Потенциал фитохимических веществ гороха (Pisum sativum L.) в пищевых системах

Введение. Горох ( Pisum sativum L.) относится к основным бобовым культурам, широко применяемым как в свежем, так и в переработанном виде. Горох, как сырье, используется для производства крупы, муки, в технологии консервирования. Горох обладает способностью выдерживать отрицательные температуры и широко культивируется по всему миру [1, 2]. По производству зеленого гороха Китай занимает первое место, Индия – второе место. Ежегодное мировое производство семян зеленого и сухого гороха составляет около 14,5 млн и 22 млн т соответственно [3, 4].

Российский рынок гороха характеризуется расширением площадей выращивания. Отмечен рост посевных площадей на 17 % в 2024 г. по сравнению с 2023 г. и рост объемов сбора гороха на 14 % [5]. В пятерку лидеров по производству гороха входят Ставропольский край, Ростовская область, Краснодарский край, Алтайский край и Новосибирская область.

Основными продуктами переработки гороха, применяемыми в индустрии питания как ингредиенты, являются гороховый протеин, мука, крахмал, клетчатка (рис.).

Продукты переработки гороха

Pea processing products

Цель исследования – обобщение научных данных о биологической ценности гороха и продуктов его переработки как потенциального сырья для разработки белковых пищевых систем, продуктов с дополненной пищевой ценностью и специализированной направленности.

Задачи : обобщить данные по белковой, углеводной, липидной ценности, минеральному и витаминному составу гороха и продуктов его переработки; проанализировать направления использования гороха и продуктов его переработки в пищевых системах.

Материалы и методы. При выполнении исследований опирались на эмпирические методы анализа. Поиск отечественных и зарубежных источников осуществляли в электронных научных базах за последние семь лет.

Результаты и их обсуждение. Горох содержит богатый питательный состав, включая белок, пищевые волокна, жирные кислоты, микроэлементы, фенольные соединения, которым в последние годы уделяется все больше внимания с точки зрения применимости в индустрии питания и медицине. Однако различия в специфичности генов и условиях среды выращивания сказываются на различиях в их питательном составе [6, 7]. Например, существуют различия в содержании крахмала между двумя разными фенотипами гороха: гладким (гладкая поверхность семян) и морщинистым горохом (морщинистая поверхность семян). Большое разнообразие микроклиматов также может привести к производству гороха с высокой изменчивостью его химического состава [6]. В работе в связи с этим приведены данные исследований различных видов и сортов гороха, что поможет рационально использовать информацию о нутриент-ном составе.

Белковая ценность гороха

Горох является устойчивым источником пищевого белка, так как содержит его большое количество, которое может обеспечить значительную энергию для животных и человека. С ростом осведомленности о здоровье и экосистемах спрос на растительный белок увеличился, однако качество белка сухого гороха изучено недостаточно [8]. Установлено, что белковый состав гороха различных сортов и разных районов произрастания различен из-за сложности белковых генов, кодирующих горох, факторов окружающей среды, методов выращивания и обработки [9–11].

В среднем горох содержит 23 % белка, диапазон варьируется от 22,4 до 27,4 %. Гороховый белок отмечен как неаллергенное пищевое вещество с высокой пищевой ценностью без каких-либо изменений генетического профиля [12]. Белок гороха можно условно разделить на четыре основные группы: глобулин, альбумин, проламин и глютелин, где основным запасными белками являются глобулин и альбумин (на них приходится 55–65 и 18–25 % соответственно), способствующие прорастанию семян. Глобулин делится на два типа: легумин (гексамерный белок, 320–400 кДа) и вицилин (тримерный белок, 150–180 кДа). Проламин и глютелин присутствуют в небольшом количестве, около 3–5 % каждый [13]. В сыром белке гороха содержится 10– 15 % небелковых азотсодержащих веществ, а остальные 70–80 % сырого белка составляют гормоны, ферменты, ингибиторы ферментов, запасные белки и некоторые незапасные белки. Сообщалось о растворимости и модификации горохового белка с помощью микрофлюидизации в промышленном масштабе, что будет способствовать использованию горохового белка в пищевой промышленности без привлечения экзогенных веществ [14]. Количество незаменимых аминокислот и их биодоступность определяют пищевой профиль белка, перевариваемого организмом. Горох богат такими аминокислотами, как треонин, цистеин, метионин, лизин, глицин, аланин, лейцин и фенилаланин. Наряду с высоким уровнем лизина, лейцина и фенилаланина, отмечается относительно меньшее количество серосодержащих аминокислот, а именно метеонина и цистеина [13]. Суммарные α-галактозиды, вербаскоза, аргинин, глутаминовые, каротиноидные пигменты имеют положительную корреляцию с содержанием белка. Один из белков, обнаруженный в горохе, называемый лектином или фитогемагглютенином, способен агглютинировать эритроциты [11].

Американскими учеными были определены генетические вариации отдельных аминокислот (АК), общее количество АК (высвобожденных), общее содержание белка и усвояемость белков in vitro коммерческих сортов сухого гороха, выращенных на органических фермерских полях, что послужило основой для разработки сортов, обогащенных белком. Исследовались 25 сортов сухого гороха, выращенных на двух сертифицированных Министерством сельского хозяйства США органических фермах в Южной Каролине в течение двух лет (2019, 2020 гг.). Установлено, что концентрации большинства отдельных АК (15 из 17) и общая концентрация АК существенно различались в зависимости от сорта гороха. На усвояемость белка in vitro сорт не влиял. Суммарное содержание АК и белка в семенах сухого гороха колебалось от 11,8 до 22,2 % и от 12,6 до 27,6 г/100 г соответственно, при оценке наследуемости от 0,19 до 0,25. Перевариваемость белков in vitro и показатель AК с поправкой на усвояемость белков (PDCAAS) варьировались от 83 до 95 % и от 0,18 до 0,64 соответственно. Оценки наследственности для отдельных АК варьировались от 0,08 до 0,42. Показано, что сорта гороха отличались по содержанию некоторых АК: цистин, метионин. Однако отмечено, что концентрация лизина не менялась в зависимости от сорта. Установлено, что порция органического сухого гороха в 100 г обеспечивает значительную часть рекомендуемой суточной нормы шести незаменимых аминокислот (14–189 %) и дневного белка (22–48 %) для среднего взрослого человека весом 72 кг [15].

Продолжается поиск технологических решений к переработке белка гороха. Рассмотрена переработка путем экстрагирования, фракционирования, модификации. Отмечено, что на функционально-технологические свойства оказывают значительное влияние методы, используемые для изменения белковой структуры [16].

Интерес к включению экстрагированных белков гороха в пищевые продукты растет. Однако мало что известно о влиянии различных подходов к экстракции на структуру импульсного белка, последующую микроструктурную организацию белка и кинетику переваривания белка. Проведенные исследования трех экстрактов белка зеленого гороха: варка с последующим выделением клеток семядолей (1), щелочная экстракция с последующим изоэлектрическим осаждением (2) и солевая экстракция (3) – и сравнение с исходной гороховой мукой, а также с азеинатом натрия показали, что инкапсулированный денатурированный белок внутри клеток семядолей гороха переваривается медленнее всего, в то время как доступный и более нативный белок (например, гороховая мука, солевой экстракт горохового белка) переваривается гораздо быстрее и выше. Более того, экстрагированный щелочью белок гороха был в некоторой степени денатурирован, что значительно снижало кинетику расщепления in vitro .

Применение различных подходов in vitro для переваривания белка гороха, экстрагированного солью, установило, что полудинамические подходы к желудочному пищеварению более точно имитируют условия in vivo , что особенно влияет на скорость пищеварения [17].

Не менее интересны как ингредиенты, обладающие функциональностью, гидролизаты белка гороха. Однако химическая структура пептидов гороха, обладающих иммуномодулирующей активностью, остается неясной. Приведены данные по анализу гидролизатов белков гороха. Идентифицировано 46 пептидов гороха с молекулярной массой от 533,28 до 1462,78. Отмечено, что гидролизаты могут значительно повышать иммуномодулирующую активность макрофагов за счет повышения фагоцитарной активности, способствуя выработке оксида азота и провоспалительных цитокинов (TNF-α и IL-6) в дозах 0,25–1,0 мг/мл ⁻ ¹. Более того, активация iNOS (фермент индуцибельная NO-синтаза), TNF-α и IL-6 была связана с активностью гидролизатов белков гороха. Полученные результаты показали, что пептиды гороха могут быть использованы в качестве здоровой пищи с иммуномодулирующей функцией, способствуя применению белков гороха в промышленности функционального питания [18, 19].

В целом белковая ценность гороха показывает превосходное качество белка, значительное количество серосодержащих аминокислот и лизина, а также хорошую усвояемость белка и, таким образом, хороший потенциал для будущего производства продуктов питания на растительной основе.

Углеводы гороха

Углеводы считаются одним из основных химических компонентов гороха, составляя 59,32– 69,59 % сухой массы семян гороха [20]. Содержание крахмала в семенах гороха варьирует от 39,44 до 46,23 % [21], что выше, чем в других видах бобовых культур (38,4–41,8 %) [22]. Горох богат пищевой клетчаткой: от 23,23 до 30,72 % семян гороха, 3,91–8,01 % растворимой клетчатки и 19,32–23,1 % нерастворимой клетчатки [23]. Крахмал гороха представлен амилозой и амилопектином, которые считаются основными типами крахмалов, и их соотношение существенно влияет на физико-химические свойства крахмалов [24]. Содержание амилозы находится в пределах 17,2–42,6 % [18]. Форма гранул горохового крахмала обычно овальная.

При применении гороха в технологиях мучных изделий важны свойства крахмала. Установлено, что пиковая температура клейстериза-ции (Тп) гороховых крахмалов находится в диапазоне 64,2–70,1 °С. Энтальпия желатинизации (∆H) гороховых крахмалов составляет от 4,67 до 9,2 Дж/г [25]. Относительно высокая вязкость горохового крахмала может влиять на его текстурные характеристики [22].

Свойства горохового крахмала и клетчатки делают его продуктом с низким гликемическим индексом и, следовательно, полезным для профилактики и лечения сахарного диабета 2-го типа. Кроме того, горох, как и другие бобовые, содержит значительное количество олигосахаридов семейства рафинозы и других галактозосодержащих олигосахаридов, которые могут проявлять пребиотические эффекты [26].

Углеводы гороха обладают уникальной стабильностью в широком диапазоне вязкости и температуры в отличие от клубневого крахмала или крахмала зерновых. В углеводах гороха присутствуют глюкоза, галактоза, арабиноза, наиболее распространенными полисахаридами являются стахиоза и тетрасахарид. Сообщается также об экстракции полисахаридов из стручков гороха, которые содержат галактозу, ксилозу и арабинозу в виде моносахаридов [27]. Глюкоза получается из аналогичных полимеров крахмала. Целлюлоза принадлежит к большей части углеводов, тогда как другими производными пектиновых полисахаридов являются рамноза, арабиноза, галактоза и уроновые кислоты. В горохе содержится 3,73 % общих олигосахаридов от общего количества сухих веществ [1].

Одним из представителей сложных углеводов являются пищевые волокна.

Пищевые волокна (ПВ) представляют собой соединения, которые ограничивают переваривание (гидролиз) ферментами основных пищевых веществ и состоят из неперевариваемых углеводов. Они классифицируются на растворимые пищевые волокна (SDF) и нерастворимые (IDF) в зависимости от растворимости в воде. Лигнин, целлюлоза и некоторые гемицеллюлозы подпадают под категорию IDF, тогда как β-глюканы, галактоманнаны, пектин, инулин и другие некрахмальные полисахариды являются частью SDF [20]. Растворимые пищевые волокна (SDF) в семенах гороха состоят из галакту-роновой кислоты, арабинозы, галактозы, глюкозы, маннозы, ксилозы и фруктозы с галактуро- новой кислотой в качестве преобладающего сахара, что указывает на то, что SDF гороха содержат большое количество пектиновых полисахаридов. Растворимая клетчатка обладает превосходными пребиотическими свойствами, которые могут снизить всасывание глюкозы в тонком кишечнике и снизить уровень холестерина, тогда как нерастворимая клетчатка отвечает за абсорбцию воды и регуляцию кишечника. Разные сорта гороха имеют значительные различия в содержании пищевых волокон. Например, общее содержание пищевых волокон в сушеном горохе колеблется от 14 до 26 % [20], от 23,23 до 30,72 % [19].

Как правило, продукты с высоким содержанием пищевых волокон могут снизить уровень холестерина в сыворотке крови и гликемические индексы in vivo [28]. Таким образом, горох может быть диетическим источником для профилактики диабета и гиперхолестеринемии [29].

Витаминный и минеральный состав гороха

Горох богат витаминами и минеральными веществами, важными для здоровья человека, которые могут адекватно удовлетворять потребности организма в незаменимых минорных веществах [30].

Из минеральных веществ содержатся фосфор, магний и кальций, доля которых в различных сортах гороха варьирует. Установлено, что семена гороха содержат калий (97–99 мг/100 г), кальций (9–11 мг/100 г), магний (5–7 мг/100 г), натрий (3–4 мг/100 г) и следовые количества меди, никеля, селена, фолата и бора [31, 32]. Среди них селен и фолиевая кислота могут использоваться в качестве профилактических мер против заболеваний, связанных с их дефицитом. В недавнем прошлом были разработаны линии с низким содержанием фитатов, способствующие улучшению усвоения минералов. С помощью генной инженерии, агрономического вмешательства и селекции растений, применяя метод биофортификации, ведутся работы по улучшению профиля питания зернобобовых культур, в которых наблюдается дефицит микроэлементов, таких как железо, цинк, фолиевая кислота, β-каротин, каротиноиды, фолаты, йод. Таким образом, обогащение гороха железом, цинком, марганцем может быть использовано в биофортификации и может быть скрытым решением проблемы голода, вызванного дефицитом питательных веществ [33]. Сообщается, что семена гороха используются в качестве биообогащения цинком в сочетании с селеном, которые усиливают биодоступность в пищевых продуктах [34], тогда как биофортификация фосфором была проведена для увеличения микробиома почвы в питательное вещество для увеличения производства гороха [35].

Из витаминов горох содержит тиамин (0,81мг/100 г), рибофлавин (0,15 мг/100г), холин, пантотеновую кислоту 2,2 и 0,27 мг/100 г соответственно. В меньшем количестве содержатся перидоксин и фолаты. Из жирорастворимых витаминов присутствует Е (0,7мг/100 г).

Фенольные вещества гороха

Горох содержит различные фенольные соединения, особенно в семенной оболочке, такие как гликозиды кверцетина, лютеолин и апиге-нин, простые фенольные соединения и проан-тоцианадинфенольные соединения, такие как кверцетин, протокатеховая кислота и ресвератрол, являющиеся наиболее важными антиоксидантными биоактивными веществами в бобовых культурах. Они демонстрируют различные эффекты в защите от развития рака и множества других заболеваний [36, 37]. Типы и содержание фенольных веществ в разных видах гороха разные. В настоящее время в немногих исследованиях сообщается об идентификации фенольных соединений различных сортов гороха и корреляции их физиологических функций, что ограничивает целевое и ценное применение продуктов из гороха [38].

Фитохимические вещества, обнаруженные в флавоноидах гороха, наряду с даидзеином, ге-нистеином, аспарагиназой, апигенином, лектином, кемпферолом и несколькими фенольными соединениями, включают катехин, кумаровую кислоту, кофейную кислоту, ванильную кислоту, феруловую, пизатиновую, протокатеховую, проантоцианидин, стероидные фитогормоны и дубильные вещества [39, 40]. Богатый фитохи-мический состав изолятов горохового белка позволяет использовать их в качестве ингредиента с добавленной стоимостью в рецептурах пищевых продуктов [41].

Направления использования гороха и продуктов его переработки в пищевых системах

Тенденции применения гороха и продуктов его переработки в течение последних двух десятилетий связаны с его уникальными свойствами, проявляющимися в технологиях пищевых систем. Гороховые ингредиенты применяют в качестве заменителей яиц в макаронах, тортах, печенье и крекерах; в качестве ингредиентов с высоким содержанием белка в снеках, хлебобулочных изделиях и продуктах из муки [42]; в качестве структурообразователей в концентратах первых обеденных блюд (супах), соусах и эмульгаторов в мясных и соусосодержащих продуктах. Благодаря наличию белков и крахмала ингредиенты из гороха взаимодействуют с углеводными, белковыми и масляными фракциями различных сырьевых компонентов пищевых систем, что делает его идеальной частью интерактивных рецептур пищевых продуктов [43]. Гороховый белок применяют в качестве пищевого эмульгатора, инкапсулирующего материала, биоразлагаемого натурального полимера [44, 45]. Показано, что нативная гороховая мука, содержащая 50 мас.% крахмала и 20 мас.% белка, обладает стабилизирующими свойствами и может использоваться для стабилизации эмульсий типа «масло в воде» с содержанием 10,0 мас.% масла [46].

Помимо применения гороховой муки и других продуктов переработки гороха в качестве технологических ингредиентов, их применяют для обогащения продуктов питания белком и минорными нутриентами, а также как безглютено-вое сырье [47, 48]. Установлено, что внесение 15 % гороховой муки в суфле из тыквы позволяет получить продукт хорошего качества с добавленной пищевой ценностью (повышенное содержание пищевых волокон, витаминов группы В, витамина А, макроэлементов: натрия, фосфора и микроэлементов: железа, селена, марганца и меди) [49]. Другими авторами предложено внесение гороховой муки в пресное тесто в соотношении с мукой пшеничной 35 : 65, что приводит к увеличению доли белка в готовом мучном изделии на 26 %. Показано, что аминокислотный (АК) скор лимитирующей кислоты (валин) возрос на 42 %, снизилось значение неутилизируемой части белка на 66 %, коэффициент утилизации белка вырос на 28 %, что говорит о высоком уровне сбалансированности АК состава белка в новой рецептуре [50].

Подтверждено, что белковый концентрат из муки тритикале и гороховой обладает комплементарным АК составом и может быть применен для синтеза кормовой грибной биомассы [51, 52].

Учеными Башкирского государственного аграрного университета изучена возможность замены 10 % пшеничной муки на смесь льняной и гороховой в составе кексов. Показано, что применение данных видов муки приводит к улучшению физико-химических показателей кексов, определяющих их пищевую ценность, и к уменьшению времени их усыхания [53]. Обосновано применение муки гороховой в составе мясных продуктов [54, 55]. Изучены функционально-технологические свойства полуфабрикатов из мяса мулардов с добавлением гороховой муки и спирулины. Внесение 3 % муки гороха и 4 % спирулины позволяет повысить влагоудерживающую и влагосвязывающую способность фарша до 70 % [56]. Использование гороховой муки в составе печеночных паштетов улучшает эмульгирующую способность и стабильность эмульсий [57].

Установлено, что замена 25 % молочного белка гороховым белком в йогуртах с высоким содержанием белка может быть достигнута без ущерба для стабильности продукта [58].

Стручки гороха имеют потенциал для использования в хлебопекарной промышленности и производстве готовых к употреблению продуктов [59]. Изучен новый метод максимизации потребления белка из гороховой шелухи и его дальнейшего использования в качестве пищевого ингредиента с добавленной стоимостью для производства полезных закусочных крекеров и сухого супа [60].

Заключение. Таким образом, анализ биологической ценности гороха и продуктов его переработки показал, что гороховый белок можно считать высококачественным белком благодаря сбалансированному соотношению аминокислот, а также гороховый белок проявляет функциональные свойства (водоудерживающая, водосвязывающая способности, пенообразование, эмульгирование), что важно при формировании стабильности пищевых систем. Отсутствие глютена позволяет применять муку гороховую в технологиях специализированных продуктов питания. Углеводы гороха представлены крахмалом, пищевыми волокнами, небольшим количеством сахаров. Особую роль в разработке новых составов пищевых систем играют пищевые волокна, характеризующиеся высоким количеством пектиновых полисахаридов. Разнообразные фенольные вещества, обладающие антиоксидантными свойствами, наличие минорных микроэлементов (селен, йод, железо) позволяют применять продукты переработки гороха в технологиях специализированных продуктов питания и функциональной направленности.