Перспективы использования белков из семян люпина узколистного

РАСТИТЕЛЬНЫЙ БЕЛОК

¡TEMA НОМЕРА

УДК 664.38

Перспективы использования белков

из семян люпина узколистного

В.Н. Красильников, д-р техн. наук, проф., В.С. Мехтиев, ассистент

Санкт-Петербургский торгово-экономический институт

М.Л. Доморощенкова, канд. техн. наук, доц., Т.Ф. Демьяненко

ВНИИ жиров, Санкт-Петербург И.П. Гаврилюк, д-р биол. наук, проф. ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова, Л.И. Кузнецова, канд. техн. наук

Санкт-Петербургский филиал ГНУ ГОСНИИХП Россельхозакадемии

Возрастающая потребность в пищевом белке и ужесточение требований к генетически модифицированным продуктам стимулируют интерес к новым источникам пищевого растительного белка. В последнее время пристальное внимание селекционеров и нутрицио-логов в различных странах мира привлекает культура люпина. Перспективность люпина как сырья для пищевой промышленности определяется в первую очередь химическим составом и биологической ценностью семян. Отсутствие генетически модифицированных сортов люпина значительно повышает потребительскую привлекательность продуктов переработки люпина по сравнению с соевыми.

Во многих странах изучение люпина связано с использованием продуктов его переработки в качестве функциональных диетических ингредиентов, например, в рецептурах безглютено-вых диет [1]. Известно, что люпин играет определенную роль в контроле метаболических нарушений. Употребление люпиновых продуктов снижает содержание глюкозы в плазме крови и уровень холестерина [2]. Начиная с 30-х годов 20 века его применяют как антидиабетик, что обусловлено присутствием в нем хинолизидиновых алкалоидов. Употребление хлеба, обогащенного люпиновой мукой, способствует

снижению давления и поддержанию здоровья сердца [3]. Имеются работы, посвященные разработке продуктов питания из зерна люпина [4].

В последнее десятилетие возросло число диагностированных заболеваний желудочно-кишечного тракта, среди которых глютеновая энтеропатия -целиакия. В анализе Packaged Facts, появившемся в Интернете в апреле 2009 г., приведены следующие данные: с 2004 г. безглютеновый рынок (gluten-free market) растет со средней скоростью 28 % в год и в 2008 г. он достиг 1,56 млрд долл., а в 2012 г. продажи могут достигнуть 2,6 млрд долл. Несмотря на значительный рост этого рынка до сих пор важной задачей остается получение безглютеновых мучных изделий с хорошим вкусом и текстурой. Для разработки безглютеновых изделий требуется изыскание перспективных видов белкового сырья и создание мучных смесей, заменяющих пшеничную муку.

Методы исследования семян люпина и продуктов его переработки. Сырой протеин определяли по методу Кьель-даля на автоматическом анализаторе Kjeltec Auto фирмы Tecator (Швеция) в соответствии с ГОСТ 10846-93; сырой жир - методом Сокслета в соответствии с ГОСТ 13469.15-85; сырую клетчатку - кислотно-щелочным методом

Таблица 1

Химический состав люпина и других зернобобовых

Компонент L. albus L. L.angustifolius L. L.luteus L. Соя Горох Фасоль

Сырой протеин 41,0- 44,0 30 -42 42- 61 30 -55 20- 36 17- 32

(Nx6,25), %

Сырой жир, % 12 -21 4 -8 3- 6 13- 26 0,8 -2,1 3,5- 5,0

Углеводы, % 46 -48 43 -53 43- 48 20- -49 55- 5 53 72

В том числе:

крахмал 1- 2,5 2- 3,5 2- 3 2 -9 44- 55 45 -61

клетчатка 11- 18 11- -19 14- 20 4,0 -9,0 4,0- 6,5 3,5- 5,0

моно- и дисахариды 4,0 -8,5 4,0 -9,0 3,0- 8,0 3,5- 15,5 4,5- 6,0 3,0- 4,2

Ключевые слова: люпиновая мука; изолят белков люпина; безглютено-вые кексы; пищевая ценность.

Key words: lupin flour; lupin protein isolate; gluten-free cakes; nutritional value.

Генненберга и Штомана на анализаторе Fibertec System фирмы Tecator (Швеция) в соответствии с ГОСТ 28553-90; влажность - весовым методом в соответствии с ГОСТ 13586.5-93. Фракционный и компонентный составы белков люпина и сои определяли методом электрофореза по Лаемли [5]. Функционально-технологические свойства белковых продуктов исследовали по методикам ВНИИЖ.

Методы исследования теста. Динамическую вязкость теста определяли на ротационном вискозиметре «Рео-тест-2» (рабочее тело S3). Измерения проводили при комнатной температуре (20 °С). Плотность теста исследовали по методике ВНИИХП для мучных кондитерских изделий. Влажность теста -по ГОСТ 5900 -73.

Методы оценки качества готовых изделий (кексов). Образцы изделий анализировали на следующий день после выпечки. Удельный объем исследовали по общепринятой методике (Пучко-ва Л.И., 1982). Влажность готовых изделий определяли по ГОСТ 5900-73; щелочность изделий - по ГОСТ 589887; содержание общего сахара - по ГОСТ 5903-89; содержание жира - по ГОСТ 5899-85. Сжимаемость готовых изделий определяли на пенетрометре Labor 365. Органолептическую оценку проводили профильным методом по системе дескрипторов. Сроки годности и условия хранения кексов определяли в соответствии с [6]. Пищевую и энергетическую ценность готовых изделий рассчитывали согласно [7].

Химический состав и свойства белкового комплекса семян люпина. В сельскохозяйственном производстве России используются четыре вида люпина: желтый, узколистный, белый и многолистный. Каждый вид люпина -это практически обособленная культура со своими биологическими особенностями и ареалом распространения. [4, 8]. По содержанию белка зерно люпина сравнимо или даже превосходит сою и некоторые другие бобовые культуры. В табл. 1 приведена сравнительная характеристика химического состава семян трех видов люпина и наиболее распространенных бобовых культур [4, 8-13].

К сожалению, люпин до сих пор не получил должного внимания в нашей

стране в качестве промышленного источника белкового сырья для переработки на пищевые цели. В последние годы российскими селекционерами достигнуты значительные успехи в создании высокопродуктивных низкоалкалоидных или, так называемых, безалкалоидных сортов люпина, перспективных для пищевой переработки.

Для Северо-Запада РФ особый интерес для кормового и пищевого использования представляет возделывание люпина узколистного (L. апдизИкНиз L.) Наряду с другими преимуществами узколистный люпин среди крупносемян-ных видов - наименее теплолюбивый и самый скороспелый. Это позволяет продвигать его культуру в более северные районы нашей страны. Для производства пищевых продуктов его применяют крайне редко. Это в значительной мере связано со сложившимся представлением о высоком содержании алкалоидов в семенах данной культуры. К настоящему времени твердо установлено, что содержание алкалоидов в зерне люпина узколистного превышает допустимые нормы только при выращивании в очень жарком климате [8].

В недавно опубликованной работе [14] были исследованы химический состав и биохимические характеристики образцов семян некоторых низкоалкалоидных сортов люпина отечественной селекции, полученных из коллекции ВНИИ растениеводства им.Н.И.Вавило-ва и ВНИИ люпина: Снежеть, Белозерный, Кристалл, Надежда, и изучена характеристика фракционного состава белков и их полипептидный состав. Семена исследованных сортов люпина узколистного характеризовались высоким содержанием сырого протеина -от 34,2 % (сорт Снежеть) до 36,0 % (сорт Кристалл) и от 4,7 % (сорт Белозерный) до 5,6 % (сорт Снежеть) для жира. Белки по растворимости были представлены в основном водо- и со-лерастворимыми фракциями, которые в сумме составляли 82-84 % от общего белка. В семенах люпина узколистного практически отсутствуют спирто-растворимые белки (проламиновая фракция). Для всех сортов, исследованных методом гель-электрофореза, была характерна очень большая гетерогенность белков. При этом как по составу полипептидов, так и по интенсивности их проявления изученные сорта оказались близки между собой. Различия были в составе полипептидов а- и Р-конглютинов. В то же время сортовые различия в составе полипептидов не влияли на соотношение фракций конглютина и, следовательно, на технологические свойства белков. Это позволило в дальнейшем проводить более детальное исследование белков на примере сорта Снежеть.

В электрофореграммах белков люпина наиболее интенсивно проявляются полипептиды, принадлежащие трем запасным глобулинам - 11, 7 и 2Б типа глобулинов, которые подобны запасным белкам других бобовых культур. Для люпина эти фракции называются а-, в- и у-конглютины соответственно. Из рис.1 видно, что глобулины люпина узколистного типа 7Б и 113 (а- и в-конг-лютены) до и после разрыва дисуль-фидных связей имеют меньшую молекулярную массу, чем аналогичные глобулины сои.

Исследования химического состава и биохимических характеристик семян и фракционного состава белков показали перспективность их использования для получения пищевых белковых добавок.

Характеристика физико-химических свойств белковых продуктов из семян люпина. Люпиновая мука -наиболее распространенный продукт переработки люпина для пищевых целей. В РФ промышленное производство муки люпина отсутствует, но при этом имеются отечественные разработки технологии производства муки из люпина.

Был проанализирован образец цель-носмолотой люпиновой муки, полученной на опытной установке ВНИИ люпина из семян сорта Снежеть урожая 2008 г. с содержанием алкалоидов 0,014 % к массе семян. Полученные результаты представлены в табл. 2 в сравнении с характеристиками различных видов соевой муки, используемой отечественной пищевой промышленностью.

В сравнении с образцами соевой муки исследованный образец люпино-вой муки отечественного производства по содержанию основных макронутри-ентов наиболее приближен к полуобезжиренной соевой муке. Люпиновая мука имеет более высокую ЖУС по

сравнению с полуобезжиренной соевой мукой и уступает ей по показателю ВУС. Функциональные свойства лю-пиновой муки сравнимы с функциональными свойствами образцов обезжиренной соевой муки Е 20/200 и Е 70/200, подвергнутых термообработке, и несколько превышают их по трем показателям (ВУС, ЖЭС и СЭ). Люпиновая мука отличается более яркой желтой окраской по сравнению с соевой мукой, что соответственно придает изделиям из люпиновой муки характерный оттенок, а это оказывает положительное влияние при использовании ее взамен яичного желтка в кексах, бисквитах и других изделиях.

Изоляты - наиболее высококонцентрированная форма белков люпина. Ранее в работе [14] было показано, что традиционный способ получения растительных изолятов (извлечение белков 0,1 % №ОН с последующим осаждением в изоэлектрической точке 10 % НС1) наиболее применим и для выделения люпиновых изолятов. Полученный изоэлектрическим осаждением белковый изолят содержит два главных люпиновых глобулина - а- и в-

Рис. 1. Сравнение электрофоретических спектров белков сои и люпина узколистного до и после разрыва дисульфидных связей: В - после разрыва дисульфидных связей

Таблица 2

Физико-химические характеристики и функциональные свойства люпиновой и соевой муки

Показатель Люпино- Обезжиренная соевая мука Полуобезжирен-

вая мука Е 20/200 Е 70/200 Е 90/200 ная соевая мука

Влажность, % 10,12 4,06 4,55 3,80 5,95

Сырой протеин, % на с.в. 46,04 53,04 53,69 54,05 48,83

Водорастворимый протеин, % (NSI) 51,66 20,00 66,46 86,18 24,19

Сырой жир, % на с.в. 7,06 0,71 0,61 0,56 7,35

Сырая клетчатка, % на с.в. 2,90 3,35 3,20 3,10 4,52

Водоудерживающая способность (ВУС), % 210 205 205 200 350

Жироудерживающая способность (ЖУС), % 97 102 106 112 72

Жироэмульгирующая способность (ЖЭС), % 57 53 55 89 Не опред.

Стабильность эмульсии (СЭ), % 66 54 58 89 Не опред.

РАСТИТЕЛЬНЫЙ БЕЛОК

¡ТЕМА НОМЕРА

Таблица 3

Физико-химические свойства безглютеновых кексов

Значение

Показатель По ГОСТ Кекс с использованием

15052-96 изолята белка сои изолята белка люпина муки люпина

Влажность кексов, % 10-31 21,5+1,3 21,5+1,3 20,9+1,3

Сжимаемость, ед. прибора - 55+3 52+3 45+2

Удельный объем кексов, см3/г - 1,7+0,05 2,3 +0,13 1,9+0,05

Щелочность, градусы Не более 2 0,3+0,01 0,3+0,01 0,3+0,01

Массовая доля сахара в пересчете на сухое вещество, % 16,0-60,8 46,4+1,0 46,4+1,0 46,8+1,0

Массовая доля жира в пересчете на сухое вещество, % 2,2-34,2 12,9+0,5 13,1+0,5 13,0+0,5

Таблица 4

Пищевая и энергетическая ценность кексов

Значение

Показатель кекс на пшеничной муке (контроль) кекс на изоляте белка сои (контроль) кекс на муке люпина кекс на изоляте бел ка люпина

Белки, г 6,0 5,9 3,9 6,0

Жиры, г 17,4 10,1 10,3 10,3

Углеводы, г 62,7 62,9 64,5 63,2

Энергетическая ценность, ккал 431 366 366 369

конглютины. Несущественные различия в технологических свойствах изолированных а- и р-конглютинов показали нецелесообразность разделения конглютинов для применения в пищевой промышленности.

По ряду функциональных характеристик люпиновый изолят сравним с обезжиренной соевой мукой. Более низкие жироэмульгирующие свойства по сравнению с изолятами соевых белков и отсутствие гелеобразующих качеств как у образцов суммарных белков люпина узколистного, так и у фракций были связаны, по-видимому, с большой гетерогенностью и более низкой молекулярной массой этих белков. Кроме того, на функциональные характеристики белков люпина повлияли технологические особенности их получения в лабораторных условиях, в частности, использование лиофильной сушки для получения порошкообразных образцов.

Исследования показали, что люпи-новая мука и люпиновый белковый изолят, полученные из семян люпина узколистного, представляют собой полноценные, функционально технологичные продукты, перспективные для применения в качестве белковых пищевых добавок, в том числе при изготовлении безглютеновых изделий.

Разработка безглютеновых кексо-вых изделий с использованием бел-

ковых добавок из семян люпина.

Выявленные технологические свойства белков люпина были использованы при разработке рецептур и технологии приготовления кексов как изделий специального назначения, рекомендованных для питания лиц, страдающих глю-теновой энтеропатией. Для безглюте-новой диеты характерно исключение из рациона пшеницы и ржи, поэтому больным глютеновой энтеропатией не доступны основные виды мучных, хлебобулочных и кондитерских изделий, выпускаемых по традиционным технологиям предприятиями пищевой промышленности и общественного питания.

Исходная рецептура для создания новых изделий - рецептура ГосНИ-ИХПа по ТУ 9136-213-11163857-2004, имеющая следующий состав: крахмал кукурузный нативный (ККН), крахмал кукурузный модифицированный (ККМ), мука рисовая (МР), соевый белок (СБ) в соотношении ККН:ККМ:МР:СБ = 62:10,5:17,5:10. Такие гидроколлоиды, как крахмалы и рисовая мука, входят в состав практически любой безглютеновой рецептуры. Была поставлена задача полностью заменить соевый изолят в рецептуре на белковые продукты из люпина. В базовой рецептуре соевый изолят был заменен на изолят белков люпина (1-й вариант) или люпиновую муку (2-й вариант).

В технологии изготовления кексов с использованием белков люпина условно можно выделить три основных стадии:

• приготовление исходной эмульгирующей дисперсии (сбивание меланжа, пасты для сбивания, лимонной кислоты, сахара и соли);

• приготовление однородной эмульсии (сбивание эмульгирующей дисперсии с белками люпина, растительным маслом, разрыхлителями и вкусо-ароматическими веществами, в том числе ванилин);

• замес теста - на этой стадии приготовленная эмульсия замешивается с крахмалосодержащими структурооб-разователями (мука рисовая, крахмал нативный, крахмал набухающий).

Были исследованы реологические свойства кексового теста, приготовленного как с люпиновым изолятом белка, так и с люпиновой мукой. Для оценки качества кексового теста использовали показатель его вязкости при градиенте скорости 5 с-1. Рекомендуемая вязкость теста при данном градиенте скорости составляет 65-75 Па^с. Для получения рекомендуемой вязкости теста при использовании муки люпина добавляли ксантановую камедь в количестве 0,5 % к массе безглютеновой смеси. В качестве полуфабриката для производства кексовых изделий применяли мучную смесь следующего состава: мука люпиновая (10 %), крахмал кукурузный нативный (61,5 %), крахмал кукурузный набухающий (10,5 %), рисовая мука (17,5 %), ксантановая камедь (0,5 %).

Использование в качестве структуро-образователя системы крахмал - белок люпина позволяет получать готовые изделия, сравнимые по своему качеству с контрольными образцами - кекс «Столичный» рецептура № 82 на пшеничной муке и кекс безглютеновый с применением соевого белка.

Физико-химические свойства новых кексовых изделий и контролей представлены в табл. 3. По удельному объему новые кексовые изделия превосходят контроль с изолятом соевого белка. По остальным показателям новые кексовые изделия сравнимы с контролями.

По содержанию основных пищевых веществ новые кексовые изделия сравнимы с контролем на сое (табл. 4). Безглютеновые кексы с использованием белковых продуктов из люпина характеризуются пониженной энергетической ценностью по сравнению с контролем с пшеничной мукой и сравнимы с контролем с соей. Повышенное содержание жиров в традиционных кексах обеспечивается жирами, в состав которых входят, насыщенные жирные кислоты. В кексах с мукой люпина в состав жиров включены ненасыщенные жирные кислоты, что повышает биологическую ценность кексов по сравнению с контролем на пшеничной муке [4].

Расчеты аминокислотных скоров показывают (табл. 5), что новые безглютеновые изделия с люпиновыми белками отличаются от традиционных кексов более высокой сбалансированностью белков по основным незаменимым аминокислотам [4, 15, 16]. Скоры лимитирующих аминокислот лизина и треонина для белков безглютено-

вой смеси значительно выше, чем у белков пшеничной муки. Белки без-глютеновой смеси немного лимитированы по серосодержащим аминокислотам, но имеют более высокое содержание валина.

Органолептическую оценку кексов проводили по пятибалльной шкале. Для сравнительной органолептической оценки была разработана система дескрипторов (показателей), включающая форму, поверхность, цвет, вкус, запах, вид в изломе. Органолептические профили контрольных кексов (кекс традиционный по рецептуре № 82 и безглю-теновый кекс на сое) и безглютеновых кексов с мукой люпина и его изолята белка представлены на рис. 2.

Наиболее полно органолептический профиль кексов с использованием муки люпина совпадает с профилем контроля с пшеничной мукой. При этом у новых изделий наблюдается более насыщенный желтоватый цвет мякиша по сравнению с контролями. Органолептический профиль кексов с использованием изолята белка люпина также практически полностью совпадает с контролем с пшеничной мукой за исключением более светлого цвета мякиша. Но при этом мякиш имеет более мелкую, равномерную пористость по сравнению с контролями. Это связанно с воздействием равномерно заэмуль-гированного жира белками люпина, которое подтверждает хорошие жиро-эмульгирующие свойства белков люпина.

Срок годности на новые кексовые изделия при хранении - 15 сут.

Таким образом, новые кексовые изделия на основе белковых добавок из семян узколистного люпина по сравнению с традиционными кексами отличаются более высокой биологической ценностью, имеют более выраженную цветность мякиша и более интенсивные вкусовые характеристики. Продукты переработки семян люпина узколистного можно рассматривать в качестве эффективного белкового обогатителя, а также в качестве самостоятельной пищевой добавки, регулирующей консистенцию, цвет, вкус, продолжительность хранения и пищевую ценность продуктов питания.

Организация промышленного производства люпиновой муки и более концентрированных форм люпиновых белков в нашей стране из семян люпина отечественной селекции и их использование в рецептурах безглютено-вых мучных изделий будет способствовать повышению уровня комплексного использования нетрадиционного растительного сырья, снижению белкового дефицита и расширению ассортимента белковых добавок для диетического и массового питания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Pollard N, Macritchie F. Biochemical characterization and functionality of Lupinus albus seed proteins/Conference on Plant Proteins from European Crops. Nantes (France). 1996. November 25-27.

2. Antonio C. and Infante A. Lupin Use in Nutrition Programs//In The 6th International Lupin Conference. Chilean Lupin Association. - Temuco, Chile, 1991, p. 168-174.

3. Lee Y.P., Mori T.A., Puddey I.B., Sipsas S, Ackland T.R., Beilin L.J, Hodgson J.M. Effects of lupin kernel flour-enriched bread on blood pressure: a controlled intervention study/American Journal of Clinical Nutrition. 2009. V. 89. P 766-772.

4. Панкина И.А. Технология приготовления пищевого белкового полуфабриката из зерна люпина узколистного (Lupinus angustifolius) и кулинарной продукции на его основе: Дис. ... канд. техн. наук: 05.18.15/СПб ТЭИ. -СПб., 2006.

5. Идентификация сортов и регистрация генофонда культурных растений по белкам семян/Под ред. акад. РАСХН В.Г. Конарева. - СПб., 2000.

6. Санитарно-эпидемиологическая оценка обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов. Методические указания. - М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004.

7. Технологические инструкции по производству мучных кондитерских изделий/Комитет по хлебопродуктам Российской Федерации. - М.: ВНИИ кондитерской промышленности, 1992.

8. Купцов Н.С., Такунов И.П. Люпин - генетика, селекция, гетерогенные посевы. - Брянск, Клинцы: Изд-во ГУП «Клинцовая городская типография», 2006.

9. Боднар Г.В., Лавриненко Г.Т. Зернобобовые культуры. - М.: Колос, 1977.

10. Грановский В.К., Прокопенко Л.С., Соколовская О.Ф. Протеиновая питательность семян люпина/Тез. докл. Междунар. науч.-практич. конф. - СПб.: ВНИИЖ, 1996, с. 53-56.

11. Ключкин В.В. Основные направления переработки и использования пищевых продуктов из семян люпина и амаранта/Тез. докл. Междунар. науч.-практич. конф. - СПб.: ВНИИЖ, 1996, с. 65-75.

12. Пащенко В., Пащенко Л., Ильина Т. Люпиново-меланжевый гидролизат в технологии бисквита//Хлебопродукты. 2008. № 6. С. 30-31.

13. Scarafoni A,, Di Cataldo A,, Magni C. and Duranti M. Lupin seeds as a source of nutraceuticals/10th International Lupin Conference. - Laugarvatn, Iceland, 2002, р. 352-355.

Таблица 5

Содержание аминокислот (г/100 г белка) и аминокислотные скоры (%) безглютеновой смеси в сравнении с пшеничной мукой

Шкапа Мука пше- Смесь без-

Аминок- фао/воз ничная высшего сорта глютеновая для кексов*

ислота

г/100 г % г/100 г % г/100 г %

белка белка белка

Валин 5 100 4,81 96,20 5,91 118,20

Изолей- 4 100 5,00 125,00 4,71 117,63

цин

Лейцин 7 100 8,30 118,57 8,86 126,50

Лизин 5,5 100 2,26 41,09 4,97 90,27

Метио- 3,5 100 3,77 107,71 3,32 94,71

нин+ци-

стин

Треонин 4 100 3,11 77,75 3,65 91,25

Трипто- 1 100 1,13 113,00 1,22 121,50

фан

Фенил 6 100 8,30 138,33 9,02 150,33

аланин+

тирозин

* Определено расчетным путем.

14. Доморощенкова М.Л., Демьяненко Т.Ф., Мехтиев В.С., Егги Э.Э. Люпин узколистный - перспективный источник пищевого белка//Хранение и переработка сельхозсырья. 2009. № 10. С. 53-56.

15. Барсукова Н.В. Разработка технологии пряничных изделий на основе безглютенового мучного сырья. Дис. ... канд. техн. наук.- СПб., 2005.

16. Химический состав пищевых продуктов: Кн. 2/Под ред. И.М. Скурихи-на, М.Н. Волгарева - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1987.