Автореферат диссертации Иванова М. В.

На правах рукописи
Иванова Марина Викторовна
Товароведная оценка белков муки зародышей пшеницы и
использование лейкозина в производстве мучных
кондитерских изделий и соусов для общественного питания
Специальность 05.18.15 -
Технология и товароведение пищевых
продуктов и функционального и
специализированного назначения и
общественного питания
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
2
Москва – 2011
Работа выполнена на кафедре «Технология продуктов
питания и экспертиза товаров» ФГОУ ВПО «Московский
государственный университет технологий и управления».
Научный руководитель:
доктор химических наук,
профессор
Грузинов Евгений
Владимирович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,
профессор
Баранов Борис Алексеевич
доктор технических наук,
профессор
Бурмистров Геннадий
Павлович
Ведущая организация:
ОАО «ГосНИИсинтезбелок»
Защита состоится «20» мая 2011 г. в 11 часов
на заседании диссертационного совета Д.212.122.05 ФГОУ ВПО
Московского государственного университета технологий и управления
по адресу: 109803, Москва, ул. Талалихина, 31, ауд. 13, (1 этаж).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГУТУ.
Автореферат размещен на сайте ФГОУ ВПО МГУТУ
2
www.mgutm.ru
Автореферат разослан
«20» мая 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
Кандидат технических наук, доцент
Г.И.Козярина
Актуальность темы. Вопрос о распределении белка и его фракций в
отдельных анатомических частях зерна является важнейшим в
биохимии зерна и биохимии питания. Белки являются незаменимым и
наиболее дефицитным компонентом пищи. Мировой дефицит белка
определяется в 30-40 млн. тонн в год. Роль белков в питании
заключается в снабжении организма определенным количеством
каждой из незаменимых кислот и необходимым количеством серии
заменимых аминокислот как источника неспецифического азота.
Проблема удовлетворения потребности населения белком является
наиболее острой и трудной. Пищевая ценность продукта с точки
зрения его белкового состава зависит не только от содержания, но
также от качества белка, в первую очередь от его аминокислотного
состава.
Организм человека ограничен в своих возможностях
синтезировать некоторые аминокислоты, и они должны быть получены
с пищей. Это так называемые «незаменимые» аминокислоты: лизин,
лейцин, изолейцин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан,
валин. В детском питании также обязательно присутствие гистидина и
аргинина. Одним из важнейших источников белка является хлеб и
хлебные изделия. Согласно данным Института питания АМН РФ за
счет суточного потребления 500 г пшеничного и ржаного хлеба
удовлетворяется 1/3 потребности человека в белках, в том числе на
80-90% в растительных белках. В то же время растительные белки, в
том числе и белки хлеба, не обеспечивают в полной мере организм
незаменимыми аминокислотами.
В последнее время на продовольственном рынке появился
новый продукт - мука зародышей пшеницы (МЗП), которая получается
при выработке масла из зародышей пшеницы. При этом из 100 кг
зародыша получается 3-3,5 кг масла, а остальная масса зародыша
превращается в МЗП. Она применяется как самостоятельный продукт,
так и в качестве ингредиента для майонеза, малокомпонентных
4
кормов для рыб, БАД и т.д. МЗП имеет ограниченный срок хранения.
Между тем согласно литературным данным она содержит 25-37%
белков. Одним из способов переработки МЗП могло бы стать
извлечение из нее белков с перспективой дальнейшего обогащения
этими белками целого ряда продуктов питания. В теорию и практику
разных аспектов обогащения пищевого сырья внесли вклад работы
многих ученых (Тутельян В.А., Тихомирова Н.А., Шендеров Б.А.,
Нечаев А.П., Цыганова Т.Б., Тырсин Ю.А., Владимиров Ю.А. и др.).
Однако поиск новых приемов и технологий
обогащения
пищевых
продуктов
различными
видами биологически активных добавок
остается актуальным. Поэтому несомненный интерес представляет
изучение возможности использования белков, экстрагированных из
МЗП, в качестве биологически активной добавки при производстве
различных пищевых продуктов, в том числе мучных кондитерских
изделий и соусов для общественного питания и в связи с этим их
товароведной оценки.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы
являлась товароведная оценка белков муки зародышей пшеницы и
использование лейкозина в производстве мучных кондитерских
изделий и соусов для общественного питания.
Для достижения указанной цели были поставлены
следующие задачи:
1.
Провести товароведную оценку белков муки зародышей
пшеницы, в том числе:
- исследовать аминокислотный состав и биологическую ценность;
- Определить пенообразующую способность, стойкость пены,
эмульгирующую емкость и изоэлектрические точки;
- изучить морфологию белков;
- определить влагопоглотительную способность белков и вязкостные
свойства их водных растворов;
- исследовать витаминный состав;
- оценить содержание макроэлементов;
- определить содержание токсичных элементов;
- определить микробиологические показатели;
2. Провести расчет четырехкомпонентных смесей растительных
белков с белками муки зародышей пшеницы для получения продуктов,
оптимизированных по содержанию незаменимых аминокислот
применительно к здоровому питанию.
3. Обосновать возможность использования лейкозина в производстве
мучных кондитерских изделий и соусов в общественном питании.
4.
Разработать технические условия на лейкозин.
Научная новизна. Проведена товароведная оценка
лейкозина, глобулина, проламина и глютелина, экстрагированных из
4
муки зародышей пшеницы. При этом установлено, что каждый белок
имеет
присущие
только
ему
аминокислотный
состав
и
изоэлектрическую точку. Обнаружено, что проламин является
биологически неполноценным белком, т.к. он не содерит незаменимую
аминокислоту триптофан.
Впервые в совокупности изучена морфология всех четырех
белков и показано различие в их строении на уровне третичной
структуры макромолекул. Впервые исследован витаминный состав
белков. Они содержат витамины В1, В2,В3, В5, В6, В9, В12 и С. Наличие
витамина Е установлено в лейкозине, глобулине и глютелине. В связи
с этим представляет интерес использование этих белков в качестве
биологичеки активных добавок.
Определено содержание в белках токсичных элементов:
свинца, кадмия, мышьяка и ртути. Их содержание не превышает ПДК,
установленных СанПиН 2.3.2.1078-01. Таким образом, белки могут
быть использованы в производстве мучных кондитерских изделий и
соусов для общественного питания.
Впервые для производства продуктов общественного
питания рекомендован белок лейкозин, содержащий все незаменимые
аминокислоты, витамины В1, В2,В3, В5, В6, В9, В12, С и Е, а также
макроэлементы фосфор, калий, натрий, магний, кальций и железо.
Обосновано применение белков муки зародышей пшеницы
в четырехкомпонентных смесях ряда растительных белков для
получения
продуктов,
оптимизированных
по
содержанию
незаменимых аминокислот применительно к здоровому питанию.
Практическая значимость.
Разработаны
технологические и рецептурные решения, позволяющие обогащать
белком лейкозином мучные кондитерские изделия: булочка с сыром,
булочка с маком, печенье заварное. Изделия имели улучшенные
органолептические
характеристики,
замедлялся
процесс
их
черствения. Получен Патент РФ № 23976499 от 27.10.2009г. «Способ
обогащения белком хлебобулочных изделий».
Разработаны рецептуры и технологии получения взбивных
кремов для пирожных с использованием в качестве эмульгатора
водного раствора лейкозина.
Разработаны рецептуры и технологии выработки трех
видов соусов на основе муки зародышей пшеницы, обогащенной
лейкозином. Соусы в апробированных на Комбинате питания МГТУ
им. Н.Э. Баумана.
Разработаны и утверждены ТУ 9115-006-02068812-09
«Лейкозин. Белок муки зародышей пшеницы пищевого назначения».
Материалы диссертации внедрены в учебный процесс по
специальности 080401 «Товароведение и экспертиза товаров» и
6
260501 «Технология продуктов питания» на кафедре «Технология
продуктов питания и экспертиза товаров» МГУТУ им. К.Г. Разумовского
и использованы
при проведении лекций, лабораторных и
практических
занятий,
при
разработке
учебно-методической
документации, при проведении НИР по инициативным темам
кафедры.
Достоверность полученных результатов. Все научные
положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации,
подтверждаются большим объемом выполненных экспериментальных
исследований,
применением
современных методов
анализа,
статистической обработкой полученных данных и высоким научнотехническим уровнем полученных результатов. Основные положения и
результаты диссертационной работы представлены на международных
и межвузовских конференциях. По теме диссертации опубликованы 10
научных работ, в т.ч. 2 статьи в журнале из перечня ВАК РФ.
Апробация работы.
Основные положения
диссертационной работы доложены и обсуждены на научнопрактических конференциях: XIII Международная научно-практическая
конференция «Защита прав потребителя и рынка от контрафактной,
фальсифицированной и некачественной продукции» (Москва, 2007),
XIV Международной научно-практической конференции «Стратегия
подготовки кадров для малого и среднего бизнеса» (Москва, 2008), VI
Международной научно-практической конференции «Технология и
продукты здорового питания. Функциональные продукты» (Москва,
2008), VI Международной научно-практической конференции
«Аналитические методы измерений и приборы в пищевой
промышленности. Экспертиза, оценка качества, подлинности и
безопасности пищевых продуктов» (Москва, 2008), VII Международной
научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового
питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2009),
Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых
МГУТУ (Москва, 2010).
Публикации.
По
теме
диссертационной
работы
имеется 10 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах,
рекомендуемых ВАК и 1 Патент РФ № 2397649 от 27.10.2009 г.
«Способ обогащения белком хлебобулочных изделий».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из
введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов,
списка литературы, приложений. Работа изложена на 128 страницах
машинописного текста,
Содержит 44 таблицы, 13 рисунков. Список литературы содержит 124
источника, из которых 30 иностранных.
6
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертации,
сформулированы цель и задачи диссертационной работы, раскрыта ее
научная новизна, охарактеризованы научная и практическая ценность
работы.
1. Обзор литературы посвящен анализу и обобщению научнопрактических данных и патентной информации по следующим
направлениям: общая характеристика зерновой пшеницы и
выработанной из нее муки; химический состав зародыша пшеницы белки, липиды, углеводы, витамины, минеральные вещества,
токсичные элементы; области применения муки зародышей пшеницы
(МЗП), ее химический состав, водопоглотительная способность,
микробиологические показатели.
Рассмотрены методы оптимизации аминокислотного состава смесей
растительных белков с учетом требований здорового питания.
2. Экспериментальная часть
Исследования проводили в
лаборатории кафедры «Технология продуктов питания и экспертиза
товаров» Московского государственного университета технологий и
управления, в лаборатории структуры полимерных материалов
Института синтетических полимерных материалов РАН, в ОАО
«ГосНИИсинтезбелок»,
в
Аккредитованном
испытательном
лабораторном центре «Биотест» Московского Государственного
университета прикладных биотехнологий.
2.1 Объекты и методы исследования Схема проведения основных
этапов исследования приведена на рисунке 1.
Объектами исследования служили белки, выделенные из
МЗП: лейкозин (альбумин), глобулин, проламин, глютелин (глютен).
Белки выделяли согласно известным методикам.
Морфологию белков лейкозина, глобулина, проламина и
глютелина определяли с использованием сканирующего электронного
микроскопа JSM-5300LV фирмы JEOL (Япония).
Аминокислотный состав белков изучали с помощью
автоматического анализатора Hitachi CLA-5 (Япония).
Для определения эмульгирующей емкости готовили 1%ный раствор исследуемого белка и помещали его в смесительное
устройство – емкость для перемешивания. После включения
устройства
постепенно
приливали
растительное
масло
(подсолнечное). В результате образуется эмульсия прямого типа
«масло в воде». Перемешивание производили до момента обращения
фаз (расслоение), после чего замеряли количество масла, которое
8
использовали на постановку опыта. Величину эмульгирующей емкости
белков рассчитывали как отношение количества неполярной фазы в
точке инверсии (в объемах , весовых единицах) к массе белка.
Определение изоэлектрической точки белков сводилось к
определению рН раствора, при котором наблюдается быстрое и
полное выпадение белка в осадок. Для этого были использованы
буферные растворы с различными значениями рН.
Массовую концентрацию витаминов В1, В2, В6, В12 и С, а
также витамина Е в белках определяли согласно МУК Р.4.1.1672-03.
Массовую концентрацию витаминов В3, В5 и В9 оценивали согласно ФС
НД 42-3750-5384-01.
Массовую концентрацию кадмия и свинца определяли согласно МУК
4.1.986-00. Массовую концентрацию мышьяка оценивали по ГОСТ Р
51766-2001, а ртути – по ГОСТ 2627-86.
Водопоглотительную способность белков рассчитывали по
формуле:
Р 2 – Р1
где Р2 – вес влажной навески
белка
Х=
_______________ . 100%,
Р1 – вес сухой навески
белка (1г.)
Р1
Определение водных белковых растворов осуществляли на
ротационном вискозиметре «VISCO BASIC Plus» (Испания).
Рисунок 1. Схема проведения основных этапов исследований
Отбор и подготовку проб для определения микробиологических
показателей проводили согласно ГОСТ 26668-85, ГОСТ 26669-85.
Количество мезофильных анаэробных микроорганизмов определяли
по ГОСТ 10444.15-94, наличие бактерий группы кишечной палочки
(БГКП) – по ГОСТ Р 52814-07, дрожжей и плесневых грибов – по ГОСТ
10444.15-94, патогенных, в т.ч. сальмонелл по ГОСТ Р 52814-07.
Показатели безопасности (токсичные элементы, микотоксины,
пестициды, радионуклиды) определяли согласно ГОСТ 26924-86,
ГОСТ 26928-86, ГОСТ 26934-86.
Достоверность приведенных результатов подтверждается
применением математических методов обработки экспериментальных
данных статистическим методам. В таблицах и на рисунка приведены
средние значения с погрешностью 1,0-1,5% при доверительной
вероятности Р=0,95.
Результаты исследований
2.2 Товароведная оценка белков муки зародышей пшеницы
2.2.1 Аминокислотный состав
8
Аминокислотный состав белков играет огромную роль,
поскольку их аминокислоты задействованы в синтезе важнейших
физиологически активных соединений в организме и в обеспечении
некоторых свойств пищевого сырья и продуктов.
В таблице 1 приведены аминокислотные составы белков
лейкозина, глобулина, проламина и глютелина, экстрагированных из
МЗП.
Таблица 1
Аминокислотный состав глютелина, глобулина, лейкозина и
проламина, выделенных из муки зародышей пшеницы
Аминокислот
Содержание, %
а
Глютелин
Глобулин
Лейкозин
Проламин
Лейцин
6,08
5,70
0,50
0,54
Лизин
0,54
0,59
0,62
0,42
Гистидин
0,30
0,18
0,31
0,51
Аргинин
1,47
0,80
0,41
0,94
Аспарагиновая
0,77
0,32
0,79
1,38
кислота
Треонин
0,43
0,07
0,38
0,99
Серин
0,41
0,19
0,35
0,16
Глутаминовая
1,77
0,63
1,59
2,72
кислота
Пролин
0,93
0,72
0,48
3,07
Глицин
0,49
0,17
0,54
0,81
Аланин
0,53
0,18
0,58
0,70
0,18
Цистин
0,06
0,11
0,28
0,41
Валин
0,15
0,48
0,51
0,23
Метионин
0,06
0,17
0,39
Изолейцин
0,52
0,17
0,32
0,52
Тирозин
0,32
0,30
0,27
0,31
Фенилаланин
0,37
0,32
0,34
0,17
Триптофан
0,11
0,22
0,19
Из таблицы 1 видно, что в проламине, выделенном из МЗП,
отсутствует триптофан – одна из незаменимых аминокислот, что
делает данный белок неполноценным. Из этой таблицы также следует,
что глютелин гораздо сильнее обогащен лейцином и аргинином, чем
остальные белки. Проламин содержит больше всех аспарагиновой и
глутаминовой кислот, а также пролина. Очевидно, что каждый белок
характеризуется присущим только ему аминокислотным составом.
Последнее обстоятельство свидетельствует об индивидуальности
каждого из исследуемых белков.
10
2.2.2 Биологическая ценность. Под биологической ценностью белка
подразумевают долю задержки азота в организме от всего
всосавшегося азота. Задержка азота в организме выше при
адекватном содержании незаменимых аминокислот в пищевом белке,
достаточном для поддержания роста организма. По содержанию в
белке незаменимых аминокислот, вычисляли аминокислотный скор,
которым характеризуют биологическую ценность белка. При этом
аминокислотный состав исследуемого белка сравнивали с составом
идеального
белка,
рекомендованного
комитетом
ФАО/ВОЗ.
Аминокислота, скор которой имеет самое низкое значение, называется
первой лимитирующей кислотой. Значение скора этой кислоты
определяет биологическую ценность и степень усвояемости белка.
Таблица 2
Незаменимые аминокислоты и их скор (в скобках) белков,
выделенных из муки зародышей пшеницы
Аминокис
Содержание, % от общего азота
лота
Мука
Лейкози Пролами Глобули Глютели
зародыше
н
н
н
н
й
пшеницы
Лейцин
7,40
0,50
0,54
5,70
6,08
(106%)
(7%)
(7,7%)
(81%)
(87%)
Лизин
6,60
0,62
0,59
1,26
2,39
(120%)
(11%)
(10,7%)
(22%)
(42%)
Триптофан
1,00
0,19
—
0,82
1,11
(100%)
(19%)
(82%)
(111%)
Метионин+цистин
3,40
0,11
0,26
1,78
2,6
(97%)
(8%)
(7,4%)
(51%)
(74%)
Валин
5,10
0,48
0,43
3,24
2,14
(102%)
(9,6%)
(8,6%)
(64,8%)
(43%)
Фениланин+тирози
8,00
0,34
0,36
3,25
5,47
н
(133%)
(10%)
(6%)
(54%)
(91%)
Треонин
6,30
0,38
0,46
2,07
2,92
(157%)
(9,5%)
(11,5%) (51,78%)
(73%)
х)
Гистидин
2,50
0,31
0,32
0,80
2,10
(96%)
(11,9%)
(12%)
(30%)
(81%)
х) незаменимая кислота только для грудных детей.
Первой лимитирующей кислотой для лейкозина является
лейцин (аминокислотный скор 7%), для проламина – триптофан
(аминокислотный скор 0%), для глобулина – лизин (аминокислотный
скор 22%), для глютелина – также лизин (аминокислотный скор 42%).
2.2.3 Пенообразующая способность и стойкость пены Такие
свойства белков как способность к стабилизации эмульсии и пены
10
выражаются, в частности, в их способности к пенообразованию и
стойкости пены. Из таблицы 3 видно, что при равных концентрациях в
растворе наибольшей пенообразующей способностью и стойкостью
пены (после 15-и минутного стояния) обладает белок лейкозин, а
наименьший – проламин. Пенообразующая способность и стойкость
пены глютелина практически остаются постоянными при увеличении
концентрации данного белка в растворе в два раза. У глобулина
стойкость пены увеличивается в 1,3 раза в зависимости от
концентрации этого белка в 10%-ом растворе NaCl. У лейкозина
пенообразующая способность и стойкость пены в три с лишним раза
выше стойкости пены проламина.
2.2.4
Эмульгирующая емкость Она также является важным
свойством белков. Эмульгирующая емкость показывает максимальное
количество растительного масла способное связываться с
эмульгатором
до формирования стойкой эмульсии. В качестве
растительного масла использовали подсолнечное масло «Слобода»
по ГОСТ 1129-73. Результаты исследований приведены в таблице 4.
Таблица 4
Эмульгирующая емкость белков муки зародышей пшеницы
№
Исследуемый объект
Эмульгирующая емкость при
п/п
20 С, кг масла/1 г белка
1
1%-ный водный раствор
1,310
лейкозина + подсолнечное
масло
2 1 %-ный раствор глобулина в
0,039
10%-ном растворе NaCl +
подсолнечное масло
3 1 %-ный водный раствор
0,008
проламина + подсолнечное
масло
4 1 %-ный раствор глютелина в
0,152
0,02% растворе NaOH +
подсолнечное масло
Из таблицы 4 следует, что самой высокой эмульгирующей
емкостью обладает белок лейкозин, а самой низкой – проламин.
Эмульгирующая емкость лейкозина в 163 раза больше, чем
аналогичный показатель для проламина. Эмульгирующая емкость
глютелина в 9 раз, а глобулина – почти в 32,7 раза ниже, чем у
лейкозина. Таким образом, белок лейкозин обладает наиболее
высокой эмульгирующей емкостью, что позволяет использовать его в
пищевых эмульсиях. В связи с результатами, полученными для
12
лейкозина, относящегося к альбуминам, представляет интерес
сравнить их с аналогичными результатами, полученными для яичного
альбумина.
12
Таблица 3
Сравнительная пенообразующая способность и стойкость пены водных растворов белков,
выделенных из муки зародышей пшеницы
Концен Пеноо
трация бразу
в
ющая
раство способ
ре
ность
Лейкози
на в
водном
раствор
е, %
Глобулина в
10%
водном
раство
ре
NaCl
0,5
0,5
Стойкость пены
ПролаГлюте- Л
мина в
лина в е
водном
0,2%
й
спиртово водном к
м
раство орастворе
ре
з
%
NaOH % и
н
а
в
%
0,5
0,5
9
4,
0
±
7,
5
Глобулина в %
23,6
±
1,5
Пр Глютеол лина в
а%
ми
на
в
%
20,
1
±
1,0
38,3
±
1,7
Лейкозина в %
60,0
±
5,0
Глобу Прола Глюте
-мина -лина
лина
в
в%
в%
%
38,4
±
1,8
15,0
±
1,0
65,2
±
2,8
1,0
1,0
1,0
1,0
1
2
6,
0
±
9,
6
18,2
±
1,2
35,
6
±
1,6
41,2
±
1,9
94
±
6,0
50,0
±
2,1
18,6
±
1,2
60,0
±
2,6
Таблица 5
Сравнительная пенообразующая способность и стойкость пены
водных растворов яичного альбумина и лейкозина
Белок
Концентрация Пенообразующая Стойкость пены
белка, %
способность, %
после15-мин
стояния,%
Лейкозин
1,0
126,0 ±_9,6
94 + 6,0
Альбумин
яичный
1,0
58,0±_3,81
100 + 6,5
Из таблицы 5 следует, что пенообразующая способность
лейкозина в два раза выше, чем у яичного альбумина при одинаковой
их концентрации в водном растворе. При этом стойкость пены у обоих
белков практически одинакова.
Достаточно высокая пенообразующая способность и
стойкость пены лейкозина делает возможным его применение в
технологии взбивных пищевых продуктов, в том числе сладких
десертов и кремов для пирожных.
2.2.5 Изоэлектрические точки
Реакция среды, при которой
устанавливается равенство положительных и отрицательных зарядов
в молекуле белка, носит название изоэлектрической точки (ИЭТ); она
является одной из характерных констант белков.
Результаты по определению ИЭТ белков лейкозина,
глобулина, проламина и глютелина приведены в таблице 6.
Таблица 6
Изоэлектричесие точки белков лейкозина, глобулина, проламина
и глютелина, выделенных из муки зародышей пшеницы
Белок
Изоэлектрическая точка (рН)
Лейкозин
8,0
Глобулин
5,6
Проламин
3,3
Глютелин
4,8
Из таблицы 6 следует, что каждый из исследуемых белков
имеет индивидуальную ИЭТ.
2.2.6 Морфология Исследование морфологии частиц МЗП показало,
что в ней присутствуют белки с различными типами третичных
структур. Рисунок 2 а демонстрирует структурно-морфологические
особенности водорастворимого белка лейкозина. Из рисунка видно,
что лейкозин образует кристаллы различных форм и размеров, что
свидетельствует о плотной и упорядоченной укладке в них
полипептидных цепочек. На рисунке 2 б приведена микрофотография
поверхности скола глобулина. Из рисунка следует, что данный белок
составляют сферические образования, причем диаметры сфер
колеблются от 2,8 до 14,2 мкм. Рисунок 2 в представляет собой
микрофотографию
поверхности
низкотемпературного
скола
проламина. Хорошо видно, что проламин имеет мелкоглобулярное
строение. При этом диаметры глобул находятся в интервале значений
от 1,2 до 5,6 мкм. Рисунок 2 г демонстрирует микрофотографию
поверхности низкотемпературного скола глютелина. Из рисунка видно,
что исследуемые белки имеют ярко выраженное фибриллярное
строение и представляет собой не что иное, как переплетение друг с
другом фибрилл различной длины и диаметров от 3,3 до 11,6 мкм.
Таким образом, методом сканирующей электронной микроскопии
изучены
структурно-морфологические
особенности
лейкозина,
глобулина, проламина и глютелина и установлено, что каждый тип
белков имеет свои структурно-морфологические особенности,
отличающие его от других белков.
а.
в.
б.
г.
Рисунок 2. Морфологии поверхностей низкотемпературных
сколов белков муки зародышей пшеницы: а). лейкозин; б).
глобулин; в). проламин; г). глютелин
2.2.7 Водопоглотительная способность Водорастворимый белок
лейкозин
быстро
растворяется
в
воде,
поэтому
его
влагопоглотительная способность (ВПС) не изучалась. Результаты
исследования ВПС глобулина, проламина и
глютелина приведены на рисунке 3. Из рисунка видно, что ВПС
белков МЗП различны. Наибольший ВПС обладает белок глютелин –
150% за 15 мин. наименьшим - глобулин – всего 28% воды.
Рисунок 3. Водопоглотительная способность белков зародышей
пшеницы при 200 С: 1 – глобулин; 2 – проламин; 3– глютелин.
2.2.8
Вязкостные свойства водных растворов проламина,
глобулина и глютелина изучены
путем измерения вязкости
разбавленных (0,5; 1,0; 1,5 и 2,0%) водных растворов. На всех
кривых имеются 4 основные области изменения вязкости. Первая
область лежит в пределах от 0 до 20 об/мин., затем следует
снижение вязкости до минимума при 30 об/мин. Вторая область
находится в пределах от 30 до 50 об/мин. Она характеризуется
существенным возрастанием вязкости от 0,2 - 0,6 МПа*с до 1,8 – 2,3
МПа*с. Третья область находится в пределах 50-60 об/мин. И
наконец, четвертая область охватывает нарастание вязкости в
пределах от 60 до 100 об/мин., когда величина вязкости
увеличивается от 2 до 3,02 – 3,30 МПа*с. Другой характер носит
зависимость вязкости растворов лейкозина от его концентрации. Из
рисунка 4 видно, что с увеличением концентрации лейкозина в
водном растворе его готн постепенно возрастает.
Рисунок 4 – Зависимость относительной вязкости водного
раствора лейкозина от его концентрации
Это дает возможность корректировать дозировки лейкозина в
рецептурах разрабатываемых пищевых продуктов, в частности во
взбивных кремах, а также учитывать эти зависимости при
управлении технологическим процессом в конкретных условиях
производства.
2.2.9 Витамины В таблице 7 приведены данные по содержанию
водорастворимых витаминов: группы «В» и витамина С во всех
четырех типах белков МЗП.
Таблица 7.
Распределение витаминов группы «В» и витамина С по типам
белков муки зародышей пшеницы
Тип
белка
Содержа витамин
ние
а, мг/100
г.
в1
в2
в3
в5
(тиа
(рибофла
(пантотен
(ниа
мин!
вин)
овая
цин)
в6
в9
(пиридок (фолиевая
син)
кислота)
кислота)
в12
с
(циан
аскорб.
ко
кислот
а
болам
ин)
Лейкозин
4,70
2,30
1,26
4,20
3,00
0,09
2,60
11,4
Глобулин
3,60
2,00
0,40
1,90
2,60
0,03
3,20
3,4
Прола
6,00
4,70
3,00
1,30
3,80
0,02
6,00
2,6
2,40
2,00
0,43
2,70
2,90
0,06
3,00
1,3
мин
Глютелин
Из таблицы 7 видно, что распределение витаминов группы
«В» по типам белков МЗП является очень неравномерным. При
этом наиболее обогащенным витаминами В1, В2, В3, В6 и В12 белком
является проламин. Самое большое количество витаминов В 5 и В6
присутствует в лейкозине.
Таким образом, в целом белки МЗП содержат
достаточно полный комплекс витаминов группы «В», однако
распределены данные витамины в белках очень неравномерно.
Следует отметить, что меньше всего в белках МЗП обнаружено
фолиевой кислоты (В9). Можно предположить, что белки являются
своеобразной матрицей, в которую включены различные
компоненты, в том числе и витамины. Витамин С распределяется
по типам белков также неравномерно. Больше всего он содержится
в водорастворимом белке лейкозине, а меньше всего в глютелине.
Кроме того, в 3-х из 4-х выделенных белков удалось обнаружить и
жирорастворимый витамин Е (токоферол).
Таблица 8
Содержание витамина Е (токоферола) в белках,
экстрагированных из муки зародышей пшеницы
Белок
Лейкозин
Содержани
е
мг/100 г.
3,6
Глобулин
Проламин
Глютелин
2,6
1,2
Из таблицы 7 и 8 следует, что белки лейкозин,
глобулин и глютелин содержит комплекс витаминов, включая такой
важный как витамин Е и таким образом представляет собой весьма
перспективные БАДы.
2.2.10 Минеральные вещества В таблице 9 приведены результаты
определения таких макроэлементов как фосфор, калий, натрий,
магний, кальций и железо в белках МЗП.
Таблица 9
Содержание фосфора, калия, натрия, магния, кальция и железа
в белках зародышей пшеницы
Макроэле Содержан Суточная норма, г
менты
ие в
белках,
г/100 г
Лейкозин Глобулин Проламин Глютелин
Фосфор
Калий
Натрий
Магний
Кальций
Железо
0,2037
0,1879
0,0308
0,0314
0,0587
0,0038
0,1290
0,4257
3,3069
0,0281
3,072
0,0012
1,2912
1,4806
0,0768
0,2006
0,3525
0,0043
0,6372
0,4035
3,0158
0,0508
0,0438
0,0038
1,20
2,00
3,00
0,30
0,80
0,01
Из таблицы 9 видно, что каждый из белков МЗП содержит
все исследованные минеральные вещества. Из таблицы 9 также
следует, что распределение изученных микроэлементов по типам
белков МЗП является очень неравномерным. Фосфора и калия
содержится больше всего в проламине, а натрия и кальция в
глобулине. Натрий в больших количествах присутствует и в
глютелине. Магний и железо содержится во всех типах белков в
небольших количествах.
2.2.11 Токсичные элементы Важно отметить тот факт, что их
содержание (см. таблицу 12) не превышает ПДК, установленных
СанПин 2.3.2.1078-01. Поэтому все эти белки могут быть
использованы для пищевых целей.
2.2.12 Микробиологические показатели белков
СанПин
2.3.2.1078-01 не предусматривает для группы продуктов (мука
пшеничная, ржаная и т.п.) определение микробиологических
показателей. Тем не менее нами были определены указанные
показатели для исследуемых белков. Результаты приведены в
таблице 10.
Таблица 10
Микробиологические показатели белков, выделенных из муки
зародышей пшеницы
Микроби
логические
показате
ли
Белки
Лейкозин
Показатели, нормируемые
ТУ 9295-01418062042-96
для муки зародышей пшеницы
КМАФ и М,
КОЕ/г не более
1 · 10 4
1 · 103
Прола Глюте
-лин
мин
1 · 102 1 · 102 5 · 104
БГКП, в 0,1 г.
продукта
отсутствуют
отсутствуют
отсут- отсутствуют ствуют не допускается
отсутствуют
отсут- отсут- не допускается
ствуют ствуют
1 · 10
1,5 ·
10
Патогенные
микроорганиз.
отсутв т.ч. сальмон.
ствуют
в 25 г.
Плесени, КОЕ/г, 1 · 10 2
не более
Глобулин
1,2 ·
10
1,0 · 102
Из таблицы 10 видно, что микробиологические
показатели
белков
не
выходят
за
рамки
требований,
предъявляемых к исходному материалу, т.е. к МЗП.
2.3
Расчет четырехкомпонентных смесей растительных
белков
для
получения
продуктов,
оптимальных
по
содержанию незаменимых аминокислот применительно к
здоровому
питанию
Такое
свойство
белков
как
взаимодополнение, в частности, по аминокислотному составу,
является научной основой для создания сложных по составу
продуктов питания с повышенной белковой (биологической)
ценностью. При создании таких продуктов ориентиром является
«идеальный белок», утвержденный международным стандартом
ФАО/ВОЗ. Хорошо изучено процентное содержание незаменимых
аминокислот в растительных белках, изготовленных из различных
растений. Среди них можно отметить белки, извлеченные из семян
амаранта, сои, тыквы и жмыха подсолнечника.
Оптимизация аминокислотного состава растительных
белков с точки зрения математического программирования сводится
к
моделям
оптимального
управления
многокомпонентных
рецептурных или иных смесей пищевых продуктов.
Для оптимизации аминокислотного состава смесей
растительных
белков
рассчитывали
следующие
многокомпонентные смеси белков:
а). смесь белков, извлеченных из МЗП и семян амаранта, сои,
тыквы;
б). смесь белков из МЗП и семян амаранта, сои и жмыха
подсолнечника;
в). смесь белков, извлеченных из МЗП и семян сои, тыквы, и жмыха
подсолнечника.
Оптимизацию осуществляли методом линейного
математического программирования. На практике эта задача
решается путем минимизирования линейной целевой функции вида
F(x1,x2, ….x8, O1….O4) = x1+ x2 +… x8 + O . Ө1 ….O . Ө2 + O . Ө3 → min
где х1,х2,……х8 – массовые доли незаменимых аминокислот в
растительных белках.
Ө1, Ө2,Ө3….. – содержание растительных белков в смеси.
O…. ~ нулевые множители.
с учетом ряда условий и линейных ограничений. В такой постановке
задача
легко
решится
стандартным
симплекс-методом,
реализованном, в частности, в пакете прикладных программ MS
Excel.
В таблице 11 приведены результаты расчетов с
получением
оптимальной
четырехкомпонентной
смеси
растительных белков, извлекаемых из МЗП, сои, тыквы и жмыха
подсолнечника.
Таблица 11
Смесь, включающая 18,3% белка МЗП, 39% белка сои, 42,6%
белка тыквы и 1,1% белка жмыха подсолнечника
Изолейцин
4,0
Смесь белков
МЗП, сои, тыквы и
жмыха
подсолнечника
(% в белке)
4,0
Лейцин
7,0
8,0
Лизин
5,4
5,4
Метионин+Цистин
3,5
3,5
Фенилаланин+Тироз
ин
6,1
7,1
Треонин
4,0
3,5
Триптофан
1,0
1,2
Валин
5,0
5,0
Аминокислота
Стандарт
ФАО/ВОЗ
(% в белке)
Из таблицы 11 следует, что данная белковая смесь близка к
стандарту ФАО/ВОЗ по содержанию незаменимых аминокислот. Таким
образом, показано, что методом линейного программирования
возможно
проектировать
смеси
растительных
белков,
оптимизированных по содержанию аминокислот, и создание на основе
этих белков новых продуктов для здорового питания, обладающих
повышенной биологической ценностью.
2.4
Обоснование возможности использование лейкозина в
производстве мучных кондитерских изделий и соусов для
общественного питания Результаты проведенных исследований
показывают, что по совокупности свойств: растворимости в воде,
аминокислотному составу, биологической ценности, пенообразующей
способности и стойкости пены, эмульгирующей емкости, содержанию
витаминов, макроэлементов – наиболее перспективным для
использования в пищевой промышленности является белок лейкозин.
Его содержание в МЗП составляет 12-13%.
В связи с тем, что белок лейкозин на основании
проведенных исследований рекомендуется в качестве БАД при
производстве пищевых продуктов, проведена оценка степени его
безопасности.
Таблица 12
Показатели безопасности белка лейкозина, выделенного из муки
зародышей пшеницы
Наименование
(элемента)
вещества
Токсичные
элементы
Содержание в
лейкозине
мг/кг
Свинец
Мышьяк
Кадмий
Ртуть
Микотоксины Афлатоксин В1
Дезоксиваленол
Т-2 токсин
Зеараленон
Пестициды
Гексахлорциклогекс
ан (α, β, γ изомеры)
ДДТ и его
метаболиты
Гексахлорбензол
Ртутьорганические
пестициды
Допустимый уровень
содержания мг/кг
(для радионуклидов Бк/кг), не
более
0,005
0,031
0,009
0,001
0,5
0,2
0,1
0,03
0,0012
0,0353
0,0030
0,0154
0,005
0,7
0,1
0,2
следы
0,5
следы
следы
-------
0,02
0,01
не допускается
--------
не допускается
2,4-Д-кислота ее
соли
Радионуклид
ы
Цезий – 137
Стронций - 90
50
30
60
30
Анализ таблицы 12 показывает, что по показателям
безопасности белок лейкозин удовлетворяет требованиям СанПиН
2.3.2.1078 – 01.Таким образом, лейкозин с полным основанием может
быть рекомендован в качестве БАД для использования в пищевой
промышленности, в том числе общественном питании. Обычно для
выпечки
высококачественных
мучных
кондитерских
изделий
используется мука высшего сорта, в которой содержание белка ниже,
чем в других сортах муки. В связи с этим целесообразным является
введение дополнительного белка при выработке подобных изделий.
2.4.1 Булочка с сыром При замешивании теста вводили лейкозин в
виде раствора в теплой воде. Верхняя корка булочки с сыром,
содержащей лейкозин, более жесткая, а мякиш более эластичный
(мягкий) и пористый. Вкусовые качества более приятные за счет
эластичности мякиша. Черствение идет медленнее, чем булочек,
выпеченных по стандартной рецептуре.
2.4.2 Булочка с маком При замешивании теста вводили лейкозин в
виде раствора в теплой воде. Верхняя корка булочки с маком,
содержащей лейкозин, более жесткая, а мякиш более эластичный и
пористый. Черствение идет медленнее, чем булочек, выпеченных по
стандартной рецептуре. Вкусовые качества более приятные за счет
эластичности мякиша.
2.4.3 Заварное печенье При замешивании теста вводили лейкозин в
виде раствора в теплой воде. Заварное печенье с лейкозином
получается чуть более твердым, чем печенье, изготовленное по
стандартной рецептуре. Вкус печенья, обогащенного лейкозином, не
изменяется.
На белок лейкозин разработана нормативная
документация ТУ 9115-006-02068812-09 «Лейкозин. Белок муки
зародышей пшеницы пищевого назначения».
2.4.4 Взбивные кремы для кондитерских изделий Готовили
взбивной крем с использованием 1%-ного раствора лейкозина.
Крем использовался для украшения бисквитных пирожных
и для начинки пирожных «Эклер».
2.4.5
Соусы. Разработаны 3 рецептуры (куриный, грибной, белый)
соусов,
в которых в качестве ингредиента используется мука зародышей
пшеницы, обогащенная лейкозином в количестве 2,5% от массы муки.
При дегустации соусы обнаружили хорошие вкусовые качества. Соусы
апробированы при приготовлении различных блюд на Комбинате
питания МГТУ им. Н.Э.Баумана.
3. Выводы
1. Из муки зародышей пшеницы выделены белки лейкозин, глобулин,
проламин и глютелин и определены:
1.1 Аминокислотный состав, биологическая ценность. Обнаружено,
что проламин является биологически неполноценным белком, т.к. не
содержит незаменимую аминокислоту триптофан.
1.2 Наивысшей пенообразующей способностью и стойкостью пены,
обладает лейкозин, соответственно (126 ± 9,6%), (94±6,0%).
1.3 Установлено, что самой наивысшей эмульгирующей емкостью
обладает лейкозин (1,3 кг масла/1 г белка).
Изоэлектрические точки лейкозина – 8,0 рН, глобулина – 5,6 рН,
проламина – 3,3 рН, глютелина – 4,8 рН.
1.4 Впервые изучена морфология всех четырех белков и показано
различие в их строении на уровне третичной структуры макромолекул.
Лейкозин имеет кристаллическую, глобулин и проламин глобулярную,
глютелин – фибриллярную структуру.
1.6
Наибольшая влагопоглотительная способность (за 15 мин.) у
глютелина – 150 %, а наименьшая у глобулина – 28 %.
1.7 Установлено, что при увеличении концентрации белка в растворе
от 0,5 до 2,0% их вязкость возрастает в 6 раз.
1.8 Впервые исследован витаминный состав белков. Все они содержат
витамины В1, В2, В3, В6, В9 и В12 и С. Наличие витамина Е
жирорастворимой группы установлено в лейкозине, глобулине и
глютелине. Количественно установлено содержание в белках
фосфора, калия, натрия, магния, кальция и железа.
1.9 Содержание в белках токсичных элементов (свинца, мышьяка,
кадмия и ртути) и микробиологических показателей, соответствуют
требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01, что дает возможность их
использования для приготовления мучных кондитерских изделий и
соусов для общественного питания.
2.
Методом линейного математического программирования
оптимизированы
по
содержанию
незаменимых
аминокислот
четырехкомпонентные смеси ряда растительных белков. Установлено,
что смесь, содержащая 15% белка муки зародышей пшеницы, 39%
белка сои, 42,6% белка тыквы и 1,1% белка жмыха подсолнечника
наиболее близка по аминокислотному составу к «идеальному» белку,
рекомендованному ФАО/ВОЗ. Данная смесь может быть использована
для получения продуктов здорового питания.
3. Впервые на основании проведенных исследований обоснована
возможность использования лейкозина для производства мучных
кондитерских изделий и соусов для общественного питания.
4.
Разработана и утверждена техническая документация ТУ 9115006-0206-02068812-09 «Лейкозин. Белок муки зародышей пшеницы
пищевого назначения».
Список научных работ по теме диссертации:
1. Грузинов Е.В. Аминокислотный состав и некоторые
функциональные свойства белка глобулина, выделенного из муки
зародышей пшеницы. / Грузинов Е.В., Журавко Е.В., Иванова М.В. //
Хранение и переработка сельхозсырья. 2008. № 7. С. 47- 48.
2. Бабенко П.П. Компьютерное проектирование смесей
растительных
белков, оптимизированных по содержанию незаменимых аминокислот
/ Бабенко П.П., Грузинов Е.В., Иванова М.В., Крамер А.И. //
Хранение ипереработка сельхозсырья. 2009. № 12. С. 44-47.
3. Грузинов Е.В. Определение свинца, мышьяка и кадмия в некото
белках, экстрагированных из муки зародышей пшеницы.
/Грузинов Е.В., Журавко Е.В., Иванова М.В., Шленская Т.В./
Научные труды ХIII Международной научно-практической
Конференции «Стратегия развития пищевой промышленности». 27-28
ноября 2007г., Т.2. Москва, 2007. Вып.12. С. 55-56.
4. Грузинов Е.В. Морфология и аминокислотный состав белка
глютелина, выделенного из муки зародышей пшеницы. / Грузинов Е.В.,
Журавко Е.В., Иванова М.В. // Научные труды XIV Международной
научной конференции «Стратегия подготовки кадров для малого и
среднего бизнеса в пищевой промышленности», 13-14 октября 2008 г.
Москва, 2008. Вып.13,3. Т.5. С.43-44.
5. Иванова М.В. Распределение витаминов группы «В» по типам
белков зародышей пшеницы. / Иванова М.В., Грузинов Е.В., Журавко
Е.В. // «Технология и продукты здорового питания. Функциональные
пищевые продукты»: Сборник материалов VI Международной научнопрактической конференции: в 2ч. / Отв. ред. С.А. Хуршудян М.: Изд.
комплекс МГУПП. 2008 Ч.2. С.190-192.
6. Грузинов Е.В. Сканирующая электронная микроскопия как
метод изучения белков муки зародышей пшеницы. / Грузинов Е.В.,
Иванова М.В., Журавко Е.В., Шленская Т.В. Якунина Е.С. //
«Аналитические методы и приборы в пищевой промышленности.
Экспертиза, оценка качества, подлинности и безопасности пищевых
продуктов». Сборник материалов VI Международной научнопрактической конференции, 2-4 декабря 2008г.. М.: Изд. Комплекс
МГУПП, 2008. С. 173-176.
7. Грузинов Е.В. Определение калия, натрия, магния и железа в
белках муки зародышей пшеницы. / Грузинов Е.В., Журавко Е.В.,
Иванова М.В. // Сборник материалов VII Международной научнопрактической конференции «Технология и продукты здорового
питания. Функциональные пищевые продукты. Конференция молодых
ученых «Инновационные технологии продуктов здорового питания» 78 октября 2009г. / Отв. ред. А.П.Нечаев. М.: Изд.комплекс МГУПП,
2009. С.162-163.
8. Иванова М.В. Взбивные кремы с белком муки зародышей
пшеницы // Питание и общество. 2010. № 3. 23с.
9. Иванова М.В. Обогащение белком хлебобулочных изделий:
«Межрегиональная научно-практическая конференция молодых
ученых МГУТУ», 3-10 июня 2010г. Москва. С. 52-54.
10. Патент RU 2397649 c1 Способ обогащения белком
хлебобулочных изделий / Е.В.Грузинов, М.В.Иванова. Заявка .
27.10.2009; Опубл.27.08.2010 // Бюл. 2010. № 24.