Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология продуктов функционального питания. Учебное пособие.pdf
81
токсичных продуктов белкового распада, а также отмечено снижение
рН и повышение влаги в кишечном содержимом, следствием чего является облегчение выведения фекальных масс. Поэтому лактулоза широко используется для преодоления запоров.
• Широко используется лактулоза при гипераммонемии, пече-
ночной недостаточности и связанной с ней портальной системной энцефалопатии (расстройствах центральной нервной системы метаболического происхождения, которые могут прогрессировать от легких
умственных помешательств до комы), так как способствует уменьшению образования аммиака в кишечнике.
• Стимуляция лактулозой синтеза бактериального белка – дру-
гая часть механизма снижения уровня аммиака. Эту способность лактулозы также применяют для повышения выносливости спортсменов
на тренировках.
• Подтверждено лечебное действие лактулозы при сальмонел-
лезе, почечной недостаточности, аденоме толстой кишки.
• Предлагается использовать лактулозу при лечении диабета.
• Установлено, что лактулоза как отдельно, так и в комбинации
с бифидобактериями способствует усвоению кальция и повышению
прочности костей при остеопорозе.
• Еще одним интересным направлением применения лактулозы
является ее применение для активизации иммунитета, подавленного
циррозом печени или инфекционными заболеваниями.
• Лактулоза является эффективным средством улучшения хо-
лестеринового обмена.
• Оральное назначение лактулозы также снижает частоту воз-
никновения кишечных, респираторных и мочеполовых инфекций.
• Лактулоза способствует общему повышению иммунитета.
Лактулоза применяется в различных областях уже более 50 лет,
и по прогнозам диетологов, будет играть важную роль в поддержании
физического здоровья и в увеличении продолжительности активной
жизни человека. В настоящее время этот пребиотик используется в
мире в количестве многих тонн. В зависимости от состава и предъявляемых требований продукты, содержащие лактулозу, могут использоваться как диетические, профилактические и лечебные. В промышленных масштабах лактулозу получают из лактозы методом изомеризации в щелочной среде при повышенной температуре. Принципиальная схема технологии получения лактулозы представлена на рис 4.
82
Ионообменные
адсорбенты
Очистка
раствора
Кристаллизация и
зы
Сухая
лактулоза
Подготовка сырья
Катализаторы
смолы,
Сироп
Изомеризация
изомеризованного
Сгущение
выделение лакто-
Лактоза
Кристаллизация
лактулозы
Сушка
Рис. 4. Принципиальная технологическая схема получения лактулозы
порошкообразная
83
В качестве сырья для получения лактулозы чаще всего используют молочный сахар высокого качества, из которого готовят водные
растворы определенной концентрации. Также возможно использование молочной сыворотки, но для этого ее необходимо очищать от белковых и прочих примесей, например, ультрафильтрацией. Концентрация лактозы в исходном растворе, а также температура и время термостатирования существенно зависят от вида применяемого для изомеризации щелочного реагента.
Анализ литературных данных позволяет выделить три основных
группы катализаторов. К первой относятся гидроксиды щелочных и
щелочноземельных металлов – доступные и недорогие реагенты, позволяющие трансформировать в лактулозу около 30 % лактозы и относительно легко удаляемые известными методами деминерализации. К
недостаткам этих катализаторов можно отнести высокую скорость образования побочных красящих продуктов реакции, снижающих качество готового продукта. Вторая группа катализаторов включает сульфиты, фосфиты и другие слабощелочные реагенты, дающие невысокий выход лактулозы, но обеспечивающие низкую скорость протекания побочных реакций. В третью группу катализаторов входят высокоэффективные (степень изомеризации до 80 %), но токсичные и
трудноудаляемые алюминаты и бораты.
Выделение лактулозы из реакционной смеси включает ряд операций, целью которых является комплексная очистка изомеризованных растворов от катализаторов, побочных продуктов реакции и других углеводов, а также повышение концентрации лактулозы в готовом
продукте. В большинстве случаев для удаления внесенных катализаторов и побочных продуктов реакции применяются различные типы
ионообменных смол.
Например, при использовании щелочей или слабощелочных солей изомеризованный раствор последовательно пропускается через
колонки с сильнокислотными катионитами и низкоосновными анионитами. В случае применения боратов этот ряд дополняется борселективными ионообменными смолами. Для удаления лактозы в большинстве случаев используют тот факт, что растворимость лактозы и лактулозы в воде сильно отличается. Поэтому в сироп лакто-лактулозы
вносят затравку кристаллов лактозы и проводят кристаллизацию лактозы. Разработаны и другие многочисленные методы выделения лактозы. Например, с целью разделения лактулозы и лактозы предложено
применять адсорбент для селективной сорбции лактулозы, содержа-
84
щий алюмосиликатный модифицированный цеолит, в котором концентрация катионовых центров составляет (10÷40) экв/моль, причем
более 50 % катионов приходится на барий или калий. Также предлагается выделять лактулозу в виде нерастворимого лактулозата кальция.
Для выделения лактулозы часто используется способность бора образовывать комплексные соединения с углеводами. Для удаления других
моносахаров, в частности галактозы, после щелочной изомеризации
реакционная смесь пропускается через анионообменные смолы в
НSO
-форме.
3
Полученные сиропы, обогащенные лактулозой или содержащие
только лактулозу, широко используются в качестве лечебных препаратов и для получения разнообразных продуктов функционального назначения.
Лактулоза может использоваться как в виде сиропа, так и в кристаллическом виде. К числу преимуществ сухой формы лекарственных
препаратов можно отнести следующие: точность дозирования, компактность, удобство упаковки и транспортировки, длительность хранения и возможность целевого применения в растворенном виде. Значительное преимущество имеют сухие формы лактулозы в медицине –
препарат легко усваивается из-за большой активной площади соприкосновения в желудочно-кишечном тракте.
На данный момент существует несколько технологий получения
кристаллической лактулозы. Способы производства кристаллических
форм лактулозы являются чрезвычайно трудоемкими, в результате
цены на препараты повышаются на 1-2 порядка по сравнению с сиропами. Проблема также заключается в том, что для распылительной
сушки сиропов лактулозы требуется связующий компонент, т.к.
аморфная форма получаемого порошка очень гигроскопична. В качестве такого компонента используют альгинаты, полисахарид konnyaky
растительного происхождения на основе маннана, гидроксид кальция
и др. Также для получения порошкообразной лактулозы предлагается
применять лиофильную сушку. Интересное направление решения этой
проблемы – получение лактулозы в твердой форме, однако пересгущение сиропа и размол затвердевшей карамельной массы лактулозы,
обладающей высокой гигроскопичностью, также сопряжены с определенными трудностями.
В России лактулоза как биологически активная добавка стала
использоваться с 1997 года, когда отечественные исследователи разработали пищевую добавку "Лактусан". В настоящее время на отече-
85
ственном рынке представлена целая гамма препаратов лактулозы:
«Гудлак», «Дюфалак », «Нормазе», «Лактулоза Штада» и другие.
Целый ряд кисломолочных напитков (кефир, ряженка, йогурт и
др.) и молока с лактулозой разработан и внедрен на молочных заводах
Москвы, Волгограда, Казани и ряда других городов.
Специалистами проблемной лаборатории МГУПБ разработана
концепция создания на мясной, молочной и растительной основе специализированных продуктов питания лечебного, диетического, профилактического назначения, а также продуктов детского питания с
лактулозой. В настоящее время концентрат лактулозы широко используется в рецептурах алкогольных напитков. В настоящее время более
сорока российских ликероводочных заводов производят свыше 100
видов крепких ликероводочных изделий с лактулозой. Содержащаяся
в них лактулоза ослабляет токсическое действие алкоголя на печень и
слизистую оболочку желудка, препятствует развитию дисбиотических
нарушений и способствует улучшению состояния кишечной микрофлоры. Представляет интерес применение лактулозы и в безалкоголь-
ных напитках, а также разработка новых лекарственных форм на основе лактулозы.
Олигосахариды и полисахариды,
применяемые в качестве пребиотиков
Олигосахариды представляют собой крупнейший класс пребиотиков, получившие в мировой практике значительное коммерческое
применение.
Олигосахариды – это олигомеры, состоящие из нескольких (не
более 20) мономеров – моносахаридов, связанных между собой гликозидной связью. Сегодня в мире насчитывается более 20 различных типов олигосахаридов. Их получают либо прямой экстракцией из натуральных источников, либо методом ферментативного (кислотного)
гидролиза полисахаридов или путем ферментативного синтеза. Также
может быть использован химический синтез.
Хорошо известно, что женское молоко содержит более 130 различных олигосахаридов, в состав которых входит от 3 до 11 углеводных остатков. Женское молоко содержит повышенное количество неусвояемых олигосахаридов по сравнению с молоком большинства видов животных. Неусвояемые олигосахариды содержатся в концентрации от 12 до 15 г/л в молозиве и от 5 до 8 г/л в зрелом молоке. Олиго-
86
сахариды женского молока являются устойчивыми к ферментативному гидролизу, выполняют важные функции, не зависящие напрямую
от их калорийности, и способствуют росту и размножению полезных
бактерий кишечника.
Рассмотрим некоторые наиболее широко применяемые в промышленности олигосахариды:
Фруктоолигосахариды (FOS) представляют собой смесь три-,
тетра- и пентасахаридов глюкозы и фруктозы, входят в состав ряда
коммерческих препаратов: «Бифидо Бак», «Neosugar», «NutraFlora»,
«Actilight». В промышленности получают путем ферментативного
преобразования сахарозы с использованием фермента, выделяемого из
мицелиальных грибов (например, грибов рода Aspergillus) или частичным гидролизом инулина. Из чеснока, лука, цикория, артишока, бананов, томатов выделены фруктоолигосахариды, схожие по своим биологическим эффектам с FOS.
Основное количество этого фруктоолигосахарида потребляется
в Японии. Остальное количество экспортируется, главным образом, в
США и Францию. Ежегодный прирост продаж этого фруктоолигосахарида составляет порядка 30 %. Фруктозоолигосахарид утилизируется большинством известных штаммов бифидобактерий, бактероидов,
некоторыми штаммами лактобацилл, стрептококками, энтеробактериями, не утилизируется микроорганизмами Echerichia coli, Salmonella
и Clostridium. Показано, что при назначении данного олигосахарида
происходит нормализация, как микробного пейзажа, так и состава
многих микробных метаболитов. FOS в настоящее время включены в
более чем 500 традиционных японских продуктов (детское питание,
хлеб, кофейные напитки и другие) и рассматриваются как важнейший
фактор поддержания здоровья нации и увеличения продолжительности жизни. В Европе FOS также находит все более широкое распространение как пищевая добавка. В частности, многие йогурты, производимые французской фирмой «Данон», содержат его. Фруктоолигосахариды также нашли широкое применение в кондитерской промышленности.
Включение FОS в пищевой рацион животных заметно снижает
среди них смертность от различных заболеваний, уменьшает риск возникновения эпизоотии, сокращает стоимость выращивания птицы и
животных, увеличивает скорость их роста, яйценоскость, плодовитость. Использование FОS наиболее перспективно для выращивания
свиней, лошадей, кроликов, кошек, собак, рыбы.
87
Галактоолигосахариды (олигогалактосиллактоза, олигогалак-
тоза, трансгалактоолигосахариды (ГОС или ТОS)) – неперевариваемые
углеводы, в природе содержащиеся в грудном молоке и некоторых
растениях. Данные олигосахариды принадлежат к группе пребиотиков.
Встречаются в луке, чесноке, соевых бобах, цикории, топинамбуре. Однако их содержание в растениях незначительно, а экстракция
крайне затруднена. В этой связи в мире распространение получила
технология производства галактоолигосахаридов из молочного сырья
– лактозы. Их получают либо химическим путем, используя минеральные кислоты, либо за счет специальных энзиматических реакции.
Получаемые олигосахариды представляют собой смесь три-, тетра-,
пента- и гексасахаридов галактозы и глюкозы.
Галактоолигосахариды, как пищевые ингредиенты, благотворно
влияют на организм человека, так как преимущественно утилизируются только бифидобактериями, хотя некоторые культуры лактобацилл,
бактероидов, стрептококков и энтеробактерий также способны усваивать эти олигосахариды. Использование ГОС в качестве пребиотика
оказывает выраженный позитивный эффект на организм человека и
животных, поскольку сопровождается заметным снижением в кишечнике соединений, обладающих токсическими, генотоксическими и
канцерогенными эффектами на клетки млекопитающих.
ГОСы также способствуют лучшей абсорбции определенных
минералов, таких как кальций, магний, фосфор, снижают сывороточный холестерин, кровяное давление, повышают клеточный иммунитет,
а также способствуют выработке витаминов B
, B2, B6, B12, никотино-
1
вой и фолиевой кислот.
ГОСы могут эффективно применяться в производстве самых
разнообразных продуктов питания. На сегодняшний день галактоолигосахаридами обогащают продукты для детского питания, фруктовые
соки, безалкогольные напитки, батончики, молочные продукты, сухие
завтраки, корма для животных и т.д.
Соевые олигосахариды (SОЕ) – пребиотик, натуральный продукт переработки соевых бобов. SОЕ представляет собой смесь сахарозы, стахиозы, раффинозы и моносахаридов. Соевые олигосахариды
по сравнению с другими олигосахаридами в 3 раза интенсивнее влияет
на пролиферацию бифидобактерий и широко используется в производстве разнообразных продуктов питания.
88
Полисахариды и пищевые волокна как компонент функционального питания. Не усваиваемые организмом полисахариды (цел-
люлоза, пектин, инулин и пр.) являются, тем не менее, питательным
субстратом для формирования кишечной микрофлоры. Рассмотрим
некоторые из них:
Инулин – полисахарид, образованный остатками фруктозы. Молекула инулина представляет собой неразветвлённую цепь, содержащую около 35-42 D-фруктофуранозидных остатков, восстанавливающий конец этой цепи связан с D-глюкозой за счёт её полуацетального
гидроксила.
Препараты инулина различного происхождения неоднородны,
они содержат ряд полимеров гомологов со средним молярным весом
5000-6000. Инулин некоторых растений (например, георгин) может
содержать 2-3 остатка D-глюкозы во фруктофуранозидной цепи.
Инулин присутствует в клетках многих растений (цикорий, артишок, корни одуванчика, клубни топинамбура, георгин, татарник колючий, петрушка, фасоль, тысячелистник и др.) в качестве запасного
углевода. Инулин получают из корней этих растений извлечением водой с последующим вымораживанием или осаждением спиртом.
За рубежом (США, Японии, Голландии) широко используются
как ценное растительное сырье для промышленного производства
инулина цикорий и топинамбур, причем цикорий значительно шире.
Корни одуванчика к осени также накапливают до 40 % инулина и могут служить перспективным сырьем для получения инулина.
Инулин используется в пищевой промышленности как заменитель крахмала и сахарозы при изготовлении продуктов для больных с
сахарным диабетом. Установлено, что препараты и продукты питания,
изготовленные на основе вышеуказанных растений или чистого инулина, являются хорошими профилактическими средствами при дисбактериозах кишечника различного происхождения, поскольку способствуют размножению в пищеварительном тракте «дружественных»
человеку микроорганизмов, прежде всего бифидобактерий. Установлено, что инулин оказывает и выраженный противоопухолевый эффект. На мировом рынке известно более 2000 разнообразных продуктов и напитков с инулином и олигофруктозой. Инулин и олигофруктоза могут использоваться при производстве большинства продуктов
питания и напитков: молочных, включая мороженое и сыр, хлебобулочных и макаронных, мясных, зерновых, спредов и майонезов, соковых напитков, продуктов детского питания и даже водки для смягче-
89
ния вкуса и уменьшения похмелья. В нашей стране самые известные
содержащие инулин продукты: «Русский шоколад» без сахара, детская
каша Heinz с пребиотиками, кофе «Для похудения» компании «Леовит
Нутрио», кефир «Biomax эффективный» компании «Вимм-БилльДанн» и линейка вязких и питьевых йогуртов «Эрмигурт prebiotic»
компании «Эрманн». Также в нашей стране выпускается ряд препаратов и БАД в виде муки топинамбура, инулин входит в состав ряда
комплексных фармацевтических препаратов (например, «Бифидумбактерин-Мульти» и пр.).
Инулин и олигофруктоза используются не только для производства продуктов лечебно-профилактического назначения, но и являются технологичными ингредиентами. Инулин может образовывать с
водой кремообразный гель с очень короткой, жироподобной текстурой
и таким образом имитировать присутствие жира в обезжиренных продуктах. Кроме того, инулин улучшает стабильность взбитых продуктов (мороженого, муссов) и эмульсий (спредов, соусов).
Пектиновые вещества, или пектины (от др.-греч. πηκτός –
свернувшийся, замёрзший) – полисахариды, образованные остатками
главным образом галактуроновой кислоты, присутствующие в растворимой (растворимый пектин) или нерастворимой (протопектин) форме
во всех наземных растениях (особенно в плодах) и в ряде водорослей.
Пектины, являясь структурным элементом растительных тканей, способствуют поддержанию в них тургора, повышают засухоустойчивость растений, устойчивость овощей и фруктов при хранении. Используются в пищевой промышленности – в качестве структурообразователей (гелеобразователей), загустителей, а также в медицинской и
фармацевтической промышленности – в качестве физиологически активных веществ с полезными для организма человека свойствами.
По химической природе пектины представляют собой неразветвлённые полигалактурониды – полимеры галактуроновой кислоты,
в которой часть карбоксильных групп этерифицирована метиловым
спиртом. В состав входят также нейтральные моносахариды – галактоза, рамноза, арабиноза, ксилоза. В промышленных объемах пектины
получают из яблочных выжимок, из корок цитрусовых плодов, жома
свеклы, из корзинок подсолнечника, реже из другого растительного
материала. Технологическая схема получения пектина предусматривает его экстракцию, очистку после экстракции, осаждение органическими растворителями, сушку, измельчение и стандартизацию. Стандартизация представляет собой процесс модификации свойств пектина
90
физическими и/или химическими способами, с целью приведения
свойств пектина в соответствие с технологическими и рецептурными
требованиями производства.
В пищевой промышленности пектины, являясь универсальными,
натуральными желирующими и стабилизирующими средствами, преимущественно используются для придания определенным видам продуктов необходимых реологических свойств. Пектин является гелеобразователем, стабилизатором, загустителем, влагоудерживающим
агентом, осветлителем, веществом, облегчающим фильтрование и
средством для капсулирования, зарегистрирован в качестве пищевой
добавки Е440. В пищевой промышленности пектин используют в производстве начинок для конфет, фруктовых начинок, кондитерских желейных и пастильных изделий, молочных продуктов, десертов, мороженого, спредов, майонеза, кетчупа, сокосодержащих и молочных напитков.
В зависимости от химических свойств различают две основные
группы пектинов:
1) высокэтерифицированные пектины;
2) низкоэтерифицированные пектины.
Механизмы желирования у названных групп пектинов отличаются друг от друга. Высокоэтерифицированные пектины желируют
при высоком содержании сухих веществ в среде (например, при высоком содержании сахара) и высокой кислотности. Желирование высокоэтерифицированных пектинов это процесс, при котором полимерные молекулы в условиях высокой кислотности и высокого содержания сухих веществ, взаимодействуют друг с другом через образование
водородных мостиков, образуют плотную пространственную структуру, называемую гелем или желе. Молекулы пектина образуют равномерно распределенную трехмерную сеть, связывая при этом большое
количество воды.
Низкоэтерифицированные пектины способны образовывать гели
при низких содержаниях сухих веществ и невысокой кислотности.
Желирование низкоэтерифицированных пектинов происходит как по
механизму желирования высокоэтерифицированных пектинов, так и в
результате взаимодействия с ионами поливалентных металлов, например, с ионами кальция. При этом ионы кальция являются связующими
звеньями между полимерными молекулами пектина, образующими
пространственную структуру геля. Именно гелеобразующая способ-