Оценка качества белка бобовых культур

 
Белковые вещества наделяют организм пластическими свойствами и обеспечивают обмен веществ между орга­низмом и окружающей средой. С медико-биологических позиций белки выполняют три основные функции: пер­вая — являются источником незаменимых и заменимых аминокислот, которые используются в качестве пла­стического материала; вторая — служат источником энергии, выделяемой при их биологическом окислении в организме; третья — аминокислоты белков выполняют роль предшественников гормонов, порфинов и других биологически активных соединений и веществ. При не­достаточном поступлении белков с кормом в организме животного начинают распадаться белки тканей (печени, плазмы крови и т.д.), а образующиеся аминокислоты — расходоваться на синтез ферментов, гормонов и других необходимых для поддержания жизнедеятельности био­логически активных соединений. Повышенное содер­жание белков в корме значительного влияния на обмен веществ не оказывает, избыток продуктов азотистого обмена выводится с мочой, однако при этом существенно повышается нагрузка на печень.

Показатель азотистого баланса используется для оценки степени обеспеченности животного белковой пи­щей. Он представляет собой разность между количеством поступающего с пищей азота и количеством азота, выво­димого в виде конечных продуктов обмена, выраженных в одних и тех же единицах (г/сут). В процессе трофической (пищевой) цепи теряется 60—75% белка: в непереваренных остатках корма, неутилизированных в организме аминокис­лотах, выделяемых с мочой в виде продуктов полураспада, в процессе обмена (при движении, обновлении белковых тканей и т.д.) и через кожно-волосяные покровы.

Помимо азотистого баланса применяют и другие биоло­гические методы. Основными показателями при этом явля­ются: прирост живой массы за определенный период вре­мени, расход белка и энергии на единицу прироста массы, коэффициенты переваримости и отложения азота в теле, доступность аминокислот. Показатель, определяемый от­ношением прироста живой массы животных (г) к количеству потребленного белка (г), разработан П. Осборном (Osborn, 1919) и носит название коэффициента эффективности белка (КЭБ). Это наглядный показатель, непосредственно связанный с конечным результатом. Однако данный метод и другие биологические методы слишком затратны и трудо­емки. Менее затратными и более оперативными являются химические методы оценки качества белка, основанные на сравнительном анализе его аминокислотного состава и «идеального» белка.

Организм животного может синтезировать ряд недо­стающих аминокислот, но только в ущерб деятельности гормональной и ферментативной систем. Отсутствие в корме хотя бы одной незаменимой аминокислоты приводит к отрицательному азотистому балансу, наруше­нию деятельности нервной системы, остановке роста и авитаминозу. Кроме того, это сказывается на неполном усвоении других аминокислот. Данная закономерность подчиняется закону Либиха, по которому развитие живых организмов определяется тем незаменимым веществом, которое присутствует в пище в наименьшем количестве. У жвачных животных незаменимые аминокислоты синте­зируются микроорганизмами в преджелудках, поэтому они в меньшей степени, чем животные с однокамерным желудком и птица, реагируют на качество протеинов. Наи­большее значение в кормлении молочного скота имеют метионин, триптофан и лизин.

При определении биологической ценности белков хи­мическими методами используется зависимость функ­ционирования организма от количества незаменимых аминокислот. Наиболее широко применяется метод X. Митчела и Р. Блока (Mitchell, Block, 1946), в соответствии с которым рассчитывается показатель аминокислотно­го скора. Аминокислота, скор которой имеет самое низ­кое значение, называется первой лимитирующей амино­кислотой.
В таблице 1 приведен состав «идеального» белка, ко­торый содержит не только незаменимые аминокислоты (НАК) в определенных пропорциях, но и заменимые ами­нокислоты (ЗАК).

Характеристикой «идеального» белка может служить множество {а₀, а₁ ... а_i ... а_n), а рассматриваемого бел­ка — множество {b₀, b₁... b_i ... b_n), где a₀, b₀ — суммар­ное содержание ЗАК в белках, %;  a_i, b_i — содержание НАК, %; n — число рассматриваемых НАК. Очевидно, что

В качестве сравнительной характеристики используется множество скоров {С₀, С₁... С_i... С_n), где С_i = b_i/a_i.
Утилизация белка организмом животного происходит по двум направлениям — на пластические и энергетиче­ские нужды. На пластические нужды белок расходуется в определенных пропорциях аминокислот, соответствующих пропорциям в «идеальном» белке. Назовем эту часть кон­вертируемым белком, она будет характеризоваться множе­ством {С_mа₀, С_mа₁... С_mа_i... С_mа_n), где С_m — минимальный скор. Учитывая, что а_s = 100, доля конвертируемого белка в общей массе составит С_m. Остаток от конвертируемой части белка (избыточный белок) расходуется на энергетические нужды. Однако следует иметь в виду, что на усвоение белка тратится в 4 раза больше энергии, чем на усвоение крахмала. Если не принимать во внимание избыточную часть, то пока­зателем качества белка служит минимальный скор 0 <С_m< 1. Для идеального белка С_m = 1, для неполноценного бел­ка С_m = 0. Любой принятый показатель качества должен однозначно различать эти два вида белка. Кроме того, воз­можен вариант, когда С_i = C_j, то есть все НАК находятся в идеальной пропорции, но в меньшем количестве, чем у «идеального» белка, и избыточный белок состоит только из ЗАК. Назовем такой белок «хорошим».
Помимо скора лимитирующей аминокислоты из литера­турных источников известен и ряд других сравнительных показателей [2, 3].

Обобщенный коэффициент утилитарности (U) ами­нокислотного состава белка численно равен отношению конвертируемой части НАК к суммарному его количеству:

Данный показатель учитывает только НАК (i = 1 ... n). Поскольку 0 < С_m< C_i < 1, постольку 0 < U<1. Однако заметим, что при С_i= С_m («хороший» белок) имеем U= 1, независимо от того, близок ли белок к «идеальному» (С_m = 1) или к неполноценному (С_m = 0).
Коэффициент сопоставимой избыточности:

 
Так как для принятого «идеального» белка
то показатель является однозначной непрерывной функци­ей обобщенного коэффициента утилитарности U и легко рассчитывается через него, обладая тем же недостатком (не учитывает качество белка).
Коэффициент различия аминокислотного состава (КРАС) показывает среднюю величину избытка амино­кислотного скора незаменимых аминокислот:

Для неполноценного белка С_m = 0 и КРАС равен сред­нему скору НАК, для «идеального» белка C_i = С_m = 1 и КРАС = 0. Однако он, как и предыдущие показатели, не различает «хороший» и «идеальный» белок.
Индекс незаменимых аминокислот (ИНАК, или ин­декс Осера) представляет собой среднее геометрическое значение скоров:

Для «идеального» белка ИНАК = 1; при С_min = 0 (не­полноценный белок) ИНАК = 0; для «хорошего» белка ИНАК = С_m. Однако показатель ИНАК = 1 может быть и при большой доле избыточного белка, если для некоторых НАК имеет место С_i > 1.
Показатель Карпаци-Линдера-Варги представлен в ли­тературе [3] в следующем виде:

Для «идеального» белка (при С_i= 1) К= 100; для неполноценного белка (С_m = 0):

для «хорошего» белка:

В показателе Карпаци-Линдера-Варги учитывается избы­точный белок (правда, при этом к избыточному белку при­числен весь комплекс ЗАК), различается «идеальный» и «хороший» белок, однако имеет место неопределенность в оценке неполноценного белка.
Можно предложить (назовем их так) векторный и кор­реляционный подходы к оценке различий аминокислот­ного состава «идеального» и рассматриваемого белка. В многомерной системе координат НАК и суммарных ЗАК «идеального» белка каждый из белков можно представить векторами {а_i} и {b_i}, причем, а₀ и b₀ — соответствующие доли ЗАК. Векторы равны, если равен нулю модуль их раз­ности V, который в данном случае можно принять за меру близости белков. Таким образом,

В этом случае только при полной идентичности НАК части белка V= 0. Недостаток данного показателя в том, что он никак не оценивает «конвертируемую» часть белка. Попытка использовать отношение

приводит к показателю, имеющему разрыв (K_v®¥) при а_i = b_i («идеальный» белок).
Различие двух множеств можно оценивать корреляци­онной функцией

В этом случае произведение

не имеет разрыва при а_i = b_i («идеальный» белок), а ситуа­ция b_i = 0 (белок отсутствует) не представляет интереса.
Аминокислотный состав белка основных его источников в комбикормовой промышленности может различаться. Для расчета и сравнительной оценки биологической цен­ности белка ряда зернобобовых культур был принят ами­нокислотный состав, приведенный в таблице 2.

По первым десяти НАК, начиная с лизина и до аргинина включительно (выделены в таблице 2), был произведен расчет ранее рассмотренных показателей по специально разработанной программе. Анализ данных таблицы 3 по­зволяет прийти к заключению, что минимальный скор С_m значимо коррелирует с U, КРАС, K_v, K_R, и только лишь ИНАК и показатель Карпаци являются независимыми.

 
Если ранжировать зерно в соответствии с полученными данными, то картина по показателям С_m, ИНАК и Карпаци получается довольно неоднозначная, то есть с большим разбросом ранга зерна (табл. 4). Из этих трех показателей оценки биологической ценности белков с точки зрения их аминокислотного состава физиологическим смыслом об­ладает только минимальный скор С_m. Другие два (ИНАК и Карпаци) представляют собой математическую комби­нацию из скоров НАК и ЗАК. При этом значение ИНАК может быть высоким в случае, если некоторые НАК имеют скор более единицы, при том что минимальный скор С_m и, соответственно, конвертируемая часть белка могут быть низкими, что не согласуется со здравым смыслом.

Показатель Карпаци включает оценки НАК и ЗАК с со­ответствующими (0,75 и 0,25) весовыми коэффициентами. Отметим, что скоры C > 1 в выражении для оценки НАК находятся в знаменателе и снижают ее значение. То есть учтен недостаток оценки ИНАК, и наличие аминокислот с такими скорами рассматривается как нежелательный фак­тор. Однако наивысший ранг для гороха вызывает сомне­ния, хотя по остальным культурам наблюдается схожесть с оценкой по минимальному скору.
Таким образом, приходим выводу, что минимальный скор аминокислот является наиболее наглядным и информатив­ным показателем качества белка. Возможно, его следует уточнить с учетом усвояемости лимитирующих аминокис­лот. Не исключен и квалиметрический подход, если удастся количественно оценить роль и значение избыточных НАК и ЗАК при утилизации белка организмом животных.

Наряду с рассмотренными выше показателями в таблице 3 приведен показатель k₁ — содержание конвертируе­мых аминокислот в зерне. Но он является не оценкой качества белка в зерне, а оценкой самого зерна с точки зрения качества и количества белка. Следует иметь в виду, что этот показатель кроме аминокислотного соста­ва белка, который относительно устойчив, существенно зависит от содержания белка в зерне, что в значитель­ной степени определяется условиями возделывания культуры (региональными, почвенно-климатическими, агротехническими и т.п.).

Ранжирование зерна бобовых культур по этим критери­ям выявило различия в оценке качества одного и того же белка. Это свидетельствует о неточности рассмотренных
методов, необходимости их дальнейшего совершенство­вания и приведения, очевидно, к единообразию в рамках одной отрасли.

Литература

1. Рядчиков, В. Идеальный белок в рационах свиней и птицы / B.  Рядчиков, М. Омаров, С. Полежаев // Животноводство России. — 2010. — №2. — С. 49-51.
2. Лисицын, А.Б. Оценка качества белка с использованием компьютерных технологий / А.Б. Лисицын, М.А. Никитина, Е.Б. Сусь // Пищевая промышленность. — 2016. — №1 — C. 26-29.
3. Кукреш, Л.В. Оценка белка зернобобовых культур по аминокислотному составу / Л.В. Кукреш, И.В. Рышкель // Весщ нацыянальнай акадэми навук Беларуа (Серыя аграр­ных навук). — 2008. — № 1. — С. 36-40.
4. Штеле, А. Белый люпин — новый белковый корм для вы­сокопродуктивной птицы / А. Штеле // Птицеводство. — 2013. — №10. — С. 27-36.
5. Задорин, А.Д. Биохимическая оценка сортов зернобобовых и крупяных культур нового поколения / А.Д. Задорин, П.И. Шумилин, Н.В. Шелепина // Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными растительными ресурсами и создания функциональных продуктов. Материалы Пер­вой Российской научно-практ. конф., 18—19 июня 2001 г. — Москва.— С. 121-124.
6. Персикова, Т.Ф. Продуктивность люпина узколистного в усло­виях Беларуси / Т.Ф. Персикова, А.Р. Цыганов, А.В. Какшинцев. — Минск: ИВЦ Минфина, 2006. — 179 с.
7. Рядчиков, В.Г. Потребность растущих свиней в переваримых аминокислотах / В.Г. Рядчиков // Животноводство России. — 2007. — № 11. —С. 21-24.
8. Химический состав пищевых продуктов. Кн. 2. Справочные таблицы содержания аминокислот, витаминов, макро- и ми­кроэлементов, органических кислот и углеводов / под ред. И.М. Скурихина, М.Н. Волгарева. — М.: Агропромиздат, 1987.— 360 с.

 

---