CC BY
18
УДК 661.734.1:577.15:663.15
Комплексные пищевые композиции
для создания продуктов диабетического направления
Н.Ю. Шарова, канд. биол. наук
ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей, Санкт-Петербург
Создание пищевых продуктов диабетического направления актуально и вызвано прогрессированием среди населения такого заболевания, как сахарный диабет. По прогнозам социологов, к 2025 г. количество людей, страдающих сахарным диабетом, составит порядка 300 млн. Одна из причин его возникновения - потребление продуктов с нерациональным углеводным составом, включающим легко усваиваемые сахара, в том числе и глюкозу. Для
Механизм действия ингибиторов гликозидаз заключается в «торможении» или «угнетении» активности ферментов, непосредственно участвующих в гидролизе высокомолекулярных углеводов.
предотвращения заболевания сахарным диабетом и нежелательных последствий, появляющихся с его возникновением, разработаны различные подходы: введение в пищевой рацион сахарозаменителей и подсластителей, физическая нагрузка в сочетании с диетой, лечение антидиабетическими медицинскими препаратами на основе инсулина. Однако вышепредставленные методы и рекомендуемые в настоящее время средства лечения заболеваний, связанных с нарушениями углеводного обмена, не отличаются высокой эффективностью и разнообразием, хотя и дают определенные положительные результаты при длительном и упорном применении. Требуется арсенал современных средств, направленных на расширение не только лекарственных препаратов гипог-ликемического действия, но и БАД с принципиально новыми механизмами влияния на уровень сахара в крови. Альтернативу таким подходам
Ключевые слова: ингибитор гликозидаз; комплексные пищевые композиции; хлебобулочные изделия.
Key words: glycosidase inhibitor; complex food compositions; bakery products.
составляют функциональные пищевые продукты с низким гликемичес-ким индексом (ГИ), потребление которых не оказывает лечебный эффект, а позволяет снизить скорость усвоения углеводов в желудочно-кишечном тракте. Примером таких продуктов могут быть хлебобулочные изделия, содержащие пищевые волокна (клетчатка). Представители группы риска по сахарному диабету не могут позволить ежедневно в своем рационе использовать продукты из пшеницы, отличающиеся высоким уровнем ГИ (более 70) и приготовле-ные из муки тонкого помола, частицы которого, попадая в организм, быстро преобразуются в глюкозу. Для удовлетворения потребностей больных с нарушением углеводного обмена не-
Углеводы поступающие в организм с пищей: крахмал, декстрины, мальтоза, изомальтоза сахароза; лактоза
обходимо создать специализированные продукты, в рецептуру которых введены функциональные пищевые ингредиенты и композиции, содержащие ингибиторы гликозидаз.
Механизм действия ингибиторов гликозидаз принципиально отличается от такового для известных антидиабетических средств и заключается в «торможении» или «угнетении» активности ферментов, непосредственно участвующих в гидролизе высокомолекулярных углеводов, в частности, крахмала, декстринов, мальтозы (рис. 1).
Это приводит к нарушению переваривания сахаров, а следовательно, к снижению содержания глюкозы в крови и риска развития осложнений. За рубежом в начале 80-х годов XX века ряд западных фирм выпустили высокоэффективные антидиабетические лекарственные препараты на основе индивидуальных ингибиторов гликозидаз («Глюкобай», «Миглитол», «Эмиглитат», «Вогли-боза» фирмы Bayer AG, Германия) и гипогликемические средства на основе комплекса ингибиторов, синтезируемых одним продуцентом, таких как трестатины, валиенамины и его
а-амилаза, предельная а-декстриназа,
мальтаза, изомальтаза, сахараза, лактаза
Ингибитор гликозидаз
Кровь
Рис. 1. Условная схема гидролиза углеводов пищи в пищеварительном тракте человека
NUTRITION AND HEALTH
соли (Тендамистат фирмы Hoechst, Германия; ряд средств фирмы Roche Japan, Япония) [1-3]. Известна единичная информация из зарубежных источников о введении ингибиторов гликозидаз в рацион питания с высококалорийными пищевыми продуктами, в частности, напитками, содержащими сахар (нойиримицин и его производные), хлебом и кондитерскими изделиями пшеничных сортов (трестатины) [4]. Перспективно создание ассортимента жевательной резинки, содержащей ингибитор гликозидаз (валиенамин). Наибольший интерес представляют ингибиторы микробного происхождения, которые угнетают активность широкого спектра ферментов и обладают высокой специфичностью действия [5]. Их выделение из клеток продуцента и культуральной жидкости - менее трудоемкий процесс, чем химический синтез.
Отечественное производство ингибиторов гликозидаз отсутствует. Данные об их использовании в составе комплексных пищевых композиций ни в России, ни за рубежом не выявлены.
В статье представлены результаты исследований, направленных на создание комплексных пищевых композиций на основе ингибиторов гликозидаз для расширения ассортимента хлебобулочных изделий диабетического направления.
Во ВНИИПАКК разработаны технологии ингибиторов гликозидаз и пищевых композиций на их основе, включающие следующие основные этапы: выращивание посевного мицелия; ферментация питательной среды; отделение биомассы; баро-мембранная фильтрация ферментированного раствора; осветление и концентрирование ультрафильтрата; стандартизация ингибиторной активности выделяемого ингибитора для получения препарата; введение дополнительных ингредиентов для получения пищевой композиции. Для микробиологического синтеза целевых продуктов используют: сырье - экологически безопасные гид-ролизаты крахмала, специально селекционированные в институте высокопродуктивные штаммы актино-мицетов Streptomyces lucensis ВКПМ Ас-1743 и Streptomyces violaceus ВКПМ АС-1734 [6,7]. Способ выделения ингибитора позволяет получать препараты с активностью на уровне и выше промышленных аналогов -лекарственных форм, декларируемых зарубежными фирмами и лабораторной разработки российских исследователей (таблица).
Выделенные препараты ингибито-
Активность ингибиторов псевдосахаридной природы
Ингибитор или содержащее Количество полученного препарата (композиции), г/дм3 нативного раствора Ингибиторная активность, ИЕ/см3, ИЕ/мг
его средство, композиции форма
жидкая порошкообразная жидкая порошкообразная
Разработка ВНИИПАКК
Ингибитор 50-90 3-4 34000-35000 600-700
«Люцентин» и «Виолацентин» 50-90 7-9 9000-10000 300-400
Промышленные аналоги
«Акарбоза» (Bayer AG, Германия) и ее гомологи [1] - 0,6-9,0 - 70-80
«Трестатины» (Roche Japan, Япония) [4] - 0,03-7,10 - 200-300
Лабораторные образцы
«Гипоглюкин» и его аналог (Россия) [5] - 40-40 - 100-300
ров содержат вещества углеводной природы (85-87 %), которые, как показали данные спектрального анализа, содержат альдегидные, гидро-ксильные, амино- и иминогруппы, ß-1,2- и ß-1,4-гликозидные, двойные связи. Они устойчивы к воздействию высоких температур (20...200 оС) и стабильны в широком интервале значений рН (2-8 ед.); проявляют высокую активность в отношении ряда ферментов амилолитического действия (панкреатическая ß-амила-за, ß-амилаза из крови человека, ß-амилаза и глюкоамилаза, синтезируемые Aspergillus nlger).
По результатам гельфильтрации ингибиторы имеют относительную молекулярную массу в пределах от 1800 до 2300.
Изучение микрофлоры препаратов ингибиторов показало, что количество мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) в них составляет от 20 до 50 КОЕ/г, клетки продуцента - стрептомицета отсутствуют. В процессе хранения в течение 12 мес при температурах 4±1°C и 22±3 °C увеличение обсемененности не обнаружено.
Испытания биологической безопасности и гипогликемического действия в условиях in vivo (совместно с ВМедА им. Кирова, Санкт-Петербург) показали, что пе-роральное введение ингибитора гликозидаз в организм лабораторных животных на фоне углеводной нагрузки крахмалом приводит к не-
значительным колебаниям уровня глюкозы в крови в отличие от таковых при нагрузке крахмалом без ингибитора. В экспериментах с исполь-
Представлены результаты исследований,направленных на создание комплексных пищевых композиций на основе ингибиторов гликозидаз.
зованием ингибитора в дозе 0,5 г/кг массы крысы отмечено снижение уровня глюкозы в крови на 40-60 %. Изменения в общем состоянии подопытных животных не обнаружены.
На основании полученных экспериментальных данных, отражающих выраженное гипогликемическое действие выделенных ингибиторов, правомочным было проведение исследований по использованию их в качестве ингредиентов при приготовлении пищевых изделий. Поскольку у потребителя наиболее востребована хлебобулочная продукция, то проводили лабораторные эксперименты по изучению свойств ингибиторов гликозидаз при приготовлении хлеба из пшеничной муки, ежедневное потребление которого при наличии нарушений углеводного обмена может привести к повы-
©АЛЬФА СТРАХОВАНИЕ
ВСЕ ВИДЫ СТРАХОВАНИЯ
115162, Москва, ул. Шаболовка, д. 31, стр. Б Тел.: 8 495 786-27-45 Web: www.alfastrah.ru
E-mail: shepeleva@alfastrah.ru Лицензия: С №2239 77
1
5
8 6
7
Рис. 2. Содержание глюкозы в хлебе (%): 2-4, 6-8 - образцы, приготовленные по рецептуре хлеба пшеничного (2-4 - опарный способ; 6-8 - безопарный способ); 10-12- образцы, приготовленные по рецептуре хлеба белого (безопарный способ); 2, 6, 10 - контрольный образец (без ингибитора гликозидаз); 3, 7, 11- опытные образцы, содержащие добавку «Виолацентин»; 4, 8, 12 - опытные образцы, содержащие добавку «Люцентин»
шению уровня сахара в крови. В ходе исследований установлено, что в лабораторных образцах хлеба пшеничного сорта, содержащего ингибитор, количество глюкозы было меньше на 3,7-3,9 % в сравнении с контрольными образцами (без ингибитора). При внесении ингибиторов
Рецептурный состав пищевых добавок на основе ингибитора гликозидаз при испытаниях в технологиях хлеба не влиял на показатели качества полуфабрикатов и выпеченных изделий. Хлеб, выпеченный из теста, содержащего ингибитор гликозидаз, соответствовал действующей нормативной документации.
в тесто совместно с такими известными пищевыми добавками, как цитрат калия или мальтодекстрин, массовая доля глюкозы в хлебе была на 7-9 % ниже контроля. В процессе выпечки ингибиторная активность сохраняется независимо от способа приготовления теста.
В результате технологических испытаний, проведенных на базе СПбФ ГОСНИИХП, выявлено, что в
сравнении с контрольными образцами опытные образцы хлеба пшеничных сортов, независимо от соотношения ингредиентов в тесте, содержат меньше глюкозы. С учетом полученных экспериментальных данных разработаны рецептуры комплексных пищевых добавок «Люцентин» и «Виолацентин», включающие, наряду с ингибитором, гликозидаз цитрат калия, регулирующий кислотность пищевой системы, и мальтодекстрин, придающий текучесть и легкость тесту. В сравнении с контрольными образцами массовая доля глюкозы в опытных образцах хлеба пшеничных сортов, содержащих добавки, была ниже в 1,1-1,6 раза (рис. 2).
Тесто - сложная система субстрат - фермент, так как содержит ряд углеводных компонентов, трансформируемых амилолитическим комплексом дрожжевой клетки. Поскольку исследуемые ингибиторы гликозидаз являются псевдоолигоса-харидами, то в определенных концентрациях они сами могут быть субстратами для гликозидаз, что известно для ингибиторов подобной природы [5]. Так как активность изучаемого ингибитора сохранялась в процессе приготовления теста и выпечки хлеба, сделан вывод, что он в исследуемом интервале дозировок в тесте не является субстратом для ферментов дрожжевой культуры Saccharomyces cerevisiae.
Рецептурный состав пищевых добавок на основе ингибитора гликозидаз при испытаниях в технологиях хлеба не влиял на показатели качества полуфабрикатов и выпеченных изделий. Хлеб, выпеченный из теста, содержащего ингибитор гликозидаз, соответствовал действующей нормативной документации.
Таким образом, полученные данные расширяют представления о биохимических функциях ингибиторов гликозидаз в пищевых системах. По сравнению с зарубежными аналогами (например, акарбоза - действующее начало лекарственного препарата «Глюкобай», фирма Bayer, Германия), выделенные ингибиторы подавляют более широкий спектр гликозидаз. Введение ингибитора гликозидаз как функционального ингредиента в состав комплексных добавок, композиций и пищевых продуктов создает перспективу расширения ассортимента изделий с низким ГИ, в частности, хлеба, приготовленного по рецептурам традиционных пшеничных сортов. Полученные добавки можно рекомендовать для разработки новой специализированной продукции, в частности, для лиц, страдающих сахарным
диабетом и сопутствующими ему побочными явлениями (избыточная масса, гипертония, гиперлипидемия), но не исключая использование компонентов с высоким содержанием углеводов. Поскольку в России производство ингибиторов гликозидаз и их применение в качестве пищевых ингредиентов отсутствуют, то выпуск такой продукции будет иметь экономический и социальный эффект.
С учетом того, что в пищевой индустрии интенсивно проводятся исследования по расширению спектра «здорового» питания профилактического и диетического направления с пониженным содержанием компонентов, создающих риск для здоровья, изучение свойств ингибиторов гликозидаз необходимо продолжить на уровне клинических испытаний.
ЛИТЕРАТУРА
1. Корпачев, В.В. Сахара и сахаро-заменители/В.В. Корпачев. - К.: Книга плюс, 2004. - 320 с.
2. Пат. 7056900 США, A61K 31/ 7016; C07H 5/04; C07H 5/06. Disaccharide derivatives for treating hyperglycaemia/F. Heinz, S. Hertel, M. Kunz, M. Vogel (USA). - № 192459; заявл. 09.07.2002; опубл. 06.06.2006.
3. Chen, X. Voglibose (Basen, AO-128), one of the most important alpha-glucosidase inhibitors. Research article summary/X. Chen, Y. Zheng, Y. Shen// Current medicinal chemistry (Curr Med. Chem.). - 2006. - Vol. 13. -№ 1. - Р. 109-116.
4. Rempel, A. Covalent inhibitors of glycosidases and their applications in biochemistry and biology/A. Rempel// Glycobiology. - 2008. - Vol. 18. - P. 570-586.
5. Акулова (Шарова), Н.Ю. Микробные ингибиторы ß-глюкозидаз псевдосахаридной природы (об-зор)/Н.Ю. Акулова (Шарова), А.А. Селезнева//Прикладная биохимия и микробиология. - 1995. - Т. 31. -№4. - С. 371-380.
6. Пат. 2346042 РФ, МПК G2/N 9/ 24, 9/26, 1/20, 1/465. Штамм акти-номицета Streptomyces violaceus-продуцент ингибитора гликозидаз/ Н.Ю. Шарова, Т.А. Никифорова, Т.А. Позднякова (ВНИИПАКК, РФ).-№ 2006138251/13; заявл. 30.10.2006; опубл. 10.02.2009; бюл. № 4.
7. Пат. 2355755 РФ, МПК С12 N 1/ 20, 9/24, 9/26, 1/465. Штамм акти-номицета Streptomyces lucensis-продуцент ингибитора гликозидаз/ Н.Ю. Шарова, Т.А. Позднякова, О.А.Ходкевич (ВНИИПАКК, РФ).-№ 2008101164/13; заявл. 09.01.2008; опубл. 20.05.2009; бюл. № 14.
