Dr. Horváth Erika:
Növényi fehérjék vizsgálata a táplálkozástudomány és az élelmiszertechnológia szempontjából
Humil Kft. 1995.

1979-ben bekapcsolódva a Központi Élelmiszeripari Kutató Intézet Gyártmányfejlesztési Osztályán folyó kutatási munkákba, kollégáimmal együtt széleskörűen foglalkoztam a növényi fehérjék, és ezen belül is elsősorban a szójabab és sárgaborsó fehérjéinek kutatásával, kiemelten a kémiai és táplálkozásbiológiai tulajdonságaikkal, valamint élelmiszeripari felhasználhatóságukkal.
Kutatási eredményeimet számos, a mellékletben közölt hazai és külföldi előadás, valamint publikáció ismerteti.
Jelen dolgozatban a növényi fehérjék in vitro és in vivo tápértékeivel, techno-funkciós tulajdonságaival, fehérjeszerkezetével kapcsolatos eredményeimet foglaltam össze, különös tekintettel a különböző szemcseméretre való őrlés, valamint az extrudálás és a nagyfrekvenciás (dielektromos) hőkezelés hatására.

Tudományos eredményeim a következő csoportosításokban foglalhatók össze:
 

I. Szójafehérjék húsfehérje-tápértéket befolyásoló hatása

A fehérjekomplettálás összefüggéseinek vizsgálatánál munkáimban kiemelt szerepet kapott a teljes olajtartalmú extrudált szójaliszt tápérték-befolyásoló hatásának vizsgálata.

Munkám során marhahús és szójaliszt, valamint sertéshús és szójaliszt különböző arányú ( a marhahús és szójaliszt keverékekben a húsfehérje:szójafehérje aránya 82:18, 70:30, 50:50, sertéshús és szójaliszt keverékeiben a fehérjearány 80:20, 71:29, 51:49) modell-keverékeinek tápértékváltozását követtem nyomon nyers és 121 ^oC -on konzervdobozban hőkezelt keverékekben. Az aminosavösszetételük alapján különböző in vitro tápérték indexeket számítottam ki, valamint állatkísérletekben in vivo fehérjetápértékeket is meghatároztam.

A vizsgálatokból megállapítottam, hogy az in vitro tápértékek közül a nyersen liofilizált minták CS-értéke (Chemical Score) közel azonos. Hasonló eredményt mutatnak az EAAI (Essential Amino Acid Index) értékek is. A PV (Predicted Value) értékekben gyakorlatilag nincs különbség.

A húsok és a szójaliszt modellkeverékei fehérjetápértékének eredményei azt mutatják, hogy nyers állapotban a húsfehérjéhez kevert 18-20 % szójafehérje még nem csökkenti a tápértéket, nagyobb szójafehérje mennyiségeknél a fehérjetápérték csökken, amit az in vivo NPU (Net Protein Utilization) és NPR (Net Protein Ratio) adatok is alátámasztanak.

A hőkezelésnek az in vitro tápértékekre gyakorolt hatását vizsgálva megállapítottam, hogy ugyanazon kiindulási anyagú nyers és hőkezelt minták CS-értékei között lényegi különbség nincs, csak az 50 % - ban szójafehérjét tartalmazó mintánál mutatható ki jelentősebb fehérje-tápérték csökkenés. Az EAAI értékek között esetenként található különbségek nem azonos irányúak, így a hőkezelés hatására ebből egyértelmű következtetést levonni nem lehet. A hőkezelt minták PV-értékei, in vitro emészthetősége és c-PER (computed Protein Efficiancy Ratio) értékei minden esetben kisebbek mint az azonos nyers mintáké. A hőkezelt minták NPU és NPR értékei is kisebbek a nyers mintákénál.

A hőkezelés hatására az azonos összetételű keverékeknél egyes aminosavak mennyisége csökkent. Különösen érzékeny a metionin, cisztin, lizin. Az aminosavtartalom csökkenése is oka lehet, hogy a hőkezelt minták tápértéke kisebb, mint a nyers mintáké.121 ^oC-on olyan kémiai változások játszódnak le a fehérjékben, így a húsfehérjékben is, amelyek megváltoztatják hasznosulásukat a szervezetben. Ennek magyarázata lehet néhány aminosav oxidációja, az aminosavak hozzáférhetőségének és a fehérjeemészthetőségnek a csökkenése.

A marha- illetve sertéshús és szójaliszt modellkeverékeinél a 121 ^oC-on történt hőkezelés csökkenti az in vivo és in vitro fehérjetápértéket a nem hőkezelt mintákhoz viszonyítva. A hőkezelés csökkenti a húsfehérjék tápértékét is. A hőkezelt modellkeverékeknél is levonható az a következtetés, hogy a 18-20 % szójafehérjét tartalmazó keverékek tápértéke még megközelíti a hőkezelt húsminta tápértékét.

Regressziós számításokat végeztem, hogy azonos minták in vitro és in vivo tápérték-indexei között milyen összefüggés található. Megállapítottam, hogy az in vivo indexek (NPU és NPR) valamint a Chemical Score (CS), az in vitro emészthetőség (D) és a Computed Protein Efficiency Ratio (c-PER) között szoros a korreláció: a korrelációk értékei R = 0,778 és R = 0,888 között voltak.
A PV és. EAAI értékei már nem korreláltak szorosan az in vivo tápértékekkel.

Az eredmények alapján megállapítottam, hogy
 

• 20-21% arányig a szójafehérje még nem csökkenti a húsfehérje tápértékét, majd nagyobb arányban keverve a kéntartalmú aminosavak limitálóvá válnak a szója-húsfehérje keverékekben,
• a 121 ^oC-on végzett hőkezelés rontja a fehérjék in vivo és in vitro tápértékét,
• a kapott korrelációk megerősítették, hogy a CS tápérték index segítségével in vitro is jó megközelítést adhatunk egy fehérje tápértékéről,
• a különböző tápérték-indexek eredményei azt mutatják, hogy egy fehérje tápértékét megalapozottan úgy jellemezhetjük, ha az in vivo és in vitro módszereket együttesen alkalmazzuk.

II. Sárgaborsóliszt szélfrakcionált mintáinak tulajdonságai

Széleskörűen jellemeztem a Törökszentmiklósi Gabonaforgalmi és Malomipari Vállalatnál szélfrakcionálással előállított sárgaborsóliszt frakciókat. Meghatároztam beltartalmi összetételüket, funkciós tulajdonságaikat, emészthetőségüket, aminosavösszetételüket, szemcseméretüket.

Megállapítottam, hogy a finom frakciók (kis szemcseméret) nagy fehérjetartalmúak, míg a goromba frakciók (nagy szemcseméret) fehérjetartalma kicsi. Az eredmények így bizonyítják, hogy a szemcseméret szoros korrelációban van a fehérjetartalommal, s minél kisebb a szemcsemérete a sárgaborsólisztnek, annál nagyobb a fehérjetartalma. A fehérjetartalom növekedésével egyenes arányban nő a minták zsírkötőképessége, míg a vízkötőképességben csökkenés figyelhető meg. A sárgaborsó-frakciókban a fehérjetartalom növekedésével az emulgeáló-készség növekszik. A nagy fehérjetartalmú frakcióknak a fehérjeemészthetősége is nagyobb. A fehérjetartalom és az emulgeáló aktivitás, valamint a fehérjeemészthetőség szoros korrelációban van egymással.

A vizsgált sárgaborsóliszt frakciókban azonos volt a fehérjék aminosavösszetétele és minden esetben a kéntartalmú aminosavak voltak limitálóak.
Fentiek, továbbá a laboratóriumi termékgyártások alapján megállapítottam, hogy a sárgaborsó őrlemény szabályozott frakcionálásával az alapanyaghoz (sárgaborsóhoz) képest azonos fehérje-tápértékű, 40-60 % fehérjetartalmú adalékanyag állítható elő, amely az élelmiszeripar számos területén alkalmazható lehet.

Az eredmények azt bizonyítják, hogy

• a szélfrakcionálással szétválasztott sárgaborsólisztek fehérjetartalmát a szemcseméretük határozza meg,
• a növényi élelmiszeripari adalékanyagok techno-funkciós tulajdonságai szoros korrelációban vannak a fehérjetartalommal,
• a sárgaborsóliszt finomőrlése és frakcionálása nem változtatja meg a fehérjéik aminosavösszetételét és az in vitro tápértékét. Valamennyi frakcióban a kéntartalmú aminosavak (metionin+cisztin) a limitálóak.

III. Extrudálás hatása a szójafehérjékre

Az élelmiszer-feldolgozás során a fehérjék sokszor vannak hőkezelésnek kitéve és ezáltal a fehérjeszerkezetük is jelentősen megváltozik. A termikus hatást három kísérletsorozatban, szójalisztek extrudálásával modelleztem és megállapítottam a fehérjék és fehérjefrakciók változásait.

Az első kísérlet sorozatban 16 % állandó nedvességtartalom mellett 120, 160, és 200 ^oC végső extrudálási hőmérsékletnél extrudáltam a szójaliszteket.
A második kísérletsorozatban állandó kiindulási nedvességtartalom (8%) mellett változó extrudálási hőmérsékleteknél ( 140,160, 170,180, 200 ^oC),
a harmadik kísérletsorozatban állandó extrudálási hőmérséklet ( 160 ^oC) mellett változó kiindulási nedvességtartalmakkal (8,12,14, 16,18 %) extrudáltam a teljes olajtartalmú szóját. Meghatároztam a kémiai összetételek, a techno-funkciós tulajdonságok, a tápértékek, a fehérje tulajdonságok és a molekulatömeg-megoszlások változásait.

Az extrudálási hőmérséklet növekedésével csökkent az extrudált szóják nedvességtartalma. A kiindulási nedvességtartalmak növekedése csak minimálisan növelte az azonos hőmérsékleten extrudált minták nedvességtartalmát. Az extrudálás növelte a vízkötőképességet és csökkentette a zsírkötőképességet, de a hőmérséklet és a nedvesség tartalom változásával arányos változásokat nem lehetett kimutatni.

Az extrudálási hőmérséklet növelésével fokozatosan csökkent az Osborne módszerével kinyerhető fehérjék mennyisége (56,1 % és 7,2 %). Ezen belül is a víz- és sóoldható fehérjék mennyisége és aránya csökkent a legnagyobb mértékben, ami azt mutatja, hogy a szója albumin és globulin jellegű fehérjéi denaturálódtak leginkább. A nedvességtartalom változása nem okozott arányos változásokat a fehérjék kioldhatóságában.

Az extrudálási hőmérsékletek változásának hatására a szójabab fehérjéinek kioldhatóság; SH- és SS csoport tartalma, gélelektroforegramjai, antinutritív anyagainak aktivitása, fehérjetápértéke is megváltozott. Feltételezhető, hogy a változások egyik fő oka, hogy az extrudálás során a szójafehérjék modifikálódnak, mégpedig a hőhatás mértékétől is függően.

A 0,5 mol/dm³ Na₂HPO₄ (pH=7,8) pufferrel, valamint 5% SDS-t (Sodium Dodecil Sulphate ) és/vagy 1 % 2-ME-t (Merkaptoetanol) is tartalmazó pufferrel végzett fehérjekioldási kísérletek azt támasztják alá, hogy az extrudálás hatására olyan változások is bekövetkeznek a szóják fehérjeszerkezetében, amelyeket hidrofób kölcsönhatások, hidrogén kötések és molekulák közötti diszulfid hidak eredményeztek és ezeket a kötéseket a fenti oldószerek képesek megbontani és a fehérjéket hozzáférhetővé tenni. Mivel a fehérjék 40-50%-át még ezekkel az oldószerekkel sem lehet kinyerni az adott körülmények között, feltételezhető, hogy a gőzöléses hántolás és az extrudálási körülmények hatására a szójamintákban egyéb kovalens kölcsönhatások is lejátszódtak, peptid-kötések jöttek létre és ez vezetett a fehérjék oldhatatlanságához.

Az SDS-poliakrilamid gélen elvégzett molekulatömeg-megoszlási vizsgálatok azt mutatják, hogy a különböző módszerekkel kinyert fehérjefrakciók molekulatömeg-megoszlása elsősorban az extrudálási hőmérséklet növekedésével változik, míg az adott körülmények között a kiindulási nedvességtartalomnak nincs jelentős hatása. A különböző frakciókban a változások mértéke eltérő, a fehérjesávok nagyobb mértékű mennyiségi változásai mellett minőségi változások is bekövetkeztek.

Vizsgálataim bizonyították, hogy

• az extrudálási hőmérséklet 120 ^oC-ról 200 ^oC-ra való emelése jelentősen megváltoztatja a szójafehérje szerkezetét, a fehérjeszerkezet (hidrofób, diszulfid kötések) változásait az extrahálási és molekulatömeg-megoszlási vizsgálatok támasztják alá,
• a hőmérséklet emelése 160 ^oC-ig növeli, majd a további emelés csökkenti a fehérjetápértéket,
• a nedvességtartalom 8,0 %-ról 18 %-ra való növelése 160 ^oC-on nem okozott ilyen mértékű változásokat.

IV. A nagyfrekvenciás besugárzás

A nagyfrekvenciás besugárzás, mint eddig Magyarországon még nem alkalmazott hőkezelés hatását vizsgáltam a szójabab fehérjéinél. Az első kísérletsorozatban a vizsgálatokhoz 107 és 127 ^oC hőmérsékleten 10 és 20 % nedvességtartalommal kezelt szójababok készültek, amelyeket 0 - 250 mm szemcseméretűre őröltünk. A második kísérletsorozatban a kezeletlen és 10 % nedvességtartalommal 120 ^oC-on hőkezelt szójamintákat 0 - 250 m és 0 - 630 mm szemcseméretűre őröltük.

A különböző körülmények (eltérő hőmérséklet és nedvességtartalom) között nagyfrekvenciásan kezelt, különböző szemcseméretűre (< 250 mm, < 630 mm) őrölt szójababoknak meghatároztam kémiai összetételüket, különböző funkciós tulajdonságaikat és megvizsgáltam, hogy a különböző fehérjefrakciók (víz-, só-, alkohol-, lúgoldható, 7S, 11S savófehérje) milyen mértékben nyerhetők ki, a nátriumlaurilszulfát (SDS) és a 2-Merkaptoetanol (2-ME) mennyire teszi lehetővé a fehérjék kioldását, valamint a nagyfrekvenciás kezelések hogyan változtatják meg a tripszin inhibitor és az ureáz aktivitásának mértékét a szójamintákban.

A kezelt szóják nedvességtartalmát az előnedvesítés befolyásolta. A kezelés előtt nagyobb nedvességtartalomra (20%) beállított szójaminták nedvességtartalma a besugárzás után is nagyobb maradt. A szárazanyagra kifejezett fehérjetartalom (Nx6,25) egyforma, míg a nagyfrekvenciásan kezelt szójákból nagyobb olajtartalom volt kimutatható.

A vizsgált nagyfrekvenciás kezelések (107 ^oC, 127 ^oC hőmérséklet, 10 és 20% nedvességtartalom, 31 perc kondicionálás) jelentősen megváltoztatják a szójabab és ezen belül a szójafehérje tulajdonságait. Az antinutritív anyagok aktivitásának csökkentése és az in vitro tápérték növelése mellett a minták funkciós tulajdonságait átlagosan rontották, a szójafehérjét denaturálták, nehezen kioldhatóvá tették. Ezáltal a tápérték kedvező növekedése mellett az adott szójaminták élelmiszeripari technológiákban való felhasználhatóságának körét kissé beszűkítették.

Az eltérő szemcseméretűre őrölt nyers és azonos körülmények között nagyfrekvenciásan hőkezelt mintáknál megállapítottam, hogy a kisebb szemcseméretűre (0-250 mm) őrölt szójalisztek zsírkötőképessége, emulgeáló készsége, nitrogén oldódási indexe (NSI), in vitro fehérje-emészthetősége nagyobb, mint a 0-630 mm szemcseméretűre őrölt liszteké. A vízkötőképesség a szemcseméret csökkenésével csökken. A különböző oldószerekkel végzett fehérje-extrahálás eredményei azt mutatták, hogy a nyers szójánál a kisebb szemcseméretű lisztből több fehérjét lehet kinyerni, a nagyfrekvenciásan kezelt szójaliszteknél a szemcseméret kevésbé befolyásolta a fehérje kioldhatóság mértékét.

A kísérletek megerősítették a nagyfrekvenciás kezelés jelentős hatását. A szójalisztek szemcsemérete (mind a nyers, mind a kezelt mintáknál) befolyásolta a funkciós tulajdonságokat, a fehérje kioldhatóság és emészthetőség eredményeit. Az eredmények bebizonyították, ha különbözően kezelt anyagokat akarunk összehasonlítani, csak azonos szemcseméret mellett lehet bizonyítani az eltéréseket.

A nagyfrekvenciás kezelés hatásáról a következőket állapítottam meg:

• az adott nagyfrekvenciás kezelés jelentősen denaturálta a szójafehérjéket,
• az antinutritív anyagok eliminálása mellett a techno-funkciós tulajdonságok értékeit is csökkentette,
• a szemcseméret csökkenése a vízkötőképesség kivételével javította az azonosan kezelt minták techno-funkciós tulajdonságait,
• a szemcseméret csökkenése növelte a fehérjék kiextrahálhatóságát.

A vizsgált kezelési körülmények között kezelt szójából élelmiszeripari célokra egy nem túl igényes adalékanyagot lehet előállítani, amely azért bizonyos célokra (teljes olajtartalmú szója felhasználása, fehérjetartalom növelése) alkalmazható. További kutatások szükségesek ahhoz, hogy a nagyfrekvenciásan besugárzott szója kifejezetten élelmiszeripari technológiákban való felhasználásához milyen optimális nagyfrekvenciás kezelési körülményeket kell kialakítani, hogy a tápérték növekedése mellett a techno-funkciós tulajdonságaik is kedvezők legyenek.