CC BY
125
УДК 664.137
Натуральный функциональный продукт
на основе сахара и стевиолгликозидов
С. М. Петров, д-р техн. наук, профессор Инжиниринговая компания «Новые технологии в промышленности» Н. М. Подгорнова, д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств
В последнее время в зарубежной научной литературе ведется дискуссия о том, что добавленные сахара представляют опасность для здоровья, которая оправдывает борьбу с ними, как с алкоголем. При этом утверждается, что внимание должно быть обращено именно на «добавленный сахар», определяемый как любой подсластитель, содержащий фруктозу, которая добавляется в пищу при обработке. Это подтверждается все возрастающим количеством научных данных, которые показывают, что фруктоза, обладая кумулятивным эффектом, может вызвать процессы, приводящие к печеночной токсичности и другим хроническим заболеваниям. Поэтому вопрос об ограничении потребления фруктозы одновременно связан и с ограничением основных средств ее доставки - глюкозно-фруктозных сиропов и сахара, для чего предлагается ввести дополнительные налоги (уже введены в Канаде и некоторых европейских странах) на обрабо-
танные пищевые продукты, которые содержат любую форму добавления сахара [1].
Стремление населения контролировать потребление энергии и, как следствие, растущий спрос на низкокалорийные продукты привели зарубежные сахарные компании к необходимости разработки технологий производства сахарсо-держащих продуктов пониженной энергетической ценности в расчете на сладость, эквивалентную сахарозе (Sweetness Equivalency of Saccharose - SES). Это достигается посредством снижения содержания в са-харсодержащих продуктах сахара, в частности, замены последнего на 30-50% бескалорийными высокоинтенсивными подсластителями [2], лидирующее положение среди которых занимают стевиолгликозиды натурального происхождения, полученные из растения стевия [3, 4].
Стевия известна в течение сотен лет, и сегодня ее использование в пищевых продуктах и напитках
Таблица 1
Тривиальные названия стевии и ее гликозидов и коэффициенты конвертации (X) для расчета стевиол-эквивалентов
Тривиальное название R, R3 Номер CAS Молекулярная формула Молярная масса, г/моль Коэффициент преобразования, X Степень сладости, SES
Стевиол 471 - 80 - 7 C20H30O3 318,45 1,00
Стевиозид I I H 57817 - 89 - 7 C38H60O18 804,87 0,40 300
Ребаудиозид А I I 58543 -16 - 1 C44H70O23 967.01 0,33 250 - 450
Ребаудиозид C I II I 63550 - 99 - 2 C44H70022 951,01 0,34 50 - 120
Дулкозид A I II H 64432 - 06 - 0 C38H600 17 788,87 0,40 50 - 120
Рубусозид I H H 63849 - 39 - 4 C32H500 13 642,73 0,50 110
Стевиолбиозид H I H 41093 - 60 - 1 C32H50013 642,73 0,50 100 - 125
Ребаудиозид B H I I 58543 - 17 - 2 C38H60018 804,87 0,40 300 -350
Ребаудиозид D IV I I 63279 - 13 - 0 C50H80028 1129,15 0,29 250 - 450
Ребаудиозид E IV H I 63279 - 14 - 1 C44H70023 967,01 0,33 150 - 300
Ребаудиозид F I III I 438045 - 89 - 7 C43H68022 936,99 0,34 Нет данных
опирается на современную науку. Экстракт стевии производится в технологическом процессе, который похож на экстрагирование сахарозы из свеклы [3, 5].
Исследование, проведенное Zenith International, консалтинговым агентством по продуктам питания и напиткам, предсказывает, что мировой рынок стевии в 2014 г. достигнет 11 тыс. т (2,75 млн т wse-weight sugar equivalent - эквивалентная масса сахара) [2].
В настоящее время существующий спрос рынка для естественных подсластителей с нулевой калорийностью на основе стевии резко увеличивается. Прогнозируется, что в ближайшие годы мировая индустрия продукции с использованием стевиолгликозидов достигнет 10 млрд долл. США. По предварительным оценкам, Всемирная организация здравоохранения - ВОЗ (World Health Organisa-tions - WHO) считает, что потребление стевии, в конечном счете, может заменить 20 - 30% всех диетических подсластителей. Движущими силами мирового рынка стевии являются: нарастающие темпы ожирения, диабет и болезни сердца.
Растущая обеспокоенность состоянием здоровья людей, репутация полностью натурального продукта и расширение числа законодательных разрешений создают крупный потенциал стремительного роста рынков стевии. Позиционирование подсластителей, полученных из экстрактов стевии как дополнение к сахару в смесях стевии/сахарозы с тем, чтобы достичь снижения применения сахара в отдельных продуктах питания на 10 - 20%, тоже лежит в основе серьезных перспектив использования стевии [6, 7].
Существует также все возрастающий потребительский спрос на низкокалорийные и некалорийные натуральные продукты питания с однозначной убедительной маркировкой. Потребители во всем мире также по-прежнему критично относятся к безопасности искусственных подсластителей [6].
Стевия состоит из 11 основных сте-виолгликозидов (Е960), перечисленных в табл. 1, которые придают сладкий вкус листьям растения стевия (Б1еу1а геЬаиС1апа Вег1оп0. Три основных стевиолгликозида, содержащиеся в растении стевия: 5 - 10% стевиозида; 2 - 4% ребаудиозида А - наиболее сладкого и наименее горького; 1 - 2% ребаудиозида С. Непосредственное использование экстрактов стевии в напитках и продуктах питания проблематично из-за ряда стевиолгликозидов, которые присутствуют в экстракте стевии. Ребаудиозид А (КеЬ-А) и стевиозид (БТУ) - два стевиолгликозида, которые имеют профиль вкуса наиболее близкий к сахару, в то время как ре-баудиозид В (КеЬ-В) и ребаудиозид D (КеЬ^) являются основным источником горького привкуса. Чтобы добиться вкуса максимально приближенного к сахару, необходимо иметь как можно более чистые КеЬ-А и БТУ и, насколько возможно, свести наличие КеЬ-В и КеЬ^ до следовых количеств.
Стевиолгликозиды представляют собой дитерпеновые гликозиды с общим агликоном (стевиолом), к которому присоединены углеводные остатки. Собственно стевиозид состоит из стевиола, к которому присоединены глюкоза и один глюкозо-глюкозный дисахаридный остаток. Ребаудиозид А состоит из стевиола, к которому присоединены глюкоза и один триглюкозный трисахаридный
IV (p-D-глюкопира-нозил-P-D-mioKO-пиранозил)
Рис. 1. Структурная формула стевиола и стевиолгликозидов [5]
остаток. Ребаудиозид А, содержащий более полярные группы, чем стевиозид, лучше растворим и дает более чистый и сахароподобный вкус.
Структурные формулы стевиола и его гликозидов, выделенных из листьев Stevia rebaudiana Bertoni, представлены в табл. 1 и на рис. 1) [5].
Безопасность высокоочищенного экстракта листьев стевии для потребления всей семьей была доказана более, чем в 200 рецензируемых исследованиях. Национальные и международные агентства по безопасности пищевых продуктов и около 20 групп экспертов пришли к выводу, что стевиогликозиды, в том числе широко используемые подсластители стевиозид и ребаудиозид А, являются не генотоксичными [8].
Положительное заключение сделали все основные мировые регулирующие организации, в том числе совместные комиссии Продовольственной и сельскохозяйственной организации (Food and Agriculture Organization) / Всемирной организации здравоохранения (World Health Organization's), объединенного ко-
митета экспертов по пищевым добавкам (Joint Expert Committee on Food Additive), Европейского органа по безопасности пищевых продуктов (European Food Safety Authority), Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными препаратами США (Food and Drug Administration), стандартам на пищевые продукты Австралии и Новой Зеландии (Food Standards Australia, New Zealand).
В заключении Европейского ведомства по безопасности пищевых продуктов (European Food Safety Authority - EFSA), основанном на исследованиях группы экспертов EFSA по пищевым добавкам и источникам
Таблица 2
Типовые композиции сухих сахаро-стевиозидных продуктов Nordic Sugar на основе стевиолгликозидов [4]
Продукт Состав композиции Относительная сладость / кг сухого продукта
NPSweet AB 50 Сахар и RebA 97 (50% от SES) 2,0
NPSweet BB 50 Сахар и SG 95 (50% от SES) 2,0
Горький
-сахароза SG9S — caxap03a+SG95
Рис. 2. Вкусовые профили стевиолгликозидов SG95 и сахаро-стевиозидного продукта в композиции SES 1:1 (в водном растворе с 10%-ным сахарозным эквивалентом) по сравнению с профилем сахарозы
питательных веществ, сформулировано научное мнение о безопасности гликозидов стевии при использовании в продуктах питания в качестве пищевой добавки [5].
Следует отметить различие неочищенного и высокоочищенного
экстрактов из листьев стевии. Традиционно листья стевии сушат и используют для подслащивания чая и лекарств. Сегодня сырые экстракты стевии часто продаются как пищевые добавки в некоторых странах, но важно отметить, что только экстракт листьев стевии высокой чистоты был оценен и одобрен ведущими мировыми регулирующими органами для использования в качестве ингредиента в продуктах и напитках.
Использование стевии в качестве подслащивающего ингредиента в пищевых продуктах и напитках создает преимущества бескалорийного и в то же время естественного происхождения, основанного на метаболизме стевии. Как было показано, сладкие компоненты листьев стевии представляют собой группу соединений, называемых стевиолгликозида-ми, которые выделяются из общей основы стевиола. Стевиогликозиды плохо всасываются в организме, что во многом несет ответственность за безопасность стевии и воздействие нулевой калорийностью.
Стевиогликозиды проходят через верхний отдел желудочно-кишечного тракта полностью неповрежденными. Кишечные бактерии в толстой кишке гидролизуют гликозиды стевии в сте-виол, отщепляя при этом молекулы глюкозы. Стевиол затем поглощается через воротную вену и, прежде всего, метаболизируется в печени, образуя стевиолглюкурониды, а затем выводится с мочой. Исследования показывают, что не существует накопления стевии (или любого компонента,
или побочного продукта стевии) в организме.
Япония использует экстракты стевии как пищевую добавку в течение более чем 30 лет. В 2008 году американская Food and Drug Administration (FDA - управление по контролю пищевых продуктов и лекарственных препаратов США) выпустила GRAS (Generally Recognized As Safe - обычно признается безопасным для здоровья) уведомление о возможности использования в пищевых продуктах в качестве подсластителя Ребаудиозид А (RebA). Многочисленные исследования показали, что RebA, в отличие от сахара, не влияет на уровень глюкозы в крови или уровень инсулина.
В 2008 г. Объединенный комитет экспертов по пищевым добавкам (Joint Expert Committee on Food Additives (ЕС) - JECFA) совместно с Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) и Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН (Food and Agriculture Organization, FAO) подняли допустимое суточное потребление (ADI - Acceptable Daily Intake) для стевии. JECFA опубликовал свое одобрение стевии после десяти лет исследований, заявив, что, «95% стевиогликозиды безопасны для использования человеком в диапазоне 4 мг на килограмм веса тела в день». Это в два раза превышает средний дневной уровень потребления, ранее установленный JECFA в предыдущих исследованиях.
В 2011 г. продовольственная и сельскохозяйственная организация (FAO-Food and Agriculture Organization) и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), стандартизирующие пищевые продукты и Комиссия Кодекс Алиментариус (Codex Alimentarius Commission) опубликовали руководство по уровню использования RebA в общих продуктах питания, подтверждающее признание его безопасности. Руководящие принципы Кодекса в целом установили стандарт использования стевиолгликозидов для всего мира.
Преимущества высокоочищенного экстракта стевии:
• отличный вкус (аналог сахара);
• природное происхождение;
• устойчивость в кислой и щелочной средах;
• отсутствие калорий;
• отсутствие гликемический нагрузки: подходит для людей с диабетом;
• термостабильность и длительный срок годности, подходящий для приготовления пищевых продуктов;
• безопасно для зубов (Safe for teeth).
До недавнего времени широкое применение стевиозида в производстве пищевой продукции сдерживалось особенностями органолептики данного продукта - наличием специфического послевкусия и привкуса горечи, особенно выраженной при больших концентрациях. Высококачественный стевиозид, лишенный указанных недостатков, вырабатывают лишь в Японии. Его используют в рецептурах 40% выпускаемых в этой стране изделий.
Учеными компании Stevian Biotechnology Corp. разработана оригинальная технология ферментативной обработки стевиозида на основе процесса трансгликозилирования, в результате которого происходит присоединение новых углеводных фрагментов к молекуле стевиозида. Донорами углеводных фрагментов могут быть крахмал, мальтоза, сахароза, лактоза и другие природные субстраты. Получаемый продукт не имеет горечи и послевкусия.
Многочисленные медико-биологические исследования стевио-зида, проведенные в разных странах мира, показали, что при его регулярном употреблении снижается содержание сахара, радионуклидов и холестерина в организме, улучшаются регенерация клеток и коагуляция крови, тормозится рост новообразований, укрепляются кровеносные сосуды. Отмечены также желчегонное и противовоспалительное действие. Стевиозид препятствует образованию язв в желудочно-кишечном тракте. Как показали исследования, метаболизм ферментативно обработанного стевиозида в организме протекает аналогично интактным формам, с образованием тех же продуктов.
Ферментативно обработанный стевиозид имеет высокие вкусовые качества, подчеркивает ароматическую композицию в составе пищевых продуктов, создает насыщенность их вкуса. Он не окрашивает пищевые продукты в коричневый цвет как в процессе их производства, так и при хранении. Он не сбраживается микроорганизмами, не вызывает кариеса и является бескалорийным. Стевиозид не разрушается при нагреве, что делает его эффективным сладким компонентом при изготовлении выпечки, устойчив в кислых средах, обладает высокой растворимостью.
Продукты из стевии, наиболее популярные в настоящее время на рынке, представлены ниже.
Стевиолгликозиды 95 (SG 95) являются первичным натуральным экстрактом из листьев стевии и, как та-
ковые, содержат широкий спектр гликозидов, найденных в листьях. Не менее 95% продукта составляют стевиолгликозиды, остальная часть представлена другими компонентами стевии и водой. SG 95 имеет относительную сладость около 200 - 230, в зависимости от дозировки и применения. По сравнению с РеЬА 97, SG 95 имеет обычно более горькую ноту, но и одновременно может обеспечить более сложный и круглый профиль вкуса во многих приложениях.
Ребаудиозид А97 (РеЬА 97) является преобладающим стевиолгли-козидом, содержащимся в листьях стевии, и производится в виде сухого гранулята/ порошка 97 %-ной чистоты. Остальные 3% представлены другими гликозидами из листьев и водой. РеЬА 97 имеет относительную сладость около 280 - 350 в зависимости от дозировки и применения.
Композиции сахаросодержащих продуктов, разработанных Nordic Sugar (табл. 2) на основе сочетания сахарозы и RebA 97 или SG 95 (рис. 2), с возможностью замещения стеви-олгликозидами от 35 до 50% относительной сладости и доступны в двух формах для простоты использования в разработке гранулированных продуктов. Гранулы диаметром около 0,25 мм имеют достаточно открытую структуру пор. Эта структура обеспечивает эффективную дисперсию сахарозы и стевии в воде, что облегчает быстрое растворение [4]. Чтобы создать стабильную композицию сахара и стевиолгликозидов, последние в виде раствора распыляют на кристаллы сахара [3].
Недостатком указанных технологий получения композиционных продуктов является то, что раствор добавки наносится недостаточно равномерно на кристаллический сахар и эта неравномерность введения добавки не устраняется при последующем перемешивании компонентов. В результате создаются неоднородные вкусовые свойства сахарсодержаще-го продукта и ухудшается его потребительское качество.
Перспективность применения сладких веществ стевии в пищевой и фармацевтической промышленности обусловлена тем, что среди других растительных подсластителей вкус стевии считается наиболее приятным и более близким к вкусовому профилю сахарозы, являясь при этом бескалорийным продуктом. При употреблении продуктов, в которых сахароза заменена стевиозидом, уменьшается поражаемость зубов кариесом, снижается масса тела у тучных людей, эти продукты можно
употреблять людям, страдающим диабетом.
В основе разработанной авторами данной публикации улучшенной технологии получения сахаро-стевиозидного продукта с заменой 50% сладости сахарозы предусматривается покрытие кристаллов влажного сахара концентрированным раствором стевиозида, распыляемого на динамический слой сахара-песка [9, 10]. Для обеспечения внесения, равномерного распределения и закрепления на поверхности кристаллов стевиозида во всем объеме сахара были изучены физико-химические свойства и реологические характеристики растворов стевиозида [11, 12].
Полученный сахаро-стевиозидный продукт с функциональными свойствами стевиолгликозидов испытан в технологии хлебопекарных и кондитерских изделий. При этом выявлены следующие его преимущества:
• сниженная в два раза калорийность, обусловленная меньшим потреблением продукта (из расчета на эквивалентную сладость сахара);
• отличный вкус и обеспечение равномерного распределения сладости в продукте;
• снижение гликемического индекса;
• стабильные вкусовые качества при хранении, срок хранения не менее 4 лет.
Новый композиционный натуральный продукт на основе сахара и стевиолгликозидов может быть использован в любых пищевых продуктах или напитках, в которых традиционно применяют сахар.
ЛИТЕРАТУРА
1. Lustig, R. H. Public health: The toxic truth about sugar/R.H. Lustig, L.A. Schmidt, C.D. Brindis // Nature. -2012. - Feb 1. - 482 (7383). - P. 27 - 29.
2. Alternative Sweeteners in a Higher Sugar Price Environment / International Sugar Organization. - MECAS - 2012. -59 p.
3. Expectations exceeded Nordzucker in a good position/ News from Nordzucker // Akzente. - 2013. -February. - Issue 1. - P. 1 - 20.
4. www.nordicsugar.com / fileadmin / Nordic_Sugar / Broch ures_
factsheet_policies_news / Down load _ center / Stevia / Stevia_Dry_ Combinations. pdf.
5. Scientific 0pinion on the safety of steviol glycosides for the proposed uses as a food additive //European Food Safety Authority Journa. - 2010. - 8 (4):1537. - 84 p.
6. Петров, С.М. Сахар или сахароза-менители?/С. М. Петров, Н. М. Подгор-нова // Сахар. -2013. - № 12. - С. 16-24.
7. Подгорнова, Н.М. Технологические аспекты получения функционального сахаро-стевиозидного продукта/Н.М. Подгорнова [и др.] // Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. - 2009. - № 1. - С. 31 - 32.
8. Urbana, J. D. Steviol glycoside safety: Is the genotoxicity database sufficient? / J. D. Urbana, M.C. Carakostasb, D.J. Brusickc // Food and Chemical Toxicology. - 2013. -January 51. - P. 386 - 390.
9. Патент 2320729. Установка для распыления раствора обогащающей добавки на кристаллы сахара / Петров С. М., Подгорнова Н. М., Варламов Д.Н., Петров К.С. // Б. И. 2008. - № 9.
10. Патент 2323258. Способ производства сахарсодержащего продукта / Петров К. С., Петров С. М., Ряж-ских В.И. // Б. И. 2008. - № 12.
11. Подгорнова, Н. М. Термодинамические функции вязкого течения водных растворов стевиози-да/Н.М. Подгорнова [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. -2005. - № 1. - С. 17 - 18.
12. Подгорнова, Н. М. Физико-химические свойства водных и водно-сахарных растворов стевиозида /Н. М. Подгорнова, С. М. Петров, Д.Н. Варламов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - № 6. -С. 37 - 39.
Натуральный функциональный продукт на основе сахара и стевиолгликозидов
Ключевые слова
сахар; стевиолгликозиды; безопасность; метаболизм; низкокалорийные сахарсодержащие продукты; функциональные свойства; вкусовой профиль; способ получения; виброожиженный слой
Реферат
Отмечена тенденция зарубежных сахарных компаний к разработке низкокалорийных продуктов путем частичной замены сахара бескалорийным подсластителем натурального происхождения в виде стевиолгликозидов (Е960), экстрагируемых из растения стевия. Показан существенный рост рынка естественных подсластителей с нулевой калорийностью на основе стевии и приведен прогноз Всемирной организации здравоохранения о замене в конечном счете стевиолгликозидами 20 - 30% всех диетических подсластителей. Движущими силами мирового рынка стевии являются: нарастающие темпы ожирения, диабет и болезни сердца.
На основании авторитетных источников представлены самые современные сведения о безопасности, метаболизме, функциональных свойствах растения стевия, состоящего из 11 основных стевиолгликозидов. Описаны наиболее популярные продукты из экстрактов стевии: стевиозид, стевиолгликозиды 95 (SG 95) и ребаудиозид А97 ^bA 97).
Медико-биологические исследования стевиозида показали, что при его регулярном употреблении снижается содержание сахара, радионуклидов и холестерина в организме, улучшаются регенерация клеток и коагуляция крови, тормозится рост новообразований, укрепляются кровеносные сосуды. Отмечены также желчегонное и противовоспалительное действия. Стевиозид не влияет на уровень глюкозы в крови или уровень инсулина, препятствует образованию язв в желудочно-кишечном тракте.
Отмечены недостатки известных технологий получения композиционных сахаро-стевиозидных продуктов, а также описан разработанный и запатентованный улучшенный способ получения сахаро-стевиозидного продукта с заменой 50% сладости сахарозы, предусматривающий покрытие виброожиженного слоя кристаллов влажного сахара концентрированным раствором стевиозида. Приведена оценка вкусового профиля сахаро-стевиозидного продукта.
Авторы
Петров Сергей Михайлович, д-р техн. наук, профессор, Инжиниринговая компания «Новые технологии в промышленности», 111396, Москва, ул. Алексея Дикого, д. 18Б, оф. 124, [email protected]
Подгорнова Надежда Михайловна, д-р техн. наук, профессор, Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 18, [email protected]
Natural products with functional properties based on sugar and steviol glycosides
Key words
sugar; steviol glycosides; safety; metabolism; low-calorie sugar-containing products; functional properties; flavor profile; method of production; vibroozhizhenny layer
Abstracts
The tendency of foreign sugar companies to develop low-calorie products by partial replacement of sugar zero calorie sweetener of natural origin as steviol glycosides (E960), extracted from the plant stevia. Shown significant growth in natural sweetener with zero calories from stevia and provides a forecast of the world health organization about replacing ultimately steviol glycosides 20 - 30% of all diet sweeteners. The driving forces of the global market of stevia are: increasing rates of obesity, diabetes and heart disease.
Based on the authoritative sources of the latest information about safety, metabolism, and functional properties of stevia plants, consisting of 11 major steviol glycosides. Describes the most popular products from extracts of stevia: stevioside, steviol glycosides 95 (SG 95) and rebaudioside A (PebA 97).
Biomedical research stevioside showed that with its regular use reduces the sugar content of radionuclides and cholesterol in the body, improve cell regeneration and coagulation of blood, inhibited the growth of tumors, strengthens blood vessels. It was also noted choleretic and anti-inflammatory action. Stevioside does not affect the level of blood glucose or insulin levels, prevents the formation of ulcers in the gastrointestinal tract.
Noted disadvantages of the known technologies for producing composite sugar-steviozid products, and describes developed and patented an improved method of obtaining sugar-steviozid product with the replacement of 50% of the sweetness of sucrose, covering vibroozhizhenny layer of wet crystals of sugar concentrated solution of reveal dispersible at him. The assessment flavor profile sugar-steviozid product.
Authors
Petrov Sergey Mikhaylovich, Doctor of Technical Science, Professor, Engineering Company «New Technologies in the Industry», 18B, office 124, Alexeya Dikogo St., Moscow, 111396, [email protected] Podgornova Nadezhda Mikhaylovna, Doctor of Technical Science, Professor
Moscow State University of Food Production, 18, Volokolamskoye Shosse, Moscow, 125080, [email protected]
