Биологическая ценность пищевых продуктов

Однако биологическая ценность белков зависит не только от наличия в них оптимального количества и соотношения незаменимых аминокислот, но и от их биодоступности. Биодоступность аминокислот может значительно изменяться, снижаться при наличии в пище ингибиторов протеаз или в результате химической трансфрмации аминокислот, происходящей в процессе технологической переработки пищи. Ингибиторы протеаз, например в сое или соевой муке, и лимитируют доступность аминокислот из продуктов, их содержащих. При высокой и длительной тепловой обработке продуктов (стерилизация, лиофильная и эструзионнаясушка и т.д), богатых углеводами белками (комбинированные мясорастительные, творожнорастительные и другие подобные композиции), в них снижается количество доступного лизина в результате реакции меланоидинообразования, свободные NH2-группы лизина взаимодействуют с карбонильными группами углеводов (реакция Майяра).

Важным показателем качества пищевого белка является его перевариваемость ферментами желудочно-кишечного тракта – показателя соответствия химической структуре протеина и его конформационной доступности протеолитическим ферментам организма. По скорости переваривания белки можно расположить в следующем порядке:

1) Яичные, рыбные и молочные

2) Мясные

3) Зерновых (хлеб икрупы)

4) Бобовых и грибов

Использование биологического метода оценки качества протеина позволяет точно по сравнению с расчетными химическими методами проанализировать не только аминограмму, но и биодоступность исследуемого белка, учитывая параметры его перевариваемости и усвояемости. Использование биологического метода особенно важно при оценке качества новых комбинированных пищевых композиций и нетрадиционных (и новых) источников белка.

Биологическая оценка качества белка производится в эксперименте с участием белых растущих крыс (как правило, линии Вистар).

В многочисленных экспериментальных исследованиях установлено, что биологическая ценность животных продуктов, содержащих полноценный белок, выше чем у растительных продуктов. Так, усвояемость белков достигает %: яиц и молока – 96; мяса и рыбы – 95; хлеба и муки 1 и 2 сорта- 85; овощей – 80; картофеля -, бобовых, хлеба из обойной муки – 70. Плохая перевариваемоть и усвояемость растительных белков связана СС значительным содержанием целлюлозы, лигнина и других малоферментируемых пищеварительной системой человека компонентов, которые в ряде случаев (как у бобовых и грибов) окружают белковые молекулы полисахаридными оболчками. В бобовых (особенно в сое) содержатся значительные количества ингибиторов протеаз, которые инактивируются при достаточно длительной тепловой обработке. Однако при длительной тепловой обработке разрушается или снижается доступность ряда аминокислот, в первую очередь лизина и серосодержащих, что снижает биологическую ценность готового продукта или блюда.

Истиннаябиологисекая ценность животных белков – степень их утилизации организмом – практически достигает 95…98%. Азот же из белка зерновых (в составе традиционного хлебаЮ круп) не утилизируется организмом более чем на 50 %. Исключением из используемых в питании растительных белков являются протеины сои, имеющие показатели биологической ценности на уровне 80%.

Многие комбинированные продукты и блюда, содержащие смешанный белок, имеют высокие показатели биологической ценности. Например, комбинации молочных и растительных белков (зерновых)позволяют ликвидировать дефицит лимитирующих аминокислот: небольшой недостаток серосодержащих кислот у молока и значительный недостаток лизина и треонина у зерновых. Добавление обезжиренного молока и молочной сыворотки в рецептуру хлебобулочных изделий, а сухого обрата в комбинированные (из зерна нескольких злаков)) крупы, позволяет не только увеличить общее количество незаменимых аминокислот, но и сбалансировать аминограмму готового продукта, повысит его биологическую ценность. Такую же целесообразность имеет комбинация творога с тестом (вареники, ватрушки, блинчики), мяса с тестом(блинчики, пельмени, пирожки), каш с молоком, макарон с сыром, яиц с хлебом. Оптимальное соотношение животных и растительных белков дают, например, мясо с гречневой крупой (1:1) и мясо с картофелем (2,5:1).комбинация зерновых и бобовых (сои) также приводит к взаимному обогащению дефицитными аминокислотами (соответственно серосодержащими и лизином). Не улучшают аминограмму такие рецептурные сочетания, как тесто с крупами, тесто с овощами (капустой, картофелем).

Болезни недостаточности и избыточности белкового питания и белкового метаболизма. Белковая недостаточность обычно связана с общим недоеданием (голодом) и чаще всего наблюдается у жителей беднейших и развивающихся стран. Она почти всегда сочетается с выраженным дефицитом энергии, поэтому длительный алиментарный дисбаланс принято называть белково –энергетической недостаточностью. При этом отмечается недостаток продуктов с высокими показателями пищевой ценности, главным образом животной группы, что приводит к развитию общего метаболического дисбаланса.

У новорожденных и детей младшего возраста белково-энерегтическая недостаточность проявляется в форме квашиоркора и алиментарного маразма – заболеваний, встречающихся в беднейших странах.

Алиментарная дистрофия может развиться и у взрослого человека, при длительном (несколько месяцев) существенном дефиците питания. Ее проявлениями прежде всего будут снижение массы тела (истощение), потеря работоспособности, глубокие гиповитаминозные состояния, снижение иммунитета. Подобная ситуация может быть связана с кризисом в обеспечении населения (или отдельных лиц) продовольствием, например в периоды вой, стихийных бедствий и других чрезвычайных ситуаций. Отдельно описаны случаи алиментарной дистрофии, возникшей в результате нарушения обменных процессов при тяжелых заболеваниях или отказе от питания по разным причинам (медицинским, социальным).

Вместе с тем не следует забывать об отрицательном влиянии избытка белка в питании. Избыток белков имеет наиболее выраженные и относительно быстро проявляющиеся последствия по сравнению с избытком других макронутриентов (жиров и углеводов). Это связано как с высокой реакционной способностью лишних аминокислот, так и с общими энергетическими нагрузками на организм, сопровождающими, как правило, высокое поступление белка с соответствующими продуктами. Особенно чувствительны к избытку протеина крайне возрастные группы ((дети и престарелые), а также лица с некоторыми заболеваниями (почечными патологиями, заболеваниями гепетобилиарной системы). При этом в первую очередь страдают печень и почки. В печени может развиваться жировая дистрофия и деструктивные процессы из-за перегрузки ее пищевыми аминокислотами, первично в ней концентрирующимися и переаминирующимися. Почки функционально перегружаются из-за повышенного выделения остаточного азота (мочевина, мочевая кислота, креатинин) и нарушения кислото-основного баланса первичной мочи. В результате увеличиваются потери кальция с мочой: каждый грамм лишнего белка приводит к потере 2…20 мг кальция. При длительном избытке белка в рационе увеличивается риск развития мочекаменной болезни, подагры, ожирения. Последнее связано с тем, что излишнее количество белка вовлекается в процесс липонеогенеза. Очень вероятно также развитие относительного гиповитаминоза B6, PP и А из-за их повышенного арсхода в метаболизме белков или нарушения их обмена.

С белковой составляющей связан и ряд наследственных заболеваний, таких как фенилкетонурия, гистидинемия, гомоцистеинурия, алкаптонурия и целиаксия: это генетически детерминированные энзимопатии.

Основные пути решения проблемы обеспечения населения белком. Нетрадиционные и новые источники белка. Поиск новых нетрадиционных источников про довольственного сырья связан главным образом с экологически обусловленной невозможностью обеспечить население планеты необходимым объемом традиционных продуктов полноценного протеина, а вопрос получения и рационального использования этого незаменимого и в то же время трудновоспроизводимого и дорогостоящего пищевого вещества относится к числу наиболее важных стратегических задач развития человеческого общества.

Решение задачи по увеличению производства пищевого белка связана во-первых, с интенсификацией традиционных способов его получения, во-вторых, с более широким использованием в питании человека нетрадиционных и новых белковых ресурсов.

В ближайшие десятилетия главным путем увеличения белковых ресурсов, по-видимому, останется традиционный, связанный с повышением продуктивности сельскохозяйственного производства (в том числе за счет селекции и биотехнологических приемов, основанных на генно-инженерных методах) и снижением потерь при переработке и обороте продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Под нетрадиционными и новыми источниками белка, перспективными для использования в питании, подразумевают протеин-содержащие продукты, являющиеся или отходами пищевого и кормового производства малоутилизируемым пищевым сырь

К нетрадиционным источникам белка получения белка относятся:

· вторичные белоксодержащие продукты - обрат, молочная сывортока, казеинаты, кровь и органы убойных животных, продукты переработки бобовых (соевые белковые продукты)  

· отходы и побочные продукты пищевого и кормового производства - бобовые культуры, отходы мельничных производств, шрот из семян подсолнечника, льна, хлопчатника, арахиса, сон сафлора и некоторых других масличных культур, кукурузных зародышей, томатов, винограда.

· Малоутилизируемое и ранее не используемое пищевое сырье – некоторые виды рыб и морепродуктов, биомасса зеленых растений, шрот из семян рапса и других крестоцветных, некоторые ткани и органы убойных животных

Одноклеточные и многоклеточные водоросли, мицелий грибов, дрожжи, а также белки и аминокислоты микробиологического и химического синтеза являются новыми источниками белка.

Возможность использования для целей питания новых белковых ресурсов зависит от разработки двух взаимосвязанных проблем: технологической и медицинской Первая определяется кру гом вопросов, касающихся изыскания белоксодержащих источников, обоснования методов изолирования и концентрирования

белка, разработки приемов рационального его использования в пищевом производстве. Вторая проблема связана с необходимостью анализа химического состава, изучением безопасности, определением пищевой и биологической ценности и обоснованием оптимальных путей применения новых белковых продуктов в питании Наиболее сложный вопрос, по-видимому, заключается в поиске разумного баланса между технологической рациональностью и гигиенической оптимальностью использования нового белка

Наиболее целесообразным конечным продуктом переработки протеинсодержащего сырья являются: изоляты белка (не менее 90% протеина), получаемые выделением и растворением белка с последующим осаждением его в изоэлектрической точке; концентраты белка (не менее 65 % протеина), получаемые очисткой со ответствующего сырья от небелковых продуктов. Данные формы не только наиболее удобны для пищевых производств, но и содержат наименьшие количества токсичных и антиалиментарных веществ, удаляемых при технологической переработке исходного сырья. Могут также использоваться белоксодержащие продукты с широким диапазоном содержания белка, такие как текстурат, гидролизат, мука.

Все потенциальные источники белка должны рассматриваться в качестве носителей как известных, так и новых токсических, аллергенных и антиалиментарных веществ. Кроме того, при выделении белков из этих источников могут применяться физические методы, химические вещества или технологические режимы, снижающие их биологическую ценность или контаминирующие их чужеродными соединениями.

В наиболее изученном и широко применяемом белосодержащем сырье - белковых продуктах переработки сои (муке, изоля) те, концентрате, текстурате) - содержится ряд биологически активных веществ и антиалиментарных факторов. некоторые из них разрушаются при тепловой обработке (гемагглютенины, гоитрогены, ингибиторы трипсина), другие достаточно устойчивы [аллергены, эстрогенстимулирующие изофлавоны, неперевариваемые олигосахара (рафиноза, стахиоза, вербаскоза)], их концентрация снижается прямо пропорционально очистке белкового продукта (наименьшее количество остается в изоляте). Все это требует максимального внимания к технологии производства соевых белковых продуктов и оценке их качества.

 Одной из актуальных проблем, с которой сталкиваются при разработке технологии получения белков из семян масличных культур, является достаточно частое обсеменение шротов микроскопическими плесневыми грибками, продуцирующими микотоксины. В дополнение к микотоксинам шроты из семян подсолнечника и арахиса могут содержать ингибиторы аргиназы и трипсина, а шрот из семян сафлора – лигнановые гликозиды. В семенах кунжута определяются небольшие количества канцерогенных веществ (сезамол, сезамин), которые следует обязательно удалить при получении белкового продукта. В шроте из семян хлопчатника содержатся природные токсичные вещества: циклопропеновые кислоты, госсипол.

Использование в питании человека белков из семян кресто цветных (рапс, сурепка, горчица) ограничено из-за наличия в них глюкшинолатов, вызывающих гипертрофию щитовидной железы не корректируемую дополнительным введением иода (в от личие от соевых белков). Кроме того, глюкозинолаты гидролизуются с образованием более токсичных нитрилов. Шрот, образующийся после экстракции масла из семян клещевины, содержит токсичный белок рицин, алкалоид рицинин, а также глюкопротеиды, являющиеся сильными аллергенами.

Сок листьев ряда растений (люцерны, картофеля, свеклы, бобовых) содержит высококачественные растворимые белки. Проблемы использования белка из биомассы зеленых растений связаны главным образом с наличием в листьях и стеблях растений природных антиалиментарных и токсических веществ: ингибиторов различных ферментов, антивитаминов, цианогенных гликозидов, деминерализующих веществ, оксалатов, эстрогенов а также ксенобиотиков антропогенного происхождения (пестицидов, компонентов удобрений).

Вопрос о возможности использования с пищевыми целями белков одноклеточных организмов и аминоксилотных смесей, полученных в результате дрожжевого, микробиологического и химического синтеза, остается открытым.

Исследование качества сухой биомассы хлореллы, спирулины у людей показало достаточно хорошую переносимость этих продуктов при относительно небольших количествах потребления. При использовании в пищу более высоких количеств наблюдались нарушения функций желудочно-кишечного тракта и повышение уровня мочевой кислоты в крови и моче. В будущем решение проблемы может быть связано с получением изолированного высокоочищенного белкового продукта из водорослей. В этом же направлении может быть решена задача использования мицелиальной (грибной) биомассы, содержащей в натуральном виде 30…40% небелкового азота.

Из всех перечисленных потенциальных источников белка промышленностью освоено в существенных масштабах производство лишь соевых и молочных белков.

В XXI в. в дополнение к растительным источникам пищевого белка более интенсивно будет изучаться возможность расширен ного применения нетрадиционных морепродуктов. Однако их пищевое использование в настоящее время ограничено не столько качеством протеина (оно соответствует животному белку) сколько наличием в составе морепродуктов широкого перечня природных токсинов и антиалиментарных веществ органической природы.

Создание искусственной пищи на основе синтезированного de novo белка - задача отдаленного будущего. Для человека как биологического вида переход на качественно новый уровень питания без ущерба здоровью возможен либо в результате тысяче летней эволюции, либо при использовании искусственной пищи, абсолютно эквивалентной по структуре и химическому составу традиционным продуктам.