Альтернативные источники белка растительного происхождения


Как отмечают М.А. Щербина и Е.А. Гамыгин [2006], все кормовые средства растительного происхождения делят на низкобелковый (до 20 % белка) и высокобелковые (до 45-60 %). К первой группе относится зерно зла-ковых, ко второй – зернобобовых, остатки семян масличных культур (жмыхи и шроты), кукурузный и пшеничный глютены, пшеничные зародышевые хлопья.
На данный момент, при производстве кормов большое количество потенциального растительного сырья ограничено в использовании из-за недостатков в аминокислотном составе (дефицитом лизина, а нередко и метиони-на), отсутствия вкусовой привлекательности, высокого процента фосфора, присутствующего в качестве фитиновой кислоты и антипитательных веществ (антинутриентов) [Щербина, Гамыгин, 2006; Hardy, 2010].
Содержание последних создает проблему для некоторых хищных видов рыб [Krogdahl et al., 2010]. При кормлении диетами, содержащими соевый шрот у радужной форели и атлантического лосося был диагностирован подострый энтерит [Refstie et al., 2000].
Поэтому, растительное сырье должно обладать характеристиками аналогичными рыбной муке, что позволит создать разумную альтернативу последней. Наряду с экономическими аспектами, такими как конкурентоспособная цена и широкая доступность, продукт должен обладать высокими питательными свойствами, которые характеризуются в первую очередь низким содержанием крахмала, волокна и антипитательных факторов (АПФ). В то же время переваримость, содержание протеина и вкусовая привлекательность должны быть на достаточно высоком уровне [Gatlin et al., 2007].
Так как сырье растительного происхождения часто не обладает такими свойствами, необходима дальнейшая переработка, что позволит улучшить качество исходного сырья и повысить возможность использования его при производстве рыбных кормов [Щербина, Гамыгин, 2006].
Совместимость белка растительного происхождения можно увеличить путем переработки сырья до белкового концентрата или изолята [Arntfield et al. 1985; Fredrikson et al., 2001; Peisker, 2001]. Как показали исследования, при кормлении лосося и радужной форели кормом с содержанием концентрата соевого белка усвояемость составляла более 90 % [Glencross, 2004]. Для сравнения, при кормлении кормом с содержанием рыбной муки из менхадена коэффициент видимой переваримости сырого протеина этими видами составлял 91 % и 86 % соответственно [Anderson et al., 1997; Gaylord et al., 2010]. Также положительные результаты были достигнуты в исследованиях на радужной форели и тиляпии [Rodehutscord et al. 1995, Zhao et al. 2010].
Переработка сырья до концентратов и изолятов направлена в первую очередь на увеличение содержания сырого протеина и удобоваримости пита-тельных веществ, и одновременно на снижение уровня АПФ [Бредихина и др., 2009].
В прошлом, соевые бобы были основным сырьем, используемым для промышленного производства белковых концентратов и изолятов. Однако, в последние годы были обнаружены и другие растения имеющие аналогичный потенциал, например, семена бобовых культур [Tömösközi et al., 2001].
В случае с масличными культурами (соя, пшеница и др.), перед производством белкового концентрата, они должны быть очищены от посторонних примесей (камни, стекло, растительные ткани, пыль и др.), расколоты, дове-дены до требуемых условий для получения оптимальной пластичности (с ис-пользованием тепла и влаги) и расплющены до хлопьев. Для обезжиривания эти хлопья обрабатывают органическими растворителями. В результате по-лучается смесь масла и растворителя состоящая из белков, углеводов, витаминов и минералов [Cromwell, 2008]. Затем растворитель удаляют с помощью вакуумной сушки, получая в итоге обезжиренные хлопья без потери функциональных белковых свойств [Peisker, 2001].
В случае с семенами бобовых растений, перед производством белково-го концентрата, их необходимо высушить, очистить и перемолоть до мучного состояния [Sosulski, McCurdy, 1987].
Белковый концентрат – это обезжиренная мука (или хлопья), из кото-рой удалено большинство простых и сложных углеводов, минеральных солей, водорастворимых веществ, таких как сахара/олигосахариды и второстепенных компонентов [Щербаков, Иваницкий, 1987; Singh et al., 2008]. Полу-чить белковый концентрат можно тремя способами.
Первый способ экстракционный. Измельченное сырье обрабатывают органическими растворителями при соответствующих температурах их кипения. Используя этиловый или изопропиловый спирт, сырье многократно промывают до остаточного содержания липидов в сухом концентрате не более 0,75 % [Бредихина и др., 2009]. Нерастворимые компоненты (белки и полисахариды) не подвергаются воздействию спирта, тогда как растворимые соединения удаляются [Wolf, 1970].
Второй способ – кислотного выщелачивания. Он заключается в удале-нии сахаров посредством кислотной обработки при рН 4,5. Это значение водородного показателя в свою очередь является изоэлектрической точкой для основных глобулинов [Бредихина и др., 2009].
Третий способ – комбинированный. Он заключается во влажном нагреве измельченного сырья (что приводит к денатурации белка) и последующим использованием водной экстракции, которая растворяет сахара и второстепенные компоненты [Бредихина и др., 2009].
Во всех случаях, конечным продуктом является концентрат с высоким содержанием белка. Однако, их физические свойства зависят от способа по-лучения. Например, из-за отсутствия термической обработки содержание растворимого белка выше в концентратах, которые получены с помощью кислотного выщелачивания [Peisker, 2001].
В отличие от белковых концентратов изоляты не имеют вкуса и запаха, обладают хорошей эмульгирующей способностью, хорошо растворяются в воде [Бредихина и др., 2009].
При производстве изолята обезжиренную муку экстрагируют 10-кратным количеством щелочи при pH 7-9 и температуре 50-60 oC. Экстракт отделяют, изолированный белок осаждают при pH 4,5-4,6; осадок промывают кислотой и высушивают. Такой изолят (изоэлектрический белок) плохо растворяется в воде, поэтому его нейтрализуют раствором щелочи и высушивают. Для регулирования свойств белковых изолятов применяют частичный гидролиз протеолитическими ферментами, термообработку, мембранную технологию концентрирования и очистки белка. Выход изолятов достигает 85 % массы обезжиренной муки при содержании белка до 90 % [Бредихина и др., 2009].
Возможность включения белковых продуктов растительного происхождения в состав искусственных кормов зависит от содержания усваиваемого белка и энергии в этих продуктах [Glencross, Hawkins 2004]. Поэтому, оценка видимой переваримости является первым шагом для определения потенциала исследуемого пищевого ингредиента.