Методология оценки сбалансированности аминокислотного состава многокомпонентных пищевых продуктов
Автор: Лисин Петр Александрович, Мусина Ольга Николаевна, Кистер Ирина Владимировна, Чернопольская Наталья Леонидовна
Журнал: Вестник Омского государственного аграрного университета @vestnik-omgau
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 3 (11), 2013 года.
Бесплатный доступ
Аминокислоты являются важной составляющей продуктов питания. Они служат «кирпичиками», из которых состоят белки. Дефицит белка в организме приводит к нарушению его нормальной работы - потере памяти и ослаблению умственных возможностей, снижению сопротивляемости организма. Эффективность использования белка организмом человека определяется двумя основными параметрами: сбалансированностью по содержанию незаменимых аминокислот и отношению к белковому эталону. Кроме того, эффективностью обмена и утилизацией белка организмом человека. Творожный продукт с ягодными компонентами, спроектированный с помощью авторской программы «АМИНОСКОР», отвечает функциональным требованиям, предъявляемым к эталонному продукту для выбранной возрастной школьной группы. Разработанная методика компьютерного моделирования многокомпонентных пищевых продуктов позволяет целенаправленно и оперативно разрабатывать продукты со сбалансированным аминокислотным составом.
Аминокислоты, творожный продукт, многокомпонентный пищевой продукт, компьютерное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/142199418
IDR: 142199418
Текст научной статьи Методология оценки сбалансированности аминокислотного состава многокомпонентных пищевых продуктов
В результате дефицита белка в организме нарушается его нормальная работа – происходит потеря памяти и ослабление умственных возможностей, снижение сопротивляемости организма. В то же время избыток белка в организме приводит к перегрузке работы органов, в первую очередь это относится к функционированию печени и почек. Минимальная суточная потребность взрослого человека в полноценном белке составляет 30–40 г в сутки.
Ценность белка для организма человека определена двумя основными параметрами: его сбалансированностью по содержанию незаменимых аминокислот и отношению к белковому эталону, кроме того, эффективностью обмена и утилизацией белка организмом человека.
В работах отечественных и зарубежных ученых отмечено, что достижение уровня сбалансированности состава пищевых продуктов возможно только за счет их многокомпонент-ности [1, 2, 4, 5]. Создание многокомпонентных продуктов продиктовано возможностью регулирования химического состава продуктов в соответствии с современными требованиями науки о питании. Для моделируемых многокомпонентных молочных продуктов должно быть характерно максимальное приближение к эталону нутриентным составом.
К общим методам оценки аминокислотного состава следует отнести методику сравнения сбалансированности аминокислотных шкал исследуемого и эталонного белков.
Объекты исследования
Развитие систем оценки сбалансированности белка привело к разработке целого комплекса математических зависимостей, отражающих отдельные качественные оценки нутри-ентной сбалансированности многокомпонентных пищевых продуктов [1, 2, 3, 4].
Авторы разработали методологию моделирования продуктов питания функционального назначения с использованием современных математических информационных технологий. На примере разработки рецептуры многокомпонентного творожного продукта проведена оценка сбалансированности по аминокислотному составу.
Результаты исследований и их анализ
В соответствии с фундаментальным законом Либиха функционирование живых орга- низмов определяется тем незаменимым веществом, которое присутствует в наименьшем количестве; данное вещество лимитирующее. Следует иметь в виду, что в продукте (или рационе) должна содержаться строго определенная норма пищевого нутриента - витамина, макро-микроэлемента и аминокислоты. При нижедопустимой норме данного элемента или его существенном превышении говорят о несбалансированности продукта (или рациона). В каждом из приемов пищи должно содержаться достаточное количество незаменимых аминокислот для нормального течения процессов синтеза белка в оптимальных концентрациях и соотношениях. Зависимость функционирования организма от количества незаменимых аминокислот используется при определении биологической ценности белков. Отсутствие в пище даже одной незаменимой аминокислоты приводит к неполному усвоению других.
При выборе номенклатуры рецептурных компонентов исходили из положения: при моделировании необходимым условием является наличие в творожной композиции всех незаменимых аминокислот в физиологически обоснованном количестве, с учетом определенной возрастной группы населения [3, 4].
При такой постановке задачи оптимизация рецептур продуктов заключается в подборе компонентов и определении их соотношений, обеспечивающих максимальное приближение массовых долей нутриентов к принятым эталонам. В этом случае решение оптимизационных задач предполагает наличие априорной информации о массовых долях в рецептурной композиции аминокислот. К сожалению, в литературных источниках отсутствуют данные по аминокислотному составу ягодных компонентов [5, 6].
При учете биологической ценности белковых компонентов в научных исследованиях наиболее широкое распространение получили показатели и критерии, разработанные академиками Н.Н. Липатовым (мл) и И.А. Роговым, основанные на развитии принципа Митчелла — Блока. Используя данный принцип, сформулирован ряд показателей, которые позволяют оценивать аминокислотный состав и его сбалансированность в моделируемом продукте [1, 2, 3]. К широко применяемым относят: коэффициент утилитарности незаменимой аминокислоты, коэффициент рациональности аминокислотного состава, показатель сопоставимой избы- точности и индекс незаменимых аминокислот.
Коэффициент утилитарности j-й незаменимой аминокислоты (КУНА), доли ед., рассчитывается по формуле a,c Cmin/Cj, (1)
где C min - минимальный скор незаменимых аминокислот оцениваемого белка по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), % или доли ед.;
C j - скор j-й незаменимой аминокислоты по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), % или доли ед.
A j
Cj А • ,
Aэj где Aj - массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в продукте, г/100 г белка;
Aэj — массовая доля j-й незаменимой аминокислоты, соответствующая физиологически необходимой норме (эталону), г/100 г белка.
Коэффициент сбалансированности (разбалансированности) аминокислотного состава (КСАС) - U , численно характеризующий сбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), доли ед., рассчитывается по формуле [1]
nn
U = C mm£ А з) / S A j . j 1 j 1
Коэффициент разбалансированности аминокислотного состава (КРАС) — R , численно характеризующий разбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), доли ед. по формуле
n
n
n
R
C min Aэj / Aj
где R - показатель, характеризующий суммарную массу незаменимых аминокислот, не использованных на анаболические цели, в таком количестве белка оцениваемого продукта, которое эквивалентно их потенциально утилизируемому содержанию, 100 г белка-эталона.
Показатель «сопоставимой избыточности» — о (ПСИ) - содержания незаменимых аминокислот, характеризующий суммарную массу незаменимых аминокислот, не используемых на анаболические цели, в количестве белка оцениваемого продукта, эквивалентном их потенциально утилизируемому содержанию 100 г белка-эталона, устанавливают по формуле [1]
k
У . -С . * А . j min эj j1
С ■ min
Учитывая отклонение значений аминокислотного состава в продукте от эталонных, необходимо определить уровень данных отклонений. Для этого предлагается использовать показатель - коэффициент отклонения значений аминокислотного состава от эталонных (КОАС) -относительную величину, характеризующую суммарную относительную величину отклонений значений незаменимых аминокислот от соответствующих эталонных. КОАС рассчитывается по формуле nA A
КОАС j эj
A
j 1 A эj
Качественная оценка сравниваемых белков с помощью приведенных формализованных показателей заключается в том, что чем выше значения U или меньше значения R и КОАС (в идеале U = 1 : R = 0, КОАС = 0 ), тем лучше сбалансированы незаменимые аминокислоты и тем рациональнее они могут быть использованы организмом.
Другой метод определения биологической ценности белков заключается в определении индекса незаменимых аминокислот (ИНАК) . Его преимущество в учете количества всех незаменимых кислот в продукте. ИНАК рассчитывается по формуле
ИНАК n
Aэj
К показателям биологической ценности продуктов питания также относят:
отношение содержания незаменимых аминокислот (НАК) и общего азота белка (ОАБ) в 100 г белка, выраженное в граммах незаменимых аминокислот на 1 г азота, у белков с высокой биологической ценностью отношение НАК/ОАБ составляет не менее 2,5;
-
• количество (сумма) незаменимых аминокислот в 100 г белка должно быть не менее 40.
В качестве примера проведем качественную оценку сбалансированности аминокислот в многокомпонентном творожном продукте, сравнив расчетные данные с эталонными значениями незаменимых аминокислот, учитывая возрастную школьную группу от 10 до 12 лет. В табл. 1 приведена рецептура творожного продукта с ягодными наполнителями Сибирского региона.
Таблица 1
Рецептура многокомпонентного творожного продукта
Ингредиент |
х |
Масса, кг |
Массовая доля, % |
Цена, руб./кг |
|||
жира |
белка |
углеводов |
воды |
||||
Творог жирный |
х1 |
75,0 |
18,0 |
14,0 |
2,8 |
65,2 |
90,0 |
Сливки 20%-ные |
х 2 |
21,6 |
20,0 |
2,7 |
4,5 |
82,0 |
45,0 |
Брусника |
х 3 |
0,0 |
0,5 |
0,7 |
8,2 |
86,0 |
100,0 |
Черника |
х 4 |
2,3 |
0,6 |
1,1 |
7,6 |
86,0 |
120,0 |
Голубика |
х 5 |
0,0 |
0,5 |
1,0 |
6,6 |
87,7 |
100,0 |
Клюква |
х 6 |
0,0 |
0,2 |
0,5 |
3,7 |
88,9 |
100,0 |
Ванилин |
х 7 |
0,05 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
240,0 |
Сахар |
х 8 |
1,0 |
0 |
0,0 |
99,8 |
0,1 |
30,0 |
Итого , кг |
100,00 |
||||||
Творожный продукт |
17,8 |
11,1 |
4,2 |
68,6 |
|||
Функционал |
Себестоимость, руб./100 кг |
8044,50 |
|||||
Соотношение Ж:Б:У |
1,0 |
0,6 |
0,2 |
||||
Стандарт Ж:Б:У |
1 |
1 |
4 |
||||
Суточная норма питания школьников (10–12 лет), г |
79,0 |
77,0 |
335,0 |
||||
Процент соответствия суточной норме питания |
22,6 |
14,4 |
1,3 |
Для оперативного расчета перечисленных показателей авторами разработана компьютерная программа «АМИНОСКОР», с ее помощью осуществлено моделирование рецептурного состава многокомпонентного продукта на творожной основе с ягодными ингредиентами. Перечень сырьевых ингредиентов и рецептура творожного продукта указаны в табл. 1, где также приведена стоимость каждого ингредиента и себестоимость 100 кг творожного продукта. В табл. 2 представлена информационная матрица аминокислотного состава многокомпонентного творожного продукта с черникой и показатели, характеризующие сбалансированность его аминокислотного состава. Матрица исходных данных содержит информацию об аминокислотном составе сырья. Многокомпонентный творожный продукт предназначен для питания детей от 10 до 12 лет, в связи с чем конструирование осуществлялось с учетом требований ФАО/ВОЗ к аминокислотному скору для указанной возрастной группы. Конкретная возрастная группа взята в качестве примера для иллюстрации работоспособности компьютерной программы. По результатам программы получены данные, содержащие количественные значения рецептурных компонентов моделируемого творожного продукта, сбалансированного по аминокислотному скору [5, 6].
Коэффициент утилитарности незаменимой аминокислоты (КУНА) оценивали по сумме метионина + цистина, равной aj Cmin / C j 1,36.
О результативности работы программы «АМИНОСКОР» свидетельствует аминограмма моделируемого творожного продукта, где визуализировано соответствие проекта требованиям ФАО/ВОЗ по незаменимым аминокислотам (рисунок).
Таблица 2
Информационная матрица аминокислотного состава многокомпонентного творожного продукта с черникой
Ингредиент |
Масса, кг |
Массовая доля белка, % |
Содержание незаменимых аминокислот, г/100 г белка |
|||||||
Вал |
Изо |
Лей |
Лиз |
Мет |
Тре |
Трп |
Фен |
|||
Творог жирный |
75,00 |
14,0 |
5,99 |
4,93 |
9,16 |
7,20 |
2,74 |
4,64 |
1,51 |
5,44 |
Сливки 20%-ные |
21,62 |
2,7 |
6,85 |
6,00 |
9,22 |
7,33 |
2,30 |
4,33 |
1,33 |
4,59 |
Черника |
2,33 |
1,1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Содержание белка в творожном продукте, % |
11,11 |
Вал |
Изо |
Лей |
Лиз |
Мет + Цис |
Тре |
Трп |
Фен + Тир |
|
Содержание незаменимых аминокислот в творожном продукте, г/100 г белка |
5,97 |
4,99 |
8,86 |
6,99 |
2,99 |
4,41 |
1,42 |
10,82 |
||
Содержание незаменимых аминокислот в белке согласно требованиям ФАО / ВОЗ для детей в возрасте от 10 до 12 лет (эталон) |
2,5 |
2,8 |
4,4 |
4,4 |
2,2 |
2,8 |
0,9 |
2,2 |
||
Аминокислотный скор, доли |
2,388 |
1,783 |
2,014 |
1,588 |
1,358 |
1,576 |
1,582 |
4,918 |
||
Суммарное содержание эталонных АК |
22,20 |
|||||||||
Суммарное содержание расчетных АК |
46,46 |
|||||||||
Коэффициент утилитарности аминокислоты ( метионин + цистин ) |
1,36 |
|||||||||
Коэффициент сбалансированности аминокислотного состава ( КСАС ) |
0,65 |
|||||||||
Коэффициент разбалансированности аминокислотного состава ( КРАС ) |
0,35 |
|||||||||
Показатель сопоставимой избыточности |
12,02 |
|||||||||
Индекс незаменимых аминокислот ( ИНАК ) |
1,97 |
|||||||||
Коэффициент отклонения аминокислотного состава от эталонных значений ( КОАС ) |
9,21 |
|||||||||
Коэффициент отношения аминокислот: метионин / триптофан |
1,81 |
* М + Ц - метионин + цистин; Ф + Т - фенилаланин + тирозин.

Аминограмма многокомпонентного творожного продукта
Творожный продукт с черникой, спроектированный с помощью авторской программы «АМИНОСКОР», отвечает функциональным требованиям, предъявляемым к эталонному продукту для выбранной возрастной школьной группы.
Вывод
Предложенная методика компьютерного моделирования поликомпонентных пищевых продуктов позволяет целенаправленно и оперативно разрабатывать продукты со сбалансиро- ванным аминокислотным составом. Методология может быть использована в высших учебных заведениях при подготовке бакалавров, магистров и аспирантов, в научных исследованиях, а также в производственной деятельности инженера-технолога при разработке технологии продуктов функционального назначения нового поколения.
Список литературы Методология оценки сбалансированности аминокислотного состава многокомпонентных пищевых продуктов
- Липатов, Н.Н. Формализованный анализ амино-и жирокислотной сбалансированности сырья, перспективного для проектирования продуктов детского питания с задаваемой пищевой адекватностью/Н.Н. Липатов, Г.Ю. Сажинов, О.Н. Башкиров//Хранение и переработка сельхозсырья, 2001. -№ 8. -С. 11-14.
- Лисин, П.А. Компьютерные технологии в рецептурных расчетах молочных продуктов/П.А. Лисин. -М.: ДеЛиПринт, 2007. -102 с.
- Лисин, П.А. Программный модуль «Минимум-максимум»/П.А. Лисин, О.Н. Мусина; регистр. № 20106112628, от 15.04.2010. Роспатент РФ.
- С. № 2010616153. Программный модуль «Идеальный белок»/П.А. Лисин, О.Н. Мусина. -Заявка 2010613138 от 02.06.2010; зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 17.09.2010. Роспатент РФ.
- Скурихин, И.М. Таблицы химического состава и калорийности российских продуктов питания: справочник/И.М. Скурихин, В.А. Тутельям. -М.: ДеЛиПринт, 2008. -150 с.
- Экспертная система оптимизации состава продуктов и рационов питания: монография/Е.И. Титов [и др.]. -М.: МГУПБ, 2009. -129 с.