Amaranth flour: characteristics, comparative analysis, application possibilities

• I.M. Zharkova
• Lidiya A. Miroshnichenko
• A.A. Zvyagin
• Irina A. Bavykina

Abstract

Amaranth flour – a product of amaranth seeds processing – is a valuable industrial raw material that has an unique chemical composition and may be used for nutrition of people suffering from intolerance to traditional cereals protein, including celiac disease patients. The research aim was to study the composition of amaranth flour of two types compared with semolina which is traditionally used for nutrition by Russian population, as well as to compare the composition of milk amaranth flour porridge with milk semolina porridge. The composition of amaranth whole-ground flour and amaranth flour of premium grade processed from amaranth seeds grown in Voronezh region has been researched.

Keywords:amaranth whole-ground flour and premium grade, chemical composition, intolerance to traditional cereal protein, celiac disease, gluten-free products

Амарантовая мука представляет продукт переработки семян амаранта - зерновой культуры, мало известной и недостаточно широко используемой в России, но в последнее время привлекающей все большее внимание специалистов и производителей благодаря своим особым свойствам. В мире известно около 65 родов и более 900 видов амаранта, в России произрастает 17 видов этого однолетнего растения семейства амарантовых. В соответствии с ГОСТ Р ИСО 5526-99 амарант отнесен к продовольственным культурам.

На рынке стран Северной и Южной Америки, Китая и Юго-Восточной Азии присутствует более 30 наименований пищевых продуктов из амаранта: вермишель, макароны, чипсы, бисквиты, кексы, вафли, напитки, соусы, продукты детского питания.

Благодаря высокой урожайности, высокой пищевой ценности и уникальному химическому составу амарант признан экспертами продовольственной комиссии ООН наиболее перспективной зерновой культурой XXI в. [17].

Семена амаранта содержат в среднем 14,0-20,0% белка, 60-62% крахмала, 5,8-9,7% жира и 3,9-16,5% пищевых волокон [18]. В белке семян амаранта преобладают водо- и солерастворимые фракции, на долю которых приходится до 75% от общей суммы белков. По содержанию аминокислоты лизина белок амаранта в 2 раза превосходит белок пшеницы. Благодаря высокому содержанию лизина, тирозина, фенилаланина, изолейцина и балансу между всеми незаменимыми аминокислотами биологическая ценность белка амаранта выше, чем у пшеничного белка на 15-18% [6, 18]. Основу липидного компонента составляют ненасыщенные жирные кислоты. Липидная фракция содержит до 8% сквалена - ненасыщенного углеводорода [8], обладающего антиоксидантным и антиканцерогенным действием. Для сравнения: в оливковом масле этого биологически активного вещества содержится 0,7%, в масле из пшеничных зародышевых хлопьев - 0,1% [7, 18]. Сквален выполняет в организме человека роль регулятора липидного и стероидного обмена, являясь предшественником целого ряда гормонов, холестерина и витамина D, обладает способностью снижать уровень холестерина в сыворотке крови и в печени [1, 10, 12]. Сквален также повышает содержание в тканях атомарного кислорода, противостоящего на молекулярном уровне свободным радикалам, чем объясняется его высокая противоопухолевая активность [12]. Для крахмала семян амаранта характерна высокая сорбционная способность, растворимость, температура желатинизации и пониженные по сравнению с пшеничным крахмалом набухающая способность и способность к ретроградации. Семена амаранта служат источником витаминов (В 1 , В 2 , В 9 , РР, Н, С, Е) и минеральных веществ (Р, K, Са, Fe, Mg и др.) [6, 18].

Следует отметить, что токоферолы зерна амаранта на 70-80% представлены β- и γ-токоферолами, на 20,0-25,0% - δ-токоферолами, 5,0-10,0% - α-токоферолами [18]. Ценный состав и свойства придают особую пищевую ценность амаранту в современном мире, поскольку все более острой становится проблема непереносимости белков традиционных зерновых культур (пшеницы, ржи, ячменя, овса), что требует исключения их из рациона питания. Такая непереносимость связана, во-первых, с пищевой аллергией на белок указанных злаков, а во-вторых, с генетическим заболеванием целиакией.

Пищевая аллергия является распространенной патологией в мире и в России, особенно среди детей первых лет жизни. В настоящее время установлено более 160 пищевых аллергенов.

В "большую восьмерку" продуктов, обладающих наибольшей аллергенностью для детей, входят коровье молоко, куриное яйцо, рыба, пшеница, арахис, соя, орехи, ракообразные [11]. Аллергия к традиционным крупам встречается у 31-43% больных атопическим дерматитом [14]. Лечение и профилактика пищевой аллергии заключается в соблюдении гипоаллергенной диеты с исключением причинно-значимых для больных аллергенов, в том числе пшеничной муки.

Целиакия представляет иммуноопосредованное системное заболевание, вызываемое глютеном или, точнее, соответствующими проламинами (глиадином пшеницы, секалинами ржи, гордеинами ячменя), у генетически предрасположенных индивидуумов, характеризующееся наличием разнообразных сочетаний глютен-зависимых клинических проявлений [16]. Важнейшим результатом эпидемиологических исследований, проведенных в мире за последние 20 лет, стал пересмотр данных о распространенности целиакии. Если раньше считалось, что целиакия - это редкая патология, то в настоящее время доказано, что 0,5-1% населения США и большинства стран Европы страдают этим заболеванием [3, 4, 16]. Ранняя диагностика и своевременно начатое лечение позволяют добиться купирования интестинальных и экстраинтестинальных симптомов, нормализации роста и развития детей, провести профилактику осложнений (лимфом кишечника, остеопороза, бесплодия, неврологических нарушений). Чрезвычайно важно отметить, что самым эффективным методом лечения целиакии является строгая безглютеновая диета на протяжении всей жизни [4, 13, 16], когда из питания полностью исключаются продукты, изготовленные на основе пшеницы, ржи, ячменя, овса. Амарантовая мука не содержит глютен и может быть использована в питании больных целиакией [5, 9].

Целью настоящей работы стало изучение состава амарантовой муки 2 сортов в сравнении с традиционно применяемой в питании населения России манной крупой, а также молочной каши из амарантовой муки в сравнении с молочной манной кашей.

Материал и методы

Для исследований использовали муку амарантовую цельносмолотую (ТУ 9293-006-18932477-2004), а также высшего сорта (ТУ 9293-00477872064-2011), крупу манную марки М по ГОСТ 7022-97 и для приготовления каш - молоко коровье питьевое по ГОСТ 52090-2003. Амарантовая мука была получена из сырья, выращенного в Воронежской области.

Для оценки качества белка муки, крупы и каш применяли следующие характеристики:

1. Коэффициент утилитарности аминокислотного состава (U, %), численно характеризующий сбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к физиологически необходимой норме - эталону:

U = C_min ΣА_э/А_б , (1)

где C_min - минимальный скор незаменимых аминокислот оцениваемого белка по отношению к эталону, %; А_э - массовая доля j-й незаменимой аминокислоты, соответствующая физиологически необходимой норме (эталону), г/100 г белка;

Аб - массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в продукте, г/100 г белка.

2. Биологическая ценность (БЦ, %), отражающая качество белка, включающая степень сбалансированности его аминокислотного состава:

БЦ = 100-КРАС, (2)

где КРАС - коэффициент различия аминокислотного скора, показывающий избыточное количество незаменимых аминокислот, используемых на пластические нужды:

КРАС = Σ(АСi - АC_min )/n, (3)

где АС_i - аминокислотный скор определенной незаменимой аминокислоты, %; АС min - аминокислотный скор лимитирующей аминокислоты, %; n - количество незаменимых аминокислот.

Результаты и обсуждение

Из семян амаранта вырабатывают цельносмолотую амарантовую муку, обладающую высокой пищевой ценностью, в соответствии с ТУ 9293-00618932477-2004; сортовую амарантовую муку, в том числе высшего сорта, по ТУ 9293-004-778720642011, которая по количественному соотношению компонентов близка к пшеничной хлебопекарной муке. Технология производства сортовой амарантовой муки защищена патентом Российской Федерации № 2 209 233.

Для амарантовой муки высшего сорта характерен цвет белый с желтоватым или сероватым оттенком, а для муки цельносмолотой - с заметными частицами оболочек зерна; запах и вкус - специфические, свойственные данному виду сырья.

Результаты исследования состава амарантовой муки в сравнении с манной крупой - традиционным продуктом питания взрослых и детей России - представлены в табл. 1.

Таблица 1. Состав амарантовой муки и манной крупы

Из табл. 1 видно, что амарантовая мука содержит белка на 10,8-24,3% больше по сравнению с содержанием в манной крупе, причем более сбалансированного по незаменимым аминокислотам (табл. 2, 3). В амарантовой муке высшего сорта содержание жира в 2,4 раза меньше, чем в цельносмолотой, однако на 45% выше, чем в манной крупе. Содержание усвояемых углеводов, в том числе крахмала, в амарантовой муке несколько ниже, чем в манной крупе, что является положительным фактором. Амарантовая мука значительно превосходит манную крупу по содержанию клетчатки, а также по массовой доле золы (косвенной характеристике количества минеральных веществ). Следует отметить, что незначительное увеличение энергетической ценности цельносмолотой амарантовой муки происходит за счет жира на фоне более высокого содержания белка и пониженного содержания крахмала. Это особенно ценно благодаря лучшей сбалансированности аминокислот амарантовой муки по сравнению с манной крупой, о чем свидетельствуют полученные нами данные (табл. 2, 3).

Таблица 2. Содержание аминокислот белка муки и каши

Таблица 3. Показатели качества белка муки (крупы) и каши

Анализ экспериментальных данных (табл. 2) и результатов расчетов, представленных в табл. 3, свидетельствует о том, что амарантовая мука высшего сорта обладает более ценным составом аминокислот по сравнению с манной крупой: скор по лизину составляет 107,54 и 40,95% соответственно.

Коэффициент различия аминокислотного скора белка амарантовой муки на 28,04% меньше, чем у белка манной крупы, а значение биологической ценности выше на 22,65%. Между показателями качества белка молочных каш, сваренных из манной крупы и амарантовой муки с пониженным содержанием жира, наблюдается аналогичная зависимость: во втором случае КРАС ниже на 20,04%, а БЦ выше лишь на 3,36%. Существенное увеличение показателя биологической ценности молочной манной каши происходит за счет хорошей сочетаемости белка манной крупы и белка коровьего молока. Коэффициент утилитарности аминокислотного состава белка амарантовой муки на 46,51% выше, чем у белка манной крупы, что свидетельствует о лучшей их сбалансированности по незаменимым аминокислотам.

Данные табл. 3 свидетельствуют также о том, что за счет коровьего молока белок манной каши характеризуется значительно большей биологической ценностью и коэффициентом утилитарности аминокислотного состава по сравнению с манной крупой (и можно предположить, что с кашей, сваренной на воде).

Неоспоримое преимущество белка амарантовой муки по сравнению с белком пшеницы заключается в их фракционном составе (табл. 4): в преобладании альбуминов и глобулинов, минимальном количестве проламинов и полном отсутствии α-глиадина. Особенно это важно для людей, страдающих таким заболеванием, как целиакия (глютеновая энтеропатия).

Таблица 4. Состав основных белковых фракций зерна пшеницы и семян амаранта

* - цитируется по ТУ 9290-007-18932477-2001; ** - цитируется по [2]; *** - в зерне пшеницы.

Амарантовая мука выгодно отличается от манной крупы по содержанию некоторых минеральных веществ и витаминов. Массовая доля натрия и калия в молочных кашах амарантовой и манной идентична (табл. 5). В амарантовой молочной каше содержание таких минеральных веществ, как кальций, магний, фосфор и железо, выше, чем в манной в 2,17, 2,00; 1,14 и 1,88 раза соответственно; а также витамина В 1 - в 3,25 раза.

Таблица 5. Содержание витаминов и минеральных веществ в молочных кашах

Таким образом, на основании проведенных экспериментальных исследований и анализа литературы можно сделать вывод о возможности и целесообразности введения в рацион питания детей и взрослых продуктов на основе амарантовой муки, в том числе цельносмолотой и сортовой.

Основные преимущества амарантовой муки:

1) содержание белков на 10,8-24,3% больше, чем в манной крупе, причем их биологическая ценность и коэффициент утилитарности выше соответственно на 22,65 и 46,51%;

2) скор по лизину в белке амарантовой муки высшего сорта составляет 107,54%, тогда как в белке манной крупы лишь 40,95%;

3) массовая доля усвояемых углеводов, в том числе крахмала, несколько ниже по сравнению с манной крупой - соответственно 2,79-12,85 и 4,76-15,85%, а клетчатки, наоборот, - выше в 15,5-30 раз;

4) возможность употребления продуктов на основе амарантовой муки людьми, страдающими целиакией или аллергией к белкам пшеницы.

Литература

1. Антончик А.В. Оксистерины: генезис и основные функции // Биоорган. химия. - 2007. - Т. 33, № 3. - С. 297-309.

2. Ауэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства / Под общ. ред. Л.И. Пучковой. - СПб.: Профессия, 2002. - С. 416.

3. Бельмер С.В. Эпидемиология целиакии: факты и выводы // Леч. врач. - 2013. - № 1. - С. 16-19.

4. Вохмянина Н.В. Современное представление о целиакии. - СПб.: Издательство СПбГМУ; Тверь: Триада, 2009. - 152 с.

5. Высогина Г.И. Амарант (AMARANTHUS L.): химический состав, перспектива использования (обзор) // Химия растительного сырья. - 2013. - № 2. - С. 5-14.

6. Жаркова И.М., Мирошниченко Л.А. Амарантовая мука - эффективное средство для производства здоровых продуктов питания // Хлебопродукты. - 2012. - № 12. - С. 54-55.

7. Железнов А.В. Амарант - хлеб, зрелище и лекарство // Химия и жизнь. - 2005. - № 6. - С. 56-61.

8. Коренская И.М., Фурса Н.С., Мирошниченко Л.А. Состав жирных кислот масла семян амаранта печального // Фармация. - 2011. - № 8. - С. 16-18.

9. Матвеева И., Нестеренко В. Перспективные виды сырья для производства безглютеновых изделий // Хлебопродукты. - 2011. - № 8. - С. 42-44.

10. Мирошниченко Л.А., Золоедов В.И., Волынкина А.П. и др. Влияние амарантового и подсолнечного масел, используемых в диетотерапии больными сахарным диабетом типа 2, на показатели углеводного и липидного обмена // Вопр. питания. - 2008. - № 6. - С. 53-57.

11. Национальная программа оптимизации вскармливания детей первого года жизни в Российской Федерации. - М., 2010. - 68 с.

12. Попова И.Ю., Водяник А.Р. // Амарантовое масло как источник сквалена. Обзор применения и новый способ получения. http://www.extract.ru/?id=98

13. Ревнова М.О. Безглютеновая диета как безальтернативный метод лечения целиакии: проблемы и решения // Terra Medica. - 2008. - № 4. - С. 35-37.

14. Субботина О.А., Геппе Н.А., Примак Е.А. и др. Аллергические реакции на крупы у детей с атопией // Вопр. питания. - 2013. - № 4. - С. 34-38.

15. Флоренская Н.К. Технохимический контроль качества сырья и комбикормов. - М.: Колос. 1968. - 104 с.

16. Целиакия у детей / Под ред. С.В. Бельмера, М.О. Ревновой. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.:ИД "Медпрактика-М", 2013, 416 с.

17. Чиркова Т.В. Амарант - культура ХХI века // Сорос. образоват. журн. - 1999. - № 10. - С. 22-27.

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.