Сравнительная характеристика аминокислотного состава белка из традиционных источников и энтомопротеина: расчетные данные

• Зайцева Нина Владимировна
• Зеленкин Сергей Евгеньевич
• Суворов Дмитрий Владимирович
• Шур Павел Залманович
• Лир Дарья Николаевна
• Цао Цонг Хан
• Нгуен Куанг Ханг

Резюме

Рост численности мирового населения ведет к увеличению спроса на пищевые продукты. Вместе с прогнозируемым сокращением спроса на мясные продукты ведется поиск пищевых продуктов нового вида ("новой пищи"), одним из перспективных вариантов которых являются насекомые. В 2023 г. Европейской комиссией в качестве "новой пищи" для потребления человеком зарегистрирована мука, произведенная из домашнего сверчка (Acheta domesticus). В настоящее время аминокислотный состав как пищевых продуктов нового вида, так и включающего их рациона питания не регламентируется. Потенциальный аминокислотный дисбаланс рациона питания при включении в него энтомопротеина подлежит изучению.

Цель работы - охарактеризовать аминокислотный состав моделируемого рациона при использовании белка, полученного из домашнего сверчка.

Материал и методы. Проведен сравнительный анализ фактического рациона, содержащего белок, поступающий из традиционных пищевых продуктов (сценарий 1), и рациона с вероятной заменой говядины, свинины и птицы на продукт, содержащий белок A. domesticus (энтомопротеин) (сценарий 2). Объем потребления пищевых продуктов рассчитывали по результатам оценки выборочного обследования бюджетов домашних хозяйств. В исследование включены пищевые продукты с установленной величиной годового потребления с пересчетом на суточное потребление. Содержание незаменимых аминокислот в белке пищевых продуктов рациона, а также в белке домашнего сверчка оценивали на основании данных релевантных источников. Оценку сбалансированности рациона проводили путем расчета его усвояемости с использованием данных о величине аминокислотного скора, утилитарности незаменимых аминокислот, избыточности содержания отдельных незаменимых аминокислот и сопоставимой избыточности незаменимых аминокислот.

Результаты. Определены суточные объемы потребления основных пищевых продуктов, сформированы сценарии потребления, в том числе с потенциальным использованием белкового продукта на основе энтомопротеина. Сравнительный анализ аминокислотного состава рациона показал существенно более высокое (в 1,4 -2,9 раза) содержание аминокислот в рационе при сценарии 2. Результаты расчета аминокислотного скора и коэффициента утилитарности показали, что рацион с использованием энтомопротеина может обеспечить лучшее использование аминокислот для синтеза белка по сравнению с традиционным рационом, однако усвояемость белка из традиционного рациона выше по сравнению с энтомопротеином (96,8 против 89,1%).

Заключение. Несмотря на то что утилитарность незаменимых аминокислот в сценарии замены мясных продуктов на продукт, содержащий энтомопротеин A. domesticus, выше, а усвояемость белка ниже, выявленные различия незначительны.

Ключевые слова:новая пища; биологическая ценность; насекомые; рацион питания; белок; аминокислотный скор

По прогнозам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), к 2050 г. численность населения Земли превысит 9 млрд человек. Для удовлетворения потребностей населения дополнительно необходимо 70% объемов продовольствия сверх имеющихся на настоящий момент, что является серьезной проблемой из-за ограниченности ресурсов и пахотных земель. Как следствие, разрабатываются более эффективные способы производства традиционных пищевых продуктов и ведется поиск пищевых продуктов нового вида ("новой пищи") для обеспечения прежде всего макронутриентами, в частности белком и незаменимыми аминокислотами, необходимыми для роста, развития и нормального функционирования организма [1]. Вместе с тем, по прогнозам аналитиков Великобритании, к 2030 г. спрос населения США на говядину упадет на 70%, а к 2035 г. - на 80-90%. Аналогичная ситуация прогнозируется и для других рынков продуктов животного происхождения (курицы, свинины, рыбы). В то же время снижение спроса на традиционные пищевые продукты может привести к увеличению спроса на пищевые продукты нового вида [2].

В странах Европы понятие "новая пища" введено с 15 мая 1997 г., когда вступил в силу первый Регламент о новых пищевых продуктах. Так, к "новой пище" могут относиться недавно разработанные, инновационные пищевые продукты; пищевые продукты, произведенные с использованием новых технологий и производственных процессов, а также пищевые продукты, которые традиционно употребляют или употребляли за пределами Европейского союза [3]. При этом внедряемая в оборот "новая пища" должна быть безопасной для потребителя, однако процедура оценки безопасности до начала реализации таких продуктов не предусмотрена.

Аналогичное понятие для "новой пищи" используется в Российской Федерации и странах Евразийского экономического союза. Качество и безопасность "новой пищи" регламентируются требованиями технических регламентов. Согласно Техническому регламенту Таможенного союза ТР ТС 021/2011 "О безопасности пищевых продуктов" при регистрации пищевой продукции нового вида обязательно предоставление результатов исследований (испытаний) образцов этой пищевой продукции, проведенных в аккредитованной испытательной лаборатории, а также иных документов, подтверждающих безопасность для жизни и здоровья человека.

Одним из приоритетных источников "новой пищи" являются насекомые, популяризация которых для использования в пищевых целях была начата ФАО в 2010 г. [4-7]. Выбор такого потенциального источника для производства пищевых продуктов объясняется тем, что большинство пригодных для использования в пищу насекомых богато белком (содержание белка в среднем варьирует от 60 до 77% в пересчете на сухую массу) [8], пищевыми волокнами, полиненасыщенными жирными кислотами, а также может быть потенциальным источником витаминов и минеральных веществ для человека. Кроме того, прирост биомассы насекомых происходит быстрее, чем биомассы домашнего скота и птицы [9-11].

К концу 2010-х гг. мировой рынок использования насекомых для получения пищевого сырья оценивался более чем в 400 млн долларов США, а к концу 2020-х гг. его рост прогнозируется до 8 млрд долларов США [12, 13]. Насекомые как пищевой продукт на протяжении многих лет используются в странах Африки, Азии, Центральной и Южной Америки; таким образом, 2 млрд человек уже используют насекомых как часть рациона, и, по прогнозам, эта величина будет расти, в том числе за счет потребителей за пределами указанных регионов [14]. В январе 2023 г. Европейской комиссией в качестве пищевого источника для потребления человеком зарегистрирована мука, произведенная из домашнего сверчка (Acheta domesticus) [15]. Таким образом, использование насекомых как источника "новой пищи" оправдано интересом мирового сообщества к их производству.

Вместе с тем при использовании насекомых как альтернативного источника белка необходимо учитывать возможное изменение биологической ценности белка рациона, поскольку аминокислотный состав как пищевых продуктов нового вида, так и включающего их рациона питания не регламентируется. Особое внимание следует уделить сравнительной оценке усвояемости незаменимых аминокислот из рациона.

Цель работы - охарактеризовать аминокислотный состав моделируемого рациона при использовании белка, полученного из домашнего сверчка.

Материал и методы

Для оценки сбалансированности рационов питания по аминокислотному составу был проведен сравнительный анализ фактического рациона, содержащего белок, поступающий из традиционных пищевых продуктов (сценарий 1), и рациона с вероятной заменой говядины, свинины и птицы на продукт, содержащий белок A. domesticus (энтомопротеин) (сценарий 2). Объем фактического потребления пищевых продуктов рассчитан по результатам оценки выборочного обследования бюджетов домашних хозяйств [16]. В исследование включены пищевые продукты с установленной величиной годового потребления с пересчетом на суточное потребление.

Содержание незаменимых аминокислот в белке пищевых продуктов фактического рациона, а также в белке домашнего сверчка оценивали на основании данных релевантных источников.

Сбалансированность рациона оценивали путем расчета его усвояемости с использованием данных о величине аминокислотного скора, утилитарности незаменимых аминокислот, избыточности содержания отдельных незаменимых аминокислот и сопоставимой избыточности незаменимых аминокислот.

Аминокислотный состав рациона оценивали по формуле 1:

где A_iрац - концентрация _i-й аминокислоты в рационе, г/100 г белка рациона; A_i - концентрация _i-й аминокислоты в продукте, г/100 г белка; m_i - количество белка в потребляемом _i-м продукте, г/сут.

Для оценки биологической ценности потребляемого с рационом белка рассчитывали аминокислотный скор (C_j, %), выраженный как отношение содержания аминокислот в продукте (рационе) к суточной потребности для взрослого населения [17].

Расчет аминокислотного скора проводили по формуле 2:

где A_j - массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в продукте; A_эj - массовая доля j-й незаменимой аминокислоты, соответствующая эталонной, г/100 г белка.

Аминокислота, встречающаяся в пищевом продукте или рационе питания в наименьшем количестве по отношению к суточной потребности (имеющая наименьшую величину скора при расчете), считается лимитирующей, поскольку она ограничивает синтез белка и формирует потенциальную опасность и риски для здоровья [18].

Стоит учитывать, что аминокислотный состав пищевых продуктов, входящих в рацион, может отличаться от предложенного ФАО/ВОЗ и считающегося оптимальным [17]. Утилизация аминокислот организмом предопределена лимитирующей аминокислотой и численно может быть выражена через показатель утилитарности содержания аминокислоты в белке продукта (u). Утилитарность представляет собой отношение минимального скора к скору каждой аминокислоты для исследуемых продуктов. На основании этого показателя рассчитывается количество каждой незаменимой аминокислоты, которое может быть утилизировано организмом в анаболических целях.

Расчет u проводили по формуле 3:

где A_i - количество каждой аминокислоты, г/100 г белка; a_i - коэффициент утилитарности отдельной аминокислоты; k - количество незаменимых аминокислот.

Коэффициент утилитарности каждой аминокислоты рассчитывали по формуле 4:

где C_min - минимальный скор; C_i - скор каждой аминокислоты по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), % или доли ед.

Избыточность содержания незаменимых аминокислот в рационе (t) определяли по формуле:

Более информативным показателем сбалансированности белка рациона или отдельных пищевых продуктов является показатель сопоставимой избыточности (t_с).

Сопоставимую избыточность определяли по формуле:

Усвояемость аминокислот из рациона (U) определяли по формуле:

Результаты

Для оценки сбалансированности аминокислотного состава рациона с использованием сведений о рационе питания населения были установлены суточные объемы потребления основных пищевых продуктов, а также сформированы сценарии потребления, в том числе с потенциальным использованием белкового продукта на основе A. domesticus (табл. 1).

Содержание незаменимых аминокислот в пищевых продуктах, включая белок домашнего сверчка, представлено в табл. 2.

Проведенный расчет показал, что при сценарии 1 с пищевыми продуктами в сутки в организм поступает 24,4 г незаменимых аминокислот, при этом говядина, свинина и птица обеспечивают поступление 38,4% от общего количества. При сценарии 2 суточное поступление незаменимых аминокислот с пищевыми продуктами (включая белковый продукт, содержащий энтомопротеин) составило 44,1 г, из них 65,9% обеспечиваются белком A. domesticus.

С использованием формулы 1 было определено содержание незаменимых аминокислот в рационе питания для сценариев 1 и 2 (табл. 3).

Сравнительный анализ аминокислотного состава рациона при сценариях 1 и 2 показал существенные различия содержания большинства аминокислот. Так, концентрации незаменимых аминокислот рациона сценария 2 превышали концентрации в сценарии 1 от 1,4 (триптофан) до 2,9 (фенилаланин + тирозин) раза. Аналогичные различия установлены при расчете аминокислотного скора (табл. 4).

Полученная величина аминокислотного скора свидетельствует о том, что белковая составляющая рациона сценария 2 является более полноценной по сравнению с белком рациона в сценарии 1. Лимитирующими аминокислотами для рациона, содержащего традиционные продукты, являлись метионин и цистеин.

На основании данных об аминокислотном скоре определена величина коэффициента утилитарности незаменимых аминокислот (табл. 5).

Установлено, что поступление незаменимых аминокислот с рационом в обоих сценариях может быть избыточным, и, следовательно, большая часть поступивших аминокислот будет выводиться из организма или метаболизироваться [25]. Разница коэффициента утилитарности рациона составила 14%, что свидетельствует о том, что применение белка A. domesticus может способствовать лучшему использованию аминокислот для синтеза белка.

Вместе с тем усвояемость аминокислот из белка рациона, содержащего энтомопротеин, ниже по сравнению с фактическим рационом на 7,7% (89,1 против 96,8%) (табл. 6).

Таким образом, отличия в показателях утилитарности и усвояемости фактического рациона питания и моделируемого сценария при полной замене мясных продуктов на продукт, содержащий энтомопротеин, незначительны.

Обсуждение

Оценке белкового состава насекомых посвящен ряд исследований. Так, С. Xiaoming и соавт. оценили содержание белка у 100 видов насекомых (включая домашнего сверчка), где оно находилось в диапазоне от 13,0 до 77,0% по сухому веществу, что, по мнению авторов, отражает большую изменчивость тестируемых видов [30]. J. Ramos-Elorduy и соавт. исследовали в Мексике 87 видов съедобных насекомых, среднее содержание белка в которых варьировало от 15 до 81%. В работе также изучали его усвояемость, которая составила от 76 до 96% [31]. По результатам исследования M.D. Finke установлено, что усвояемость белка в среднем лишь немногим меньше значений усвояемости яичного белка (95%) или белка говядины (98%) и выше, чем для многих растительных белков [32].

При анализе содержания незаменимых аминокислот в муке, изготовленной из нескольких видов насекомых, включая домашнего сверчка, авторы пришли к заключению, что содержание 8 незаменимых аминокислот превышает рекомендуемые ФАО/ВОЗ рекомендации для взрослых, но не для детей, и что экстракция белка насекомых с целью потенциального использования человеком в пищевых целях может способствовать широкому признанию насекомых в качестве важного источника пищи [33].

C.L. Payne и соавт. исследовали аминокислотный состав мясных продуктов, мясных субпродуктов и пищевых продуктов, произведенных с использованием белка насекомых, и пришли к заключению, что содержание белка в 100 г продукта из взрослого сверчка (20,1 г) соизмеримо с содержанием в 100 г свинины (20,1 г), превышает содержание в 100 г куриного мяса (19,9 г), однако в говядине содержание белка превышает содержание в сверчке (20,6 г в 100 г продукта) [34].

Следовательно, при внедрении энтомопротеина как альтернативного источника незаменимых аминокислот следует учитывать вид выбранного для этих целей насекомого. Во всех указанных выше работах содержание отдельных аминокислот, в том числе незаменимых, а также сравнительная характеристика их содержания в различных продуктах с оценкой биологической ценности белка не представлены.

В настоящем исследовании выполнена сравнительная характеристика рациона питания населения при различных сценариях - фактическом потреблении пищевых продуктов и потенциальном на фоне замены белка говядины, свинины и птицы на белок, полученный из A. domesticus. Результаты позволили установить, что замена белка, поступающего из традиционных пищевых продуктов, на энтомопротеин не будет сопровождаться существенным изменением аминокислотного состава и параметров утилитарности и усвояемости рациона.

Заключение

Таким образом, при полной замене мясных продуктов на продукт, содержащий белок A. domesticus, сохраняется необходимое поступление незаменимых аминокислот. Несмотря на то что утилитарность незаменимых аминокислот в сценарии замены мясных продуктов на продукт, содержащий энтомопротеин A. domesticus, выше, а усвояемость белка ниже, выявленные различия незначительны.

Литература

1. Chriki S., Hocquette J.-F. The myth of cultured meat: a review // Front. Nutr. 2020. Vol. 7. Р. 7. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2020.00007

2. Rethinking Food and Agriculture 2020-2030. A RethinkX Sector Disruption Report. Birmingham, UK : RethinkX; 2019. 76 p.

3. Regulation (EC) No. 258/97 of the European Parliament and of the Council of 27 January 1991 concerning novel foods and novel food ingredients. URL: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:31997R0258&qid=1688374524432 (дата обращения: 11.07.2023).

4. Садыкова Э.О., Шумакова А.А., Шестакова С.И., Тышко Н.В. Пищевая и биологическая ценность биомассы личинок Hermetia illucens // Вопросы питания. 2021. Т. 90, № 2. С. 73-82. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-2-73-82

5. Patel S., Suleria H.A.R., Rauf A. Edible insects as innovative foods: nutritional and functional assessments // Trends Food Sci. Technol. 2019. Vol. 86. Р. 352-359. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.02.033

6. Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). URL: http://www.fao.org (дата обращения: 11.11.2022).

7. Edible insects: future prospects for food and feed security. Rome : Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2013. 201 p.

8. Hanboonsong Y., Jamjanya T., Durst P.B. Six-Legged Livestock: Edible Insect Farming, Collection and Marketing in Thailand. Bangkok, Thailand : Food and Agriculture Organization, Regional Office for Asia and the Pacific, RAP publication, 2013. ISBN 978-92-5-107578-4.

9. Akhtar Y., Isman M.B. Insects as an alternative protein source // Proteins in Food Processing. 2nd ed. / ed. R.Y. Yada. Woodhead Publishing, 2018. Р. 263-288. ISBN 978-0-08100722-8. DOI: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-100722-8.00011-5

10. Akullo J., Agea J., Obaa B., Acai J., Nakimbugwe D. Nutrient composition of commonly consumed edible insects in the Lango sub-region of northern Uganda // Int. Food Res. 2018. Vol. 25, N 1. Р. 159-165.

11. Snodgrass J.J., Leonard W.R., Robertson M.L. The energetics of encephalization in early hominids // The Evolution of Hominin Diets. Vertebrate Paleobiology and Paleoanthropology / eds J.J. Hublin, M.P. Richards. Dordrecht : Springer, 2009. Р. 15-29. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-9699-0_2

12. MacKenzie W., Hoelle J. A review of edible insect industrialization: scales of production and implications for sustainability // Environ. Res. Lett. 2020. Vol. 15, N 12. Article ID 123013. DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/aba1c1

13. Liceaga A.M. Edible insects, a valuable protein source from ancient to modern times // Adv. Food Nutr. Res. 2022. Vol. 101. Р. 129-152. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.afnr.2022.04.002

14. Grabowski N.T., Tchibozo S., Abdulmawjood A., Acheuk F., Guerfali M.M., Sayed W.A.A. et al. Edible insects in Africa in terms of food, wildlife resource, and pest management legislation // Foods. 2020. Vol. 9, N 4. Р. 502. DOI: https://doi.org/10.3390/foods9040502

15. Commission Implementing Regulation (EU) 2023/5 of 3 January 2023 authorising the placing on the market of Acheta domesticus (house cricket) partially defatted powder as a novel food and amending Implementing Regulation (EU) 2017/2470 // Official Journal of the European Union. 4.1.2023. L 1-9/9.

16. Потребление продуктов питания в домашних хозяйствах в 2021 году по итогам выборочного обследования бюджетов домашних хозяйств. URL: https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/Potreb_prod_pitan-2021.pdf (дата обращения: 19.05.2023).

17. Dietary protein quality evaluation in human nutrition: report of an FAO Expert Consultation. Rome : FAO, 2013. 66 р. URL: http://www.fao.org/3/a-i3124e.pdf (дата обращения: 17.07.2023).

18. Hambraeus L. Protein and amino acids in human nutrition // Reference Module in Biomedical Research. 3rd ed. United States : Elsevier, 2014. P. 1-13. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.00028-3

19. Ибрагимова З.Р., Кумалагова З.Х. Сравнительный анализ пищевой ценности и биологических свойств импортной и отечественной говядины // Владикавказский медико-биологический вестник. 2010. Т. 10, № 17. С. 71-75.

20. Алексеев А.Л., Крыштоп Е.А., Барило О.Р., Сагнитаева С.Р. Аминокислотный состав мышечной ткани свиней различных пород и типов Ростовской области // Аграрный вестник Урала. 2011. Т. 3, № 82. С. 24-25.

21. Аникина В.А., Чиркина Т.Ф. Технология функционального продукта из мяса бройлеров // Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 42, № 3. С. 5-11.

22. Зобкова З.С., Федулова Л.В., Фурсова Т.П., Зенина Д.В., Котенкова Е.А. Биологическая ценность белка творога, изготовленного с применением трансглутаминазы, и особенности его влияния на растущих крыс // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 2. С. 44-52. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10018

23. Химический состав пищевых продуктов. Т. 2 : справочник. 2-е изд. / под ред. И.М. Скурихина, М.Н. Волгарева. Москва : Агропромиздат 1987. 360 с.

24. Власова Ж.А., Цугкиев Б.Г. Пищевая ценность сыра "Аланский" // Сыроделие и маслоделие. 2010. № 1. С. 26-27.

25. Лысиков Ю.А. Аминокислоты в питании человека // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2012. № 2. С. 88-105.

26. Зенкова А.Н., Панкратьева И.А., Политуха О.В. Рисовая крупа - продукт здорового питания // Хлебопродукты. 2014. № 9. С. 52-54.

27. Щеколдина Т.В., Кудинов П.И., Бочкова Л.К., Сочиянц Г.Г. Влияние белкового изолята из подсолнечного шрота на аминокислотный состав хлеба // Техника и технология пищевых производств. 2009. Т. 1, № 12. С. 60-63.

28. Васюкова А.Т., Тихонов Д.А., Мошкин А.В., Богоносова И.А., Портнов Н.М., Кулаков В.Г. Оптимизация аминокислотного состава комбинированных продуктов для школьного питания // Вопросы детской диетологии. 2020. Т. 18, № 5. С. 54-65. DOI: https://doi.org/10.20953/1727-5784-2020-5-54-65

29. Ojha S., El-Din Bekhit A., Grune T., Schluter O.K. Bioavailability of nutrients from edible insects // Curr. Opin. Food Sci. 2021. Vol. 41. P. 240-248. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.08.003

30. Xiaoming C., Ying F., Hong Z. Review of the nutritive value of edible insects. Edible insects and other invertebrates in Australia: future prospects // Proceedings of a Workshop on Asia-Pacific Resources and their Potential for Development, 19-21 February 2008. Bangkok, 2010. P. 85-92.

31. Ramos-Elorduy J., Pino J.M., Prado E.E., Perez M.A., Otero J.L., de Guevara O.L. Nutritional value of edible insects from the state of Oaxaca, Mexico // J. Food Compos. Anal. 1997. Vol. 10, N 2. Р. 142-157. DOI: https://doi.org/10.1006/jfca.1997.0530

32. Finke M.D. Nutrient content of insects // Encyclopedia of Entomology / ed. J.L. Capinera. London; Dordrecht : Kluwer Academic, 2004. P. 1562-1575. ISBN 978-1-4020-6242-1.

33. Brogan E.N., Yong-Lak P., Matak K.E., Jaczynski J. Characterization of protein in cricket (Acheta domesticus), locust (Locusta migratoria), and silk worm pupae (Bombyx mori) insect powders // LWT Food Sci. Technol. 2021. Vol. 152. Article ID 112314. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112314

34. Payne C.L., Scarborough P., Rayner M., Nonaka K. Are edible insects more or less "healthy" than commonly consumed meats? A comparison using two nutrient profiling models developed to combat over- and undernutrition // Eur. J. Clin. Nutr. 2016. Vol. 70, N 3. Р. 285-291. DOI: https://doi.org/10.1038/ejcn.2015.149

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)