Изучение аминокислотного состава различных видов безглютеновой муки

Размещено на http://allbest.ru

Изучение аминокислотного состава различных видов безглютеновой муки

А.И. Кабылда, М.С. Мыктабаева, Г.С. Серикбай,

А.С. Кажыбекова, Ф.С. Сагынтай, Н.Ж. Муслимов

Аннотация

Актуальность. В данной статье показана необходимость расширения ассортимента специализированных продуктов, не содержащих глютен, для больных с целиакией. Целиакия поражает слизистую оболочку кишечника людей, чувствительных к глютену, вызывая воспаление желудка. Поэтому для составления рецептуры безглютеновых изделий особенно важным является изучение состава сырья, в частности, знание аминокислотного состава. Белки, поступающие в организм человека с пищей, под действием ферментов органов пищеварения гидролизуются до аминокислот, из которых в присутствии ферментов образуются различные белки, необходимые человеку. ассортимент безглютеновый аминокислота мука

Объект. Объектом исследований являются образцы безглютеновой муки различного происхождения.

Материалы и методы. Исследовались зерновые изделия из муки рисового, кукурузного, соргового, нутового зерна. Все образцы были выращены на территории Республики Казахстан. Определению подлежали содержание аминокислот, количество белка в муке. Качественное определение содержания аминокислот осуществлялось с использованием системы капиллярного электрофореза «Капел 105». Взвешенные пробы формировались на отметке 0,5 г.

Физраствор пропорционально добавлялся в соотношении 1 : 1. Объем физраствора составлял 10 мл. Процесс минерализации происходил в течение 16 часов при температуре сверхкипения. Выходной объем фильтрата составлял 50 мкл. Растворение фильтрата происходило с применением карбоната натрия или фенилацетила аланина с повторным погружением в «Капел 105».

Результаты и выводы. Аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые. Незаменимые аминокислоты считаются очень важными для человеческого организма, потому что наличие незаменимых аминокислот в пище указывает на его пищевую ценность. На основе анализа аминокислотного состава в рецепте сухих смесей для производства безглютеновых продуктов указан способ одновременного применения двух видов муки, так как это позволяет сбалансировать добавочный состав белка.

В результате исследования был изучен аминокислотный состав безглютеновых сортов муки. В качестве сырья были взяты и проанализированы сорта муки таких культур, как рис, кукуруза, гречиха, нут, сорго. Установлено, что каждое сырье имеет свои особенности в зависимости от аминокислотного состава, соответственно в дальнейшем в пищевой рецептуре будет выбран оптимальный сорт муки.

Ключевые слова глютен, целиакия, мука без глютена, безглютеновая мука, незаменимые аминокислоты, заменимые аминокислоты, пищевая ценность муки.

Summary

Studying the amino acid composition of various types of gluten-free flour

A. I. Kabylda, G. S. Serikbay, M. S. Myktabaeva, A. S. Kazhybekova, F.S. Sagyntay, N.J. Muslimov

There is a lot of information about the chemical composition of these cereals, but little data on the composition of gluten-free flour. Due to the fact that processes such as exfoliation and grinding significantly change the amount of nutrients, the characteristics of the resulting flour are of interest at subsequent stages of the study. The purpose of this study was to evaluate the amino acid composition of gluten-free flour from sorghum, corn, peas, buckwheat and rice and compare their nutritional properties.

Abstract

Introduction. This article shows the need to expand the range of specialized gluten-free products for patients with celiac disease. Celiac disease affects the intestinal mucosa of people who are sensitive to gluten, causing inflammation of the stomach. Therefore, for the formulation of gluten-free products, it is especially important to study the composition of raw materials, in particular, knowledge of the amino acid composition. Proteins entering the human body with food, under the action of digestive enzymes, are hydrolyzed to amino acids, from which, in the presence of enzymes, various proteins necessary for humans are formed.

Object. The object of research are samples of gluten-free flour of various origins.

Materials and methods. Grain products made of rice, corn, sorghum, chickpea flour were studied. All samples were grown on the territory of the Republic of Kazakhstan. The content of amino acids and the amount of protein in flour were to be determined. Qualitative determination of the amino acid content was carried out using the Kapel 105 capillary electrophoresis system. The weighted samples were formed at 0.5 g. Saline was added proportionally in a ratio of 1:1. The volume of saline was 10 ml. The mineralization process takes place within 16 hours at a temperature above boiling. The output volume of the filtrate was 50 pl. The filtrate was dissolved using sodium carbonate or phenyla- cetyl alanine with repeated immersion in «Capel105».

Results and conclusion. Amino acids are divided into essential and non-essential amino acids. Essential amino acids are considered very important for the human body, because the presence of essential amino acids in food indicates its nutritional value. Based on the analysis of the amino acid composition in the recipe of dry mixes for the production of gluten-free products, a method for the simultaneous use of two types of flour is indicated, since this allows you to balance the additional protein composition. As a result of the study, the amino acid composition of gluten-free flour varieties was studied. As raw materials, flour varieties of crops such as rice, corn, buckwheat, chickpeas, sorghum were taken and analyzed. It is established that each raw material has its own characteristics depending on the amino acid composition, respectively, in the future, the optimal grade of flour will be selected in the food recipe.

Key words: gluten, celiac disease, gluten-free flour, protein, essential amino acids, interchangeable amino acids, nutritional value.

Введение

Целиакия - одно из наследственных заболеваний, которое возникает из- за неспособности человеческого организма переваривать некоторые виды злаков, провоцирует развитие в организме воспалительного процесса желудка и атрофию тонкого кишечника. Патология слизистой оболочки кишечника вызвана глютеновым белком, содержащимся в некоторых злаках, поэтому болезнь целиакия развивается только у людей, потребляющих глютеносодержащие продукты с генетической непереносимостью этого белка. Существуют два основных периода, когда у человека возникает целиакия: в возрасте 1 года и в возрасте от 30 до 40 лет. Раньше считалось, что это заболевание встречается только в детском возрасте, но сегодня доказано, что в 15 % случаев у взрослых развивается целиакия. У женщин это заболевание встречается в два раза чаще, чем у мужчин.

Наследственная непереносимость глютена возникает у людей из-за пищи, которую они потребляют. Глютен приводит к атрофии организма и воспалению тонкой кишки, в связи с чем затрудняется всасывание веществ, необходимых для нормального функционирования организма.

Причины заболевания целиакией заключаются в том, что когда глютен попадает на слизистую оболочку кишечника, иммунная система начинает атаковать ткани кишечника, в результате чего они воспаляются и разрушаются (возникает аутоиммунная реакция).

Воспалительный процесс в кишечнике осложняется, когда пациент часто употребляет продукты, содержащие глютен. Иногда заболевание целиакией наблюдается у людей с другими хроническими и генетическими патологиями (например, первичный билиарный цирроз, аутоиммунный гепатит, сахарный диабет и другие заболевания) [1]. Помимо людей, которые вынуждены потреблять безглютеновые продукты, они также востребованы среди людей, которые хотят правильно питаться. В связи с этим необходимо расширение и развитие пищевой промышленности как с точки зрения прогресса в отборе ингредиентов и рецептур, так и с точки зрения отбора технологий производства конечной функциональной продукции [15]. У людей с непереносимостью глютена наблюдается дефицит различных питательных веществ, при этом в процессе разработки технологии возникают трудности иного характера [17, 18] . Например, с безглютеновым тестом работать сложнее, так как отсутствие глютена (адгезия) устраняет эластичность теста и слабая структура теста негативно влияет на качество продукта, в дальнейшем качественные показатели получаемого продукта могут быть низкими [11, 12]. Как правило, безглютеновые продукты характеризуются высокой крахмалистостью, меньшим количеством клейковины, меньшим сроком хранения или текстурными особенностями [14]. С этой целью проводятся обширные исследования в подборе рецептур между различными видами безглютеновой муки и дополнительными ингредиентами для получения продуктов, близких по качеству к пшенице, поскольку пшеница вводит в рацион человека незаменимые аминокислоты, минералы, полезные фитохимические вещества и пищевые волокна. Качество пшеницы в основном зависит от белка глютена, который влияет на образование вязкого, эластичного теста, а затем используется при производстве хлеба, макаронных изделий и других пищевых продуктов [6]. Тем не менее, есть ряд злаков, которые не содержат глютен, поэтому их можно широко использовать в диете, чувствительной к глютену.

Безглютеновая мука, часто используемая в промышленности, а также в исследовательских целях, является рисовой мукой. Рисовая мука является доступным источником питательных веществ. Рис содержит около 80 % крахмала, и его белки не считаются токсичными для пациентов с целиакией. Кукуруза выращивается во всем мире и занимает третье место после пшеницы и риса. Хотя кукуруза является источником многих микро- и макроэлементов, необходимых для метаболизма человека, содержание некоторых необходимых питательных веществ в ней недостаточно [2]. Кукуруза содержит ценный белок, пищевые волокна, необходимые витамины и минералы [7]. Гречка содержит жиры, заменимые и незаменимые аминокислоты, поли- и моносахариды, витамины, микроэлементы, культура имеет полезный состав. Она на 100 % входит в крупы, не содержащие глютена. Бобовая мука обычно используется в безглютеновых продуктах благодаря питательным свойствам. Она является важным источником питательных веществ, таких как белки, сложные углеводы, клетчатка, микроэлементы и антиоксидантные соединения [16]. Нут - это бобовое растение, богатое белком и обладающее хорошими эмульгирующими свойствами. По этой причине нут увеличивает объем безглютенового продукта [10]. Сорго в последние десятилетия игнорировалось и в настоящее время не играет существенной роли в коммерческих продовольственных системах. Для оценки уровня использования этой культуры в пищевых продуктах были проведены ее зерноперерабатывающие и технологические исследования. В результате состав и пищевая ценность сорго примерно аналогичны кукурузе, но белки его менее усваиваются, чем кукурузная мука [3]. Если ориентироваться на актуальность научно-исследовательской работы, то на сегодняшний день впервые в Казахстане разрабатывается технология производства безглютеновых макаронных изделий. В частности, впервые в стране разрабатывается технология получения макаронных изделий из нетрадиционных источников сырья, сортов кукурузной, гречневой и рисовой муки, не содержащих глютенового белка. Данные исследования проводятся в Астанинском филиале Казахского научно-исследовательского института перерабатывающей и пищевой промышленности в рамках научного проекта «Разработка технологии безглютеновых макаронных изделий на основе отечественного сырья» в рамках программного финансирования Министерство сельского хозяйства Республики Казахстан (BR10764977) на 2021-2023 годы.

Материалы и методы

Для исследования использованы рисовая, кукурузная, гречневая, сорговая и нутовая мука из зерна, выращенного в Казахстане. Определено количество белка в безглютеновой муке и ее аминокислотный состав. Для количественного определения содержания аминокислот в готовом продукте использовали систему капиллярного электрофореза «Капел 105». Пробы взвешивались в количестве 0,5 г. К нему добавляли 10 мл раствора физраствора, приготовленного в соотношении 1 : 1. Проводили процесс минерализации его в течение 16 часов при 110 °С. Затем его отфильтровывали и сушили в сухом воздушном потоке, получая 50 мкл фильтрата (в вытяжном шкафу). В высушенный фильтрат реагенты, расщепляющие аминокислоты, помещали на 35 минут с добавлением карбоната натрия или фенилацетила аланина. Затем снова высушили. Затем растворили в 0,5 мл воды и опустили в «Капель 105». Полученные результаты рассчитываются программой Эльфаран. Биологическая полная ценность белка определялась путем расчета аминокислотного показателя, рассчитанного по формуле:

где АС - аминокислотный скор, %; АК_х - содержание аминокислот в белке, мг; АК_С - это количество аминокислот в стандартном белке ФАО / ВОЗ, мг.

Результаты и обсуждение

Аминокислоты, пептиды и белки являются важными составляющими пищевых продуктов. Помимо своей пищевой ценности, они придают блюду вкус и текстуру. Среднее содержание белка в пшеничной муке, часто используемой для приготовления пищевых продуктов, составляет 12-15 %. По сумме массовых долей белка пшеничная мука по пищевой и биологической ценности уступает нутовой и сорговой муке.

Таблица! - Аминокислотный состав белка безглютеновой муки

Как видно из таблицы 1, нутовая мука (23,4 %) показала максимальное содержание белка. Наименьшее значение показали рисовая и кукурузная мука - 7,8 % и 7,3 %. Также этот показатель является относительно низким для сорго и гречневой муки (11,8 % и 12,6 %).

Обширные изменения в составе белков обусловлены не только генетическими факторами, но и воздействием окружающей среды. Белок синтезируется во время плодоношения, а синтез крахмала начинается позже. Если условия выращивания в конце периода плодоношения хорошие, то выход крахмала будет высоким, но содержание белка будет относительно низким [5].

Каждый вид безглютеновой муки имеет свои особенности. Это зависит от того, является ли белок в его составе заменимым или незаменимым типом аминокислот. В сравнительной таблице 1 представлен состав аминокислот на 100 г различных безглютеновых сортов муки.

По данным таблицы определяется пищевая ценность муки исходя из количества аминокислот, содержащихся в сырье, получаемом для получения безглютенового продукта. Среди сортов муки в таблице будут выбраны оптимальные сорта муки, которые в дальнейшем будут использоваться для получения различных безглютеновых продуктов. В таблице 1 представлен аминокислотный состав белка безглютеновой муки.

Аминокислотный состав белка является одним из важнейших показателей, характеризующих его пищевую ценность [4]. Белки, поступающие в организм человека с пищей, под действием ферментов органов пищеварения гидролизуются до аминокислот, из которых в присутствии ферментов образуются различные белки, необходимые человеку [13]. Исследование аминокислотного состава показало, что анализируемые виды муки содержат такие незаменимые аминокислоты, как валин, лизин, фенилаланин, изолейцин, лейцин, метионин, треонин.

Из таблицы видно, что их содержание преобладает в бобовой муке. Нут и мука сорго богаты лизином (2781,75 и 1475,84 мг / 100 г соответственно), лизин способствует усвоению кальция из пищи.

Характерной чертой этих видов муки является высокое содержание глутаминовой кислоты (2228,45 для рисовой муки, 2037,78 мг/100 г для рисовой муки и 2273,51 г для гороховой муки), аспарагиновой кислоты (2092,12 мг/100 г для муки сорго, 1079,23 мг/100 г для гречневой муки и 919,92 мг/100 г для рисовой муки 100 г), а также высокое содержание аргинина (1596,04 мг/100 г-в торге и 1142,26 рисовой муке). В гречневой и сорговой муке высокое содержание глицина - 981,36 и 845,24 мг на 100 г соответственно, что в 3 раза выше, чем в нутовой муке.

В безглютеновой муке лейцин является незаменимой аминокислотой. Мука сорго и нута показала высокое содержание лейцина (1458,67 и 1338,99 мг/100 г соответственно), а самое низкое содержание было в гречневой муке (792,22 мг/100 г).

Содержание метионина в безглютеновой муке было значительно ниже, чем в других видах аминокислот с 142,64 до 381,04. Известно, что лизин является аминокислотой, вырабатываемой в организме человека гормонами, ферментами и необходимой для синтеза белковых соединений, необходимых для работы жизненно важных систем [8]. Что касается его состава, то нутовая мука содержит 2781,75 %, затем от 642,32 до 1475,84 % сорго и гречневой муки.

В целом, в рисовой и кукурузной муке было меньше аминокислот. Рис и кукуруза по таблице 1 показали недостаток лизина. Напротив, гороховая мука показала самое высокое значение лизина. Соответственно, нутовую, сорговую, гречневую муку можно рассматривать как сырье с хорошим качеством белка по сравнению с другими исследованными видами муки.

Пищевая ценность белка определяется не только наличием в нем всех незаменимых аминокислот. Если все аминокислоты в нем находятся в оптимальном количестве и соотношении, то тогда белок будет полноценным. Белок продукта должен иметь не только состав незаменимых аминокислот, но и определенное соотношение заменимых и незаменимых аминокислот, в противном случае часть незаменимых аминокислот может быть использована для других целей [9]. На рисунке 1 ниже сравнивается содержание заменимых и незаменимых аминокислот в безглютеновой муке.

Рисунок 1 - Сравнение содержания заменимых и незаменимых аминокислот в безглютеновой муке

Одним из основных факторов, определяющих эффективность использования белка в организме человека, является баланс белка в составе незаменимых аминокислот. Баланс белка показывает, насколько плодороден полученный продукт. Поэтому путем сравнения аминокислот, содержащихся в белке, определяется его пищевая ценность. Если такое сравнение показывает, что значение любой аминокислоты составляет менее 100 процентов, это указывает на снижение биологической ценности белка и заставляет организм есть его большое количество, чтобы компенсировать потребность в определенных аминокислотах.

Результаты анализа аминокислотного состава представлены в таблице 1. Оценка биологической ценности белка, полученного из безглютено- вой муки, путем расчета скор аминокислоты по каждой незаменимой аминокислоте отражена на рисунке 2.

Анализируя рисунок 2, можно сделать следующие выводы: лимитирующей аминокислотой для рисовой муки является триптофан, для кукурузной муки - лейцин и триптофан, для гречневой муки - триптофан и валин. Из бобовых культур сорго содержит меньше фенилаланина, триптофана, лейцина и лизина. В основном это белки нуто- вой муки, хорошо сбалансированные по аминокислотному составу бобовых белков, лимитирующая аминокислота лейцин.

Анализируя данные, приведенные на рисунках 1 и 2, можем сделать вывод, что белковые вещества нута, сорго, кукурузной и гречневой муки имеют более высокую биологическую ценность, чем белки рисовой муки. Исходя из анализа соотношения аминокислотного состава, на наш взгляд, для производства безглютеновых макаронных изделий в рецепте сухих смесей целесообразно использовать одновременно два вида муки, так как это уравновешивает дополнительный состав белка.

Выводы

В настоящее время наблюдается тенденция к решению сенсорных и технологических проблем с использованием нетрадиционной муки для улучшения качества безглютеновых продуктов.

Основная идея этого исследования заключалась в том, чтобы дать общий обзор различных видов безглютеновой муки и сосредоточиться на возможности использования других видов культур, таких как нут и сорго.

При составлении рецептов безглютеновых продуктов, помимо технологических свойств муки, необходимо учитывать их химический и аминокислотный состав. Пищевая ценность готовых безглютеновых продуктов должна быть близка к продуктам из пшеничной муки.

Установлено, что аминокислотный состав безглютеновой муки является высококачественным источником белка по сравнению с белками из гороха, сорго и гречневой муки из кукурузной и рисовой муки.

Таким образом, использование домашней безглютеновой муки с высоким содержанием белка и незаменимыми аминокислотами может быть очень полезным для оптимизации безглютеновой диеты и удовлетворения потребностей людей с целиакией и чувствительными к глютену.

Библиографический список

1. Батурина В. В. Современный ассортимент пищевых продуктов, предназначенных для больных целиакией // Экономическая среда. 2018. № 4 (26). С. 98-101.

2. Венецианский А. С., Кузнецова Е. А., Сердюкова Я. П. Повышение эффективности технологии производства макаронных изделий быстрого приготовления // Экономика: вчера, сегодня, завтра. 2018. Т. 8. № 7B. С. 211-217.

3. Подколзина В. Г. Разработка технологии безглютеновых мучных кондитерских изделий для больных целиакией // Наука будущего - наука молодых: сборник тезисов. Нижний Новгород: ООО "Инконсалт К", 2017. С. 35-37.

4. Половцева А. А., Наумцев О. Н., Борисова А. В. Использование кукурузной, рисовой и амарантовой муки в рецептуре безглютеновых кексов // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2020. № 1 (373). С. 48-52.

5. Типсина Н. Н., Благодарнова Г. В., Туманова А. Е. Повышение пищевой ценности макаронных изделий при использовании гречневой, рисовой муки // Пищевая промышленность. 2021. № 3. С. 23-26.

6. Тыщенко Е. В. Обзор безглютеновых видов сырья и его использование в производстве продуктов питания // Конкурентоспособность территорий: материалы XXI Всероссийского экономического форума молодых ученых и студентов. Екатеринбург: Уральский государственный экономический университет, 2018. С. 103-105.

7. Черкасова Э. И., Егорычева А. А. Влияние дополнительного сырья на качество и пищевую ценность макаронных изделий // Наука без границ. 2020. № 6 (46). С. 24-28.

8. Щеколдина Т. В. Микробиальная и экологическая безопасность мучных смесей на основе киноа // Вестник КрасГАУ. 2019. № 9 (150). С. 121-126.

9. Щеколдина Т. В. Физико-химические показатели качества безглютеновых мучных смесей // Теоретический и практический потенциал современной науки: сборник научных статей. М.: Издательство "Перо", 2019. С. 59-63.

10. Aguilar N., Albanell E., Minarro B., Capellas M. Chickpea and tiger nut flours as alternatives to emulsifier and shortening in gluten-free bread // LWT Food Sci. Technol. 2015. Issue 62. Pp. 225-232.

11. Bender D., Schonlechner R. Innovative approaches towards improved gluten-free bread properties // J. Cereal Sci. 2020. Issue 91. Pp. 102904.

12. Cappelli A., Oliva N., Cini E. A systematic review of gluten-free dough and bread: Dough rheology, bread characteristics, and improvement strategies // Appl. Sci. 2020. Issue 10. P. 6559.

13. Caubet J. C. Current understanding of the immune mechanisms of food protein-induced enterocolitis syndrome // Expert Rev Clin Immunol. 2011. Issue 7. Pp. 317-327.

14. Demirkesen I., Ozkaya B. Recent strategies for tackling the problems in gluten-free diet and products // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2020. Issue 1. P. 27.

15. Falguera V., Aliguer N., Falguera M. An integrated approach to current trends in food consumption: Moving toward functional and organic products? // Food Control. 2012. Issue 26. Pp. 274-281.

16. Melini F., Melini V., Luziatelli F., Ruzzi M. Current and forward-looking approaches to technological and nutritional improvements of gluten-free bread with legume flours: A critical review // Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2017. Issue 16. Pp. 1101-1122.

17. Saturni L., Ferretti G., Bacchetti T. The gluten-free diet: Safety and nutritional quality // Nutrients. 2010. Issue 2. Pp. 16-34.

18. Vici G., Belli L., Biondi M., Polzonetti V. Gluten free diet and nutrient deficiencies: A review // Clin. Nutr. 2016. Issue 35. Pp. 1236-1241.

Размещено на Allbest.ru