CC BY
301
ПИЩЕВЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ
ТЕМА НОМЕРА
XXI
ВЕКА
Полидекстроза - многофункциональный углевод для создания
низкокалорийных и обогащенных продуктов
Обзор свойств на примере Litesse* — ингредиента Danisco Sweeteners
О.Г. Шубина
ЗАО «Даниско»
Пищевые волокна (ПВ) в настоящее время бесспорно находятся на пике интереса технологов отрасли. Многочисленные исследования последних десятилетий, убедительно показывающие огромную роль пищевых волокон в питании человека, сделали их весьма привлекательными ингредиентами для использования в рецептурах различных продуктов. При этом, как правило, основной акцент научного исследования и практического применения препаратов ПВ делался именно на возможности придания готовому продукту дополнительных полезных свойств - иначе говоря, собственно обогащение пищевыми волокнами ставилось основной задачей при разработке таких препаратов и технологий их применения. Однако в свете растущей озабоченности в связи с проблемой избыточной массы тела, ожирения и связанных с ними заболеваний ПВ привлекают интерес и как ингредиенты, с помощью которых можно снижать калорийность продукта [2]. Более того, препараты ПВ способны оказывать различное влияние на текстуру и ряд других показателей готового продукта, например его срок хранения.
Пищевые волокна объединяют весьма обширную группу веществ. Основным свойством, позволяющим объединять их по принципу функциональности, является то, что они не подвержены расщеплению пищеварительными ферментами. К группе ПВ относятся в основном вещества углеводной природы - резистентные полисахариды и олигосахариды. В данной работе пред-
ъ
В
но сн,он
Q-0
—с н
S44
CHjOH н
сн,он
J-0
fOH у»о
Рис. 1. Строение молекулы полидекстрозы
to
i JHWO—сн
¿Я4 kt
R=H, sorbitol, sorbitol bridge or more polydextrose
лагается краткая характеристика одного из таких веществ - полидекстрозы.
Вообще полидекстроза является пищевой добавкой, ей присвоен номер Е1200 и она применяется в пищевой промышленности в качестве наполнителя, носителя, влагоудерживающего агента с 80-х годов прошлого столетия [10]. До сих пор она в основном применялась за рубежом и была мало известна в нашей стране, поскольку применение наполнителя предполагает в первую очередь создание низкокалорийного пищевого продукта, а для отечественной пищевой промышленности это направление до сих пор не было основным. Однако в западных странах, где еще в 70-е годы была выявлена проблема несбалансированности питания по калорийности рациона и связанных с этим неблагоприятных последствий для здоровья [2], разработка низкокалорийных продуктов стала активно и успешно развивающимся направлением пищевой индустрии. Как пищевая добавка полидесктроза отлично зарекомендовала себя при создании продуктов с пониженным содержанием сахара, так как по технологическим характеристикам очень похожа на сахарозу и успешно заменяет ее во многих рецептурах. Полидекстроза применяется также и при создании обезжиренных и низкожирных продуктов как заменитель и имитатор жира (под термином «имитатор жира» применительно к полидекстрозе понимается ее способность создавать ощущение во рту, аналогичное жировой составляющей).
Интерес к полидекстрозе возрос в последнее десятилетие, когда ряд исследований показал, что она проявляет свойства растворимого пищевого волокна, т.е. обладает, помимо технологических, важными физиологическими преимуществами при использовании в продуктах питания, действуя не просто как инертный наполнитель в низкокалорийных продуктах, но и как физиологически ценный ингредиент.
В настоящее время полидекстроза официально признана и применяется
как пищевое волокно в 16 странах. Процедура придания ингредиенту официального статуса ПВ в разных странах предполагает прохождение практически однотипной процедуры: проведение испытаний, в том числе и клинических, подтверждающих данное свойство, и разработку метода, позволяющего количественно определять данное пищевое волокно в различных источниках, в том числе в пищевых продуктах. В России именно такой процесс проходит сейчас в ГУ НИИ питания РАМН, где осуществляется по-стадийное исследование полидекстрозы Litesse® производства компании Danisco Sweeteners. Испытания пока не завершены, поэтому в настоящей работе не ставится цель подробного изложения и обсуждения физиологических свойств данного ингредиента. Вниманию читателей предлагается краткая характеристика основных свойств полидекстрозы, известная из публикаций зарубежных авторов, а также основные принципы ее применения в пищевых продуктах.
Полидекстроза - общая характеристика
Полидекстроза была впервые получена в конце 60-х годов американским ученым доктором Х. Реннхардом, который проводил исследования для медико-фармацевтической корпорации Pfizer Inc. в области потенциала использования различных полисахаридов в качестве некалорийных заменителей сахара и для частичной замены жира, муки и крахмала при создании так называемых «облегченных» («light») продуктов. До начала промышленного использования, как и все вновь разработанные пищевые добавки, полидекстроза проходила обширные испытания безопасности, подтвердившие возможность ее применения практически во всех пищевых продуктах. Объединенный комитет экспертов по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ отнес полидекстрозу к добавкам, для которых не устанавливается допустимая суточная дозировка (ADI «not specified»). Общий обзор исследований безопасности полидекстрозы изложен в работе [3].
По химической структуре полидекстроза представляет собой полисахарид, состоящий из остатков глюкозы, кото-
Oh
Oh
LH,OH
О
Jh
OH
рые соединены между собой всеми видами гликозидных связей с преобладанием 1,6-связей (рис. 1).Такое строение определяет крайне высокую степень ветвления молекулы полидекстрозы, которая в свою очередь обусловливает многие ее уникальные свойства - как технологические, так и физиологические.
Компания Danisco Sweeteners выпускает полидекстрозу нескольких видов под общей торговой маркой Litesse®, которая выгодно отличается от других коммерческих препаратов тем, что проходит дополнительные стадии очистки, которые удаляют кисловатый и горьковатый привкус, присущий неочищенной полидекстрозе. Поэтому Litesse® не требует при применении дополнительной стадии нейтрализации и придает чистый нейтральный вкус без постороннего оттенка. Кроме того, дополнительная очистка полностью освобождает полидекстрозу Litesse® от примесей, способных вызвать прогоркание жиров. Полидекстроза Litesse® предлагается в качестве двух основных разновидностей коммерческих препаратов - Litesse® и Litesse Ultra. Усовершенствованный тип Litesse Ultra характеризуется, в частности, полным отсутствием реакции Майяра.
Выше упоминалось, что начало широкого промышленного использования полидекстрозы как наполнителя приходится на 80-е годы. Ее энергетическая ценность составляет всего 1 ккал/г, т.е. в 4 раза меньше, чем у сахара, и в 9 раз меньше, чем у жира. Популярности полидекстрозы у пищевых технологов способствовало и то, что она является полифункциональным ингредиентом, выполняющим разнообразные технологические задачи в разных категориях продуктов, и при этом обеспечивает при создании низкокалорийного продукта вкус и текстуру, не отличающиеся от традиционного продукта. Некоторые физико-химические свойства полидекстрозы приведены в табл. 1.
Полидекстроза как пищевое волокно
Полидекстроза проявляет свойства резистентных олигосахаридов и резис-
Батончик Kit Kat от Nestle с пониженным содержанием углеводов, изготовленный с применением Litesse Ultra
тентных полисахаридов, хотя средняя степень полимеризации (см. табл. 1) позволяет отнести ее скорее к полисахаридам [4]. К пищевым волокнам ее позволяют отнести такие свойства, как устойчивость к расщеплению в желудке и тонком кишечнике, увеличение содержимого кишечника, сокращение времени транзита через кишечник и способность снижать уровень глюкозы и холестерина в крови, т.е. полидекстроза соответствует так называемому физиологическому определению ПВ.
Данный подход к определению ПВ не только с химической, но и с физиологической точки зрения в последние годы получает все большую поддержку в разных странах. Например, в Японии на протяжении более 10 лет полидекстроза применяется в пищевых продуктах как источник ПВ, основанием для чего служит официально принятое в этой стране определение ПВ: «Пищевыми волокнами являются компоненты пищи, не подвергающиеся гидролизу пищеварительными ферментами человека». Концепция определения ПВ с точки зрения физиологической функциональности нашла отражение в определении пищевых волокон, данном American Association of Cereal Chemists в 2000 г. [1]. До последнего времени основным препятствием к такому пониманию ПВ являлось отсутствие метода количественного определения резистентных олигосахаридов, так как общепринятый метод Association of Officiai Analytical Chemists (AOAC 991.43) не определял такие ингредиенты [20]. С развитием техники ВЭЖХ стала возможной разработка такого аналитического метода [6]. По совокупности проявляемых свойств и принятого метода определения в настоящее время полидекстроза официально признана как пищевое волокно в таких странах, как США, Бельгия, Китай, Япония, Корея, Польша, Финляндия и др.
Утилизация полидекстрозы в организме
Как все ПВ, полидекстроза не расщепляется и не всасывается в желудке и тонком кишечнике [4,6,21]. Достигая толстого кишечника, она сбраживается кишечной микрофлорой с образованием летучих жирных кислот (ЛЖК), которые всасываются в толстом кишечнике и являются единственным источником энергии, получаемой организмом при утилизации полидекстрозы. Именно этот путь метаболизма определяет низкую калорийность полидекстрозы - 1 ккал/г. При этом показано, что полидекстроза стимулирует рост бифидобактерий, т.е. обладает пребиотическим эффектом, проявляющимся уже при дозировке 4 г/сут [7,14,15,18]. Помимо невысокой энергети-
Таблица 1
Физико-химические свойства полидекстрозы
Формула (С6Н1206)х
Молекулярная масса 182-5000
Средняя степень полимеризации DP = 12
Внешний вид Белый порошок без запаха
Структура Аморфная
Растворимость в воде 80 г/100 г воды при 20 °С
Растворимость в этиловом спирте Растворима
Теплота растворения + 8 ккал/г*
Сладость Практически отсутствует
* для сравнения: теплота растворения сахарозы составляет -4 ккал/г.
ческой ценности, полидекстроза характеризуется низким значением гли-кемического индекса, т.е. она практически не оказывает влияния на уровень глюкозы в крови и усваивается независимо от инсулина [4]. Таким образом, она может потребляться людьми, страдающими сахарным диабетом.
Одним из основных препятствий при замене сахара на сахарные спирты и неусвояемые углеводы, в том числе пребиоти-ческого действия, является уровень переносимости таких ингредиентов, поскольку многие из них обладают выраженным слабительным действием и вообще могут вызывать неприятные ощущения в кишечнике. Такие нежелательные эффекты связаны, в частности, с тем, с какой скоростью происходит сбраживание пребиотика в толстом кишечнике. Полидекстроза в отличие от других пре-биотиков сбраживается постепенно, что обусловливает не только ее лучшую переносимость, но и позитивное воздействие на состояние кишечника и организма в целом.
На рис. 2 схематично представлены процессы, которые происходят при быстром и медленном сбраживании субстрата в толстом кишечнике.
Если скорость брожения велика, то субстрат углеводной природы быстро истощается, и постепенно (в дисталь-ном отделе кишечника) начинают превалировать процессы утилизации белка - т.е. процессы гниения. Как следствие, образуются вредные аммонийные продукты протеолиза (биогенные амины), отрицательно влияющие на состояние толстого кишечника. Такому быстрому брожению в кишечнике подвергаются многие растворимые преби-отические олиго- и полисахариды. При этом стимулируется активное газообразование, что вызывает неприятные ощущения в кишечнике. Поэтому уро-
Зерновой завтрак от Kellogg's
с применением Litesse ® в качестве наполнителя и источника ПВ
ПИЩЕВЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ
ТЕМА НОМЕРА
XXI
ВЕКА
вень переносимости таких пребиоти-ков, как правило, не очень высок: например, для инулина он установлен на уровне около 30 г/сут [5].
При постепенном сбраживании субстрата, характерном для утилизации полидекстрозы, процесс протекает иначе. Поскольку полидекстроза имеет высокоразветвленную структуру, она представляет собой менее доступный субстрат для микрофлоры по сравнению с другими пребиотическими волокнами и утилизируется поэтому постепенно и достаточно равномерно вплоть до дистального отдела, а не только в верхних отделах толстого кишечника. В количественном выражении это сказывается на уровне переносимости полидекстрозы, составляющей 90 г/сут. Отмечено, что даже при единовременном приеме 50 г полидекстрозы не происходит нежелательных явлений со стороны ЖКТ [7,11,21].
Постепенный тип сбраживания полидекстрозы обусловливает и другие аспекты ее полезного действия в кишечнике, которые придают ей преимущества по сравнению с другими ПВ, но которые нет возможности подробно рассмотреть в настоящей публикации [7,8,17,18,21]. Совокупность таких характеристик делает полидекстрозу, без преувеличения, уникальным ингреди-
Примеры низкокалорийных продуктов с применением Шеззе®
ентом среди пребиоти-ческих волокон.
Litesse® -технологические свойства
Неоспоримые преимущества полидекстрозы как пищевого ингредиента основаны не только на ее физиологических свойствах, но и на технологических параметрах, позволяющих применять ее практически во всех категориях пищевых продуктов.
При замене сахара или жира при создании низкокалорийных продуктов сладость применяемого наполнителя является одним из основных параметров, определяющих обоснованность его использования. Шеээе® обладает оптимальным для наполнителя нейтральным вкусом, несмотря на то, что ее функциональные свойства очень близки к сахарозе. Благодаря отсутствию сладости Шеээе® может заменять высококалорийные ингредиенты во всех продуктах, а если при этом требуется восполнение сладости, то она может успешно сочетаться как с полиолами и фруктозой, так и с интенсивными подсластителями.
Теплота растворения полидекстрозы — положительная величина (см. табл.1), т.е. она при растворении не обладает «холодящим» эффектом. Благодаря этому свойству она устраняет холодящий эффект полиолов при совместном использовании с ними и способствует тому, что низкокалорийные продукты имеют профиль и восприятие сладости такие же, как и традиционные продукты на сахаре.
Полидекстроза обладает большей растворимостью по сравнению с по-лиолами и сахарозой (см. табл.1). Шеээе® предлагается не только в порошкообразной, но и в гранулированной форме, которая растворяется быстрее.
Полидекстроза может служить увлажняющим агентом, поскольку связывает воду и снижает ее активность в продукте. Благодаря этому свойству она препятствует потере влаги в продукте и способствует сохранению мягкой текстуры и свежести.
Растворы полидекстрозы ведут себя как ньютоновские жидкости и обладают несколько большей вязкостью по сравнению с растворами сахарозы и сорбита.
Это свойство положительно влияет на текстуру и ощущение во рту продукта с применением полидекстрозы.
Температура плавления порошкообразной полидекстрозы составляет 1100С. При быстром охлаждении ниже этой температуры полидекстроза переходит в стекловидное аморфное состо-
яние, характеризующееся хрупкой и ломкой структурой. Это свойство полидекстрозы способствует тому, что ряду продуктов она придает хрустящие свойства и обеспечивает их сохранность. При этом полидекстроза, будучи смесью высокоразветвленных молекул различной молекулярной массы, не кристаллизуется сама и предотвращает кристаллизацию сахаров и полиолов, которые присутствуют в пищевом продукте.
Полидекстроза — отличный крио-протектор, поддерживающий структуру замороженного продукта при хранении. Она предотвращает кристаллизацию сахара и ретроградацию крахмала и увеличивает точку плавления смеси благодаря тому, что этот показатель у полидекстрозы самый высокий по сравнению с полиолами и моно- и дисахаридами. При использовании в рецептурах мороженого полидекстроза меньше по сравнению с другими ингредиентами снижает криоскопи-ческую температуру, которая непосредственно определяет приятную сливочную текстуру мороженого.
Применение Litesse® в пищевых продуктах
Полидекстроза — универсальный ингредиент, который может быть использован в рецептуре практически любого продукта. Перечисленные ниже технологические свойства вкратце описывают, каким образом можно максимально извлечь преимущества, которые она предоставляет технологу.
В низкокалорийном шоколаде Шеээе® применяется в сочетании с полиолами, корректируя холодящий эффект, которым обладают большинство полиолов, и придавая мягкую однородную текстуру, которую трудно достигнуть при использовании ингредиентов с низкой растворимостью, придающих песчанистый вкус. Шеээе® хорошо переносит традиционное кон-ширование, поэтому не требуется специальной технологической адаптации рецептуры с применением ШеББе®.
Сочетание высокой растворимости и вязкости ШеБэе® позволяет изготовлять твердую и мягкую карамель без сахара превосходного качества. Полидекстроза не кристаллизуется при низких температурах и высоких концентрациях и предотвращает кристаллизацию сахара и полиолов. Ее функция в данной категории продуктов близка к действию глюкозного сиропа, но принципиальное отличие состоит в том, что полидекстроза снижает калорийность продукта, а также является некарио-генным ингредиентом. Хотя в данной категории продуктов для полной замены сахара хорошо зарекомендовали себя некоторые полиолы, тем не менее с помощью полидекстрозы можно решить технические затруднения, которые, применяя только полиолы, решить не удается: увеличение вязкости
расплавленной карамельной массы, облегчающее ведение технологического процесса, снижение кристаллообразования некоторых полиолов (изомальта) и некоторые другие.
Полидекстроза может быть источником пищевых волокон для обогащения напитков. Принципиальным отличием от других растворимых волокон является то, что она стабильна в кислой среде и не увеличивает вязкость напитков, хотя обладает способностью придавать дополнительное «тело».
Обобщение функциональных свойств полидекстрозы ШвББв® и примеры использования этих свойств в разных категориях продуктов представлены в табл. 2.
В заключение добавим, что низкокалорийные продукты, в частности продукты с пониженным содержанием легкоусвояемых углеводов и с повышенным содержанием пищевых волокон, должны сыграть немалую роль в решении проблемы несбалансированности по калорийности рациона современного человека. Однако для успешного решения этой задачи необходимо не просто разработать такие рецептуры, но и обеспечить их максимальную привлекательность для потребителя, выбор которого основан всегда не только на полезных для здоровья характеристиках продукта, но и на приятных органолептических характеристиках. Пища должна быть не только источником питательных и полезных веществ, но и доставлять удовольствие- этот основной принцип создания пищевых продуктов всегда будет актуальным. В этом плане полидекстроза ШвББв® предоставляет практически неограниченные возможности для разработки продуктов, обладающих дополнительной пользой с точки зрения здорового питания и сохраняющих вкус и текстуру традиционного продукта, имеющего спрос у потребителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ипатова Л.Г., Кочеткова А.А. и др. Физиологические и технологические аспекты применения пищевых воло-кон//Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. 2004. № 1. С. 14-18.
2. Шубина О.Г., Кочеткова А.А. Низкокалорийные продукты как составляющие сбалансированного рациона питания современного человека//Пище-вые ингредиенты: сырье и добавки. 2005. № 1. С. 9-13.
3. Burdock G.A., Flamm W.G. A review of the studies of the Safety of Polydextrose in Food//Food and Chemical Toxicology, 3. 1999. 233-264.
4. Craig S.A.S., Holden J.F. et al. Polydextrose as Soluble Fiber: Physiological and Analytical Aspects// Cereal Foods World. May 1998. Vol. 43, № 5.
5. Crow D. Inulin - A comprehensive
Таблица 2
Применение полидекстрозы в изготовлении различных продуктов
Свойство
Технологические преимущества
Возможное применение
Позитивная теплота растворения
Заменитель жира
Источник сухих веществ без сладости
Увлажн итель
Водосвязывающий агент
Отсутствие холодящего вкуса
Снижает образование клейковинного каркаса, способствует приданию «песочной» структуры
Увеличение вязкости, улучшение стойкости в машинной обработке, частичная замена жира
Увеличение срока хранения, предотвращение миграции влаги, сохранение свежести
Восполнение сухих веществ без придания сладости, сохранение влаги
Снижение точки замерзания Придание более мягкой текстуры,
улучшение машинной обработки
Криопротектор
Стабилизация теста
Антикр исталл изатор Отсутствие сладости
Снижение отрицательного воздействия льда, улучшение стабильности при замораживании/оттаивании
Продление срока хранения, предотвращение миграции влаги, сохранение свежести
Уменьшение пластической деформации
Возможность применения всех вышеперечисленных свойств без придания дополнительной нежелательной сладости
Все виды кондитерских изделий, в т. ч. шоколад
Мучные кондитерские изделия
Спреды, мучные кондитерские изделия, заправки для салатов
Выпечка, начинки, кондитерские изделия
Зерновые батончики и другие продукты, готовые к употреблению
Мороженое - твердое и мягкое, замороженные десерты
Замороженное тесто и мясные продукты
Выпечка с начинками, замороженное тесто
Леденцы и некоторые виды конфет
Выпечка
Scientific Review. - Ed.B. Tungland. 2000.
6. Determination of Polydextrose in Foods by AOAC Method 2000. 11./AOAC International. 2002.
7. Flood M.T., Auerbach M.H., Craig S.A.S. A review of the clinical toleration studies of pobydextrose in food//Food and Chemical Toxicology. 42. 2004. 1531-1542.
8. Hara H, Suzuki T. et al. Ingestion of the soluble dietary fibre, polydextrose, increases calcium absorbtion and bone mineralization in normal and total-gastrectomized rats//British Journal of Nutrition. 2000. 84. 655-661.
9. Lauridsen K. Can frozen desserts be healthier?//Innovations in Food Technology. May. 2002.
10. Lewis R.J. Food Additives Handbook. ITP. 1989.
11. Litesse: Technical Properties. -Danisco Sweeteners: technical brochure. 2005.
12. Mitchell H. Fibre-enriched beverages and Litesse®//Soft Drinks. Aug. 2001.
13. Mitchell H. Functional foods. New product development//NutraCos. Jan./ Feb. 2005.
14. Mitchell H. Tiihonen K. Prebiotics// NutraCos. Nov/Dec. 2003.
15. Mitchell H. Prebiotics - The Use of speciality carbohydrates//NutraCos. May/June 2004.
16. O'Sullivan G. Speciality carbohydrates, sweeteners and fibre for the development of healthy snack bars and confectionery//Innovations in Food Technology. Feb. 2005.
17. Peuranen S., Tiihonen K. et al. Combination of polydextrose and
Спред от Unilever с применением Litesse® как текстуратора и источника ПВ
lactotol affects microbial ecosystem and immune responses in rat
gastrointestinal tract//British Journal of Nutrition. 2004. 91. 905-914.
18. Probert H.M., Apajalahti J.H.A. et al. Polydextrose, Lactitol, and Fructo-Oligosaccharide Fermentation by Colonic Bacteria in a Three-
Stage Contituous Culture System// Applied and Environmental Microbiology. Aug. 2004. P.4505-4511.
19. Thomson P. Low-impact Carbohydrates in Bakery Applications// Cereal Foods World. 2004. September-October. Vol. 49, № 5.
20. Total dietary fibre assay procedure for use with AOAC method 991.43// Megazyme technical brochure. TDFR 06/ 01.
21. Zhogn Jie, Luo Bang-yao et al. Studies on the effects of polydexrose intake on physiologic functions in Chinese people//American Journal of Clinical Nutrition. 2000. 72. 1503.
Если Вас заинтересовали описанные продукты, то более подробную информацию о полидекстрозе, а также других продуктах
компании Danisco Sweeteners для создания низкокалорийных продуктов питания Вы можете получить в компании «ДАНИСКО» по адресу: Москва, ул. Стасовой, д.4, офис А50 и А 450, тел. 935 7950.
