CC BY
42
Хлебобулочные изделия -продукты функционального
питания
Ю.И. Шишков, А.А. Рогов
ООО НПО «Русская инновационная компания»
Ранее [1] нами были обобщены литературные данные по обеспеченности населения страны микронутриентами, включая витамины и минеральные вещества, из рассмотрения которых следует, что практически все группы населения России и во всех регионах страдают хроническим витаминным дефицитом и недостаточностью в организме макро- и микроэлементов, в том числе Са, Ре, Мд, Мп, Бе, I. Нарушение витамино-минерального статуса организма обусловливает риск развития полигиповитаминоза или авитаминоза и микроэлементоза, угрожающих здоровью человека.
В литературе отмечается, что хронический дефицит микронутриентов, наблюдаемый даже у населения индустриально развитых стран, приводит к резкому замедлению прогресса в увеличении продолжительности жизни людей и постоянному росту числа сердечно-сосудистых, желудочно-кишечных, эндокринных, онкологических заболеваний, нарушению обмена веществ и др. Важно отметить, что еще 30 - 40 лет назад они встречались значительно реже [2].
Обогащение ежедневного рациона растительными продуктами питания не обеспечивает полностью потребности человека во всех витаминах. Они поставляют в организм лишь аскорбиновую, фолиевую кислоты и каротин. Основные источники витаминов группы В — мясные и молочные продукты, витаминов А и Р - сливочное масло. Авторы цитируемой работы показали, что коррекция пищевой и прежде всего витаминной ценности рациона исключительно за счет натуральных продуктов ведет к увеличению их энергоемкости, избыточному потреблению калорий, что обусловливает риск развития ожирения, диабета, сердечнососудистых заболеваний и других патологических состояний. Далее они в пользу этой точки зрения приводят данные о математической модели, выполненной группой швейцарских и французских специалистов. Согласно этим расчетам, даже самый рациональный набор продуктов с суммарной энергетической ценностью в 2500 ккал, соответствующей средним энергозатратам значительной части насе-
ления развитых стран, покрывает потребность в основных витаминах и минеральных веществах не более чем на 80 %.
Анализ изложенного материала позволяет прийти к выводу, что в случае потребления даже рационального набора продуктов у людей имеются скрытые формы дефицита микронут-риентов, при которых люди получают их в достаточном количестве для предотвращения тяжелых последствий, например, авитаминоза или микро-элементоза, но не для обеспечения полноценного здоровья. Дефицит этих незаменимых пищевых веществ, являющихся регуляторами биохимического и функционального статуса организма, всегда сопровождается снижением адаптационных возможностей человека, влечет за собой нарушение обменных процессов, развитие хронических форм патологий, уменьшающих в конечном счете продолжительность жизни. Считается, что устранение вита-минно-минеральной недостаточности у населения страны можно решить путем незамедлительного обогащения продуктов массового потребления дефицитными в рационе микронутриен-тами. Однако при этом необходимо учитывать принципы, связанные с обогащением продуктов питания эссенци-альными микронутриентами, сформулированные отечественными и зарубежными специалистами.
Во-первых, для обеспечения нормальной жизнедеятельности требуется не только снабжение необходимым количеством энергии и отдельными питательными веществами, но и соблюдение пропорций между многочисленными нутриентами, каждый из которых играет специфическую роль в обмене веществ. Ярким примером сказанному может служить установленный факт, описанный в [3], указывающий на то, что рибофлавин (В2), подобно всем витаминам, участвует в обмене веществ, но одновременно способствует образованию в организме активных форм ряда других витаминов, в частности, витаминов Р, В, фолиевой кислоты (Вс) и синтезу РР из триптофана. При этом обнаружено, что дефицит витамина В2 неизбежно нарушает нормальное осуществление
перечисленными витаминами их разнообразных функций, ведет к развитию функционального дефицита этих витаминов даже при их достаточном поступлении с пищей.
Сущность второго принципа состоит в том, что для обогащения пищевого рациона микронутриентами необходимо использовать те витамины, макро- и микронутриенты, дефицит которых реально существует, достаточно распространен и опасен для здоровья. По данным [2], в условиях России это прежде всего витамины С, группы В, каротин, а из минеральных веществ -йод, железо, кальций и цинк.
Для восполнения дефицита витаминов и минеральных веществ целесообразно обогащать ими в первую очередь пищевые продукты массового потребления, в том числе хлеб, поскольку ему принадлежит исключительно важное место в питании человека вследствие содержания в нем компонентов, обладающих питательной и биологической ценностью. Наряду с этим хлеб отличается своеобразными органолептическими свойствами и структурой, которые обеспечивают его хорошую усвояемость. Вместе с тем с точки зрения гигиены питания сортовой помол пшеницы обусловливает получение продуктов, обедненных некоторыми компонентами, имеющими огромное значение для обмена веществ человека.
Из данных распределения компонентов химического состава зерна по его частям вытекает, что содержание минеральных веществ и витаминов в различных продуктах помола будет зависеть от того, какие части зерна вошли в его состав. Представленные в табл. 1 данные свидетельствуют о том, что в процессе сортового помола мука высшего и первого сортов обедняется по витаминам, а некоторые отсутствуют полностью.
Термическая обработка хлебобулочных изделий при выпечке приводит к частичной потере витаминов. Тем не менее витамины достаточно хорошо переносят воздействие высоких температур — их потери находятся в интервале от 30 до 35 %. Что касается витамина С, то он значительно хуже переносит высокие температуры и поэтому для обогащения хлеба его применять нецелесообразно. Однако его иногда используют в качестве улучшителя (технологической добавки).
Для восполнения потери указанных выше микронутриентов в процессе приготовления хлеба и их дефицита в организме человека во многих странах разработаны витаминно-минеральные смеси для обогащения хлебобулочных изделий. Следует отметить, что данные смеси отличаются между собой как по составу, так и по количеству содержащихся в них компонентов. Это
Таблица 1
Содержание витаминов и минеральных веществ в пшеничном зерне и продуктах его помола [4, 5], мг/100 г
Исходный продукт Минеральные вещества Витамины
Na K Ca Mg P Fe Р-ка-ротин в, В2 РР В3 в6 Е
Зерно пшеницы
мягкой озимой 8 323 50 111 340 5,1 0,01 0,41 0,17 5,04 1,1 0,5 6,02
мягкой яровой 8 350 57 104 400 5,7 0,0 0,46 0,13 5,60 1,2 0,56 6,1
твердой 8 325 325 114 368 5,3 0,01 0,37 0,10 4,94 1,2 0,6 6,5
Мука
высший сорт 3 122 18 16 86 1,2 0,0 0,17 0,04 1,2 0,3 0,1 72,5
первый сорт 4 176 24 44 115 2,1 Следы 0,25 0,08 2,2 0,5 0,22 3,05
обойная 7 310 39 94 336 4,1 0,01 0,41 0,15 5,5 0,9 0,55 5,5
связано со многими причинами, имеющими прежде всего организационно-экономический характер, а также обусловленные реальной структурой питания и фактической обеспеченностью населения витаминами и минеральными веществами.
В качестве примера рассмотрим ви-таминно-минеральную смесь под торговой маркой «Флагман», предназначенную для повышения биологической ценности хлеба. В соответствии со спецификацией фирмы-производителя, смесь содержит: В, (тиамин) - 1260 мг/100 г, В2 (рибофлавин) - 500, В6 (пи-ридоксин) - 1160, Вс (фолиевая кислота) - 265, РР (ниацинн) - 11760, В12 (циан-кобаламин) - 2,0, Е (токоферол) - 730, Р-каротин - 680, железо сернокислое семиводное- 17000 мг/100 г.
Введение в состав премикса сернокислого железа обусловлено тем, что оно в организме человека входит в состав чрезвычайно важных в биологическом отношении соединений (гемоглобина крови, миоглобина, каталазы, пероксидазы, цитохромов). Поэтому наиболее часто железом обогащается мука, поскольку изготовленные из нее продукты (хлеб и мучные кондитерские изделия) широко используются населением в повседневном питании.
При разработке премикса «Флагман» к его компонентам были предъявлены следующие требования: витамины должны обладать синергизмом воздействия на организм; в составе премикса должны находиться витамины - антиоксиданты, которые в организме не только повышали бы его антиоксидантный статус, но одновременно защищали бы витамины от окисления, вызывающего потерю витаминной активности; количество витаминов в обогащенном премиксом хлебе соответствует уровню их содержания в зерне; отсутствие каталитического разложения витаминов, протекающего при участии железа; исключается токсичное действие компонентов премикса на организм.
Прокомментируем изложенные требования к компонентам смеси «Флагман». Известно, что витамины группы В проявляют синергизм в действии на организм. Кроме того, витамин В12 усиливает активность витаминов А, Е и С. Витамин Е в организме защищает витамины А и С от окисления. Интересно отметить, что витамин А защищает витамин С от окисления, который в свою очередь также защищает витамины А и Е и некоторые витамины группы В от окисления.
Важно подчеркнуть, что согласно рекомендациям Минздрава РФ по обогащению продуктов питания витаминами для придания им лечебно-профилактических свойств, содержание витаминов не должно превышать суточной потребности более чем в три раза для витаминов А и D, тиамина, рибофлавина, ниацина, кобаламина, биотина, пантотеновой и фолиевой кислот и не более чем в 10 раз - для витаминов Е и С. Ниже будет показано, что содержание витаминов в хлебе, приготовленном с использованием вита-мино-минеральной смеси «Флагман», отвечает гигиеническим требованиям к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов.
Известно, что ионы железа являются катализаторами реакций, разрушающих витамины Е и С. По существу, этого при использовании премикса «Флагман» удалось избежать, что обусловлено растворением его компонентов в воде перед операцией замеса теста. При растворении компонентов премикса происходит химическая реакция (комплексообразование), поскольку железо относится к ^элемен-там, а витамины группы В имеют кислород, несущий отрицательный заряд, и донорный атом азота. Иначе говоря, ионы железа с витаминами группы В, выступающими в качестве лигандов, спонтанно образуют комплексные соединения неопределенного состава. Устойчивость молекул комплексных соединений зависит от природы вита-
NUTRITION AND HEALTH
минов и возрастает в ряду: РР < В3 < В1 < Н < В < В < В15 < В < В [6]. В итоге
6 13 15 2 с 1 А
наблюдается равномерное распределение компонентов премикса в виде биокомплексов в объеме теста.
В отличие от смеси «Флагман» используемая в хлебопечении пищевая добавка [7], представляющая собой смесь витаминов с макро- и микроэлементами и неорганическим фосфатом, поступает на предприятия в жидком виде и используется при приготовлении теста. Особенность этой добавки в том, что ионы металлов и фосфата образуют соединения, которые со временем выпадают в труднорастворимый осадок, например фосфаты магния и цинка. Естественно, что постоянное употребление хлеба с труднорастворимыми фосфатами металлов может со временем оказать неблагоприятное воздействие на организм человека.
Проведенные нами исследования [8 - 10] показали, что биокомплексы по биодоступности существенно превосходят находящиеся в свободном состоянии витамины и ионы металлов. Весьма существенно и то, что биокомплексы, являясь биогенетическими предшественниками активных групп окислительно-восстановительных и других внутриклеточных ферментов, способствуют не только регулированию обмена веществ, но и повышают его активность.
Установлено, что механизм позитивного влияния этих биокомплексов на клетку связан с усилением синтеза внутриклеточных ферментов с повышенным уровнем каталитического действия. Это можно проиллюстрировать конкретным примером изменения активности ферментов клетки при действии на нее смешанно-лигандных биокомплексов. Так, при действии смешанно-лигандных комплексных соединений на клетки дрожжей наблюдалось по отношению к контролю (в питательной среде биокомплексы отсутствовали) увеличение активности: изоцитратлиазы — на 58,3 %, изоцит-ратдегидрогеназы - 32,2, фумаразы -30,7, сукцинатдегидрогеназы -28,6, цитоплазматической НАД-зависимой малатдегидрогеназы - на 38 %. В то же время количество этих ферментов в клетке дрожжей увеличилось на 13 -16 %.
В этих экспериментах было также зарегистрировано увеличение у дрожжей цитохромов только на 5 - 8 %. Одновременно был зафиксирован рост дыхательного коэффициента с 0,82 до 1,0, что указывает на повышение активности окислительно-восстановительных ферментов дыхательной цепи, сопряженной с циклом трикар-боновых кислот.
Важно также отметить, что под влиянием биокомплексов усилился липоге-нез. Содержание липидов в клетке по
Таблица 2
Качественные показатели пшеничного хлеба, приготовленного с использованием биокомплекса железа, ПАБК и глицина
Вариант Влажность мякиша, % Кислотность мякиша, град. Пористость, % Удельный обьем хлеба, см3/г Структурно-механические свойства мякиша, ед. пенетрометра
ДН б обш ДН пл. ДН
Контроль 41 2,0 78 327 96 69 27
Опыт 41 2,0 80 347 101 72 29
сравнению с контролем увеличилось на 34 %. Самое главное в том, что увеличение содержания липидов происходило в основном за счет липидов с ненасыщенными жирнокислотными радикалами, количество которых по отношению к липидам с насыщенными жирными кислотами составляло 5,4: 1, а на контроле - 4:1 [10].
Поскольку липиды в клетке в основном локализованы в мембранах, то изменение их количества и химической природы приводит в действие цепь кооперативных процессов, позитивно влияющих на физиолого-биохимичес-кую активность клетки вследствие повышения значимости массообмена из-за усиления диффузных и секреторных процессов, которые обусловливают рост и развитие организма. Изменение текучести мембран приводит к изменению активности локализованных в них ферментов и улучшению условий взаимодействия внутриклеточных ферментов с субстратом.
Все отмеченные факторы, влияющие на физиолого-биохимическую активность клеток, в конечном счете обусловливают повышение интенсивности клеточного метаболизма. На это четко указывает выраженное увеличение (19-26 %) энергизации митохондрий по сравнению с контролем. Выработанная ими энергия, т.е. энергия АТФ, расходуется клеткой на осуществление большинства клеточных процессов, протекающих с затратой энергии. Наблюдаемое в эксперименте повышение энергизации клеток свидетельствует о сбалансированности у них катаболизма и анаболизма, энергетического и конструктивного обмена. Усиление катаболизма субстрата среды с параллельно возрастающим синтезом биомассы указывает на сбалансированность в клетках всех видов обмена, протекающих на более высоком уровне активности, чем у клеток контроля, что определило повышение продуктивности клеток опытных дрожжей на 25 % и более. Высказано предположение о том, что одним из показателей сбалансированности в клетке энергетических и биосинтетических реакций может служить АТФ-пул. Эта точка зрения находится в согласии с литературными данными [11].
Проведенные нами ранее модельные эксперименты с использованием расы Sac. свгву/Б/ав 512 показали, что повышение физиолого-биохимичес-кой активности дрожжей под влиянием биокомплексов коррелировало с ростом бродильной активности дрожжей. Особенность этих экспериментов заключалась в том, что предварительное размножение дрожжей проводилось в условиях аэробиоза. В связи с этим следует отметить, что образование АТФ в условиях аэробиоза преобладает над его расщеплением, и в ре-
зультате этого аэробные клетки содержат в запасе больше химической энергии, которую они могут расходовать в условиях аэробиоза.
В экспериментах обьектом исследований служили смешанно-лигандные комплексы железа с парааминобен-зойной кислотой (ПАБК) и глицином или железа с цитратом и глицином. Отношение компонентов комплекса было 1:1:1. Во всех экспериментах количество добавляемых комплексов железа в среду на мучном субстрате, на котором были приготовлены жидкие дрожжи, составляло 1,3 мг/л (дано по железу). Замечено, что через 1,5 ч после начала процесса выращивания дрожжей рН культуральной жидкости в контроле и опыте несколько различался (рН 7 и рН 8 соответственно). Согласно общепринятой методики, определяли подъемную силу дрожжей, под которой в хлебопечении условно принят промежуток времени (в минутах) с момента опускания в воду шариков теста, замешенного на дрожжах по рецептуре (дрожжи — 10 г, мука — 10 -12 г), до момента всплытия на поверхность. Зафиксировано, что подьемная сила дрожжей, приготовленных с комплексным соединением железа, ПАБК и глицином, составляла 22 мин 40 с, а с комплексом железа, цитратом и глицином - 23 мин 8 с, дрожжей на контроле - 24 мин 20 с.
Как видно из эксперимента, биокомплексы через повышение физиоло-го-биохимической активности клеток способствуют увеличению бродильной активности дрожжей, но в то же время изменение композиции молекулы комплекса отражается на количественном показателе подъемной силы дрожжей. Так, замена лимонной кислоты, являющейся для микроорганизмов энергетическим субстратом, на ростактиватор ПАБК - провитамин, относящийся к витаминам группы В, -оказывает выраженное увеличение такого важного биотехнологического параметра дрожжей, как подьемная сила, что в итоге отражается на качественных показателях конечного продукта.
Проиллюстрируем сказанное о коррекции физиолого-биохимической активности дрожжей конкретным примером. В расчетное количество воды (45 мл) с температурой 30 °С вносили 3 г
прессованных дрожжей Sac. свгву/з/ав 512 и после получения клеточной суспензии в нее вливали при постоянном перемешивании концентрированный раствор биокомплекса железа с ПАБК и глицином, обеспечивающий его рабочую концентрацию, равную 1,3 мг/кг муки (дано по железу). Затем дрожжи с биокомплексом вносили в 100 г пшеничной хлебопекарной муки, находящейся в деже тестомесильной машины, добавляли 1,5 г поваренной соли. Замес осуществляли в течение 5 мин при скорости вращения тестомесильной машины 70 мин-1. Брожение субстрата в тесте осуществлялось в термостате при 30±2 °С в течение 100 мин. Разделка теста осуществлялась вручную. Расстойка тестовых заготовок происходила при температуре 36±2 °С и относительной влажности воздуха 75-80 %. Продолжительность рас-стойки 70 мин. Выпечку хлеба проводили при 220...230 °С в течение 25 мин. Хлеб анализировался через 16 ч после выпечки по показателям ГОСТ 7127—78. Контролем служил хлеб, приготовленный без добавления в тесто биокомплексов. Результаты исследований приведены в табл. 2.
На фоне представленных экспериментальных данных особое внимание привлекает тот факт, что в связи с повышением физиолого-биохимической активности дрожжей наблюдается тенденция к улучшению качественных показателей хлеба.
Итак, в пользу значимости биокомплексов в регулировании активности клеточного метаболизма свидетельствуют данные о росте энергизации митохондрий, а следовательно, и о более высоком уровне энергетического обеспечения всех физиологических процессов, протекающих в клетке, по сравнению с клетками, функционирующими в отсутствии биокомплексов. Об этом свидетельствуют количественные изменения содержания в клетках ферментов и липидов. Согласно литературным данным, в стационарной фазе роста дрожжи характеризуются способностью к брожению и образованию резервных веществ: трегалозы, гликогена, липидов [12].
Окончание статьи читайте в следующем номере журнала.
