УДК 664.78:637.181/541.18.053

ВИЛУЧЕННЯ БІЛКІВ ВІВСА І МОЖЛИВОСТІ ЇХ ВИКОРИСТАННЯ

Бурушкіна Т.М. кандидат хім. наук, Количєв В.І., Алейников В.Г., Баленко Т.Л., кандидат техн. наук, Боровський В.Р., доктор техн. наук

Інститут харчової хімії і технології НАН України, м. Київ

SUMMARY. The conditions of practically complete extraction of all proteins from non-defatted ground oat groats depend on the time of treatment, pH and chemical nature of extracting agents were studied. The limits of stability of the alkaline protein solutions depend on pH were determined. The concentrates contained 30-40 % of the protein were obtained. The conditions of preparing of the stable liquid mixtures of oat and soy proteins were studied.

До недавніх часів єдиною альтернативою материнському і коров'ячому молоку для годування новонароджених, які погано або зовсім не сприймають ні те, ні друге, стало "соєве молоко". Так, у Великобританії вживання "соєвого молока" за рік становить 30 млн. літрів, у Франції — 15 млн. літрів. Не принижуючи вагомості і цінності такого продукту, не можна ігнорувати той факт, що є певна кількість дітей і людей, котрі взагалі, цей продукт та інші соєві продукти не можуть вживати без певних зусиль або негативних реакцій [1, 2]. На побутовому рівні "вівсяне молоко" у вигляді відвару зерна або толокна здавна використовували для годування немовлят у північних регіонах Росії.

Овес майже єдина культура, яка може вирощуватися в кліматичних умовах від субтропіків до тундри [3]. Фізіолог І.П. Павлов називав ферменти вівса "подлинными возбудителями жизни", але не тільки білки обумовлюють поживну і біологічну значимість зерна вівса: в ньому є поліфеноли, важливі для функцій нервової системи вітаміни групи В; тиреостатин, який сприятливо впливає на діяльність щитовидної залози. Поль Брегг вважав овес білковим продуктом. Вміст білків у зерні вівса коливається у межах від 9,0 до 19,5%, фракційний білковий склад найбільш поширених сортів вівса (у % сухої речовини: альбуміни — 12,5; глобуліни — 17,3, проламіни — 23,1; глютеліни — 29,3) свідчить про те, що більша частина білків вівса нерозчинна у воді, що і обумовлює необхідність дослідження практично прийнятних умов вилучення таких білків.

Науковому обґрунтуванню важливості і доцільності використання білків вівса в харчуванні людини присвячено кілька десятків публікацій ще від початку минулого століття. У 20-х роках у США вивчалися різні варіанти виготовлення придатного для вживання в їжу плющеного зерна вівса (пластівців). (Rose M.S., 1922). З 50-х років ХХ ст. ведуть початок численні роботи з вивчення хімічного складу вівса в залежності від сорту і умов вирощування, отримання харчового протеїну з вівса і виготовлення різних продуктів з його використанням (Stanton T.R., 1953; Weber E.B., 1957; Campbell J.A., 1960; Pomeranz J., 1973; Shukia T.P., 1975; McKechine R., 1983; Mikola M., 2001). З публікацій кінця ХХ ст. заслуговує на увагу робота В.Г. Висоцького [4], в якій відмічено, що комбінуванням білків сої і вівса можна отримати продукти з амінокислотним скором, наближеним до ідеального білка. На підтвердження того в табл. 1 наводимо середні дані за результатами різних досліджень вмісту ряду незамінних амінокислот у білках вівса, сої і коров'ячого молока.

В багатьох країнах Європи, США зараз широко вживаються продукти з вівса: печиво, каші, напої, — при цьому жодного нарікання на негативну реакцію на такі продукти знайти в літературі не вдалося. В останні 3—5 років з'явилося багато інформації рекламного і рекомендаційного характеру щодо асортименту, корисності і способів виготовлення в домашніх умовах рідких і пастоподібних харчових продуктів з додаванням або на основі "вівсяного молока".

Найпростіший і найпоширеніший спосіб виготовлення "вівсяного молока" — гомогенізація пластівців або толокна у нагрітій воді, коров'ячому молоці, соках тропічних рослин тощо. У розвинених країнах перевага віддається способам отримання рідких прозорих сталих напоїв, що можуть мати у складі до 30 водорозчинних некоагулюючих форм протеїнів вівса. Це досягається обробкою цілого чи подрібненого зерна лужними розчинами (при рН 7,5—9,5) або розчинами протеолітичних ферментів для руйнування білків вівса до протеїнів з суттєво зменшеною молекулярною масою [5—11]. Після цього можлива також друга стадія ферментативного оброблення твердого залишку (скару) з метою оцукрювання крохмалю. Проте, в усіх випадках стадії отримання протеїну передує стадія екстракції жирів із зерна неполярними органічними розчинниками. Так, розроблений швецькою фірмою "Кеба АБ" у співпраці з науковцями Лундського університету спосіб виготовлення "вівсяного молока" (альтернативний варіант рослинного молока) базується на гомогенізації підготовленого за певних умов (без подробиць) високоякісного зерна вівса у водному середовищі з додаванням соди, обробки після цього протеолітичними ферментами і з'єднанні отриманої білоквмісної рідини (концентрату) з іншими інгредієнтами тільки рослинного походження: інвертованим цукром, рапсовою олією, вітамінами, емульгаторами, ароматизаторами, розчинними харчовими волокнами — для виготовлення напою, подібного за фізичними і хімічними характеристиками до молока.

Мета представленої роботи — встановлення умов одночасного вилучення і концентрування набору усіх білків вівса і прийомів сполучення їх з продуктами гомогенізації (за нашими розробками) цілого зерна набряклої повножирової сої. Зважаючи на позитивні результати власних досліджень [12, 13] з вилучення протеїнів із зерна повножирової сої (попередньо не позбавленої жирів), яка має у своєму складі ліпідів у 3 рази більше, ніж зерно вівса, вивчення умов отримання протеїнів з вівса проводили з використанням цілого або подрібненого зерна без попередньої екстракції і термообробки. Оскільки в доступній літературі конкретні дані про умови вилучення білків вівса для практичних цілей не виявлено, відправними були дані методичної літератури про визначення вмісту білків у рослинній сировині [17]. Так, при встановленні кількості загального азоту рекомендується використання 37,5% водного розчину NaOH для повного гідролізу рослинних білків до NH₃ і 4% розчину лугу у 20% водно-етанольному розчині для переведення комплексу білків у розчинений стан при визначенні їх вмісту у рослинах колориметричним методом, дуже важливим при цьому є співвідношення кількості білку і катіонів лугу.

Тому в перших експериментах з вилучення білків використовували 4% розчини лугу для обробки подрібненого насіння вівса без оболонок. Подрібнення було грубим (до часточок з розмірами в межах від 0,2 до 0,5 мм) і тонким (часточки, що проходили через сито з отвором 0,1 мм). Експерименти проводили з наважками повітряно-сухих зразків подрібненого насіння у кількості від 5,0 до 50,0±0,1 г. Частину таких зразків витримували в дистильованій воді протягом 24-х годин при температурі 25°—26°С, а потім за загальноприйнятими методиками визначали кількість білків, що при цьому розчинилися і перейшли у рідку фазу, — вона становила 9—12,5% від кількості сумарних білків у перерахунку на суху речовину (СР). Обробка зразків вівса 4%-вим водним розчином лугу протягом 24-х годин при кімнатній температурі і повільному перемішуванні забезпечувала 100%-вий перехід білків у розчинний стан. Кількість розчину лугу вибирали таким чином, щоб на 1 г білку припадало не менш, як 10 см³ розчину лугу. Кількість вилучених білків становила 11,5—12,4 г на 100 г повітряно сухого зерна вівса. Вказана концентрація розчину лугу в перших експериментах була достатньою (за методичною літературою) для переведення усіх рослинних білків у розчинний стан, з одного боку, і надмірною у порівнянні з тим, що відомо з літературних даних стосовно вилучення білків з насіння пшениці. Дослідження залежності кількості вилучених білків вівса від співвідношення лугу і наважки вівса у вигляді борошна і подрібненого після набрякання зерна у межах від 0,01 до 1,0 мекв NaOH/г повітряно-сухого зразка дозволили встановити концентраційні параметри вилучення усіх білків з насіння вівса. Результати, представлені на рис. 1, свідчать про те, що в інтервалі співвідношення маси вівса і катіонів лугу в розчині у межах від 0,07 до 0,3 мекв naoh/г забезпечується переведення 10,0—10,5% маси насіння у рідку фазу, тобто вилучення практично всіх білків вівса. Рис. 2 ілюструє зміну рівноважної концентрації розчинів білків в залежності від рН розчинів для обробки насіння при однакових модулях твердої і рідкої фаз. Певні умови обробки набухлого насіння розчином лугу при рН 10,5—11,5 дозволили отримати концентрований розчин комплексу білків вівса (57,5 мг/мл). Він був використаний для визначення умов осадження білків кислотою (рис. 3, 4). Різке зменшення розчинності білків спостерігається при рН 7,0—6,7. Ізоелектричний показник комплексу білків вівса припадає на рН=5,8 (рис. 4). Рис. 5 дає уяву про взаємозв'язок хімічних і кінетичних чинників на розчинність комплексу білків вівса. Тим самим результати роботи дають можливість обирати оптимальні умови вилучення усіх білків із насіння вівса і умови їх концентрування. Після кислотного осадження білки відфільтровували від рідини, промивали дистильованою водою, віджимали воду і у вигляді 30—45%-вої за білком білуватої, практично безсмакової пасти зберігали при +4°c—18°С протягом 1—3 місяців. При цьому помітного погіршення фізичних (консистенції, кольору), хімічних (зворотність процесів розчинення — осадження без практичної втрати маси) і органолептичних показників протеїнових концентратів вівса не було виявлено. З концентрату були виготовлені зразки білка вівса з вологістю 6—10% ("сухі" білки), зберігання їх при +4°С протягом року не призвело до будь-яких змін властивостей зразків.

Концентрати білка і зразки "сухого" білка вівса були використані у дослідах для встановлення можливості отримання з них сталих колоїдних систем з вмістом води не менш як 80%, вмістом сумарного білку не менш як 3% і жиру не менш як 2,5%, а також у виготовленні експериментальних зразків харчових молоко- і пастоподібних продуктів з додаванням або без гомогенізатів сої, які внаслідок особливостей наших обробок повножирової сої практично вільні від неприємного смаку і запаху. Склад гомогенізатів сої (на 100 г): білки 3—6%, жири і фосфоліпіди 2,5—3,5%, мінеральні речовини — 0,5—0,7% , дрібнодисперсні зважені часточки клітковини 1—2 %, останнє — вода.

Експерименти проведено в трьох варіантах: 1) на основі "сухого" білка вівса і свіжовиготовленого гомогенізату сої, 2) на основі 40% концентрату білків вівса і гомогенізату сої, 3) на основі того ж концентрату вівса і гомогенізату, виготовленого з частково знежиреної (на 30%) етанолом сої. В усіх випадках суміші перед експозицією піддавалися інтенсивному перемішуванню. Результати дослідження стану сталості рідин наведено у табл. 2. Оскільки в суміші спеціально не вводилася додаткова кількість жирів і емульгаторів, як чинників сталості колоїдних систем, можна вважати, що сталість сумішей забезпечується жирами і фосфоліпідами сої — на це вказує і факт зменшення терміну сталості сумішей у разі використання частково знежиреної етанолом сої. Негативний вплив можуть мати і процеси створоження білків за вибраних умов експериментів, але це вже інший аспект і стосується він параметрів технології виготовлення рідких продуктів на основі рослинних білків. З точки зору поставленої у роботі мети головним є те, що визначені умови практично повно одностадійного вилучення білків з насіння вівса без попереднього видалення з нього жирів і без термообробки, а також показана можливість використання протеїнових концентратів вівса для приготування (у разі фізіологічних і біохімічних обмежень щодо вживання материнського, коров'ячого молока або соєвого напою) безпосередньо перед вживанням вівсяного білкового напою і без додавання гомогенізату сої.

Відомі різносторонні напрями використання білків вівса різносторонні — від домішок у хлібобулочні вироби, печиво, дитячу їжу, морозиво, напої тощо. Наші зусилля обмежилися поки що двома різновидами пастоподібних продуктів: солодких — тільки на основі білкового концентрату вівса з додаванням вуглеводів (глюкози або фруктози), цитринової кислоти, природних ароматизаторів, загусників (каррагінану, пектину), не підсолоджених — на основі концентрату білків вівса та суміші білків сої і соєвої окари з додаванням рослинної олії, диспергованих частин часнику, кропу, петрушки, морської капусти тощо. Критеріями підбору сумішей був протеїно-ліпідний склад, сталість структури і задовільні органолептичні властивості, зокрема приємний смак. Фізичні характеристики зразків продуктів практично не змінювалися при експозиції у побутовому холодильнику протягом 4—5 діб. В табл. 3 представлено хімічний склад деяких із виготовлених в лабораторних умовах зразків продуктів на основі рослинних білків.

Таким чином, в роботі досліджені і встановлені умови практично повного вилучення білків з насіння повножирного вівса, показана можливість виготовлення на їх основі пастоподібних харчових продуктів приємного смаку та отримання сталих рідин з концентратів білків вівса і сої.

Література
1. Nandi M.A., Parham E.S. Milk drinking by the lactose intolerant. //J. Am. Dietetic Assoc. —1972. —V. 61. —P. 258—264.
2. Kosikowski F.V. Nutritive and organoleptic characteristics of nondairy imitation milks. //J. of Food Science. —1971. —V. 36. —P. 1021—1029.
3. Казаков Е.Д., Кретович В.Л. Биохимия зерна и продуктов его переработки. —М., Агропромиздат, 1989.
4. Высоцкий В.Г., Зилова И.С. Роль соевых белков в питании. //Вопросы питания, 1995. —№5. —С. 20—27.
5. Rose M.S. Some experiments on the digestibility of rolled oats preparation in various ways. //J. of Home Economics. —1922. —V. 14. —P. 9—17.
6. Campbell J.A. Evaluation of protein in foods for regulatory purposes. // J. of Agricultural and Food Chemistry. —1960. —V. 8. —PP. 233—239.
7. Draudt H.N., Whistler R.L., Babel F.J., Reitz H. World-wide research, modification of wheat for preparation of milk-like products. //Ibid., 1965. —V. 13. —PP. 407—414.
8. Shukia T.P. Chemistry of oats: protein foods and other industrial products. // Crc. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. —1975. —V. 6. —PP. 383—387.
9. Protein isolate from high-protein oats: preparation, composition and properties / Y.Wu, K. Sexson, J.Cluskey. J. Food Sci., 1977. —V. 42. —P. 1383—1386.
10. Process for preparing a low-fat, transparent, stable oat protein containing aqueous solution and product thereof //US Pat. 1966, №5525151.
11. Oat extracts: refining, compositions and methods of use //US Pat. 2004, №6818232.
12. Шаркова Н.О., Боровський В.Р. Соєве молоко //Харчова і переробна пром. —1993. —№12. —С. 16—17.
13. Боровський В., Алейников В., БурушкінаТ. Соєва паста //Харчова і переробна пром. —2001. —№6. —С. 22—23.
14. Методы биохимического исследования растений. Изд. 2-ое, перераб. и доп. /Под ред. А.И. Ермакова. Л.: "Колос", 1972. —378 c.