Состояние здоровья человека в значительной степени определяется структурой питания, поэтому организация производства и потребления функциональных пищевых продуктов является приоритетным направлением государственной политики РФ [1, 2]. При этом особое внимание должно уделяться вопросам создания пищевых продуктов, предназначенных для поддержания и восстановления нормальной кишечной микробиоты.
Впервые идея о том, что обитающие в кишечнике человека микроорганизмы играют важную роль в сохранении здоровья человека, а потребление кисломолочных продуктов способствует активному долголетию, была высказана в начале ХХ в. выдающимся русским ученым, лауреатом Нобелевской премии в области физиологии и медицины И.И. Мечниковым [3]. В наше время эта идея получила мощное подтверждение и уникальное развитие. Симбионтная микробиота, ассоциированная с макроорганизмом, рассматривается как часть единой экосистемы, своеобразный экстракорпоральный орган, который принимает прямое или опосредованное участие во всех биохимических процессах, поэтому нарушение его деятельности приводит к различным заболеваниям. Сегодня известно, что нормальная микробиота кишечника не только активно участвует в пищеварительном процессе и синтезе целого ряда биологически активных веществ и защищает организм хозяина от колонизации патогенными микробами, но также выполняет иммуно-регуляторную функцию [4, 5].
На состав микробиоты кишечника оказывают влияние генетика макроорганизма, возраст, условия окружающей среды и рацион питания. Согласно современным научным представлениям, в здоровом питании значимая роль отводится употреблению с пищей живых пробиотических микроорганизмов и неперевариваемых пищевых ингредиентов (пребиотиков), которые избирательно стимулируют рост полезных для здоровья бактерий в толстой кишке [4-8]. Как одна из наиболее перспективных групп функциональных пищевых ингредиентов пребиотики были успешно освоены рынком, объемы их производства в мире растут быстрыми темпами [9]. Однако в науке о питании до сих пор нет единства мнений по поводу терминологии, классификации и оценки эффективности их действия.
Цели данного обзора - анализ современных научных и официальных данных о пребиотиках, определение проблем и тенденций развития исследований в этой области.
Возникновение и развитие понятия "пребиотик"
Предпосылкой возникновения понятия пребиотиков стала идея бифидус-фактора. В 1960-е гг. так был назван компонент женского молока, который стимулировал развитие бифидобактерий в кишечнике ребенка, причем F. Petuely обнаружил это свойство также и у лактулозы -синтетического дисахарида, полученного путем изомеризации лактозы [10, 11]. В 1970-1980-е гг. японские исследователи доказали, что галакто- и фруктоолигосахариды (ФОС) также оказывают бифидогенный эффект [12]. Позже было установлено, что бифидус-фактор женского молока представляет собой сложный комплекс различных олигосахаридов и гликанов [13].
Со временем бифидус- (или бифидогенными) факторами стали называть вещества, которые способствовали росту бактерий рода Bifidobacterium не только in vivo, но и in vitro. Накапливались данные исследований и об их стимулирующем действии на других полезных обитателей кишечника, а также на экзогенные пробиотические микроорганизмы, оказывающие при потреблении с пищей благотворный эффект на макроорганизм за счет коррекции ассоциированной с ним кишечной микрофлоры [4, 6]. Производство и потребление пробиотических продуктов ежегодно увеличивается [8, 9]. Однако со временем стали возникать вопросы о выживаемости и приживаемости пробиотических микроорганизмов в кишечнике, их чужеродности индивидуальной микро-биоте хозяина и общей эффективности их применения [4, 6, 7]. Для решения этих проблем усилился поиск веществ, которые могли бы стимулировать пролиферацию собственных полезных микроорганизмов хозяина, и термина для их обозначения.
Термин "пребиотик" был введен в 1995 г. G. Gibson и M. Roberfroid для обозначения неперевариваемого пищевого ингредиента, который благотворно влияет на здоровье хозяина, выборочно стимулируя рост и/или активность одного или нескольких видов бактерий в толстой кишке [14]. В дальнейшем это определение несколько раз уточнялось без существенных изменений [15-18]. Были предприняты попытки конкретизировать эти ингредиенты и стимулируемые ими виды бактерий, а пребиотиком назвать углевод, который изменяет количество бактерий в толстой кишке, наиболее важных для здоровья человека, включая бифидобактерии, бактероиды, лактобациллы и клостридии [19, 20]. Однако с учетом появления новых данных о составе и функциях микробиоты желудочно-кишечного тракта, а также о веществах неуглеводной природы с пребиотическим эффектом, можно предположить, что в науке сохранится более общая трактовка термина, согласно которой пребиотиком называется селективно ферментируемый ингредиент, потребление которого приводит к специфическим изменениям в составе и/или деятельности кишечной микробиоты и таким образом приносит пользу здоровью хозяина [20].
Понятие "пребиотик" было быстро воспринято научной общественностью: количество цитирований базовой работы G. Gibson и M. Roberfroid [14] в сети Web of Science к 2015 г. превысило 2500 [21]. Количество публикаций с термином "prebiotic" в системе PubMed последние 10 лет быстро росло и достигло 698 в 2016 г. (рис. 1).
Результатами исследований последнего десятилетия, полученными с использованием методов молекулярной биологии, метагеномики, протеомики и гликомики, обосновывается необходимость совершенствования определения и классификации пребиотиков. Например, в работе [22] предлагается рассматривать пребиотики как неперевариваемые в верхних отделах пищеварительного тракта углеводы, которые ферментируются бактериями толстой кишки с образованием короткоцепочечных жирных кислот в качестве конечных продуктов. Другие исследователи, признавая необходимость дальнейшей работы над определением, подчеркивают сложность состава кишечной микробиоты, недостаточное понимание взаимодействия разных видов и штаммов при метаболизме пребиотиков, неопределенности понятий полезных и вредных микроорганизмов, а также проблем с измерением пользы для здоровья [21, 23].
Возможно, отсутствие единого мнения по терминологии в научной среде привело к тому, что во многих странах мира понятие пребиотиков не стандартизовано. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (Food and Drug Administration, FDA) в 2006 г. разработало специальное руководство для промышленности по комплементарным и альтернативным медицине продуктам, включая пребиотики [24]. Европейское агентство по безопасности продуктов питания (European Food Safety Authority, EFSA) использует для идентификации пребиотиков определение Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (Food and Agriculture Organization, FAO) и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) 2008 г., в котором они описаны как пищевые компоненты, которые приносят пользу здоровью хозяина, связанную с изменением микробиоты [17]. В Японии, которая является мировым лидером в области функционального питания, термин "пребиотик" не используется в стандартах, однако олигосахариды, пищевые волокна и другие полисахариды определяются как "продукты питания для модификации условий желудочно-кишечного тракта" и рассматриваются в качестве продуктов для здорового питания (Foods for Specified Health Uses, FOSHU) [25, 67].
Что касается России, в соответствии с ГОСТ Р 523492005 "Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения", пребиотик - это "физиологически функциональный пищевой ингредиент в виде вещества или комплекса веществ, обеспечивающий при систематическом употреблении в пищу человеком в составе пищевых продуктов благоприятное воздействие на организм человека в результате избирательной стимуляции роста и/или повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника".
Заметим, что в данном определении приведено важнейшее требование - благоприятное воздействие на организм - и определен его механизм, связанный с избирательной стимуляцией роста и/или повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника. Наиболее точно классическим представлениям о пребиотиках соответствует, на наш взгляд, определение в ГОСТ Р 56201-2014 "Продукты пищевые функциональные. Методы определения бифидогенных свойств" [69]: "Пребиотические вещества - это неперевариваемые пищевые вещества, избирательно стимулирующие рост и/или биологическую активность одного или ограниченного числа представителей защитной микрофлоры кишечника человека, способствующие поддержанию ее нормального состава и биологической активности".
Возможно, при пересмотре определений можно было бы учесть, что в научной литературе в настоящее время вместо термина "микрофлора" все чаще используют термины "микробиота" или "микробиом".
Критерии выбора и методы сравнительной оценки эффективности пребиотиков
К основным критериям выбора пребиотиков изначально относили триаду "resistant - fermentation - selective stimulation", т.е. устойчивость к кислой среде желудка, ферментам в верхних отделах желудочно-кишечного тракта и адсорбции в тонкой кишке; ферментируемость кишечной микрофлорой с выборочной стимуляцией роста и/или активности полезных для здоровья кишечных бактерий [14, 15]. M. Roberfroid в 2007 г. отметил, что этим 3 критериям точно соответствуют только инулин и трансгалактоолигосахариды, однако признал, что лактулоза также имеет статус пребиотика [26].
Уточненный перечень характеристик пищевых ингредиентов, которые рассматриваются в качестве пребиотиков, выглядит следующим образом [18, 27-29]: они не должны расщепляться и всасываться в верхних отделах желудочно-кишечного тракта; пребиотики должны расщепляться ферментами микроорганизмов в толстой кишке и избирательно стимулировать рост бифидо- и/или лактобактерий, оказывая положительное влияние на состав кишечной микробиоты; продукты их ферментации должны оказывать благотворное влияние и/или системное действие на организм хозяина; пребиотики должны быть технологически устойчивы при производстве пищевых продуктов.
Для количественной оценки функциональной активности in vivo и сравнения пребиотиков М. Roberfroid в 2007 г. предложил понятие "пребиотический индекс", который рассчитывается как увеличение бифидобактерий, выраженное абсолютным количеством (N) новых колониеобразующих единиц на 1 г фекалий (Е), разделенным на дневную дозу пребиотика в граммах (А) [26]. Такой метод расчета пребиотического индекса позволяет оценить только одну сторону влияния пребиотиков - стимулирование пролиферации бифидобактерий, хотя, безусловно, это ассоциируется с большинством положительных эффектов общего характера в организме.
Другие исследователи предложили более сложную формулу расчета пребиотического индекса [30]:
PI = (Bif/Total) - (Bac/Total) + (Lac/Total) - (Clos/Total), (1)
где PI - пребиотический индекс; Bif - отношение количества бифидобактерий в образце кала на момент исследования (после приема пребиотиков) к исходному количеству; Total - общее количество бактерий; Bac - отношение количества бактероидов в образце кала на момент исследования к исходному количеству; Lac - отношение количества лактобацилл в образце кала на момент исследования к исходному количеству; Clos - отношение количества клостридий в образце кала на момент исследования к исходному количеству.
В формуле (1) учтена роль представителей микробиоты, относимых к четырем родам бактерий (двум полезным - Bifidobacterium, Lactobacillus и двум потенциально вредным - Bacteroides и Clostridium), а также общего количества бактерий в кале. Недостатком можно считать то, что в этом случае не рассматривается влияние такого важного фактора, как концентрация пребиотика, а понятие пребиотического индекса становится более сложным для понимания. Кроме того, не все бактероиды являются патогенными, они относятся к микроорганизмам с невыясненным статусом [18, 29].
Анализ данных расчета пребиотического индекса по формуле (1), приведенных в работе [30], позволяет говорить о существенном влиянии на этот показатель не только вида олигосахаридов, но и таких факторов, как время ферментации и рН среды развития микроорганизмов.
Авторы статьи [28] приводят упрощенную формулу расчета пребиотического индекса, которая, однако, не учитывает общее количество бактерий и концентрацию вводимого пребиотика:
PI = Bft/Bf0 - Bact/Bac0 + Lact/Lac0 - Clt/Cl0, (2)
где Bft - количество бифидобактерий после введения пребиотика; Bf0 - исходное количество бифидобактерий; Bact - количество бактероидов после введения пребиотика; Bac0 - исходное количество бактероидов; Lact - количество лактобацилл после введения пребиотика; Lac0 - исходное количество лактобацилл; Clt - количество клостридий после введения пребиотика; Cl0 - исходное количество клостридий.
В России с целью обеспечения научно обоснованного подхода к рекомендуемым уровням содержания в составе специализированных пищевых продуктов (СПП) и биологически активных добавок (БАД) к пище для взрослых людей пищевых и биологически активных веществ разработаны методические рекомендации МР 2.3.1.1915-04 "Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ" [68]. В этом документе, который в дальнейшем был использован для разработки Приложения 5 Единых санитарно-эпидемиологических и гигиенических требований к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору [69], введены понятия адекватного уровня потребления (АУП) и верхнего допустимого уровня потребления (ВДУП).
АУП определяется как уровень суточного потребления пищевых и биологически активных веществ, установленный на основании расчетных или экспериментально определенных величин, или оценок потребления пищевых и биологически активных веществ группой/группами практически здоровых взрослых людей (с использованием эпидемиологических методов), для которых данное потребление (с учетом показателей состояния здоровья) считается адекватным. ВДУП - наибольший уровень суточного потребления пищевых и биологически активных веществ, который не представляет опасности развития неблагоприятных воздействий на показатели состояния здоровья практически у всех лиц (конкретной группы) из общей популяции. Например, АУП для лактулозы как биологически активного вещества составляет 2 г, ВДУП - 10 г, такие же уровни потребления предусмотрены для лактита [68, 69].
Важно, что для обеспечения функциональной эффективности биологически активных веществ их содержание в суточной порции СПП или БАД к пище, указываемое в рекомендациях по применению, должно составлять не менее 15% от АУП и не превышать ВДУП [69].
Методы определения бифидогенных свойств функциональных пищевых продуктов, обогащенных пробиотическими микроорганизмами или пребиотическими веществами, включены в ГОСТ Р 56201-2014, разработанный специалистами ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" [70]. Метод оценки in vitro 1 основан на выявлении чувствительности к воздействию функционального пищевого продукта тест-штаммов микроорганизмов - представителей популяций защитной микрофлоры кишечника человека родов Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp. и вида Escherichia coli с нормальной ферментативной активностью. В случае достоверного превышения количества тест-культур микроорганизмов в средах с анализируемым продуктом в сравнении с контролем на 1,0 lg КОЕ/см3 и более делается вывод о стимулирующем бифидогенном действии функционального пищевого продукта в модели in vitro 1 [70]. Преимущества метода - относительная простота, учет влияния функционального пищевого продукта на развитие ведущих представителей защитной микрофлоры кишечника человека. Однако этот метод не позволяет судить о пребиотической активности испытуемых веществ in vivo, так как непонятно, доходят ли они до толстой кишки в нерасщепленном виде.
Этот недостаток в какой-то степени преодолевается при использовании метода оценки in vitro 2, который предусматривает изучение воздействия функциональных пищевых продуктов на степень выживания представителей защитной микрофлоры в экспериментальной модели in vitro в условиях, имитирующих процесс пищеварения в полости желудка и верхнего отдела тонкой кишки человека. В этом случае воздействие функционального пищевого продукта на представителей защитной микрофлоры оценивают по степени выживания бактериальных популяций тест-штаммов при их инкубации в модельных средах с последовательным переносом инокулятов из сред, имитирующих параметры желудка, в среды с параметрами верхнего отдела тонкой кишки, а также по степени выраженности функциональных свойств тест-культур (антагонизм). Наличие у функционального пищевого продукта бифидогенных свойств признают при обнаружении индекса выживаемости, достоверно подтверждающего выживание на конечном этапе в модели тонкой кишки более чем 60% от исходного количества тест-микроорганизмов Bifidobacterium spp., внесенных в модель желудка, и при выявлении у них кислотообразующей способности, которая соответствует исходной или более высокой степени, но составляет значения не выше чем 4,8 ед. рН среды культивирования [70].
Более точным (хотя и более трудоемким) можно считать метод оценки бифидогенных свойств функционального пищевого продукта в условиях in vivo, который проводят на основании изучения видового состава и количественных уровней основных защитных популяций нормальной микрофлоры кишечника и их функциональной активности. Для этого производят посев содержимого толстой кишки лабораторных животных, получавших функциональный пищевой продукт с кормом, при сравнении с интактными контрольными животными. В ходе исследования проводят изучение защитных популяций микрофлоры (Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp., лактозоферментирующих бактерий семейства Enterobacteriaceae), а также комменсальных и транзиторных (условно-патогенных) представителей микробиоты (цитратположительных Enterobacteriaceae, стрептококков, Enterococcus spp., Bacteroides spp., сульфитредуцирующих клостридий, бактерий рода Proteus, Staphylococcus spp. и S. aureus, дрожжей и плесневых грибов) на соответствующих дифференциально-диагностических и селективных средах [70]. Метод позволяет учитывать влияние функционального продукта на широкий спектр полезных и вредных микроорганизмов кишечника.
Можно предположить, что дальнейшее совершенствование методов количественной оценки и сравнения эффективности пребиотиков, включая определение пребиотического индекса, будет происходить с учетом всех важных факторов на основе новых достижений в области изучения микробиома человека.
Классификация пребиотиков
Пребиотики можно классифицировать по нескольким признакам: природе и структуре, происхождению и источникам сырья, способу производства, области применения. Основным критерием является химическое строение молекул пребиотиков, которое определяет их резистентность к перевариванию в пищеварительном тракте и способность к ферментации определенными группами бактерий кишечника.
Согласно примечанию к определению пребиотиков в ГОСТ Р 52349-2005 "Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения" основными видами пребиотиков являются ди- и трисахариды, олиго- и полисахариды, многоатомные спирты, аминокислоты и пептиды, ферменты, органические низкомолекулярные и ненасыщенные высшие жирные кислоты, антиоксиданты, полезные для человека растительные и микробные экстракты и др. Приведенный перечень разнообразных веществ не совсем соответствует классическим представлениям о пребиотиках [14-21]. В то же время следует отметить, что в научных кругах пока нет единства мнений по вопросу классификации пребиотиков. В ряде работ [4, 31-33] встречается упоминание о веществах белковой природы (аминокислотах, пептидах), витаминах, полиолах как о бифидогенных факторах или пребиотиках, однако исследования чаще всего проводили in vitro, а доказательств пребиотического эффекта in vivo пока недостаточно. Большинство исследователей считают пребиотиками только вещества углеводной природы, прежде всего так называемые неперевариваемые олигосахариды (короткоцепочечные углеводы с количеством мономеров от 2 до 10).
В обзоре [34] впервые в систематизированном виде были описаны свойства и методы получения бифидогенных олигосахаридов, которые отличаются длиной цепочек мономеров и их химической структурой, включая следующие 12 классов:
- галактоолигосахариды (ГОС);
- лактулоза;
- лактосахароза;
- ФОС;
- палатинозоолигосахариды;
- гликозилсахароза;
- мальтоолигосахариды;
- изомальтоолигосахариды;
- циклодекстрины;
- соевые олигосахариды;
- гентиоолигосахариды;
- ксилоолигосахариды.
Позже вышеприведенный перечень пребиотиков дополнился ферментируемыми полисахаридами (растворимыми пищевыми волокнами) - пектином, резистентным крахмалом, агаром и их производными, причем перечень веществ-пребиотиков значительно варьирует в разных работах [4, 6-8, 12-16, 19, 20, 22, 26-40].
К классическим пребиотикам с доказанными в многочисленных исследованиях положительными эффектами на здоровье, давно и широко применяемым в пищевой промышленности, а также в фармацевтике, можно отнести фруктаны, галактаны и лактулозу. В отдельных публикациях в качестве пребиотиков, кроме вышеупомянутых веществ, рассматриваются маннаноолигосахариды, глюкоолигосахариды, пектоолигосахариды, мелибиозоолигосахариды, N-ацетилхитоолигосахариды, олигосахариды женского молока, камеди, производные резистентного крахмала, олигодекстраны, ксантановые, альгинатные и агаровые олигосахариды, сорбит, мальтит, лактит; тагатоза, стахиоза, раффиноза, рамноза, арабиноза; пептиды (в частности из лактоферрина), лактобионовая кислота, полифенолы.
Классификация пребиотиков по химической структуре приведена на рис. 2 (в схему, разработанную по источникам [4, 6-8, 12-16, 19, 20, 22, 26-40], включены только основные группы пребиотиков).
Учитывая огромный объем информации, целесообразно рассмотреть физико-химические свойства, особенности влияния на здоровье человека и направления применения различных пребиотиков в отдельных статьях. В данной работе приведем лишь краткую характеристику наиболее изученных, общепризнанных пребиотиков.
Фруктаны - невосстанавливающие углеводы, состоящие из остатков D-фруктозы, связанных между собой (2-1) β-гликозидной связью, и одной молекулы D-глю-козы. В группу фруктанов-пребиотиков включают инулин, олигофруктозу и ФОС.
Инулин - это запасный полисахарид растений, главным образом семейства сложноцветных. Содержится в корнях и клубнях, в качестве сырья для получения инулина в промышленности используют цикорий и топинамбур. Различают низкомолекулярные (средняя степень полимеризации 10 и ниже) и высокомолекулярные (средняя степень полимеризации 20 и выше) инулины. Низкомолекулярные инулины - это аморфные слегка сладковатые вещества, которые растворяются даже в холодной воде, высокомолекулярные имеют кристаллическую структуру и нейтральный вкус, с трудом растворяются даже при кипячении. Полученные из инулина низкомолекулярные фракции называют олигофруктозой [42, 43].
Инулин - наиболее широко используемый в промышленных условиях пребиотик в мире, годовой объем его производства превышает 140 тыс. тонн в год. В пищевой промышленности инулин применяют не только как функциональный ингредиент, но и как жирозаменитель, стабилизатор эмульсий и аэрированных продуктов[41, 43]. В медицинской практике инулин рекомендован как низкокалорийная альтернатива сахару при различных заболеваниях (диабет, ожирение и т.д.).
Существуют 2 способа промышленного производства ФОС: гидролиз водного экстракта инулина и ферментативный синтез из сахарозы с использованием бактериальной или грибной трансферазы. Промышленные препараты ФОС обычно содержат 25-30% трисахарида 1-кестозы, 10-15% тетрасахарида нистозы и 5-10% пентасахарида фруктозилнистозы, а также глюкозу, фруктозу и сахарозу. ФОС также активно используются в различных пищевых продуктах в качестве низкокалорийного подсластителя с функциональными свойствами. ФОС применяется в йогуртах для улучшения их органолептических и функциональных свойств. В качестве пребиотика ФОС в комбинации с ГОС используется в смесях для детского и геродического питания [44, 45].
Анализ рынка фруктанов в России показывает низкий уровень темпов роста потребления инулина за последние 5 лет, причем спрос на инулинсодержащие добавки в основном обеспечивается зарубежными фирмами. Более того, в условиях ухудшения макроэкономической ситуации спрос на инулин на российском рынке снижается [46].
Галактаны (ГОС и трансгалактоолигосахариды) - это углеводы с общей формулой Gal-(Gal)n-Glc, которые состоят из 2-10 остатков галактозы, соединенных преимущественно β-(1-4) и β-(1-6) связями, и конечного остатка глюкозы, соединенного α-(1-4) связью. Промышленно производимые сиропы ГОС содержат три-, тетра-, пента- и гексасахариды, причем доля каждой фракции тем меньше, чем больше молекулярная масса углевода. ГОС получают из лактозы с использованием фермента β-галактозидазы (лактазы, Е.С. 3.2.1.23). Этот фермент при высоких концентрациях лактозы катализирует гликозилтрансферазные реакции и использует лактозу в качестве донора гликозильного остатка для переноса галактозы на другие молекулы лактозы, выступающие в качестве акцепторов [47-49].
В работах [50, 51] на основе анализа патентной информации выделены и подробно описаны 3 направления получения ГОС из лактозосодержащего сырья:
- ферментативная реакция трансгликозилирования, катализируемая ферментом β-галактозидазой (широко используется в промышленном производстве препаратов ГОС);
- микробная трансформация с применением микроорганизмов, продуцирующих ферменты с трансгликозилирующей активностью;
- химический синтез, основанный на использовании в качестве катализаторов минеральных кислот.
ГОС хорошо растворимы в воде, стабильны при низких рН, устойчивы к высокой температуре, положительно влияют на консистенцию и вкус пищевых продуктов. Благодаря этому ГОС могут применяться в различных молочных продуктах (сухом и питьевом молоке, мороженом, сырах, кисломолочных напитках), фруктовых соках, детском питании, кашах, хлебе, кондитерских изделиях, пищевых добавках, про- и пребиотических продуктах [47, 49]. К сожалению, несмотря на отдельные отечественные разработки в этой области [52, 53] в России производство и применение ГОС пока не налажено.
Лактулоза - дисахарид, состоящий из остатков галактозы и фруктозы, соединенных 1-4-связью; название по современной номенклатуре - 4-О-β-D-галактопиранозил-D-фруктоза, или в сокращенной форме β-D-Gal-(1-4)-β-D-Fru. Лактулоза представляет собой белое кристаллическое вещество, не имеющее запаха, хорошо растворимое в воде и сладкое на вкус (0,5-0,6 от сладости сахарозы). В основе получения лактулозы лежит изомеризация лактозы, в результате которой происходит внутримолекулярная перегруппировка глюкозного остатка во фруктозный. Развитие технологии лактулозы было связано как с совершенствованием катализаторов реакции изомеризации,так и методов выделения лактулозы из реакционной смеси. Новые способы получения лактулозы основаны на современных электрохимических, мембранных и биотехнологических методах [54-57].
Лактулоза внесена в список основных лекарственных средств ВОЗ [71] и чаще всего используется как слабительное средство, а также проявляет эффективность при ряде состояний, связанных с патологическими нарушениями кишечной микробиоты и проницаемости стенки кишечника (энцефалопатия при печеночной недостаточности, кишечные инфекции) [54]. Расширяется применение лактулозы в пищевой отрасли, в том числе при производстве кондитерских изделий, напитков, пищевых продуктов для диетического и диабетического питания, БАД к пище в качестве низкокалорийного подсластителя с функциональными свойствами. Однако основное направление применения лактулозы как пищевого пребиотического компонента - производство функциональных кисломолочных продуктов [58-60]. Лактулоза является единственным пребиотиком, который производится в России в виде сиропа путем переработки молочной сыворотки [61].
Возвращаясь к вопросу о классификации пребиотиков, можно добавить, что их можно разделить на имеющие природное происхождение (например, инулин, пектин, соевые олигосахариды, выделяемые из растительного сырья) и синтетические (производные лактозы лактулоза, ГОС, лактит, лактосахароза, лактобионовая кислота, в производстве которых используется сырье животного происхождения; изомальтоолигосахариды, олигофруктоза и другие, получаемые путем обработки углеводов растительного сырья). К основным методам производства пребиотиков относятся прямая экстракция из растений (инулин, соевые олигосахариды, пектоолигосахариды), гидролиз природных полисахаридов (ксило- и изомальтоолигосахариды), ферментативный синтез (фруктоолигосахариды, лактосахароза, галактоолигосахариды) и химический синтез (лактулоза, лактитол).
Пребиотики используются в мире в производстве следующих групп пищевых продуктов, включая специализированные и обогащенные [27, 28, 48, 56, 58, 62]:
- молочные продукты;
- напитки;
- спреды;
- смеси для детского питания;
- каши;
- хлебобулочные изделия, конфеты, шоколад, жевательная резинка;
- суповые концентраты;
- соусы и приправы;
- мясные продукты.
К основным технологическим свойствам олигосахаридов, способным влиять на качественные характеристики продуктов и их привлекательность для потребителя, относятся [34, 42, 45, 48, 56]:
- сладость (около 0,3-0,6 от сладости сахарозы);
- низкая калорийность (1-2 ккал/г);
- способность увеличивать вязкость и улучшать консистенцию продуктов;
- способность повышать выживаемость заквасочной микрофлоры при длительном хранении и замораживании (криопротекторные свойства).
Перечисленные свойства позволяют применять пребиотики не только как функциональные, полезные для здоровья добавки, но и в качестве низкокалорийных подсластителей для замены сахара, текстурирующих и стабилизирующих агентов, а также для увеличения сроков годности продуктов с технологической микрофлорой.