Зерно бобовых культур – белковая добавка к традиционным крупам

Введение
Роль белка в питании человека более чем значима. Белок выполняет пластические и ряд других жизненно важных функций в организме. Ориентировочно, человек должен получать с пищей около одного грамма белка на килограмм своего веса. Но белок белку рознь. Организму требуется не белок вообще, а аминокислоты, из которых состоит белок, причем, аминокислоты должны содержаться в определенной пропорции. Еще в 70-х годах в экспериментах на мышах было показано, что при их кормлении кукурузой и фасолью несбалансированность белка по аминокислотному (АК) составу существенно сказывается на их росте [1]. Отсюда появляется концепция эталонного (идеального) белка, которая устанавливает соотношение (профиль) незаменимых аминокислот (НАК) в таком белке. Периодически его профиль пересматривается с учетом последних достижений науки. Ряд профилей для взрослого человека, принятых Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН (ФАО) и Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в различные годы, приведен в таблице 1.

Таблица 1. Аминокислотный состав эталонного белка, %

Аминокислоты	FAO (1973)	FAO (1974)	FAO (2007)	FAO (2013)
Незаменимые
Лизин	5,5	5,1	4,5	4,8
Метионин + Цистин	3,5	2,6	2,2	2,3
Изолейцин	4,0	4,2	3,0	3,0
Лейцин	7,0	7,0	5,9	6,1
Треонин	4,0	3,5	2,3	2,5
Фенилаланин + Тирозин	6,0	7,3	3,8	4,1
Триптофан	1,0	1,1	6,0	0,66
Валин	5,0	4,8	3,9	4,0
Гистидин	–	–	1,5	1,6

Основным показателем качества белка являлась величина минимального скора незаменимых аминокислот (НАК), т.е. скор первой лимитирующей НАК. Впоследствии, ФАО/ВОЗ была внесена корректировка на этот показатель с учетом усвояемости НАК [2, 3].

Исходя и концепции эталонного (идеального) белка, все белки можно разделить на три группы:

• полноценный белок – аминокислотный (АК) профиль соответствует профилю эталонного белка (минимальный скор НАК не меньше единицы);
• неполноценный белок – хотя бы одна из незаменимых кислот (НАК) отсутствует (минимальный скор НАК равен или близок к нулю);
• неполный белок – все НАК присутствуют, но не в должной пропорции (минимальный скор НАК меньше единицы).

Цифры, приведенные в табл.1 относятся к некоторому взрослому усредненному человеку. Но в общем случае, профиль эталонного белка должен носить целевой характер и варьируется в зависимости от пола и возраста человека, образа жизни, состояния здоровья и т.п.

Если для сравнения двух белков достаточно скора лимитирующей НАК, то в случае сравнения двух белковых продуктов дело обстоит несколько сложнее. Отметим два крайних случая:

• в продукте много белка, но он не полноценный;
• продукт содержит полноценный белок, но белка мало.

Очевидно, что хороший белковый продукт должен содержать белка много и белок должен быть полноценным, хорошо усвояемым и чем больше такого белка, тем ценнее продукт.

Полноценный белок содержат продукты животного происхождения. Но они дороги и их на всех не хватает. В связи с дефицитом белка, стоит вопрос об эффективном использовании более дешевого и доступного растительного белка.
С 2020 года в Европе действует программа «Умный протеин для меняющегося мира» с общим бюджетом € 9 607 843,75. В цели программы входит и задача повышения эффективности использования растительного белка. К сотрудничеству привлечено 33 участника из 21 страны, представляющих промышленность, сферу научно-исследовательских разработок и научное сообщество. Проект возглавляет Институт продовольствия и питания Ирландского национального университета в Корке [4].

Большинство растительных белков не полные. Однако лимитирующие НАК в них могут быть различными, т.е. белки комплементарны. В этом случае путем комбинации подобных белков можно получить белок повышенного качества [5].
Целью исследования является получение ориентировочных данных для формирования высокобелковых смесей из традиционных круп и круп из бобовых культур с улучшенным профилем НАК. 

Объекты и методы исследования
В качестве объектов анализа были приняты традиционные крупы (ячневая, пшеничная, рисовая и пшенная) и зерно бобовых культур (горох, бобы, чечевица, фасоль белая). Известно, что традиционные крупы имеют дефицит лизина, а бобовые – «метионина+цистина», следовательно, белки комплементарны. Общий белок и аминокислотный профиль белка взят из базы данных [6, 7]. Использовался профиль эталонного белка в соответствии с рекомендацией ФАО/ВОЗ от 2013 г. Расчеты проводились по методике балансировки скоров лимитирующих АК по специально разработанной программе [8].

Общий белок смеси оценивался по формуле:

B=X(B₁-B₂ )+B₂, (1) эталонный белок В_э = С В, (2)
где С – минимальный скор НАК смеси, Х – доля первого ингредиента.

Скоры лимитирующих НАК составляют: где B₁ и B₂ – общий белок бобовых и крупы соответствен-
но, 
C₁₂ и C₁₁ – минимальный скор лимитирующей НАК в крупе (лизин) и скор этой же НАК в бобовых соответственно,
 C₂₁ и C₂₂ – минимальный скор лимитирующей НАК в бобовых (метионин+цистин) и скор этой же НАК в крупе соответственно,
X ≤ 1 – доля бобовых в смеси.

При С₁ = С₂  (в случае не полного белка) смесь имеет максимум эталонного белка при В точках С₁ = ₁ и С₂ = 1 имеем полноценный белок. Следовательно, из уравнений (3) и (4) следует два решения Х₁ и Х₂, ограничивающие долю добавки бобовых при которой белок смеси полноценен. В общем случае решений может и не быть. 

Полученные результаты и их обсуждение
В таблице 2 приведены данные по общему белку и НАК профилю рассматриваемых зернопродуктов.

Таблица 2. Скоры белка (безразмерная величина)

Показатели	Бобовые					Крупы
	Горох	Бобы	Чечевица	Фасоль белая	Ячневая	Пшеничная «Артек»	Рисовая	Пшенная
Общий белок, %	23,82	26,11	24,63	22,33	12,48	10,00	6,60	12,02
Лизин	1,55	1,33	1,49	1,19	0,78	0,71	0,76	0,44
Метионин +цистин	1,14	0,91	0,92	0,90	1,80	1,22	1,91	1,87
Изолейцин	1,42	1,34	1,42	1,42	1,22	1,37	1,44	1,53
Лейцин	1,21	1,23	1,29	1,26	1,12	1,26	1,36	1,94
Треонин	1,47	1,42	1,60	1,27	1,36	1,00	1,43	1,40
Фенилаланин+тирозин	1,89	1,80	2,06	1,79	2,08	2,59	2,12	2,22
Триптофан	1,75	1,43	1,39	1,68	2,54	1,21	1,77	1,67
Валин	1,22	1,11	1,32	1,39	1,23	0,83	1,53	1,43
Эталонный белок	23,82	23,76	22,66	20,09	9,73	7,10	5,02	5,29

Для примера, на рисунок 1 даны графики изменения общего (1) и эталонного белка (2) в зависимости от доли бобов в смеси с рисовой крупой.

Рисунок 1. Влияние доли бобов в смеси с рисовой крупой на общий и эталонный белок: 1 – общий белок, 2 – эталонный белок

Как видно из рисунка 1 с ростом доли бобов возрастает как общий белок, так и эталонный. При этом лимитирующей НАК смеси является лизин – лимитирующая НАК крупы. В точке А скор лимитирующей НАК становится равным единицы. При содержании бобов более 15,7 % (точка А) весь белок 9,6% становится полноценным вплоть до точки их доли в точку В. В точке В (72% бобов, общий белок 20%) белок смеси вновь становится неполным. Аналогично ведут себя и графики для других композиций.

В таблице 3 приведены результаты расчета минимальной доли бобовых (Х1 - числитель) и содержание белка (знаменатель), соответствующие точке А (рисунок 1), для различной комбинации зернопродуктов.

Таблица 3. Результаты расчета доли бобовых (числитель) и содержание белка (знаменатель) для различной комбинации зернопродуктов

Бобовые		Крупы
	Ячневая	Пшеничная «Артек»	Рисовая	Пшенная
Горох	18,4/14,2	19,3/12,3	11,7/8,4	33,7/14,7
Бобы	24,0/15,7	25,1/14,0	15,7/9,7	41,6/17,3
Чечевица	19,6/14,8	20,6/13,0	12,6/8,9	35,5/15,8
Фасоль белая	18,5/14,0	19,4/12,1	11,8/8,3	33,8/14,4

Полученные значения доли зерна бобовых (8 и 7) и идеального белка (2) в смесях с традиционными крупами являются ориентировочными, т.к. расчеты основаны на среднестатистических данных. Точность расчетов зависит от точности оценки:

Уточнение возможно при наличии результатов лабораторных анализов на общий белок и лимитирующие НАК конкретных ингредиентов в конкретных партиях зерна, крупы или муки.

Выводы
Добавка крупы из бобовых культур в традиционные крупы позволяет существенно повысить в подобных композициях, как общее содержание белка, так и его качество – белок соответствует эталонному белку. Основанная на концепции эталонного белка, методике балансировки скоров лимитирующих НАК позволяет получить ориентировочные значения доли зерна бобовых в смеси с традиционными крупами, дополняя белок до полноценного. Точность расчетов зависит от точности исходных данных – содержания общего белка и лимитирующих НАК ингредиентов смеси.

Список литературы

1. Ricardo Bressani, Ana Teresa Valiente, Carlos E. Tejada. All Vegetable Protein Mixtures for Human Feeding. VI. The Value of Combinations of Lime Treated Corn and Cooked Black Beans/ Journal of Food  Scaence.- 1962. -  V. 27,  № 4. – P. 394-400.
2. Protein and amino acid requirements in human nutrition :  report of a joint FAO/WHO/UNU expert consultation. (WHO technical report series ; no. 935). World Health Organization 2007. – 265 p. ISBN 92 4 120935 6; ISSN 0512-3054.
3. Boye J., Wijesinha-Bettoni R., Burlingame B. Protein quality evaluation twenty years after the introduction of the protein digestibility corrected amino acid score method // British Journal of Nutrition. 2012. Vol. 108. Pp. S183–S211. doi:10.1017/S0007114512002309.
4. Smart Protein for a Changing World. Электронный ресурс. Режим доступа: https://cordis.europa.eu/project/id/862957.
5. Юшков С. Разработка комплексного состава растительных белков, имеющего полноценный набор аминокислот // Бизнес пищевых ингредиентов. – 2018. - № 1.– С.22-27.
6. Электронный ресурс. Режим доступа https://fitaudit.ru/food.
7. Электронный ресурс. Режим доступа и https://health-diet.ru/base.
8. Zverev S.V., Nikitina M.A. Balance of protein supplements according to the criterion of convertible protein // Food systems. – 2019. – Vol. 2 (1). – pp.16-19. DOI: 10.21323/2618-9771-2019-2-116-19.

С.В. Зверев, д.т.н., проф., М.А. Никитина, к.т.н., доц., ФГБНУ «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН

УДК 664.788
 

---