Оценка качества животного белка

Введение
В последние десятилетия большое внимание уделяется изучению влияния условий животноводства не только на качество производимого мяса, но и на его пищевую ценность. Пищевая ценность — понятие, интегрально отражающее всю полноту полезных свойств пищевых продуктов, в  том числе степень обеспечения данным продуктом физиологических потребностей человека в основных пищевых веществах и энергии. Хорошо известно, что в  соответствии с  формулой сбалансированного и  адекватного питания в  состав полноценного рациона человека должны входить жизненно важные питательные вещества: белки, жиры, углеводы и т.д. [1].

Пищевая ценность мяса определяется в  первую очередь высоким содержанием полноценных белков и незаменимых аминокислот, высоким содержанием легкоусвояемого железа, жирнокислотным составом, наличием жирорастворимых витаминов, микро- и  макронутриен- тов  [2]. В  таблицах 1, 2 представлен состав незаменимых аминокислот раз- личного вида мяса и субпродуктов.


Основными макропитательными веществами, выполняющими роль источников энергии и пластических (структурных) материалов, являются белки, жиры и углеводы.

Известно [1, 2], что белки выполняют 3 основные функции: они снабжают организм анаболитическим материалом, используемым для эндогенного биосинтеза необходимых белков, являются предшественниками гормонов, порфинов и других биомолекул, принимают участие в  биологическом окислении, частично компенсируя энергетические затраты организма. Биологическую ценность белка определяют входящие в  его состав аминокислоты, прежде всего незаменимые. Если белок не содержит хотя бы одной из них, он считается биологически неполноценным.

Поступающие в  организм человека с пищей ингредиенты в ходе метаболизма в результате сложных биохимических реакций преобразуются в  структурные элементы клеток, поставляют в организм пластический материал и  энергию, обеспечивают необходимую физиологическую и  умственную работоспособность, определяют здоровье, активность и продолжительность жизни человека, его способность к воспроизводству.

Следует констатировать, что мясо  — один из наиболее ценных продуктов питания. Мясо входит в число основных источников полноценных, легкоусвояемых белков, в  наиболее благоприятном соотношении содержащих незаменимые аминокислоты, жиры, имеющих в своем составе полиненасыщенные жирные кислоты, а  также витаминов группы В и минеральные вещества. Характерной особенностью мяса является его высокая энергетическая ценность, сбалансированность аминокислотного состава белков, наличие биологически активных веществ, высокая усвояемость, что в  совокупности обеспечивает активную физическую и  умственную деятельность человека.
Биологические свойства белков определяются их аминокислотным составом. Известно, что белки сильно различаются по числу, видам и  порядку чередования аминокислот в  полипептидной цепи. Когда клетка синтезирует определенный белок, должны наличествовать все аминокислоты, входящие в его состав.

Животные клетки способны самостоятельно синтезировать некоторые аминокислоты из других веществ, но 8  видов аминокислот клетки синтезировать не способны, и организм должен их получать с  пищей. Это так называемые аминокислоты: валин, лейцин, изолейцин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин, триптофан. Для детей незаменимой аминокислотой является также гистидин.

Триптофан играет важную роль в  синтезе тканевых белков, в  процессах обмена веществ и роста, участвует в образовании гемоглобина, сывороточных белков, никотиновой кислоты. Метионин является универсальным донатором метильных групп и серы. Цистеин содер- жит сульфгидрильную группу (SH-тиол) и  входит в  состав покровных тканей (эпидермиса, ногтей). Цистин, который образуется в  результате конденсации двух молекул цистеина, входит в  состав глютатиона и  способствует окислительно-восстановительным процессам. Дефицит лизина, большое количество которого содержится в  ядерных белках  — протаминах и  гистонах, вызывает задержку процессов биосинтеза белка. Фенилаланин и  тирозин под действием микроорганизмов могут подвергаться декарбоксилированию с  образованием биогенных аминов  — тирамина, дофамина, норадреналина, серотонина. Недостаточное содержание хотя бы одной незаменимой аминокислоты в  пищевом белке обуславливает резкое ухудшение усвоения всех прочих аминокислот.

Использование организмом аминокислот пищи зависит и  от соотношения содержания таковых. Установлено, что в  случае недостатка поступления в  организм в  составе пищи заменимых аминокислот их эндогенный биосинтез происходит прежде всего из продуктов деградации незаменимых аминокислот. Потребности организма могут быть полностью обеспечены только в случае, если соотношение незаменимых аминокислот в  пище будет таким же, как и  в  самом организме [1].
Зависимость функционирования организма от количества незаменимых аминокислот используется при определении биологической ценности белков химическими методами. Наиболее широко используется метод Х. Митчела и Р. Блока (Mitchell, Block, 1946), в  соответствии с  которым рассчитывается показатель аминокислотного скора.

Для характеристики пищевой ценности белка чаще всего пользуются специальным показателем — аминокислотным скором (от  англ. score  — счет), который рассчитывают по формуле:



Эталонный белок представляет собой теоретический белок, идеально сбалансированный по аминокислотному составу. Содержание незаменимых аминокислот в  1 г идеального в  пищевом отношении белка было определено экспертами ФАО (FAO, Food and Agriculture Organization  — продовольственная и  сельскохозяйственная организация при ООН) и  ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) в  1973 году и уточнено в 1985 году.

Скор всех аминокислот в  эталонном белке равен 100%. Каждый исследуемый белок сравнивают с  оптимальным для питания человека эталонным белком по каждой аминокислоте. Скор аминокислот исследуемого белка может быть больше, меньше или равен 100%. В случае, если аминокислотный скор превышает 100%, данная аминокислота находится в избытке по сравнению с  ее оптимальным содержанием. Если аминокислотный скор равен 100%, содержание данной аминокислоты в исследуемом белке оптимално для питания человека. Наконец, если аминокислотный скор меньше 100%, то данной аминокислоты в  пищевом отношении недостает.

Аминокислота, скор которой имеет самое низкое значение, называется первой лимитирующей аминокислотой.

Для полного усвоения белка пищи содержание в  нем аминокислот должно быть в  определенном соотношении, т.е. быть сбалансированным. На основе многолетних медико-биологических исследований ФАО/ВОЗ был предложен критерий для определения качества белка — эталон, имеющий наилучшую сбалансированность по незаменимым аминокислотам (таблица 3).


Отметим, что «идеальный белок» содержит не только незаменимые аминокислоты (НАК) в  определенных пропорциях, но и определенную долю заме- нимых аминокислот (ЗАК).
Характеристикой идеального белка может служить множество {a₀, a₁ … a_i … a_n}, а рассматриваемого белка — множество {b₀, b₁ … b_i … b_n}, где a₀ , b₀  — суммарное содержание ЗАК в белках (%), a_i, b_i — со- держание НАК (%), n — число рассматриваемых НАК.

В качестве сравнительной характеристики используется множество скоров {С₀, С₁ … C_i … С_n}, где C_i = b_i /a_i.
Утилизация белка организмом животного реализуется по двум направлениям:
ÿ На пластические нужды белок усваивается в определенных пропорциях аминокислот, соответствующих пропорциям в идеальном белке. Назовем эту часть конвертируемым белком, и  она будет характеризоваться множеством {С_ma₀ , С_ma₁  … C_ma_i … С_ma_n}, где C_m — минимальный из скоров. Учитывая, что a_s  = 100, доля конвертируемого белка от общей массы составит C_m.
ÿ Остаток от конвертируемой части белка (избыточный белок) расходуется на энергетические нужды. 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 ≤ C_m ≤ 1. Для идеального белка C_m = 1, для неполноценного белка C_m = 0. Любой принятый показатель качества должен однозначно различать эти два вида белка. Кроме того, возможен вариант, когда C_i = C_j, т.е. все НАК находятся в идеальной пропорции, но в меньшем, чем у идеального белка количестве, и избыточный белок состоит только из ЗАК. Назовем такой белок «хорошим».
Из литературных источников кроме скора лимитирующей аминокислоты известен и ряд других сравнительных коэффициентов и показателей [3, 4]:
ÿ Обобщенный коэффициент утилитарности аминокислотного состава белка, численно равен отношению конвертируемой части НАК к  суммарному количеству НАК


Показатель учитывает только НАК (i  =  1 … n). Поскольку 0  ≤ C_m ≤ C_i ≤ 1, постольку 0 ≤ U ≤ 1. Заметим, что при C_i = C_m («хороший» белок) имеем U = 1, независимо от того близок ли белок к «идеальному» (C_m = 1) или к неполноценному (C_m = 0).
ÿ Коэффициентов сопоставимой избы- точности



Поскольку для принятого «идеального белка»



постольку показатель является однозначной, непрерывной функцией обобщенного коэффициента утилитарности U и легко рассчитываются через него, обладая тем же недостатком.
ÿ Коэффициент КРАС показывает среднюю величину избытка аминокислотного скора незаменимых аминокислот:

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



Для «идеального белка» ИНАК = 1 при С_min = 0 (неполноценный белок) ИНАК = 0, для «хорошего» — ИНАК = С_m. Показатель ИНАК = 1 может быть и при большой доле избыточного белка, если имеет место для некоторых НАК C_i > 1.
ÿ Показатель Карпаци-Линдера-Варги представлен в литературе в виде [4]



Для «идеального» (при С_i = 1) белка К = 100, для неполноценного белка (C_m = 0),


В показателе Карпаци-Линдера-Варги учитывается избыточный белок (правда при этом к  избыточному белку причислен весь комплекс ЗАК) различается «идеальный» и «хороший» белки, однако имеет место неопределенность в оценке неполноценного белка.

Можно предложить векторный и корреляционный подходы к оценке различия аминокислотного состава «идеального» и рассматриваемого белков.
В многомерной системе координат НАК каждую из аминокислот в идеальном и  рассматриваемом белке можно представить нормированными векторами {A_i} и  {B_i} соответственно, где



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 соотношения аминокислот V = 0. Недостаток данного показателя в  том, что он никак не оценивает «конвертируемую» часть белка, а дает представление только о  близости соотношения аминокислот в  НАК рассматриваемого белка к идеальным пропорциям. Различие двух множеств можно оценивать корреляционной функцией

Аминокислотный состав животного белка для основных его источников в  мясной промышленности, взятый по данным открытых публикаций [5], может несколько отличаться друг от друга. Для расчета и  сравнительной оценки биологической ценности белка ряда мясных продуктов был принят аминокислотный состав, представленный в таблицах 1 и 2.

На основании данных (таблицы 1, 2) были произведены вычисления ранее рассмотренных показателей по специально разработанной программе. Результаты расчета представлены в таблице 4.

О тесноте, глубине и  силе взаимосвязи между рассматриваемыми показателями биологической ценности животного белка можно судить на основании данных, полученных в результате корреляционного анализа и  представленных в таблицах 5, 6, 7.



Модуль коэффициента парной корреляции принимает значения от 0 до 1. Чем ближе значение к единице, тем теснее линейная связь между переменными. Если значение близко к 0, то можно утверждать об отсутствии линейной связи между показателями. Для визуального представления корреляционной зависимости представим ее графически (рисунок 1).

Сравнительный анализ сводных данных (без учета мяса птицы) и  данных только для мяса и  графических зависимостей позволяет прийти к заключению, что минимальный скор C_м слабо коррелирует с ИНАК и Карпаци, в тоже время ИНАК сильно коррелирует с Карпаци, а V сильно коррелирует с R. Отказываемся от Карпаци и  R. В  случае с  субпродуктами можно отбросить КРАС.

Если ранжировать мясное сырье в соответствии с  показателями C_м, U, КРАС, ИНАК, V, то имеем следующую картину (таблицы 8, 9).


Как видно из таблицы 8, при ранжировании по указанным показателям получается довольно неоднозначная картина с  большим разбросом в  занимаемой позиции (ранге) продукта. Аналогичные результаты были получены и  при анализе растительных белков [6].

Из этих показателей формальной оценки биологической ценности белков с  точки зрения их аминокислотного состава физиологическим смыслом обладает только минимальный скор См. Остальные представляют собой математическую комбинацию из скоров НАК и ЗАК.

Таким образом, приходим к тривиальному выводу, что на данный момент минимальный скор аминокислот является наиболее наглядным и информативным показателем качества белка, имеющий физиологический смысл и  отражающий долю белка доступного организму на пластические нужды. Возможно его следует уточнить с  учетом усвояемости лимитирующих аминокислот. Для математического формирования других оценочных критериев необходимо их вербальная формулировка на основе представлений о процессе усвоения белка и роли различных групп аминокислот в  этом процессе. Не исключен и  квалиметрический подход, если удастся количественно оценить роль и значение избыточных НАК и  ЗАК в  утилизации белка организмом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

         1. Лисицын, А.Б. Теория и  практика переработки мяса  / А.Б. Лисицын, Н.Н. Липатов, Л.С. Кудряшов, В.А.  Алексахина, И.М. Чернуха // под общей ред. академика РАСХН А.Б. Лисицына.  — М.: Эдиториал сервис, 2008.— 308 с.
2. Лисицын, А.Б. Мясная промышленность. Энциклопедический словарь / А.Б. Лисицын, И.М. Чернуха, А.А. Семенова и др. — М.: ВНИИМП, 2015.— 256 с.
3. Лисицын, А.Б. Оценка качества белка с  использованием компьютерных технологий / А.Б. Лисицын, М.А.  Никитина, Е.Б. Сусь // Пищевая промышленность.— 2016.— № 1. — С. 26–29.
4. Кукреш, Л.В. Оценка белка зернобобовых культур по аминокислотному составу / Л.В. Кукреш, И.В. Рышкель // Весцi нацыянальнай акадэмii навук Беларусi (Серыя аграрных навук).— 2008.— № 1. — С. 36–40.
5. Химический состав пищевых продуктов. Кн.2. Справочные таблицы содержания аминокислот, витаминов, макро-микроэлементов, органических кислот и углеводов / под ред. проф., д.т.н. И.М. Скурихина и проф., д.м.н. М.Н. Волгарева. — М.: Агропромиздат, 1987.— 360 с.
6. Зверев, С. Оценка качества белка бобовых культур / С. Зверев, М. Никитина // Комбикорма.— 2017.— № 4. — С. 37–41.

Никитина М.А.¹ , канд. техн. наук, Зверев С.В.² , доктор техн. наук
1 ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова
2 ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова — филиал «ВНИИ зерна и продуктов его переработки»

Статья опубликована в журнале:
Все о мясе. – 2018. - №1. – С.50-55.