Zeitschrift fur

LebensmittelUntersuchung und-Forschung

Z. Lebensm. Unters.-Forsch. 164, 2 3 4 7 (1977)

© J. F. Bergmann-Verlag 1977

Untersuchung und Zusammensetzungeiniger Leguminosen* Werner Nierle und Abd E1 Wahab E1 Bayfi Bundesanstalt ffir Getreideverarbeitung, Am Schfitzenberg 9, D-4930 Detmold

Examination and Composition of some Legume Seeds Summary. The chemical composition of some legume seeds is reviewed. It was found that soy (Glycine soja), field beans (Viciafaba), Vicia sativa and Lens culinaris (red seeds) have the highest protein content. There were only minor differences in amino acid composition except for glutamic acid. The lysine content of legume seeds was high. Lysine is the most limiting essential amino acid in cereal proteins, therefore cereal products can be improved nutritionally by addition of legume seed flour. Examination of polar lipids by thin layer chromatography revealed that lecithin, phosphatidyl ethanolamine and phosphatidyl inositol were the major components. However, Lupinus angustifolius contained two unknown polar lipid classes. - - In contrary to previous literature the ripe legume seeds contained only a very small amount of galactosyl diglycerides; however legume seeds contain higher amounts of the compounds. The conection between biosynthesis of linolenic acid and the presence of galactosyl diglycerides in higher plants is discussed. Zusammenfassung. Es wird ein ()berblick tiber die chemische Zusammensetzung einiger Leguminosen gegeben. Soja, Ackerbohnen, Sommerwicken und rote Linsen wiesen den h6chsten Eiweil3gehalt auf. In der Aminos~iurezusammensetzung zeigten die Leguminosen, mit Ausnahme der Glutamins~iure, nur relativ geringe Unterschiede. Alle untersuchten Leguminosen wiesen einen hohen Lysingehalt auf, der sie zur ern~ihrungsphysiologischen Aufwertung von Futter- oder Nahrungsmitteln macht. Ebenfalls grol3e Ahnlichkeit zeigte die Lipidzusammensetzung. Lediglich in der Blaulupine wurden zwei unbekannte polare Fraktiohen gefunden. Im Gegensatz zu Angaben in der Literatur enthielten die reifen Leguminosen nur geringe * Ver6ffentl.-Nr. 4240 der Bundesforschungsanstalt ffir Getreideund Kartoffelverarbeitung

Mengen an Galaktosyldiglyceriden, die in unreifen Samen in h6herer Konzentration vorliegen. Der Zusammenhang zwischen der Biosynthese der Linolens~iure und der Anwesenheit von Galaktosyldiglyceriden in der h6heren Pflanze wurde an einigen Beispielen diskutiert.

Einleitung Lysin ist ffir den sich im Wachsturn befindlichen tierischen Organismus [1] im allgemeinen als lirnitierender Arninos~iurefaktor irn Getreide bekannt, w~ihrend in Leguminosen dem Methionin und Cystein [2] diese Rolle zugesprochen wird. Vor kurzem berichteten E1 Nockrashy u. Osman [3] fiber den EiweiBgehalt und die ArninosSurezusammensetzung einiger Legurninosen, wobei sie feststellten, dab Lupinen den h6chsten Proteingehalt und einen beachtlichen hohen verwertbaren Lysingehalt aufweisen. Anhand yon Ffitterungsversuchen rnit Kfiken stellten Darwish u. E1 Nockrashy [4] lest, dab Weizenmehl durch Zusatz von Lupinenmehl eine ern~ihrungsphysiologische Aufwertung erf~ihrt. Die ern~ihrungsphysiologische Verbesserung steigt linear rnit der Erh6hung des Anteits an Lupinenmehl in den verffitterten Geb~icken an. Neben der Eiweigkomponente kommt den Lipiden bzw. deren Zusamrnensetzung bei einigen Leguminosen eine erhebliche Bedeutung zu, da Soja, Kichererbsen, Bockshornkleesamen und Lupinen einen betr~ichtlichen Fettgehalt aufweisen. Durch planrniil3ige ziichterische Mal3nahrnen konnte er bei letztgenannten in einigen St~immen auf 10--12% erh6ht werden [5]. Trotzdern ist bisher eine rationelle wirtschaftliche Gewinnung dieser Fette mit Ausnahrne von SojaiS1 nicht durchfi.ihrbar. - - Die vorliegende Arbeit soll einen Oberblick fiber die chernische Zusarnmensetzung sowie die Aminos~iure- und Lipidzusarnmensetzung einiger Hfilsenfrfichte geben. Weiterhin solI der Einflu6 der L6sungsrnittel auf die Extrahierbarkeit der Lipide aus einern biologischen Material, in dern die St~irke keine Einschlul3verbindungen mit den Phospholipiden bildet, gepriift werden.

Material und Methoden Bei den untersuchten Hfilsenfrfichten handelt es sich urn vom Handel bezogene Einzelrnuster. a) Mineralstoff-, Protein-, St/irke- und Fettbestirnrnung nach den Standardmethoden ffir Getreide, Mehl und Brot [6]. b) Ftir die Lipiduntersuchungen die Muster mit einern Gernisch von Butanol/Wasser (65+35) 1 Std unter Rtickflu6 extrahie-

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W. Nierle und Abd E1 Wahab E1 Bayer: Untersuchung und Zusammensetzung einiger Leguminosen

Tabelle 1. Zusammensetzung einiger Leguminosen. Abktirzungen: A=Asche i.Tr., P=Protein i.Tr. (Faktor 6,25), S = St~irke i.Tr., Pte = Petroliither, Bu = Butanol/Wasser Leguminosen

Gelbe Erbse gesch~ilt (Pisum sativum) Griine Erbse gesch~ilt Grtine Erbse ungesch~lt Linsen (Lens culinaris) Linsen, rotsamig Ackerbohne (~ciafaba) Gartenbohne (Phaseolus vulgaris) Buschbohne Stangenbohne (Phaseolus coccineus) Mungobohne (Phaseolus aureus) Blaulupine (Lupinus angustifolius) Gelblupine (Lupinus luteus) Soja (Glycine soja) Kichererbse (Cicer arietinum) Bockshornkleesamen (Trigonellafoenum9raecum) Sommerwicke (Ncia sativa)

Lipide A%

P%

S%

Pte %

Bu %

2,87 2,80 2,64 2,58 1,98 3,88 2,90 3,68 4,22 3,48 3,00 4,47 4,16 2,66 2,31 2,86

24,4 25,7 22,1 26,2 30,7 30,9 21,9 24,9 21,4 26,7 34,8 43,8 40,4 23,2 26,6 32,3

60,1 59,7 54,3 55,7 59,1 42,6 52,0 47,~ 44,2 51,0 16,0 11,3 11,3 55,0 19,7 50,2

1,21 1,03 1,18 1,02 1,15 1,28 0,96 1,37 1,38 0,70 5,80 5,32 19,92 6,04 7,09 0,82

2,13 2,02 1,74 2,16 2,36 2,50 2,47 1,98 3,14 1,50 6,28 4,66 17,46 6,14

ren. Die nicht lipidartigen Substanzen nach der Methode yon Folch [7] abtrennen. Die weitere Aufarbeitung der Lipide [8--9]. Die Lipide diinnschicht-chromatographisch auf Kieselgel-G-Platten mit den Fliel3mitteln Chloroform/Methanol/Wasser (65 +25 +4) ftir die Phospholipide und Chloroform/Methanol/Essigs~iure (80+25 + 1)far Galaktolipide auftrennen. Zur Identifizierung der Lipidklassen fanden neben einer Reihe von Vergleichssubstanzen spezifische Reagentien I-8 9] Verwendung. c) Die freien Aminos~iuren nach Extraktion mit Wasser und Ausf,illung der liSslichen Proteine mit 3% iger Sulfosalicyls~iure in einem Aminos~iureanalysator nach dem Eins~iulenverfahren auf Durrumharz trennen. d) Hydrolyse der Proben zur Gesamtaminos~iurebestimmung mit 6n-HC1 unter Stickstoffbei 110° C 48 Std. Die bei der Hydrolyse unvermeidliche, teilweise Zerst/Srung bestimmter Aminosiiuren wurde bei diesen Untersuchungen nicht berticksichtigt. Die relatiyen, in diesem Zusammenhang interessierenden Unterschiede in der Aminos~iurezusammensetzung der Leguminosen werden durch dieses vereinfachte Verfahren nicht beeinfluBt.

Ergebnisse und Diskussionen Tabelle 1 gibt einen (Jberblick tiber den Gehalt an Hauptinhaltsstoffen der am weitesten verbreiteten Htilsenfrtichte. Dabei ist zu beachten, dab es sich hierbei um mit handelstiblichen Proben erhaltene Untersuchungsergebnisse handelt. Fiir jede Leguminosenart sind daher natiirliche Schwankungen je nach Sorte, Herkunft, Anbau, Klima und Anbaujahr, welche die Analysenergebnisse beeinflussen k6nnen, zu erwarten. Bekanntlich enthalten Lupinen, Soja und Bockshornkleesamen keine St/irke. In diesen drei Leguminosen fanden wir als Kohlenhydratkomponenten Galaktomanane, die nach der Hydrolose mit Schwefels~iure Galaktose und Mannose ergaben. Daher sind die in der Rubrik St~rkegehalt angegebenen, nach Ewers bestimmten Werte, mit einer gewissen Einschriinkung zu betrachten. Bei den letztgenannten

1,96

Gruppen wird teilweise ein relativ hoher ,,St~irkegehalt" vorget~iuscht. Hinsichtlich des Fettgehaltes zeigte sich, dab die meisten der hier untersuchten Htilsenfrtichte sehr niedrige Mengen an Petrol~itherextrakten aufwiesen. Auch die mit Chloroform/Methanol extrahierten Lipide enthielten geringere Mengen an polaren Lipiden als jene, die mit Butanol/Wasser extrahiert worden waren. Durch die Butanol/Wasser-Extraktion stieg der Lipidgehalt in vielen F~illen um 100% an. Diese sehr starke ErhiShung der Extraktausbeute tibertriffl die in der Literatur angegebenen Werte bei weitem. So fanden z.B. Kundu u. Mitarb. [10] mittels Chloroform-Methanol-Extraktion im Mittelwert bei Erbsen-, Bohnen- bzw. Linsenlipiden 1,52 bzw. 1,50 bzw. 1,45% gegentiber 2,02, 2,50 und, 2;16% wie von uns durch Butanol/Wasser-Extraktion gefunden wurde. Dieser Befund deutet auf eine feste Bindung zwischen den Lipiden und anderen Inhaltsstoffen, insbesondere dem Eiweil3 hin. Die Bindung zwischen Eiweil3 und Lipiden spielt auch bei der Teigherstellung eine erhebliche Rolle, wie neuere Arbeiten gezeigt haben [11]. Die erw~ihnten Bindungen lassen sich offensichtlich nur durch starke polare L6sungsmittel 1/Ssen. In Soja und SiiBlupinen lagen die Werte der Petrol~itherextrakte h6her als die der mit Butanol/Wasser extrahierten Lipide. Die unterschiedlichen Mengen an Lipiden beruhen auf einer Emulsionsbildung w~ihrend des Ausschtittelns der nicht lipidartigen Stoffe. Dadurch entstehen Verluste an unpolaren Lipiden, welche die Hauptmenge des Fettes ausmachen. Ahnliche Beobachtungen kann man auch bei der Extraktion yon Mais machen. Die Lipidzusammensetzung der untersuchten Legumino-

W.Nierle und Abd E1 Wahab El Bayg: Untersuchung und Zusammensetzung einiger Leguminosen

Kephalin +-- Lecithin Inositphosphatidyl

Abb. 1. DC-Untersuchung der Lipide. - - i. Linsen (Lens culinaris), 2. Gartenbohne (Phaseolus vulgaris), 3. Ackerbohne ( ~ c i a f a b a ) . Trennschicht: Kieselgel, Laufmittel Chloroform/Methanol/Wasser (65 + 25 + 4). - - Anf~irbung: Joddampf

Kephalin nicht identifiziert +-- Lecithin

Inositphosphatidyl +-- nicht identifiziert Abb.2. DC-Untersuchung der Lipide. - - 1. Gelblupine (Lupinus luteus), 2. Blaulupine (Lupinus angustiJolius ). - - Trennschicht: Kieselgel G, Laufmittel: Chloroform/Methanol/Wasser (65 + 25 + 4), Anf/irbung: Joddampf

sen war sehr/ihnlich. Wie aus Abb. 1 zu ersehen ist, die eine Auswahl yon drei untersuchten Proben darstellt, sind die Lipid-Verteilungen der Leguminosen sehr ~ihnlich. Eine grol3e Ausnahme bilden die Blaulupinen (Abb.2), deren Lipide zwei noch nicht identifizierte polare Fraktionen aufweisen. Da diese Fraktionen in zwei verschiedene Arten yon Blaulupinen (Lupinus angustifolius) und nicht in Lupinus luteus vertreten sind, ist zu vermuten, dal3 diese Fraktionen far den Species angustifolius charakteristisch sind und somit daran chemisch identifizierbar sind. Nach den dtinnschichtchromatographischen Untersuchungen sind als Hauptbestandteile die Phospholipide Lecithin, Kephalin und Inositphosphatidyl vorhanden. Besonders bemerkenswert ist, dal3 in allen von uns untersuchten Leguminosen die Galaktosyldiglyceride im Gegensatz zu Angaben yon Kundu u. Mitarb. [10] nur in Spuren bzw. in sehr kleinen Mengen in den reifen Samen vorkommen. Da die Lipide der meisten Leguminosen Linolens~iure enthalten, deren Synthese in der Pflanze offenbar an das Vorhandensein von Ga-

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laktosyldiglyceriden gekoppelt ist [12--14], haben wir Lupinen, Erbsen und Bohnen in verschiedenen Reifestadien auf das Vorkommen von Galaktosyldiglyceriden untersucht. Dabei ergab sich, daf3 diese Lipidklasse in den frtiheren Entwicklungsstadien der Samen in h6herer Konzentration vorhanden ist. Mit zunehmender Reife nimmt deren Konzentration ab. Diese Befunde stehen im Gegensatz zu Ergebnissen bei Kartoffeln [14] und Weizen [15], bei denen mit zunehmendem Reifegrad keine oder nur eine sehr geringe Abnahme des Gehaltes an Digalaktosyldiglyceriden zu beobachten ist. Bei Leinsamen [16] mit den h6chsten Mengen an Linolens~iure (bis 80%) macht man die gleichen Beobachtungen wie hier bei den Leguminosen. Daraus ist zu folgern, dab sowohl ftir die Synthese wie auch ftir den Einbau der Linolens~iure in die Samenlipide die Anwesenheit von Galaktosyldiglyceriden zumindest in einem Reifestadium als Synthesezentrum notwendig ist. Im Gegensatz dazu liegen in den Photosyntheseorganen Chlorophyll, Galaktosyldiglyceride und Linolens~iure immer nebeneinander vor [12, 13]. Der Gehalt an freien Aminos~iuren, sowie die Aminos~iurezusammensetzung der HC1-Hydrolysate vorliegender Leguminosen sind in Tab. 2 angegeben. Im weiteren ist aus Tab. 2 zu ersehen, dal3 die Leguminosen im Gegensatz zu den tibrigen Getreidearten beachtliche Mengen an Lysin enthalten. Dies steht mit den Ergebnissen der Untersuchungen anderer Autoren in Einklang [2]. Bemerkenswert ist auch, dab in allen Leguminosen nur geringe Mengen an Methionin enthalten waren. Daher wurde auch auf die Anwendung der speziellen analytischen Erfassung des Methionins, die in einer Oxydation des Proteins vor der Hydrolyse durch Perameisens~iure besteht und damit auf eine Angabe der Metkioninwerte verzichtet [17]. Im iibrigen soll nochmals darauf hingewiesen sein, dal3 es sich bei den in Tab. 3 angegebenen Analysenwerten tiber den Gehalt an Hydrolsat-Aminos~iuren um unkorrigierte Werte handelt, so dal3 ffir die Feststellung der Absolutmengen yon Serin und Threonin noch Korrekturen erfolgen mtil3ten. Aus Tab. 2 ist ersichtlich, dab die Leguminosen im Gegensatz zu allen Getreidearten nur Spuren an freien Aminos~iuren aufweisen, was auf eine geringe Proteinaseaktivit~it hindeuten k6nnte. In gewissem Gegensatz zu dieser Vermutung steht allerdings die Tatsache, dal3 z.B. Mehl yon grogen Bohnen (Ficia faba) als Proteinasetr~iger zu enzymschwachen Mehlen beim Backen zugesetzt wird [18]. Die gtinstige Aminos~iurezusammensetzung und der hohe Proteingehalt der Leguminosen zeigen den hohen ern~ihrungsphysiologischen Wert dieser Samen fiir die Herstellung yon Futtermitteln sowie zur Anreicherung von Nahrungsmitteln mit unentbehrlichen Aminos~iuren.

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W. Nierle und Abd E1 Wahab E1 Bayfi: Untersuchung und Zusammensetzung einiger Leguminosen

Tabelle 2. Freie Aminos~iuren in einigen Leguminosen

Leguminosen

Gehalt in gmol/g Protein ( x 6,25) Asp

Thr

Ser

Glu

Pro

Gly

Ala

Val

Met

Ile

Leu

Tyr

Phe

Lys

His

Trp

Arg

1,8 2,1 2,0

1,6 1,8 1,6

2,5 2,5 2,4

2,1 2,8 2,4

0,5 0,5 --

0,7 1,0 1,0

0,5 0,7 0,7

0,2 0,5 0,2

0,2 0,2 0,2

0,2 0,2 0,2

0,3 0,2 0,2

0,3 0,3 0,3

0,3 0,5 0,4

0,4 0,4 0,4

0,3 0,4 0,3

--

3,7 5,3 4,1

3,8 2,3

3,4 1,0

5,7 2,3

2,5 1,8

0,76 0,3

1,1 0,9

0,3 0,1

0,1

0,2 --

0,1

0,2

--

0,3 0,3

0,8

1,2 0,7

4,1 4,7

2,6 4,8

1,1

1,1

0,6

1,8

0,7

0,6

0,9

0,3

0,2

0,2

1,4

0,3

0,5

0,3

0,3

14,3 9,6

1,7 0,9

2,1 1,2

1,6 1,9

---

0,5 0,6

0,6 0,7

0,4 0,3

0,2 0,2

0,2 0,2

0,3 0,3

0,2 --

0,4

0,3 0,2

1,4 0,8

---

4,5 3,3

9,8

0,9

2,5

5,9

0,7

0,8

0,9

1,0

0,7

0,9

--

1,8

3,1

0,7

1,4

1,5

2,1

0,8

0,6

2,5

2,1 2,0

0,6 1,0

1,5 0,8

0,7

0,3

0,7

Gelbe Erbse gesch~ilt

(Pisum sativum) Griine Erbse gesch~ilt Grtine Erbse ungesch~ilt Linsen

(Lens culinaris) Linsen; rotsamig Ackerbohne

(Hcia faba)

3,6

Gartenbohne

( Phaseolus vulgaris) Buschbohne Stangenbohne

(Phaseolus coccineus) Mungobohne

( Phaseolus aureus)

0,5

0,7

0,4

0,1

0,2

0,2

0,2

0,5

0,3

0,7

--

1,5

0,4

0,7

0,8

3,3

0,1

0,2

0,2

0,3

0,3

0,2

0,2

--

0,5

4,4 1,2

0,6 0,3

0,7 0,3

1,2 0,7

0,2 1,6

0,1 0,1

0,1 0,1

0,1 0,1

0,2

0,3 0,4

0,6 0,2

0,7 0,3

--

4,0 1,1

1,4

--

0,4

0,4

0,1

--

3,9

Blaulupine

( Lupinus angustifolius) Gelblupine

( Lupinus luteus) Soja ( Glycine soja)

0,1

Kichererbse

( Cicer arietinum)

0,1

0,3

Bockshornkleesamen

(Trigonellafoenum graecum)

0,3 2,5

1,1

2,2

4,6

--

4,9

2,6

1,7

0,7

0,3

0,3

0,3

0,8

13,1

9,0

0,2

2,0

1,7

0,5

0,3

0,6

0,2

--

0,1

0,1

--

0,6

--

3,0

Sommerwicke

(ldcia sativa)

0,2

0,7

2,9

Tabelle 3. Aminos~iuregehalt einiger Leguminosen

Leguminosen

Gehalt in gmol/g Protein x 6,25 Asp

Thr

Set

Glu

Pro

Gly

Ala

Val

Ile

Leu

Tyr

Phe

Lys

His

Arg

739 656 626 697 673

288 204 187 186 207

397 254 233 205 262

1054 778 234 853 981

358 321 298 290 304

541 502 389 391 479

397 299 309 352 362

385 335 309 355 369

315 262 260 254 233

475 425 386 440 398

128 109 107 49 113

257 204 225 248 188

495 367 351 381 343

222 131 187 228 152

105 303 263 362 447

735 912

306 249

388 325

890 847

324 297

475 462

388 373

416 414

311 305

530 562

123 137

247 253

406 373

169 157

265 297

715

276

304

935

280

500

388

416

313

589

98

257

402

159

248

959

266

427

891

400

580

464

502

371

625

139

318

513

247

348

675 532 879

190 187 262

250 260 307

1221 982 1072

307 219 413

480 384 530

284 231 411

299 242 421

276 221 354

494 454 582

106 84 102

178 162 277

319 244 421

158 155 203

460 404 356

711

233

284

806

297

363

366

284

237

435

116

259

315

125

362

733

300

470

1188

421

669

417

372

417

545

150

267

447

135

504

Griine Erbse gesch~ilt

(Pisum sativum) Griine Erbse ungesch~lt Linsen (Lens culinaris) Linsen, rotsamig Ackerbohne ( Ficiafaba ) Gartenbohne

( Phaseolus vulgaris) Buschbohne Stangenbohne

( Phaseolus coceineus) Mungobohne

( Phaseolus aureus) Blaulupine

(Lupinus angustifolius) Gelblupine (Lupinus luteus) Soja (Glycine soja) Kichererbse

(Citer arietinum) Bockshornkleesamen

(Trigonellafoenumgraecum)

W.Nierle und Abd El Wahab E1 Bayfi: Untersuchung und Zusammensetzung einiger Leguminosen

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Eingegangen am 8. September 1976