Обоснование нетрадиционного белоксодержащего сырья для конструирования рецептур молочного шоколада с повышенной биологической ценностью

e-mail: , ORCID:

Питание человека – основной фактор, определяющий физическое и умственное развитие человека, сопротивляемость организма негативным воздействиям, его трудоспособность, продолжительность жизни и т. п. (Рогов и др., 2007; Нельсон и др., 2017). Анализ структуры питания населения России свидетельствует о том, что в ежедневном рационе большинства жителей присутствуют кондитерские изделия, причем шоколадная продукция составляет более 30 % от общего объема потребляемых кондитерских изделий. Наибольшей популярностью среди потребителей пользуется молочный шоколад, характеризующийся разнообразием рецептур. С учетом концепции государственной политики в области здорового питания и необходимости увеличения белка в рационе питания потребителей расширение ассортимента и улучшение качества шоколадных изделий за счет использования современных нетрадиционных белоксодержащих ингредиентов является чрезвычайно важной задачей.

В соответствии с ГОСТ 31721-2012 "Шоколад. Общие технические условия" ¹ молочный шоколад представляет собой кондитерское изделие, получаемое на основе какао-продуктов, сахара, молока и/или продуктов его переработки, в составе которого не менее 25 % общего сухого остатка какао-продуктов, не менее 2,5 % сухого обезжиренного остатка какао-продуктов, не менее 12 % сухих веществ молока и/или продуктов его переработки, не менее 2,5 % молочного жира и не менее 25 % общего жира.

Анализ унифицированной рецептуры молочного шоколада (табл. 1) показал, что при несбалансированном составе продукт обладает высокой энергетической ценностью: содержит большое количество добавленного сахара – 44,5 %, жира – 34,1 %, вместе с тем белка – 6,3 %.

Таблица 1. Унифицированная рецептура молочного шоколада

Table 1. Unified milk chocolate formulation

Наименование сырьевого компонента	Содержание компонента в продукте, %
Сахар	44,5
Какао тертое	13,5
Масло какао	18,9
Молоко сухое	10,1
Сливки сухие	12,7
Лецитин	0,3
ИТОГО	100
Массовая доля, %: – добавленного сахара – жира – сухого обезжиренного остатка какао – сухого остатка молока – молочного жира – белка	44,5 34,1 6,2 15,0 7,8 6,3

Белок является одним из важнейших компонентов пищи человека, строительным материалом клеток, входит в состав их мембран и межклеточного вещества. Альбумины и глобулины, составляющие до 90 % белка, необходимы организму для синтеза гемоглобина и гормонов, плазмы крови. Если жиры и углеводы в той или иной степени взаимозаменяемы, то белки компенсировать чем-либо невозможно (Рогов и др., 2007).

Норма потребления белка согласно данным ФАО/ВОЗ для взрослого человека составляет 12–15 % от общей калорийности суточного рациона (90–100 г), в том числе 60–70 % белка животного происхождения. Однако 95 % населения земного шара испытывает белковый дефицит (Рогов и др., 2007).

Пищевая ценность белков определяется их усвояемостью и составом незаменимых аминокислот. Для взрослых людей необходимое суточное потребление незаменимых аминокислот (рис. 1) варьируется от 1 г (для триптофана) до 5–6 г (для лейцина и лизина) (Рогов и др., 2007).

Белки, содержащие в своем составе все необходимые аминокислоты, считаются полноценными. Белки, в которых отсутствует одна или несколько незаменимых аминокислот, являются неполноценными. Чаще всего встречается качественное белковое голодание, связанное с нарушением соотношения аминокислот. Недостаток в пище одной незаменимой аминокислоты ведет к неполному усвоению других аминокислот (Рогов и др., 2007; Нельсон и др., 2017).

По современным представлениям под биологической ценностью белков понимается зависящая от их аминокислотного состава степень задержки азота в организме или эффективность его утилизации для поддержания азотистого равновесия у взрослых (Рогов и др., 2007; Нельсон и др., 2017).

• ■    Изолейцин

• ■    Лейцин

• ■    Лизин

• ■    Метионин+Цистеин

• ■    Фенилаланин+Тирозин

• ■    Треонин

• ■    Триптофан

• ■    Валин

Изолейцин

Рис. 1. Суточная потребность взрослого человека в незаменимых аминокислотах г/100 г белка Fig. 1. Daily requirement of an adult in essential amino acids g/100 g protein

Для определения биологической ценности белков наибольшее распространение получили методы аминокислотных шкал, основанные на использовании аминокислотного (химического) скора. При этом аминокислотный скор продукта сравнивают с аминокислотным скором "идеального" белка, полностью удовлетворяющего потребности организма (Рогов и др., 2007; Лисицын и др., 2016; Никитина и др., 2014а; 2014б; Ткешелашвили и др., 2019). С учетом аминокислотного скора, массовая доля полноценного белка в кондитерских изделиях значительно снижается для некоторых групп (рис. 2).

■ Массовая доля белка с учетом аминокислотного скора

Рис. 2. Содержание белка в кондитерских изделиях

Fig. 2. Protein content in confectionery products

Растительные белки из-за отсутствия в их составе многих незаменимых аминокислот не могут полностью заменить животные. Однако рациональное питание подразумевает сочетание животных и растительных продуктов, улучшающее сбалансированность аминокислот. Кроме того, растительные белки оказывают влияние на органолептические показатели готового продукта: цвет, вкус и текстуру. В работах российских и зарубежных ученых отмечено, что достижение уровня сбалансированности состава пищевых продуктов возможно только за счет их многокомпонентности (Ткешелашвили и др., 2019; Савченко и др., 2017; Крылова и др., 2018; Горлов и др., 2014; Acevedo-Pacheco et al., 2016; Jimoh et al., 2018).

В состав молочного шоколада входят белоксодержащие компоненты как животного (сухие молочные продукты), так и растительного (какао-продукты) происхождения. Биологическая ценность шоколада определяется аминокислотным составом белоксодержащих компонентов, входящих в его состав. Традиционными ингредиентами молочного шоколада являются какао тертое, какао-порошок, молоко сухое и сливки сухие с содержанием белка в них от 13,5 до 26,3 %.

Цель исследования – изучение белковой адекватности различных компонентов молочного шоколада для повышения его биологической ценности.

Материалы и методы

Объектами исследования являлись какао-продукты, молоко сухое, концентрат молочного белка, концентрат сывороточного белка, мука гречневая, мука овсяная, мука гороховая.

Для оценки биологической ценности белков использовали метод аминокислотных шкал (Рогов и др., 2007). Метод основан на определении аминокислотного (химического) скора.

Аминокислотный скор – AC i – рассчитывали по формуле

Aк

AC = —L x100, i Aкс где Aкi – содержание незаменимой аминокислоты в 1 г исследуемого белка, мг; Aкc – содержание той же аминокислоты в 1 г "идеального" белка, мг; 100 – коэффициент пересчета, %.

Показатель утилитарности аминокислот белков определяли по формуле a = ACmin , j ACj

где AC _min – минимальный скор незаменимых аминокислот оцениваемого белка по отношению к эталону, % или доли единицы; AC j – скор j-й незаменимой аминокислоты по отношению к ее массовой доле в эталоне, % или доли единиц.

Коэффициент утилитарности аминокислотного состава рассчитывали по формуле

У k ( Aa )

U = ^ j = j j , k _A j =1 ^j

где a j – утилитарность содержания j-й аминокислоты в белке продукта; A j – массовая доля j-й аминокислоты, г на 100 г белка.

Биологическую ценность белка определяли по формуле

БЦ = 100 – КРАС,

где КРАС – коэффициент разбалансированности аминокислотного состава, численно характеризующий разбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), доли единиц

КРАС =

kk j=1 j j=1 j j

k _A j=1 ^j

.

Показатель сопоставимой избыточности (σ c ) рассчитывали по формуле

„   GT

° c = ----- ,

°min где σn – показатель избыточного содержания незаменимых аминокислот, г; σmin – минимальный из скоров незаменимых аминокислот белка по отношению к эталону, %.

Общее количество незаменимых аминокислот, которое из-за несбалансированности по отношению к эталону не может быть утилизировано организмом, отнесенное к 100 г белка, можно рассчитать по формуле

°n = Ek=i{Ax (100 - a)}.

Математическую обработку данных проводили в программе Excel 2010.

Информационной базой для исследования послужили справочные материалы по химическому составу, приведенные в справочниках ² (Нельсон и др., 2017; Скурихин и др., 2007; Химический…, 2006; Кузнецова и др., 2006), рецептуры шоколада типовые ³ .

Исследования выполнены на базе Всероссийского научно-исследовательского института кондитерской промышленности – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН.

Результаты и обсуждение

В процессе исследования был проанализирован аминокислотный состав и рассчитан по формуле (1) аминокислотный скор классических белоксодержащих компонентов молочного шоколада, а также нетрадиционных ингредиентов: концентратов молочного и сывороточного белка, различных видов муки с целью оценки возможности их использования в производстве шоколадной продукции c повышенной биологической ценностью (табл. 2).

Таблица 2. Содержание незаменимых аминокислот в сырьевых компонентах молочного шоколада и нетрадиционном белоксодержащем сырье и их аминокислотный скор

Table 2. Content of essential amino acids in raw milk chocolate and non-traditional protein containing raw materials and their amino acid score

Незаменимые аминокислоты	Содержание аминокислоты, г на 100 г белка сырьевого компонента / аминокислотный скор
	5 69 « < 3 19 * u 8 a К о = в	Традиционные сырьевые компоненты молочного шоколада		Нетрадиционные сырьевые компоненты молочного шоколада
		0 я св О И Св св у	Q О	1 2 & 2 в в ™ и о я В aS® § § ю	О н Р щ    м 5 ь ч Д’ О (V Q	3 tv tv &	О св	св t
Валин (Val)	5,0	6,0/120	6,7/134	6,0/120	5,1/102	5,2/104	6,2/124	4,9/98
Изолейцин (Ile)	4,0	3,9/97,5	6,1/150	5,0/125	5,5/137,5	3,7/92,5	4,6/115	5,3/132,5
Лейцин (Leu)	7,0	6,1/87,1	9,8/140	9,3/132,9	12,3/175,7	6,3/90	8,7/124,3	8,0/114,3
Лизин (Lys)	5,5	5,0/90,9	7,9/143,6	8,0/145,5	9,4/170,9	5,1/92,7	3,9/70,9	7,6/138,2
Метионин+цистеин (Met+Cys)	3,5	2,2/62,9	3,4/97,1	3,3/94,3	4,0/114,3	3,0/85,7	4,6/131,4	2,2/62,9
Треонин (Thr)	4,0	4/100	4,5/112,5	4,2/105,5	5,2/130,0	3,8/95	3,1/77,5	4,1/102,5
Триптофан (Trp)	1,0	1,5/150	1,4/140	1,3/130	2,9/290	1,4/140	2,1/210	1,3/130,5
Фенилаланин+тирозин (Phe+Tyr)	6,0	8,6/143,3	9,7/161,7	9,8/163,3	6,5/108,3	5,8/96,7	9,3/155	8,3/138,3
Лимитирующая аминокислота	–	Met+Cys	Met+Cys	Met+Cys	Val	Met+Cys	Lys	Met+Cys

Были определены лимитирующие биологическую ценность аминокислоты, скор которых имеет наименьшее значение. Выявлено, что для классических белоксодержащих сырьевых компонентов молочного шоколада (какао-продукты и молоко сухое) лимитирующей аминокислотой является метионин + цистеин.

Для конструирования рецептур шоколада с повышенной биологической ценностью целесообразно использование белоксодержащего сырья, позволяющего компенсировать лимитирующие аминокислоты. Для нетрадиционных ингредиентов молочного шоколада характерна вариация вида лимитирующей аминокислоты: в концентрате молочного белка (КМБ), в гречневой и гороховой муке – метионин + цистеин, в концентрате сывороточного белка (КСБ) – валин, в овсяной муке – лизин.

С целью определения возможности утилизации аминокислот организмом человека, которая предопределена минимальным скором одной из них, рассчитали по формуле (2) показатель утилитарности аминокислот белков классических и нетрадиционных сырьевых компонентов молочного шоколада (рис. 3).

Нетрадиционные белоксодержащие компоненты молочного шоколада

Традиционные белоксодержащие компоненты молочного шоколада

Показатель утилитарности незаменимых аминокислот, %

■ Phe+Tyr ■ Trp ■ Thr ■ Met+Cys ■ Lys ■ Leu ■ Ile    ■ Val

Рис. 3. Показатель утилитарности аминокислотного состава белоксодержащих ингредиентов молочного шоколада

Fig. 3. Utility indicator of the amino acid composition of protein-containing milk chocolate ingredients

Показатель утилитарности аминокислот какао тертого и какао-порошка показал несбалансированность аминокислотного состава по отношению к физиологически необходимой норме. По некоторым аминокислотам он составил менее 50 %, а именно: показатель утилитарности для триптофана составил 41,9 %, для фенилаланина + тирозина – 48,3 %. Оценка данного показателя нетрадиционных сырьевых компонентов подтвердила, что показатель утилитарности по триптофану для муки гречневой составил 61,2 %, для концентрата молочного белка – 72,5 %, т. е. выше, чем для молока сухого. Показатель утилитарности по паре аминокислот фенилаланин + тирозин составил более 90 % для концентрата сывороточного белка и почти 90 % – для муки гречневой. Таким образом, сбалансировать аминокислотный состав белка молочного шоколада позволит добавление в его состав нетрадиционных белоксодержащих компонентов, таких как концентрат сывороточного и молочного белков, муки гречневой.

Для качественной оценки сбалансированности незаменимых аминокислот в сравниваемых белках рассчитали коэффициент утилитарности аминокислотного состава по формуле (3), используя показатель утилитарности. Для анализа средней величины избытка аминокислотного скора незаменимых аминокислот, неиспользуемых на пластические нужды организма, определили по формуле (5) коэффициент разбалансированности аминокислотного состава (КРАС). Это позволило оценить биологическую ценность (БЦ) белка каждого сырьевого компонента по формуле (4). Для оценки суммарной массы избытка незаменимых аминокислот, которые не используются для синтеза белка, а служат источником энергии в процессе метаболизма, рассчитали по формуле (6) показатель сопоставимой избыточности (σ _с , г) (табл. 3).

Таблица 3. Показатели качества белка сырьевых компонентов молочного шоколада Table 3. Quality indicators of protein raw materials of milk chocolate

Показатели	Традиционные сырьевые компоненты		Нетрадиционные сырьевые компоненты
	Какао тертое/ какао-порошок	Молоко сухое	Концентрат молочного белка	Концентрат сывороточного белка	Мука гречневая	Мука овсяная	Мука гороховая
U, доли ед.	0,68	0,71	0,72	0,72	0,91	0,61	0,55
КРАС, доли ед.	0,32	0,29	0,28	0,28	0,09	0,39	0,45
σ c ,г	22,8	15,0	13,7	13,9	3,6	23,9	30,2
БЦ, %	68	71	72	72	91	61	55

Коэффициент утилитарности аминокислотного состава концентрата молочного и сывороточного белка составил 0,72, белка муки гречневой – 0,91, что достаточно полно отражает сбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к эталону, так как чем выше значение коэффициента утилитарности (в идеале U = 1), тем рациональнее могут быть использованы незаменимые аминокислоты организмом. В то же время утилитарность белка овсяной и гороховой муки значительно ниже единицы, следовательно, незаменимые аминокислоты используются менее рационально по сравнению с концентратом молочного и сывороточного белков и белком гречневой муки.

Коэффициент разбалансированности аминокислотного состава был минимален у муки гречневой и равен 0,09. При этом показатель соспоставимой избыточности также имел наименьшее значение среди исследованных сырьевых компонентов и составил 3,6 г. Поэтому биологическая ценность гречневой муки максимальна среди проанализированных видов белоксодержащего сырья.

Заключение

Проведенные исследования позволили установить, что аминокислотный состав концентратов молочного и сывороточного белков (U = 0,72, БЦ = 72 %) наиболее сбалансирован по сравнению с аминокислотным составом традиционных белоксодержащих сырьевых компонентов молочного шоколада. Так как в концентрате сывороточного белка лимитирующей аминокислотой является валин, а не метионин + цистеин, это делает его использование в производстве шоколадных изделий более привлекательным по сравнению с концентратом молочного белка.

В группе растительного нетрадиционного сырья наилучшие формализованные показатели биологической ценности имели мука овсяная (U = 0,61, БЦ = 61 %) и мука гречневая (U = 0,91, БЦ = 91 %).

Аминокислотная адекватность овсяной муки тождественна качественным белковым показателям какао-продуктов (КРАС = 0,39 и 0,32 соответственно). Однако вследствие различия данных ингредиентов по химическому скору (лимитирующая кислота овсяной муки – лизин), использование овсяных белков наряду с белками какао в производстве шоколадной продукции весьма перспективно.

Необходимо отметить, что для гречневой муки характерна наименьшая разбалансированность аминокислотного состава (КРАС = 0,09), следовательно, белки данного сырья отличаются наиболее высокой степенью усвояемости по сравнению с белками всех изученных белоксодержащих компонентов молочного шоколада.

В ходе исследования также было установлено, что использование концентрата сывороточного белка в производстве молочного шоколада с целью повышения его биологической ценности является весьма целесообразным, поскольку коэффициент утилитарности его аминокислотного состава – 0,72 при биологической ценности 72 %. Это позволяет сбалансировать аминокислотный состав за счет того, что лимитирующей аминокислотой является валин, а не метионин + цистеин. Кроме того, белки овса и гречихи – перспективные компоненты для расширения традиционного ассортимента молочного шоколада при условии соблюдения требований к составу продукта согласно нормативной документации.