Раздельное питание не та диета, которую можно начать «здесь и сейчас». Лучше уделить некоторое время на то, чтобы составить ежедневный рацион на неделю — это существенно облегчит задачу и поможет продумать баланс питательных веществ, удобное время для каждого приема пищи и другие детали. А чтобы процесс перехода на новую систему питания был наиболее комфортным, прислушайтесь к следующим советам:

Таблица совместимости. Такие «наглядные пособия» позволяют всегда держать в поле зрения список продуктов, которые можно и нельзя совмещать. Но стандартную таблицу лучше модифицировать под собственные потребности и вкусы. Например, если вы не потребляете цельное молоко и блюда, в состав которых оно входит, то этот продукт можно вообще исключить из списка — он будет лишь мешать. Потратив немного времени на это, вы составите свою личную таблицу, которая поможет ориентироваться в наиболее предпочтительных для вас совместимых продуктах.

Режим питания. Важно учитывать свои энергетические потребности в течение дня. Так, если вам предстоит сложное начало дня (совещание, встреча с деловым партнером и пр.), зерновой завтрак будет предпочтительней: он зарядит вас энергией. А если ближе к вечеру вам потребуется выносливость, на обед лучше съесть кусочек мяса с «разрешенными» овощами. Заранее продуманное меню позволит вам сохранять бодрость и ясный ум на протяжении всего дня и предотвратит возможный «срыв».

Баланс прежде всего. Это особенно важно, если в диетах вы новичок. Следите за тем, чтобы ваше меню включало все необходимые вещества: белки (растительные и животные), углеводы (желательно сложные), жиры (с преобладанием растительных), клетчатка. И более важно: они должны находиться в правильном соотношении. Так, если ваша цель — похудение, соотношение питательных веществ должно быть примерно таким: 40–50 % белков, 30–40 % жиров, 10–20 % углеводов.

Это важно! Если у вас возникли даже незначительные сомнения в эффективности новой системы питания, проконсультируйтесь со специалистом по спортивному питанию или с диетологом. Возможно, вам лучше подойдет другая диета и другой подход к формированию рациона.

*БАД. НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ЛЕКАРСТВЕННЫМ СРЕДСТВОМ

* Л. С. Василевская. Современные представления о распространенных «альтернативных» диетах. http://www.gastroportal.ru/php/content.php?id=1283&pr=print

** Н. Л. Бацукова Раздельное питание: профессиональная точка зрения. http://oede.by/publication/raznoe/razdelnoe_pitanie_professionalnaya_tochka_zreniya/

Потребность в белках: обзор растительных и животных белков, используемых при разработке и производстве альтернативных белковых продуктов | Границы животных

• Рост мирового потребления протеина привел к резкому росту спроса на протеиновые продукты за последние несколько лет.

• Демонстрация эквивалентных или превосходящих / новых функций новых белков по сравнению с существующими альтернативами имеет важное значение для успеха на рынке белков.

• Дополнительные исследования небелковых ингредиентов и инновации в технологиях производства альтернативных белковых продуктов необходимы для продолжения расширения предложения белков на рынке.

Введение

Спрос на белковые ингредиенты резко вырос за последние несколько лет. В 2019 году мировой рынок белковых ингредиентов оценивался в 38 миллиардов долларов США, и ожидается, что он будет расти на 9,1% с 2020 по 2027 год (Grandview Research, 2020). Потребление животных белков значительно увеличилось в недавнем прошлом, а также с растущим интересом к общему белку рынок ингредиентов растительного белка, как ожидается, значительно вырастет.Растительные белки могут компенсировать долю на рынке животных белков (молочных продуктов, яиц и мяса), поскольку их можно производить по конкурентоспособным ценам.

Спрос на белки обусловлен множеством факторов. Рынок животного белка будет продолжать расти из-за связанных с ним преимуществ для здоровья от употребления мяса. Молочные и другие животные белки также играют важную роль в спросе на диетические добавки и употребление продуктов питания. Увеличение числа веганов, вегетарианцев и флекситаристов стимулировало использование растительных белков в пищевых продуктах.Кроме того, растительные белки используются при производстве широкого спектра натуральных продуктов. В целом, растущая пищевая промышленность в связи с ростом населения и осведомленности потребителей стимулирует рынок протеина и потребность в альтернативных протеиновых ингредиентах.

Кроме того, существует глобальная проблема обеспечения продовольственной безопасности и сохранения земельных и водных ресурсов в связи с изменением климата, ростом населения и изменением режима питания. Соответственно, растет интерес к устойчивым и биоразнообразным пищевым системам.С точки зрения потребителя, покупательские привычки, которые могут улучшить окружающую среду, приобретают все большее значение. Потребители стремятся к прозрачности и устойчивости в поставках продуктов питания. Соответственно, пищевая промышленность заинтересована в коммерциализации продуктов, в состав которых входят ингредиенты, полученные из экологически устойчивых сельскохозяйственных культур.

Еще одна важная причина для поиска новых растительных белковых ингредиентов — это аллергенность белка. Яйца, молочные продукты и соя входят в число основных аллергенов «большой восьмерки», признанных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.Другие оппортунистические причины включают использование текущих потоков обработки для увеличения стоимости и доходов (добавление стоимости побочным продуктам), поиск уникального и конкурентоспособного места на рынке и использование всех возможных ресурсов для расширения предложения ингредиентов. Кроме того, производители ищут функциональные, неаллергенные ингредиенты, которые могут заменить синтетические ингредиенты (например, синтетические эмульгаторы, например, моноглицериды и диглицериды) в рамках программы чистой этикетки. Учитывая, что белки обладают множеством функций, включая, помимо прочего, стабилизирующие свойства, построение структуры и улучшение вкуса, производители стремятся заменить синтетические ингредиенты функциональными белками в различных сферах применения, в том числе в высокоценных, таких как инкапсуляция биоактивных соединений. и ароматизаторы (например,г., рыбий жир и апельсиновое масло).

Следовательно, демонстрация эквивалентных или превосходящих / новых функций новых растительных белков по сравнению с существующими альтернативами имеет важное значение для их рыночного успеха. Информация о потребителях и производителях растительных белков, кроме сои, ограничена; тем не менее, новые растительные белки набирают обороты, в том числе бобовые белки (из гороха, чечевицы, нута и бобов) и белки канолы, подсолнечника, овса, картофеля, риса, кукурузы и древних зерновых среди других (Grandview Research, 2016).Производители продуктов питания стремятся понять, как эти растительные белки могут частично или полностью заменить традиционные растительные и животные белковые ингредиенты в пищевых продуктах или мясных альтернативных продуктах на растительной основе для обеспечения оптимального питания, вкуса и функциональности. Кроме того, усовершенствование вариантов и функциональности небелковых ингредиентов также востребовано, поскольку эти ингредиенты комбинируются с растительными и мясными белками для удовлетворения требований рецепта (например, цвета, вкусовых качеств и срока годности) при разработке этих пищевых продуктов.

Несмотря на то, что были проведены некоторые исследования для характеристики новых растительных белков, эта информация далека от исчерпывающей. Наука и технологии должны догнать экспоненциальный рост спроса на новый растительный белок. Необходимо изучить эффективные процессы экстракции белка, чтобы обеспечить высокие выходы и сохранение качества и функциональности белка, понять взаимосвязь между структурой и функцией, разработать экономически эффективные стратегии функционализации белка, продемонстрировать способы преодоления проблем вкуса и текстуры, выявить уникальные высокоэффективные компоненты. ценят приложения, исследуют разнообразие сельскохозяйственных культур и обеспечивают обильные поставки, наряду с развитием небелковых дополнительных ингредиентов, используемых в сочетании с растительными и животными белками для удовлетворения рыночного спроса.Наша цель — предоставить обзор основ белка и выявить инновационные потребности и проблемы в цепочке поставок белка для поддержки резкого роста спроса на белковые продукты.

Белки

Белок является основным и универсальным компонентом пищевых продуктов (рис. 1). Помимо питательной ценности, физико-химические и поведенческие свойства белков во время обработки играют важную роль в определении конечного качества пищи. Из-за структурной универсальности и амфифильной природы белков они могут взаимодействовать с другими компонентами пищи, такими как углеводы, жиры, вода, витамины, минералы и другие белки, посредством ряда взаимодействий и связей.В производстве продуктов питания источники животного и растительного белка обладают множеством функций.

Рисунок 1.

Белок животного и растительного происхождения.

Рис. 1.

Белок животного и растительного происхождения.

Обычные животные белки, используемые для обработки в пищевой промышленности, включают следующее: основные молочные белки казеина и сыворотки, используемые для вязкости и стабилизации различных пищевых матриц; белок яичного белка, используемый в формировании сетей для стабильности при взбивании и нагревании пищевых продуктов; и мышечные белки (миофибриллярные, саркоплазматические и стромальные) для различных применений, от гелеобразования до образования окраски.Соя и горох — это два растительных белка, которые широко используются благодаря превосходным функциональным свойствам, таким как способность удерживать воду, желировать, абсорбировать жир и эмульгировать в пищевых продуктах. Глютен, белок, содержащийся в зернах злаков, обладает уникальными когезионными и вязкоупругими свойствами, которые могут образовывать волокнистые белковые сети и обычно используются в альтернативных мясных продуктах. Рапсовое и рапсовое масло — это протеины из масличных семян, которые становятся все более привлекательными в качестве ингредиентов для белковых продуктов на растительной основе. Эти белки обеспечивают эмульгирование и пенообразование, а также могут образовывать гели.Чечевица, люпин, нут, голубиный горох, маш и фасоль — это другие белки бобовых культур, изученные по их физико-химическим характеристикам, включая стабилизацию пены, эмульгирование и гелеобразование. Обзор представленных белков — это поверхность доступных вариантов растительных и животных белков и связанных функций для производителей продуктов питания.

Процессы экстракции белков

Процессы экстракции и очистки растительного белка обычно начинаются с экстракции масла, как в случае с масличными культурами (например.г., соя; Фигура 2). Другими начальными этапами экстракции белка являются воздушная классификация для отделения гранул крахмала и клетчатки от белковых тел, как в случае с бобовыми, или замачивание, как в процессе помола кукурузы, при котором кукуруза разделяется на четыре компонента: зародыши, волокна, крахмал и т. Д. и белок. Этапы очистки и начального концентрирования для отделения белка зависят от культуры. После первоначального разделения и концентрирования богатая белком фракция подвергается дальнейшей переработке для получения белкового концентрата (60–80% белка) или изолята (более 80% белка).

Рисунок 2.

Поле сои в Манитобе, Канада.

Рисунок 2.

Поле сои в Манитобе, Канада.

Белок из любого данного источника представляет собой гетерогенную смесь различных типов белков. Следовательно, очистка белка разными методами приведет к разному профилю, качеству и функциональности белка. Очистку белка можно проводить следующими методами: мембранной фильтрацией, хроматографией, солевой экстракцией или солюбилизацией / осаждением pH.Для коммерчески доступных ингредиентов растительного белка, а именно белка сои и гороха, наиболее распространенной практикой является солюбилизация / осаждение pH. Хотя другие процессы очистки могут давать более функциональный белковый ингредиент, например хроматография, мембранная фильтрация или экстракция солей, они более сложны и дороги.

После экстракции на основе pH белок солюбилизируется при pH (в основном щелочном, pH> 7), при котором белок наиболее растворим, в то время как крахмал и / или клетчатка осаждают после центрифугирования.Чтобы отделить белок от растворимых сахаров и олигосахаридов, белок осаждают в его изоэлектрической точке. Осадок промывают, нейтрализуют и сушат распылением. Иногда перед сушкой вводят стадию диафильтрации, чтобы уменьшить количество соли. PH солюбилизации может влиять на функциональность, цвет, вкус и усвояемость. Низкий pH часто вреден для белка, вызывая денатурацию и потерю функциональности. Кроме того, при щелочном pH благоприятствует окисление, которое может привести к потемнению и появлению неприятного запаха в присутствии высокого уровня полифенолов.

Следовательно, важно оптимизировать очистку белка в зависимости от источника. Белки из разных источников имеют разные структурные характеристики, которые способствуют различиям в их растворимости и реакционной способности при различных условиях экстракции. Инновации в протоколах сухой и влажной экстракции необходимы для увеличения выхода и чистоты белка при сохранении структурной целостности и функциональности.

Взаимосвязь между структурой и функциями

Функциональные свойства белка продиктованы структурными характеристиками, включая аминокислотный состав и последовательность, размер и конфигурацию молекулы, а также физико-химические характеристики, такие как гидрофобность поверхности, чистый заряд и присутствие реакционноспособных групп (например,g., сульфгидрильные и гидроксильные группы). Эти характеристики могут быть взаимосвязаны; например, аминокислотный состав влияет на гидрофобность и заряд, в то время как последовательность может влиять на молекулярную конфигурацию, что, в свою очередь, может влиять на свойства поверхности. Поверхностные свойства влияют на растворимость белка, термостабильность, эмульгирующие и пенообразующие свойства, а также на способность к гелеобразованию. Например, сывороточный белок имеет очень низкую поверхностную гидрофобность; поэтому он хорошо растворим и является золотым стандартом для готовых к употреблению протеиновых напитков.С другой стороны, белки, такие как соевый белок, с высокой молекулярной массой и высокой поверхностной гидрофобностью, могут образовывать полимеры в определенных условиях и, таким образом, могут быть текстурированы для образования продуктов с текстурными свойствами, аналогичными мясным продуктам. Любое изменение структуры белка во время очистки и / или обработки приведет к значительному изменению функциональности.

Стратегии функциональности

Часто белковые порошки подвергаются нескольким процессам функционализации, включая агломерацию, нанесение лецитинового покрытия и гомогенизацию под высоким давлением (Barbosa-Cánovas et al., 2005). Эти процессы влияют на размер, форму и свойства поверхности частиц. Агломерация увеличивает размер частиц за счет образования мостиков с использованием связующих, таких как крахмал, камеди или гидроколлоиды. Этот процесс улучшает диспергируемость, так как вода может легко диффундировать внутри агломерата, а лецитиновое покрытие улучшает смачиваемость и предотвращает слеживание порошка. Гомогенизация под высоким давлением в сочетании с контролируемыми условиями распылительной сушки влияет на функциональность белка. Например, обработка под высоким давлением приводит к увеличению водоудерживающей способности и вязкости, что желательно для мясных продуктов.Функционализацией порошка посредством обработки можно управлять для целевого повышения функциональности. Однако для различных источников белка могут потребоваться уникальные подходы к обработке для повышения их функциональности. О функционализации соевого и молочного белка известно много. Однако функционализация — это область, которая требует исследования новых растительных белков.

Другие стратегии функционализации включают модификации, нацеленные на белок. Использование белков в пищевых рецептурах связано с проблемами обработки из-за их чувствительности к различным параметрам обработки, включая pH, температуру, напряжение сдвига и ферментативную активность.Способы улучшения функциональности и стабильности белка во время обработки обычно направлены на изменение структуры белка для улучшения растворимости, увеличения гибкости, изменения гидрофильного / липофильного баланса или содействия перекрестному сшиванию белков. Наиболее часто используемой модификацией белка в промышленности является ферментативный гидролиз.

Ферментативный гидролиз очень хорошо изучен и предназначен для улучшения функциональности и обеспечения физиологических преимуществ. Степень гидролиза (% DH) и выбор фермента определяют функциональные свойства производимого гидролизата белка, влияя на структуру белка и профиль пептидов.Ограниченная степень гидролиза (т.е. низкий% DH) особенно важна для получения функционально улучшенных ингредиентов, поскольку она контролирует как потерю структуры, так и высвобождение горьких пептидов, связанных с более обширным гидролизом. Чрезмерный гидролиз (т.е. высокий% DH) приводит к продукту с высоким содержанием свободных аминокислот и короткоцепочечных пептидов с минимальной функциональностью, если таковая имеется. Например, ограниченный ферментативный гидролиз соевого белка (DH = 2–15%) привел к повышенной растворимости (Sun, 2011; Meinlschmidt et al., 2016), пенообразование (Tsumura et al., 2004) и эмульгирующая способность (Sun 2011; Meinlschmidt et al., 2016). Ферментативный гидролиз необходимо оптимизировать для каждого источника белка, чтобы вызвать желаемое усиление конкретной функциональности.

Другой подход к модификации белков — гликирование, индуцированное Майяром. Гликирование — это добавление сахаров к белку или липиду. Эффект ограниченного контролируемого гликирования, индуцированного Майяром, на улучшение функциональности белка был исследован, но не получил коммерческого применения.Обзор de Oliveira et al. (2016) выделили 31 исследование, показывающее улучшенную функциональность гликированных белков. Вызванное Майяром гликирование может привести к улучшенным свойствам растворимости, термостабильности, эмульгирования, пенообразования и гелеобразования из-за повышенной гидрофильности, вязкости и сшивания белков при одновременном снижении изоэлектрической точки белка и предотвращении денатурации (Wang and Ismail, 2012; Wang et al. al., 2013; de Oliveira et al., 2016;). Однако структурные модификации и функциональные изменения гликированных белков зависят от условий реакции Майяра, конформации белка и характеристик полисахаридов (например,г., длина цепочки). Следовательно, оптимизация параметров гликирования, индуцированного Майяром, необходима для достижения желаемой функциональности конкретного белка при минимизации распространения реакции на продвинутые и нежелательные стадии (приводящие к потемнению и появлению неприятного привкуса). Кроме того, этот метод необходимо сделать пригодным для промышленного применения.

Нетепловые методы модификации белков, такие как высокое давление, колебательное магнитное поле, ультрафиолетовое излучение, обработка озоном, импульсные электрические поля и, в последнее время, холодная плазма, набирают обороты.Технология холодной плазмы включает воздействие на белки плазмы, частично ионизированного газа. Сгенерированная плазма может содержать ряд химически активных частиц, включая электроны, положительные и отрицательные ионы, а также реактивный кислород и азотные частицы, включая свободные радикалы, в условиях, близких к комнатной. Состав реакционноспособных частиц зависит от используемых газов (например, воздуха, O2, CO2 и Ar), геометрии реактора, потребляемой мощности и режима взаимодействия с обрабатываемым субстратом (Ikawa et al., 2010). Различные частицы могут вызывать несколько химических реакций, включая окисление, разрыв связи и / или полимеризацию. Холодная плазма интенсивно используется в промышленности для модификации поверхности при обработке материалов и генерации озона для дезинфекции воды, а также исследуется в контексте лечения рака, заживления ран, обеззараживания пищевых продуктов и свертывания крови (Inagaki, 2014; Mittal, 2014). Преимущества использования холодной плазмы включают сохранение качественных характеристик, рентабельность, эффективность в сокращении количества патогенов, короткое время обработки и отсутствие воды и химикатов, необходимых во время обработки.Холодную плазму можно проводить на открытом воздухе, она адаптируема, устойчива и безопасна для окружающей среды (Ekezie et al., 2017). В нескольких исследованиях изучалось влияние холодной плазмы на структуру, функциональность и аллергенность белков из разных источников (Tolouie et al., 2018). Исследования действительно показали изменения в структуре белка после обработки холодной плазмой. Однако результаты были неубедительными из-за различных тестируемых условий, а результаты не были исчерпывающими в связи функциональных изменений со структурными модификациями.Базовые знания, направленные на лучшее понимание модификации холодной плазмы, необходимы для разработки целевого подхода к повышению функциональности растительного белка для желаемых приложений.

Разнообразие сельскохозяйственных культур и предложение

В настоящее время существует разрыв между селекцией культур для повышения урожайности и селекцией для улучшения функциональных и питательных свойств белкового компонента. Поэтому крайне важно исследовать естественные вариации среди существующих линий не только по содержанию белка, но и по профилю белка, а также разработать маркеры и инструменты для инициирования стратегий селекции для прямого повышения функциональности белка и качества питания.

Существуют неотъемлемые различия в количестве и качестве белка в разных линиях конкретной культуры из-за генетических различий, а также различий в окружающей среде между местами выращивания. Критическая потребность в решении вопроса о будущей полезности растительных белков в пищевой промышленности заключается в выявлении превосходных генетических вариантов качества и функциональности белка. Это включает идентификацию образцов или разновидностей, которые в настоящее время обладают лучшими признаками, и идентификацию генетических локусов, которые могут использоваться в селекционных усилиях для улучшения этих признаков за пределами их текущего использования.В частности, определение источников зародышевой плазмы с превосходными признаками и разработка генетических маркеров позволит эффективно внедрить эти признаки в нынешние и будущие племенные популяции.

Помимо селекции и геномики, исследовательские потребности охватывают агрономию, системы земледелия и проектирование агроэкосистем, эффективное производство регенерирующих экосистемных услуг и логистику цепочки поставок. Например, краткосрочные культуры, такие как горох (рис. 3), можно включить в севооборот для питания почвы и получения дополнительных доходов фермерам.Для того, чтобы новый источник растительного белка был устойчивым и распространенным, необходимо применять систематический подход, охватывающий вышеупомянутые области исследований.

Рисунок 3.

Текстурированный гороховый белок и гороховый белок.

Рисунок 3.

Текстурированный гороховый белок и гороховый белок.

Сравнение качества белков животных и растений

Пищевая ценность белка определяется содержанием в нем незаменимых аминокислот, перевариваемостью белка, чистым использованием белка, биологической ценностью и показателем аминокислот с поправкой на усвояемость белка (PDCAAS; FAO / WHO, 1991).PDCAAS — это индикатор для оценки качества белка по его способности удовлетворять потребности человеческого организма в аминокислотах (FAO / WHO, 1991).

Белки животного происхождения более усвояемы, имеют большее чистое использование, биологическую ценность и PDCAAS, чем сырые растительные белки (таблица 1; Berrazaga et al., 2019). Низкий уровень PDCAAS в источниках растительного белка может быть связан с более низкой усвояемостью и отсутствием некоторых незаменимых аминокислот, необходимых для удовлетворения потребностей человеческого организма.

Белки животного происхождения более усвояемы по сравнению с белками растений (Таблица 1; Berrazaga et al., 2019). Одна из причин — структурные различия между животными и растительными белками. Карбонаро и др. (2012) и Nguyen et al. (2015) обнаружили, что растительные белки имеют больше структур β-листов и относительно низкие α-спирали, чем белки животных, что делает их устойчивыми к перевариванию в пищеварительной системе. Наличие большего количества волокон в растительном белке — еще одна причина, по которой растительный белок имеет более низкую протеолитическую перевариваемость (Duodu et al., 2003). Наличие антипитательных факторов является дополнительным фактором более низкой усвояемости белков растительного происхождения в желудочно-кишечном тракте человека по сравнению с белками животного происхождения.Большинство антинутритных факторов в основном обнаруживаются в белковых телах семядолей и в оболочке семян бобовых. Технологии обработки могут снизить уровень антипитательного фактора и повысить усвояемость растительного белка (Tulbek et al., 2017). Понимание питательных факторов белка имеет важное значение в стратегиях разработки альтернативных белковых продуктов для удовлетворения потребностей человеческого организма в белке.

Проблем со вкусом растительного белка

Использование растительных белков, таких как белки бобовых, в пищевых продуктах затруднено из-за стойких привкусов, которые могут ощущаться потребителями.Посторонние привкусы, присутствующие в соевых белках, часто называют «зелеными», «бобовыми», «красными» и «травянистыми» (Rackis et al., 1979). Эти отклонения обычно связаны с инициированным липоксигеназой перекисным окислением ненасыщенных жирных кислот (MacLeod and Ames, 1988) и в основном связаны с источником сырья, обработкой и / или хранением. Вкусные соединения гороха были исследованы в сыром, хранящемся и вареном горохе (Malcolmson et al., 2014). Сообщалось, что ароматизирующие соединения представляют собой насыщенные и ненасыщенные спирты, альдегиды, кетоны, спирты и их сложноэфирные производные, а также метоксипиразины.Азарния и др. (2011a) сообщили о значительных изменениях летучих вкусовых соединений гороха во время хранения, в то время как Azarnia et al. (2011b) сообщили о различиях в содержании летучих соединений между сортами и сортами, выращиваемыми в разные годы выращивания. Насколько нам известно, нет сообщений об ароматических соединениях, сохраняемых в изолятах горохового белка или других новых ингредиентах растительного белка. Существует необходимость в разработке методов экстракции / обработки протеина, дающих нейтральные (мягкие) продукты. Маскировка посторонних запахов оказалась безуспешной.Маскировка привкусов, таких как горечь, возможно, но маскировка посторонних запахов более сложна из-за того, что аромат является суммой паттерна реакций множества типов рецепторов в отличие от вкуса, который обычно имеет дело с одним рецептором. Точное профилирование вкуса позволит определить подходы, которые устраняют проблемные посторонние привкусы, а не пытаются их замаскировать.

Небелковые ингредиенты и функции

Текстуризаторы

Текстуризаторы, используемые в пищевых продуктах, действуют как связующие для воды и масла, усилители нарезаемости, наполнители или наполнители, а также усилители текстуры и гелеобразования в готовом продукте.Выбор текстурирующих ингредиентов животного или растительного происхождения основывается на заявлении продукта или целевом типе диеты. Например, альтернативный мясной продукт для флекситаристов может включать связывающие и текстурирующие агенты как животного, так и растительного происхождения, такие как изоляты и концентраты соевого белка, пшеничный глютен, молочные белки, яичные белки, каррагинан, ксантановую камедь, метилцеллюлозу, муку / крахмалы. , пектин и другие растительные волокна и жевательные резинки, предлагающие самый широкий выбор функций. В качестве альтернативы, в заявленных продуктах веганского или 100% растительного происхождения нельзя использовать связующие вещества животного происхождения и текстуризаторы, такие как молочные белки и яичные белки.Для веганских продуктов обычно используются текстуризаторы на растительной основе. Однако яичный белок обычно используется в производстве пищевых продуктов в качестве связующего вещества из-за его способности образовывать твердый необратимый гель при приготовлении пищи. Чтобы удовлетворить потребности различных типов диеты, необходимы дальнейшие исследования текстуризаторов на растительной основе, которые обладают большей функциональностью.

Метилцеллюлоза

Метилцеллюлоза — это производное целлюлозы, получаемое путем образования щелочной целлюлозы (взаимодействие хлористого метила и щелочной целлюлозы), которая имеет отличительные характеристики гелеобразования.При нагревании он образует термообратимый твердый хрупкий гель, но при охлаждении превращается в вязкую жидкость. Напротив, крахмалы и гидроколлоиды образуют термообратимые гели в противоположном направлении — гелеобразование в холодном состоянии и плавление обратно в жидкость при нагревании. Эта уникальная характеристика метилцеллюлозы делает ее неоценимой для обеспечения связывания и гелевой структуры продуктов, подаваемых в горячем виде. Эмульгирующая способность метилцеллюлозы также помогает предотвратить отделение жира и увеличивает ощущение сочности.При разработке пищевых продуктов на растительной основе метилцеллюлоза ценится за ее универсальность в функциональности и роли в структуре продукта и впечатлениях от приема пищи. В отрасли существует постоянная потребность в веганских ингредиентах, которые могут создавать твердый вкус и сочную текстуру, напоминающую мясо.

Каррагинан

Каррагинан представляет собой высокомолекулярный линейный полисахарид, выделенный из красных морских водорослей. Существует три основных типа каррагинана: каппа образует прочный гель с ионами калия; йота образует эластичные гели с солями кальция; а лямбда образует загущенные жидкости и не образует гель.Когда нагретый раствор каппа-каррагинана охлаждается ниже температуры его гелеобразования (30–70 ° C в зависимости от условий приготовления, таких как наличие солей), он образует твердый, хрупкий гель (Blakemore and Harpell, 2010) и обычно используется в мясных продуктах. Эта функция улучшает возможность нарезки и текстуру аналогов мяса, например мясных деликатесов, которые подают при комнатной температуре или ниже. Каррагинан также обладает отличной способностью связывать воду и помогает удерживать влагу, улучшая качество еды.

Крахмалы

Крахмалы в аналогах мяса действуют как наполнители и улучшают текстуру благодаря своей способности связывать и удерживать влагу. При нагревании в присутствии воды происходит желатинизация и гранулы крахмала набухают, улавливая воду, высвобождаемую (процесс разрушения связей) из текстурированного белка или других компонентов формулы (с другой стороны, гелеобразование — это процесс образования геля). Крахмалы доступны из множества ботанических источников в нативных и модифицированных формах.Общие модификации крахмала могут улучшить стабильность при замораживании-оттаивании, снизить температуру желатинизации или изменить вязкость (Joly and Anderstein, 2009). Требуется критическое рассмотрение приложения, чтобы выбрать приложение с подходящей функциональностью. Например, крахмал с температурой желатинизации выше температур, наблюдаемых во время обработки, не сможет внести большой вклад в функциональность. Крахмалы, набухающие при холодном набухании, могут использоваться для увеличения вязкости и связывания воды в сырой системе.В целом доступно несколько вариантов крахмала. Выбор крахмала для рецептуры пищевого продукта зависит от необходимой функциональности и способа приготовления продукта.

Волокнистые ингредиенты

Клетчатка — это тип углеводов, который содержится во многих продуктах питания, таких как бобовые, а также цельнозерновые и большинство овощей и фруктов. Волокнистые ингредиенты используются в продуктах на растительной основе для придания объема и улучшения ощущения во рту, а также для их водоудерживающей способности. Они также обеспечивают начальную вязкость и когезию, чтобы помочь матрице продукта выдерживать манипуляции и формование.Из-за большого количества источников клетчатки, ингредиенты, содержащие клетчатку, предлагаются на рынке для производства продуктов питания.

Жиры

В традиционном и альтернативном (клеточном или растительном) мясе, а также в продуктах на растительной основе жир способствует воспринимаемой нежности и сочности продукта и способствует сохранению / высвобождению вкуса. Жидкие масла способствуют смазыванию и улучшают восприятие потребителем влаги, в то время как насыщенные жиры более точно имитируют профиль жирных кислот традиционного мяса и придают твердость охлажденной смеси.Хлопья твердого жира также могут придать ожидаемый вид мраморности. Некоторые варианты жиров на растительной основе включают растительное масло, кокосовое масло, пальмовое масло и масло какао. Правильное сочетание жиров важно для достижения желаемого сочного вкуса и сохранения вкуса.

Ароматизаторы

Вкус и вкус продуктов очень важны, поскольку они определяют общую приемлемость конечного продукта для потребителей. Пикантные, мясные и металлические нотки (железо или железо) учитываются в основном в рецептурах, альтернативных мясу, чтобы имитировать настоящие мясные продукты.Для придания пикантного и мясного вкуса и аромата некоторые серосодержащие аминокислоты (цистеин, цистин и метионин), нуклеотиды, редуцирующие сахара (например, глюкоза, фруктоза), витамины (тиамин) и другие аминокислоты (пролин, лизин, серин) , метионин и треонин) обычно используются в качестве ингредиентов в альтернативной переработке белка (Moon et al., 2011; Kyriakopoulou et al., 2019). Гидролизованные растительные белки являются еще одним ингредиентом, используемым в составах альтернативных белковых продуктов для придания аромата и вкуса, подобных куриным или говяжьим.Более того, в альтернативных яичных препаратах для имитации настоящего яичного вкуса и запаха обычно используется гималайская черная соль или «кала намак», которая имеет уникальный вкус и запах, напоминающий яичный вкус и запах из-за более высокого содержания серы. В целом вкус является неотъемлемой частью впечатлений от потребления.

Красители

Цвет — это фактор визуальной привлекательности еды. Цвета в гамбургерах, колбасах и мясном фарше на растительной основе используются для имитации красно-розового цвета в сыром виде и коричневого цвета при приготовлении.Для этих продуктов используется комбинация термоустойчивых красителей и редуцирующих сахаров (Hamilton and Ewing, 2000). Обычно используются термически нестабильные пигменты бетанинового пигмента, содержащие порошок или сок свеклы. Восстанавливающие сахара, используемые в продуктах на растительной основе, включают ксилозу, арабинозу, галактозу, маннозу, декстрозу, лактозу, рибозу и мальтозу (Hamilton and Ewing, 2000) и могут вступать в реакцию типа Майяра с аминогруппой белков во время приготовления пищи, производя компоненты коричневого цвета. Для таких продуктов, как хот-доги на растительной основе и ветчина, желателен красно-розовый цвет в конечном продукте.Термостойкие пигменты или их комбинации, такие как аннато, куркума, шафран, каротин, тмин, карамельный краситель, перец, порошок красного дрожжевого риса, кантаксантин и астаксантин, часто используются для достижения желаемого цвета, поскольку красный цвет не разлагается. во время нагрева. Большинство термостойких и термолабильных красителей имеют оптимальный диапазон pH для получения более качественного цвета; поэтому в составах конечных продуктов требуется некоторый уровень регулирования pH с помощью подкислителя (уксусная кислота, лимонная кислота и / или молочная кислота).Использование подкислителей не всегда возможно, поскольку они негативно влияют на текстуру и вкус продукта (Kyriakopoulou et al., 2019). В последнее время соевый леггемоглобин, гемсодержащий белок растительного происхождения, также используется в качестве красителя в гамбургерах на растительной основе, чтобы придать им «кровоточащий» вид, как в мясных бургерах животного происхождения. Этот пигмент денатурируется и превращается в коричневый цвет при приготовлении, подобно миоглобину в мясе.

Расширение функциональности и разнообразие текстуризаторов, жиров, ароматизаторов и красителей необходимо для развития разработки альтернативных белковых продуктов.Следовательно, дальнейшие исследования и разработка небелковых ингредиентов имеют важное значение для принятия потребителями и постоянного роста спроса на пищевые продукты или продукты, заменяющие мясо на растительной основе.

Текущие и будущие технологии переработки альтернативных белковых продуктов

Технологии

Одна из целей альтернативного производства мяса состоит в том, чтобы потребители почувствовали, что они едят мясные продукты, имитируя структуру, состав, внешний вид и вкус продуктов из животного белка (рис. 4).Сложную структуру мяса сложно воспроизвести с помощью растительных ингредиентов. Таким образом, поиск растительных белков, которые обладают питательными и функциональными свойствами, аналогичными животным белкам, продолжаются все более быстрыми темпами. Кроме того, технологи пищевых продуктов, разрабатывающие белковые продукты, постоянно фокусируются на методах обработки / структурирования с использованием растительных белков, которые обеспечивают желаемые сенсорные характеристики в продуктах на 100% растительной основе, а также обеспечивают внешний вид и вкусовые ощущения, аналогичные мясным аналогам.

Рисунок 4.

Рисунок 4.

Традиционные растительные альтернативные белковые продукты производятся с помощью простых технологий обработки, таких как ферментация, химическая коагуляция белков, прессование, нагревание, пропаривание, охлаждение и промывка (Malav et al. , 2015). Экструзия, технология сдвиговых ячеек и 3D-печать — это современные методы обработки. Постоянное внимание уделяется улучшению этих процессов, а также изучению других применимых технологий обработки белков.

Экструзия

Экструзия — это обычная практика, которая широко используется для преобразования 50–70% белковых материалов на растительной основе в волокнистые продукты. Это термомеханический процесс, в котором используется сочетание давления, тепла и механического сдвига (Kyriakopoulou et al., 2019). В настоящее время в качестве ингредиентов для экструзии используется несколько сырьевых растительных белков, таких как обезжиренный соевый шрот, концентрат и изоляты соевого белка, пшеничный глютен, концентрат и изолят горохового белка и арахисовый белок (Kyriakopoulou et al., 2019).

Существует два типа процессов экструзии в зависимости от количества воды, добавляемой во время процесса; экструзия с низким содержанием влаги (добавление влаги 20-40%) и экструзия с высоким содержанием влаги (добавление влаги 40-80%). Текстурированные белки с низким содержанием влаги обычно необходимо регидратировать перед использованием, часто в сочетании с другими ингредиентами. Экструдированные продукты с высоким содержанием влаги могут не потребовать дополнительной обработки перед использованием.

Важными функциональными характеристиками экструдированных продуктов являются водопоглощение и маслоемкость (если они в формате с низким содержанием влаги), плотность и размер / форма.Эти характеристики являются фактором исходного подаваемого материала, условий экструзии, выбора матрицы и вторичной резки. Менее плотный кусок, такой как хлопья, регидратируется быстрее, чем фарш, но может принести в жертву некоторую твердость. Продукты со слишком большим расширением будут с трудом сохранять свою структуру после регидратации и могут превратиться в кашицу во время дальнейшей обработки или употребления в пищу. Продукты со слишком малым расширением будут очень медленно восстанавливаться и могут восприниматься как твердый кусок без различимой текстуры.

Предварительное кондиционирование является важным начальным этапом экструзии белка, позволяющим влаге равномерно проникать в частицы белка перед их введением в экструдер. В экструдере белки подвергаются воздействию высоких температур и давлений, которые заставляют белки плавиться и денатурировать (Zhang et al., 2019), теряя свою третичную или даже вторичную структуру. Денатурированные белки перестраиваются в направлении потока, когда они проходят через винт, обнажая участки связывания, которые позволяют белкам сшиваться по-новому.Это перекрестное сшивание текстурирует белки и превращает глобулярные растительные белки в структуры, которые больше напоминают волокнистую и ламинарную структуру мяса. Когда материал выходит из фильеры в конце экструдера, вода в смеси быстро испаряется из-за высоких температур и сброса давления, заставляя материал расширяться и создавая окончательный воздушный формат. Дизайн штампа существенно влияет на форму и текстуру создаваемых деталей. Кроме того, материал может быть дополнительно разрезан для получения куска желаемого размера и формы.

Помимо создания структуры, напоминающей мясо, экструзия также может изменять цвет и вкус белковых компонентов. Многие нежелательные ароматизаторы летучие и испаряются вместе с влагой при сбросе давления в конце экструдера. Экструзия может также улучшить питательную ценность белков. Процесс экструзии широко изучается уже много десятилетий; однако контроль над процессом является одной из самых больших проблем (Zhang et al., 2019), а конструкция экструдированных продуктов до сих пор полностью не определена.

Технология ячейки со сдвигом

Технология сдвиговых ячеек была представлена ​​группой исследователей из Университета Вагенингена, Нидерланды, примерно в 2005 году (Manski et al., 2007). Это еще один метод, в котором сочетание сдвига и нагрева используется для образования аналогов мяса на растительной основе со слоистой волокнистой структурой, напоминающей вкус и текстуру настоящего мясного стейка. Устройство для резки, используемое в этой технологии, называется ячейкой сдвига, в которой может применяться интенсивный сдвиг.Существует два типа ячеек сдвига: коническая ячейка на основе реометра с конической пластиной и ячейка Куэтта цилиндрической формы, которая была разработана для процесса увеличения масштаба (Manski et al., 2007). В этой технологии структура готового продукта зависит от ингредиентов и параметров обработки. Деформация белка в сдвиговой ячейке четко выражена и постоянна, вклад механической энергии в структурирование невелик; следовательно, технология сдвиговых ячеек имеет меньшие различия в качестве продукта по сравнению с экструзией (Manski et al., 2007; Krintiras et al., 2016). Увеличивая размер и длину ячейки Куэтта, можно увеличить емкость и производительность устройства. Несколько комбинаций белков растительного происхождения (концентрат соевого белка, изолят соевого белка и пшеничный глютен или изолят соевого белка и пектин) были протестированы на их способность образовывать волокнистые структуры в технологии сдвиговых ячеек (Manski et al., 2007; Dekkers et al. , 2016). Однако продукты на основе мяса, полученные на растительной основе, изготовленные с использованием технологии сдвиговых ячеек, в продаже отсутствуют.

3D печать

Инновационная и универсальная цифровая технология — это 3D-печать, которую можно использовать для аддитивного производства и быстрого прототипирования. Процесс 3D-печати может воссоздать мышечную матрицу за счет микроэкструзии нитей с использованием пасты на растительной основе. Паста помещается в матрицу 3D-принтера с помощью программного обеспечения для моделирования Auto Computer-Aid Design (AutoCAD) (Carrington, 2020).

NOVAMEAT, одна из компаний-производителей пищевых продуктов, производящая мясные продукты на растительной основе с помощью 3D-печати, объявила, что они могут воссоздать стейк с твердой, волокнистой текстурой и мясистым внешним видом, используя гороховый белок, рисовый белок, водоросли, рапсовый жир и т. Д. и свекольный сок (Carrington, 2020).Redefine Meat — еще одна компания, расположенная в Израиле, которая утверждает, что производит альтернативные мясные продукты, имитирующие внешний вид, текстуру и вкус мышечной ткани животных (Askew, 2020). Скорость и разнообразие материалов, используемых в 3D-печати, открывают широкие возможности для применения в пищевой промышленности.

Эти развивающиеся технологии расширяют возможности производителей растительной продукции для воспроизведения и улучшения вкуса, текстуры и вкусовых качеств продуктов. Они открывают путь к большей универсальности следующего поколения альтернативных белковых пищевых продуктов и представляют собой лишь верхушку айсберга в пространстве, созревшем для инноваций.

Выводы

Прогнозируется, что мировой спрос на белок будет продолжать расти. Различия в качестве и функциональности белков животного и растительного происхождения сохраняются. Наука и технологии, используемые в цепочке поставок различных белковых продуктов, должны соответствовать экспоненциальному росту спроса на новые источники белка. Чтобы удовлетворить как потребительский спрос, так и желаемый опыт питания, расширение возможностей и функциональности небелковых ингредиентов имеет важное значение для разработки и производства продуктов.И растительный, и животный белки жизненно важны для удовлетворения мировых потребностей в белке.

Заявление о конфликте интересов. Не объявлено.

Об авторе

Д-р Б. Пэм Исмаил — профессор кафедры пищевых наук и питания Университета Миннесоты. Она также является основателем и директором Инновационного центра растительного белка. Доктор Исмаил имеет более чем 20-летний опыт исследований в области пищевой химии, сфокусированных на аналитической химии, химии белков, энзимологии, а также химии и судьбе биоактивных компонентов пищи.Ее исследования сосредоточены на химических характеристиках и повышении функциональности, безопасности, биодоступности, доставки и биологической активности пищевых белков и фитохимических веществ с использованием новых методов обработки и анализа. Доктор Исмаил является лауреатом «Премии выдающегося преподавателя» и «Премии выдающегося профессора».

Д-р Ласика Сенаратне-Ленагала — старший научный сотрудник по пищевым продуктам, работающий в компании Cargill Inc., Уичито, Канзас, в группе исследований и разработок белков (R&D).Она получила степень бакалавра в области сельского хозяйства в Университете Перадения, Шри-Ланка, магистра биохимии в Национальном университете Пукён, Южная Корея, и докторскую степень по зоотехнике (наука о мясе и биология мышц) в Университете Небраски-Линкольн. Ее текущая научно-исследовательская работа сосредоточена на разработке как мясных, так и растительных / альтернативных белковых продуктов.

Алисия Стабе — старший научный сотрудник североамериканского подразделения крахмалов, подсластителей и текстуризаторов Cargill, Миннеаполис, Миннесота.В Cargill она занимается исследованиями и разработками в области белковых ингредиентов растительного происхождения. Ее текущая работа включает в себя понимание функциональности установленных и появляющихся неживотных белков в пищевых рецептурах. Алисия имеет 10-летний опыт работы в пищевой промышленности в области разработки ингредиентов и готовой продукции и имеет степень магистра наук в области пищевых продуктов в Университете Пердью, Вест-Лафайет, штат Индиана.

Д-р Энн Брэкенридж — менеджер группы исследований и разработок протеинов в компании Cargill Inc., Уичито, Канзас.Она получила докторскую степень в Университете штата Канзас, Манхэттен, в области роста и развития мышц. Энн имеет более чем 20-летний опыт исследований и разработок в области безопасности пищевых продуктов в белковой отрасли. Д-р Брэкенридж ранее занимал должности в Cargill, курируя группы НИОКР, занимающиеся разработкой продуктов и технологий для мясных животных, а также группы по обеспечению безопасности пищевых продуктов в Северной Америке. Ее исследовательские интересы включают улучшение качества мяса и разработку новых белковых технологий. В настоящее время Энн является избранным президентом Американской ассоциации мясных наук.

Цитированная литература

Azarnia

S

JI

Boye

T

Warkentin

L

Malcolmson

2011а

Изменения летучих вкусовых соединений у сортов гороха полевого в зависимости от условий хранения

Внутр. J. Food Sci. Технол

46

2408

2419

Azarnia

S

JI

Boye

T

Warkentin

L

Malcolmson

H

Sabik

2011b

Изменения летучих вкусовых характеристик избранных сортов полевого гороха в зависимости от года сбора урожая и обработки

Пищевая химия

124

326

335

Барбоса-Кановас

GV

E

Ортега-Ривас

P

Juliano

H

Yan

2005

Пищевые порошки: физические свойства, обработка и функциональность

Нью-Йорк (Нью-Йорк)

Kluwer Academix / Plenum Publishers

Berrazaga

I

V

Micard

M

Gueugneau

S

Walrand

2019

Роль анаболических свойств растительных источников белка по сравнению с источниками животного белка в поддержании поддержания мышечной массы: критический обзор

Питательные вещества

11

1825

1845

Blakemore

W

AR

Harpell

2010

Каррагинан.

A

Imeson

Пищевые стабилизаторы, загустители и гелеобразователи

Западный Сассекс (Соединенное Королевство

Blackwell Publishing

73

94

Карбонаро

M

P

Maselli

A

Nucara

2012

Взаимосвязь между усвояемостью и вторичной структурой сырых и термически обработанных белков бобовых: инфракрасное спектроскопическое исследование с преобразованием Фурье (FT-IR)

Аминокислоты

43

911

921

Dekkers

BL

CV

Nikiforidis

AJ

van der Goot

2016

Формирование волокнистой структуры под действием сдвига из смеси пектин / SPI

Innov. Food Sci. Emerg. Технол

36

193

200

Duodu

KG

JRN

Taylor

PS

Belton

BR

Hamaker

2003

Факторы, влияющие на перевариваемость белка сорго

J. Cereal Sci

38

117

131

Ekezie

F

D

Sun

J

Cheng

2017

Обзор последних достижений в технологии холодной плазмы для пищевой промышленности: текущие приложения и будущие тенденции

Trends Food Sci.Тех

69

46

58

ФАО / ВОЗ

1991

Оценка качества протеина. Совместная консультация экспертов ФАО / ВОЗ

FAO Food Nutr. Пап

51

1

66

Гамильтон

MN

EC

Ewing

2000

Пищевой краситель

Ikawa

S

K

Kitano

S

Hamaguchi

2010

Влияние pH на инактивацию бактерий в водных растворах из-за применения низкотемпературной плазмы при атмосферном давлении

Плазменный процесс. Полим

7

33

42

Inagaki

N

2014

Плазменная модификация поверхности и плазменная полимеризация

Бока-Ратон (Флорида)

CRC Press

Joly

G

B

Anderstein

2009

Крахмалы.

R

Tarté

Состав мясных продуктов: свойства, функции и применение

Нью-Йорк (Нью-Йорк)

Springer Science + Business Media

25

56

Krintiras

GA

JG

Diaz

AJ

van der Goot

AI

Stankiewicz

GD

.

2016

Об использовании технологии ячеек Куэтта для крупномасштабного производства текстурированных заменителей мяса на основе сои

J. Food Eng

169

205

213

Kyriakopoulou

K

B

Dekkers

AJ

van der Goot

2019

Глава 6 — Аналоги мяса на растительной основе.

C M

Galanakis

Устойчивое производство и переработка мяса

Сан-Диего (Калифорния)

Academic Press

103

126

MacLeod

G

J

Ames

1988

Соевый вкус и его улучшение

Crit. Rev. Food Sci. Нутр

27

219

400

Малав

OP

S

Talukder

P

Gokulakrishnan

S

Chand

2015

Мясной аналог: обзор

Crit. Rev. Food Sci. Нутр

55

1241

1245

Малькольмсон

L

P

Frohlich

G

Boux

A

Bellido

J

2014

Аромат и вкусовые качества гороха полевого, выращенного в Саскачеване ( Pisum sativum L.)

банка. Дж. Плант Sci

94

1419

1426

Manski

JM

AJ

van der Goot

RM

Стрела

2007

Достижения в формировании структуры анизотропных продуктов, богатых белком, благодаря новым концепциям обработки

Trends Food Sci. Технол

18

546

557

Meinlschmidt

P

D

Sussmann

U

Schweiggert-Weisz

P

2016

Ферментативная обработка изолятов соевого белка: влияние на потенциальную аллергенность, технофункциональность и сенсорные свойства

Food Sci. Нутр

4

11

23

Mittal

KL

2014

Плазменная модификация поверхности полимеров: отношение к адгезии

Нидерланды

CRC Press

Moon

JH

IW

Choi

YK

Park

Y

Kim

2011

Выработка натурального мясного вкуса на основе продуктов реакции Майяра

Korean J. Food Sci. Ани. Ресурс

31

129

138

Nguyen

T T P

B

Bhandari

J

Cichero

S

Prakash

2015

Желудочно-кишечное переваривание молочных и соевых белков в детских смесях: исследование in vitro

Food Res. Инт

76

Pt 3

348

358

de Oliveira

FC

JS

Coimbra

EB

de Oliveira

AD

Zuñiga

2016

Конъюгаты пищевой белок-полисахарид, полученные с помощью реакции Майяра: обзор

Crit.Rev. Food Sci. Нутр

56

1108

1125

Sun

XD

2011

Ферментативный гидролиз соевых белков и утилизация гидролизатов

Внутр. J. Food Sci. Тех

46

2447

2459

Tolouie

H

M A

Mohammadifar

H

Ghomi

M

.

2018

Манипуляции белками в пищевых системах холодной атмосферной плазмой

Crit. Rev. Food Sci. Нутр

58

2583

2597

Tsumura

K

T

Saito

K

Tsuge

H

Ashida

000

000 W

000

000 W

2004

Функциональные свойства гидролизатов соевого белка, полученных селективным протеолизом

LWT Food Sci. Технол

38

255

261

Tulbek

MC

RSH

Lam

YC

Wang

P

Asavajaru

A

2017

Горох: устойчивый урожай растительного белка

RN

Sudarshan

JPD

Wanasundara

L

Scanlin

Устойчивые источники белка

Сан-Диего (Калифорния)

Academic Press

145

164

Wang

Q

L

He

T P

Labuza

B

Ismail

2013

Структурная характеристика частично гликозилированного сывороточного белка под влиянием pH и тепла с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния с усилением поверхности

Food Chem

139

313

319

Wang

Q

B

Ismail

2012

Влияние индуцированного Майяром гликозилирования на питательные качества, растворимость, термическую стабильность и молекулярную конфигурацию сывороточного протеина

Внутр. Молочный J

25

112

122

Zhang

J

L

Liu

H

Liu

A

Yoon

SH

, andvi

Q

Ван

2019

Изменение конформации и качества растительного белка в процессе текстурирования путем экструзии

Crit.Rev. Food Sci. Нутр

59

3267

3280

© Ismail, Senaratne-Lenagala, Stube, Brackenridge

Потребность в белках: обзор растительных и животных белков, используемых при разработке и производстве альтернативных белковых продуктов | Границы животных

• Рост мирового потребления протеина привел к резкому росту спроса на протеиновые продукты за последние несколько лет.

• Демонстрация эквивалентных или превосходящих / новых функций новых белков по сравнению с существующими альтернативами имеет важное значение для успеха на рынке белков.

• Дополнительные исследования небелковых ингредиентов и инновации в технологиях производства альтернативных белковых продуктов необходимы для продолжения расширения предложения белков на рынке.

Введение

Спрос на белковые ингредиенты резко вырос за последние несколько лет.В 2019 году мировой рынок белковых ингредиентов оценивался в 38 миллиардов долларов США, и ожидается, что он будет расти на 9,1% с 2020 по 2027 год (Grandview Research, 2020). Потребление животных белков значительно увеличилось в недавнем прошлом, а также с растущим интересом к общему белку рынок ингредиентов растительного белка, как ожидается, значительно вырастет. Растительные белки могут компенсировать долю на рынке животных белков (молочных продуктов, яиц и мяса), поскольку их можно производить по конкурентоспособным ценам.

Спрос на белки обусловлен множеством факторов. Рынок животного белка будет продолжать расти из-за связанных с ним преимуществ для здоровья от употребления мяса. Молочные и другие животные белки также играют важную роль в спросе на диетические добавки и употребление продуктов питания. Увеличение числа веганов, вегетарианцев и флекситаристов стимулировало использование растительных белков в пищевых продуктах. Кроме того, растительные белки используются при производстве широкого спектра натуральных продуктов.В целом, растущая пищевая промышленность в связи с ростом населения и осведомленности потребителей стимулирует рынок протеина и потребность в альтернативных протеиновых ингредиентах.

Кроме того, существует глобальная проблема обеспечения продовольственной безопасности и сохранения земельных и водных ресурсов в связи с изменением климата, ростом населения и изменением режима питания. Соответственно, растет интерес к устойчивым и биоразнообразным пищевым системам. С точки зрения потребителя, покупательские привычки, которые могут улучшить окружающую среду, приобретают все большее значение.Потребители стремятся к прозрачности и устойчивости в поставках продуктов питания. Соответственно, пищевая промышленность заинтересована в коммерциализации продуктов, в состав которых входят ингредиенты, полученные из экологически устойчивых сельскохозяйственных культур.

Еще одна важная причина для поиска новых растительных белковых ингредиентов — это аллергенность белка. Яйца, молочные продукты и соя входят в число основных аллергенов «большой восьмерки», признанных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Другие оппортунистические причины включают использование текущих потоков обработки для увеличения стоимости и доходов (добавление стоимости побочным продуктам), поиск уникального и конкурентоспособного места на рынке и использование всех возможных ресурсов для расширения предложения ингредиентов.Кроме того, производители ищут функциональные, неаллергенные ингредиенты, которые могут заменить синтетические ингредиенты (например, синтетические эмульгаторы, например, моноглицериды и диглицериды) в рамках программы чистой этикетки. Учитывая, что белки обладают множеством функций, включая, помимо прочего, стабилизирующие свойства, построение структуры и улучшение вкуса, производители стремятся заменить синтетические ингредиенты функциональными белками в различных сферах применения, в том числе в высокоценных, таких как инкапсуляция биоактивных соединений. и ароматизаторы (например,г., рыбий жир и апельсиновое масло).

Следовательно, демонстрация эквивалентных или превосходящих / новых функций новых растительных белков по сравнению с существующими альтернативами имеет важное значение для их рыночного успеха. Информация о потребителях и производителях растительных белков, кроме сои, ограничена; тем не менее, новые растительные белки набирают обороты, в том числе бобовые белки (из гороха, чечевицы, нута и бобов) и белки канолы, подсолнечника, овса, картофеля, риса, кукурузы и древних зерновых среди других (Grandview Research, 2016).Производители продуктов питания стремятся понять, как эти растительные белки могут частично или полностью заменить традиционные растительные и животные белковые ингредиенты в пищевых продуктах или мясных альтернативных продуктах на растительной основе для обеспечения оптимального питания, вкуса и функциональности. Кроме того, усовершенствование вариантов и функциональности небелковых ингредиентов также востребовано, поскольку эти ингредиенты комбинируются с растительными и мясными белками для удовлетворения требований рецепта (например, цвета, вкусовых качеств и срока годности) при разработке этих пищевых продуктов.

Несмотря на то, что были проведены некоторые исследования для характеристики новых растительных белков, эта информация далека от исчерпывающей. Наука и технологии должны догнать экспоненциальный рост спроса на новый растительный белок. Необходимо изучить эффективные процессы экстракции белка, чтобы обеспечить высокие выходы и сохранение качества и функциональности белка, понять взаимосвязь между структурой и функцией, разработать экономически эффективные стратегии функционализации белка, продемонстрировать способы преодоления проблем вкуса и текстуры, выявить уникальные высокоэффективные компоненты. ценят приложения, исследуют разнообразие сельскохозяйственных культур и обеспечивают обильные поставки, наряду с развитием небелковых дополнительных ингредиентов, используемых в сочетании с растительными и животными белками для удовлетворения рыночного спроса.Наша цель — предоставить обзор основ белка и выявить инновационные потребности и проблемы в цепочке поставок белка для поддержки резкого роста спроса на белковые продукты.

Белки

Белок является основным и универсальным компонентом пищевых продуктов (рис. 1). Помимо питательной ценности, физико-химические и поведенческие свойства белков во время обработки играют важную роль в определении конечного качества пищи. Из-за структурной универсальности и амфифильной природы белков они могут взаимодействовать с другими компонентами пищи, такими как углеводы, жиры, вода, витамины, минералы и другие белки, посредством ряда взаимодействий и связей.В производстве продуктов питания источники животного и растительного белка обладают множеством функций.

Рисунок 1.

Белок животного и растительного происхождения.

Рис. 1.

Белок животного и растительного происхождения.

Обычные животные белки, используемые для обработки в пищевой промышленности, включают следующее: основные молочные белки казеина и сыворотки, используемые для вязкости и стабилизации различных пищевых матриц; белок яичного белка, используемый в формировании сетей для стабильности при взбивании и нагревании пищевых продуктов; и мышечные белки (миофибриллярные, саркоплазматические и стромальные) для различных применений, от гелеобразования до образования окраски.Соя и горох — это два растительных белка, которые широко используются благодаря превосходным функциональным свойствам, таким как способность удерживать воду, желировать, абсорбировать жир и эмульгировать в пищевых продуктах. Глютен, белок, содержащийся в зернах злаков, обладает уникальными когезионными и вязкоупругими свойствами, которые могут образовывать волокнистые белковые сети и обычно используются в альтернативных мясных продуктах. Рапсовое и рапсовое масло — это протеины из масличных семян, которые становятся все более привлекательными в качестве ингредиентов для белковых продуктов на растительной основе. Эти белки обеспечивают эмульгирование и пенообразование, а также могут образовывать гели.Чечевица, люпин, нут, голубиный горох, маш и фасоль — это другие белки бобовых культур, изученные по их физико-химическим характеристикам, включая стабилизацию пены, эмульгирование и гелеобразование. Обзор представленных белков — это поверхность доступных вариантов растительных и животных белков и связанных функций для производителей продуктов питания.

Процессы экстракции белков

Процессы экстракции и очистки растительного белка обычно начинаются с экстракции масла, как в случае с масличными культурами (например.г., соя; Фигура 2). Другими начальными этапами экстракции белка являются воздушная классификация для отделения гранул крахмала и клетчатки от белковых тел, как в случае с бобовыми, или замачивание, как в процессе помола кукурузы, при котором кукуруза разделяется на четыре компонента: зародыши, волокна, крахмал и т. Д. и белок. Этапы очистки и начального концентрирования для отделения белка зависят от культуры. После первоначального разделения и концентрирования богатая белком фракция подвергается дальнейшей переработке для получения белкового концентрата (60–80% белка) или изолята (более 80% белка).

Рисунок 2.

Поле сои в Манитобе, Канада.

Рисунок 2.

Поле сои в Манитобе, Канада.

Белок из любого данного источника представляет собой гетерогенную смесь различных типов белков. Следовательно, очистка белка разными методами приведет к разному профилю, качеству и функциональности белка. Очистку белка можно проводить следующими методами: мембранной фильтрацией, хроматографией, солевой экстракцией или солюбилизацией / осаждением pH.Для коммерчески доступных ингредиентов растительного белка, а именно белка сои и гороха, наиболее распространенной практикой является солюбилизация / осаждение pH. Хотя другие процессы очистки могут давать более функциональный белковый ингредиент, например хроматография, мембранная фильтрация или экстракция солей, они более сложны и дороги.

После экстракции на основе pH белок солюбилизируется при pH (в основном щелочном, pH> 7), при котором белок наиболее растворим, в то время как крахмал и / или клетчатка осаждают после центрифугирования.Чтобы отделить белок от растворимых сахаров и олигосахаридов, белок осаждают в его изоэлектрической точке. Осадок промывают, нейтрализуют и сушат распылением. Иногда перед сушкой вводят стадию диафильтрации, чтобы уменьшить количество соли. PH солюбилизации может влиять на функциональность, цвет, вкус и усвояемость. Низкий pH часто вреден для белка, вызывая денатурацию и потерю функциональности. Кроме того, при щелочном pH благоприятствует окисление, которое может привести к потемнению и появлению неприятного запаха в присутствии высокого уровня полифенолов.

Следовательно, важно оптимизировать очистку белка в зависимости от источника. Белки из разных источников имеют разные структурные характеристики, которые способствуют различиям в их растворимости и реакционной способности при различных условиях экстракции. Инновации в протоколах сухой и влажной экстракции необходимы для увеличения выхода и чистоты белка при сохранении структурной целостности и функциональности.

Взаимосвязь между структурой и функциями

Функциональные свойства белка продиктованы структурными характеристиками, включая аминокислотный состав и последовательность, размер и конфигурацию молекулы, а также физико-химические характеристики, такие как гидрофобность поверхности, чистый заряд и присутствие реакционноспособных групп (например,g., сульфгидрильные и гидроксильные группы). Эти характеристики могут быть взаимосвязаны; например, аминокислотный состав влияет на гидрофобность и заряд, в то время как последовательность может влиять на молекулярную конфигурацию, что, в свою очередь, может влиять на свойства поверхности. Поверхностные свойства влияют на растворимость белка, термостабильность, эмульгирующие и пенообразующие свойства, а также на способность к гелеобразованию. Например, сывороточный белок имеет очень низкую поверхностную гидрофобность; поэтому он хорошо растворим и является золотым стандартом для готовых к употреблению протеиновых напитков.С другой стороны, белки, такие как соевый белок, с высокой молекулярной массой и высокой поверхностной гидрофобностью, могут образовывать полимеры в определенных условиях и, таким образом, могут быть текстурированы для образования продуктов с текстурными свойствами, аналогичными мясным продуктам. Любое изменение структуры белка во время очистки и / или обработки приведет к значительному изменению функциональности.

Стратегии функциональности

Часто белковые порошки подвергаются нескольким процессам функционализации, включая агломерацию, нанесение лецитинового покрытия и гомогенизацию под высоким давлением (Barbosa-Cánovas et al., 2005). Эти процессы влияют на размер, форму и свойства поверхности частиц. Агломерация увеличивает размер частиц за счет образования мостиков с использованием связующих, таких как крахмал, камеди или гидроколлоиды. Этот процесс улучшает диспергируемость, так как вода может легко диффундировать внутри агломерата, а лецитиновое покрытие улучшает смачиваемость и предотвращает слеживание порошка. Гомогенизация под высоким давлением в сочетании с контролируемыми условиями распылительной сушки влияет на функциональность белка. Например, обработка под высоким давлением приводит к увеличению водоудерживающей способности и вязкости, что желательно для мясных продуктов.Функционализацией порошка посредством обработки можно управлять для целевого повышения функциональности. Однако для различных источников белка могут потребоваться уникальные подходы к обработке для повышения их функциональности. О функционализации соевого и молочного белка известно много. Однако функционализация — это область, которая требует исследования новых растительных белков.

Другие стратегии функционализации включают модификации, нацеленные на белок. Использование белков в пищевых рецептурах связано с проблемами обработки из-за их чувствительности к различным параметрам обработки, включая pH, температуру, напряжение сдвига и ферментативную активность.Способы улучшения функциональности и стабильности белка во время обработки обычно направлены на изменение структуры белка для улучшения растворимости, увеличения гибкости, изменения гидрофильного / липофильного баланса или содействия перекрестному сшиванию белков. Наиболее часто используемой модификацией белка в промышленности является ферментативный гидролиз.

Ферментативный гидролиз очень хорошо изучен и предназначен для улучшения функциональности и обеспечения физиологических преимуществ. Степень гидролиза (% DH) и выбор фермента определяют функциональные свойства производимого гидролизата белка, влияя на структуру белка и профиль пептидов.Ограниченная степень гидролиза (т.е. низкий% DH) особенно важна для получения функционально улучшенных ингредиентов, поскольку она контролирует как потерю структуры, так и высвобождение горьких пептидов, связанных с более обширным гидролизом. Чрезмерный гидролиз (т.е. высокий% DH) приводит к продукту с высоким содержанием свободных аминокислот и короткоцепочечных пептидов с минимальной функциональностью, если таковая имеется. Например, ограниченный ферментативный гидролиз соевого белка (DH = 2–15%) привел к повышенной растворимости (Sun, 2011; Meinlschmidt et al., 2016), пенообразование (Tsumura et al., 2004) и эмульгирующая способность (Sun 2011; Meinlschmidt et al., 2016). Ферментативный гидролиз необходимо оптимизировать для каждого источника белка, чтобы вызвать желаемое усиление конкретной функциональности.

Другой подход к модификации белков — гликирование, индуцированное Майяром. Гликирование — это добавление сахаров к белку или липиду. Эффект ограниченного контролируемого гликирования, индуцированного Майяром, на улучшение функциональности белка был исследован, но не получил коммерческого применения.Обзор de Oliveira et al. (2016) выделили 31 исследование, показывающее улучшенную функциональность гликированных белков. Вызванное Майяром гликирование может привести к улучшенным свойствам растворимости, термостабильности, эмульгирования, пенообразования и гелеобразования из-за повышенной гидрофильности, вязкости и сшивания белков при одновременном снижении изоэлектрической точки белка и предотвращении денатурации (Wang and Ismail, 2012; Wang et al. al., 2013; de Oliveira et al., 2016;). Однако структурные модификации и функциональные изменения гликированных белков зависят от условий реакции Майяра, конформации белка и характеристик полисахаридов (например,г., длина цепочки). Следовательно, оптимизация параметров гликирования, индуцированного Майяром, необходима для достижения желаемой функциональности конкретного белка при минимизации распространения реакции на продвинутые и нежелательные стадии (приводящие к потемнению и появлению неприятного привкуса). Кроме того, этот метод необходимо сделать пригодным для промышленного применения.

Нетепловые методы модификации белков, такие как высокое давление, колебательное магнитное поле, ультрафиолетовое излучение, обработка озоном, импульсные электрические поля и, в последнее время, холодная плазма, набирают обороты.Технология холодной плазмы включает воздействие на белки плазмы, частично ионизированного газа. Сгенерированная плазма может содержать ряд химически активных частиц, включая электроны, положительные и отрицательные ионы, а также реактивный кислород и азотные частицы, включая свободные радикалы, в условиях, близких к комнатной. Состав реакционноспособных частиц зависит от используемых газов (например, воздуха, O2, CO2 и Ar), геометрии реактора, потребляемой мощности и режима взаимодействия с обрабатываемым субстратом (Ikawa et al., 2010). Различные частицы могут вызывать несколько химических реакций, включая окисление, разрыв связи и / или полимеризацию. Холодная плазма интенсивно используется в промышленности для модификации поверхности при обработке материалов и генерации озона для дезинфекции воды, а также исследуется в контексте лечения рака, заживления ран, обеззараживания пищевых продуктов и свертывания крови (Inagaki, 2014; Mittal, 2014). Преимущества использования холодной плазмы включают сохранение качественных характеристик, рентабельность, эффективность в сокращении количества патогенов, короткое время обработки и отсутствие воды и химикатов, необходимых во время обработки.Холодную плазму можно проводить на открытом воздухе, она адаптируема, устойчива и безопасна для окружающей среды (Ekezie et al., 2017). В нескольких исследованиях изучалось влияние холодной плазмы на структуру, функциональность и аллергенность белков из разных источников (Tolouie et al., 2018). Исследования действительно показали изменения в структуре белка после обработки холодной плазмой. Однако результаты были неубедительными из-за различных тестируемых условий, а результаты не были исчерпывающими в связи функциональных изменений со структурными модификациями.Базовые знания, направленные на лучшее понимание модификации холодной плазмы, необходимы для разработки целевого подхода к повышению функциональности растительного белка для желаемых приложений.

Разнообразие сельскохозяйственных культур и предложение

В настоящее время существует разрыв между селекцией культур для повышения урожайности и селекцией для улучшения функциональных и питательных свойств белкового компонента. Поэтому крайне важно исследовать естественные вариации среди существующих линий не только по содержанию белка, но и по профилю белка, а также разработать маркеры и инструменты для инициирования стратегий селекции для прямого повышения функциональности белка и качества питания.

Существуют неотъемлемые различия в количестве и качестве белка в разных линиях конкретной культуры из-за генетических различий, а также различий в окружающей среде между местами выращивания. Критическая потребность в решении вопроса о будущей полезности растительных белков в пищевой промышленности заключается в выявлении превосходных генетических вариантов качества и функциональности белка. Это включает идентификацию образцов или разновидностей, которые в настоящее время обладают лучшими признаками, и идентификацию генетических локусов, которые могут использоваться в селекционных усилиях для улучшения этих признаков за пределами их текущего использования.В частности, определение источников зародышевой плазмы с превосходными признаками и разработка генетических маркеров позволит эффективно внедрить эти признаки в нынешние и будущие племенные популяции.

Помимо селекции и геномики, исследовательские потребности охватывают агрономию, системы земледелия и проектирование агроэкосистем, эффективное производство регенерирующих экосистемных услуг и логистику цепочки поставок. Например, краткосрочные культуры, такие как горох (рис. 3), можно включить в севооборот для питания почвы и получения дополнительных доходов фермерам.Для того, чтобы новый источник растительного белка был устойчивым и распространенным, необходимо применять систематический подход, охватывающий вышеупомянутые области исследований.

Рисунок 3.

Текстурированный гороховый белок и гороховый белок.

Рисунок 3.

Текстурированный гороховый белок и гороховый белок.

Сравнение качества белков животных и растений

Пищевая ценность белка определяется содержанием в нем незаменимых аминокислот, перевариваемостью белка, чистым использованием белка, биологической ценностью и показателем аминокислот с поправкой на усвояемость белка (PDCAAS; FAO / WHO, 1991).PDCAAS — это индикатор для оценки качества белка по его способности удовлетворять потребности человеческого организма в аминокислотах (FAO / WHO, 1991).

Белки животного происхождения более усвояемы, имеют большее чистое использование, биологическую ценность и PDCAAS, чем сырые растительные белки (таблица 1; Berrazaga et al., 2019). Низкий уровень PDCAAS в источниках растительного белка может быть связан с более низкой усвояемостью и отсутствием некоторых незаменимых аминокислот, необходимых для удовлетворения потребностей человеческого организма.

Белки животного происхождения более усвояемы по сравнению с белками растений (Таблица 1; Berrazaga et al., 2019). Одна из причин — структурные различия между животными и растительными белками. Карбонаро и др. (2012) и Nguyen et al. (2015) обнаружили, что растительные белки имеют больше структур β-листов и относительно низкие α-спирали, чем белки животных, что делает их устойчивыми к перевариванию в пищеварительной системе. Наличие большего количества волокон в растительном белке — еще одна причина, по которой растительный белок имеет более низкую протеолитическую перевариваемость (Duodu et al., 2003). Наличие антипитательных факторов является дополнительным фактором более низкой усвояемости белков растительного происхождения в желудочно-кишечном тракте человека по сравнению с белками животного происхождения.Большинство антинутритных факторов в основном обнаруживаются в белковых телах семядолей и в оболочке семян бобовых. Технологии обработки могут снизить уровень антипитательного фактора и повысить усвояемость растительного белка (Tulbek et al., 2017). Понимание питательных факторов белка имеет важное значение в стратегиях разработки альтернативных белковых продуктов для удовлетворения потребностей человеческого организма в белке.

Проблем со вкусом растительного белка

Использование растительных белков, таких как белки бобовых, в пищевых продуктах затруднено из-за стойких привкусов, которые могут ощущаться потребителями.Посторонние привкусы, присутствующие в соевых белках, часто называют «зелеными», «бобовыми», «красными» и «травянистыми» (Rackis et al., 1979). Эти отклонения обычно связаны с инициированным липоксигеназой перекисным окислением ненасыщенных жирных кислот (MacLeod and Ames, 1988) и в основном связаны с источником сырья, обработкой и / или хранением. Вкусные соединения гороха были исследованы в сыром, хранящемся и вареном горохе (Malcolmson et al., 2014). Сообщалось, что ароматизирующие соединения представляют собой насыщенные и ненасыщенные спирты, альдегиды, кетоны, спирты и их сложноэфирные производные, а также метоксипиразины.Азарния и др. (2011a) сообщили о значительных изменениях летучих вкусовых соединений гороха во время хранения, в то время как Azarnia et al. (2011b) сообщили о различиях в содержании летучих соединений между сортами и сортами, выращиваемыми в разные годы выращивания. Насколько нам известно, нет сообщений об ароматических соединениях, сохраняемых в изолятах горохового белка или других новых ингредиентах растительного белка. Существует необходимость в разработке методов экстракции / обработки протеина, дающих нейтральные (мягкие) продукты. Маскировка посторонних запахов оказалась безуспешной.Маскировка привкусов, таких как горечь, возможно, но маскировка посторонних запахов более сложна из-за того, что аромат является суммой паттерна реакций множества типов рецепторов в отличие от вкуса, который обычно имеет дело с одним рецептором. Точное профилирование вкуса позволит определить подходы, которые устраняют проблемные посторонние привкусы, а не пытаются их замаскировать.

Небелковые ингредиенты и функции

Текстуризаторы

Текстуризаторы, используемые в пищевых продуктах, действуют как связующие для воды и масла, усилители нарезаемости, наполнители или наполнители, а также усилители текстуры и гелеобразования в готовом продукте.Выбор текстурирующих ингредиентов животного или растительного происхождения основывается на заявлении продукта или целевом типе диеты. Например, альтернативный мясной продукт для флекситаристов может включать связывающие и текстурирующие агенты как животного, так и растительного происхождения, такие как изоляты и концентраты соевого белка, пшеничный глютен, молочные белки, яичные белки, каррагинан, ксантановую камедь, метилцеллюлозу, муку / крахмалы. , пектин и другие растительные волокна и жевательные резинки, предлагающие самый широкий выбор функций. В качестве альтернативы, в заявленных продуктах веганского или 100% растительного происхождения нельзя использовать связующие вещества животного происхождения и текстуризаторы, такие как молочные белки и яичные белки.Для веганских продуктов обычно используются текстуризаторы на растительной основе. Однако яичный белок обычно используется в производстве пищевых продуктов в качестве связующего вещества из-за его способности образовывать твердый необратимый гель при приготовлении пищи. Чтобы удовлетворить потребности различных типов диеты, необходимы дальнейшие исследования текстуризаторов на растительной основе, которые обладают большей функциональностью.

Метилцеллюлоза

Метилцеллюлоза — это производное целлюлозы, получаемое путем образования щелочной целлюлозы (взаимодействие хлористого метила и щелочной целлюлозы), которая имеет отличительные характеристики гелеобразования.При нагревании он образует термообратимый твердый хрупкий гель, но при охлаждении превращается в вязкую жидкость. Напротив, крахмалы и гидроколлоиды образуют термообратимые гели в противоположном направлении — гелеобразование в холодном состоянии и плавление обратно в жидкость при нагревании. Эта уникальная характеристика метилцеллюлозы делает ее неоценимой для обеспечения связывания и гелевой структуры продуктов, подаваемых в горячем виде. Эмульгирующая способность метилцеллюлозы также помогает предотвратить отделение жира и увеличивает ощущение сочности.При разработке пищевых продуктов на растительной основе метилцеллюлоза ценится за ее универсальность в функциональности и роли в структуре продукта и впечатлениях от приема пищи. В отрасли существует постоянная потребность в веганских ингредиентах, которые могут создавать твердый вкус и сочную текстуру, напоминающую мясо.

Каррагинан

Каррагинан представляет собой высокомолекулярный линейный полисахарид, выделенный из красных морских водорослей. Существует три основных типа каррагинана: каппа образует прочный гель с ионами калия; йота образует эластичные гели с солями кальция; а лямбда образует загущенные жидкости и не образует гель.Когда нагретый раствор каппа-каррагинана охлаждается ниже температуры его гелеобразования (30–70 ° C в зависимости от условий приготовления, таких как наличие солей), он образует твердый, хрупкий гель (Blakemore and Harpell, 2010) и обычно используется в мясных продуктах. Эта функция улучшает возможность нарезки и текстуру аналогов мяса, например мясных деликатесов, которые подают при комнатной температуре или ниже. Каррагинан также обладает отличной способностью связывать воду и помогает удерживать влагу, улучшая качество еды.

Крахмалы

Крахмалы в аналогах мяса действуют как наполнители и улучшают текстуру благодаря своей способности связывать и удерживать влагу. При нагревании в присутствии воды происходит желатинизация и гранулы крахмала набухают, улавливая воду, высвобождаемую (процесс разрушения связей) из текстурированного белка или других компонентов формулы (с другой стороны, гелеобразование — это процесс образования геля). Крахмалы доступны из множества ботанических источников в нативных и модифицированных формах.Общие модификации крахмала могут улучшить стабильность при замораживании-оттаивании, снизить температуру желатинизации или изменить вязкость (Joly and Anderstein, 2009). Требуется критическое рассмотрение приложения, чтобы выбрать приложение с подходящей функциональностью. Например, крахмал с температурой желатинизации выше температур, наблюдаемых во время обработки, не сможет внести большой вклад в функциональность. Крахмалы, набухающие при холодном набухании, могут использоваться для увеличения вязкости и связывания воды в сырой системе.В целом доступно несколько вариантов крахмала. Выбор крахмала для рецептуры пищевого продукта зависит от необходимой функциональности и способа приготовления продукта.

Волокнистые ингредиенты

Клетчатка — это тип углеводов, который содержится во многих продуктах питания, таких как бобовые, а также цельнозерновые и большинство овощей и фруктов. Волокнистые ингредиенты используются в продуктах на растительной основе для придания объема и улучшения ощущения во рту, а также для их водоудерживающей способности. Они также обеспечивают начальную вязкость и когезию, чтобы помочь матрице продукта выдерживать манипуляции и формование.Из-за большого количества источников клетчатки, ингредиенты, содержащие клетчатку, предлагаются на рынке для производства продуктов питания.

Жиры

В традиционном и альтернативном (клеточном или растительном) мясе, а также в продуктах на растительной основе жир способствует воспринимаемой нежности и сочности продукта и способствует сохранению / высвобождению вкуса. Жидкие масла способствуют смазыванию и улучшают восприятие потребителем влаги, в то время как насыщенные жиры более точно имитируют профиль жирных кислот традиционного мяса и придают твердость охлажденной смеси.Хлопья твердого жира также могут придать ожидаемый вид мраморности. Некоторые варианты жиров на растительной основе включают растительное масло, кокосовое масло, пальмовое масло и масло какао. Правильное сочетание жиров важно для достижения желаемого сочного вкуса и сохранения вкуса.

Ароматизаторы

Вкус и вкус продуктов очень важны, поскольку они определяют общую приемлемость конечного продукта для потребителей. Пикантные, мясные и металлические нотки (железо или железо) учитываются в основном в рецептурах, альтернативных мясу, чтобы имитировать настоящие мясные продукты.Для придания пикантного и мясного вкуса и аромата некоторые серосодержащие аминокислоты (цистеин, цистин и метионин), нуклеотиды, редуцирующие сахара (например, глюкоза, фруктоза), витамины (тиамин) и другие аминокислоты (пролин, лизин, серин) , метионин и треонин) обычно используются в качестве ингредиентов в альтернативной переработке белка (Moon et al., 2011; Kyriakopoulou et al., 2019). Гидролизованные растительные белки являются еще одним ингредиентом, используемым в составах альтернативных белковых продуктов для придания аромата и вкуса, подобных куриным или говяжьим.Более того, в альтернативных яичных препаратах для имитации настоящего яичного вкуса и запаха обычно используется гималайская черная соль или «кала намак», которая имеет уникальный вкус и запах, напоминающий яичный вкус и запах из-за более высокого содержания серы. В целом вкус является неотъемлемой частью впечатлений от потребления.

Красители

Цвет — это фактор визуальной привлекательности еды. Цвета в гамбургерах, колбасах и мясном фарше на растительной основе используются для имитации красно-розового цвета в сыром виде и коричневого цвета при приготовлении.Для этих продуктов используется комбинация термоустойчивых красителей и редуцирующих сахаров (Hamilton and Ewing, 2000). Обычно используются термически нестабильные пигменты бетанинового пигмента, содержащие порошок или сок свеклы. Восстанавливающие сахара, используемые в продуктах на растительной основе, включают ксилозу, арабинозу, галактозу, маннозу, декстрозу, лактозу, рибозу и мальтозу (Hamilton and Ewing, 2000) и могут вступать в реакцию типа Майяра с аминогруппой белков во время приготовления пищи, производя компоненты коричневого цвета. Для таких продуктов, как хот-доги на растительной основе и ветчина, желателен красно-розовый цвет в конечном продукте.Термостойкие пигменты или их комбинации, такие как аннато, куркума, шафран, каротин, тмин, карамельный краситель, перец, порошок красного дрожжевого риса, кантаксантин и астаксантин, часто используются для достижения желаемого цвета, поскольку красный цвет не разлагается. во время нагрева. Большинство термостойких и термолабильных красителей имеют оптимальный диапазон pH для получения более качественного цвета; поэтому в составах конечных продуктов требуется некоторый уровень регулирования pH с помощью подкислителя (уксусная кислота, лимонная кислота и / или молочная кислота).Использование подкислителей не всегда возможно, поскольку они негативно влияют на текстуру и вкус продукта (Kyriakopoulou et al., 2019). В последнее время соевый леггемоглобин, гемсодержащий белок растительного происхождения, также используется в качестве красителя в гамбургерах на растительной основе, чтобы придать им «кровоточащий» вид, как в мясных бургерах животного происхождения. Этот пигмент денатурируется и превращается в коричневый цвет при приготовлении, подобно миоглобину в мясе.

Расширение функциональности и разнообразие текстуризаторов, жиров, ароматизаторов и красителей необходимо для развития разработки альтернативных белковых продуктов.Следовательно, дальнейшие исследования и разработка небелковых ингредиентов имеют важное значение для принятия потребителями и постоянного роста спроса на пищевые продукты или продукты, заменяющие мясо на растительной основе.

Текущие и будущие технологии переработки альтернативных белковых продуктов

Технологии

Одна из целей альтернативного производства мяса состоит в том, чтобы потребители почувствовали, что они едят мясные продукты, имитируя структуру, состав, внешний вид и вкус продуктов из животного белка (рис. 4).Сложную структуру мяса сложно воспроизвести с помощью растительных ингредиентов. Таким образом, поиск растительных белков, которые обладают питательными и функциональными свойствами, аналогичными животным белкам, продолжаются все более быстрыми темпами. Кроме того, технологи пищевых продуктов, разрабатывающие белковые продукты, постоянно фокусируются на методах обработки / структурирования с использованием растительных белков, которые обеспечивают желаемые сенсорные характеристики в продуктах на 100% растительной основе, а также обеспечивают внешний вид и вкусовые ощущения, аналогичные мясным аналогам.

Рисунок 4.

Рисунок 4.

Традиционные растительные альтернативные белковые продукты производятся с помощью простых технологий обработки, таких как ферментация, химическая коагуляция белков, прессование, нагревание, пропаривание, охлаждение и промывка (Malav et al. , 2015). Экструзия, технология сдвиговых ячеек и 3D-печать — это современные методы обработки. Постоянное внимание уделяется улучшению этих процессов, а также изучению других применимых технологий обработки белков.

Экструзия

Экструзия — это обычная практика, которая широко используется для преобразования 50–70% белковых материалов на растительной основе в волокнистые продукты. Это термомеханический процесс, в котором используется сочетание давления, тепла и механического сдвига (Kyriakopoulou et al., 2019). В настоящее время в качестве ингредиентов для экструзии используется несколько сырьевых растительных белков, таких как обезжиренный соевый шрот, концентрат и изоляты соевого белка, пшеничный глютен, концентрат и изолят горохового белка и арахисовый белок (Kyriakopoulou et al., 2019).

Существует два типа процессов экструзии в зависимости от количества воды, добавляемой во время процесса; экструзия с низким содержанием влаги (добавление влаги 20-40%) и экструзия с высоким содержанием влаги (добавление влаги 40-80%). Текстурированные белки с низким содержанием влаги обычно необходимо регидратировать перед использованием, часто в сочетании с другими ингредиентами. Экструдированные продукты с высоким содержанием влаги могут не потребовать дополнительной обработки перед использованием.

Важными функциональными характеристиками экструдированных продуктов являются водопоглощение и маслоемкость (если они в формате с низким содержанием влаги), плотность и размер / форма.Эти характеристики являются фактором исходного подаваемого материала, условий экструзии, выбора матрицы и вторичной резки. Менее плотный кусок, такой как хлопья, регидратируется быстрее, чем фарш, но может принести в жертву некоторую твердость. Продукты со слишком большим расширением будут с трудом сохранять свою структуру после регидратации и могут превратиться в кашицу во время дальнейшей обработки или употребления в пищу. Продукты со слишком малым расширением будут очень медленно восстанавливаться и могут восприниматься как твердый кусок без различимой текстуры.

Предварительное кондиционирование является важным начальным этапом экструзии белка, позволяющим влаге равномерно проникать в частицы белка перед их введением в экструдер. В экструдере белки подвергаются воздействию высоких температур и давлений, которые заставляют белки плавиться и денатурировать (Zhang et al., 2019), теряя свою третичную или даже вторичную структуру. Денатурированные белки перестраиваются в направлении потока, когда они проходят через винт, обнажая участки связывания, которые позволяют белкам сшиваться по-новому.Это перекрестное сшивание текстурирует белки и превращает глобулярные растительные белки в структуры, которые больше напоминают волокнистую и ламинарную структуру мяса. Когда материал выходит из фильеры в конце экструдера, вода в смеси быстро испаряется из-за высоких температур и сброса давления, заставляя материал расширяться и создавая окончательный воздушный формат. Дизайн штампа существенно влияет на форму и текстуру создаваемых деталей. Кроме того, материал может быть дополнительно разрезан для получения куска желаемого размера и формы.

Помимо создания структуры, напоминающей мясо, экструзия также может изменять цвет и вкус белковых компонентов. Многие нежелательные ароматизаторы летучие и испаряются вместе с влагой при сбросе давления в конце экструдера. Экструзия может также улучшить питательную ценность белков. Процесс экструзии широко изучается уже много десятилетий; однако контроль над процессом является одной из самых больших проблем (Zhang et al., 2019), а конструкция экструдированных продуктов до сих пор полностью не определена.

Технология ячейки со сдвигом

Технология сдвиговых ячеек была представлена ​​группой исследователей из Университета Вагенингена, Нидерланды, примерно в 2005 году (Manski et al., 2007). Это еще один метод, в котором сочетание сдвига и нагрева используется для образования аналогов мяса на растительной основе со слоистой волокнистой структурой, напоминающей вкус и текстуру настоящего мясного стейка. Устройство для резки, используемое в этой технологии, называется ячейкой сдвига, в которой может применяться интенсивный сдвиг.Существует два типа ячеек сдвига: коническая ячейка на основе реометра с конической пластиной и ячейка Куэтта цилиндрической формы, которая была разработана для процесса увеличения масштаба (Manski et al., 2007). В этой технологии структура готового продукта зависит от ингредиентов и параметров обработки. Деформация белка в сдвиговой ячейке четко выражена и постоянна, вклад механической энергии в структурирование невелик; следовательно, технология сдвиговых ячеек имеет меньшие различия в качестве продукта по сравнению с экструзией (Manski et al., 2007; Krintiras et al., 2016). Увеличивая размер и длину ячейки Куэтта, можно увеличить емкость и производительность устройства. Несколько комбинаций белков растительного происхождения (концентрат соевого белка, изолят соевого белка и пшеничный глютен или изолят соевого белка и пектин) были протестированы на их способность образовывать волокнистые структуры в технологии сдвиговых ячеек (Manski et al., 2007; Dekkers et al. , 2016). Однако продукты на основе мяса, полученные на растительной основе, изготовленные с использованием технологии сдвиговых ячеек, в продаже отсутствуют.

3D печать

Инновационная и универсальная цифровая технология — это 3D-печать, которую можно использовать для аддитивного производства и быстрого прототипирования. Процесс 3D-печати может воссоздать мышечную матрицу за счет микроэкструзии нитей с использованием пасты на растительной основе. Паста помещается в матрицу 3D-принтера с помощью программного обеспечения для моделирования Auto Computer-Aid Design (AutoCAD) (Carrington, 2020).

NOVAMEAT, одна из компаний-производителей пищевых продуктов, производящая мясные продукты на растительной основе с помощью 3D-печати, объявила, что они могут воссоздать стейк с твердой, волокнистой текстурой и мясистым внешним видом, используя гороховый белок, рисовый белок, водоросли, рапсовый жир и т. Д. и свекольный сок (Carrington, 2020).Redefine Meat — еще одна компания, расположенная в Израиле, которая утверждает, что производит альтернативные мясные продукты, имитирующие внешний вид, текстуру и вкус мышечной ткани животных (Askew, 2020). Скорость и разнообразие материалов, используемых в 3D-печати, открывают широкие возможности для применения в пищевой промышленности.

Эти развивающиеся технологии расширяют возможности производителей растительной продукции для воспроизведения и улучшения вкуса, текстуры и вкусовых качеств продуктов. Они открывают путь к большей универсальности следующего поколения альтернативных белковых пищевых продуктов и представляют собой лишь верхушку айсберга в пространстве, созревшем для инноваций.

Выводы

Прогнозируется, что мировой спрос на белок будет продолжать расти. Различия в качестве и функциональности белков животного и растительного происхождения сохраняются. Наука и технологии, используемые в цепочке поставок различных белковых продуктов, должны соответствовать экспоненциальному росту спроса на новые источники белка. Чтобы удовлетворить как потребительский спрос, так и желаемый опыт питания, расширение возможностей и функциональности небелковых ингредиентов имеет важное значение для разработки и производства продуктов.И растительный, и животный белки жизненно важны для удовлетворения мировых потребностей в белке.

Заявление о конфликте интересов. Не объявлено.

Об авторе

Д-р Б. Пэм Исмаил — профессор кафедры пищевых наук и питания Университета Миннесоты. Она также является основателем и директором Инновационного центра растительного белка. Доктор Исмаил имеет более чем 20-летний опыт исследований в области пищевой химии, сфокусированных на аналитической химии, химии белков, энзимологии, а также химии и судьбе биоактивных компонентов пищи.Ее исследования сосредоточены на химических характеристиках и повышении функциональности, безопасности, биодоступности, доставки и биологической активности пищевых белков и фитохимических веществ с использованием новых методов обработки и анализа. Доктор Исмаил является лауреатом «Премии выдающегося преподавателя» и «Премии выдающегося профессора».

Д-р Ласика Сенаратне-Ленагала — старший научный сотрудник по пищевым продуктам, работающий в компании Cargill Inc., Уичито, Канзас, в группе исследований и разработок белков (R&D).Она получила степень бакалавра в области сельского хозяйства в Университете Перадения, Шри-Ланка, магистра биохимии в Национальном университете Пукён, Южная Корея, и докторскую степень по зоотехнике (наука о мясе и биология мышц) в Университете Небраски-Линкольн. Ее текущая научно-исследовательская работа сосредоточена на разработке как мясных, так и растительных / альтернативных белковых продуктов.

Алисия Стабе — старший научный сотрудник североамериканского подразделения крахмалов, подсластителей и текстуризаторов Cargill, Миннеаполис, Миннесота.В Cargill она занимается исследованиями и разработками в области белковых ингредиентов растительного происхождения. Ее текущая работа включает в себя понимание функциональности установленных и появляющихся неживотных белков в пищевых рецептурах. Алисия имеет 10-летний опыт работы в пищевой промышленности в области разработки ингредиентов и готовой продукции и имеет степень магистра наук в области пищевых продуктов в Университете Пердью, Вест-Лафайет, штат Индиана.

Д-р Энн Брэкенридж — менеджер группы исследований и разработок протеинов в компании Cargill Inc., Уичито, Канзас.Она получила докторскую степень в Университете штата Канзас, Манхэттен, в области роста и развития мышц. Энн имеет более чем 20-летний опыт исследований и разработок в области безопасности пищевых продуктов в белковой отрасли. Д-р Брэкенридж ранее занимал должности в Cargill, курируя группы НИОКР, занимающиеся разработкой продуктов и технологий для мясных животных, а также группы по обеспечению безопасности пищевых продуктов в Северной Америке. Ее исследовательские интересы включают улучшение качества мяса и разработку новых белковых технологий. В настоящее время Энн является избранным президентом Американской ассоциации мясных наук.

Цитированная литература

Azarnia

S

JI

Boye

T

Warkentin

L

Malcolmson

2011а

Изменения летучих вкусовых соединений у сортов гороха полевого в зависимости от условий хранения

Внутр. J. Food Sci. Технол

46

2408

2419

Azarnia

S

JI

Boye

T

Warkentin

L

Malcolmson

H

Sabik

2011b

Изменения летучих вкусовых характеристик избранных сортов полевого гороха в зависимости от года сбора урожая и обработки

Пищевая химия

124

326

335

Барбоса-Кановас

GV

E

Ортега-Ривас

P

Juliano

H

Yan

2005

Пищевые порошки: физические свойства, обработка и функциональность

Нью-Йорк (Нью-Йорк)

Kluwer Academix / Plenum Publishers

Berrazaga

I

V

Micard

M

Gueugneau

S

Walrand

2019

Роль анаболических свойств растительных источников белка по сравнению с источниками животного белка в поддержании поддержания мышечной массы: критический обзор

Питательные вещества

11

1825

1845

Blakemore

W

AR

Harpell

2010

Каррагинан.

A

Imeson

Пищевые стабилизаторы, загустители и гелеобразователи

Западный Сассекс (Соединенное Королевство

Blackwell Publishing

73

94

Карбонаро

M

P

Maselli

A

Nucara

2012

Взаимосвязь между усвояемостью и вторичной структурой сырых и термически обработанных белков бобовых: инфракрасное спектроскопическое исследование с преобразованием Фурье (FT-IR)

Аминокислоты

43

911

921

Dekkers

BL

CV

Nikiforidis

AJ

van der Goot

2016

Формирование волокнистой структуры под действием сдвига из смеси пектин / SPI

Innov. Food Sci. Emerg. Технол

36

193

200

Duodu

KG

JRN

Taylor

PS

Belton

BR

Hamaker

2003

Факторы, влияющие на перевариваемость белка сорго

J. Cereal Sci

38

117

131

Ekezie

F

D

Sun

J

Cheng

2017

Обзор последних достижений в технологии холодной плазмы для пищевой промышленности: текущие приложения и будущие тенденции

Trends Food Sci.Тех

69

46

58

ФАО / ВОЗ

1991

Оценка качества протеина. Совместная консультация экспертов ФАО / ВОЗ

FAO Food Nutr. Пап

51

1

66

Гамильтон

MN

EC

Ewing

2000

Пищевой краситель

Ikawa

S

K

Kitano

S

Hamaguchi

2010

Влияние pH на инактивацию бактерий в водных растворах из-за применения низкотемпературной плазмы при атмосферном давлении

Плазменный процесс. Полим

7

33

42

Inagaki

N

2014

Плазменная модификация поверхности и плазменная полимеризация

Бока-Ратон (Флорида)

CRC Press

Joly

G

B

Anderstein

2009

Крахмалы.

R

Tarté

Состав мясных продуктов: свойства, функции и применение

Нью-Йорк (Нью-Йорк)

Springer Science + Business Media

25

56

Krintiras

GA

JG

Diaz

AJ

van der Goot

AI

Stankiewicz

GD

.

2016

Об использовании технологии ячеек Куэтта для крупномасштабного производства текстурированных заменителей мяса на основе сои

J. Food Eng

169

205

213

Kyriakopoulou

K

B

Dekkers

AJ

van der Goot

2019

Глава 6 — Аналоги мяса на растительной основе.

C M

Galanakis

Устойчивое производство и переработка мяса

Сан-Диего (Калифорния)

Academic Press

103

126

MacLeod

G

J

Ames

1988

Соевый вкус и его улучшение

Crit. Rev. Food Sci. Нутр

27

219

400

Малав

OP

S

Talukder

P

Gokulakrishnan

S

Chand

2015

Мясной аналог: обзор

Crit. Rev. Food Sci. Нутр

55

1241

1245

Малькольмсон

L

P

Frohlich

G

Boux

A

Bellido

J

2014

Аромат и вкусовые качества гороха полевого, выращенного в Саскачеване ( Pisum sativum L.)

банка. Дж. Плант Sci

94

1419

1426

Manski

JM

AJ

van der Goot

RM

Стрела

2007

Достижения в формировании структуры анизотропных продуктов, богатых белком, благодаря новым концепциям обработки

Trends Food Sci. Технол

18

546

557

Meinlschmidt

P

D

Sussmann

U

Schweiggert-Weisz

P

2016

Ферментативная обработка изолятов соевого белка: влияние на потенциальную аллергенность, технофункциональность и сенсорные свойства

Food Sci. Нутр

4

11

23

Mittal

KL

2014

Плазменная модификация поверхности полимеров: отношение к адгезии

Нидерланды

CRC Press

Moon

JH

IW

Choi

YK

Park

Y

Kim

2011

Выработка натурального мясного вкуса на основе продуктов реакции Майяра

Korean J. Food Sci. Ани. Ресурс

31

129

138

Nguyen

T T P

B

Bhandari

J

Cichero

S

Prakash

2015

Желудочно-кишечное переваривание молочных и соевых белков в детских смесях: исследование in vitro

Food Res. Инт

76

Pt 3

348

358

de Oliveira

FC

JS

Coimbra

EB

de Oliveira

AD

Zuñiga

2016

Конъюгаты пищевой белок-полисахарид, полученные с помощью реакции Майяра: обзор

Crit.Rev. Food Sci. Нутр

56

1108

1125

Sun

XD

2011

Ферментативный гидролиз соевых белков и утилизация гидролизатов

Внутр. J. Food Sci. Тех

46

2447

2459

Tolouie

H

M A

Mohammadifar

H

Ghomi

M

.

2018

Манипуляции белками в пищевых системах холодной атмосферной плазмой

Crit. Rev. Food Sci. Нутр

58

2583

2597

Tsumura

K

T

Saito

K

Tsuge

H

Ashida

000

000 W

000

000 W

2004

Функциональные свойства гидролизатов соевого белка, полученных селективным протеолизом

LWT Food Sci. Технол

38

255

261

Tulbek

MC

RSH

Lam

YC

Wang

P

Asavajaru

A

2017

Горох: устойчивый урожай растительного белка

RN

Sudarshan

JPD

Wanasundara

L

Scanlin

Устойчивые источники белка

Сан-Диего (Калифорния)

Academic Press

145

164

Wang

Q

L

He

T P

Labuza

B

Ismail

2013

Структурная характеристика частично гликозилированного сывороточного белка под влиянием pH и тепла с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния с усилением поверхности

Food Chem

139

313

319

Wang

Q

B

Ismail

2012

Влияние индуцированного Майяром гликозилирования на питательные качества, растворимость, термическую стабильность и молекулярную конфигурацию сывороточного протеина

Внутр. Молочный J

25

112

122

Zhang

J

L

Liu

H

Liu

A

Yoon

SH

, andvi

Q

Ван

2019

Изменение конформации и качества растительного белка в процессе текстурирования путем экструзии

Crit.Rev. Food Sci. Нутр

59

3267

3280

© Ismail, Senaratne-Lenagala, Stube, Brackenridge

Потребность в белках: обзор растительных и животных белков, используемых при разработке и производстве альтернативных белковых продуктов | Границы животных

• Рост мирового потребления протеина привел к резкому росту спроса на протеиновые продукты за последние несколько лет.

• Демонстрация эквивалентных или превосходящих / новых функций новых белков по сравнению с существующими альтернативами имеет важное значение для успеха на рынке белков.

• Дополнительные исследования небелковых ингредиентов и инновации в технологиях производства альтернативных белковых продуктов необходимы для продолжения расширения предложения белков на рынке.

Введение

Спрос на белковые ингредиенты резко вырос за последние несколько лет.В 2019 году мировой рынок белковых ингредиентов оценивался в 38 миллиардов долларов США, и ожидается, что он будет расти на 9,1% с 2020 по 2027 год (Grandview Research, 2020). Потребление животных белков значительно увеличилось в недавнем прошлом, а также с растущим интересом к общему белку рынок ингредиентов растительного белка, как ожидается, значительно вырастет. Растительные белки могут компенсировать долю на рынке животных белков (молочных продуктов, яиц и мяса), поскольку их можно производить по конкурентоспособным ценам.

Спрос на белки обусловлен множеством факторов. Рынок животного белка будет продолжать расти из-за связанных с ним преимуществ для здоровья от употребления мяса. Молочные и другие животные белки также играют важную роль в спросе на диетические добавки и употребление продуктов питания. Увеличение числа веганов, вегетарианцев и флекситаристов стимулировало использование растительных белков в пищевых продуктах. Кроме того, растительные белки используются при производстве широкого спектра натуральных продуктов.В целом, растущая пищевая промышленность в связи с ростом населения и осведомленности потребителей стимулирует рынок протеина и потребность в альтернативных протеиновых ингредиентах.

Кроме того, существует глобальная проблема обеспечения продовольственной безопасности и сохранения земельных и водных ресурсов в связи с изменением климата, ростом населения и изменением режима питания. Соответственно, растет интерес к устойчивым и биоразнообразным пищевым системам. С точки зрения потребителя, покупательские привычки, которые могут улучшить окружающую среду, приобретают все большее значение.Потребители стремятся к прозрачности и устойчивости в поставках продуктов питания. Соответственно, пищевая промышленность заинтересована в коммерциализации продуктов, в состав которых входят ингредиенты, полученные из экологически устойчивых сельскохозяйственных культур.

Еще одна важная причина для поиска новых растительных белковых ингредиентов — это аллергенность белка. Яйца, молочные продукты и соя входят в число основных аллергенов «большой восьмерки», признанных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Другие оппортунистические причины включают использование текущих потоков обработки для увеличения стоимости и доходов (добавление стоимости побочным продуктам), поиск уникального и конкурентоспособного места на рынке и использование всех возможных ресурсов для расширения предложения ингредиентов.Кроме того, производители ищут функциональные, неаллергенные ингредиенты, которые могут заменить синтетические ингредиенты (например, синтетические эмульгаторы, например, моноглицериды и диглицериды) в рамках программы чистой этикетки. Учитывая, что белки обладают множеством функций, включая, помимо прочего, стабилизирующие свойства, построение структуры и улучшение вкуса, производители стремятся заменить синтетические ингредиенты функциональными белками в различных сферах применения, в том числе в высокоценных, таких как инкапсуляция биоактивных соединений. и ароматизаторы (например,г., рыбий жир и апельсиновое масло).

Следовательно, демонстрация эквивалентных или превосходящих / новых функций новых растительных белков по сравнению с существующими альтернативами имеет важное значение для их рыночного успеха. Информация о потребителях и производителях растительных белков, кроме сои, ограничена; тем не менее, новые растительные белки набирают обороты, в том числе бобовые белки (из гороха, чечевицы, нута и бобов) и белки канолы, подсолнечника, овса, картофеля, риса, кукурузы и древних зерновых среди других (Grandview Research, 2016).Производители продуктов питания стремятся понять, как эти растительные белки могут частично или полностью заменить традиционные растительные и животные белковые ингредиенты в пищевых продуктах или мясных альтернативных продуктах на растительной основе для обеспечения оптимального питания, вкуса и функциональности. Кроме того, усовершенствование вариантов и функциональности небелковых ингредиентов также востребовано, поскольку эти ингредиенты комбинируются с растительными и мясными белками для удовлетворения требований рецепта (например, цвета, вкусовых качеств и срока годности) при разработке этих пищевых продуктов.

Несмотря на то, что были проведены некоторые исследования для характеристики новых растительных белков, эта информация далека от исчерпывающей. Наука и технологии должны догнать экспоненциальный рост спроса на новый растительный белок. Необходимо изучить эффективные процессы экстракции белка, чтобы обеспечить высокие выходы и сохранение качества и функциональности белка, понять взаимосвязь между структурой и функцией, разработать экономически эффективные стратегии функционализации белка, продемонстрировать способы преодоления проблем вкуса и текстуры, выявить уникальные высокоэффективные компоненты. ценят приложения, исследуют разнообразие сельскохозяйственных культур и обеспечивают обильные поставки, наряду с развитием небелковых дополнительных ингредиентов, используемых в сочетании с растительными и животными белками для удовлетворения рыночного спроса.Наша цель — предоставить обзор основ белка и выявить инновационные потребности и проблемы в цепочке поставок белка для поддержки резкого роста спроса на белковые продукты.

Белки

Белок является основным и универсальным компонентом пищевых продуктов (рис. 1). Помимо питательной ценности, физико-химические и поведенческие свойства белков во время обработки играют важную роль в определении конечного качества пищи. Из-за структурной универсальности и амфифильной природы белков они могут взаимодействовать с другими компонентами пищи, такими как углеводы, жиры, вода, витамины, минералы и другие белки, посредством ряда взаимодействий и связей.В производстве продуктов питания источники животного и растительного белка обладают множеством функций.

Рисунок 1.

Белок животного и растительного происхождения.

Рис. 1.

Белок животного и растительного происхождения.

Обычные животные белки, используемые для обработки в пищевой промышленности, включают следующее: основные молочные белки казеина и сыворотки, используемые для вязкости и стабилизации различных пищевых матриц; белок яичного белка, используемый в формировании сетей для стабильности при взбивании и нагревании пищевых продуктов; и мышечные белки (миофибриллярные, саркоплазматические и стромальные) для различных применений, от гелеобразования до образования окраски.Соя и горох — это два растительных белка, которые широко используются благодаря превосходным функциональным свойствам, таким как способность удерживать воду, желировать, абсорбировать жир и эмульгировать в пищевых продуктах. Глютен, белок, содержащийся в зернах злаков, обладает уникальными когезионными и вязкоупругими свойствами, которые могут образовывать волокнистые белковые сети и обычно используются в альтернативных мясных продуктах. Рапсовое и рапсовое масло — это протеины из масличных семян, которые становятся все более привлекательными в качестве ингредиентов для белковых продуктов на растительной основе. Эти белки обеспечивают эмульгирование и пенообразование, а также могут образовывать гели.Чечевица, люпин, нут, голубиный горох, маш и фасоль — это другие белки бобовых культур, изученные по их физико-химическим характеристикам, включая стабилизацию пены, эмульгирование и гелеобразование. Обзор представленных белков — это поверхность доступных вариантов растительных и животных белков и связанных функций для производителей продуктов питания.

Процессы экстракции белков

Процессы экстракции и очистки растительного белка обычно начинаются с экстракции масла, как в случае с масличными культурами (например.г., соя; Фигура 2). Другими начальными этапами экстракции белка являются воздушная классификация для отделения гранул крахмала и клетчатки от белковых тел, как в случае с бобовыми, или замачивание, как в процессе помола кукурузы, при котором кукуруза разделяется на четыре компонента: зародыши, волокна, крахмал и т. Д. и белок. Этапы очистки и начального концентрирования для отделения белка зависят от культуры. После первоначального разделения и концентрирования богатая белком фракция подвергается дальнейшей переработке для получения белкового концентрата (60–80% белка) или изолята (более 80% белка).

Рисунок 2.

Поле сои в Манитобе, Канада.

Рисунок 2.

Поле сои в Манитобе, Канада.

Белок из любого данного источника представляет собой гетерогенную смесь различных типов белков. Следовательно, очистка белка разными методами приведет к разному профилю, качеству и функциональности белка. Очистку белка можно проводить следующими методами: мембранной фильтрацией, хроматографией, солевой экстракцией или солюбилизацией / осаждением pH.Для коммерчески доступных ингредиентов растительного белка, а именно белка сои и гороха, наиболее распространенной практикой является солюбилизация / осаждение pH. Хотя другие процессы очистки могут давать более функциональный белковый ингредиент, например хроматография, мембранная фильтрация или экстракция солей, они более сложны и дороги.

После экстракции на основе pH белок солюбилизируется при pH (в основном щелочном, pH> 7), при котором белок наиболее растворим, в то время как крахмал и / или клетчатка осаждают после центрифугирования.Чтобы отделить белок от растворимых сахаров и олигосахаридов, белок осаждают в его изоэлектрической точке. Осадок промывают, нейтрализуют и сушат распылением. Иногда перед сушкой вводят стадию диафильтрации, чтобы уменьшить количество соли. PH солюбилизации может влиять на функциональность, цвет, вкус и усвояемость. Низкий pH часто вреден для белка, вызывая денатурацию и потерю функциональности. Кроме того, при щелочном pH благоприятствует окисление, которое может привести к потемнению и появлению неприятного запаха в присутствии высокого уровня полифенолов.

Следовательно, важно оптимизировать очистку белка в зависимости от источника. Белки из разных источников имеют разные структурные характеристики, которые способствуют различиям в их растворимости и реакционной способности при различных условиях экстракции. Инновации в протоколах сухой и влажной экстракции необходимы для увеличения выхода и чистоты белка при сохранении структурной целостности и функциональности.

Взаимосвязь между структурой и функциями

Функциональные свойства белка продиктованы структурными характеристиками, включая аминокислотный состав и последовательность, размер и конфигурацию молекулы, а также физико-химические характеристики, такие как гидрофобность поверхности, чистый заряд и присутствие реакционноспособных групп (например,g., сульфгидрильные и гидроксильные группы). Эти характеристики могут быть взаимосвязаны; например, аминокислотный состав влияет на гидрофобность и заряд, в то время как последовательность может влиять на молекулярную конфигурацию, что, в свою очередь, может влиять на свойства поверхности. Поверхностные свойства влияют на растворимость белка, термостабильность, эмульгирующие и пенообразующие свойства, а также на способность к гелеобразованию. Например, сывороточный белок имеет очень низкую поверхностную гидрофобность; поэтому он хорошо растворим и является золотым стандартом для готовых к употреблению протеиновых напитков.С другой стороны, белки, такие как соевый белок, с высокой молекулярной массой и высокой поверхностной гидрофобностью, могут образовывать полимеры в определенных условиях и, таким образом, могут быть текстурированы для образования продуктов с текстурными свойствами, аналогичными мясным продуктам. Любое изменение структуры белка во время очистки и / или обработки приведет к значительному изменению функциональности.

Стратегии функциональности

Часто белковые порошки подвергаются нескольким процессам функционализации, включая агломерацию, нанесение лецитинового покрытия и гомогенизацию под высоким давлением (Barbosa-Cánovas et al., 2005). Эти процессы влияют на размер, форму и свойства поверхности частиц. Агломерация увеличивает размер частиц за счет образования мостиков с использованием связующих, таких как крахмал, камеди или гидроколлоиды. Этот процесс улучшает диспергируемость, так как вода может легко диффундировать внутри агломерата, а лецитиновое покрытие улучшает смачиваемость и предотвращает слеживание порошка. Гомогенизация под высоким давлением в сочетании с контролируемыми условиями распылительной сушки влияет на функциональность белка. Например, обработка под высоким давлением приводит к увеличению водоудерживающей способности и вязкости, что желательно для мясных продуктов.Функционализацией порошка посредством обработки можно управлять для целевого повышения функциональности. Однако для различных источников белка могут потребоваться уникальные подходы к обработке для повышения их функциональности. О функционализации соевого и молочного белка известно много. Однако функционализация — это область, которая требует исследования новых растительных белков.

Другие стратегии функционализации включают модификации, нацеленные на белок. Использование белков в пищевых рецептурах связано с проблемами обработки из-за их чувствительности к различным параметрам обработки, включая pH, температуру, напряжение сдвига и ферментативную активность.Способы улучшения функциональности и стабильности белка во время обработки обычно направлены на изменение структуры белка для улучшения растворимости, увеличения гибкости, изменения гидрофильного / липофильного баланса или содействия перекрестному сшиванию белков. Наиболее часто используемой модификацией белка в промышленности является ферментативный гидролиз.

Ферментативный гидролиз очень хорошо изучен и предназначен для улучшения функциональности и обеспечения физиологических преимуществ. Степень гидролиза (% DH) и выбор фермента определяют функциональные свойства производимого гидролизата белка, влияя на структуру белка и профиль пептидов.Ограниченная степень гидролиза (т.е. низкий% DH) особенно важна для получения функционально улучшенных ингредиентов, поскольку она контролирует как потерю структуры, так и высвобождение горьких пептидов, связанных с более обширным гидролизом. Чрезмерный гидролиз (т.е. высокий% DH) приводит к продукту с высоким содержанием свободных аминокислот и короткоцепочечных пептидов с минимальной функциональностью, если таковая имеется. Например, ограниченный ферментативный гидролиз соевого белка (DH = 2–15%) привел к повышенной растворимости (Sun, 2011; Meinlschmidt et al., 2016), пенообразование (Tsumura et al., 2004) и эмульгирующая способность (Sun 2011; Meinlschmidt et al., 2016). Ферментативный гидролиз необходимо оптимизировать для каждого источника белка, чтобы вызвать желаемое усиление конкретной функциональности.

Другой подход к модификации белков — гликирование, индуцированное Майяром. Гликирование — это добавление сахаров к белку или липиду. Эффект ограниченного контролируемого гликирования, индуцированного Майяром, на улучшение функциональности белка был исследован, но не получил коммерческого применения.Обзор de Oliveira et al. (2016) выделили 31 исследование, показывающее улучшенную функциональность гликированных белков. Вызванное Майяром гликирование может привести к улучшенным свойствам растворимости, термостабильности, эмульгирования, пенообразования и гелеобразования из-за повышенной гидрофильности, вязкости и сшивания белков при одновременном снижении изоэлектрической точки белка и предотвращении денатурации (Wang and Ismail, 2012; Wang et al. al., 2013; de Oliveira et al., 2016;). Однако структурные модификации и функциональные изменения гликированных белков зависят от условий реакции Майяра, конформации белка и характеристик полисахаридов (например,г., длина цепочки). Следовательно, оптимизация параметров гликирования, индуцированного Майяром, необходима для достижения желаемой функциональности конкретного белка при минимизации распространения реакции на продвинутые и нежелательные стадии (приводящие к потемнению и появлению неприятного привкуса). Кроме того, этот метод необходимо сделать пригодным для промышленного применения.

Нетепловые методы модификации белков, такие как высокое давление, колебательное магнитное поле, ультрафиолетовое излучение, обработка озоном, импульсные электрические поля и, в последнее время, холодная плазма, набирают обороты.Технология холодной плазмы включает воздействие на белки плазмы, частично ионизированного газа. Сгенерированная плазма может содержать ряд химически активных частиц, включая электроны, положительные и отрицательные ионы, а также реактивный кислород и азотные частицы, включая свободные радикалы, в условиях, близких к комнатной. Состав реакционноспособных частиц зависит от используемых газов (например, воздуха, O2, CO2 и Ar), геометрии реактора, потребляемой мощности и режима взаимодействия с обрабатываемым субстратом (Ikawa et al., 2010). Различные частицы могут вызывать несколько химических реакций, включая окисление, разрыв связи и / или полимеризацию. Холодная плазма интенсивно используется в промышленности для модификации поверхности при обработке материалов и генерации озона для дезинфекции воды, а также исследуется в контексте лечения рака, заживления ран, обеззараживания пищевых продуктов и свертывания крови (Inagaki, 2014; Mittal, 2014). Преимущества использования холодной плазмы включают сохранение качественных характеристик, рентабельность, эффективность в сокращении количества патогенов, короткое время обработки и отсутствие воды и химикатов, необходимых во время обработки.Холодную плазму можно проводить на открытом воздухе, она адаптируема, устойчива и безопасна для окружающей среды (Ekezie et al., 2017). В нескольких исследованиях изучалось влияние холодной плазмы на структуру, функциональность и аллергенность белков из разных источников (Tolouie et al., 2018). Исследования действительно показали изменения в структуре белка после обработки холодной плазмой. Однако результаты были неубедительными из-за различных тестируемых условий, а результаты не были исчерпывающими в связи функциональных изменений со структурными модификациями.Базовые знания, направленные на лучшее понимание модификации холодной плазмы, необходимы для разработки целевого подхода к повышению функциональности растительного белка для желаемых приложений.

Разнообразие сельскохозяйственных культур и предложение

В настоящее время существует разрыв между селекцией культур для повышения урожайности и селекцией для улучшения функциональных и питательных свойств белкового компонента. Поэтому крайне важно исследовать естественные вариации среди существующих линий не только по содержанию белка, но и по профилю белка, а также разработать маркеры и инструменты для инициирования стратегий селекции для прямого повышения функциональности белка и качества питания.

Существуют неотъемлемые различия в количестве и качестве белка в разных линиях конкретной культуры из-за генетических различий, а также различий в окружающей среде между местами выращивания. Критическая потребность в решении вопроса о будущей полезности растительных белков в пищевой промышленности заключается в выявлении превосходных генетических вариантов качества и функциональности белка. Это включает идентификацию образцов или разновидностей, которые в настоящее время обладают лучшими признаками, и идентификацию генетических локусов, которые могут использоваться в селекционных усилиях для улучшения этих признаков за пределами их текущего использования.В частности, определение источников зародышевой плазмы с превосходными признаками и разработка генетических маркеров позволит эффективно внедрить эти признаки в нынешние и будущие племенные популяции.

Помимо селекции и геномики, исследовательские потребности охватывают агрономию, системы земледелия и проектирование агроэкосистем, эффективное производство регенерирующих экосистемных услуг и логистику цепочки поставок. Например, краткосрочные культуры, такие как горох (рис. 3), можно включить в севооборот для питания почвы и получения дополнительных доходов фермерам.Для того, чтобы новый источник растительного белка был устойчивым и распространенным, необходимо применять систематический подход, охватывающий вышеупомянутые области исследований.

Рисунок 3.

Текстурированный гороховый белок и гороховый белок.

Рисунок 3.

Текстурированный гороховый белок и гороховый белок.

Сравнение качества белков животных и растений

Пищевая ценность белка определяется содержанием в нем незаменимых аминокислот, перевариваемостью белка, чистым использованием белка, биологической ценностью и показателем аминокислот с поправкой на усвояемость белка (PDCAAS; FAO / WHO, 1991).PDCAAS — это индикатор для оценки качества белка по его способности удовлетворять потребности человеческого организма в аминокислотах (FAO / WHO, 1991).

Белки животного происхождения более усвояемы, имеют большее чистое использование, биологическую ценность и PDCAAS, чем сырые растительные белки (таблица 1; Berrazaga et al., 2019). Низкий уровень PDCAAS в источниках растительного белка может быть связан с более низкой усвояемостью и отсутствием некоторых незаменимых аминокислот, необходимых для удовлетворения потребностей человеческого организма.

Белки животного происхождения более усвояемы по сравнению с белками растений (Таблица 1; Berrazaga et al., 2019). Одна из причин — структурные различия между животными и растительными белками. Карбонаро и др. (2012) и Nguyen et al. (2015) обнаружили, что растительные белки имеют больше структур β-листов и относительно низкие α-спирали, чем белки животных, что делает их устойчивыми к перевариванию в пищеварительной системе. Наличие большего количества волокон в растительном белке — еще одна причина, по которой растительный белок имеет более низкую протеолитическую перевариваемость (Duodu et al., 2003). Наличие антипитательных факторов является дополнительным фактором более низкой усвояемости белков растительного происхождения в желудочно-кишечном тракте человека по сравнению с белками животного происхождения.Большинство антинутритных факторов в основном обнаруживаются в белковых телах семядолей и в оболочке семян бобовых. Технологии обработки могут снизить уровень антипитательного фактора и повысить усвояемость растительного белка (Tulbek et al., 2017). Понимание питательных факторов белка имеет важное значение в стратегиях разработки альтернативных белковых продуктов для удовлетворения потребностей человеческого организма в белке.

Проблем со вкусом растительного белка

Использование растительных белков, таких как белки бобовых, в пищевых продуктах затруднено из-за стойких привкусов, которые могут ощущаться потребителями.Посторонние привкусы, присутствующие в соевых белках, часто называют «зелеными», «бобовыми», «красными» и «травянистыми» (Rackis et al., 1979). Эти отклонения обычно связаны с инициированным липоксигеназой перекисным окислением ненасыщенных жирных кислот (MacLeod and Ames, 1988) и в основном связаны с источником сырья, обработкой и / или хранением. Вкусные соединения гороха были исследованы в сыром, хранящемся и вареном горохе (Malcolmson et al., 2014). Сообщалось, что ароматизирующие соединения представляют собой насыщенные и ненасыщенные спирты, альдегиды, кетоны, спирты и их сложноэфирные производные, а также метоксипиразины.Азарния и др. (2011a) сообщили о значительных изменениях летучих вкусовых соединений гороха во время хранения, в то время как Azarnia et al. (2011b) сообщили о различиях в содержании летучих соединений между сортами и сортами, выращиваемыми в разные годы выращивания. Насколько нам известно, нет сообщений об ароматических соединениях, сохраняемых в изолятах горохового белка или других новых ингредиентах растительного белка. Существует необходимость в разработке методов экстракции / обработки протеина, дающих нейтральные (мягкие) продукты. Маскировка посторонних запахов оказалась безуспешной.Маскировка привкусов, таких как горечь, возможно, но маскировка посторонних запахов более сложна из-за того, что аромат является суммой паттерна реакций множества типов рецепторов в отличие от вкуса, который обычно имеет дело с одним рецептором. Точное профилирование вкуса позволит определить подходы, которые устраняют проблемные посторонние привкусы, а не пытаются их замаскировать.

Небелковые ингредиенты и функции

Текстуризаторы

Текстуризаторы, используемые в пищевых продуктах, действуют как связующие для воды и масла, усилители нарезаемости, наполнители или наполнители, а также усилители текстуры и гелеобразования в готовом продукте.Выбор текстурирующих ингредиентов животного или растительного происхождения основывается на заявлении продукта или целевом типе диеты. Например, альтернативный мясной продукт для флекситаристов может включать связывающие и текстурирующие агенты как животного, так и растительного происхождения, такие как изоляты и концентраты соевого белка, пшеничный глютен, молочные белки, яичные белки, каррагинан, ксантановую камедь, метилцеллюлозу, муку / крахмалы. , пектин и другие растительные волокна и жевательные резинки, предлагающие самый широкий выбор функций. В качестве альтернативы, в заявленных продуктах веганского или 100% растительного происхождения нельзя использовать связующие вещества животного происхождения и текстуризаторы, такие как молочные белки и яичные белки.Для веганских продуктов обычно используются текстуризаторы на растительной основе. Однако яичный белок обычно используется в производстве пищевых продуктов в качестве связующего вещества из-за его способности образовывать твердый необратимый гель при приготовлении пищи. Чтобы удовлетворить потребности различных типов диеты, необходимы дальнейшие исследования текстуризаторов на растительной основе, которые обладают большей функциональностью.

Метилцеллюлоза

Метилцеллюлоза — это производное целлюлозы, получаемое путем образования щелочной целлюлозы (взаимодействие хлористого метила и щелочной целлюлозы), которая имеет отличительные характеристики гелеобразования.При нагревании он образует термообратимый твердый хрупкий гель, но при охлаждении превращается в вязкую жидкость. Напротив, крахмалы и гидроколлоиды образуют термообратимые гели в противоположном направлении — гелеобразование в холодном состоянии и плавление обратно в жидкость при нагревании. Эта уникальная характеристика метилцеллюлозы делает ее неоценимой для обеспечения связывания и гелевой структуры продуктов, подаваемых в горячем виде. Эмульгирующая способность метилцеллюлозы также помогает предотвратить отделение жира и увеличивает ощущение сочности.При разработке пищевых продуктов на растительной основе метилцеллюлоза ценится за ее универсальность в функциональности и роли в структуре продукта и впечатлениях от приема пищи. В отрасли существует постоянная потребность в веганских ингредиентах, которые могут создавать твердый вкус и сочную текстуру, напоминающую мясо.

Каррагинан

Каррагинан представляет собой высокомолекулярный линейный полисахарид, выделенный из красных морских водорослей. Существует три основных типа каррагинана: каппа образует прочный гель с ионами калия; йота образует эластичные гели с солями кальция; а лямбда образует загущенные жидкости и не образует гель.Когда нагретый раствор каппа-каррагинана охлаждается ниже температуры его гелеобразования (30–70 ° C в зависимости от условий приготовления, таких как наличие солей), он образует твердый, хрупкий гель (Blakemore and Harpell, 2010) и обычно используется в мясных продуктах. Эта функция улучшает возможность нарезки и текстуру аналогов мяса, например мясных деликатесов, которые подают при комнатной температуре или ниже. Каррагинан также обладает отличной способностью связывать воду и помогает удерживать влагу, улучшая качество еды.

Крахмалы

Крахмалы в аналогах мяса действуют как наполнители и улучшают текстуру благодаря своей способности связывать и удерживать влагу. При нагревании в присутствии воды происходит желатинизация и гранулы крахмала набухают, улавливая воду, высвобождаемую (процесс разрушения связей) из текстурированного белка или других компонентов формулы (с другой стороны, гелеобразование — это процесс образования геля). Крахмалы доступны из множества ботанических источников в нативных и модифицированных формах.Общие модификации крахмала могут улучшить стабильность при замораживании-оттаивании, снизить температуру желатинизации или изменить вязкость (Joly and Anderstein, 2009). Требуется критическое рассмотрение приложения, чтобы выбрать приложение с подходящей функциональностью. Например, крахмал с температурой желатинизации выше температур, наблюдаемых во время обработки, не сможет внести большой вклад в функциональность. Крахмалы, набухающие при холодном набухании, могут использоваться для увеличения вязкости и связывания воды в сырой системе.В целом доступно несколько вариантов крахмала. Выбор крахмала для рецептуры пищевого продукта зависит от необходимой функциональности и способа приготовления продукта.

Волокнистые ингредиенты

Клетчатка — это тип углеводов, который содержится во многих продуктах питания, таких как бобовые, а также цельнозерновые и большинство овощей и фруктов. Волокнистые ингредиенты используются в продуктах на растительной основе для придания объема и улучшения ощущения во рту, а также для их водоудерживающей способности. Они также обеспечивают начальную вязкость и когезию, чтобы помочь матрице продукта выдерживать манипуляции и формование.Из-за большого количества источников клетчатки, ингредиенты, содержащие клетчатку, предлагаются на рынке для производства продуктов питания.

Жиры

В традиционном и альтернативном (клеточном или растительном) мясе, а также в продуктах на растительной основе жир способствует воспринимаемой нежности и сочности продукта и способствует сохранению / высвобождению вкуса. Жидкие масла способствуют смазыванию и улучшают восприятие потребителем влаги, в то время как насыщенные жиры более точно имитируют профиль жирных кислот традиционного мяса и придают твердость охлажденной смеси.Хлопья твердого жира также могут придать ожидаемый вид мраморности. Некоторые варианты жиров на растительной основе включают растительное масло, кокосовое масло, пальмовое масло и масло какао. Правильное сочетание жиров важно для достижения желаемого сочного вкуса и сохранения вкуса.

Ароматизаторы

Вкус и вкус продуктов очень важны, поскольку они определяют общую приемлемость конечного продукта для потребителей. Пикантные, мясные и металлические нотки (железо или железо) учитываются в основном в рецептурах, альтернативных мясу, чтобы имитировать настоящие мясные продукты.Для придания пикантного и мясного вкуса и аромата некоторые серосодержащие аминокислоты (цистеин, цистин и метионин), нуклеотиды, редуцирующие сахара (например, глюкоза, фруктоза), витамины (тиамин) и другие аминокислоты (пролин, лизин, серин) , метионин и треонин) обычно используются в качестве ингредиентов в альтернативной переработке белка (Moon et al., 2011; Kyriakopoulou et al., 2019). Гидролизованные растительные белки являются еще одним ингредиентом, используемым в составах альтернативных белковых продуктов для придания аромата и вкуса, подобных куриным или говяжьим.Более того, в альтернативных яичных препаратах для имитации настоящего яичного вкуса и запаха обычно используется гималайская черная соль или «кала намак», которая имеет уникальный вкус и запах, напоминающий яичный вкус и запах из-за более высокого содержания серы. В целом вкус является неотъемлемой частью впечатлений от потребления.

Красители

Цвет — это фактор визуальной привлекательности еды. Цвета в гамбургерах, колбасах и мясном фарше на растительной основе используются для имитации красно-розового цвета в сыром виде и коричневого цвета при приготовлении.Для этих продуктов используется комбинация термоустойчивых красителей и редуцирующих сахаров (Hamilton and Ewing, 2000). Обычно используются термически нестабильные пигменты бетанинового пигмента, содержащие порошок или сок свеклы. Восстанавливающие сахара, используемые в продуктах на растительной основе, включают ксилозу, арабинозу, галактозу, маннозу, декстрозу, лактозу, рибозу и мальтозу (Hamilton and Ewing, 2000) и могут вступать в реакцию типа Майяра с аминогруппой белков во время приготовления пищи, производя компоненты коричневого цвета. Для таких продуктов, как хот-доги на растительной основе и ветчина, желателен красно-розовый цвет в конечном продукте.Термостойкие пигменты или их комбинации, такие как аннато, куркума, шафран, каротин, тмин, карамельный краситель, перец, порошок красного дрожжевого риса, кантаксантин и астаксантин, часто используются для достижения желаемого цвета, поскольку красный цвет не разлагается. во время нагрева. Большинство термостойких и термолабильных красителей имеют оптимальный диапазон pH для получения более качественного цвета; поэтому в составах конечных продуктов требуется некоторый уровень регулирования pH с помощью подкислителя (уксусная кислота, лимонная кислота и / или молочная кислота).Использование подкислителей не всегда возможно, поскольку они негативно влияют на текстуру и вкус продукта (Kyriakopoulou et al., 2019). В последнее время соевый леггемоглобин, гемсодержащий белок растительного происхождения, также используется в качестве красителя в гамбургерах на растительной основе, чтобы придать им «кровоточащий» вид, как в мясных бургерах животного происхождения. Этот пигмент денатурируется и превращается в коричневый цвет при приготовлении, подобно миоглобину в мясе.

Расширение функциональности и разнообразие текстуризаторов, жиров, ароматизаторов и красителей необходимо для развития разработки альтернативных белковых продуктов.Следовательно, дальнейшие исследования и разработка небелковых ингредиентов имеют важное значение для принятия потребителями и постоянного роста спроса на пищевые продукты или продукты, заменяющие мясо на растительной основе.

Текущие и будущие технологии переработки альтернативных белковых продуктов

Технологии

Одна из целей альтернативного производства мяса состоит в том, чтобы потребители почувствовали, что они едят мясные продукты, имитируя структуру, состав, внешний вид и вкус продуктов из животного белка (рис. 4).Сложную структуру мяса сложно воспроизвести с помощью растительных ингредиентов. Таким образом, поиск растительных белков, которые обладают питательными и функциональными свойствами, аналогичными животным белкам, продолжаются все более быстрыми темпами. Кроме того, технологи пищевых продуктов, разрабатывающие белковые продукты, постоянно фокусируются на методах обработки / структурирования с использованием растительных белков, которые обеспечивают желаемые сенсорные характеристики в продуктах на 100% растительной основе, а также обеспечивают внешний вид и вкусовые ощущения, аналогичные мясным аналогам.

Рисунок 4.

Рисунок 4.

Традиционные растительные альтернативные белковые продукты производятся с помощью простых технологий обработки, таких как ферментация, химическая коагуляция белков, прессование, нагревание, пропаривание, охлаждение и промывка (Malav et al. , 2015). Экструзия, технология сдвиговых ячеек и 3D-печать — это современные методы обработки. Постоянное внимание уделяется улучшению этих процессов, а также изучению других применимых технологий обработки белков.

Экструзия

Экструзия — это обычная практика, которая широко используется для преобразования 50–70% белковых материалов на растительной основе в волокнистые продукты. Это термомеханический процесс, в котором используется сочетание давления, тепла и механического сдвига (Kyriakopoulou et al., 2019). В настоящее время в качестве ингредиентов для экструзии используется несколько сырьевых растительных белков, таких как обезжиренный соевый шрот, концентрат и изоляты соевого белка, пшеничный глютен, концентрат и изолят горохового белка и арахисовый белок (Kyriakopoulou et al., 2019).

Существует два типа процессов экструзии в зависимости от количества воды, добавляемой во время процесса; экструзия с низким содержанием влаги (добавление влаги 20-40%) и экструзия с высоким содержанием влаги (добавление влаги 40-80%). Текстурированные белки с низким содержанием влаги обычно необходимо регидратировать перед использованием, часто в сочетании с другими ингредиентами. Экструдированные продукты с высоким содержанием влаги могут не потребовать дополнительной обработки перед использованием.

Важными функциональными характеристиками экструдированных продуктов являются водопоглощение и маслоемкость (если они в формате с низким содержанием влаги), плотность и размер / форма.Эти характеристики являются фактором исходного подаваемого материала, условий экструзии, выбора матрицы и вторичной резки. Менее плотный кусок, такой как хлопья, регидратируется быстрее, чем фарш, но может принести в жертву некоторую твердость. Продукты со слишком большим расширением будут с трудом сохранять свою структуру после регидратации и могут превратиться в кашицу во время дальнейшей обработки или употребления в пищу. Продукты со слишком малым расширением будут очень медленно восстанавливаться и могут восприниматься как твердый кусок без различимой текстуры.

Предварительное кондиционирование является важным начальным этапом экструзии белка, позволяющим влаге равномерно проникать в частицы белка перед их введением в экструдер. В экструдере белки подвергаются воздействию высоких температур и давлений, которые заставляют белки плавиться и денатурировать (Zhang et al., 2019), теряя свою третичную или даже вторичную структуру. Денатурированные белки перестраиваются в направлении потока, когда они проходят через винт, обнажая участки связывания, которые позволяют белкам сшиваться по-новому.Это перекрестное сшивание текстурирует белки и превращает глобулярные растительные белки в структуры, которые больше напоминают волокнистую и ламинарную структуру мяса. Когда материал выходит из фильеры в конце экструдера, вода в смеси быстро испаряется из-за высоких температур и сброса давления, заставляя материал расширяться и создавая окончательный воздушный формат. Дизайн штампа существенно влияет на форму и текстуру создаваемых деталей. Кроме того, материал может быть дополнительно разрезан для получения куска желаемого размера и формы.

Помимо создания структуры, напоминающей мясо, экструзия также может изменять цвет и вкус белковых компонентов. Многие нежелательные ароматизаторы летучие и испаряются вместе с влагой при сбросе давления в конце экструдера. Экструзия может также улучшить питательную ценность белков. Процесс экструзии широко изучается уже много десятилетий; однако контроль над процессом является одной из самых больших проблем (Zhang et al., 2019), а конструкция экструдированных продуктов до сих пор полностью не определена.

Технология ячейки со сдвигом

Технология сдвиговых ячеек была представлена ​​группой исследователей из Университета Вагенингена, Нидерланды, примерно в 2005 году (Manski et al., 2007). Это еще один метод, в котором сочетание сдвига и нагрева используется для образования аналогов мяса на растительной основе со слоистой волокнистой структурой, напоминающей вкус и текстуру настоящего мясного стейка. Устройство для резки, используемое в этой технологии, называется ячейкой сдвига, в которой может применяться интенсивный сдвиг.Существует два типа ячеек сдвига: коническая ячейка на основе реометра с конической пластиной и ячейка Куэтта цилиндрической формы, которая была разработана для процесса увеличения масштаба (Manski et al., 2007). В этой технологии структура готового продукта зависит от ингредиентов и параметров обработки. Деформация белка в сдвиговой ячейке четко выражена и постоянна, вклад механической энергии в структурирование невелик; следовательно, технология сдвиговых ячеек имеет меньшие различия в качестве продукта по сравнению с экструзией (Manski et al., 2007; Krintiras et al., 2016). Увеличивая размер и длину ячейки Куэтта, можно увеличить емкость и производительность устройства. Несколько комбинаций белков растительного происхождения (концентрат соевого белка, изолят соевого белка и пшеничный глютен или изолят соевого белка и пектин) были протестированы на их способность образовывать волокнистые структуры в технологии сдвиговых ячеек (Manski et al., 2007; Dekkers et al. , 2016). Однако продукты на основе мяса, полученные на растительной основе, изготовленные с использованием технологии сдвиговых ячеек, в продаже отсутствуют.

3D печать

Инновационная и универсальная цифровая технология — это 3D-печать, которую можно использовать для аддитивного производства и быстрого прототипирования. Процесс 3D-печати может воссоздать мышечную матрицу за счет микроэкструзии нитей с использованием пасты на растительной основе. Паста помещается в матрицу 3D-принтера с помощью программного обеспечения для моделирования Auto Computer-Aid Design (AutoCAD) (Carrington, 2020).

NOVAMEAT, одна из компаний-производителей пищевых продуктов, производящая мясные продукты на растительной основе с помощью 3D-печати, объявила, что они могут воссоздать стейк с твердой, волокнистой текстурой и мясистым внешним видом, используя гороховый белок, рисовый белок, водоросли, рапсовый жир и т. Д. и свекольный сок (Carrington, 2020).Redefine Meat — еще одна компания, расположенная в Израиле, которая утверждает, что производит альтернативные мясные продукты, имитирующие внешний вид, текстуру и вкус мышечной ткани животных (Askew, 2020). Скорость и разнообразие материалов, используемых в 3D-печати, открывают широкие возможности для применения в пищевой промышленности.

Эти развивающиеся технологии расширяют возможности производителей растительной продукции для воспроизведения и улучшения вкуса, текстуры и вкусовых качеств продуктов. Они открывают путь к большей универсальности следующего поколения альтернативных белковых пищевых продуктов и представляют собой лишь верхушку айсберга в пространстве, созревшем для инноваций.

Выводы

Прогнозируется, что мировой спрос на белок будет продолжать расти. Различия в качестве и функциональности белков животного и растительного происхождения сохраняются. Наука и технологии, используемые в цепочке поставок различных белковых продуктов, должны соответствовать экспоненциальному росту спроса на новые источники белка. Чтобы удовлетворить как потребительский спрос, так и желаемый опыт питания, расширение возможностей и функциональности небелковых ингредиентов имеет важное значение для разработки и производства продуктов.И растительный, и животный белки жизненно важны для удовлетворения мировых потребностей в белке.

Заявление о конфликте интересов. Не объявлено.

Об авторе

Д-р Б. Пэм Исмаил — профессор кафедры пищевых наук и питания Университета Миннесоты. Она также является основателем и директором Инновационного центра растительного белка. Доктор Исмаил имеет более чем 20-летний опыт исследований в области пищевой химии, сфокусированных на аналитической химии, химии белков, энзимологии, а также химии и судьбе биоактивных компонентов пищи.Ее исследования сосредоточены на химических характеристиках и повышении функциональности, безопасности, биодоступности, доставки и биологической активности пищевых белков и фитохимических веществ с использованием новых методов обработки и анализа. Доктор Исмаил является лауреатом «Премии выдающегося преподавателя» и «Премии выдающегося профессора».

Д-р Ласика Сенаратне-Ленагала — старший научный сотрудник по пищевым продуктам, работающий в компании Cargill Inc., Уичито, Канзас, в группе исследований и разработок белков (R&D).Она получила степень бакалавра в области сельского хозяйства в Университете Перадения, Шри-Ланка, магистра биохимии в Национальном университете Пукён, Южная Корея, и докторскую степень по зоотехнике (наука о мясе и биология мышц) в Университете Небраски-Линкольн. Ее текущая научно-исследовательская работа сосредоточена на разработке как мясных, так и растительных / альтернативных белковых продуктов.

Алисия Стабе — старший научный сотрудник североамериканского подразделения крахмалов, подсластителей и текстуризаторов Cargill, Миннеаполис, Миннесота.В Cargill она занимается исследованиями и разработками в области белковых ингредиентов растительного происхождения. Ее текущая работа включает в себя понимание функциональности установленных и появляющихся неживотных белков в пищевых рецептурах. Алисия имеет 10-летний опыт работы в пищевой промышленности в области разработки ингредиентов и готовой продукции и имеет степень магистра наук в области пищевых продуктов в Университете Пердью, Вест-Лафайет, штат Индиана.

Д-р Энн Брэкенридж — менеджер группы исследований и разработок протеинов в компании Cargill Inc., Уичито, Канзас.Она получила докторскую степень в Университете штата Канзас, Манхэттен, в области роста и развития мышц. Энн имеет более чем 20-летний опыт исследований и разработок в области безопасности пищевых продуктов в белковой отрасли. Д-р Брэкенридж ранее занимал должности в Cargill, курируя группы НИОКР, занимающиеся разработкой продуктов и технологий для мясных животных, а также группы по обеспечению безопасности пищевых продуктов в Северной Америке. Ее исследовательские интересы включают улучшение качества мяса и разработку новых белковых технологий. В настоящее время Энн является избранным президентом Американской ассоциации мясных наук.

Цитированная литература

Azarnia

S

JI

Boye

T

Warkentin

L

Malcolmson

2011а

Изменения летучих вкусовых соединений у сортов гороха полевого в зависимости от условий хранения

Внутр. J. Food Sci. Технол

46

2408

2419

Azarnia

S

JI

Boye

T

Warkentin

L

Malcolmson

H

Sabik

2011b

Изменения летучих вкусовых характеристик избранных сортов полевого гороха в зависимости от года сбора урожая и обработки

Пищевая химия

124

326

335

Барбоса-Кановас

GV

E

Ортега-Ривас

P

Juliano

H

Yan

2005

Пищевые порошки: физические свойства, обработка и функциональность

Нью-Йорк (Нью-Йорк)

Kluwer Academix / Plenum Publishers

Berrazaga

I

V

Micard

M

Gueugneau

S

Walrand

2019

Роль анаболических свойств растительных источников белка по сравнению с источниками животного белка в поддержании поддержания мышечной массы: критический обзор

Питательные вещества

11

1825

1845

Blakemore

W

AR

Harpell

2010

Каррагинан.

A

Imeson

Пищевые стабилизаторы, загустители и гелеобразователи

Западный Сассекс (Соединенное Королевство

Blackwell Publishing

73

94

Карбонаро

M

P

Maselli

A

Nucara

2012

Взаимосвязь между усвояемостью и вторичной структурой сырых и термически обработанных белков бобовых: инфракрасное спектроскопическое исследование с преобразованием Фурье (FT-IR)

Аминокислоты

43

911

921

Dekkers

BL

CV

Nikiforidis

AJ

van der Goot

2016

Формирование волокнистой структуры под действием сдвига из смеси пектин / SPI

Innov. Food Sci. Emerg. Технол

36

193

200

Duodu

KG

JRN

Taylor

PS

Belton

BR

Hamaker

2003

Факторы, влияющие на перевариваемость белка сорго

J. Cereal Sci

38

117

131

Ekezie

F

D

Sun

J

Cheng

2017

Обзор последних достижений в технологии холодной плазмы для пищевой промышленности: текущие приложения и будущие тенденции

Trends Food Sci.Тех

69

46

58

ФАО / ВОЗ

1991

Оценка качества протеина. Совместная консультация экспертов ФАО / ВОЗ

FAO Food Nutr. Пап

51

1

66

Гамильтон

MN

EC

Ewing

2000

Пищевой краситель

Ikawa

S

K

Kitano

S

Hamaguchi

2010

Влияние pH на инактивацию бактерий в водных растворах из-за применения низкотемпературной плазмы при атмосферном давлении

Плазменный процесс. Полим

7

33

42

Inagaki

N

2014

Плазменная модификация поверхности и плазменная полимеризация

Бока-Ратон (Флорида)

CRC Press

Joly

G

B

Anderstein

2009

Крахмалы.

R

Tarté

Состав мясных продуктов: свойства, функции и применение

Нью-Йорк (Нью-Йорк)

Springer Science + Business Media

25

56

Krintiras

GA

JG

Diaz

AJ

van der Goot

AI

Stankiewicz

GD

.

2016

Об использовании технологии ячеек Куэтта для крупномасштабного производства текстурированных заменителей мяса на основе сои

J. Food Eng

169

205

213

Kyriakopoulou

K

B

Dekkers

AJ

van der Goot

2019

Глава 6 — Аналоги мяса на растительной основе.

C M

Galanakis

Устойчивое производство и переработка мяса

Сан-Диего (Калифорния)

Academic Press

103

126

MacLeod

G

J

Ames

1988

Соевый вкус и его улучшение

Crit. Rev. Food Sci. Нутр

27

219

400

Малав

OP

S

Talukder

P

Gokulakrishnan

S

Chand

2015

Мясной аналог: обзор

Crit. Rev. Food Sci. Нутр

55

1241

1245

Малькольмсон

L

P

Frohlich

G

Boux

A

Bellido

J

2014

Аромат и вкусовые качества гороха полевого, выращенного в Саскачеване ( Pisum sativum L.)

банка. Дж. Плант Sci

94

1419

1426

Manski

JM

AJ

van der Goot

RM

Стрела

2007

Достижения в формировании структуры анизотропных продуктов, богатых белком, благодаря новым концепциям обработки

Trends Food Sci. Технол

18

546

557

Meinlschmidt

P

D

Sussmann

U

Schweiggert-Weisz

P

2016

Ферментативная обработка изолятов соевого белка: влияние на потенциальную аллергенность, технофункциональность и сенсорные свойства

Food Sci. Нутр

4

11

23

Mittal

KL

2014

Плазменная модификация поверхности полимеров: отношение к адгезии

Нидерланды

CRC Press

Moon

JH

IW

Choi

YK

Park

Y

Kim

2011

Выработка натурального мясного вкуса на основе продуктов реакции Майяра

Korean J. Food Sci. Ани. Ресурс

31

129

138

Nguyen

T T P

B

Bhandari

J

Cichero

S

Prakash

2015

Желудочно-кишечное переваривание молочных и соевых белков в детских смесях: исследование in vitro

Food Res. Инт

76

Pt 3

348

358

de Oliveira

FC

JS

Coimbra

EB

de Oliveira

AD

Zuñiga

2016

Конъюгаты пищевой белок-полисахарид, полученные с помощью реакции Майяра: обзор

Crit.Rev. Food Sci. Нутр

56

1108

1125

Sun

XD

2011

Ферментативный гидролиз соевых белков и утилизация гидролизатов

Внутр. J. Food Sci. Тех

46

2447

2459

Tolouie

H

M A

Mohammadifar

H

Ghomi

M

.

2018

Манипуляции белками в пищевых системах холодной атмосферной плазмой

Crit. Rev. Food Sci. Нутр

58

2583

2597

Tsumura

K

T

Saito

K

Tsuge

H

Ashida

000

000 W

000

000 W

2004

Функциональные свойства гидролизатов соевого белка, полученных селективным протеолизом

LWT Food Sci. Технол

38

255

261

Tulbek

MC

RSH

Lam

YC

Wang

P

Asavajaru

A

2017

Горох: устойчивый урожай растительного белка

RN

Sudarshan

JPD

Wanasundara

L

Scanlin

Устойчивые источники белка

Сан-Диего (Калифорния)

Academic Press

145

164

Wang

Q

L

He

T P

Labuza

B

Ismail

2013

Структурная характеристика частично гликозилированного сывороточного белка под влиянием pH и тепла с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния с усилением поверхности

Food Chem

139

313

319

Wang

Q

B

Ismail

2012

Влияние индуцированного Майяром гликозилирования на питательные качества, растворимость, термическую стабильность и молекулярную конфигурацию сывороточного протеина

Внутр. Молочный J

25

112

122

Zhang

J

L

Liu

H

Liu

A

Yoon

SH

, andvi

Q

Ван

2019

Изменение конформации и качества растительного белка в процессе текстурирования путем экструзии

Crit.Rev. Food Sci. Нутр

59

3267

3280

© Ismail, Senaratne-Lenagala, Stube, Brackenridge

растительных белков против животных: какой из них лучше для вас?

Сейчас, когда все больше людей, чем когда-либо, говорят о преимуществах растительной диеты и выбирают неживотные альтернативы традиционному бургеру, растительный белок завоевывает свое место на кухонном столе рядом с его аналогом животного происхождения.Что может вас заинтересовать: когда речь идет о растительном и животном белке, один из них полезнее другого?

Как и многие другие вопросы в науке о питании, ответ здесь более сложный (и более интересный!), Чем вы могли ожидать. Вот что вам следует знать о растительном и животном белках.

Что на самом деле представляет собой белок?

Давайте начнем с рассмотрения белка на самом базовом уровне. Этот макроэлемент является неотъемлемой частью каждой клетки человеческого тела. (Кстати, макронутриент — это одно из трех питательных веществ, которые нужны организму в больших количествах; два других — углеводы и жир.Белок играет решающую роль в росте и развитии, строя и восстанавливая различные клетки и ткани организма (включая мышцы, кости, органы и кожу), как объясняет Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA). Он также необходим для различных функций организма, от свертывания крови и выработки гормонов до реакции иммунной системы. Так что да, это очень важно.

На молекулярном уровне весь пищевой белок состоит из крошечных органических соединений, называемых аминокислотами — сотни или тысячи из них связаны вместе, поясняет FDA.Всего существует 20 различных видов. Всякий раз, когда мы едим белок, он снова расщепляется на эти единичные аминокислотные строительные блоки, а затем рекомбинируется (или снова соединяется вместе в другом порядке) по мере необходимости и направляется для выполнения этих различных функций по всему телу, как ранее объяснил SELF.

Таким образом, хотя, скажем, куриная грудка и миска чечевицы могут выглядеть (и вкус) совершенно по-разному, каждый из них обеспечивает белок, состоящий из одних и тех же основных единиц. «На химическом уровне, когда вы съедите, усвоите и усвоите одну из этих аминокислот, это не имеет значения.… если это произошло от растения или животного », — сказал SELF Кристофер Гарднер, доктор философии, профессор медицины Стэнфордского исследовательского центра по профилактике заболеваний.

Сравнение полных и неполных белков

20 различных аминокислот можно разделить на две основные группы: незаменимые и несущественные. Девять незаменимых аминокислот — это те аминокислоты, которые организм не может производить самостоятельно, поэтому важно, чтобы мы получали их из пищи, которую мы едим, — объясняет Национальная медицинская библиотека США.Остальные 11, несущественные, может производить наш организм.

Когда источник белка содержит достаточное количество всех девяти незаменимых аминокислот, ему присваивается почетный титул полного белка. FDA поясняет, что когда он низкий или отсутствует один или несколько, он классифицируется как неполный. (Вроде жестковато.)

В этом начинает различаться состав растительных и животных белков. Все животные белки являются полноценными белками. Это включает в себя как мышечную ткань животных (говядину из коров, бекон и ветчину из свиней, грудку цыплят, филе рыбы и т. Д.).), а также продукты, полученные из них (яйца и молочные продукты, такие как молоко и йогурт). С другой стороны, растительные белки, в том числе фасоль, бобовые (чечевица, горох), орехи, семена и цельное зерно, почти полностью неполны. Полноценными являются только пара счастливых растительных белков, например соевые продукты (например, эдамаме, тофу и соевое молоко) и киноа.

Потребление общих, животных и растительных белков и их источников пищи в 10 странах в Европейском проспективном исследовании рака и питания

Минимальное скорректированное среднее потребление общего белка и белка животного, растительного или неизвестного происхождения

Centre- конкретные средние общие потребления белка, стратифицированные по полу, центру и возрасту и взвешенные по сезону и дню недели отзыва, представлены в таблице 1.И для мужчин, и для женщин самое высокое среднесуточное потребление белка было отмечено в Сан-Себастьяне (мужчины 144 г, женщины 94 г), а самое низкое — в группе, заботящейся о своем здоровье (мужчины 72 г, женщины 60 г).

Среднее потребление и у.е. белков животного, растительного и неизвестного происхождения, стратифицированные по полу и центру, представлены в таблице 2. (Дальнейшие стратификации по возрастным группам представлены на веб-сайте EPIC (http: // epic.iarc.fr). Что касается общего белка, то самое высокое потребление животного белка было зарегистрировано в Сан-Себастьяне (мужчины 105 г / день, женщины 67 г / день), а самое низкое среди участников из Великобритании (17 г / день). как для мужчин, так и для женщин), потому что их особенности питания предполагают очень низкое потребление продуктов животного происхождения (ово-лакто-вегетарианцы) или совсем не употребляют (веганы). Среди оставшихся центров самое низкое потребление животного белка было отмечено у греческих мужчин (52 г / день) и у женщин в Греции и Потсдаме (37 г / день).

Для растительного белка максимальное среднее потребление наблюдалась в британской группе, заботящейся о своем здоровье (мужчины 51 г / день, женщины 39 г / день).Среди остальных центров самый высокий средний уровень потребления был зарегистрирован в Рагузе (мужчины 42 г / день, женщины 27 г / день), а самый низкий — в Мальмё (мужчины 26 г / день, женщины 20 г / день). Среднее потребление белка неизвестного происхождения обычно было низким — от 2 до 8 г / день; он был самым низким в Греции и южных центрах Испании, а самым высоким в Нидерландах и среди населения Великобритании в целом. В каждом центре у мужчин было более высокое абсолютное потребление как общего белка, так и различных подгрупп белка, чем у женщин.Что касается возрастных групп, то тенденция к более низкому потреблению общего белка у пожилых людей и более высокому потреблению в более молодых возрастных группах наблюдалась в большинстве, но не во всех центрах. Та же тенденция, хотя и менее очевидная, наблюдалась для белков животного и растительного происхождения (данные не показаны, но доступны на веб-сайте EPIC (http://epic.iarc.fr)). На рисунках 1a и b показано минимальное скорректированное среднее потребление общего и подтипов белка, выраженное в процентах от общей энергии (% en), с разбивкой по полу и центру.В большинстве центров энергия из белка составляла 15–20% для обоих полов. Особенно высокий процент потребления энергии от общего белка был отмечен в некоторых центрах Северной Испании (20–21% en) и из животного белка в центрах Северной Испании (14–15% en) и Франции (11–12% en). ), в отличие от низких значений в британской группе, заботящейся о своем здоровье (12–13% общего белка и 3–4% животного белка). Процент энергии из растительного белка был довольно стабильным в большинстве центров и для обоих полов (около 5–6% en), за исключением населения Великобритании, заботящегося о своем здоровье, в котором он был выше (8-9% en).Вклад в общую энергию белка неизвестного происхождения во всех центрах был очень незначительным (0,3–1,5% en). Более подробная информация об основных источниках энергии питательных веществ представлена ​​в отдельной статье (Ocké et al, 2009).

Минимально скорректированное среднее потребление подтипов белка, выраженное в процентах от общей энергии, стратифицированное по центру, скорректированное по возрасту и взвешенное по сезону и дню отзыва питания ( a ) для мужчин и ( b ) для женщин .

Влияние корректировки на возможные искажающие факторы

Чтобы оценить, можно ли объяснить наблюдаемые различия в потреблении белка систематическими различиями в составе тела и потреблении энергии между центрами EPIC, были выполнены дополнительные корректировки для роста, веса и общего потребления энергии.Полностью скорректированное среднее потребление общего белка, животного, растительного и неизвестного белка, стратифицированное по полу и возрастным группам и скорректированное с учетом возраста (в анализах, не стратифицированных по возрасту), энергии, роста и веса и взвешенных по 24 дням. HDR и сезон показаны в Приложении (Таблицы A1, A2, A3 и A4).

После корректировки расчетное среднее потребление общего белка все еще оставалось самым высоким в северных испанских центрах и самым низким в группе, заботящейся о своем здоровье, в Великобритании. Хотя на большинство центров это не повлияло, заметное влияние на расчетное среднее потребление белка наблюдалось в греческом центре и у британских мужчин, заботящихся о своем здоровье, где регулировка энергии особенно значительно увеличила среднее потребление.Напротив, снижение среднего потребления наблюдалось у женщин и мужчин в Орхусе и у мужчин в Варезе и Сан-Себастьяне. Такой же результат наблюдался для белков животного и растительного происхождения. По сравнению с моделями с минимальной корректировкой наблюдались менее четкие систематические различия в потреблении между возрастными группами. Чтобы проверить влияние пола на потребление белка, мы проверили взаимодействие между полом и центром в полностью скорректированной модели. Гендерные различия присутствовали для общего белка и для обеих подгрупп как для абсолютного (г / день), так и для относительного (% en) потребления белка ( P <0.0001).

Диетические источники белка

Не считая британской группы, заботящейся о своем здоровье, животный белок составлял 55–73% от общего белка, а растительный белок — 24–39% (Таблица 2). Напротив, в британской группе, заботящейся о своем здоровье, общий белок в основном был растительного происхождения (70% мужчин, 65% женщин), и только 23–29% белка животного происхождения. Обратная крайность наблюдалась у мужчин в Сан-Себастьяне: 73% животного белка и 24% растительного белка. Считалось, что небольшой процент белка имеет неизвестное происхождение (при этом важным фактором во всех центрах является вклад лепешек), составляющий от 2 до 9% от общего количества белка.

Таблицы 3a и b показывают вклад (%) с пищей в потребление животного и растительного белка мужчинами и женщинами. Информация о пищевых добавках к общему белку и неизвестному белку доступна на веб-сайте EPIC (http://epic.iarc.fr).

Животный белок

Что касается животного белка, наиболее важными группами продуктов питания были мясо (красное мясо, птица, дичь, переработанное мясо и субпродукты), рыба ( рыба и рыбные продукты, моллюски и ракообразные) и молочные продукты (молоко, йогурт, сыр, сливки и десерт из молочных сливок), на которые в совокупности приходилось 84–96% животного белка (Таблица 3a).Кроме того, яйца составляли 1–6%.

Общее потребление мяса обеспечило самый высокий вклад в животный белок во всех центрах, за исключением группы, заботящейся о своем здоровье в Великобритании, и у греческих женщин: от 39% (Гранада) до 57% (Флоренция) у женщин и от 41% (Греция). ) до 64% ​​(Гейдельберг и Варезе) у мужчин, с некоторой неоднородностью при сравнении подтипов мяса. В большинстве центров преобладающим типом мяса было красное мясо, тогда как доля домашней птицы варьировалась от <5% от среднего потребления животного белка в северных центрах Норвегии и Швеции до 15–22% среди населения Великобритании в целом и в некоторых странах Италии. центры.Доля обработанного мяса в среднем потреблении животного белка также заметно варьировалась в разных центрах: от 3% в Греции до 25–30% у немецких мужчин.

Молочные продукты обеспечивали второй по величине вклад в животный белок после мяса, за исключением испанских мужчин и женщин в Сан-Себастьяне (где рыба заняла второе место), для греческих женщин (где мясо и молочные продукты внесли такой же вклад) и для здравоохранения Великобритании. сознательная группа (где молочные продукты были основным источником животного белка).

Среднее потребление животного белка из рыбы составляло около 5% в Нидерландах, но около 19% и более для женщин в Испании, Греции и Северо-Западной Норвегии.Аналогичный результат наблюдался и у мужчин.

Растительный белок

Что касается растительного белка, то наиболее важной группой продуктов питания были злаки (доля которых составляла 42–69% у мужчин и 35–61% у женщин), но картофель, овощи, бобовые и фрукты также вносили вклад в растительный белок, причем в разной степени. важность по центрам (таблица 3b).

Наименьший вклад зерновых (<50%) наблюдался в Испании (за исключением мужчин в Наварре, 51%), Германии и в группе, заботящейся о своем здоровье, тогда как самый высокий вклад (> 60% для мужчин и> 55 % для женщин) были зарегистрированы в Италии и Греции, а также в большинстве скандинавских центров.Доля овощей варьировалась от 5% в Умео до 13% в Мурсии и Турине для мужчин и от 7% в Северо-Западной Норвегии до 24% в Мерсии для женщин. За некоторыми исключениями, в Северной Европе было зарегистрировано более низкое содержание белка из овощей. Среди женщин овощи составляли второй по величине вклад в растительный белок в большинстве центров (наиболее явным исключением были Умео и Норвегия), тогда как у мужчин наблюдалась более смешанная картина. После злаков бобовые были наиболее важными источниками растительного белка среди мужчин в большинстве испанских центров; как для мужчин, так и для женщин, четкий градиент юг-север присутствовал для бобовых, с наибольшим вкладом в Греции и Испании (6–16%) и наименьшим в скандинавских странах (<1%, за исключением мужчин в Мальмё, 2 %).Четкой тенденции между югом и севером не наблюдалось в отношении вклада фруктов, но более низкий вклад, как правило, наблюдался в скандинавских странах для обоих полов. Однако при объединении в одну группу вклад овощей, фруктов и бобовых показал четкий градиент юг-север; вклад был> 30% для женщин и> 26% для мужчин в Испании и Греции, от 20 до 30% для женщин и от 15 до 26% для мужчин в Италии, Франции, Германии, Великобритании и Нидерландах, тогда как было <20% (женщины) и <15% (мужчины) в скандинавских странах.

Картофель обеспечивал 5–10% растительного белка в большинстве стран, за исключением Греции, Италии и Франции, где эти показатели были ниже 5% почти во всех центрах. Признак градиента юг-север был замечен для картофеля у мужчин, который является вторым по величине источником растительного белка среди мужчин в большинстве скандинавских центров.

В некоторых странах торты содержат растительный белок (женщины 3–8%, мужчины 1–6%), а также безалкогольные напитки (женщины 1–11%, мужчины 1–13%, максимум в Германии для обоих полов. , а затем Дания).

Стратифицированный анализ

Никаких систематических различий в общем потреблении белка не наблюдалось, когда участники были стратифицированы в соответствии с ИМТ (таблица 4a). Однако, когда принималось во внимание происхождение белка, самое высокое среднее потребление растительного белка наблюдалось в группе с самым низким ИМТ в большинстве стран, тогда как небольшая тенденция к более высокому потреблению животного белка наблюдалась в группе с самым высоким ИМТ, хотя это было менее стабильно, чем для растительного белка.

При стратификации на основе уровня образования мы увидели четкую тенденцию среди женщин в отношении растительного белка (Таблица 4b), при этом самый высокий уровень потребления наблюдался среди женщин с самым высоким уровнем образования в большинстве стран (за исключением Греции), тогда как самый низкий уровень потребления наблюдался в основном среди наименее образованных. Для мужчин было указание на различия между югом и севером.В южных странах более низкое потребление растительного белка наблюдалось среди наиболее образованных мужчин, тогда как в более северных странах было зарегистрировано наименьшее потребление растительного белка среди наименее образованных. Что касается животного белка, то четких различий между уровнями образования у женщин не наблюдалось, тогда как среди мужчин наибольшее потребление наблюдалось в основном среди наименее образованных.

Не было обнаружено четких различий между уровнями физической активности для потребления общего белка или его подгрупп (Таблица 4c), за исключением слабое указание на более высокое потребление растительного и общего белка среди мужчин в двух наиболее активных группах по сравнению с таковым в менее активных группах.

Четких различий в потреблении общего и животного белка между группами статуса курения не было, но самые низкие Потребление растительного белка наблюдалось в основном среди курильщиков обоих полов (таблица 4d).

Потребление белка также оценивалось в соответствии с сезоном и днем ​​24-HDR.Во всех странах среднее потребление общего и животного белка было выше в выходные дни, чем в будние дни (за исключением мужчин и женщин, заботящихся о своем здоровье, и голландских женщин) (таблица 4e). Для растительных белков разница между рабочими днями и выходными была менее выраженной, и четкой тенденции не наблюдалось. Другая картина наблюдалась в британской группе, заботящейся о своем здоровье, в которой среднее потребление растительного белка было заметно выше в выходные дни, чем в рабочие дни, тогда как потребление животного белка было самым высоким в рабочие дни.В отличие от дня недели, не наблюдалось четкой тенденции в отношении среднего потребления белка по сезонам (результаты не показаны).

Потребление с пищей общего белка животного и растительного происхождения и риск диабета 2 типа в Европе Проспективное исследование рака и питания (EPIC) -NL Study

Abstract

ЦЕЛЬ Диетические рекомендации сосредоточены в основном на относительном содержании жиров и углеводов в рационе по отношению к риску диабета.Между тем, диеты с высоким содержанием белка могут способствовать нарушению метаболизма глюкозы, но данных проспективных исследований мало. Мы изучили связь между потреблением общего, растительного и животного белка с пищей и заболеваемостью диабетом, и было ли потребление 5% энергии из белка за счет 5% энергии из углеводов или жиров связано с риском диабета.

ДИЗАЙН И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Проспективное когортное исследование было проведено среди 38 094 участников Европейского проспективного исследования рака и питания (EPIC) -NL.Потребление белка с пищей измерялось с помощью утвержденного опросника по частоте приема пищи. Заболевание диабетом было подтверждено по медицинским записям.

РЕЗУЛЬТАТЫ За 10 лет наблюдения было зарегистрировано 918 случаев диабета. Риск диабета повышается при более высоком уровне потребления общего белка (отношение рисков 2,15 [95% ДИ 1,77–2,60] наивысший против самого низкого квартиля) и животного белка (2,18 [1,80–2,63]). Поправка на искажающие факторы существенно не изменила эти результаты. Дальнейшая корректировка показателей ожирения ослабила ассоциации.Растительный белок не был связан с диабетом. Потребление 5% энергии от общего или животного белка за счет 5% энергии от углеводов или жиров увеличивает риск диабета.

ВЫВОДЫ Диеты с высоким содержанием животного белка связаны с повышенным риском диабета. Наши результаты также предполагают аналогичную связь для самого общего белка, а не только для источников животного происхождения. Потребление энергии из белка за счет энергии углеводов или жиров может аналогичным образом увеличить риск диабета.Это открытие указывает на то, что учет содержания белка в диетических рекомендациях для профилактики диабета может быть полезным.

Многие исследования были сосредоточены на потреблении макроэлементов в зависимости от риска диабета 2 типа (1,2), но в основном на относительном содержании углеводов и жиров. Эффект от употребления различных белков менее хорошо документирован. Рекомендации по питанию как в Нидерландах, так и в США предоставляют информацию об оптимальном содержании белка в рационе для пациентов с диабетом (3,4), но содержанию белка в рационе в отношении профилактики диабета уделяется мало внимания (3).

В промышленно развитых странах потребление белка с пищей существенно увеличилось за последние несколько десятилетий, превысив 50% рекомендованной нормы (5). Более того, популярные диеты для похудания, такие как диета Аткинса, часто основаны на крайне низком содержании углеводов и высоком содержании белка с благоприятным влиянием на массу тела и гомеостаз глюкозы при краткосрочных вмешательствах (6,7). Напротив, поперечное исследование связывало долгосрочное потребление белка с повышенными концентрациями глюкозы и инсулинорезистентностью у здоровых людей (8).

Перспективные исследования, посвященные диетическому белку и риску диабета, были сосредоточены в основном на группах продуктов с высоким содержанием белка, таких как мясо и соя. Потребление обработанного красного мяса было связано с повышенным риском диабета, независимо от потребления жиров (9–12), тогда как потребление бобовых и сои снижало риск диабета у азиатских женщин (13), что свидетельствует о различных эффектах животного и растительного белка. Исследования, изучающие связь между диетическим белком и диабетом, немногочисленны. В одном исследовании сообщалось о повышенном риске диабета при более высоком потреблении животного белка и отсутствии связи с потреблением растительного белка (11).В изокалорийных условиях более высокое потребление белка приведет к более низкому потреблению других макроэлементов, что можно исследовать с помощью моделей замещения, в которых белок заменяется другими макроэлементами (14). Европейское проспективное исследование рака и питания (EPIC) — Потсдамское исследование показало, что потребление 5% энергии из углеводов за счет 5% энергии из белка снижает риск диабета (1). Однако исследование здоровья медсестер II не обнаружило такой связи (15).Оба исследования не делали различий между животным и растительным белком. Реакция на содержание белка в пище может зависеть от индивидуальной степени инсулинорезистентности (6,7), определяемой ожирением.

Мы стремились выяснить, связано ли более высокое потребление общего, животного и растительного белка с пищей с риском диабета 2 типа и связано ли потребление энергии из белка за счет того же процента энергии из жира или углеводов с диабетом 2 типа. риск.Кроме того, мы исследовали, присутствует ли взаимодействие с показателями ожирения.

ДИЗАЙН И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

EPIC-NL состоит из двух голландских участников исследования EPIC, когорт Prospect-EPIC и MORGEN-EPIC. Эти когорты были созданы одновременно в 1993–1997 годах и объединились в одну голландскую когорту EPIC. Дизайн и обоснование EPIC-NL описаны в другом месте (16). Исследование Prospect-EPIC включает 17 357 женщин в возрасте 49–70 лет, проживающих в Утрехте и его окрестностях (17).Когорта MORGEN-EPIC состоит из 22 654 взрослых в возрасте от 21 до 64 лет, выбранных из случайных выборок голландского населения в трех голландских городах (18). Все участники предоставили информированное согласие перед включением в исследование. Исследование соответствует Хельсинкской декларации и было одобрено институциональным советом Университетского медицинского центра Утрехта (проспект) и Комитетом по медицинской этике TNO Nutrition and Food Research (MORGEN). После исключения лиц с преобладающим диабетом ( n = 615) и лиц с аномальным потреблением энергии (ккал <600 или> 5000) ( n = 108), отсутствующие данные о питании ( n = 213) и отсутствующие последующее наблюдение ( n = 981), 38 094 участника были оставлены для анализа.

Потребление белков и других питательных веществ

Ежедневное потребление пищи было получено из самостоятельно заполняемого опросника частоты приема пищи (FFQ), содержащего вопросы об обычной частоте потребления 79 основных продуктов питания в течение года, предшествующего зачислению. Анкета позволяет оценить среднесуточное потребление 178 продуктов питания. FFQ вводился один раз на исходном уровне и отправлялся участникам по почте. Участники вернули FFQ во время скрининга физического осмотра, где обсуждались трудности с заполнением анкеты.Зарегистрированный диетолог проверил FFQ на наличие несоответствий, которые были устранены, связавшись с участником. FFQ был проверен на 12 суточных диетах (19) с коэффициентами корреляции Пирсона для потребления белка 0,67 у женщин и 0,71 у мужчин (19). Гликемический индекс пищевых продуктов, мера того, насколько продукты повышают уровень глюкозы в крови, был получен из международной таблицы Фостера-Пауэлла. Мы рассчитали гликемическую нагрузку, умножив гликемический индекс продукта на содержание углеводов, а затем умножили это значение на частоту употребления этого продукта и суммировали значения по всем продуктам питания.Потребление питательных веществ было скорректировано с учетом общего потребления энергии методом остаточной регрессии и с использованием плотности питательных веществ (процент от общего количества потребляемой энергии, только для макроэлементов) (14).

Диабет

О возникновении диабета во время наблюдения сообщалось в двух опросных листах с интервалом от 3 до 5 лет. Участников спрашивали, был ли диагностирован диабет, в каком году, кем и какое лечение они получали. В исследовании Prospect случайные случаи диабета выявлялись с помощью теста на глюкозу в моче, разосланного с первым контрольным опросником, для выявления глюкозурии.Диагноз диабета был также получен из Голландского центра медицинской информации, который ведет стандартизированный компьютеризированный регистр диагнозов при выписке из больницы. В этот регистр с 1990 года постоянно вносятся поступающие из всех больниц общего профиля и университетских больниц Нидерландов. Все диагнозы были закодированы в соответствии с МКБ-9-СМ. Последующее наблюдение было завершено 1 января 2006 г. Возможные случаи, выявленные любым из этих методов, были проверены на основании информации, полученной от терапевтов или фармацевтов, с помощью анкет, отправленных по почте.Диабет был определен как наличие, когда любой из них подтвердил диагноз. Для 89% участников с потенциальным диабетом была доступна подтверждающая информация, а 72% были подтверждены как пациенты с диабетом 2 типа и использовались для анализа.

Другие измерения

На исходном уровне участники заполнили рассылаемый по почте общий вопросник, содержащий вопросы о демографии, наличии хронических заболеваний и факторах риска хронических заболеваний. Курение подразделялось на нынешних, прошлых и никогда не куривших, а родительский диабет в анамнезе — на одного, одного и обоих родителей.Физическая активность оценивалась с помощью вопросника, утвержденного среди пожилых людей (20) и классифицированного после расчета Кембриджской оценки физической активности. Поскольку мы не смогли рассчитать общую оценку физической активности для 14% всех участников, мы вменяли недостающие оценки, используя моделирование единой линейной регрессии. Участники могли вернуть анкету при медицинском осмотре. Во время базового физического обследования, измерения систолического и диастолического артериального давления выполнялись дважды в положении лежа на спине на правой руке с помощью Boso Oscillomat (Bosch & Son, Jungingen, Германия) (Prospect) или на левой руке с использованием случайного нулевого сфигмоманометра. (MORGEN), из которого было взято среднее значение.Гипертония определялась как наличие при соблюдении одного или нескольких из следующих критериев: диастолическое артериальное давление ≥90 мм рт. Ст., Систолическое артериальное давление ≥140 мм рт. Были измерены окружность талии, рост и вес, а также рассчитан ИМТ. Все измерения проводились в соответствии со стандартными рабочими процедурами. Вес во время наблюдения был получен на основе отправленных по почте анкет для последующего наблюдения или физического осмотра (часть Doetinchem).Изменение веса было определено как разница между весом на исходном уровне и при последующем наблюдении. Поскольку период наблюдения был разным, мы рассчитали годовое изменение веса, разделив изменение веса на годы наблюдения.

Анализ данных

Потребление белка, скорректированное с учетом общего потребления энергии методом остатка регрессии (14), было разделено на квартили. Модели пропорциональных рисков Кокса использовались для расчета грубых и скорректированных соотношений рисков (HR) и 95% доверительного интервала для ассоциаций между квартилями потребления белка и диабетом.Мы оценили P _тренд , включив среднее потребление белка на квартиль в качестве непрерывных переменных в регрессионных моделях Кокса. Кроме того, мы проанализировали связь между белком на 10 г потребления и риском диабета. В многомерный анализ мы сначала включили пол (мужской или женский) и возраст при найме (непрерывный). Во второй модели мы добавили факторы питания: потребление насыщенных жиров, мононенасыщенных жиров, полиненасыщенных жиров, холестерина, витамина Е, магния, клетчатки и гликемической нагрузки (непрерывно) с поправкой на энергию.В третьей модели мы дополнительно скорректировали факторы риска диабета: потребление алкоголя с поправкой на энергию (четыре категории), физическая активность (четыре категории), среднее систолическое и диастолическое артериальное давление (непрерывное), уровень образования (три категории) и родительский анамнез. диабета (три категории). В четвертую модель были включены ИМТ (четыре категории) и окружность талии (непрерывная). Чтобы изучить влияние изменения веса во время наблюдения, мы дополнительно скорректировали анализ ежегодного изменения веса (непрерывный).

Мы использовали многомерную модель плотности питательных веществ, включив общее потребление энергии и энергетические проценты белка и других макроэлементов в многомерную регрессионную модель Кокса. Потребление макроэлементов было введено в модель на 5% энергии. Общее потребление энергии было введено в модель, чтобы поддерживать потребление энергии постоянным, что важно для создания изокалорической модели (14). Исключив процентное содержание энергии от углеводов в регрессионной модели, мы создали модель, в которой разница в риске диабета связана с потреблением 5% энергии от белка за счет 5% энергии от углеводов, в то время как общее потребление энергии остается постоянным, представлена.Точно так же, исключив процентное содержание энергии из жира, мы представили разницу в риске диабета, связанном с потреблением 5% энергии из белка за счет 5% энергии из жира, в то время как потребление энергии остается постоянным.

Взаимодействие потребления белка с ИМТ (<25 или ≥25 кг / м ² ) и окружностью талии (<84 или ≥84 см) оценивалось с помощью теста отношения правдоподобия и включения условий непрерывного взаимодействия. Предположение о пропорциональности было проверено визуально с использованием графиков «логарифм минус логарифм», отклонений не обнаружено.Данные были проанализированы с помощью SPSS для Windows (версия 14.0).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Среднее потребление белка 75,7 г / день; животный белок составлял большинство. Основными источниками потребления белка были мясо (39%), молоко (продукты) (29%) и сыр (18%), животный белок и хлеб (43%), фрукты и овощи (14%) и картофель (9%). %) на растительный белок. Умеренная корреляция наблюдалась между потреблением мяса и общим ( r = 0,30) и животным ( r = 0,36) белком, а также между потреблением молока (продуктов) и общим ( r = 0.46) и животный ( r = 0,50) белок. По квартилям общего потребления белка средний возраст, ИМТ, окружность талии и потребление насыщенных жиров и углеводов увеличились, тогда как среднее потребление полиненасыщенных жиров и клетчатки и процент мужчин, курильщиков и физически неактивных лиц снизились (Таблица 1).

Исходные характеристики исследуемой популяции в соответствии с квартилями суточного потребления общего белка с пищей

В течение среднего периода наблюдения 10.За 1 ± 1,9 (среднее ± стандартное отклонение) года зарегистрировано 918 случаев диабета 2 типа. Риск диабета значительно увеличился по сравнению с квартилями от общего потребления белка. Поправка на возраст, пол, диетические факторы и факторы риска диабета дала HR в самой высокой и самой низкой квартиле (HR _Q4 ), равной 1,67 (95% ДИ 1,29–2,16). После дополнительной корректировки показателей ожирения эта связь перестала быть значимой (HR _Q4 1,18 [0,91–1,53]) (таблица 2). Удаление ИМТ или окружности талии из модели 4 дало сопоставимые, несущественные ассоциации (за исключением ИМТ, HR _Q4 1.22 [0.94–1.59]). Для животного белка мы наблюдали аналогичные результаты. Потребление растительного белка не было связано с диабетом. Анализ белка на 10 г потребления показал сопоставимые результаты со значительным повышением риска диабета при более высоком общем потреблении белка и животного белка во всех моделях (таблица 2).

Однофакторные и скорректированные HR (95% ДИ) для связи между потреблением белка в квартилях и на 10 г и заболеваемостью диабетом 2 типа

Поправка на изменение веса не повлияла на эти результаты (модель 3, HR _Q4 1.67 [1.28–2.16]). Более того, дополнительная поправка на потребление мяса и птицы в модели 3 существенно не изменила ассоциаций ни для общего, ни для животного белка (1,50 [1,14–1,98]), как и поправка на потребление молочных продуктов (1,62 [1,24–2,11]). Исключение участников, соблюдающих диету, не повлияло на результаты (модель 3, общий белок 1,51 [1,11–2,06]), как и исключение участников с исходным сердечно-сосудистым заболеванием, гипертонией или гиперлипидемией (1,68 [1,17–2,43]).

Потребление 5% энергии из белка за счет 5% энергии из жира увеличивает риск диабета при ЧСС 1.31 (95% ДИ 1,06–1,61) для каждых 5% энергии белка, замененных на 5% энергии жира в окончательной модели. Для потребления 5% энергии из белка за счет 5% энергии из углеводов, мы наблюдали HR 1,28 (1,01–1,61) в окончательной модели. Аналогичные результаты наблюдались для животного белка. Мы не наблюдали связи с потреблением 5% энергии из растительного белка (Таблица 3).

Многопараметрический ЧСС (95% ДИ) для связи между потреблением 5% энергии из белка за счет 5% энергии из жира или углеводов при сохранении постоянного общего потребления энергии и диабетом 2 типа

Мы наблюдали пограничные значимые взаимодействия с ИМТ и окружностью талии ( P _{взаимодействие} = 0.08 для обоих) в отношении общего белка и диабета. Для худощавых людей риск диабета увеличивался с увеличением общего потребления белка (HR _Q4 2,15 [95% ДИ 1,24–3,15] и 2,36 [1,30–4,29] для групп с низким ИМТ и окружностью талии, соответственно), тогда как между участники с ожирением. Аналогичные результаты были получены для животного белка. Кроме того, аналогичные результаты были получены при непрерывном анализе этих взаимодействий ( P _{взаимодействие} <0.05). Поправка на годовое изменение веса не изменила ассоциации (группа с низким ИМТ, общий белок, HR _Q4 2,16 [1,25–3,75]).

ВЫВОДЫ

В этом исследовании высокое потребление общего и животного белка, но не растительного, было связано с повышенным риском диабета. Эта связь не была объяснена конкретными источниками белка, такими как мясо, или изменением веса во время последующего наблюдения, но была ослаблена после корректировки для исходных показателей ожирения. Потребление 5% энергии из белка за счет 5% энергии из углеводов или жиров увеличивает риск диабета примерно на 30%.

Необходимо рассмотреть некоторые аспекты исследования. Во-первых, хотя мы исправили все возможные доступные искажающие факторы, мы не можем исключить неизвестные или неизмеренные искажающие факторы. Во-вторых, наличие диабета часто остается незамеченным и может быть доклиническим в течение 9–12 лет (21). Лица с невыявленным диабетом могли быть ошибочно классифицированы как недиабетики, что привело к ослаблению ассоциаций. Сильные стороны нашего исследования включают перспективный дизайн, большой размер выборки и длительное наблюдение.Использование подтвержденных случаев диабета сводило к минимуму наличие ложноположительных случаев диабета, уменьшая размывание ассоциаций.

До сих пор неясно, вызвано ли потенциально вредное воздействие протеина на диабет источниками с высоким содержанием протеина, такими как мясо, или протеином как таковым. Несколько исследований связали повышенное потребление красного мяса, в основном переработанного, с повышенным риском диабета (2,9–12). Когда были внесены поправки на потребление жиров, ассоциации остались (9–11), что указывает на то, что связь не вызвана потреблением жиров.Однако, поскольку в большинстве исследований не было дальнейшего изучения того, какие питательные вещества были ответственны за повышенный риск диабета при высоком потреблении мяса, нельзя сделать вывод, способствует ли риск диабета белку или другим питательным веществам в мясе, таким как железо. Только в одном проспективном исследовании с участием женщин было изучено, какие питательные вещества в мясе (несколько типов жиров и белков, гем и общее количество железа) могут способствовать развитию диабета (11). Эти исследователи не наблюдали никакой связи с растительным белком, что согласуется с нашим исследованием.Потребление животного белка значительно увеличивает риск диабета. После корректировки ИМТ эта связь ослабла, но осталась значительной, в отличие от наших результатов. Различия в исследуемой популяции и диапазоне потребления белка могут объяснить эту разницу. К сожалению, в исследовании не рассматривалось общее потребление белка.

Мы заметили, что как высокий уровень общего, так и животного белка были связаны с более высоким риском диабета. Потребление жира не сильно изменилось по квартилям потребления белка, и связь не изменилась после поправки на потребление жира.Более того, после поправки на потребление мяса или молочных продуктов связь между общим и животным белком и диабетом осталась, что указывает на пагубную роль белка как такового в риске диабета. Эта связь также подтверждается выводом о том, что потребление энергии из белка за счет энергии из жиров или углеводов увеличивает риск диабета. Мы не обнаружили разницы в риске, когда энергия, полученная из белка, потреблялась за счет углеводов или жиров, предполагая, что этот эффект вызвано увеличением количества белка, а не уменьшением количества жира или углеводов.Только одно предыдущее исследование, в котором основное внимание уделялось потреблению углеводов в ущерб белку, дало аналогичные результаты (1). Тем не менее, в этом исследовании не учитывался обмен энергии с белка на жир, и не делалось никаких различий по общему содержанию белка и источнику белка.

Поскольку большая часть белка в нашем исследовании поступает из животных источников, можно подумать, что связь с общим белком просто обусловлена ​​связью с животным белком. Однако, когда мы скорректировали связь между общим белком и диабетом для животного белка, связь ослабла, но осталась (модель 3, HR _Q4 1.46 [0,96–2,25]). Точно так же корректировка общего белка для нескольких источников потребления животного белка, таких как мясо, не объяснила всю связь. Это открытие указывает на то, что часть связи между общим белком и диабетом действительно, по-видимому, объясняется потреблением животного белка, но нельзя исключать роль общего белка. Для растительного белка мы обнаружили связь в том же направлении, что и для животного белка, хотя этот результат не достиг статистической значимости.Различное влияние аминокислот в белках животного и растительного происхождения на метаболизм глюкозы может лежать в основе различий, обнаруженных между белками животного и растительного происхождения (22,23). Необходимы дальнейшие исследования влияния общего потребления белка в популяциях с различным потреблением источников белка, чтобы установить влияние общего потребления белка и конкретных источников белка на риск диабета.

Несколько механизмов могут объяснить взаимосвязь между потреблением белка и диабетом. Может возникнуть инсулинорезистентность, поскольку аминокислоты могут ингибировать транспорт и фосфорилирование глюкозы, что приводит к нарушению синтеза глюкозы.Кроме того, аминокислоты вмешиваются в метаболизм глюкозы через стимуляцию секреции инсулина и глюкагона и служат субстратами для глюконеогенеза. Хотя ожидается, что стимуляция секреции инсулина предотвратит гипергликемию из-за повышенного глюконеогенеза, этот процесс может недостаточно компенсироваться у субъектов с нарушенной секрецией инсулина (6,7).

Индивидуальная чувствительность к инсулину определяется степенью ожирения. Поэтому мы исследовали, изменило ли ожирение связь между потреблением белка и диабетом.В отличие от нашей гипотезы, мы обнаружили связь только у худощавых людей. В исследовании EPIC-Potsdam наблюдалось аналогичное, но незначительное взаимодействие с ожирением (1). В основе наших выводов могут лежать несколько потенциальных механизмов. Во-первых, может быть задействован метаболизм железа. Недавнее исследование показало, что растворимый рецептор трансферрина был обратно связан с чувствительностью к инсулину только у людей с нормальной толерантностью к глюкозе и у худых людей, предполагая механизм через метаболизм железа (24). Перегрузка железом связана с повышенным риском диабета (25).Поскольку повышенное потребление животного белка может способствовать увеличению нагрузки на организм железом, связь между высоким потреблением (животного) белка и диабетом у людей, не страдающих ожирением, может быть (частично) объяснена маркерами нагрузки железом в организме. Однако маркеры нагрузки железом в организме (ферритин сыворотки, железо, общая железосвязывающая способность и насыщение трансферрина) не могли объяснить эту связь в случайной выборке нашей когорты (данные не показаны). Во-вторых, маловероятно, что увеличение веса во время последующего наблюдения объясняет повышенный риск диабета у людей, не страдающих ожирением, поскольку поправка на годовое изменение веса не изменила эти результаты.В-третьих, связь между белком и диабетом была в значительной степени ослаблена после поправки на показатели ожирения, что повышает вероятность того, что ожирение является промежуточным звеном в этой связи. Однако, когда мы скорректировали связь между потреблением белка и диабетом для ИМТ (непрерывный), положительная связь в группе худых оставалась присутствующей, что указывает на то, что такая возможность маловероятна. Наконец, из-за направленности взаимодействий, пограничной значимости и относительно небольшого числа участников, не страдающих ожирением, мы не можем исключить возможность того, что эти взаимодействия являются случайными.

Таким образом, диеты с высоким содержанием животного белка связаны с повышенным риском развития диабета. Наши результаты также предполагают аналогичную связь для самого белка, а не только для источников животного происхождения. Потребление энергии из белка за счет того же процента энергии из жиров или углеводов увеличивало риск диабета примерно на 30%. Необходимы дополнительные исследования влияния общего потребления белка в разных группах населения на потребление белка из разных источников, чтобы установить влияние общего потребления белка и разных источников на риск диабета.Тем не менее, эти результаты подчеркивают важность учета содержания белка в диете в диетических рекомендациях для предотвращения диабета.

Благодарности

О потенциальных конфликтах интересов, относящихся к этой статье, не сообщалось.

Сноски

• Расходы на публикацию этой статьи были частично покрыты за счет оплаты страницы. Поэтому данная статья должна быть помечена как «реклама» в соответствии с 18 U.S.C. Раздел 1734 исключительно для того, чтобы указать на этот факт.

• • Поступила 20 июля 2009 г.
  • Принята 25 сентября 2009 г.

• Читатели могут использовать эту статью при условии, что произведение правильно процитировано, используется в образовательных целях, а не для получения прибыли, и если работа не изменена. Подробнее см. Http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/.

• © 2010 Американской диабетической ассоциации.

Оценка жизненного цикла пищевых продуктов животного происхождения и богатых белком альтернатив на растительной основе: экологическая перспектива — Децель — Journal of the Science of Food and Agriculture

ИСТОРИЯ

В Европейском Союзе пищевые белки в основном животного происхождения, включая мясо и молочные продукты.Почти вся соя, а также большая часть бобовых и зерновых культур, потребляемых в Европейском Союзе, используется для питания животных. Хотя домашний скот является важным источником белков, он также оказывает существенное воздействие на окружающую среду. Система питания и кормов тесно связана с планетарными границами и границами здоровья, и переход на здоровое питание потребует существенных изменений в рационе питания в сторону здоровых продуктов, таких как орехи, фрукты, овощи и бобовые.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Экструдированные альтернативы растительному мясу, состоящие из белка в сочетании с амарантовой или гречишной мукой и альтернативы растительному молоку, приготовленного из белков чечевицы, потенциально могут оказывать значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем их аналоги животного происхождения по большинству исследованных экологических показателей, принимая во внимание учитывать обе функциональные единицы (массу и содержание белка).Базовые модели оценки жизненного цикла от поля к вилке включают несколько вариантов как для растительных, так и для животных продуктов. Оптимизированные продукты на растительной основе демонстрируют явный потенциал для уменьшения воздействия на окружающую среду.

ВЫВОДЫ

Разработка продуктов с более высокой степенью переработки и, следовательно, более эффективных продуктов имеет решающее значение для привлечения потенциальных групп пользователей, помимо преданных вегетарианцев и веганов, и, в конечном итоге, для достижения расширения рынка.Проект Protein2Food показал, что прототипы, изготовленные из выращенных в Европе бобовых и псевдозерновых культур, являются ценным источником высококачественных белковых продуктов, и, несмотря на существенную переработку, они могут помочь снизить воздействие потребления продуктов питания на окружающую среду. © 2021 Общество химической промышленности.