Резистентные крахмалы как функциональный ингредиент при производстве продуктов питания

ТЕХНОЛОГИЯ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

УДК 664

Л. З. Габдукаева, Е. В. Никитина, О. А. Решетник

РЕЗИСТЕНТНЫЕ КРАХМАЛЫ КАК ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ИНГРЕДИЕНТ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

Ключевые слова: резистентные крахмалы, функциональные свойства, желудочно-кишечный тракт.

В статье рассматривается перспективность использования резистентных крахмалов при производстве пищевых продуктов с функциональными свойствами. Обобщены сведения о типах резистентных крахмалов, приведены данные о возможности их получения из природных крахмалосодержащих источников, а также данные по содержанию резистентных крахмалов в различных пищевых продуктах. Особо авторами был отмечен положительный эффект при употреблении продуктов, обогащенных резистентными крахмалами на состояние микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека, и целого организма.

Keywords: resistant starches, functional properties, gastro-intestinal tract.

The article discusses the perspectives of the use of resistant starch in the manufacture offood products with functional properties. The data about the types of resistant starches, the data on the possibility of obtaining from natural starch sources and data about the content of resistant starch in a variety of foods was summarized. Particularly, the authors have noted a positive effect in the consumption ofproducts enriched with resistant starch on the state of the microflora of the gastrointestinal tract of human and of the whole organism.

Введение

Крахмал - сложный углевод, образующийся в растениях и откладываемый ими в качестве запасного питательного вещества. В клетках этот полисахарид накапливается и находится в виде крахмаль -ных зерен. В зависимости от источника происхождения, крахмалы отличаются определенной формой, строением и размерами зерен, а также физико-химическими свойствами [1, 2]. Сырьем для получения крахмала являются клубни картофеля, бобовые, зерна кукурузы, пшеницы, риса и других растений [3, 4, 5, 6, 7, 8].

С точки зрения пищевой ценности крахмал относится к усваиваемым углеводам. В зависимости от скорости и степени расщепления амилолитиче-скими ферментами желудочно-кишечного тракта, кишечной микрофлорой, крахмалы разделяют на гликемические, которые легко перевариваются, частично резистентные и резистентные [9].

Гликемические крахмалы расщепляются в желудочно-кишечном тракте и, в зависимости от скорости переваривания, рассматриваются как быстро- и медленно перевариваемые. Так, например, приготовленное картофельное пюре, где крахмал находится в желатинизированном состоянии, является показательным примером продукта, который быстро переваривается в тонком кишечнике. Медленно, но полностью перевариваемые крахмалы содержатся, например, в макаронных изделиях [9, 10].

Резистентный крахмал определяется как «крахмал и продукты его деградации, не абсорбируемые в тонком кишечнике здоровых людей». Из самого определения резистентного крахмала следует, что такой крахмал недоступен для ферментации в тонком кишечнике. Однако, попадая в толстый кишечник и прямую кишку, он становится доступным для ферментации присутствующими здесь бак-

териями и переваривается с образованием коротко-цепных жирных кислот, углекислоты, водорода и метана. Таким образом, физиологическая функциональность таких крахмалов подобна функциональности пищевых волокон из различных источников. Как те, так и другие улучшают состояние толстого кишечника и увеличивают выход фекальных масс [10]. Однако, резистентные крахмалы, по сравнению с пищевыми волокнами, способствуют образованию большего числа бутиратов, которые, как предполагается, улучшают состояние толстого кишечника и прямой кишки. Кроме того, резистентные крахмалы оказывают влияние на липидный и глюкозный ме-таболизмы, снижая уровень глюкозы в крови и, соответственно, понижая гликемическую нагрузку на организм, способствуют снижению веса. В целом резистентные крахмалы относятся к классу пребио-тиков, являясь субстратом для микрофлоры желудочно-кишечного тракта [11].

В различных пищевых продуктах содержится неодинаковое количество быстро-, медленно перевариваемых и резистентных крахмалов, что наглядно показано в таблице 1.

Резистентные крахмалы встречаются в некоторых природных крахмалосодержащих источниках и могут также образовываться при переработке натурального сырья. Возможность образования резистентных крахмалов зависит от содержания амилозы в нативных крахмалах [12, 13]. Показано, что после разрушения нативной структуры крахмала линейные цепи амилозы обусловливают более высокое удержание резистентной фракции крахмала в пищевых продуктах [14].

В настоящее время резистентные крахмалы (Я8) подразделяются на четыре типа - ЯБ1, Я82, ЯБЗ и [11].

RS1 - физически недоступный крахмал, который локализуется внутри стенок клеток в целых и частично разрушенных зернах.

RS2 - нативные банановые, высоко амилоз-ные кукурузные и гороховые крахмалы.

RS3 - кристаллические крахмалы. Образующиеся при ретроградации желатинизированных крахмалов. «Выход» таких крахмалов зависит от содержания амилозы и условий ретроградации. Показано, что увеличение содержания амилозы в на-тивных крахмалах приводит к увеличению «выхода» RS3.

RS4 - некоторые химически модифицированные крахмалы.

Таблица 1 - Содержание быстро перевариваемых, медленно перевариваемых и резистентных крахмалов (в %) в некоторых продуктах питания [9]

Для получения продуктов питания с высоким содержанием резистентных крахмалов наибольшее применение в пищевой промышленности нашли резистентные крахмалы второго и третьего типа. Установлено, что структура резистентных крахмалов второго и третьего типов практически не изменяется при пастеризации и даже кратковременной стерилизации продуктов, что обеспечивает сохранность их резистентных свойств.

Резистентность крахмала к действию ряда факторов может быть повышена (или понижена) путем его химической, биологической или термической модификации [13]. При этом большое значение имеет тип модификации. Так, образование глико-зидной связи, отличной от обычных а-(1-4) и а-(1,6) связей, при тепловой обработке крахмала (например, в продуктах карамелизации или реакции Майя-ра) понижает биодоступность крахмала к действию ферментов [15]. К такому же эффекту может привести введение в крахмал карбоксилатных групп, например цитратных [16].

Резистентные крахмалы широко используются в диетах для похудания, а также в рационе атлетов, как источник углеводов с низким гликемиче-ским индексом, и как продукты, продлевающие чувство насыщения на длительное время [17].

Гипотеза, согласно которой соотношение амилоза-амилопектин является доминантой в проявлении резистентности крахмала, побудила ученых к исследованию свойств высоко-амилозных крахмалов (с массовой долей амилозы не менее 40%), как потенциальных источников резистентных крахмалов [2, 11].

Резистентные крахмалы из высокоамилоз-ных кукурузного, ячменного, горохового, картофельного крахмалов имеют хорошо изученную структуру [14,18], однако, в настоящее время только высокоамилозные кукурузные и гороховые крахмалы используются в промышленном производстве резистентного крахмала [19,20].

Высокоамилозный гороховый крахмал -перспективное сырье для создания продуктов функциональной направленности. Согласно классификации крахмалов, содержащихся в пищевых продуктах, он относится к резистентному крахмалу второго типа - Я8 2 с высоким содержанием амилозы. Амилоза горохового крахмала по своим биохимическим характеристикам отличается от амилозы, выделенной из картофеля, кукурузы, ржи и ячменя. Ее содержание в гороховом крахмале может достигать 60-75 %, у зерновых культур - 27-35 %. Состав крахмала определяет его пленкообразующую, студ-необразующую способность, а также устойчивость к деструктирующим факторам [21]. Подвергнутый влаготермомеханической обработке в заданном режиме такой крахмал обладает резистентными свойствами и выполняет функцию пребиотиков. Однако, в отличие от пищевых волокон, он способствует образованию большего количества бутиратов и уменьшает уровень глюкозы в крови. Получаемые на основе энзимрезистентного крахмала пищевые продукты приобретают функциональные свойства и обладают пребиотическим действием.

В литературе имеются данные об использовании высокоамилозного горохового крахмала для создания макаронных изделий с функциональными свойствами [21]. Так использование высокоамилоз-ного горохового крахмала в составе теста для макаронных изделий позволило получить функциональный продукт повышенной биологической ценности с необходимой текстурой и высокими потребительскими характеристиками, а также снизить себестоимость и расширить ассортимент данной товарной группы.

Коммерческие препараты резистентных крахмалов представляют собой мелкодисперсные порошки белого цвета со слабым запахом. Такие характеристики дают им преимущество перед традиционно используемыми в пищевой промышленности пищевыми волокнами, которые не всегда имеют приятные вкусовые и текстурные свойства. Кроме того, резистентные крахмалы имеют низкую калорийность и поэтому могут быть использованы

Продукты Быстро Медленно Рези-

питания перева- перевари- стент-

ривае- ваемые ные

мые крахмалы крахма-

крах лы

малы

Белый хлеб 32 1 2

из непросе-

янной муки

Черный хлеб из не- 23 7 3

просеянной

муки

Кукуруз- 70 2 3

ные хлопья

Полирован- 17 6 -

ный рис

Спагетти 14 9 1

Картофель- 15 1 -

ное пюре

Картофель- 43 3 5

ные чипсы

для создания низкожировых и низкосахарсодержа-щих продуктов [9].

Вкусовые характеристики в совокупности с низким гликемическим индексом делают перспективным использование резистентных крахмалов для создания продуктов питания для людей, страдающих сахарным диабетом и избыточной массой тела. Поскольку резистентные крахмалы представляют собой нерастворимые вещества, то наиболее успешно их можно использовать при разработке продуктов питания на зерновой основе, а также в пищевых системах с низкой и средней влажностью [9].

Важной функцией резистентных крахмалов может быть сохранение и улучшение микрофлоры желудочно-кишечного тракта.

Бифидобактерии - одна из наибольших групп сахаролитических бактерий, составляют примерно 25 % от общей совокупности присутствующих бактерий в кишечнике взрослого человека и 95 % - в кишечнике новорожденного. Количество би-фидобактерий в кишечнике человека уменьшается с возрастом, но их количество может быть увеличено как при постоянном употреблении в пищу препаратов, содержащих бифидобактерии, так и при употреблении пищи, обогащенной пребиотиками, которые ускоряют рост эндогенных бифидобактерий в кишечнике [22].

Главными субстратами, доступными для бифидобактерий, являются: олигосахариды (степень полимеризации 3-9), некрахмальные полисахариды стенок растительных клеток (степень полимеризации больше 9), гемицеллюлоза, пектины как компоненты пищевых волокон и фракция крахмала, стойкая к ферментативному гидролизу в верхней части желудочно-кишечного тракта. Доказано, что количество переваренного и абсорбированного (поглощенного) крахмала различно. Примерно 8-10 % крахмала, потребленного ежедневно, не переваривается в желудке и поступает в толстый кишечник [23]. Стойкий к действию амилаз крахмал (резистентный) признан эффективным субстратом, подвергающимся ферментации микрофлорой, колонизирующей толстую кишку. Бактерии рода Bifidobacterium используют в своем метаболизме неусвояемые полисахариды, в том числе и резистентный крахмал, как источник углерода и энергии.

Потребление резистентных крахмалов улучшает ряд физиологических показателей человека: гликемический и инсулиновый индекс, липид-ный состав крови, увеличивается чувство насыщения и уменьшается потребление энергии [7].

Таким образом, использование резистентных крахмалов в качестве функционального ингре-

диента при производстве продуктов питания является актуальным и перспективным направлением в пищевой промышленности. Эффективным является использование резистентных крахмалов в технологи продуктов лечебно-профилактического действия.

Литература

1. Jane J. L., Kasemsuwan T. Starch / Jane, J. L., Leas S., Ia A., Zobel H., Il D., et al. - 1994. - V. 46. - P. 121-129.

2. Никитина Е.В., Решетник О.А., Губайдуллин Р.А. // Вестник Казанского технологического университета. - Казань, 2013. - Т.16. - № 13. - С. 148-153.

3. Lee C.-K. Le Q.-T., Kim Y.-H. // J. Agric. Food Chem. -2008. - V.56. - P.126-131.

4. Lee C.M., Wu M.C., Okara M. Ingredient // In Surimi Technology Marcel Dekker, New York - 1992. - P. 273302.

5. Li D., Ma Y. // Biotechnology - 2011. - V.10 (17). - P. 3430-3435.

6. Maarel M.J.E.C., B., J.C.M. // J.Biotechnology. - 2002. -V.94. - P.137-155.

7. Wronkowska M., Soral-Smietana M.// J. Cereal Sci. -2012. - Vol. 30. - No. 1. - P. 9-14.

8. Yadav B.S., Shara A., Yadav R.B. // Agricultural Technology - 2007 - P.21-27.

9. Юрьев В.П., Гаппаров М.М., Вассерман Л.А. // Вопросы питания - 2006. - №1. - С. 3-9.

10. Технология продукции общественного питания: Учебник / Мглинец А. И., Акимова Н. А., Дзюба Г. Н. и др.; Под ред. А. И. Мглинца. — СПб.: Троицкий мост, 2010. — 736 с.

11. Eirlinger R. C. // J. Cereal Sci. - 1994. - V. 68. - P. 129138.

12. Alonso A. G. Microscopy of starch / A. G. Alonso // J. Cereal Sci. - 1998. - V. 75. - P. 802-504.

13. Никитина Е.В., Габдукаева, Л.З., Губайдуллин Р.А. // Вестник Казанского технологического университета. - Казань, 2013. - Т.16. - № 14. - С. 148-150.

14. Berry B. W. // Journal of Food Science. - 1997. - V.62. -No 6. - P. 1245-1249.

15. Bjork I. // Starch. - 1989. - V. 41. - P. 128-134.

16. Wepner B., Berghofer E. // Starch. - 1999. - V. 51. - P. 354-361.

17. Casarrubias-Castillo M.G. // Starch/Starke, 2012. - V.64. - P.304-312.

18. Carballo J., Baretto G., Colmenero F.J. // Journal of Food Science. - 1995a. - V. 60. - P. 673-677.

19. Croghan M. // Cereal Chem. - 2000. - V. 88. - P. 65-67.

20. Englyst H. N. // Eur. J. Clinic. Nutr. - 1992. - V. 46. - P. 33-50.

21. Шелепина Н.В. Макаронные изделия с использованием высокоамилозного горохового крахмала // Пищевая промышленность - 2009. - №3. - С.36-37.

22. Gibson G.R., Roberfroid M.B. // Journal of Nutrition. -1995. - V. 125. - P. 1401-1412.

23. Tomomatsu H. // Food Technolology. - 1994. - V. 10. -P. 61-65.

© Л. З. Габдукаева - к.т.н., асс. каф. технологии пищевых производств КНИТУ, carramba@bk.ru; Е. В. Никитина - к.б.н, доцент. той же кафедры, НОЦ «Фармацевтика» К(П)ФУ, ev-nikitina@inbox.ru., О. А. Решетник - д.т.н., проф., зав. каф. технологии пищевых производств КНИТУ.

© G. Z. Gabdukaeva - Ph.D., assistant Professor of Technology of food production KNRTU, carramba@bk.ru; E. V. Nikitina - PhD, associate Professor of Technology of food production KNITU, REC "Pharmaceuticals KFU, ev-nikitina@inbox.ru., O. A. Reshetnik -doctor of technical Sciences, Professor, head the Department of Technology of food production KNRTU.