Взаимодействие пищевых волокон с различными функциональными ингредиентами пищи

РезюмеВ статье освещены вопросы взаимодействия пищевых волокон с основными ингредиентами (белком, жиром, витаминами и др.) пищевых продуктов, особенно функционального назначения. Изучено взаимодействие микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), входящей в состав пищевых волокон, с основными компонентами пищи, в частности, с белками, антиоксидантами и витаминами (токоферолом и рибофлавином). Обнаружено, что с увеличением содержания в пище МКЦ возрастает сорбция витаминов, особенно токоферолов, достигая максимума при 3 г МКЦ. Это, вероятно, обусловлено достаточно высокой пористостью МКЦ и ее превосходными свойствами поглощать и удерживать воду, липиды и другие пищевые ингредиенты. Полученные данные указывают на необходимость учитывать сорбционные возможности полисахаридов и, в частности, крахмалов при составлении обогащенных продуктов, рационов и рекомендаций по их использованию.

Ключевые слова:пищевые волокна, взаимодействие пищевых волокон с макро- и микроингредиентами, сорбционная способность, белки, витамины, антиоксиданты

Вопр. питания. - 2012. - № 3. - С. 41-45.

Сегодня производство и потребление пищевых продуктов должно отвечать принципам здорового питания. Это, с одной стороны, обусловлено заботой потребителя о своем здоровье, с другой - развитием науки о питании. При создании продуктов здорового питания применяют широкий спектр физиологически функциональных ингредиентов (витамины, минеральные вещества, полиненасыщенные жирные кислоты), а также пребиотики, особое место среди которых занимают пищевые волокна (ПВ), содержащие микрокристаллическую целлюлозу, резистентные крахмалы, пектин, хитозаны, инулин, фруктоолигосахариды и другие вещества. По сути дела ПВ - это полисахариды, состоящие из 10 и более мономерных остатков, устойчивые к гидролизу ферментами тонкой кишки человека [1, 16, 19]. Согласно утвержденным нормам [9], физиологическая потребность человека в ПВ составляет 20 г/сут. Американская диетологическая ассоциация рекомендует потреблять ежедневно 25-30 г ПВ. По рекомендациям ФАО ВОЗ, нормой потребления ПВ считается 25-35 г/сут, а лечебная суточная доза ПВ - не более 40-45 г (максимальная - 60 г).

К основным физиологическим эффектам, оказываемым ПВ на организм человека, относят нормализацию моторной функции желудочно-кишечного тракта. В результате ферментации кишечной микрофлорой растворимых и нерастворимых ПВ образуются короткоцепочечные жирные кислоты (в основном уксусная, пропионовая и масляная), которые оказывают положительное действие на функцию толстой кишки, улучшая всасывание электролитов и жидкости и повышая мышечную активность кишечника. Многие ПВ обладают пребиотическим эффектом, так как ферментация волокон снижает количество патогенных бактерий, что способствует улучшению состояния нормальной микрофлоры кишечника, ее росту, может предотвращать диарею, возникающую в результате воздействия бактериальных токсинов [20-22, 24-28].

ПВ играют ключевую роль и в коррекции липидного и углеводного обмена в организме. Гипогликемическое действие ПВ обусловлено их способностью образовывать гели или вязкие растворы, которые могут замедлять скорость прохождения пищи через желудок и абсорбцию глюкозы, тем самым влияя на снижение гликемического индекса и повышение толерантности к углеводам у больных сахарным диабетом. Некоторые ПВ также оказывают гипохолестеринолитическое действие, способствуя нормализации в сыворотке крови содержания общего холестерина, общих липидов - за счет связывания и ускорения обмена желчных кислот, а также увеличения их выведения из ор ганизма [13, 20, 21, 24-28].

Различные виды ПВ в зависимости от строения и свойств применяются для производства и обогащения пищевых продуктов, так как, помимо физиологических эффектов, оказываемых на организм человека, они обладают важными технологическими свойствами, позволяя получить продукты с пониженным содержанием жира, улучшенными текстурой и вкусовыми показателями. Учитывая это, следует отметить, что довольно часто в рецептурах сложных пищевых продуктов приходится сталкиваться с непредвиденными последствиями взаимодействия различных ингредиентов пищи. В частности, это относится к взаимодействию ПВ с макро- и микроингредиентами пищи, что определяет характер и свойства образуемых пищевых комплексов, а также степень их влияния на скорость и полноту усвоения различных пищевых ингредиентов, прежде всего белков, жиров, витаминов и других биологически активных веществ [1, 2, 14, 18].

Аспект взаимодействия ПВ с белками является одним из важнейших при создании функционального продукта, так как связывание белков с полисахаридами может повлиять на количество усвоенного организмом белка. Так, в совместной работе специалистов ФГБУ "НИИ питания" РАМН и Московского государственного университета пищевых производств (МГУПП) были получены данные, свидетельствующие о взаимодействии между ПВ и белком в процессе хлебопечения [14]. Была проведена инфракрасная (ИК) спектроскопия хлеба с добавлением ПВ (яблочной клетчатки, цитрусовых волокон, инулина), позволяющая выявить ИК-спектры белков и продуктов их распада - пептидов. В указанном продукте отмечали 2 основные полосы поглощения - амида I (1650 см-1) и амида II (1550 см-1), вызванных валентными колебаниями С=О-связи (амид I) и плоскостными деформационными колебаниями NH-связи (амид II) (рис. 1) [17]. Наличие в спектрах исследуемого вещества обеих полос с большой долей вероятности свидетельствует о том, что в анализируемой пробе содержится полипептид или белок, который взаимодействует с ПВ.

К ПВ относят резистентные крахмалы, которые обладают многочисленными функциями и характеризуются простотой применения. Они проявляют функциональные свойства диетических волокон, и поэтому широко используются в пищевой промышленности. Главная цепь макромолекулы крахмала содержит многочисленные гидроксильные группы с проекцией в окружающее пространство. Эти гидроксильные группы могут служить движущей силой в соединении в определенном порядке цепей крахмала и проявлять определенное сродство к другим гидроксильным группам с помощью водородных связей. [15].

В ФГБУ "НИИ питания" РАМН изучалось связывание различными видами модифицированного крахмала витамина В2 (рибофлавина) [1]. В исследованиях было показано, что сорбция рибофлавина на крахмале зависит не только от концентрации последнего, но и от количества добавляемого витамина (сорбция рибофлавина на крахмале изменялась в пределах от 4 до 45%). Наиболее выраженная сорбция наблюдалась при низких концентрациях рибофлавина. При концентрации рибофлавина на уровне 2,5 мкг/мл степень сорбции достигала 40%, в то время как на уровне 200 мкг/мл этот показатель был <5%, что обусловлено ограниченными сорбционными свойствами крахмала. Полученные данные указывают на необходимость учитывать сорбционные возможности полисахаридов и, в частности, крахмалов при составлении обогащенных продуктов, рационов и рекомендаций по их использованию.

C 2010 г. специалистами ФГБУ "НИИ питания" РАМН и МГУПП проводится совместная работа, направленная на выявление в жировых эмульсионных продуктах взаимодействия ПВ с антиоксидантами. На первом этапе этих исследований изучено взаимодействие указанных веществ в эмульсиях, созданных на основе купажей из растительных масел. Исследования показали, что витамин Е из купажей масел сорбируется ПВ, а именно модифицированным крахмалом, пшеничными волокнами, микрокристаллической целлюлозой. И хотя хроматографически в образцах эмульсий с ПВ свободный токоферол практически не был обнаружен, стала ясна необходимость дальнейшего изучения взаимодействия и сорбционных способностей ПВ в отношении различных антиоксидантов. С этой целью был проведен ряд экспериментов (рис. 2), направленных на выявление взаимодействия микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) с постоянным количеством токоферола. В результате была обнаружена следующая тенденция: с увеличением содержания МКЦ в эмульсии сорбция ПВ витамина Е увеличивалась и становилась максимальной при использовании 3 г МКЦ. Очевидно, это может быть обусловлено достаточно высокой пористостью и превосходными свойствами поглощения и удерживания воды, жира и других веществ данным ПВ. Таким образом, изучение взаимодействия белков, витаминов и антиоксидантов с ПВ подтверждает необходимость учитывать их сорбционные возможности при проектировании обогащенных продуктов, рационов и разработке рекомендаций по их использованию.

Полученные результаты с использованием современных методов исследования позволяют планировать изучение степени взаимодействия белков, антиоксидантов, витаминов с другими функциональными ПВ - инулином, хитозаном, пектином, характеризующимися, как известно, пребиотическим действием и используемыми в производстве пищевых продуктов. Особенно это относится к пектину, который широко применяют в производстве консервов, хлебобулочных, кондитерских изделий, напитков [4, 5], что обусловлено многообразием его свойств. Одним из важнейших свойств пектинов является их желирующая способность, т.е. возможность связывать большое количество жидкости с образованием студня или геля. Текстура образуемого продукта и скорость желирования связаны c показателем степени этерификации пектина. В качестве пребиотика пектин рассматривается лишь в последние годы. В настоящее время он применяется при лечении инфекционных заболеваний желудочно-кишечного тракта, в частности при острой кишечной непроходимости [6-8].

Пектин обладает высокой сорбционной и комплексообразующей способностью благодаря наличию в макромолекулах различных функциональных групп (карбоксильных и гидроксильных), что обеспечивает сорбирование и прочное удержание разных видов микроорганизмов и выделяемых ими токсиновов, а также биологических веществ, способных накапливаться в организме, - холестерина, билирубина, липидов, желчных кислот, мочевины, серотонина, гистамина. Пектин выводит из организма многочисленные биогенные токсины, анаболики, ксенобиотики, продукты метаболизма; он не токсичен и полностью выводится из кишечника [3, 23].

Применение инулина в составе продуктов здорового питания в качестве функционального ингредиента практикуется в России сравнительно недавно и обусловлено его медико-биологическими и биохимическим характеристиками. Инулин и фруктоолигосахариды, входящие в состав ПВ, являются природными пребиотиками, которые получают путем водной экстракции из корня цикория и топинамбура. Реологические и сенсорные свойства инулиновых гелей делают их превосходными заменителями жиров в разнообразных пищевых продуктах [15]. Физиологическая ценность инулина состоит в том, что он нормализует микробиоценоз кишечника за счет увеличения количества полезной микрофлоры и ингибирования популяции патогенных микроорганизмов. Он снижает содержание токсичных метаболитов в кишечнике, улучшает обмен желчных кислот, понижает рН фекальных масс, что способствует устранению запора. Стимулирование роста и развития бифидо- и лактобактерий обусловлено конечными продуктами ферментации олигосахаридов, в частности обладающими бактерицидным эффектом молочной кислоты. В свою очередь, короткоцепочечные жирные кислоты стимулируют рост и регенерацию эпителиальных клеток слизистой оболочки толстой кишки [15]. Одновременно инулин нормализует в сыворотке крови уровни глюкозы и липидов, особенно холестерина, в связи с чем широко применяется для профилактики и лечения атеросклеротических изменений сердечно-сосудистой системы, а также сахарного диабета типа 2 [12]. Инулин широко используют при производстве ряда пищевых продуктов, особенно молочных, хлебобулочных, кондитерских изделий, а также продуктов детского питания, преимущественно различных молочных смесей, напитков и каш [10, 11].

В заключение следует сказать, что вопрос взаимодействия ПВ с микро- и макроингредиентами пищевых продуктов является актуальным и требует проработки алгоритма их внесения в обогащаемые продукты, особенно функционального назначения. Необходимо также изучить процессы взаимодействия ПВ с другими эссенциальными веществами, в частности минеральными элементами.

Рис. 1. Cпектральная шкала [см-1]

Рис. 2. Хроматограмма токоферола в образцах эмульсий с различной концентрацией микроцеллюлозы: I - 1 г, II - 1,5 г, III - 3 г

Литература

1. Бессонов В.В., Передеряев О.И., Богачук М.Н. // Вопр. дет. диетологии. - 2011. - Т. 9, № 1. - С. 22-26.

2. Гаппаров М.М., Соколов А.И., Мартынова Е.А. и др. // Вопр. питания. - 2007. - Т. 76, № 4. - С. 15-20.

3. Златкина А.Р. Лечение хронических болезней органов пищеварения. - М. Медицина, 1994. - 336 с.

4. Кочеткова А.А. // Пищ. пром-сть. - 1992. - № 7. - С. 30-33.

5. Кочеткова А.А., Колеснов А.Ю. // Там же. - 1992. - № 6. - С. 35-37.

6. Лазарева Е.Б., Меньшикова Е.Д., Хватов Н.А. и др. Использование пектинов для лечения гнойных осложнений в хирургии // Тезисы докладов II междунар. конф. "Внутрибольничные инфекции - проблемы эпидемиологии, клиники, диагностики, лечения и профилактики". - М., 1999. - С. 86-87.

7. Лебедев А.Г., Лященко Ю.Н., Петухов А.Б. Клиническое применение препарата энтеросгель у больных с патологией органов пищеварения: Метод. рекомендации для врачей / Под ред. И.В. Маева, Ю.Н. Шевченко, А.Б. Петухова. - М., 2000. - 86 с.

8. Македонская Т.П. Сочетанное применение глутамина и пектина в лечении синдрома кишечной недостаточности при перитоните: Дис. - канд. мед. наук. - М., 2003. - 158 с.

9. Методические рекомендации. Нормы физиологических потребностей в энергиии пищевых веществах для различных группнаселения Российской Федерации - МР 2.3.1.2432-08. - М., 2008 - 39 с.

10. Перковец М.В. // Мол. пром-сть. - 2007. - № 9. - С. 55-56.

11. Перковец М.В. // Пищ. ингредиенты: сырье и добавки. - 2009. - № 1. - С. 40-46.

12. Погожева А.В., Дербенева С.А., Трушина Э.Н. и др. // Вопр. питания. - 2006. - Т. 75, № 3. - С. 48-53.

13. Попова Т.С., Тамазошвили Т.Ш., Шестопалов А.Е. Нутритивная поддержка больных в критических состояниях. - М.: М-Вести, 2002. - 320 с.

14. Тарасова В.В. Совместное применение фосфолипидов, моноглицеридов, пищевой клетчатки и инулина при производстве хлебобулочных изделий: Автореф. дис. - канд. наук. - М., 2007. - 26 с.

15. Филлипс Г.О., Вильямс П.А. Справочник по гидроколлоидам: Пер. с англ. / Под ред. А.А. Кочетковой, Л.А. Сарафановой. - СПб.: ГИОДР, 2006 - 536 с.

16. Химический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983. - 792 с.

17. Эллиот А. Инфракрасные спектры и структура полимеров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1972. - 159 с.

18. Codex alimentarius commission // Thirty second Session. - Rome, Italy, 29 June - 4 July, 2009. - 221 р.

19. Codex alimentarius commission // Thirty third Session. - Geneva, Switzerland, 5-9 July, 2010. - 141 р.

20. Gallaher D.D., Olson Y.M., Larnzt K. // J. Nutr. - 1992. - Vol. 122. - Р. 2391-2397.

21. Gallaher D.D., Schneeman B.O. Dietary Fiber, in: Present knowledge in Nutrition. 7th ed. - Washington: ILSI Press, 1998. - Vol. 9. - Р. 87-97.

22. Proposed Policy: Definition and Energy value for Dietary Fiber // Health Canada. - 2010. - 26 p.

23. Roumen R.M., Hendrics T., Wevers R. et al. // J. Arch. Surg. - 1993. - Vol. 128. - P. 453-457.

24. Schneeman B.O., Gallaher D.D. Effects of dietary fiber on digestive enzymes // Conference Proceedings "Dietary fiber in human nutrition". - CRC Press, 1993. - Р. 377-385.

25. Schwartz S.E., Levine R.A., Singh A. // J. Am. Gastroenterol. - 1982. - Vol. 83. - P. 812-817.

26. Smith T., Brown Y.C., Livesey G. // Am. J. Clin. Nutr. - 1998. - Vol. 68. - P. 802-819.

27. Tdwards C.A., Blackburn N.A., Craigen L. // Ibid. - 1987. - Vol. 46. - P. 72-77.

28. Yenkins D.Y.A., Wolewer T.M.S., Leeds A.R. // J. Br. Med. - 1978. - Vol. 1. - P. 1392-1394.