Анализ и сравнение способов избавления нута от бобового привкуса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ и сравнение способов избавления нута от бобового привкуса

В.Н. Храмова

Д.И. Сурков

К.А. Лубчинский

Т.Ю. Животова

Актуальность. Нут обладает высоким содержанием белка, но его использование в пищевых продуктах ограничено. Это связано с наличием в нем нежелательного бобового привкуса. Для его устранения используют замачивание, но этот процесс длительный и ведет к потере питательных веществ. Поиск других способов избавления от бобового привкуса и изучение их влияния на химический состав нута является актуальной задачей. Объекты. Для исследования выработаны опытные образцы нута сорта «Волжанин», которые в первом случае обработаны микроволновым излучением в течение 5 минут при мощности 200 Вт, а во втором с помощью замачивания в 1% водном растворе лимонной кислоты продолжительностью до 6 часов. Так же исследован контрольный образец, который не подвергали обработке. Цель исследования состоит в сравнении и анализе контрольного и опытного образцов, полученных при различных режимах обработки, при которых происходит уменьшение бобового привкуса до полного его исчезновения. Материалы и методы. Измерение массовой доли белка проведено по ГОСТ 10846-91, а массовой доли влаги по ГОСТ 54951-2012. Определение аминокислотного состава осуществлено с использованием системы капиллярного электрофореза «Капель-105M». Расчет аминокислотного скора и аминокислотного индекса выполнили по общепринятым методикам. Результаты и выводы. В результате исследований отмечено, что удаление бобового привкуса с помощью микроволнового излучения имеет в сравнении с замачиванием, как положительные, так и отрицательные стороны. К достоинствам можно отнести время обработки и снижение обсемененности, а также увеличение массовой доли белка и уменьшение потерь таких аминокислот, как аргинин на 22,6%, тирозин - 17,9%, пролин - 17,4%, гистидин - 15,9%, фенилаланин - 10,9%, серин - 10,8%, треонин - 10,3%, аланин - 8,6%, глицин - 7,7%, метионин - 7,7% и лизин на 6,5%. Однако этот способ обработки обладает меньшим значением общего количества незаменимых аминокислот и аминокислотного скора. Это связано с более высоким содержанием лейцина с изолейцином, валина и триптофана - на 28,8%, 13,7% и 1,3% соответственно. Стоит отметить, что вне зависимости от способа обработки аминокислотный скор падает, что свидетельствует об ухудшении пищевой и биологической ценности нута. При этом главной лимитирующей аминокислотой выступает метионин, аминокислотный скор которого не превышает 17%, что необходимо учитывать при разработке новых продуктов питания с использованием нута.

Ключевые слова: нут, бобовый привкус, пищевой белок, замачивание нута, аминокислотный состав нута, аминокислотный скор.

Введение

В современном мире существует дефицит пищевого белка. Его недостаток негативно влияет на широкий спектр функции организма, так как протеин - один из важнейших компонентов жизни на Земле. Недостаток белка в рационе может привести к заболеваниям алиментарной этиологии и ухудшить качество жизни человека. Принято считать, что в мире в среднем человек потребляет 60 г белка в сутки. Это нижняя планка физиологической потребности для женщин - 60-90 г / сутки, а для мужчин этого недостаточно. Им необходимо 75-114 г белка в сутки [5].

Для решения проблемы дефицита белка создают функциональные продукты питания. В их состав можно внести нут [19]. Он содержит много растительного белка, массовая доля которого в зависимости от сорта от 18 до 32 %. Белки нута хорошо растворяются в воде (до 62 %) и 0,05%-ном растворе соляной кислоты (90%). Нут обладает сбалансированным аминокислотным составом, который близок к аминокислотному составу белков мяса, а также содержит большое количество витаминов В₂ (510 мкг), В₅ (1,6 мг) и В₆ (535 мкг) и минеральных веществ. Например, калия (968 мг), кальция (193 мг), магния (126 мг), фосфора (444 мг), кобальта (10 мг), марганца (2,1 мг), меди (0,66 мг) и молибдена (60 мкг). При этом у нута самое высокое содержание железа (2,6 мг), цинка (2,9 мг) и селена (28,5 мг) среди бобовых. Кроме того, по различным данным нут содержит от 50 до 67 % углеводов, золы - 2,8-4,0 % и от 4,9 до 8 % липидов, среди которых много таких незаменимых жирных кислот, как линолевой (42,3 %) и олеиновой (21,8 %) [1, 8-11].

Сорт «Волжанин» обладает повышенной устойчивостью к полеганию, засухоустойчив, жаровынослив, а также не подвержен к растрескиванию и опадению бобов, что позволяет выращивать нут в условиях изменчивого климата в засушливых регионах России. В отличие от других бобовых растений нут часто приносит стабильные урожаи. Вне зависимости от сорта он обладает нежелательным бобовым привкусом, который ограничивает использование семян в производстве продуктов питания [6].

Для решения этой проблемы существует несколько способов. Например, замачивание нута в подкисленных растворах. Этот процесс сопровождается гидролизом и набуханием белка. Он зависит от природы растворителя и химических соединений продукта, а также от присутствия электролитов и величины pH. В сравнении с другими бобовыми нут обладает наибольшей скоростью набухания [7].

Еще одним способом избавления нута от бобового привкуса является обработка его с помощью микроволнового излучения. При традиционном способе нагрев происходит от поверхности к центру. Если теплопроводность нагреваемого объекта низка, то температурная обработка будет происходит медленно, что может вызвать локальный перегрев поверхности и произойти её подгорание. Обработка продуктов питания при помощи микроволнового излучения лишено этого недостатка, так как нагрев происходит по всему объему. Механизм процесса связан с поглощением микроволновой энергии полярными молекулами. Наложение на них внешнего электрического поля ведёт не только к изменению величины электрического дипольного момента, но и к повороту оси молекулы по направлению поля. Благодаря вынужденному дипольному вращению и возникающему при этом межмолекулярному трению, происходит выделение тепла. Интенсивность этого процесса сильно зависит от количества полярных молекул (в пищевых продуктах в основном воды), чем их больше - тем эффективнее [18].

В пищевой промышленности микроволновую обработку применяют для сушки. Регулируя мощность излучения, можно достичь различной влажности конечного продукта. Микроволны используют для пастеризации и стерилизации. Это возможно за счёт инактивации бактериальных ферментов и разрушения структурных элементов микробной клетки под действием микроволн [13, 15, 20]. Однако несмотря на быстроту и эффективность этого способа, как и тепловая обработка, он вызывает деградацию витаминов и денатурацию белков, которая идёт вместе с изменением их вторичных структур, разрыхлением консистенции и разрушением аминокислот. Чем дольше идёт процесс, тем больше протекает таких химических превращений [3, 12, 14, 16, 17].

Цель исследования - сравнение и изучение органолептических и физикохимических свойств образцов нута, полученных при обработке микроволновым излучением и замачивании в 1 %-ном растворе лимонной кислоты.

Материалы и методы. Для проведения исследования в условиях лаборатории кафедры технологии пищевых производств ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет» выработаны опытные образцы нута. В исследовании использован нут сорта «Волжанин», который выращен на полях Волгоградской области в 2021 году. Семена без какой-либо обработки выступают в качестве контрольного образца.

Выработку опытного образца, обработанного микроволнами, проводили в микроволновой печи в течение 5 минут при мощности излучения 200 Вт (частота магнетрона 2450 МГц). Это позволяет избавить нут от бобового привкуса.

Для выработки опытных образцов, полученных с помощью замачивания, использованы полипропиленовые пластиковые контейнеры (150 x 130 x 60 мм). В них помещали по 50 г нута, которые предварительно промыли в проточной воде. Затем семена заливали 1 % раствором лимонной кислоты. Объем залитой жидкости составил 250 мл (такой объём раствора позволяет покрыть нут полностью и сделать между ним и воздухом прослойку жидкости 10 мм). Обработку проводили при температуре 25 °С. После выработки образцов их вынимали, выкладывали на пергамент, давали 5 минут стечь, взвешивали и оставляли на подсушку еще на 12 часов.

Для осуществления сравнения способов обработки нута между собой и с контрольным образцом необходимо определить массовую долю белка, содержание влаги и аминокислотный состав. Эти исследования проведены в аккредитованной комплексной аналитической лаборатории ФГБНУ «Поволжский научно-исследовательский институт производства и переработки мясомолочной продукции».

Определение массовой доли белка проведено по методике из ГОСТ 10846-91, суть которой заключена в минерализации органического вещества серной кислотой в присутствии катализатора с образованием сульфата аммония, разрушении его щелочью с выделением аммиака, который отгоняли водяным паром в раствор серной или борной кислоты с последующим титрованием.

Определение массовой доли влаги осуществлено с применением метода исследования из ГОСТ 54951-2012, который основан на определении потери массы анализируемой пробы при высушивании при 103°С в сушильном шкафу в течение 4 часов.

Определение аминокислотного состава проведено с использованием системы капиллярного электрофореза «Капель-105М», позволяющей получить значение массовой доли аминокислот путём перевода ее в фенилтиокарбамильные производные при помощи фенилизотиоцианата и разделении их ионных форм в кварцевом капилляре под действием электрического поля. Регистрацию фенилтиокарбамильных-производных производят при длине волны 254 нм в буферных растворах.

Определение аминокислотного скора (АС) и аминокислотного индекса (АИ) контрольного и опытных образцов нута проведено расчетным путем.

Результаты и обсуждение

В ходе исследования проведена органолептическая оценка образцов. Контрольный образец, измельченный в муку, обладает ярко выраженным бобовым привкусом. В процессе замачивания нут поглощает воду и размягчается, а также теряет бобовый привкус, который постепенно пропадает в течение 4 часов. Микроволновая обработка позволяет достичь того же эффекта за 5 минут при мощности излучения 200 Вт. Стоит отметить, что увеличение продолжительности замачивания свыше 4 часов не оказало заметного влияния на вкус нута, но повлияло на размер зёрен, которые через 6 часов от начала процесса выросли в диаметре в два раза.

В таблице 1 показан химический состав образцов и их аминокислотный индекс. Кроме того, приведена информация о режиме обработки.

Таблица 1 - Химический состав образцов

По результатам проведенных исследований было выявлено увеличение белка в опытных образцах под номерами 2 и 3. В первом случае это связано с тем, что при нагреве с помощью микроволнового излучения происходит испарение свободной влаги из зёрен. При этом падает масса нута (результаты измерения массы образцов показаны в таблице 2), что ведёт к увеличению массовой доли других веществ, в том числе оставшейся после микроволновой обработки связанной влаги.

Однако обработка микроволновым излучением фактически способствует уменьшению количества всех составных частей нута за счёт денатурации белка до пептидов и образование безазотистых низкомолекулярных органических соединений. Согласно другим исследованиям [14, 16, 17], так же происходит деградация витаминов и изменение структурных компонентов нута, что приводит к разрыхлению консистенции.

Во втором случае, при обработке нута с помощью замачивания, происходит гидратация и набухание белка, что способствует возрастанию его массовой доли в первые два часа. С увеличением количества влаги в нуте возрастает его масса и возникают химические реакции связанные с проращиванием зерна. Растёт активность ферментов, происходит гидролиз белка, аминокислот и крахмала [2, 4].

Как видно из таблицы 1, контрольный образец нута уступает по аминокислотному индексу всем опытным образцам. Это связано с уменьшением общего количества аминокислот. Причём больше потерь возникает среди заменимых и незаменимых аминокислот. Кроме того, по данным ФАО / ВОЗ величина аминокислотного индекса, соответствующая идеальному соотношению аминокислот, должна составлять 0,56. Отдаление от этого значения свидетельствует об увеличении дисбаланса между незаменимыми и заменимыми аминокислотами.

Таким образом, среди всех образцов наиболее близко к сбалансированному аминокислотному составу расположен контрольный образец. Микроволновое излучение в меньшей степени ухудшает соотношение аминокислот (на 3,6 %), в то же время обработка нута при помощи замачивания увеличивает значение аминокислотного индекса на 20,8-43,7 %. нут бобовый органолептический

Таблица 2 - Масса образцов

Согласно таблице 2, воздействие микроволновым излучением уменьшило массу нута на 5,67 %, в то время как у замоченных образцов её величина в течение первых 2 часов выросла на 56 %, а в дальнейшем скорость роста массы сильно упала (за следующие 4 часа выросла на 10,5 %). Через 12 часов после замачивания масса образцов стала еще на 13,2-19,7 % меньше и составила от 24,8 % до 49,6 % от первоначальной. Стоит заметить, что уменьшение массы замоченных зёрен связано с испарением поглощенной ранее влаги, скорость этого процесса сильно зависит от наличия воздухообмена, влажности воздуха и его температуры. Кроме того, изменение массы свидетельствует о его выходе. Чем выше это значение, тем меньше необходимо исходного сырья для производства пищевых продуктов.

В таблице 3 представлены данные анализа аминокислотного состава образцов. А в таблицах 4 и 5 показаны результаты расчёта содержания незаменимых аминокислот в белке и аминокислотного скора. Пример расчёта этих значений приведен в уравнении 5:

Как видно из таблицы 3, в сравнении с другими аминокислотами в 100 г нута мало метионина. При этом его содержание падает при всех способах обработки. Однако происходит уменьшение и других аминокислот, что в совокупности ухудшает пищевую и биологическую ценность нута.

При сравнении контрольного образца с опытными можно заметить, что микроволны оказывают наибольший негативный эффект на валин, значение которого падает на 18,3 %, а также на лейцин с изолейцином (упало на 18 %). Однако количество гистидина незначительно выросло на 3,2 %. Микроволновая обработка меньше всего оказывает отрицательного влияния на фенилаланин - 19,8 %, лизин - 14,4 %, аргинин - 14,3 % и тирозин - 14,2 %, чем замачивание. В остальных случаях значения аминокислот лежат примерно на одном уровне с контрольным образцом.

Таблица 3 - Аминокислотный состав, мг / 100 г

Сравнивая опытный образец № 3 с контрольным, заметили небольшое увеличение количества лейцина с изолейцином, валина и триптофана. Это связано с наличием у этих аминокислот гидрофобных боковых групп, которые препятствуют растворению белка в водных растворах. Благодаря чему, они в меньшей степени подвержены гидролитическому распаду. Потери при замачивании так же происходят за счёт перемещения растворимых в воде веществ из семян в раствор [4].

Стоит отметить, в опытном образце № 4 массовая доля белка, содержание незаменимых и частично заменимых аминокислот меньше, чем в образце № 5, но больше заменимых аминокислот (за исключением тирозина). Таким образом, благодаря одинаковым органолептическим характеристикам и повышенному содержанию аминокислот опытный образец № 5 является наиболее перспективным для использования в пищевой промышленности.

Сравнивая образцы № 2 и № 5, в которых отсутствует бобовый привкус, обработка нута микроволнами позволяет сохранить больше аминокислот. Например, здесь выше содержание аргинина на 22,6 %, тирозина - 17,9 %, пролина - 17,4 %, гистидина - 15,9 %, фенилаланина - 10,9 %, серина - 10,8 %, треонина - 10,3 %, аланина - 8,6 %, глицина и метионина - 7,7 %, а лизина на 6,5 %. Однако в замоченном образце содержание лейцина и изолейцина больше на 28,8 %, валина - 13,7 %, а триптофана на 1,3 %. Благодаря этому, в опытном образце № 5 общее количество незаменимых аминокислот выше на 9,9 %, чем в нуте, обработанном микроволнами.

Таблица 4 - Содержание незаменимых аминокислот, г / 100 г белка

Среди всех незаменимых аминокислот в белках нута больше всего лейцина с изолейцином, фенилаланина и лизина - 8,61 %, 5,06 % и 4,99 % соответственно. К сожалению, обработка нута микроволнами и замачиванием ведёт к уменьшению содержания незаменимых аминокислот в белке. Исключением является увеличение содержания лейцина и изолейцина при замачивании, значение которого растёт на 12,4-26,1 %.

Таблица 5 - Аминокислотный скор, %

В результате расчётов замечено, что вне зависимости от способа обработки аминокислотный скор падает и в каждом образце все аминокислоты являются лимитирующими (меньше 100 %). Самая проблемная из них - метионин, значение аминокислотного скора которого на уровне 9,45-16,76 %. Этот показатель занижает биологическую ценность семян. Поэтому при производстве продуктов питания с использованием нута необходимо это учитывать и, по возможности, обогащать пищевые продукты сырьём богатым метионином. Это позволит минимизировать негативные эффекты, связанные с наличием лимитирующей аминокислоты, на здоровье человека при длительном употреблении в пищу.

Стоит так же отметить, что при сравнении перспективных способов обработки (опытные образцы № 2 и № 5) применение замачивания позволяет увеличить аминокислотный скор лейцина и изолейцина на 44,3 %, валина - 19,1 % и триптофана на 4,1 %. Однако при этом режиме обработки идёт снижение значений лизина на 3,9 %, метионина - 5,1 %, треонина - 7,8 % и фенилаланина на 8,5 %.

Выводы

Дефицит белка является актуальной задачей пищевой промышленности. Существует множество способов решения этой проблемы. Например, обогащение продуктов питания функциональными ингредиентами, которые богаты эссенциальными нутриентами. Одним из таких перспективных источников является нут. Он содержит от 18 до 32 % белка, но обладает нежелательным бобовым привкусом. Это ограничивает применение нута в пищевых продуктах, но не является главным недостатком зерна.

Удаление бобового привкуса можно проводить как традиционно путём замачивания в подкисленных растворах, так и с помощью микроволн. У каждого из способов обработки нута есть положительные и отрицательные стороны. Выбор между ними зависит от производственных целей, каких эффектов и за какое время необходимо их достичь.

Так, если нужно получить нут, не обладающий бобовым привкусом, с пониженной обсемененностью за короткий промежуток времени, то самым подходящим способом будет применение микроволнового излучения (5 минут, 200 Вт). В случае если затраты по времени не критичны и необходимо повысить выход сырья (за счёт поглощения воды), то можно использовать замачивание (1% раствор лимонной кислоты в течение 6 часов).

В сравнении с замачиванием микроволновая обработка так же позволяет сократить потери таких аминокислот, как аргинин на 22,6 %, тирозин - 17,9 %, пролин - 17,4 %, гистидин - 15,9 %, фенилаланин - 10,9 %, серин - 10,8 %, треонин - 10,3 %, аланин - 8,6 %, глицин - 7,7 %, метионин - 7,7% и лизин - на 6,5 %.

Однако в замоченном образце общее количество незаменимых аминокислот больше на 9,9 % за счёт содержания лейцина и изолейцина, значение которого выше на 28,8 %, валина - 13, 7%, а триптофана - на 1,3 %. Благодаря этому, замоченный нут имеет большее значение аминокислотного скора, чем после обработки микроволнами. Например, аминокислотный скор для лейцина и изолейцина больше на 44,3 %, валина - 19,1 %, а триптофана - на 4,1 %, но замачивание уступает по лизину на 3,9 %, метионину - 5,1 %, треонину - 7,8 % и фенилаланину - на 8,5 %.

Стоит отметить, что вне зависимости от способа обработки аминокислотный скор падает, что свидетельствует об ухудшении пищевой и биологической ценности нута. При этом главной лимитирующей аминокислотой выступает метионин, аминокислотный скор которого не превышает 17 %, что необходимо учитывать при разработке новых продуктов питания с использованием нута.

Библиографический список

1. Возможности использования продуктов переработки нутового сырья в колбасном производстве / В. Н. Храмова [и др.] // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2017. № 4 (48). C. 176-183.

2. Жуков А. М., Болгова Н. С. Биохимические процессы, протекающие в зерне тритикале при проращивании // Инновационные технологии и технические средства для АПК. 2015. С. 70-73.

3. Королев А. А., Тюрина С. Б., Тришканева М. В. Анализ применения микроволнового излучения в технологиях стерилизации растительного сырья // Научный журнал НИУ ИТМО. Сер. Процессы и аппараты пищевых производств. 2019. № 3. С. 81-91.

4. Лысиков Ю. А. Аминокислоты в питании человека // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2012. № 2. C. 88-105.

5. Орешкин М. В. Проблема дефицита белка: подходы к решению // Вестник Луганского национального университета им. Тараса Шевченко. 2017. № 1 (4). С. 19-22.

6. Особенности роста и развития сортов нута волгоградской селекции на каштановых почвах Волгоградской области. / В. В. Балашов, А. В. Балашов, А. А. Малахова [и др.] // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2021. № 1 (61). С. 36-45.

7. Панкина И. А., Борисова Л. М. Исследование набухания и растворимости сухих веществ семян зернобобовых культур // Научный журнал НИУ ИТМО. Сер. Процессы и аппараты пищевых производств. 2016. № 2. С. 13-20.

8. Пищевые и кормовые белковые препараты из гороха и нута: производство, свойства, применение / В. В. Колпакова [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2021. № 2 (51). С. 333-348.

9. Царёва Н. И., Бондаренко Н. В. Перспективы использования зернобобовой культуры нут в производстве пищевых продуктов питания // Естественные и гуманитарные науки в современном мире. 2020. С. 100-102.

10. Chandrasekaran S., Luna-Vital D., Mejia E. G. Identification and comparison of peptides from chickpea protein hydrolysates using either bromelain or gastrointestinal enzymes and their relationship with markers of type 2 diabetes and bitterness // Nutrients. 2020. №. 12 (12). P. 1-16. https://doi.org/ 10.3390/nu12123843.

11. Chickpea (Cicer arietinum L.) as a Source of Essential Fatty Acids-A Biofortification Approach / A. Madurapperumage [et al.] // Frontiers in Plant Science. 2021. Vol. 12. P. 734980. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.734980.

12. Compendium of wheat germ: Separation, stabilization and food applications / F. Boukid [et al.] // Trends in Food Science & Technology. 2018. Vol. 78. P. 120-133. URL: https://doi.org/10.1186/s13020-021-00500-8.

13. Effects of microwave treatment on the stability and antioxidant capacity of a functional wheat bran / J. Liu [et al.] // Food Science and Nutrition. 2021. № 5 (9). P. 2713-2721. https://doi.org/10.1002/fsn3.2230.

14. Functional properties of protein isolates extracted from stabilized rice bran by microwave, dry heat, and parboiling / S. H. Khan [et al.] // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2011. № 6 (59). P. 2416-2420. https://doi.org/10.1021/jf104177x.

15. Hybrid high-intensity ultrasound and microwave treatment: A review on its effect on quality and bioactivity of foods / N. Munoz-Almagro [et al.] // Ultrasonics Sonochemistry. 2021. Vol. 80. P. 13. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105835.

16. Jiang H., Liu Z., Wang S. Microwave processing: Effects and impacts on food components / H. Jiang, // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2018. № 14 (58). P. 2476-2489. https://doi.org/10.1080/10408398.2017.1319322.

17. Microwave technology: a novel approach to the transformation of natural metabolites / Q. Hu [et al.] // Chinese Medicine. 2021. № 1 (16). P. 22. https://doi.org/10.1186/s13020-021-00500-8.

18. Research developments in the applications of microwave energy in fish processing: A review / P. Viji [et al.] // Trends in Food Science and Technology. 2022. Vol. 123. P. 222-232.

19. The impact of functional food in prevention of malnutrition / M. H. Ahmed [et al.] // Pharma Nutrition. 2022. № 19. P. 100288. https://doi.org/10.1016/j.phanu.2022.100288.

20. The influence of microwave sterilization on the ultrastructure, permeability of cell membrane and expression of proteins of Bacillus Cereus / J.-X. Cao [et al.] // Frontiers in Microbiology. 2018. Vol. 9. P. 1870. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01870.

Размещено на Allbest.ru