чем определяется качество пищевого белка

Чем определяется качество пищевого белка

Белки (протеины, полипептиды) – сложные высокомолекулярные органические вещества, состоящие изL-аминокислот, соединенных пептидной связью в цепочку. Простые белки – протеины – состоят только из аминокислот. В состав сложных белков – протеидов – помимо аминокислот входят нуклеиновая и фосфорная кислоты, углеводы и другие вещества.

Белок является важным компонентом каждой клетки в организме. Также белок используется организмом для создания и восстановления тканей, производства ферментов, гормонов и других химических веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. Функции белка в организме разнообразны: транспортная, защитная, структурная, двигательная, рецепторная и другие.

Белок является важным компонентом костей, мышц, хрящей, кожи и крови. Волосы и ногти в основном состоят из белка.Как и жир, и углеводы, белок является макроэлементом, то есть организм нуждается в относительно больших его количествах. Но, в отличие от жиров и углеводов, организм не накапливает белок и не имеет его резервов.

Ряд аминокислот, из которых состоят белки, не синтезируются в организме человека (так называемые незаменимые аминокислоты), а поступают только с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают белки до аминокислот, которые, в свою очередь, используются длясинтеза собственных белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.

Усвояемость белка – это показатель, характеризующий долю абсорбированного в организме азота от общего количества, потребленного с пищей. Биологическая ценность – показатель качества белка, характеризующий степень задержки азота и эффективность его утилизации для растущего организма или для поддержания азотистого равновесия у взрослых. Качество белка определяется наличием в нем полного набора незаменимых аминокислот в определенном соотношении как между собой, так и с заменимыми аминокислотами.

Наибольшей биологической ценностью обладают белки животного происхождения. В белках растительного происхождения обычно отсутствует от одной до нескольких незаменимых кислот. Также усвояемость растительных белков ниже, чем животных (так, например, усвояемость белков мяса/рыбы составляет 93-95 %, а усвояемость бобовых – 70 %).

Потребность в белке зависит от возраста, пола, характера трудовой деятельности. Физиологическая потребность в белке для взрослого населения составляет от 65 до 117г/сутки для мужчин, и от 58 до 87г/сутки для женщин. Физиологические потребности в белке детей до 1года – 2,2—2,9г/кг массы тела, а для детей старше 1года от 36 до 87г/сутки.

Лучшими источниками белка, содержащими все необходимые аминокислоты, в том числе и незаменимые, являются продукты животного происхождения: молоко и молочные продукты, мясо, яйца, рыба и морепродукты. К растительным продуктам, богатым белками, относятся спирулина, соя, фасоль, чечевица, горох, шпинат, киноа.

Источник

Какие продукты содержат белок?

Белки — это главный строительный материал для человеческого организма. Они находятся в мышцах, костях, коже, тканях и даже волосах. Какие продукты богаты белками и на что стоит обратить внимание, рассказала член Национального общества диетологов Ольга Деккер.

Каждый человек, интересующийся правильным питанием, слышал о важности белка в рационе. В меню здорового человека должно быть не менее 30% этого нутриента, а также 30% жиров и 40% углеводов.

Употребление продуктов богатых белком способствует похудению, набору мышечной массы, обеспечивает защитные функции организма и играет важную роль в пищеварении.

Что такое белки?

Белки — это органические вещества животного и растительного происхождения, которые обеспечивают поддержку клеток организма человека.

Функции белков в организме

Строительная (белок — основной структурный материал всех клеточных мембран);

Каталитическая, или ферментативная (почти все биохимические реакции в организме протекают благодаря белками-ферментам);

Транспортная (белки мембран осуществляют активный перенос веществ из окружающей среды в клетку и обратно);

Защитная (иммунная система организма вырабатывает антитела, которые являются белками, для борьбы с инфекциями);

Гормональная (белки гормонов координируют функции организма);

Пластическая (коллаген и эластин — это белки, которую играют немаловажную роль для соединительных тканей);

Рецепторная (белки играют ключевую роль в межклеточных связях и передаче сигналов).

Белки делятся на полноценные и неполноценные.

Полноценные белки — это те, которые содержат восемь незаменимых аминокислот. В наибольшем количестве они находятся в желтке куриного яйца, мясе, рыбе, молоке и молочных продуктах.

Неполноценные белки — это те, в которых отсутствует хотя бы одна из незаменимых аминокислот. Основным источником этого вида белка являются овощи, фрукты, бобовые, крупы, злаки, орех, а также соя.

По происхождению белки делят на животные и растительные.

Животные белки — те, что содержатся в продуктах животного происхождения (мясо, рыба, морепродукты, яйца и молочные продукты).

Растительные белки — те, что содержатся в продуктах растительного происхожде­ния (бобовые, орехи, крупы, овощи, соя).

Стоит иметь в виду, что бобовые, которые относят к основным белковым продуктам, содержат также много углеводов. И если учесть их энергетическую ценность, то будет неверно назвать их чисто белковыми. Как таковых белков там меньше, чем углеводов.

Также к белковым продуктам относят орехи, но в них намного больше жиров. Конечно, эти продукты выше по составу белков, чем другие растительные, но не стоит забывать об их полном составе. То же самое можно сказать про чечевицу, фасоль, горох.

Чтобы поддерживать необходимый баланс белка в организме, важно знать, в каких продуктах и в каких количествах он содержится. Самым высокобелковым продуктом животного происхождения считается красная икра (в 100 г около 30 г), тунец так же богат важным нутриентом (в 100 г около 22-23 г). Но нужно понимать, что съесть 100-150 г красной икры достаточно сложно, как минимум из-за большого количества соли, переизбыток которой приведет к негативным последствиям (задержке жидкости и отекам). А вот употребить 100-150 г тунца вполне реально.

Важно не забывать, что белок содержится не только в мясе и рыбе, но также в орехах, бобах и даже овощах. Соответственно, при составлении сбалансированного рациона питания необходимо чередовать продукты животного и растительного происхождения, чтобы получать все необходимые микроэлементы, крайне важные для здоровья.

Источник

Оценка качества животного белка

Введение
В последние десятилетия большое внимание уделяется изучению влияния условий животноводства не только на качество производимого мяса, но и на его пищевую ценность. Пищевая ценность — понятие, интегрально отражающее всю полноту полезных свойств пищевых продуктов, в том числе степень обеспечения данным продуктом физиологических потребностей человека в основных пищевых веществах и энергии. Хорошо известно, что в соответствии с формулой сбалансированного и адекватного питания в состав полноценного рациона человека должны входить жизненно важные питательные вещества: белки, жиры, углеводы и т.д. [1].

Пищевая ценность мяса определяется в первую очередь высоким содержанием полноценных белков и незаменимых аминокислот, высоким содержанием легкоусвояемого железа, жирнокислотным составом, наличием жирорастворимых витаминов, микро- и макронутриен- тов [2]. В таблицах 1, 2 представлен состав незаменимых аминокислот раз- личного вида мяса и субпродуктов.


Основными макропитательными веществами, выполняющими роль источников энергии и пластических (структурных) материалов, являются белки, жиры и углеводы.

Известно [1, 2], что белки выполняют 3 основные функции: они снабжают организм анаболитическим материалом, используемым для эндогенного биосинтеза необходимых белков, являются предшественниками гормонов, порфинов и других биомолекул, принимают участие в биологическом окислении, частично компенсируя энергетические затраты организма. Биологическую ценность белка определяют входящие в его состав аминокислоты, прежде всего незаменимые. Если белок не содержит хотя бы одной из них, он считается биологически неполноценным.

Поступающие в организм человека с пищей ингредиенты в ходе метаболизма в результате сложных биохимических реакций преобразуются в структурные элементы клеток, поставляют в организм пластический материал и энергию, обеспечивают необходимую физиологическую и умственную работоспособность, определяют здоровье, активность и продолжительность жизни человека, его способность к воспроизводству.

Следует констатировать, что мясо — один из наиболее ценных продуктов питания. Мясо входит в число основных источников полноценных, легкоусвояемых белков, в наиболее благоприятном соотношении содержащих незаменимые аминокислоты, жиры, имеющих в своем составе полиненасыщенные жирные кислоты, а также витаминов группы В и минеральные вещества. Характерной особенностью мяса является его высокая энергетическая ценность, сбалансированность аминокислотного состава белков, наличие биологически активных веществ, высокая усвояемость, что в совокупности обеспечивает активную физическую и умственную деятельность человека.
Биологические свойства белков определяются их аминокислотным составом. Известно, что белки сильно различаются по числу, видам и порядку чередования аминокислот в полипептидной цепи. Когда клетка синтезирует определенный белок, должны наличествовать все аминокислоты, входящие в его состав.

Животные клетки способны самостоятельно синтезировать некоторые аминокислоты из других веществ, но 8 видов аминокислот клетки синтезировать не способны, и организм должен их получать с пищей. Это так называемые аминокислоты: валин, лейцин, изолейцин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин, триптофан. Для детей незаменимой аминокислотой является также гистидин.

Триптофан играет важную роль в синтезе тканевых белков, в процессах обмена веществ и роста, участвует в образовании гемоглобина, сывороточных белков, никотиновой кислоты. Метионин является универсальным донатором метильных групп и серы. Цистеин содер- жит сульфгидрильную группу (SH-тиол) и входит в состав покровных тканей (эпидермиса, ногтей). Цистин, который образуется в результате конденсации двух молекул цистеина, входит в состав глютатиона и способствует окислительно-восстановительным процессам. Дефицит лизина, большое количество которого содержится в ядерных белках — протаминах и гистонах, вызывает задержку процессов биосинтеза белка. Фенилаланин и тирозин под действием микроорганизмов могут подвергаться декарбоксилированию с образованием биогенных аминов — тирамина, дофамина, норадреналина, серотонина. Недостаточное содержание хотя бы одной незаменимой аминокислоты в пищевом белке обуславливает резкое ухудшение усвоения всех прочих аминокислот.

Использование организмом аминокислот пищи зависит и от соотношения содержания таковых. Установлено, что в случае недостатка поступления в организм в составе пищи заменимых аминокислот их эндогенный биосинтез происходит прежде всего из продуктов деградации незаменимых аминокислот. Потребности организма могут быть полностью обеспечены только в случае, если соотношение незаменимых аминокислот в пище будет таким же, как и в самом организме [1].
Зависимость функционирования организма от количества незаменимых аминокислот используется при определении биологической ценности белков химическими методами. Наиболее широко используется метод Х. Митчела и Р. Блока (Mitchell, Block, 1946), в соответствии с которым рассчитывается показатель аминокислотного скора.

Для характеристики пищевой ценности белка чаще всего пользуются специальным показателем — аминокислотным скором (от англ. score — счет), который рассчитывают по формуле:

Эталонный белок представляет собой теоретический белок, идеально сбалансированный по аминокислотному составу. Содержание незаменимых аминокислот в 1 г идеального в пищевом отношении белка было определено экспертами ФАО (FAO, Food and Agriculture Organization — продовольственная и сельскохозяйственная организация при ООН) и ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) в 1973 году и уточнено в 1985 году.

Скор всех аминокислот в эталонном белке равен 100%. Каждый исследуемый белок сравнивают с оптимальным для питания человека эталонным белком по каждой аминокислоте. Скор аминокислот исследуемого белка может быть больше, меньше или равен 100%. В случае, если аминокислотный скор превышает 100%, данная аминокислота находится в избытке по сравнению с ее оптимальным содержанием. Если аминокислотный скор равен 100%, содержание данной аминокислоты в исследуемом белке оптимално для питания человека. Наконец, если аминокислотный скор меньше 100%, то данной аминокислоты в пищевом отношении недостает.

Аминокислота, скор которой имеет самое низкое значение, называется первой лимитирующей аминокислотой.

Для полного усвоения белка пищи содержание в нем аминокислот должно быть в определенном соотношении, т.е. быть сбалансированным. На основе многолетних медико-биологических исследований ФАО/ВОЗ был предложен критерий для определения качества белка — эталон, имеющий наилучшую сбалансированность по незаменимым аминокислотам (таблица 3).

Если не принимать во внимание избыточную часть, то показателем качества белка служит минимальный скор 0 ≤ C_m ≤ 1. Для идеального белка C_m = 1, для неполноценного белка C_m = 0. Любой принятый показатель качества должен однозначно различать эти два вида белка. Кроме того, возможен вариант, когда C_i = C_j, т.е. все НАК находятся в идеальной пропорции, но в меньшем, чем у идеального белка количестве, и избыточный белок состоит только из ЗАК. Назовем такой белок «хорошим».
Из литературных источников кроме скора лимитирующей аминокислоты известен и ряд других сравнительных коэффициентов и показателей [3, 4]:
ÿ Обобщенный коэффициент утилитарности аминокислотного состава белка, численно равен отношению конвертируемой части НАК к суммарному количеству НАК

Показатель учитывает только НАК (i = 1 … n). Поскольку 0 ≤ C_m ≤ C_i ≤ 1, постольку 0 ≤ U ≤ 1. Заметим, что при C_i = C_m («хороший» белок) имеем U = 1, независимо от того близок ли белок к «идеальному» (C_m = 1) или к неполноценному (C_m = 0).
ÿ Коэффициентов сопоставимой избы- точности

Поскольку для принятого «идеального белка»

постольку показатель является однозначной, непрерывной функцией обобщенного коэффициента утилитарности U и легко рассчитываются через него, обладая тем же недостатком.
ÿ Коэффициент КРАС показывает среднюю величину избытка аминокислотного скора незаменимых аминокислот:

Для неполноценного белка С_m = 0 и КРАС равен среднему скору НАК, для «идеального» белка С_i = С_m = 1 и КРАС = 0. КРАС, как и предыдущие показатели не различает «хороший» и «идеальный» белок.
ÿ Индекс незаменимых аминокислот (ИНАК или индекс Осера) представляет собой среднегеометрическое значение скоров:

Для «идеального белка» ИНАК = 1 при С_min = 0 (неполноценный белок) ИНАК = 0, для «хорошего» — ИНАК = С_m. Показатель ИНАК = 1 может быть и при большой доле избыточного белка, если имеет место для некоторых НАК C_i > 1.
ÿ Показатель Карпаци-Линдера-Варги представлен в литературе в виде [4]

Для «идеального» (при С_i = 1) белка К = 100, для неполноценного белка (C_m = 0),

В показателе Карпаци-Линдера-Варги учитывается избыточный белок (правда при этом к избыточному белку причислен весь комплекс ЗАК) различается «идеальный» и «хороший» белки, однако имеет место неопределенность в оценке неполноценного белка.

Можно предложить векторный и корреляционный подходы к оценке различия аминокислотного состава «идеального» и рассматриваемого белков.
В многомерной системе координат НАК каждую из аминокислот в идеальном и рассматриваемом белке можно представить нормированными векторами i> и i> соответственно, где

Векторы равны, если равен нулю модуль их разности V, который в данном случае можно принять за меру близости белков. Таким образом,

В этом случае только при полной идентичности соотношения аминокислот V = 0. Недостаток данного показателя в том, что он никак не оценивает «конвертируемую» часть белка, а дает представление только о близости соотношения аминокислот в НАК рассматриваемого белка к идеальным пропорциям. Различие двух множеств можно оценивать корреляционной функцией

Аминокислотный состав животного белка для основных его источников в мясной промышленности, взятый по данным открытых публикаций [5], может несколько отличаться друг от друга. Для расчета и сравнительной оценки биологической ценности белка ряда мясных продуктов был принят аминокислотный состав, представленный в таблицах 1 и 2.

На основании данных (таблицы 1, 2) были произведены вычисления ранее рассмотренных показателей по специально разработанной программе. Результаты расчета представлены в таблице 4.

О тесноте, глубине и силе взаимосвязи между рассматриваемыми показателями биологической ценности животного белка можно судить на основании данных, полученных в результате корреляционного анализа и представленных в таблицах 5, 6, 7.



Модуль коэффициента парной корреляции принимает значения от 0 до 1. Чем ближе значение к единице, тем теснее линейная связь между переменными. Если значение близко к 0, то можно утверждать об отсутствии линейной связи между показателями. Для визуального представления корреляционной зависимости представим ее графически (рисунок 1).

Сравнительный анализ сводных данных (без учета мяса птицы) и данных только для мяса и графических зависимостей позволяет прийти к заключению, что минимальный скор C_м слабо коррелирует с ИНАК и Карпаци, в тоже время ИНАК сильно коррелирует с Карпаци, а V сильно коррелирует с R. Отказываемся от Карпаци и R. В случае с субпродуктами можно отбросить КРАС.

Если ранжировать мясное сырье в соответствии с показателями C_м, U, КРАС, ИНАК, V, то имеем следующую картину (таблицы 8, 9).


Как видно из таблицы 8, при ранжировании по указанным показателям получается довольно неоднозначная картина с большим разбросом в занимаемой позиции (ранге) продукта. Аналогичные результаты были получены и при анализе растительных белков [6].

Из этих показателей формальной оценки биологической ценности белков с точки зрения их аминокислотного состава физиологическим смыслом обладает только минимальный скор См. Остальные представляют собой математическую комбинацию из скоров НАК и ЗАК.

Таким образом, приходим к тривиальному выводу, что на данный момент минимальный скор аминокислот является наиболее наглядным и информативным показателем качества белка, имеющий физиологический смысл и отражающий долю белка доступного организму на пластические нужды. Возможно его следует уточнить с учетом усвояемости лимитирующих аминокислот. Для математического формирования других оценочных критериев необходимо их вербальная формулировка на основе представлений о процессе усвоения белка и роли различных групп аминокислот в этом процессе. Не исключен и квалиметрический подход, если удастся количественно оценить роль и значение избыточных НАК и ЗАК в утилизации белка организмом.

1. Лисицын, А.Б. Теория и практика переработки мяса / А.Б. Лисицын, Н.Н. Липатов, Л.С. Кудряшов, В.А. Алексахина, И.М. Чернуха // под общей ред. академика РАСХН А.Б. Лисицына. — М.: Эдиториал сервис, 2008.— 308 с.
2. Лисицын, А.Б. Мясная промышленность. Энциклопедический словарь / А.Б. Лисицын, И.М. Чернуха, А.А. Семенова и др. — М.: ВНИИМП, 2015.— 256 с.
3. Лисицын, А.Б. Оценка качества белка с использованием компьютерных технологий / А.Б. Лисицын, М.А. Никитина, Е.Б. Сусь // Пищевая промышленность.— 2016.— № 1. — С. 26–29.
4. Кукреш, Л.В. Оценка белка зернобобовых культур по аминокислотному составу / Л.В. Кукреш, И.В. Рышкель // Весцi нацыянальнай акадэмii навук Беларусi (Серыя аграрных навук).— 2008.— № 1. — С. 36–40.
5. Химический состав пищевых продуктов. Кн.2. Справочные таблицы содержания аминокислот, витаминов, макро-микроэлементов, органических кислот и углеводов / под ред. проф., д.т.н. И.М. Скурихина и проф., д.м.н. М.Н. Волгарева. — М.: Агропромиздат, 1987.— 360 с.
6. Зверев, С. Оценка качества белка бобовых культур / С. Зверев, М. Никитина // Комбикорма.— 2017.— № 4. — С. 37–41.

Источник

Краткий обзор по методикам анализа белка в пищевых продуктах

В данном обзоре кратко описаны основные методы определения белка в пищевых продуктах. Указаны основные преимущества и недостатки имеющихся в настоящее время методик и оборудования. Данные обзор может быть полезен для специалистов пищевой промышленности и аналитических лабораторий на производстве продуктов питания. Для простоты восприятия текста при написании обзора авторы сознательно использовали упрощенную лексику и терминологию в описании химических процессов и молекулярной структуры соединений.

1. Введение

Белки ( пептиды) представляют собой « полимеры» аминокислот. Белки состоят из двадцати различных аминокислот. Белки отличаются друг от друга в зависимости от типа, количества и последовательности аминокислот, составляющих основу полипептида. В результате они имеют разные молекулярные структуры и физико-химические свойства. Белки являются основными структурными компонентами многих натуральных продуктов, и зачастую определяют их общую текстуру, например, нежность мяса или рыбопродуктов. Изолированные белки часто добавляются в пищевые продукты в качестве ингредиентов, благодаря своим уникальным функциональным свойствам, их способностью обеспечить внешний вид, структуру или стабильность продукта. Белки нередко используются в процессах гелеобразования, как эмульгаторы, пенообразователи или загустители. Поэтому так важно иметь полную информацию о массовом содержании, типе, молекулярной структуре и функциональных свойствах белков входящих в состав пищевых продуктов.

2. Определение общей концентрации белка

2.1 Метод Кьельдаля

Метод Кьельдаля был разработан в 1883 году пивоваром Иоганном Кьельдалем. Сущность методики заключается в том, что образец продукта разлагается ( сжигается) серной кислотой в присутствии катализатора, после чего полученный после разложения связанный в виде сульфата аммония азот может быть определен подходящей методикой титрования. Количество белка рассчитывается в зависимости от концентрации азота в продукте. В таком виде метод все еще используется и сегодня, хотя существует ряд усовершенствований для ускорения процесса и получения более точных данных. Данная методика считается арбитражным методом определения концентрации белка, например, в казеине. Поскольку метод Кьельдаля не измеряет содержание белка напрямую, необходим коэффициент преобразования ( К), для перерасчета измеренной концентрации азота в концентрацию белка. Коэффициент 6,25 ( что эквивалентно 0,16 г азота на грамм белка) используется для многих приложений, однако, это лишь среднее значение, и каждый белок имеет другой коэффициент преобразования в зависимости от его аминокислотного состава. Подробнее здесь

Метод Кьельдаля удобно разделить на три этапа: сжигание, нейтрализация и титрование.

Разложение. Образец анализируемой пробы взвешивается в специальную колбу, а затем разлагается при нагревании в присутствии серной кислоты ( окислитель), безводного сульфата натрия ( для ускорения реакции за счет повышения температуры кипения) и катализаторов, таких как медь, селен, титан, или ртуть. При разложении любого азота в продукте ( кроме азота, который находится в виде нитратов или нитритов) образуется аммиак, который в растворе сильной серной связывается в ион аммония ( NH ₄ + ) и, следовательно, остается в растворе. Общий вид реакции будет следующим:

N ( food) ® ( NH ₄) ₂ SO ₄ ( 1) N ( белков анализируемого продукта) ® ( NH _{4) 2} SO ₄ ( 1)

Нейтрализация. После разложения содержимое колбы количественно переносят в специальную пробирку для отгонки, добавляют щелочь и отгоняют выделяющийся аммиак. Наиболее полно и гладко этот процесс проходит при использовании метода перегонки с паром. Общий вид реакции будет следующим:

Газообразный аммиак, улавливается в отдельной колбе с избытком раствора бороной кислоты. Низкий рН раствора в колбе способствует переходу газообразного аммиака в ион аммония, и одновременно преобразует борную кислоту в борат ион: Общий вид реакции будет следующим:

Концентрации ионов водорода ( в молях), необходимое для достижения точки эквивалентности соответствует концентрации азота, в первоначальном образце ( уравнение 3). Уравнение ( 5) может быть использовано для определения концентрации азота в образце, который весит м граммов и для титрования которого потрачено х М соляной кислоты:

Где V S и V b объемы тирующей кислоты для образца и холостого опыта, 14g — молекулярная масса азота. Холостую пробу, как правило, используют, если требуется принять во внимание остаточный азот, который может содержаться в реагентах, используемых при проведении анализа. Как только содержание азота определено, можно рассчитать содержание белка с использованием соответствующего коэффициента преобразования:

Массовая доля белка = К * % N.

2.3. Преимущества и недостатки

Метод Кьельдаля широко используется в мире и до сих пор наравне со всеми другими методами. Его универсальность, высокая точность и хорошая воспроизводимость сделали его основным методом для оценки содержания белка в пищевых продуктах. Однако этот метод не отражает меру истинного белка, а определяет только общее содержание азота в образце, не выделяя небелковый азот. При этом в ряде случаев неучитывание при расчетах содержания небелкового азота может привести к критичным ошибкам при определении собственно белка. Более того, для различных белков требуются различные коэффициенты преобразования, вследствие отличия в аминокислотных последовательностях. Даже для различных белков одного продукта ( например, молочных белков молока) коэффициент может отличаться значительно.

Использования концентрированной серной кислоты при высоких температурах также создает значительную опасность, как и использование некоторых дорогостоящих катализаторов. Кроме этого метод Кьельдаля трудоемок и требует значительного времени для его проведения. В настоящее время для снижения трудоемкости, времени и минимизации случайных ошибок разработаны системы различной степени автоматизации для выполнения всех описанных выше стадий анализа.

3. Метод Дюма

Разработанный и принятый не так давно метод Дюма предназначен для быстрого измерения концентрации белка в пробах продуктов питания. Этот метод впервые описан полтора века назад. Он начинает конкурировать с методом Кьельдаля как арбитражный метод анализа белков для некоторых продуктов питания в первую очередь из-за его оперативности.

Образец известной массы сжигается при высокой температуре ( около 900 ° С) в специальной ячейке в присутствии кислорода. Углекислый газ и вода удаляются путем пропускания газов через специальные колонки, которые поглощают их. Содержание азота измеряется путем передачи оставшегося после очистки газа на делительную колонку, на конце которой имеется детектор по теплопроводности. Дополнительно на колонке отделяется остаточной CO ₂ и H ₂ O. Прибор калибруется путем анализа материала, с известной концентрацией азота, например, ЭДТА ( содержание азота 9,59%). После этого, сигнал с детектора по теплопроводности может быть преобразован в содержание азота. Как и для метода Кьельдаля необходимо преобразовывать концентрацию азота в образце, используя подходящие коэффициенты пересчета, которые зависят от точной аминокислотной последовательности белка.

3.2. Преимущества и недостатки

Основное преимущество — это скорость анализа, ( по несколько минут на измерение, по сравнению с несколькими часами для Кьельдаля). Метод не требует токсичных химических веществ или катализаторов. Многие образцы могут быть измерены в автоматическом режиме. Метод прост в использовании.

Недостатки: Высокая начальная стоимость. Кроме того, метод также не дает меру истинного белка и для различных белков нужны различные поправочные коэффициенты. Небольшая масса и размер пробы затрудняет получение репрезентативной выборки.

4. Методы с использованием УФ-видимой спектроскопии

Для измерения концентрации белка существует ряд методов, основанных на УФ-видимой спектроскопии. Эти методы используют либо природные способности белков в поглощении ( или рассеянии) света в УФ-видимой области электромагнитного спектра, либо предусматривает химическую или физическую модификацию белков, чтобы перевести их в форму, поглощающую ( или рассеивающую) свет в этой области. Основные принципы любой из перечисленных ниже методик сходен. Прежде всего, при разработке методики следует выбрать химические группы, которые будут нести ответственность за поглощения или рассеяния излучения, например, пептидные связи, ароматические групп, основные группы для поглощения, для рассеивания — количество агрегированных белков. Далее создается градуировочная ( калибровочная) зависимость поглощения ( или мутности) от концентрации белка, для чего используются ряд белковых растворов с известной концентрацией. Абсорбцию ( или мутность) анализируемой затем пробы определяется по построенной градуировочной зависимости.

Наиболее часто используемые УФ-методики для определения содержания белка в продуктах приводятся ниже:

Прямые измерения при 280 нм. Триптофан и тирозин интенсивно поглощает ультрафиолетовый свет при 280 нм. Во многих белках содержание триптофана и тирозина, остается практически неизменным, так что их поглощения при 280 нм может быть использован для определения их концентрации. Преимущества этого метода в том, что процедура проста для выполнения, метод является неразрушающим, и никаких специальных реагентов не требуется. Основным недостатком является то, что нуклеиновые кислоты поглощают сильно при 280 нм и поэтому могут препятствовать измерению белка, если они присутствуют в достаточной концентрации. Для нивелирования этой проблемы были разработаны методы, в которых поглощение измеряется на двух различных длинах волн.

Биуретовый метод. При взаимодействии ионов меди ( Cu 2 +) с пептидными связями в щелочных условиях продукт дает интенсивную фиолетово-пурпурную окраску. Биуретовый реагент, в готовой форме может быть приобретен как готовый реактив в специализированных магазинах. Его смешивают с белковым раствором, а затем выдерживают в течение 15−30 минут и определяют поглощение при 540 нм. Основным преимуществом этого метода это отсутствие помех от других соединений, которые поглощают на более низких волнах, и сама техника менее чувствительны к типу белка, поскольку она использует поглощения с участием пептидных связей, которые являются общими для всех белков, а не с отдельными его группами. Однако, метод имеет относительно низкую чувствительность по сравнению с другими УФ методами.

Методы со связыванием красителя ( метод Брэдфорда) Сущность таких методов заключается в добавлении « отрицательно заряженного» красителя в раствор белка, рН которого регулируется так, чтобы белок находился в «положительно заряженной» области ( т.е. меньше изоэлектрической точки). При этом белки образуют нерастворимый комплекс с красителем из-за электростатического притяжения между молекулами, а несвязанного краситель остается в растворе. Отрицательно заряженная часть красителя связывается с катионными группами основных аминокислот ( гистидина, лизина и арганина) и любыми свободными аминогруппами. Количество несвязанного красителя, остающегося в растворе, после того как нерастворимый комплекс « белок-краситель» удаляется ( например, центрифугированием) определяется при измерении его поглощения на соответствующей длине волны. Количество белка, которое присутствовало в исходном растворе пропорционально количеству красителя, добавленному первоначально и оставшемуся в растворе. ( Для метода Бредфорда белки и их комплексы с красителем остаются в растворе, меняется интенсивность поглощения ( визуально цвет) на анализируемой длине волны).

Турбометрический метод ( рассеивание). Любые белковые молекулы, растворимые при обычных условия можно перевести в нерастворимую форму путем добавления определенных химических веществ, например, трихлоруксусной кислоты. Таким образом, концентрация белка может быть определено путем измерения степени мутности пропорциональной рассеиванию проходящего через раствор светового луча.

4.2. Преимущества и недостатки

Преимущества: УФ-видимой методы довольно быстро и просто выполнять, и они чувствительны к низкой концентрации белков.

Недостатки: Для большинства методов УФ-видимой спектроскопии необходимо использовать разбавленные и прозрачные растворы, которые не содержат загрязняющих веществ способных поглощать или рассеивать свет на выбранной для анализа длине волне. Необходимость прозрачного раствора означает, что большинство пищевых продуктов, должны пройти длительную пробоподготовку, прежде чем они будут пригодны для анализа, например, гомогенизация, экстракция, центрифугирование, фильтрация. Такая пробоподготовка может занять много времени и быть чрезвычайно трудоемкий. А иногда бывает невозможно количественно извлечь белки из определенных видов пищевых продуктов, особенно после того, как при обработке белки перешли в агрегированное состояние или образовали ковалентные связи с другими веществами. Кроме того, степень абсорбции зависит от типа анализируемого белка, которые могут отличаться в аминокислотных последовательностях.

5. Другие инструментальные методы

Существуют самые различные инструментальные методы для определения общего содержания белка в пищевых продуктах. Их можно разделить на три категории в соответствии с их физико-химическим принципом: ( 1) измерение объемных физических свойств, ( 2) измерения адсорбции излучения, и ( 3) измерение рассеяния излучения. Каждый инструментальных методов имеет свои преимущества и недостатки, и ассортимент объектов, на которые он может быть применен.

Измерение физических свойств. Плотность: плотность белка больше, чем у большинства других компонентов пищи, таким образом, увеличение плотности пищи, напрямую связано с увеличением содержания белка. Следовательно, содержание белка в продукте может быть соотнесено с его плотностью. Показатель преломления: показатель преломления водных растворов увеличивается при увеличении концентрация белка, следовательно, результаты измерения этого показателя могут быть использованы для определения содержания белка.

Измерение адсорбции УФ-видимый: концентрация белков может быть определено путем измерения поглощения УФ-видимого излучения ( подробнее описано выше).

ИК-ближняя и средняя область: Инфракрасные методы могут быть использованы для определения концентрации белков в пищевых продуктах. Белки поглощают в ИК-области за счет собственных молекулярных колебаний ( растяжения и изгиба) определенных химических групп вдоль полипептидной цепочки. Таким образом, измеряя поглощение излучения на определенных длинах волн, можно рассчитать количественную концентрацию белка в образце. Он также не требует особой подготовки образца и является неразрушающим методом контроля. Его основные недостатки — высокая начальная стоимость и необходимость проведения комплексной и сложной калибровки.

Измерение рассеяния излучения. Рассеяние света: Концентрация белковых агрегатов в водных растворах может быть определена с помощью методов измерения рассеяния света, поскольку мутность раствора прямо пропорциональна концентрации белка. Ультразвуковое рассеяния: концентрация белковых агрегатов также может быть определена с помощью ультразвуковых методов рассеяния, поскольку скорость ультразвука и его поглощения связанны с концентрацией белка в растворе.

5.2. Преимущества и недостатки

Основные преимущества и недостатки инструментальных методов упоминалось выше. Также следует отметить, для всех этих методов должна существовать калибровочная кривая, которая с большой долей вероятности будет различной для различных типов белков и пищевых матриц, в которых они содержится. Как следствие все инструментальные методы наиболее корректно работают для анализа пищевых продуктов с относительно простыми композициями. Для продуктов питания, которые содержат множество различных компонентов, концентрация которых может варьироваться, определить вклад белка на фоне других компонентов зачастую бывает затруднительно.

При анализе конкретного пищевого продукта обычно всегда возникает задача выбора конкретной методики для измерения концентрации белка в образце. Как решить, какой метод является наиболее подходящим? Первое, с чем нужно определиться это для каких целей будет проводиться анализ. Если анализ будет проводиться для сторонних организаций, с целью проведения сличений, или же для расчета за товар, следует пользоваться официально признанным арбитражным методом. Так Кьельдаль, и все чаще метод Дюма, были официально утверждены для широкого спектра пищевой промышленности. В противоположность этому, только небольшое число методом УФ спектроскопии были признаны официально. Но к примеру, для молока все чаще используется метод Брэдфорда, поскольку определение белка без одновременного определения и учета небелкового азота в молоке может привести к завышенным результатом с неприемлемой ошибкой.

Для целей контроля качества, часто более полезно иметь быстрый и простой метод измерения содержания белка и, следовательно, методы ИК-спектроскопии являются наиболее подходящими. В лабораториях где проводятся фундаментальные исследования, и где обычно работы выдуться с уже выделенными и очищенными образцами, методы с использованием УФ спектроскопии зачастую предпочтительнее, поскольку они дают быстрые и надежные измерения, и чувствительны к крайне низкой ( до 0,001% масс.) концентрации белка.

Также следует учитывать и другие факторы, которые, возможно, придется рассматривать. В основном это:

Методы Кьельдаля, Дюма, акустические и ИК методы, как правило, не требует специальной пробоподготовки, либо пробопоготовка автоматизирована в соответствующем блоке прибора. Во многих случаях после репрезентативной выборки объект анализируется непосредственно. В противоположность, различные методы УФ спектроскопии, как указано выше, требуют серьезной подготовки образца перед анализом. Белок должен быть сепарирован от образца, что обычно означает различные процедуры гомогенизации, экстракции, фильтрации и центрифугирования. Время, необходимое на анализ, и количество образцов, которые могут быть проанализирован одновременно, также являются важными факторами, которые следует учитывать при определении того, какая методика будет выбрана для анализа.

Другие заслуживающие упоминания факторы — это время амортизации оборудования, его начальная стоимость, наличие или отсутствие требуемого вспомогательного оборудования, стоимость расходных материалов и сроком их годности.

7. Цена вопроса

В заключении приведем ориентировочную стоимость постановки методики [1] :

Источник