CC BY
694
ПИЩЕВЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ
ТЕМА НОМЕРА
XXI
ВЕКА
Пищевые волокна
в продуктах питания
Л.Г. Ипатова, А.А. Кочеткова, А.П. Нечаев, В.В. Тарасова, А.А. Филатова
Московский государственный университет пищевых производств
Питание относится к важнейшим факторам, определяющим качество и продолжительность жизни современного человека, осложненной неблагоприятной экологической ситуацией, социальными проблемами, стрессами, малоподвижным образом жизни, вредными привычками и т. д. На этом фоне нарушение основных принципов рационального питания, связанное с нарушением баланса энергии и пищевых веществ, однообразием пищевых рационов, употреблением в пищу рафинированных продуктов, прошедших глубокую промышленную переработку, а также с неправильным режимом питания, привело к уменьшению сопротивляемости организма воздействию окружающей среды и росту числа хронических заболеваний.
Один из основных принципов концепции здорового питания - положение о том, что питание должно не только удовлетворять потребности организма человека в пищевых веществах и энергии, но и выполнять профилактические и лечебные цели [1].
Однако результаты эпидемиологических исследований, проведенных в нашей
стране, выявили серьезный дисбаланс в обеспеченности населения пищевыми веществами, в частности, снижение уровня потребления источников полноценного белка, полиненасыщенных жирных кислот, ряда витаминов и минеральных веществ, пищевых волокон на фоне повышенного уровня потребления насыщенных жиров, сахара и алкоголя (рис. 1). При современном малоподвижном образе жизни большинства жителей городов их энергетические потребности (средние затраты энергии в 1980 г. составляли 2964 ккал, в 1997 г. - 2190 ккал) [2].
Среди последствий такой ситуации -развитие и распространение различных нарушений обмена веществ, в том числе ожирения. В крупнейших федеральных округах России от 20 до 23 % взрослого населения имеет индекс массы тела более 30 при норме 20-25 (рис. 2) [2].
Эффективное средство профилактики ожирения - введение в пищевые рационы достаточного количества пищевых волокон, рекомендуемый уровень суточного потребления которых составляет 25-38 г [3]. Однако в нашей стране потребность населения в пищевых волокнах практически во всех регионах удовлетворяется лишь на треть при сохраняющейся тенденции к дальнейшему снижению уровня потребления этой группы функциональных ингредиентов [7].
Главная причина этого - недостаточное содержание в рационе главных источников пищевых волокон - фруктов и овощей, продуктов, содержащих цельное зерно, муку грубого помола, отруби. Как правило, используемые в пищу злаковые продукты не являются полноценными источниками пищевых волокон. К таковым относят макаронные изделия и хлеб из муки высшего сорта, шлифованный рис, очищенные и обработанные крупы и т. д.
Один из способов, позволяющих уменьшить дефицит пищевых волокон в питании населения, - введение волокон в разнообразные пищевые продукты, повышение их потребительской привлекательности благодаря высоким органо-лептическим свойствам, новизне и очевидной полезности для здоровья. Успех такого решения во многом зависит от понимания химической структуры пищевых волокон и физиологического воздействия на организм человека, знания их физико-химических свойств и поведения в технологических процессах.
Пищевые волокна - это съедобные части растений или аналогичные углеводы, устойчивые к перевариванию и адсорбции в тонком кишечнике человека, полностью или частично ферментируемые в толстом кишечнике. Пищевые волокна включают полисахариды, олиго-сахариды, лигнин и ассоциированные растительные вещества [3].
Химическое строение отдельных волокон может существенно различаться в зависимости от некоторых структурных особенностей, к которым относят: состав и структура мономерных фрагментов, образующих молекулу биополимера (пентозы, гексозы, уроновые кислоты, фенолы и ароматические спирты); степень разветвленности молекул (линейные и разветвленные); число и вид функциональных групп (первичные и вторичные гидроксильные, карбоксильные, фенольные); тип внутри- и межмолекулярных связей (а- и р-гликозидные, эфирные, водородные и др.); степень полимеризации и молекулярная масса (от десятков единиц до сотен тысяч); плотность упаковки биополимеров (фибриллы, аморфные разветвленные биополимеры).
Пищевые волокна проявляют разнообразные физико-химические свойства:
водоудерживающую способность, растворимость в воде, образование растворов различной вязкости, способность к гелеобразованию, сорбционные, ионообменные и радиопротекторные свойства.
В специальной литературе пищевые волокна классифицируют по различным принципам [8].
I. По химическому строению
• Полисахариды: целлюлоза и ее производные, гемицеллюлоза, пектины, камеди, слизи, гуар и др.
(OHR COOR
'--О ^
о к' о^^оНу D-Галактуроновая 1_-Рамнопираноза кислота
Р-Н или СН3; Р-Н, СН3СО, реже - углеводная цепь;
1Р"=Н или углеводная цепь
пектин
ОН
целлюлоза
Неуглеводные:
лигнин
INGREDIENTS OF CENTURY
II. По сырьевым источникам
• Традиционные высшие растения: злаковые, бобовые, овощи, корнеплоды, фрукты, ягоды, цитрусовые, орехи.
• Нетрадиционные высшие растения: лиственная и хвойная древесина, стебли злаков, тростника, трав.
• Низшие растения: водоросли.
• Грибы.
• Синтетические полисахариды.
Основные источники пищевых волокон (ПВ) и их содержание в некоторых продуктах переработки хлебных злаков приведены в табл. 1.
Содержание пищевых волокон в некоторых овощах, съедобной части фруктов и ягод показано в табл. 2.
III. По методам выделения из сырья
• Неочищенные волокна: в составе цельного зерна и муки из него, нетрадиционные виды муки - овсяная, гороховая, пшенная, вторичные продукты растительного сырья.
• Препараты волокон, выделенные и очищенные:
в нейтральной среде - путем экстракции водой при нагревании (волокна из выжимок ряда овощей, фруктов, винограда, свекловичного жома);
в кислой или щелочной среде - разбавленными растворами минеральных кислот (серной, соляной, фосфорной), щелочами (волокна отрубей, мучки, отходов переработки овощей);
с применением солей сернистой кислоты, перекисей, детергентов (стебли злаков, пленки, оболочки зерна, травы, древесина);
с помощью ферментативных методов - путем последовательной обработки сырья амилолитическими (для удаления крахмала), а затем протеоли-тическими (для удаления белков) ферментами.
Выбор методов выделения пищевых волокон определяется их строением и содержанием в сырье, плотностью упаковки биополимеров клеточных стенок. Известные методы выделения основаны на удалении из измельченной растительной ткани низкомолекулярных веществ: моносахаридов, гликози-дов, алкалоидов, минеральных соединений, либо гидролизе и экстракции сопутствующего крахмала [6].
IV. По растворимости в воде
• Растворимые: пектин, инулин, гуммиарабик, альгинаты, камеди, слизи, некоторые производные целлюлозы и др.
• Нерастворимые: целлюлоза, лигнин, некоторые гемицеллюлозы.
V. По степени микробной ферментации в толстой кишке
• Почти (или) полностью ферментируемые: пектин, камеди, слизи, гемицеллюлозы.
• Частично ферментируемые: целлюлоза, гемицеллюлозы.
• Неферментируемые: лигнин.
VI. По основным медико-биологическим эффектам
• Ускоряющие и повышающие чувство насыщения благодаря связыванию воды в желудке - пектин, гуар и др.
• Ингибирующие эвакуаторную функцию желудка - вязкие ПВ (гуар и др.).
• Стимулирующие моторную функцию толстой кишки - аморфные ПВ (целлюлоза и др.).
• Увеличивающие массу фекалий и, соответственно, частоту дефекаций за счет удержания воды в просвете толстой кишки (ПВ пшеницы, бобовых) и возрастания массы микрофлоры толстой кишки (ПВ капусты и др.).
• Сорбирующие желчные кислоты, холестерин, токсины и радионуклиды - гуар, целлюлоза, пектин, лигнин.
• Замедляющие всасывание углеводов - пектин, гуар.
• Снижающие уровень глюкозы и инсулина в крови - пектин, р-глюканы.
• Оказывающие антиоксидантное действие - лигнин.
• Обладающие пребиотическими свойствами, способствующими нормализации микрофлоры кишечника - гуммиарабик, инулин, полидекстроза [6].
Применение полисахаридов со свойствами растворимых и нерастворимых пищевых волокон в продуктах питания может преследовать разные цели: во-первых, обогащение продуктов пищевыми волокнами как физиологически функциональными ингредиентами; во-вторых, использование физико-химических свойств растворимых в воде полисахаридов, относящихся к группе гидроколлоидов, для формирования определенных реологических характеристик продукта, т. е. в качестве пищевых добавок с технологическими функциями загустителей, гелеоб-разователей, стабилизаторов.
Различие подходов, необходимых для достижения указанных целей, основано прежде всего на рекомендуемых количествах вносимых в продукт полисахаридов. Так, реальное обогащение обеспечивается добавлением не менее 3-6 % ПВ к массе продукта. В то же время концентрация гидроколлоидов - структурообразователей выбирается исходя из принципа максимальной эффективности при минимальном содержании пищевой добавки. В связи с этим сам факт введения в состав пищевого продукта полисахаридов в концентрации пищевой добавки еще нельзя считать обогащением пищевыми волокнами.
В настоящее время полисахариды со свойствами пищевых волокон и гидроколлоидов широко применяют при производстве практически всех основных групп пищевых продуктов (рис. 3).
По данным, опубликованным в журнале «The World of Food Ingredients»,
Таблица1
Содержание пищевых волокон в продуктах переработки злаков
Количество Компоненты ПВ,%
Продукт ПВ, г/ 100 г продукта целлюлоза гемицел-люлоза лигнин
Белая мука 3,5 19 80 1
Темная 8,7 18 72,4 10
мука
Непросеянная мука 11,5 20 74 6
Отруби отработанные 30,6 16 75 9
Отруби 43,0 18 74 7
грубые
Овсяная 7,2 12 83 6
крупа
Рис 2,7 22 78 Следы
Рожь 12,7 11 71 18
Таблица 2
Содержание пищевых волокон в некоторых овощах, фруктах и ягодах
Продукт Количество ПВ, г/100 г продукта Компоненты ПВ, %
сырая масса сухая масса целлюлоза геми-целлюлоза лигнин
Капуста брюссельская 4,2 35,3 25 72 3
Капуста зимняя 3,4 24,4 25 62 13
Капуста белая 2,7 27,4 23 66 11
Лук 1,3 18,1 26 74 -
Горох мороженый 7,8 37,1 27 69 2
Горох стручковый 6,3 47,6 39 61 Следы
Морковь 2,9 28,4 40 60 Следы
Брюква 3,4 22,1 33 67 Следы
Картофель 3,4 14,1 29 71 Следы
Яблоки свежие 1,4 9,2 33 66 1
Бананы 1,8 6,0 21 64 15
Вишня 1,2 6,7 20 74 6
Грейпфрут 0,4 2,4 9 78 13
Апельсины 1,9 13,7 14 71 15
Груша 2,4 14,7 28 54 18
Слива 1,5 9,3 15 65 20
Клубника 2,1 19,1 16 46 38
еще в 2001 г. появилось 500 новых продуктов, обогащенных ПВ. Около 50 % из них - это изделия из зерновых (хлебобулочные изделия, зерновые завтраки и энергетические батончики), 27 % - напитки и молочные продукты [3].
В Московском государственном университете пищевых производств (МГУПП) в последнее десятилетие проведен ряд исследований, завершившихся разработкой рецептур и технологий различных продуктов, обогащенных растворимыми и нераствори-
ПИЩЕВЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ
ТЕМА НОМЕРА
XXI
ВЕКА
Рис. 3. Применение пищевых волокон
мыми пищевыми волокнами, а также их комбинациями.
Напитки с пищевыми волокнами, созданные в университете, содержат комплексы пектина с в-каротином, витаминами и минеральными веществами [10].
Жировые продукты представлены рецептурами спредов, обогащенных фруктоолигосахаридами, а также низкожирных майонезов, обогащенных инулином [13, 14].
В группе злаковых продуктов разработаны составы пшеничного хлеба, содержащего как вторичное растительное сырье - нерастворимые волокна яблок, так и очищенные препараты -инулин и фруктоолигосахариды. Показано, что инулин улучшает реологические свойства теста, потребительские свойства готовых изделий, способствует сохранению свежести хлеба в течение более длительного времени [8, 15].
В результате работы, посвященной получению мучных кондитерских изделий с функциональными свойствами, созданы рецептуры и технологии сахарного печенья, обогащенного инулином, комплексом гуммиарабика и пребиотика лактулозы, препаратом нерастворимых волокон яблок, полидекстрозой. Для обогащения затяжного печенья предложены препараты высоко-и низкоэтерифицированных пектинов, микрокристаллической целлюлозы, полидекстрозы и комплекса пищевых волокон сахарной свеклы [9, 11, 12, 16].
Сотрудниками университета была разработана универсальная быстрорастворимая форма комплекса пектина с в-каротином, эффективность которой отработана на примере полуфабрикатов кексов и крекеров [17].
Во всех случаях введение конкретного типа пищевых волокон, выбранного и научно обоснованного для обогащения заданной пищевой системы, бла-
гоприятно сказывалось на свойствах полуфабрикатов (например, на реологических характеристиках теста для хлеба или мучных кондитерских изделий), а также на потребительских свойствах готовых изделий.
В настоящее время в МГУПП на кафедре органической и пищевой химии совместно с кафедрой технологии хлебопекарного и макаронного производств проводятся исследования по определению влияния различных видов пищевых волокон фирмы «Могунция» на качество хлебобулочных изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кочеткова А.А., Колеснов А.Ю. и др. Современная теория позитивного питания и функциональные продукты// Пищевая промышленность. 1999. № 4.
2. Тутельян В.А. Нутрициология как основа современной диетологии/Материалы I Съезда диетологов и нутри-циологов «Диетология: проблемы и горизонты». - М., 2006.
3. Ипатова Л.Г., Кочеткова А.А, Шубина О.Г., Духу Т.А., Левачева М.А. Физиологические и технологические аспекты применения пищевых волокон/пищевые ингредиенты. Сырье и добавки. 2004. № 1. С. 14.
4. Ильина О.А. 3-я Межд. конф. «Современное хлебопечение». - М., 2003, с. 78-82.
5. Кочеткова А.А. Пищевые ингредиенты и эволюция продуктов питания/ Сб. докл. 7-го Межд. форума «Пищевые ингредиенты XXI века». - М., 2006, с. 43-47.
6. Дудкин М.С., Черно Н.К., Казанская И.С., Вайнштейн С.Г., Масик А.М. Пищевые волокна. - Киев: Урожай, 1998.
7. Перковец М.В. Мучное и сладкое с инулином и олигофруктозой «Ораф-
ти»: и удовольствие станет полезным/ Сб. докл. 7-го Межд. форума «Пищевые ингредиенты XXI века. - М., 2006, с. 122-126.
8. Ипатова Л.Г. Разработка комплексной технологии пищевых добавок на основе некрахмальных полисахаридов для хлебопечения: Автореф. дисс....-канд. тех. наук. - М., 1997.
9. Филатова И.А., Кочеткова А.А., Туманова А.Е., Хугаева М.Н. Обогащение затяжного печенья функциональными пищевыми волокнами/Тез. докл. Межд. конф. «Молодые ученые - пищевым и перерабатывающим отраслям АПК». - М., 1997, с. 26.
10. Дьяченко М.А., Ипатова Л.Г., За-дорожняя Д.Г., Кочеткова А.А., Колеснов А.Ю. Микронутриенты в функциональных напитках/Сб. науч. тр. МГУПП. - М.: МГУПП, 2001, с. 229236.
11. Духу Т.А., Кочеткова А.А., Ипатова Л.Г., Изосимов В.П. Потребительские свойства мучных кондитерских изделий, обогащенных функциональными ингредиентами//Пищевая промышленность. 2003. № 5. С. 18.
12. Колеснов А.Ю, Духу Т.А., Ипатова Л.Г, Эндресс Х.-У, Мельхофф У. Термостабильные свойства фруктовых начинок для мучных кондитерских из-делий//Кондитерское производство.
2004. №3. С. 50.
13. Карпухин Д.В., Кочеткова А.А., Ипатова Л.Г. Теоретические аспекты конструирования спредов, обладающих пребиотическими свойствами/Сб. матер. II Межд. симпоз. «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в 21 веке». - Владивосток, 2004, с. 69-71.
14. Утешева С.Ю., Карпухин Д. В, Елисеева Н.Е. Низкокалорийные майонезы, обогащенные инулинсодержа-щими пищевыми волокнами/Ш Межд. выст.-конф. «Технологии и продукты здорового питнания». - М.: МГУПП,
2005, с. 267-271.
15. Лазарева Л.В., Ипатова Л.Г. Влияние пищевых волокон на свойства теста и качество хлеба из пшеничной муки/Сб. докл. IV Межд. конф.-выст. «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации». Ч. 1. - М.: МГУПП, 2006.
16. Кочеткова А.А., Ипатова Л.Г, Шубина О.Г., Левачева М.А. Пищевые волокна в производстве затяжного пе-ченья//Хлебопродукты. 2006. №11. С. 50-51.
17. Гудзенко Д.Г., Соболева Н.П., Малченко О.А., Доронин А.Ф., Кочеткова А.А. Пищевые концентраты сладких блюд с полифункциональной пищевой добавкой/Тез. докл. межд. науч.-практ. конф. «Индустрия продуктов здорового питания - III тысячелетие». Ч. 1. - М., 1999, с. 170.
