Effekt av prosessering på in vitro proteinfordøyelighet av åkerbønner (Vicia faba L.)

Abstract

Tilstrekkelig protein i kosten er essensielt for opprettholdelse av en funksjonell kropp, men kvaliteten av proteinet er avgjørende for i hvilken grad proteinet utnyttes. Animalsk protein i form av kjøtt, egg og meieriprodukter har en høy kvalitet, men produksjonen har stor miljøpåvirkning. Med en raskt voksende befolkning bør alternative proteinkilder i større grad utnyttes for å sikre nok protein. Åkerbønner (Vicia faba L.) er belgvekster som kan kultiveres flere steder på Østlandet i Norge. Bønnen er proteinrik, og gjennom nitrogenfiksering vil den gi bedre vekstforhold for andre vekster i omløpet, som korn. Selv om proteininnholdet i åkerbønner er høyt, har de et begrenset innhold av noen essensielle aminosyrer, som medfører lavere proteinkvalitet sammenlignet med animalske produkter. For å sikre optimal utnyttelse av proteinet, er det nødvendig at proteinet i størst mulig grad blir fordøyd og absorbert. Fordøyeligheten av proteiner bestemmes i stor grad av faktorer som prosessering, innhold av antinæringsstoffer og strukturen av proteinene. Formålet med denne oppgaven var å undersøke effekten av ekstrudering (våt og tørr), koking, bløtlegging og spiring på in vitro fordøyeligheten av åkerbønneproteiner. En viktig del av oppgaven var også å evaluere hvorvidt BCA-metoden, sammenlignet med Dumas-metoden, er en egnet analysemetode for vurdering av proteinfordøyelighet.

Åkerbønner ble fraksjonert til en proteinrik og en stivelsesrik fraksjon. Den proteinanrikede fraksjonen ble fordøyd rå, kokt (grøt), og som to ekstruderte produkter (våt og tørr). Åkerbønner ble også malt med skall og fordøyd rå og kokt (grøt). I tillegg ble hele åkerbønner bløtlagt og spirt ved ulike tider (0, 24, 48 og 72 timer) før koking. Alle produkter ble fordøyd i en statisk in vitro fordøyelsesmodell. Fordøyeligheten ble analysert ved måling av proteinløselighet med Dumas-metoden og BCA-metoden. SDS-PAGE ble benyttet for å studere proteinenes nedbrytningsprofil under fordøyelse.

Av de proteinanrikede åkerbønneprøvene viste den tørrekstruderte prøven lavere proteinfordøyelighet enn rå, kokt og våtekstrudert prøve (ikke signifikant). Blant prøvene av fullformalte og hele åkerbønner viste grøten og de bløtlagte bønnene spirt i 24/72 timer før koking en høyere fordøyelighet sammenlignet med rå referanseprøve (ikke signifikant). Koking viste spesielt en positiv innvirkning på proteinfordøyeligheten når kokevannet ble beholdt, som ved koking av grøt. Det ble ikke observert en sammenheng mellom spiretid og proteinfordøyelighet. En effekt av stivelsesinnhold på proteinfordøyelighet ble observert hvor proteinanrikede rå åkerbønner viste signifikant (p<0,01) høyere fordøyelighet enn rå åkerbønner med et høyere stivelsesinnhold. Den proteinanrikede grøten viste også større proteinfordøyelighet sammenlignet med grøten av fullformalte åkerbønner (mindre protein, mer stivelse). BCA-analysen viste å være uegnet til vurdering av proteinfordøyelighet, trolig på grunn av tap av peptidbindinger under proteolyse og forstyrrelser av blant annet tanniner under måling. Det var ingen korrelasjon (R2 = 0,02223) mellom BCA-analysen og Dumas-analysen etter måling av de proteinanrikede prøvene, og korrelasjonen var lav (R2 = 0,58837) etter måling av fullformalte og hele åkerbønneprøver.

Sufficient protein in the diet is essential for maintaining a functional body, but the protein quality is crucial in determining how the protein is utilized in the body. Animal protein in the form of meat, eggs and dairy products has a high quality, but the production has a large environmental impact. With a rapidly growing world population, alternative protein sources should be exploited to secure a sufficient dietary protein production. Faba beans (Vicia faba L.) are legumes that can be cultivated in several southern and eastern parts of Norway. The bean is rich in protein, and through nitrogen fixation it will improve the growth conditions for other crops in rotation, such as grains. Although the protein content of faba beans is high, it lacks some essential amino acids, which results in lower protein quality compared to animal products. To ensure optimal protein utilization, the protein also needs to be highly digested and absorbed. The digestibility of proteins is largely determined by factors such as processing, the content of anti nutritional factors and the protein structure. The aim of this thesis was to investigate the effect of extrusion (wet and dry), cooking, soaking and germination on the in vitro digestibility of faba bean proteins. An important purpose of the thesis was also to evaluate whether the BCA assay, compared to the Dumas method, is a suitable method for assessing protein digestibility.

Faba beans were fractionated into a protein-rich and a starch-rich fraction. The protein-enriched fraction was digested raw, cooked (porridge) and as two extruded products (wet and dry). Faba beans were also fully milled and digested raw and cooked (porridge). In addition, whole faba beans were soaked and germinated at different time lengths (0, 24, 48 and 72 hours) prior to cooking. All products were digested in an in vitro static digestion model. The digestibility was analysed by measuring protein solubility with the Dumas method and the BCA method. SDS-PAGE was used to study the degradation profile of the proteins during digestion.

Among the protein-enriched faba bean samples, the dry extruded sample showed a lower protein digestibility than raw, cooked and wet-extruded sample (not significant). Among the samples of fully milled and whole faba beans, both the porridge and the whole beans that were soaked and germinated for 24/72 hours prior to cooking showed a higher digestibility compared to the raw flour (not significant). In particular, cooking had a positive effect on protein digestibility when the cooking water was retained, as with porridge. No correlation between germination time and protein digestibility was observed. An effect of starch content on protein digestibility was observed were protein-enriched raw faba beans showed significantly (p<0.01) higher digestibility than raw faba beans with a higher starch content. The protein-enriched porridge also showed greater protein digestibility than the porridge of fully milled faba beans (less protein, more starch). The BCA assay proved unsuitable in measuring protein digestibility, probably due to loss of peptide bonds during proteolysis and interference of tannins, among others, during measurement. In particular, there were no correlation (R2 = 0.02223) between the BCA assay and the Dumas assay after measuring the protein-enriched samples, and the correlation was low (R2 = 0.58837) when measuring fully milled and whole faba bean samples.