Miten prosessointi vaikuttaa palkokasvien proteiinien hyväksikäytettävyyteen?

Pelkkä proteiinin määrä ei kerro kehon hyväksikäytettävissä olevan proteiinin määrää (Damodaran 2017). Hyväksikäytettävyys kertoo siitä määrästä proteiinia, mikä pystytään ylipäätänsä imeyttämään ruuansulatuksessa sekä käyttämään elimistön toimintoihin. Mikäli proteiinia saadaan liikaa, sen hyväksikäytettävyys laskee, koska sitä täytyy erittää turhana pois elimistöstä.

kuva helmistä, kuivatut pavut, kasvissyöjä, herneet, orgaaninen, palko, palkokasvien, kypsentämätön, vihannes, terve, proteiineja, Harish, ruoka, kuiva, kuivaus, pavut, raaka, borlotti-papuja, härkäpapu, ruskea papu, soijapapu, linssit, koko kehys, suuri joukko esineitä, ruoka ja juoma, lähikuva, taustat, tuoreus, yltäkylläisyys, ei ihmisiä, asetelma, papu, sisällä, valinta, vaihtelu, ruskea, monivärinen, hyvinvointi, terveellinen ruokavalio, ainesosa, valikoiva tarkennus, palkokasvien perhe, houkutus, 5K, CC0, public domain, rojaltivapaa
Palkokasvien siemeniä. Kuva: https://www.piqsels.com/fi/public-domain-photo-zaing

Kasviperäiset proteiinin lähteet, kuten palkokasvit, ovat yleisesti eläinperäisiä proteiineja huonommin hyväksikäytettäviä (Moughan ja Stevens 2012). Tämä johtuu pääosin kahdesta tekijästä: proteiinien sijainnista ja kiinnittymisestä kasvimateriaalissa sekä kasvin sisältämistä yhdisteistä, jotka estävät proteiinien pilkkoutumista tai aminohappojen imeytymistä elimistön käytettäväksi (Gilani ym. 2012). Antinutrientteja voi muodostua palkokasveihin myös voimakkaan kuumennuksen seurauksena.

 

Trypsiini-inhibiittorit

Trypsiini-inhibiittorit ovat ruuansulatusentsyyminä toimivaa trypsiiniä inhiboivia entsyymejä, joita esiintyy yleisimmin käytetyistä palkokasveista eniten soijassa ja kidneypavuissa (Gilani ym. 2012). Artikkelin mukaan trypsiini-inhibiittorit sitoutuvat ohutsuolessa haiman erittämään trypsiinientsyymiin, mikä estää proteiinien hajottamisen.  Trypsiini-inhibiittorit ovat rakenteeltaan proteiineja, joten ne inaktivoituvat tai tuhoutuvat lämpökäsittelyllä, kuten keittämällä tai höyryttämällä. Optimaalisella kuumennuskäsittelyllä voidaan esimerkiksi soijavalmisteiden inhibiittoreista inaktivoida jopa 80%. Kymotrypsiini-inhibiittorit estävät vastaavasti kymotrypsiinin toimintaa ohutsuolessa, eli proteiinien pilkkoutumista lyhyemmiksi peptideiksi. Kymotrypsiini-inhibiittorit eivät kuitenkaan tuhoudu tai inaktivoidu lämpökäsittelyssä normaaleissa olosuhteissa.

 

Lektiinit

Lektiinit ovat palkokasveissa luontaisesti esiintyviä glykoproteiineja, jotka estävät aminohappojen imeytymisen kiinnittymällä suolen limakalvoon (Damodaran 2017). Ruokaviraston (2018) mukaan pieni osa lektiineistä on myrkyllisiä, ja lievästi myrkyllisiä muotoja on runsaasti esimerkiksi punaisissa kidneypavuissa. Ruokaviraston artikkelissa huomautetaan, että lektiineistä voi ilman papujen huolellista keittämistä saada ruokamyrkytyksen kaltaisia oireita. Lektiinit ovat kuitenkin lämpöherkkiä trypsiini-inhibiittoreiden tapaan ja ne saadaan tuhoutumaan kotikeittiössä lämpökäsittelyllä, kuten keittämällä 60-90 asteessa riittävän pitkään, puolesta tunnista puoleentoista tuntiin.

 

Fytaatti

Fytaatti eli fytiinihappo ja sen fosforyloituneet johdokset, on varsinkin viljoissa, mutta myös palkokasveissa esiintyvä antinutrientti, fosfaatin varastomuoto. Se kelatoi monia ravintoaineita ruuansulatuskanavassa (Gilani ym. 2012). Artikkelin mukaan se kelatoi eli sitoo monia ravintoaineita kompleksiseksi, huonommin entsyymien pilkottavissa olevaksi rakenteeksi ruuansulatuskanavassa. Kelatoimalla esimerkiksi entsyymeille kofaktoreina toimivia metalli-ioneja, fytaatti heikentää tai estää ruuansulatusentsyymien toimintaa. Fytaatin toimintaa voidaan estää esimerkiksi lisäämällä fytaasi-entsyymiä, joka pilkkoo fytaasia eli ei silloin pääse estämään proteiinia hydrolysoivien entsyymien toimintaa. Myös fermentointi ja idättäminen tuhoaa fytaattia.

 

Tanniinit

Tanniinit ovat palkokasveissa esiintyviä polyfenolisia yhdisteitä (Gilani ym. 2012). Tanniinit saostavat proteiineja muodostamalla hydroksyyliryhmillään aminohappojen kanssa komplekseja, mikä heikentää proteiinien ravitsemuksellista käytettävyyttä. Tanniinit ovat hydroksyyliryhmistään johtuen vesiliukoisia, joten parhaiten ne hajoavat vedessä keittämällä. Tanniineja on melko tasaisesti kaikkialla kasvissa, joten esimerkiksi härkäpavun kuoren irrottaminen ei juuri vaikuta tanniinien määrään pavussa.

 

Proteiinit kasvimateriaalissa ja liiallinen kuumentaminen

Palkokasvien proteiinit saattavat sijaita kasvimateriaalissa rakenteellisesti siten, etteivät ruuansulatusentsyymit pääse niihin käsiksi (Gilani ym. 2012). Tällöin niitä ei saada imeytymään elimistöön hyväksikäytettävään muotoon. Palkokasvien proteiinit voivat olla kiinnittyneinä kasvimateriaalin polysakkarideihin tai kuituun.

Hyvin korkeissa lämpötiloissa prosessoimalla proteiinien hyväksikäytettävyys laskee, sillä niitä osallistuu muihin reaktioihin (Gilani ym. 2012). Artikkelin mukaan esimerkiksi Maillard-reaktiossa pelkistävät sokerit ja ε-aminoryhmät reagoivat, jolloin hyväksikäytettävän proteiinin määrä vähenee. On kuitenkin huomattava, että useilla reaktioilla, joissa aminohapot reagoivat korkeissa lämpötiloissa, ei kuitenkaan käytännössä ole merkitystä hyväksikäytettävän proteiinin kokonaismäärän kannalta. Korkeissa lämpötiloissa muodostuu elimistölle haitallisia yhdisteitä, joten alhaisten lämpötilojen käyttö olisi parempi vaihtoehto prosessoitaessa ruokaa. Myös prosessointi korkeassa pH:ssa tai paineessa voi heikentää proteiinien hyväksikäytettävyyttä (Damodaran 2017).

 

Aino & Camilla

 

Lähteet: 

Damodaran S. Amino Acids, Peptides, and Proteins. TeoksessaFennema O W, Toim. Damodaran S, Parkin K L. Fennema’s food chemistry. 5th edition. Boca Raton : CRC Press cop. 2017: 237-351 

Gilani GS, Xiao CW, Cockell KA. Impact of Antinutritional Factors in Food Proteins on the Digestibility of Protein and the Bioavailability of Amino Acids and on Protein Quality. Br J Nutr 2012;108:  315–332. 

Moughan P J, Stevens B R. Digestion and Absorption of Protein. Teoksessa: Stipanuk M H, Caudill M A. Biochemical, Physiological, and Molecular Aspects of Human Nutrition. Elsevier Inc. 2012: 162-177

RuokavirastoPapujen lektiini2018. Saatavillahttps://www.ruokavirasto.fi/henkiloasiakkaat/tietoaelintarvikkeista/elintarvikkeiden-turvallisen-kayton-ohjeet/elintarvikkeiden-luontaiset-myrkyt/papujen-lektiini/. Viitattu 3.4.2020 

 

Viljan prosessoinnin vaikutus raudan imeytymiseen

Raudan puute on maailmanlaajuinen ongelma, ja vaivaa väestöä etenkin kehittyvissä maissa. Kasvipitoisen raudan imeytyvyyden parantaminen on tärkeä väylä raudan saannin nostamisessa, sillä etenkin kehittyvissä maissa ruokavalio on usein kasvipainotteinen, ja kestävän kehityksen periaatteiden mukaisesti tähän tulisi pyrkiä myös länsimaissa. Keskityn nimenomaan viljojen sisältämän raudan hyväksikäytettävyyteen, sillä viljojen merkitys raudanlähteenä korostuu huomattavasti kasvisruokavaliossa.

Viljojen non-hemirauta ei imeydy yhtä tehokkaasti kuin lihan hemirauta. Non-hemiraudan imeytymistä voidaan parantaa samanaikaisella C-vitamiinin nauttimisella, lisäksi kalsiumin, kofeiiniin, polyfenolien ja etenkin viljoissa esiintyvän fytaatin negatiivinen vaikutus raudan imeytyvyyteen on tunnettu. Imeytymiseen vaikuttaa myös elimistön rautataso: raudan puutteessa imeytyminen tehostuu. Täten on tärkeää ottaa huomioon myös ruoan muut komponentit: esimerkiksi maito ja kahvi aamupalapuuron kanssa vaikuttavat raudan imeytymiseen negatiivisesti. Raudan imeytyvyyteen vaikuttaa myös ruoan prosessointi: lämmityksen on todettu hieman parantavan raudan imeytymistä viljoista ja palkokasveista (Hemalatha et al. 2006) ja idättäminen ja fermentointi pilkkovat fytaattia (Hurrel 2003).

Lähde: luentodiat

Viljojen ja palkokasvien kohdalla suurin ongelma raudan imeytymisen kannalta on niiden sisältämä fytaatti eli fytiinihappo sekä sen suolot, jotka sitovat tehokkaasti kivennäisaineita kuten fosforia, kalsiumia ja rautaa. Elimistömme fytaasi-entsyymi ei toimi tehokkaasti, minkä takia fytaatti ja siihen sitoutuneet kivennäisaineet eivät imeydy ruoansulatuksessa. Fytaatin hajoamisen myötä siihen sitoutuneita aineita, kuten rautaa, vapautuu elimistön käyttöön. Fytaatin hajoamista tapahtuu leivän teossa fermentaatiossa ja sen on todettu olevan tehokasta verrattuna muihin prosessointitapoihin (Plaami et al. 1997, Bering 2006). Fytaatin määrän on kuitenkin laskettava tarpeeksi alas, jotta tällä olisi vaikutusta: fytaatin ja raudan suhteen tulee olla alle 1, jotta rautaa olisi kehomme käytettävissä (Karp et al. 2012).

Lähde: https://yle.fi/uutiset/3-7215964

Tutkimuksissa on todettu rukiin hapanleivonnan hydrolysoivan fytaattia huomattavasti tehokkaammin kuin muiden leiväntekotapojen: lähteenä olevassa in vitro -tutkimuksessa fytaatti saatiin hapattamalla jopa häviämään kokonaan, kun hapanleivonnassa oli yhdistetty taikinajuureen maitohappobakteereja (Rodriguez-Ramiro et al. 2017). Hapanleivonnassa käymisreaktio tapahtuu taikinajuuren eli raskin avulla pelkän hiivan käytön sijaan. Raski sisältää eri leipomoissa vaihtelevasti raskinsiementä eli edellistä käytettyä raskia, sekä jauhoja ja vettä, joiden on annettu käydä. Jauhot sisältävät hiivoja ja maitohappobakteereja (useimmiten Lactobacillus -sukuisia bakteereja), jotka lisääntyvät fermentaation aikana.

Fermentaation tehokkuuden on perusteltu johtuvan useista eri tekijöistä. Sen aikana muodostuu bakteerilajeista riippuen orgaanisia happoja, kuten etikka- ja maitohappoja, jotka edesauttavat raudan hyväksikäytettävyyttä laskemalla pH:ta ja muodostamalla komplekseja raudan kanssa estäen sen sitoutumista fytaatin kanssa (Svanberg et al. 1993). Toinen tärkeä fermentaation tehokkuutta selittävä tekijä on happojen aikaansaama hapan pH, joka edistää viljojen fytaasi-entsyymin toimintaa fermentaation aikana (Bering 2006, Hurrel 2003). Fytaasia voidaan myös lisätä taikinaan, jolloin fytaatin hajoaminen on luonnollisesti tehokkaampaa käymisen aikana. Kuitenkin täytyy myös muistaa mahdollisten lämpökäsittelyjen inaktivoivan fytaattia hajottavan entsyymin toimintaa.

Kolmas tutkimuksessa arveltu vaikutus juontuu hapanleivän sisältämien bakteerien toiminnasta ohutsuolessa: arvellaan, että osa hapanleivonnassa käytetyistä bakteereista asettautuu hetkellisesti elämään ohutsuoleen tuottaen orgaanisia happoja, mikä edistää raudan imeytymistä edellä kuvatulla tavalla (Rodriguez-Ramiro et al. 2017). Luontaisesti leivän sisältämät orgaaniset hapot imeytyvät nopeasti ohutsuolen alkupäässä, ja ilman bakteereja hapanleivonnan raudan imeytymistä edistävä vaikutus ei tästä syystä olisi niin merkittävä. Ilmeisesti kaikkien edellä lueteltujen tekijöiden yhteisvaikutus on raudan parantuneen hyväksikäytettävyyden avain.

Löytämieni tutkimustulosten perusteella raudan käytettävyyden kannalta fermentointi maitohappobakteerien avustuksella on ylivoimaisesti paras prosessi. Muita viljojen prosessointitapoja läpikäydessäni huomasin, että muut prosessointitavat, joiden aikana ei tapahdu käymisreaktiota, eivät ole yhtä tehokkaita. Palkokasvien kohdalla tärkeiksi prosesseiksi raudan käytettävyyden kannalta ovat nekin idätys, liotus ja käyminen.

 

Lähteet:

Aantaa, Riku, Antti Aro, Marja Mutanen, and Matti Uusitupa. Ravitsemustiede. 4. uud. p. Helsinki: Duodecim, 2012.

Armah, Seth M. ”Regular Consumption of a High-phytate Diet Reduces the Inhibitory Effect of Phytate On Nonheme-iron Absorption in Women With Suboptimal Iron Stores.(Nutrient Physiology, Metabolism, and Nutrient-Nutrient Interactions)(Report)(Author Abstract).” The Journal of Nutrition 145.8 (2015): 1735.

Bering, Stine. ”A Lactic Acid-fermented Oat Gruel Increases Non-haem Iron Absorption From a Phytate-rich Meal in Healthy Women of Childbearing Age.” British Journal of Nutrition 96.1 (2006): 80-85.

Hazell, T. ”Effects of Food Processing and Fruit Juices On In‐vitro Estimated Iron Availability From Cereals, Vegetables and Fruits.” Journal of the Science of Food and Agriculture 38.1 (1987): 73-82.

Hemalatha, Sreeramaiah. ”Influence of Heat Processing On the Bioaccessibility of Zinc and Iron From Cereals and Pulses Consumed in India.” Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 21.1 (2007): 1-7.

Hurrell, Richard F. ”Phytate Degradation Determines the Effect of Industrial Processing and Home Cooking On Iron Absorption From Cereal-based Foods.” British Journal of Nutrition 88.2 (2002): 117-123.

Hurrell, Richard F. ”Degradation of Phytic Acid in Cereal Porridges Improves Iron Absorption By Human Subjects.” The American Journal of Clinical Nutrition 77.5 (2003): 1213.

Itkonen, Suvi T. ”Analysis of in Vitro Digestible Phosphorus Content in Selected Processed Rye, Wheat and Barley Products.” Journal of Food Composition and Analysis 25.2 (2012): 185-189.

Karp, Heini et al. ”Differences Among Total and In vitro Digestible Phosphorus Content of Plant Foods and Beverages.” Journal of Renal Nutrition : The Official Journal of the Council On Renal Nutrition of the National Kidney Foundation 22.4 (2012): 416.

Kruger, Johanita. ”Effects of Reducing Phytate Content in Sorghum Through Genetic Modification and Fermentation On in Vitro Iron Availability in Whole Grain Porridges.” Food Chemistry 131.1 (2012): 220-224.

Plaami S. Myoinositol phosphates: analysis, content in foods and effects in nutrition. Lebensm Wiss Technol. 1997;30:633-647.

Reale , A. ”Importance of Lactic Acid Bacteria for Phytate Degradation During Cereal Dough Fermentation.” Journal of Agricultural and Food Chemistry 55.8 (2007): 2993-2997.

Rodriguez-Ramiro, I. ”Assessment of Iron Bioavailability From Different Bread Making Processes Using an in Vitro Intestinal Cell Model.” Food Chemistry 228 (2017): 91-98.

SVANBERG, U., LORRI, W. AND SANDBERG, A.-S. Lactic fermentation of non-tannin and high-tannin cereals: Effects on in vitro estimation of iron availability and phytate hydrolysis. Journal of Food Science, 58, 408–412 (1993)