представлены в табл. и на рис. 4.

Таблица

Аминокислотный состав белков рыбного пептона

Аминокислота	Содержание, мг/г белка	Эталонные значения [13], мг/г белка	Аминокислотный скор (АКС), %	Коэффициент утилитарности (К i )
Триптофан*	4,0	6,0	66,8	1,00
Лизин*	93,8	45,0	208,6	0,32
Гистидин*	27,0	15,0	179,9	0,37
Треонин*	73,0	23,0	317,6	0,21
Цистеин	14,7	22,0 (метионин + цистеин)	151,2	0,44
Mетионин*	18,5
Валин*	44,3	39,0	113,7	0,59
Изолейцин*	42,3	30,0	140,9	0,47
Лейцин*	73,8	59,0	125,1	0,53
Тирозин*	20,0	38,0 (тирозин + фенилаланин)	134,3	0,50
Фенилаланин	31,0
Аргинин	82,7
Аспарагиновая кислота	93,3
Серин	54,5
Глютаминовая кислота	150,6
Пролин	49,2
Оксипролин	17,9
Глицин	86,0
Аланин	82,7
Сумма незаменимых аминокислот	407,7

* – незаменимые аминокислоты.

s s X л g а у

и рыбный пептон эталонный белок

Рис. 4. Содержания незаменимых аминокислот в рыбном пептоне и эталонном белке

В белке пептона единственной лимитирующей аминокислотой является триптофан, скор которого составляет 66,8 %.

Для оценки сбалансированности незаменимых аминокислот по отношению к эталонному белку рассчитывался коэффициент рациональности (Rc) продукта, который учитывает как недостаток, так и избыток незаменимой аминокислоты в белке, т. е. дает наиболее правдоподобную характеристику сбалансированности белка [14]. Коэффициент рациональности пептона Rc = 0,42, что характеризует его как достаточно сбалансированный белковый продукт. Полученные данные необходимо учитывать при разработке рецептур пищевых белковых продуктов, в том числе при создании концентратов для спортивного питания.

Заключение

В ходе проведенных работ получены следующие результаты:

• -    установлена возможность использования отходов от разделки на филе трески в качестве сырьевой базы для получения пептонов;

• -    определены химические и биохимические показатели, рассчитана биологическая ценность полученного пептона.

Исследования показали, что рыбный пептон характеризуется высоким содержанием аминокислот, сбалансированностью по семи незаменимым аминокислотам и наличием одной лимитирующей аминокислоты – триптофана. Полученный белковый продукт по содержанию белка и его свойствам соответствует категории белковых изолятов. Рыбный пептон может быть рекомендован для использования в пищевых целях в качестве белковой добавки в продукты питания, а также белковой составляющей в продуктах спортивного питания.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект 16-16-00076.