CC BY
764
Для корреспонденции
Бессонов Владимир Владимирович - доктор биологических наук,
заведующий лабораторией химии пищевых продуктов
ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»
Адрес: 109240, Российская Федерация, г. Москва,
Устьинский проезд, д.2/14
Телефон: (495) 698-57-36
E-mail: [email protected]
https://orcid.org/0000-0002-3587-5347
Бессонов В.В., Богачук М.Н., Боков Д.О., Макаренко М.А., Малинкин А.Д., Сокуренко М.С., Зотов В.А., Шевякова Л.В.
Базы данных химического состава пищевых продуктов в эпоху цифровой нутрициологии
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи, 109240, г. Москва, Российская Федерация
Federal Research Centre for Nutrition, Biotechnology and Food Safety, 109240, Moscow, Russian Federation
Благодаря изучению химического состава пищевых продуктов, расширению перечня получаемых данных о содержании в составе пищевых продуктов пищевых веществ, включая минорные биологически активные вещества, в эпоху цифровой нутрициологии стало возможным создание актуальных систематизированных баз данных химического состава пищевых продуктов и рационов в целом. Они позволяют решать самые разные задачи современного общества с точки зрения науки о питании.
Цель данного обзора - анализ и обобщение современных подходов к формированию и актуализации баз данных химического состава пищевых продуктов с позиций цифровой нутрициологии.
Результаты. В обзоре рассмотрены основные положения, касающиеся создания баз данных, направлений развития химии пищевых продуктов, обсуждены существующие международные программы сбора и компиляции данных. Рассмотрены приемы систематизации данных о качественном составе и содержании биологически активных и минорных веществ в пищевой продукции, проблемы, связанные с разработкой и метрологической аттестацией высокоселективных высокочувствительных аналитических методов, необходимых для получения достоверных и воспроизводимых данных.
Заключение. Развитие цифровой нутрициологии значительно повышает доступность и качество информации о химическом составе пищевых продуктов, позволяет оперативно ее актуализировать. Дальнейшее совершенствование качества данных, представленных в таблицах химического состава, связано
Финансирование. Научно-исследовательская работа по подготовке рукописи проведена за счет средств субсидии на выполнение государственного задания.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликта интересов.
Для цитирования: Бессонов ВВ., Богачук М.Н., Боков ДО., Макаренко М.А., Малинкин А.Д., Сокуренко М.С., Зотов В.А., Шевякова Л.В. Базы данных химического состава пищевых продуктов в эпоху цифровой нутрициологии // Вопросы питания. 2020. Т. 89, № 4. С. 211-219. DOI: 10.24411/0042-8833-2020-10058
Статья поступила в редакцию 17.06.2020. Принята в печать 29.07.2020
Funding. The research was carried out at the expense of the subsidy for the implementation of the state task. Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.
For citation: Bessonov V.V., Bogachuk M.N., Bokov D.O., Makarenko M.A., Malinkin A.D., Sokurenko M.S., Zotov V.A., Shevyakova L.V. Databases of the chemical composition of foods in the era of digital nutrition science. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2020; 89 (4): 211-9. DOI: 10.24411/0042-8833-2020-10058 (in Russian) Received 17.06.2020. Accepted 29.07.2020.
Databases of the chemical composition of foods in the era of digital nutrition science
Bessonov V.V., Bogachuk M.N., Bokov D.O., Makarenko M.A., Malinkin A.D., Sokurenko M.S., Zotov V.A., Shevyakova L.V.
с установлением стабильности и взаимосвязей между микро- и макрокомпонентами, их влияния на сохранность, химическую стабильность, влияния физико-химических характеристик матрикса на пищевую ценность пищевого продукта, определением содержания специфических минорных компонентов, разработкой соответствующих нормативных документов. Ключевые слова: цифровая нутрициология, базы данных химического состава пищевых продуктов
By studying the chemical composition of foods, expanding the list of data on the content of nutrients, including minor biologically active substances, in the era of digital nutrition science, it became possible to create relevant systematic databases of the chemical composition of foods and rations in general. They allow us to solve various problems of modern society from the point of view of nutrition science.
This review aim to analyze and generalize modern approaches to the formation and updating of databases of the chemical composition of food products from the standpoint of digital nutrition science.
Results. This review considers the main provisions regarding creation of databases, directions for the development of food chemistry, discusses existing international programs for collecting and compiling data. The methods of systematizing data on the qualitative composition and content of biologically active and minor substances in products, as well as the problems associated with the development and metrological certification of highly selective highly sensitive analytical methods necessary to obtain reliable and reproducible data are considered.
Conclusion. The development of digital nutrition science significantly increases the availability and quality of information on the chemical composition of foods, and allows it to be updated quickly. Further improvement of the quality of the data presented in the tables of chemical composition is associated with the establishment of stability and relationships between micro- and macro-components, their influence on the safety, stability of the chemical structure, the influence of the physic-chemical characteristics of the matrix on nutritive value of foods, determination of the content of specific minor components, development of relevant regulatory documents.
Keywords: digital nutrition science, databases of the chemical composition of food products
Базы данных химического состава пищевых продуктов необходимы для решения медицинских, экономических и даже политических задач. Они предоставляют детальную информацию о содержании в пищевых продуктах наиболее важных с точки зрения науки о питании пищевых веществ, в том числе углеводов, белков, жиров, клетчатки, витаминов и минеральных веществ. Данные о содержании в пищевых продуктах пищевых веществ и энергии используются специалистами-диетологами для оценки питания своих пациентов и разработки подходящей диеты, выработки решений по составлению и актуализации продовольственной корзины для населения нашей страны, рекомендаций по питанию организованных коллективов (детей и взрослых). Работа по созданию массивов данных химического состава пищевых продуктов предполагает исследование состава пищевых веществ в пищевой продукции, производимой на территории РФ и стран Евразийского экономического союза, разработку новых и адаптацию существующих зарубежных методов исследования биологически активных веществ природного происхождения, а также изменения химического состава пищевых продуктов в процессе технологической переработки. Таким образом, для создания баз данных необходимо решить следующие задачи: • получение собственных данных о химическом составе пищевых продуктов, включая анализ данных, опубликованных в научных изданиях;
• критическое обобщение и оценка качества данных, полученных в результате выполнения исследовательских программ в рамках национальных проектов;
• разработка отечественных и внедрение иностранных недостающих методов исследования состава макро-и микрокомпонентов пищевых продуктов, включая биологически активные вещества пищи, форм биологически активных веществ в составе пищевых продуктов и их изменения в результате применения традиционных и инновационных технологий.
Сформированная база данных позволяет получать сведения о вариабельности состава пищевых продуктов для выявления маркеров их идентификации и фальсификации, оценки качества пищи с точки зрения содержания пищевых веществ различных классов.
Переход к новому видению таблиц химического состава как открытых цифровых баз данных не может выполняться без участия специалистов, работающих в области информационных технологий, и соответствует направлениям Стратегии научно-технологического развития РФ:
• Н1. Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта.
• Н4. Переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработка и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективная переработка сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания.
Как показали данные реализации пилотной части национального проекта «Демография» в 2019 г, химический состав пищевой продукции оставался неизменным на протяжении последних 20 лет, но одновременно получена информация о новых (инновационных) пищевых продуктах, сведения о химическом составе которых необходимы в планировании питания населения, индивидуализации рациона, представлении наиболее полных данных для обеспечения перехода к цифровой нутрициологии.
Таким образом, основным путем развития научного направления, специализирующегося на изучении химического состава пищевых продуктов, является расширение перечня получаемых данных о содержании в составе пищевых продуктов пищевых веществ, включая минорные биологически активные вещества. Такой вектор развития науки о химии пищевых продуктов задан формированием представлений о сбалансированном рационе, специализированных рационах для питания людей в различных ситуациях. К ним можно отнести редукцию массы тела, необходимость увеличения массы мышц, костной ткани, беременность, занятия спортом, особые диеты при различных заболеваниях.
Развитие индустрии, производящей специализированные и обогащенные пищевые продукты, предполагает как экстенсивное получение формальных данных по содержанию пищевых веществ и энергии в такой пищевой продукции, так и интенсивное развитие определения новых биологически активных веществ, актуальных с точки зрения динамики развития нутрициологии. Эти данные необходимы не только для получения представлений об актуальных пищевых продуктах, но и для разработки новых пищевых продуктов заданного химического состава, учитывающих стабильность и взаимодействия компонентов внутри матрикса пищевого продукта [1].
Таким образом, следующие задачи нуждаются в решении:
• получение новых данных об ассортиментном перечне измененных пищевых продуктов, данные о химическом составе которых нуждаются либо в первичном изучении, либо в актуализации;
• разработка и внедрение новых методов исследований компонентов и биологически активных веществ в составе пищевых продуктов и продовольственного сырья;
• разработка принципов оценки влияния характеристик исходного пищевого сырья на риски образования технологических контаминантов, снижения пищевой и биологической ценности готовой пищевой продукции;
• цифровизация всех получаемых аналитических данных.
В непосредственной перспективе ближайшими целями развития химии пищевых продуктов в рамках решения задач цифровой нутрициологии являются:
• разработка автоматизированной управляемой базы данных химического состава пищевых продуктов;
• разработка и метрологическая аттестация унифицированных методов определения максимально широкого спектра химических соединений, представляющих интерес для современной нутрициологии.
Разработка российской базы данных химического состава
Разработка автоматизированной управляемой базы данных химического состава пищевых продуктов включает:
• концепцию медико-биологической базы цифровой нутрициологии по показателям химического состава пищевых продуктов;
• разработку требований к инструментам компиляции данных, систему кодирования пищевых продуктов для формализации описания и типизации;
• изучение и обобщение возможных источников аналитических данных по химическому составу пищевых продуктов; установление требований к качеству аналитических данных.
1. Концепция базы данных химического состава.
В этой связи может быть полезно обратиться к опыту создания двух существующих международных программ сбора и компиляции данных - РАОЛИРОООБ и ЕигоРНЗ. Обе программы реализуются в качестве ресурсов, помогающих заинтересованным странам создавать и поддерживать собственные национальные базы данных химического состава пищевых продуктов. Эти базы отличаются от существующих печатных таблиц химического состава тем, что содержат более подробную информацию об исследованном продукте, способе его производства или приготовления, о методах исследования химического состава и др. Кроме того, такие базы содержат литературные источники данных о химическом составе (научные статьи, отчеты и др.) и чаще всего реализуются в виде электронных ресурсов, что позволяет их постоянно актуализировать и пополнять. Такая база способна обеспечить легкий доступ и обмен данными о составе пищевых продуктов между регионами и странами [2].
Разработку базы данных химического состава пищевых продуктов согласно опыту проведения РАО/ !МРОООв и ЕигоР!Я обычно организуют в несколько этапов:
! этап. Поиск информации по химическому составу пищевых продуктов и отбор наиболее надежных источников литературы. Данные отбираются и вносятся оператором(-ами) в соответствии с принятыми реко-
мендациями, например такими, которые были изданы в рамках программ FAO/INFOODS [3, 4], EuroFIR [5] или вновь разработанными.
II этап. Составление архивной или «корневой» базы данных, содержащей, помимо данных по химическому составу, всю имеющуюся информацию о пищевых продуктах, ингредиентах, способах их производства, хранении и методах химического или физико-химического анализа и др. На этом этапе в предварительно разработанный программный продукт вносят наиболее полную информацию из отобранных источников литературы.
III этап. Формирование справочной базы данных. Это подразумевает повторную оценку надежности данных по химическому составу архивной базы, расчет статистических параметров выборок и объединение информации по одинаковым продуктам, восполнение недостающих данных. Результатом данного этапа является составление справочной базы данных, которая частично или полностью может быть представлена для общественного пользования.
2. Требования к программному обеспечению для создания базы данных химического состава.
Важным условием корректного обмена и сравнения собственных данных с зарубежными является использование единых принципов реализации программ по созданию баз данных химического состава. Одним из основных условий реализации автоматической обработки информации является стандартизация и гармонизация наименований и описаний 4 основных объектов такой базы: пищевых продуктов, нутриентов, единиц измерения и ссылок на литературу. Стандартизация может осуществляться, например, в виде специально разработанной кодировки (номенклатуры) [4], использования словарей типа EuroFIR Theasauri [6] для каждого объекта или специализированной системы классификации и описания, например FoodEx2 для пищевых продуктов (разработана Европейским агентством по безопасности продуктов питания, EFSA) [7].
Использование кодировки позволяет согласовывать разрозненные данные о химическом составе пищевых продуктов, создавать связи между этими данными, а также систематизировать данные по разным продуктам для обеспечения возможности их полуавтоматического сопоставления [8].
Архивная база данных формируется на основе электронных таблиц или специально разработанных программ внесения данных. Таблицы (программы) должны содержать:
• пользовательскую инструкцию заполнения, т.е. правила внесения, пересчета и кодировки данных, а также расшифровку закодированных наименований пищевых веществ и энергии. Целесообразно использовать кодировку для типов пищевых продуктов, способа их изготовления и обработки; страны или региона, где находится оператор; типа отбора проб; библиографических источников;
• основную таблицу для заполнения, в которой содержатся графы для внесения данных по химическому
составу и данных, касающихся описания пищевого продукта, методов химического анализа, ссылок на библиографические источники и другую информацию. При этом вносимые аналитические данные должны быть приведены к единому знаменателю, например: граммы на 100 г съедобной части продукта, граммы на 100 г сухого вещества и т.д. Также должны быть четко определены единицы измерения, особенно в случае тех нутриентов, для которых существует несколько способов выражения результата. К таким компонентам пищи относятся, в частности, углеводы, пищевые волокна, железо, витамины А, D, Е, ниацин, тиамин и др.;
• таблицу для описания процесса отбора проб и манипуляций с образцами;
• таблицу описания библиографических ссылок;
• возможность загрузки и депозитарий для хранения источников литературы;
• возможность программного и/или «ручного» перерасчета из одних единиц измерения в другие, например из г/100 г сухого вещества в г/100 г восстановленного продукта, а также корректировки аналитических значений содержания
• нутриентов в соответствии с коэффициентами его изменения, происходящего при технологической обработке или при приготовлении пищевого продукта или блюда.
Примером подобной таблицы (программы) может служить FAO/INFOODS Compilation Tool - инструмент формата Excel, содержащий несколько листов для внесения каждой группы данных [9] и находящийся в свободном доступе [5].
3. Источники информации о химическом составе пищевых продуктов.
Основой создания аналогичных зарубежным информационных систем в России могут стать оригинальные результаты исследований специализированных лабораторий и исследовательских групп, полученные, например, в результате выполнения работ по изучению химического состава пищевых продуктов, включая специализированные, а также пищевых и функциональных ингредиентов в рамках научных тем, технических заданий на проведение исследований, при написании диссертаций и проведении экспертиз аккредитованными лабораториями.
Одним из примеров подходящих данных являются результаты исследований по теме «Оценка качества пищевой продукции и оценка доступа населения к отечественной пищевой продукции, способствующей устранению дефицита макро- и микронутриентов», выполнявшейся в 2019-2020 гг. в рамках национального проекта «Демография». Исследования были выполнены на базе региональных центров Роспотребнадзора в Московской, Самарской, Свердловской и Омской областях, Республике Башкортостан; обобщение и оценка результатов проведены в ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии». В результате этой работы, помимо прочего, были получены новые аналитические данные по содержанию
макро- и микронутриентов, витаминов, синтетических красителей, органических кислот и т.д. в различных пищевых продуктах. А именно, исследования проводились в мясе и мясных изделиях, рыбе и рыбных изделиях, в крупах, в бобовых и в мучных изделиях, яйцах и продуктах их переработки, в молочной продукции, во фруктах, овощах и продуктах их переработки, в масложиро-вых и кондитерских изделиях, в биологически активных добавках к пище и йодированной соли. Всего во всех регионах было исследовано 3080 образцов; подготовка проб и анализы проводились с помощью официальных методик, результаты были представлены в виде таблиц формата Excel и легли в основу соответствующих методических рекомендаций 2019-2020 гг. (МР 2.3.7.0153-19 «Оценка качества пищевой продукции и оценка доступа населения к отечественной пищевой продукции, способствующей устранению дефицита макро- и микрону-триентов», МР 2.3.7.0168-20 «Оценка качества пищевой продукции и оценка доступа населения к отечественной пищевой продукции, способствующей устранению дефицита макро- и микронутриентов»). Согласно руководствам FAO/INFOODS [3, 4] и EuroFIR [5], наличие и включение в базу дополнительной информации, помимо самих результатов исследований, является неотъемлемой частью надежных и проверенных информационных источников, а количество исследованных образцов и их разнообразие уже позволяют рассматривать полученные аналитические данные в качестве основы российской базы данных химического состава пищевых продуктов.
4. Применение новой базы данных.
Архивная (корневая) база данных может являться основой для составления пользовательских специализированных баз данных по отдельным продуктам, а также программ и/или приложений расчета диет и рецептур для отдельных профессиональных групп населения, таких как врачи-диетологи, спортсмены и спортивные врачи, разработчики рецептур и др. Так, например, в рамках программ FAO/INFOODS и EuroFIR были созданы: FoodEXplorer - база химического состава пищевых продуктов большинства стан - членов ЕС, Канады и США, FAO/INFOODS Databases - группа баз данных химического состава многих стран Азии, Африки, Канады и США, Европы, Латинской Америки, Океании и других, ePIantLIBRA - библиотека данных по химическому составу растений и пищевых продуктов на их основе, eBASIS - информационная система по химическому составу пищевых продуктов, содержащих в составе биологически активные вещества растений, и биологическим эффектам последних, FoodBasket - интерфейс для расчета диет и рецептур на основе данных FoodEXplorer.
В настоящее время такие базы данных носят скорее обзорный характер, поскольку фактический состав пищевых продуктов зависит от условий производства (например, выращивания и кормления в случае продуктов животного происхождения), способа приготовления продукта и т.д. Приводимые данные, как правило, основываются на нескольких образцах. Такие базы должны
быть расширены, чтобы охватить большее количество пищевых продуктов, биологически активных компонентов, включая условно эссенциальные микроэлементы.
В соответствии с вышеописанными приемами, указанными в п. 1-4, должна быть проведена систематизация данных о качественном составе и содержании биологически активных и минорных веществ в пищевой продукции. К этой условной группе соединений относятся витамины, фенольные соединения (простые фенолы, фенольные кислоты, флавоноиды, полимерные феноль-ные соединения), алкалоиды, сапонины и другие соединения. Данные по ним варьируют в широких диапазонах в зависимости от места происхождения, вида сырья, технологических условий переработки и многих других факторов. Например, флавоноиды - наиболее многочисленная (более 8000 веществ) группа растительных полифенолов, встречающаяся в пищевых продуктах, которые являются природными вторичными метаболитами растений. Большой фактический материал по профилю и содержанию флавоноидов в пищевых продуктах был накоплен и впоследствии систематизирован в ряде специально созданных баз данных. Разработанная департаментом сельского хозяйства США База данных по содержанию флавоноидов в пищевых продуктах (ивОА, последний выпуск) содержит исчерпывающую информацию о содержании флавоноидов основных 5 классов в наиболее широко употребляемых населением пищевых продуктах [10].
Состояние базы аналитических методов определения некоторых пищевых и биологически активных веществ
В настоящее время принципиальным вопросом становится разработка и метрологическая аттестация высокоселективных высокочувствительных аналитических методов нового поколения, позволяющих в автоматизированном режиме получать данные по природному, фоновому содержанию минорных биологически активных веществ в традиционных пищевых продуктах. В частности, необходима разработка и внедрение методов определения жирорастворимых витаминов, например витаминов 02/03 и К1/К2 и их производных, ка-ротиноидов (как индивидуальных представителей всего семейства полиеновых углеводородов). Для исследования содержания таких водорастворимых витаминов, содержание которых даже в обогащенных пищевых продуктах находится на критически низком уровне (био-тин, цианокобаламин, природное содержание фолиевой кислоты в виде фолатов), также необходима разработка высокоселективных высокочувствительных аналитических методов на основе высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией (ВЭЖХ-МС/МС), газо-жидкостной хроматографии с тан-демной масс-спектрометрией (ГЖХ-МС/МС), капиллярного электрофореза с тандемной масс-спектрометрией (КЭ-МС/МС). Существующие в настоящее время мето-
дические подходы могут дать сведения о содержании этих витаминов в обогащенных пищевых продуктах и природном содержании в пищевых продуктах тех витаминов, которых заведомо много (например, определение витамина Е в растительных маслах и спредах, каротиноидов в овощах и плодово-овощной продукции, витаминов группы В в крупах и мучных изделиях после кислотно-ферментативного гидролиза) [11].
1. Определение витамина й.
В случае с природным содержанием витаминов 02/03 существующие утвержденные методы их определения [ГОСТ БЫ 12821-2014 «Продукты пищевые. Определение содержания холекальциферола (витамина й(3)] и эргокальциферола [витамина й(2)] методом высокоэффективной жидкостной хроматографии», ГОСТ Р 54637-2011 «Продукты пищевые функциональные. Метод определения витамина й(3)», ГОСТ 32916-2014 «Молоко и молочная продукция. Определение массовой доли витамина й методом высокоэффективной жидкостной хроматографии») основано на омылении пробы, концентрировании их содержания с помощью препаративной или полупрепаративной хроматографии и дальнейшем аналитическом исследовании с помощью ВЭЖХ и ультрафиолетового/диодно-матричного/флуо-риметрического детектирования. Данный подход имеет следующие недостатки, а именно:
• существует множество форм витамина й, помимо известных 02ЛЭ3 и их гидроксипроизводных;
• процесс пробоподготовки включает слишком много ступеней и требует строгого соблюдения температурного режима (температура омыления не должна превышать 60 °С, иначе 02/03 изомеризуются) и бескислородной или с минимальным содержанием кислорода среды (использование хорошо зарекомендовавших себя антиокислителей) [12];
• потери и ошибки при таком многостадийном подходе.
Исходя из вышесказанного для исследования витаминов 02/03 и их производных необходимо разработать такие подходы к пробоподготовке и анализу, которые позволят снизить ошибку метода, уменьшить количество ступеней в исследовании, проанализировать и описать наибольший спектр производных витаминов 02/03.
2. Определение органических кислот.
Не менее значительной частью работы по получению данных химического состава пищевых продуктов является определение содержания органических кислот. Знание содержания и состава органических кислот необходимо как для диетологов (в связи с биологической активностью ряда органических кислот), так и для идентификации пищевых продуктов. Основными органическими кислотами в пищевых продуктах являются уксусная, молочная, яблочная, лимонная, янтарная, щавелевая и винная [13]. Данные вещества также можно разделить на летучие и нелетучие. Основным представителем летучих веществ является уксусная кислота. Остальные перечисленные кислоты относятся к нелетучим. Данное разделение опреде-
ляет выбор варианта очистки пробы от мешающих компонентов. В случае летучих кислот может быть использована перегонка с водяным паром из предварительно подкисленного экстракта или напитка. Для нелетучих кислот выбор очистки варьирует в зависимости от состава продукта, преимущественно от содержания в нем белка, жиров, углеводов. К вариантам очистки относятся осаждение белков фосфорно-вольфрамо-вой (или трихлоруксусной) кислотой, экстракция эфиром в аппарате Сокслета (до 36 ч), выделение кислот в виде свинцовых или бариевых солей с последующим отделением осадка сульфидов (после обработки сероводородом или сульфидом натрия) центрифугированием [13]. Методы определения данных веществ в составе пищевых продуктов можно классифицировать следующим образом: хроматографические; химические методы определения общей кислотности; химические методы определения отдельных компонентов; ферментативные.
К хроматографическим методам относятся различные варианты хроматографии (используются преимущественно газовая хроматография и ВЭЖХ). В качестве примеров методик с их использованием можно привести ГОСТ 32771-2014 «Продукция соковая. Определение органических кислот методом ОФ ВЭЖХ» и ГОСТ 33410-2015 «Продукция безалкогольная, слабоалкогольная, винодельческая и соковая. Определение содержания органических кислот методом ВЭЖХ».
К химическим методам относятся методы, позволяющие определять общую кислотность продукта без оценки содержания конкретных веществ (к ним относятся различные титриметрические методы определения общей кислотности с различной индикацией конечной точки титрования), и методы количественного определения отдельных кислот (к ним относятся методы титрования, гравиметрические и колориметрические). Определение отдельных кислот данными способами зачастую требует более тщательной очистки пробы перед анализом и выделения определяемого компонента. Методы анализа общей кислотности имеют широкое распространение для оценки качества пищевых продуктов, в качестве примеров можно привести ГОСТ 25555.1-2014 «Продукты переработки фруктов и овощей. Метод определения летучих кислот», ГОСТ 32114-2013 «Продукция алкогольная и сырье для ее производства. Методы определения массовой концентрации титруемых кислот». Химические методы определения отдельных кислот в связи с их трудоемкостью во многих случаях были заменены хроматографи-ческими и ферментативными методами.
Ферментативные методы основаны на последовательной обработке образца ферментами со спектро-фотометрическим определением содержания определенного участника реакций. Особенностями данных методов являются высокая специфичность и отсутствие необходимости в проведении усложненной подготовки пробы. В качестве примеров использования таких методов можно привести ГОСТ 31716-2012 (ISO 8069:2005)
«Молоко сухое. Определение содержания молочной кислоты и лактатов» и ГОСТ 33835-2016 «Продукция соковая. Метод определения лимонной кислоты».
3. Определение углеводов и пищевых волокон.
Ставшие традиционными и использованные в существующих редакциях справочника «Химический состав российских пищевых продуктов» результаты определения углеводов неразрывно связаны с устоявшейся методологией и приводятся в виде суммы всех усвояемых углеводов. Кроме того, традиционно указываются отдельно крахмал и сумма моно- и дисахаридов (МДС). Расчет общих углеводов в большинстве случаев проводился так называемым методом разницы, при котором из содержания сухого остатка вычитают сумму содержания белка, жира, золы и пищевых волокон. Если содержание МДС определяли экспериментально, то в этом случае количество крахмала рассчитывали по разнице между общими углеводами и МДС. В процессе редактирования данных в последних редакциях справочника вместо показателя «клетчатка» для растительных продуктов и продуктов, их содержащих, включен новый показатель - «пищевые волокна», определенный ферментативным методом. Этот показатель используется в настоящее время во всех современных иностранных таблицах химического состава пищевых продуктов для характеристики неперевариваемого остатка пищи. Экспериментально было доказано, что клетчатка (точнее, целлюлоза) составляет часть, причем не преобладающую (от 10 до 20% для большинства зерновых и от 30 до 40% для большинства овощей), фактических пищевых волокон и не может достоверно характеризовать этот важный показатель пищевой ценности [13].
На сегодняшний день исследования по определению содержания углеводов проводят при помощи следующих основных методов, которые применяются на практике при контроле качества пищевых продуктов:
• определение суммарного содержания углеводов, как и ранее, проводится методом разницы (по Скурихину, Тутельяну [13-15]);
• определение содержания крахмала по-прежнему рассчитывается по разнице между содержанием общих углеводов и МДС;
• определение содержания и состава суммы МДС проводится методом ВЭЖХ с рефрактометрическим детектированием. Данный метод дает возможность определить содержание наиболее распространенных моно- и дисахаридов, таких как глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, галактоза, мальтоза. Количественное содержание этих углеводов дает возможность выявлять фальсифицированный товар (например, фруктовые соки) или подтверждать наличие того или иного ингредиента в многокомпонентном продукте (например, по соотношению углеводов) [16, 17].
Исследования пищевых волокон проводятся, как и ранее, ферментативно-гравиметрическим методом, согласно методике «Определение содержания растворимых и нерастворимых пищевых волокон в пи-
щевых продуктах и БАД к пище» (МВИ № 01.002822008/0174.01.07.13). По сравнению с методом, по которому ранее проводились исследования пищевых волокон (Руководство Р. 4.1. 1672-03 «Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище»), используемый на данный момент метод быстрее и проще в исполнении. В целом указанное в справочнике под ред. И.М. Скурихина содержание углеводов (общее, крахмала и сумма МДС), а также пищевых волокон соответствует (с учетом погрешности) полученным ранее результатам исследований основных пищевых продуктов, потребляемых населением. В связи с этим данные, представленные в таблицах, созданных в 2002 г., являются актуальными и востребованными. Отличие в содержании углеводов, вычисленных методом разницы, от значений, указанных в справочнике, чаще всего относится к готовым к употреблению блюдам. Это можно объяснить различиями в рецептах, по которым они были приготовлены.
Заметим, что недостатком многих существующих баз данных на сегодняшний день является отсутствие указания, какой сахар содержится в продукте: фруктоза, сахароза, мальтоза, лактоза и т.д., что может быть важно для пациентов с рядом заболеваний. Поэтому в качестве предложения обновления таблиц может выступить внесение сведений о содержании основных МДС по отдельности, характерных для определенного вида продукции. Также необходимо добавить информацию о новых готовых к употреблению блюдах, сведений о которых нет в справочнике [18].
Заключение
Дальнейшее развитие качества данных, представленных в таблицах химического состава, связано с установлением стабильности и взаимосвязей между микро-и макрокомпонентами, их влияния на сохранность, химическую стабильность (например, полисахаридов), влияния физико-химических характеристик матрикса (рН среды, наличие эмульсий, и др.) на пищевую ценность продукта. Получение данных по содержанию специфических минорных компонентов позволит определить границы естественной вариабельности состава различных продуктов, что может быть использовано для их идентификации в целях выявления фальсификаций. Изложенные выше фундаментальные направления исследований имеют все основания быть транслированными в прикладные научные исследования.
Представляется актуальным введение в действие электронной системы химического состава пищевой продукции; разработка рекомендаций по порядку обогащения пищевых продуктов, основанных на фундаментальных исследованиях по сохранности и взаимодействию биологически активных веществ в пищевой продукции; разработка системы методических документов по определению биологически активных веществ в пищевой продукции в диапазоне их природного со-
держания; разработка системы рекомендаций по принципам контролирования уровней содержания естественных технологических контаминантов пищевых продуктов через регулирование концентраций их природных предшественников (в том числе монохлорпропандиола,
глицидиловых эфиров, фталатов, акриламида и др.). Предполагаемые методические документы должны быть метрологически аттестованы и внедрены как в виде ведомственных документов, так и национальных и межгосударственных стандартов.
Сведения об авторах
ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» (Москва, Российская Федерация):
Бессонов Владимир Владимирович (Vladimir V. Bessonov) - доктор биологических наук, заведующий лабораторией химии пищевых продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-3587-5347
Богачук Мария Николаевна (Maria N. Bogachuk) - кандидат фармацевтических наук, научный сотрудник лаборатории химии пищевых продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-5820-8336
Боков Дмитрий Олегович (Dmitry O. Bokov) - кандидат фармацевтических наук, сотрудник лаборатории химии пищевых продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0003-2968-2466
Макаренко Мария Андреевна (Mariya M. Makarenko) - младший научный сотрудник лаборатории химии пищевых продуктов
E-mail [email protected] https://orcid.org/0000-0003-1688-6304
Малинкин Алексей Дмитриевич (Alexey D. Malinkin) - кандидат фармацевтических наук, научный сотрудник лаборатории химии пищевых продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-0370-4500
Зотов Владимир Алексеевич (Vladimir A. Zotov) - кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории химии пищевых продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-6509-5344
Сокуренко Мария Сергеевна (Mariya S. Sokurenko) - младший научный сотрудник лаборатории химии пищевых продуктов
E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-6416-7091
Шевякова Людмила Владимировна (Lyudmila V. Shevyakova) - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории химии пищевых продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-7447-8520
Литература
Granato D., Barba F.J., Kovacevic D.B., Lorenzo J.M., Cruz A.G., Putnik P. Functional foods: Product development, technological trends, efficacy testing, and safety // Ann. Rev. Food Sci. Technol. 2020. Vol. 11. P. 93-118.
Scrimshaw N.S. INFOODS: the international network of food data systems // Am. J. Clin. Nutr. 1997. Vol. 65, N 4. P. 1190-1193. FAO/INFOODS Guidelines for Converting Units, Denominators, and Expressions, version 1.0. FAO. Rome, 2012. FAO/INFOODS Guidelines for Checking Food Composition Data prior to the Publication of a User Table/Database-Version 1.0.FAO. Rome, 2012.
EuroFIR AISBL: Standard Operating Procedures (SOPs) — Technical Manual, Version 2019 —01.
Unwin I.D. The Thesaurus Manager facilities for maintaining thesauri. Description of setup, viewing and editing features of the thesaurus management tool, 2016 [Электронный ресурс]. URL: https://www.euroflr.org/wp-content/uploads/2016/09/THS-facil-ity-description-update-160816.pdf (дата обращения: 08.05.2020)
10.
11.
Ioannidou S. EFSA FoodEx2 Interpreting and Checking Tool user guide. EFSAsupportingpublication, 2019: EN-1727.20p.DOI: http:// doi.org/10.2903/sp.efsa.2019.EN-1727 [Электронный ресурс]. URL: https://www.efsa.europa.eu/en/data/data-standardisation (дата обращения: 08.05.2020)
Dahdouh S., Grande F., Espinosa S.N., Vincent A., Gibson R., Bailey K. et al. Development of the FAO/INFOODS/IZINCG Global Food Composition Database for Phytate // J. Food Compos. Anal. 2019. Vol. 78. P. 42-48.
International Network of Food Data Systems (INFOODS). Software tools. [Электронный ресурс]. URL: http://www.fao.org/ infoods/infoods/software-tools/en/ (дата обращения: 08.05.2020) Тутельян В.А., Лашнева Н.В. Биологически активные вещества растительного происхождения. Флавонолы и флавоны: распространенность, пищевые источники, потребление // Вопросы питания. 2013. № 1. С. 4-22.
Жилинская Н.В., Бессонов В.В., Громовых П.С., Богачук М.Н. Развитие современной методической базы контроля содер-
1.
7.
2.
8.
4
9.
6.
жания витаминов в пищевой продукции и биологически 15. активных добавках к пище // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 6. С. 106-116.
12. Thermal and Nonthermal Encapsulation Methods / ed. Magdalini 16. Krokida. Boka Ration : CRC Press; Taylor and Francis Group, 2017.
13. Химический состав российских пищевых продуктов / под ред. И.М. Скурихина, В.А. Тутельяна. Москва : ДеЛи принт, 17. 2002. 236 с.
14. Yang H., Sun Y.,Chen Y., Gu B. The impact of dietary fiber
and probiotics in infectious diseases // Microb. Pathog. 2020. 18. Vol. 140. Article ID 103931. DOI: http://doi.org/ 10.1016/j.mic-path.2019.103931
Soliman G.A. Dietary fiber, atherosclerosis, and cardiovascular disease // Nutrients. 2019. Vol. 11, N 5. P. 1155. DOI: http://doi. org/10.3390/nu11051155
Buyken A.E., Mela D.J., Dussort P. et al. Dietary carbohydrates: a review of international recommendations and the methods used to derive them // Eur. J. Clin. Nutr. 2018. Vol. 72. P. 1625-1643. DOI: http://doi.org/10.1038/s41430-017-0035-4
Ludwig D.S., Hu F.B., Tappy L., Brand-Miller J. Dietary carbohydrates: role of quality and quantity in chronic disease // BMJ. 2018. Vol. 13. P. 361. DOI: http://doi.org/10.1136/bmj.k2340 Marconi S., Durazzo A., Camilli E., Lisciani S., Gabrielli P., Aguzzi A. et al. Food composition databases: considerations about complex food matrices // Foods 2018. Vol. 7. P. E2.
References
Granato D., Barba F.J., Kovacevic D.B., Lorenzo J.M., Cruz A.G., 10. Putnik P. Functional foods: Product development, technological trends, efficacy testing, and safety. Ann Rev Food Sci Technol. 2020; 11: 93-118.
Scrimshaw N.S. INFOODS: the international network of food data 11. systems. Am J Clin Nutr. 1997; 65 (4): 1190-3. FAO/INFOODS Guidelines for Converting Units, Denominators, and Expressions, version 1.0. FAO. Rome, 2012.
FAO/INFOODS Guidelines for Checking Food Composition Data 12. prior to the Publication of a User Table/Database-Version 1.0.FAO. Rome, 2012.
EuroFIR AISBL: Standard Operating Procedures (SOPs) - Tech- 13. nical Manual, Version 2019-01.
Unwin I.D. The Thesaurus Manager facilities for maintaining thesauri. Description of setup, viewing and editing features of the 14. thesaurus management tool, 2016 [Electronic resource]. URL: https://www.eurofir.org/wp-content/uploads/2016/09/THS-facil-ity-description-update-160816.pdf (date of access May 08, 2020) 15. Ioannidou S. EFSA FoodEx2 Interpreting and Checking Tool user guide. EFSA supporting publication, 2019: EN-1727. 20 p. DOI: http://doi.org/10.2903/sp.efsa.2019.EN-1727 [Electronic resource]. 16. URL: https://www.efsa.europa.eu/en/data/data-standardisation (date of access May 08, 2020)
Dahdouh S., Grande F., Espinosa S.N., Vincent A., Gibson R., Bailey K., et al. Development of the FAO/INFOODS/IZINCG 17. Global Food Composition Database for Phytate. J Food Compos Anal. 2019; 78: 42-8.
International Network of Food Data Systems (INFOODS). Soft- 18. ware tools. [Electronic resource]. URL: http://www.fao.org/ infoods/infoods/software-tools/en/ (date of access May 08, 2020)
Tutelyan V.A., Lashneva N.V. Biologically active substances of plant origin. flavonols and flavones: prevalence, dietary sourses and consumption. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2013; (1): 4-22. (in Russian)
Zhilinskaya N.V., Bessonov V.V., Gromovykh P.S., Bogachuk M.N. Development of a modern methodological base for monitoring the content of vitamins in food and food supplements. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (6): 106-16. (in Russian) Thermal and Nonthermal Encapsulation Methods. In: Magdalini Krokida (ed.). Boka Ration: CRC Press; Taylor and Francis Group, 2017.
The chemical composition of Russian food product s. Edited by I.M. Skurikhin, V.A. Tutelyan. Moscow: DeLi print, 2002: 236 p. (in Russian)
Yang H., Sun Y.,Chen Y., Gu B. The impact of dietary fiber and probiotics in infectious diseases. Microb Pathog. 2020; 140: 103931. DOI: http://doi.org/ 10.1016/j.micpath.2019.103931 Soliman G.A. Dietary fiber, atherosclerosis, and cardiovascular disease. Nutrients. 2019; 11 (5): 1155. DOI: http://doi.org/10.3390/ nu11051155
Buyken A.E., Mela D.J., Dussort P., et al. Dietary carbohydrates: a review of international recommendations and the methods used to derive them. Eur J Clin Nutr. 2018; 72: 1625-43. DOI: http://doi. org/10.1038/s41430-017-0035-4
Ludwig D.S., Hu F.B., Tappy L., Brand-Miller J. Dietary carbohydrates: role of quality and quantity in chronic disease. BMJ. 2018; 13: 361. DOI: http://doi.org/10.1136/bmj.k2340 Marconi S., Durazzo A., Camilli E., Lisciani S., Gabrielli P., Aguzzi A., et al. Food composition databases: considerations about complex food matrices. Foods 2018; 7: E2.
1.
2
4
6.
7
8
9
