Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология продуктов функционального питания. Учебное пособие.pdf
131
виноградной кислоты к коэнзиму А), в ходе которых образуется дигидролипоевая кислота.
Глутатион – глутамилцистеинглицин как трипептид при приеме
внутрь гидролизуется на составляющие аминокислоты. Предшественниками глутатиона являются метионин и глутаминовая кислота. В последние годы вместо метионина используется его более активная форма метилметионинсульфоний.
Карнитин, ацетил-карнитин и синтетический аналог их
предшественника (γ-бутиробетаина) милдрона – нормализуют жировой обмен, ограничивают окисление липидов, тормозят образование
гидроперекисей и этим сохраняют целостность клеточных мембран.
Таурин – серосодержащая аминокислота, способствующая
энергетическим процессам, участвующая в обмене жиров и пр. Он обладает антиоксидантными свойствами, улучшая функцию печени у
людей, подвергшихся ионизирующему облучению. Его прием приводит к сохранению активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы в эритроцитах.
Большой интерес представляют и микроэлементы, входящие в
состав антиоксидантных ферментов.
Селен. Селен является незаменимым микроэлементом, необходимым для нормального функционирования сердечно-сосудистой системы. Физиологическое значение селена заключается в том, что он
является кофактором большого числа ферментов антиоксидантной
защиты (селенопротеинов), главными из которых являются глутатионпероксидаза и фосфолипидгидропероксид-глутатионпероксидаза. Эти
ферменты являются ключевыми факторами защиты мембран клеток от
перекисного окисления липидов. Также селен проявляет детоксицирующее действие при попадании в организм значительных количеств
солей тяжелых металлов (ртути, кадмия, серебра, висмута, таллия).
Для предотвращения развития селенонедостаточности желательно
обеспечивать 25-50 % суточной потребности в этом микроэлементе за
счет употребления пищевых добавок, содержащих натуральный биоорганический селен. В России для этих целей предлагается использовать селеносодержащие пищевые дрожжи (как в виде культуральной
жидкости, содержащей дрожжи, выращенные на среде с повышенным
содержанием селена, так и лиофильновысушеные селеновые дрожжи).
Цинк. Этот микроэлемент является важнейшим фактором анти-
оксидантной защиты организма. Во-первых, он входит в состав фер-
мента (Zn, Сu)-супероксиддисмутазы, предотвращающей развитие
132
свободнорадикальных цепных процессов на самых ранних этапах. Вовторых, цинк индуцирует синтез целого класса особых белков металлотионеинов, обладающих очень высокой антиоксидантной активностью. В-третьих, цинк необходим для метаболизма одного из важнейших антиоксидантов – витамина А. Наконец, в-четвертых, цинк необходим для активации фермента дельта-6-десатуразы, который играет
очень важную роль в метаболизме ненасыщенных жирных кислот,
включающихся в состав клеточных мембран.
Медь. Медь наряду с цинком входит в состав антиоксидантного
фермента (Zn, Сu)-супероксиддисмутазы, а также является частью
сложного белка церулоплазмина, который, в том числе, обладает выраженной антиоксидантной активностью и прямым антиаритмическим
действием, ионы меди являются кофактором важнейшего фермента
синтеза коллагена и эластина – лизилоксидазы. При дефиците меди
нарушается структура каркаса сосудистой стенки, что сопровождается
повышением сосудистой проницаемости и повреждениями сосудистой
стенки. Ионы меди наряду с ионами цинка участвуют в регуляции обмена насыщенных и полиненасыщенных жирных кислот, и поэтому
при недостаточности меди может существенно изменяться жирнокислотный состав клеточных мембран.
Марганец. Еще одним важнейшим ферментом антиоксидантной
защиты является марганец-зависимая супероксиддисмутаза. Этот ан-
тиоксидантный фермент локализован внутри митохондрий и выполняет очень важную функцию защиты митохондриального аппарата от
окислительного стресса.
Рассматривая лечебно-профилактические свойства отдельных
антиоксидантов, следует помнить о том, что именно в комплексном
взаимодействии и синергизме реализуются все многообразные свойства антиоксидантной системы, которые в той или иной мере присущи и
ее отдельным составным компонентам.
В нашей стране разработаны и внедрены в практику разнообразные биологически активные добавки, содержащие антиоксиданты разных классов и их комплексы, например, такие как «Веторон», «МегаПро», «Золотой шар», «Кудесан» и многие другие. Высокую антиокислительную активность показывают свежевыжатые соки фруктов и
ягод, экстракты из плодов и ягод и другие продукты. Тонизирующие и
стимулирующие эффекты, связанные с антиокислительной активностью, подтверждены у экстрактов родиолы розовой, элеутерококка,
настоек лимонника, аралии, заманихи, женьшеня, а также бальзамов.
133
Таким образом, эффективность комплексной терапии и профилактики большинства заболеваний во многом определяется степенью
защиты клеточных мембран от повреждений, поэтому для профилактики широкого спектра заболеваний и практически при любой патологии обосновано включение в состав рациона продуктов и препаратов,
содержащих антиоксиданты.
Аминокислоты, протеины, пептиды и нуклеиновые кислоты
как компоненты продуктов функционального питания
Основным направлением научно-технического прогресса в об-
ласти производства продовольствия в последнее время является интенсификация процессов приготовления пищи с одновременным приданием ей комплекса свойств, отражающих требования науки о здоровом питании. В качестве приоритетных направлений рассматриваются
новые технологии получения белковых продуктов. Отличительной
особенностью технологий производства белковых продуктов является
возможность целенаправленного использования отдельных фракций
белков с определенными свойствами, а также комплексная переработка сырья с одновременным получением других полезных пищевых
ингредиентов (крахмала, масла, пектина, фосфатидов и т. д.).
Новые формы белковой пищи это продукты питания, получаемые из разнообразного продовольственного сырья с применением научно обоснованных способов переработки и, содержащие различные
белковые фракции, имеющие определенный химический состав,
структуру и свойства. Выбор сырьевых источников определяется следующими факторами: количество и состав белка, биологическая ценность, возможность удаления антипитательных веществ, функциональные свойства получаемых белков, способность к хранению, возможность глубокого фракционирования с получением как основных
(белковых), так и побочных продуктов.
Белки являются фундаментальными компонентами пищевых
продуктов, поскольку они выступают, с одной стороны, как источник
энергии и аминокислот, а с другой (функциональной) – как источник
различных пептидов и аминокислот, способных модулировать различные физиологические функции и биохимические реакции. Главными
источниками белков, пептидов и аминокислот для приготовления продуктов функционального питания являются молоко, молочная сыворотка, яйца, желатин, белки мышц рыб и морских животных, расти-
134
тельные белки, соевые белки, а также белки, полученные из молока и
мышц трансгенных животных (человеческий α-лактальбумин, лактоферрин, лизоцим, коллаген, β-казеин, κ-казеин).
В последнее время для изготовления продуктов питания, в том
числе функциональных, предлагается использовать и нетрадиционное
сырье. Хорошим источником белка и полезных компонентов является,
например, кровь убойных животных, а также и другие побочные продукты мясной и молочной промышленности (непищевые субпродукты,
пахта, молочная сыворотка, промывные воды предприятий и т.п.).
Перспективными видами растительного сырья для получения
белковых препаратов считаются семена масличных культур (сои,
хлопчатника, подсолнечника, рапса, арахиса, льна, конопли, кунжута,
горчицы и др.). По традиции их выращивают и используют в качестве
источника масел, при этом образуются значительные ресурсы обезжиренной массы – отходов производства в виде шротов и жмыхов. Переработка шротов и жмыхов дает возможность существенно увеличить
количество пищевого белка, применяемого в производстве продуктов
питания. Это в настоящее время наиболее дешевый источник белоксодержащего сырья.
В последние годы при производстве продуктов функционального питания (для лиц пожилого возраста, при производстве безалкогольных напитков, пищевых продуктов для спортсменов и др.) наиболее широко используют фракции протеинов молока и молочной сыворотки (ФМП), получаемые методами ультрафильтрации и сепарации.
Помимо того, что эти белки являются прекрасным источником кальция, незаменимых и разветвленных аминокислот, белковые компоненты молочного сывороточного происхождения обладают иммуностимулирующим эффектом, усиливают усвоение кальция, цинка, меди,
фосфатов, стимулируют рост бифидобактерий, проявляют антиоксидантную и антимикробную активность. ФМП в комбинации с протеинами сои являются наиболее распространенным источником полноценного белка при изготовлении продуктов детского питания.
Существующие методы получения пищевого белка направлены
на повышение выхода целевого продукта и улучшение его качества,
прежде всего биологической ценности, которая зависит от его аминокислотного состава, количества незаменимых аминокислот и их сбалансированности согласно аминограмме шкалы ФАО/ВОЗ, а также
перевариваемости и усвояемости белка.
135
Общие методы выделения белков из различных источников
включают следующие этапы:
1. Для извлечения белков необходимо тщательно измельчить сы-
рье.
2. Если сырье содержит масла или другие гидрофобные вещества
их необходимо экстрагировать подходящим органическим растворителем.
3. Белки из сырья экстрагируют водой или водно-солевыми рас-
творами. Обычно экстракцию стараются проводить в мягких условиях
для исключения денатурации и разрушения белковых молекул. Операцию проводят многократно.
4. Для концентрирования белков применяют осаждение солями
и/или органическими растворителями (например, этанолом, сульфатом
аммония), диализ, сорбцию, ионообменную хроматографию и др.
5. Для отделения нуклеиновых кислот, если это необходимо,
применяют многократную экстракцию разбавленными растворами соляной кислоты и/или щелочи, ионообменную хроматографию и др.
6. Очищенный белковый концентрат или изолят высушивают,
фасуют и т.п.
В качестве примера рассмотрим схему получения белкового
концентрата из отрубей (рис. 5).
136
Отруби
Раствор
NaOH
Экстракция белков
компоненты
Осадок содержащий целлюлозные
Крахмало-белковый продукт
Раствор HCl
Центрифугирование
Центрифугирование
Осаждение белков
Центрифугирование
Сушка
Белковый концентрат
Рис. 5. Схема производства белкового концентрата из отрубей
Белковые продукты из пшеничных отрубей можно получить щелочной или кислотной экстракцией. На схеме (см. рис. 5) приведен
способ, согласно которому отруби обрабатывают 0,2 % водным раствором гидроксида натрия при 50-60 °С и получают экстракт, от которого центрифугированием или прессованием отделяют нерастворимый
остаток. Экстракт центрифугируют и получают крахмалобелковый
продукт и осветленный экстракт. Из осветленного экстракта при подкислении соляной кислотой осаждают белок, который отделяют центрифугированием от сыворотки, промывают и сушат.
Немаловажное значение в питании и при лечении различных заболеваний имеют пептиды.
137
Пептиды выполняют в организме самые разнообразные функции:
• К ним относят соединения, обладающие гормональной ак-
тивностью (глюкагон, окситоцин, вазопрессин и др.).
• Вещества, регулирующие пищеварительные процессы (гаст-
рин, желудочный ингибирующий пептид и др.).
• Пептиды, регулирующие аппетит (эндорфины, лептин, ней-
ропептид-Y и др.).
• Соединения, обладающие обезболивающим эффектом (опио-
идные пептиды).
• Органические вещества, регулирующие высшую нервную
деятельность, биохимические процессы, связанные с механизмами памяти, обучения, возникновением чувства страха, ярости и др.
• Пептиды, которые регулируют артериальное давление и то-
нус сосудов, пептиды регулируют иммунитет и выполняют функции
антибиотиков.
• Среди пептидов известны вещества, обладающие высокой
токсичностью (например, токсины из яда пчел и ос, пептиды бледной
поганки, нейротоксины яда змей).
• Некоторые пептиды используют как подслащивающие веще-
ства, например, «Аспартам» слаще сахара в 200 раз.
В настоящее время пептиды рассматривают как одну из высокоэффективных категорий лекарственных средств, функциональных ингредиентов и косметических препаратов.
Методы получения пептидов весьма разнообразны:
Метод экстракции пептидов из различных органов и тканей
убойного скота широко используется для получения лекарственных
средств. Например, выпускают следующие отечественные препараты:
«Тималин» – содержит пептиды вилочковой железы, препарат повышает иммунитет; «Сампрост» – состоит из пептидов предстательной
железы, препарат улучшает половую функцию; «Кортексин» – получают на основе пептидов коры головного мозга, препарат используют
для лечения неврологические расстройств, в том числе ДЦП и задержки умственного развития у детей; «Ретиналамин» – содержит пептиды сетчатки глаза, препарат улучшает зрение и др.
Гидролиз природного сырья. В зависимости от физикохимических параметров гидролиза полученные пептиды могут иметь
как разную структуру, так, соответственно, и разные биологические
свойства. Двумя основными методами гидролиза являются гидролиз
под действием кислот и энзиматический (ферментативный). Первый
138
является несравненно более дешевым и относительно простым, но в то
же время его применение связано с затруднениями в отношении контроля течения реакции, а также с возможностью повреждения аминокислотных остатков, входящих в состав пептидов. Поэтому ферментативный метод выделения пептидов из пищевых продуктов в настоящее
время является основным, а сами ферменты приобретают решающее
значение. Для гидролиза используют либо одиночные ферменты, либо
сочетание ферментов, обладающих протеиназной (протеазной) активностью (например, трипсин, субтилизин, термолизин, алкалаза, химотрипсин, карбоксипептидаза, панкреатин, пепсин). Гидролизаты
широко используются для обогащения продуктов питания и придания
им функциональных свойств, для обогащения кормов и в составе БАД.
Синтез биологически активных пептидов с установленной
аминокислотной последовательностью также применяется как в
экспериментальной, так и в клинической практике. Для этого используются три подхода: химический синтез, энзиматический синтез и
технология генной инженерии (рекомбинантная ДНК, например, для
получения человеческого инсулина). Активно используются как жидкофазный, так и твердофазный синтез пептидов. Твердофазный метод
обычно применяют для синтеза пептидов длиной от 10 до 100 аминокислотных остатков, а менее дорогой жидкофазный (как и энзиматический) – для синтеза относительно коротких пептидов. Генноинженерные технологии являются методом выбора для синтеза относительно длинных пептидов. Попытки же крупномасштабного синтеза
более коротких пептидов в настоящее время менее эффективны.
В функциональном отношении особенно изучены биологически
активные пептиды и амины (казоморфины, лактоферрины, казокинины, иммунопептиды и др.) и некоторые аминокислоты (аргинин, глутамин, гистидин, лизин, таурин, тирозин, триптофан), высвобождающиеся при физико-химической и ферментативной модификации молока, молочной сыворотки, яиц, растительных белков, прежде всего сои.
Так, установлено, что для нормального функционирования слизистой
кишечника и клеток иммунной системы требуется постоянное их
снабжение определенными аминокислотами, белками, пептидами и
нуклеиновыми кислотами (нуклеотидами).
Для обогащения пищи, кормов и для придания пищевым продуктам функциональных свойств широко используют аминокислоты.
Проблема производства аминокислот в промышленно развитых странах практически решена, и объем их выпуска ограничен лишь спро-
139
сом. Основные направления исследований в этой области связаны, с
одной стороны, с разработкой более эффективных, экономически выгодных процессов их получения, очистки и выделения, с другой, с
изысканием приемов использования аминокислот и их смесей.
В заключение необходимо отметить, что решающим звеном в
цепи возникающих при этом проблем является получение пищевых
продуктов, привлекательных для потребителя. В настоящее время существуют 4 способа получения аминокислот:
Гидролиз природных белков. Как и при получении пептидов,
основными методами гидролиза являются гидролиз под действием кислот и энзиматический гидролиз белка. Получить этим методом индивидуальные аминокислоты сложно, таким образом получают аминокислотные премиксы, широко используемые для создания продуктов
детского, диетического питания и продуктов специального назначения
(например, смесей для энтерального питания, продуктов для спортсменов и пр.).
Химический синтез аминокислот. Достаточно эффективен и в
большинстве случаев дешев, но при этом образуется рацемическая
смесь различных форм аминокислот (D и L форм). Разделение рацемической смеси трудная задача, пищевую же ценность имеют только L-
аминокислоты, D-аминокислоты не усваиваются и могут быть даже
токсичны. Химическим синтезом получают в основном глицин и аминокислоты для технического применения.
Микробиологический синтез аминокислот является в настоящее
время для большинства аминокислот экономически выгодным и перспективным. В этом случае синтезируются только L-аминокислоты.
Наиболее распространенными продуцентами являются бактерии р.
Brevibacterium, Micrococcus, Corynebacterium, Arthrobacter. Повышение выхода аминокислоты может быть достигнуто путем изменения
состава питательной среды и/или получением ауксотрофных мутантов,
т.е. микроорганизмов сверхпродуцентов какой-то определенной аминокислоты.
Энзиматические методы получения аминокислот, т.е. методы с
применением ферментов. Эти методы включают:
а) Разделение химически полученных рацематов аминокислот с
помощью ферментов на D и L формы.
б) Трансформацию биосинтетических предшественников, в этом
случае из биосинтетического предшественника аминокислоты с помощью фермента (или взвеси клеток содержащих фермент) получают
140
целевую аминокислоту. Этот метод также часто называют двухстадийным микробиологическим методом получения аминокислот. Например, мезо- α-ε-диаминоадипиновая кислота преобразуется с помощью диаминопимелинаттдекарбоксилазы в лизин, в качестве источника фермента служит взвесь микробных клеток, предварительно выращенных на питательной среде.
Экономически целесообразными являются способы получения
аминокислот с помощью иммобилизованных ферментов и клеток.
Сравнительно давно реализован процесс получения L-аспарагиновой
кислоты из фумаровой и аммиака в одну стадию с помощью иммобилизованных клеток E. coli или Pseudomonas aeruginosa, обладающих
аспартазной активностью. Аспартаза катализирует реакцию присоединения аммиака к фумаровой кислоте. Фермент в иммобилизованном состоянии сохраняет активность на исходном уровне до 2-2,5
недель и более.
L-Acnарагиновую кислоту можно получить и с помощью иммо-
билизованных клеток, что существенно повышает длительность функционирования системы, производительность которой по целевому
продукту составляет около 2000 кг с 1 м
3
биореактора.
Аминокислоты в комплексе и в виде индивидуальных компонентов входят в состав самых разнообразных БАД, продуктов функционального питания, в состав кормов. Индивидуальные аминокислоты выпускают в виде фармакопейных препаратов, например, метионин, рекомендуют для улучшения состояния печени, при лечении гепатитов, как антитоксическое средство; глицин и глютаминовая кислота применяют как успокаивающие средства, при нарушениях умственного развития ребенка и пр.
Молоко матери является прекрасным источником пищевых
нуклеотидов для ребенка. Эти нуклеотиды регулируют липопротеиновый и жирно-кислотный метаболизм у новорожденных, усиливают
рост бифидобактерий и ограничивают рост условно-патогенных микроорганизмов, улучшают иммунитет. Молочные нуклеотиды влияют
на развитие кишечника новорожденных, способствуют заживлению
ран, усиливают скорость замены энтероцитов в тонкой кишке. Добавление нуклеотидов в детские продукты повышает резистентность детей к вирусной и бактериальной инфекции. Поступление в организм с
пищей свободных внеклеточных нуклеотидов и нуклеозидов модулирует рост гепатоцитов, их регенерацию, улучшает функцию печени,
способствует более быстрому восстановлению азотистого баланса при