Использование олигосахарида хитозана в молочной промышленности

Использование олигосахарида хитозана в молочной промышленности

На протяжении практически всего периода существования человеческой цивилизации пища, преимущественно, рассматривалась как средство, предназначенная для удовлетворения чувства голода, аппетита и вкусовых потребностей. В последние десятилетия ввиду роста числа хронических заболеваний и установления их причинной связи с несбалансированным питанием, к пищевым продуктам стали относиться и как к эффективному средству поддержания физического и психического здоровья и снижения риска возникновения многих заболеваний.

Улучшение физического и психического здоровья, также как и предотвращение или уменьшение частоты возникновения заболеваний, являются главными критериями, позволяющими относить существующие или создаваемые вновь продукты питания в категорию продуктов функционального питания. (ФПП)

Ключевые функции и некоторые состояния организма человека, позитивное воздействие на которые позволяет относить продукты к категории продуктов функционального питания

• рост, развитие и дифференциация (адаптивные изменения в организме матери во время беременности и лактации; рост и развитие плода; рост и развитие ребенка в период новорожденности и детства);

• защита против соединений, обладающих оксидантной активностью (исследование структуры и функций днк, белков, липопротеинов, полиненасыщенных жирных кислот, клеточных мембран);

• сердечно - сосудистая система (гомеостаз липопротеинов; целостность эндотелия и артериол; наблюдение за факторами, участвующими в коагуляции и фибринолизе; уровень гомоцистеина в плазме крови; контроль за кровяным давлением);

-сахарный диабет и ожирение (вес тела, состав и распределение жирового слоя; сохранение энергетического баланса; содержание глюкозы, инсулина и триацилглицеридов в сыворотке крови; адаптация к физическим упражнениям);

-состояние костной ткани (плотность костной ткани, кинетика ионов кальция, фосфора, магния);

• физиология желудочно - кишечного тракта (вес и консистенция фекалий, частота стула, время транзита содержимого пищеварительного тракта, состав и количество газов в выдыхаемом воздухе, количество гастроинтестинальных гормонов (например, холецистокинина);

-состояние нормальной микрофлоры (количество и состав микроорганизмов в фекалиях, состояние биопленки, гистохимические, морфологические исследования содержимого пищеварительного тракта, биотипирование выделяемых микроорганизмов, состав микробных метаболитов, нагрузочные пробы с индикаторными микроорганизмами и химическими субстанциями, исследование микроорганизм-ассоциированных характеристик);

• состояние иммунной системы (состояние ассоциированной с пищеварительным трактом лимфоидной ткани, активность фагоцитоза, содержание эндотоксина в сыворотке крови, количество иммуноглобулинов различных классов, т- и в – лимфоцитов, интерлейкинов и медиаторов иммунного ответа и воспаления, ответ на вакцинацию);

-поведенческие реакции и состояние психического здоровья (аппетит, чувство сытости, познавательные способности, настроение и жизнестойкость, способность справляться со стрессом).

Первоначально основными категориями физиологически функциональных ингредиентов, предложенными японскими исследователями для производства ФПП, были молочнокислые бактерии и бифидобактерии; олигосахариды; пищевые волокна и омега-3 жирные кислоты [2; 8]. В последующем этот перечень значительно расширился и к началу XXI века включал уже 15 наименований.

Основные категории функциональных нутриентов

• Бифидобактерии
• Пищевые волокна
• Изопреноиды
• Витамины
• Олигосахариды
• Сахароспирты
• Молочнокислые бактерии
• Фосфолипиды, холины
• Аминокислоты, пептиды, протеины, нуклеиновые кислоты
• Макро- и микроэлементы
• Гликозиды
• Полиненасыщенные жирные кислоты и другие антиоксиданты
• Спирты
• Цитамины
• Органические кислоты
• Растительные энзимы, другие фитосоединения
• Лектины

Они широко используются для обогащения традиционных продуктов (молочные, хлебо-булочные, напитки, сухие завтраки, растительные масла и т.д.) с целью придания им функциональных свойств (например, кальций, витамин D и К, изофлавоны для поддержания хорошего состояния костной ткани; витамины В6, В12, А, С, Е, фолиевая кислота, каротиноиды, линолевая, линоленовая кислоты, омега-3 жирные кислоты, фитостеролы, фитостанолы, хитозан и его олигомерные производные, пектины - для снижения риска развития сердечно-сосудистых заболеваний; витамины А, С, Е, цинк, железо, магний, аминокислоты, L-карнитин, креатин, цистеин-содержащие пептиды для поддержания хорошей физической и спортивной формы; различные пребиотики и пробиотики общей резистентности организма и сохранения нормальных функций пищеварительного тракта и так далее (1, 8)

Наряду с достаточно хорошо известными и широко используемыми физиологически активными функциональными субстанциями (молочнокислые бактерии, витамины, минералы, ненасыщенные жирные кислоты, пищевые волокна), в состав БАД и ФПП все чаще начинают включать и другие относительно недавно идентифицированные микро- и макронутриенты, проявляющие позитивные эффекты на организм человека (пребиотики, лектины, биофлавоноиды и другие различного состава и происхождения).

Согласно современным представлениям в естественных условиях обитания нет ни одного метаболического процесса, ни одной функции живых организмов, которые бы осуществлялись без прямого или опосредованного участия в них симбиотических микроорганизмов. В связи с этим, становится понятным, почему некоторые специалисты в области здорового питания рекомендуют создавать пищевые рационы, которые на 70% состоят из компонентов, способных достигать толстую кишку в неизменном состоянии и оказывать благотворное действие на представителей нормальной микрофлоры. [3; 4; 6]. Такие продукты питания иногда называют пищей для толстой кишки. [7 ]. В их состав во все больших масштабах рекомендуется включать функциональные ингредиенты, включенные в категории «олигосахариды», «сахароспирты» и другие, объединенные общим названием «пребиотики» - вещества, необходимые для роста и размножения микроорганизмов, присутствующих в пищеварительном тракте хозяина.

Предполагается, что к 2010 году мировое производство пребиотиков достигнет нескольких сотен тысяч тонн. Они реализуются самостоятельно, в виде обогащающих добавок к разнообразным продуктам питания, а также в комбинации с пробиотическими микроорганизмами (синбиотики) [1; 5; 6].

Таким образом для поддержания нормальной микрофлоры в толстом кишечнике в продуктах питания должны содержаться, прежде всего, бифидоактивные углеводы, необходимые для колонизации в толстом кишечнике бифидобактерий.

Что такое бифидоактивные олигосахариды и где они содержатся?

Как видно из самого понятия, к бифидоактивным олигосахаридам относятся углеводы, способные гидролизовываться ферментами микробной клетки Bifidus longum и в дальнейшем использоваться для питания самой клетки. Обычно бифидобактерии хорошо гидролизуют такие олигосахариды, как маннаны, глюкоманнаны, галактоманнаны, глюкогалактоманнаны, арабаноманнаны, ксиломаннаны, фукоиданы, ксиланы, а также другие гетерополисахариды, содержащие маннозу и фукозу, исключая крахмал и целлюлозу. Эти олигосахариды накапливаются, прежде всего, в растительных клетках многих растений, а также клетками печени многих животных.В настоящее время особенно широко используются в качестве пребиотиков фруктоолигосахариды. Известно так же, что олигосахариды хитозана являются пребиотиками, более эффективными, чем олигофруктоза («Nutraceuticals International», vol. 7, № 6, June 2002; «Respin», 6, 2004, VI Congreso de Ciencias de los Alimentos). Известно, что олигосахариды хитозана, являясь пребиотиком, обладает целым рядом биологически активных свойств и используются в профилактике и комплексной терапии дислипопротеидемии, атеросклероза, туберкулеза, гипертонии, болезней опорно-двигательного аппарата, а так же при алкогольной интоксикации (Патент КР 142373 от 31.03.1998, Патент РФ 2250106 от 14.11.2003, Патент РФ 2259783 от 11.02.2003.)

Принципиальное отличие олигомеров хитозана от широко используемых фруктоолигосахаридов, продуктов ферментативной обработки инулина и лактулозы заключается в том, что помимо стимулирующего действия на нормальную кишечную микрофлору, олигомеры хитозана проявляют и антибактериальную активность по отношению к широкому спектру видов патогенной микрофлоры (Staphyllococcus sp., Peptococcus sp., Enterococcus sp., Candida sp., Bacillus sp., Actinomyces sp.). Из-за подавления деятельности гнилостных бактерий хитозаном и олигомерами хитозана уменьшается выработка токсических продуктов, образующихся при переваривании белков и всасывающихся из просвета кишечника в кровь. При этом токсичный аммиак (${\mathrm{NH}}_3$) превращается в ионизированный аммоний (${\mathrm{NH}}_4$), безвредный для печени и мозга. В результате создаются благоприятные условия для функционирования печени и поддержания обмена веществ.

При усвоении сахаров микробными клетками, как мы знаем, выделяется углекислый газ, поскольку при сбраживании сахаров всегда выделяется спирт и углекислый газ. Многие читатели проверяли эти процессы много раз в своей жизни, если к дрожжам не добавить сахар или сахаросодержащих компонентов, то дрожжи развиваться не будут, соответственно не будет накапливаться спирт и выделяться углекислый газ. Это и получение вина, и квашенной капусты, и пива, и пшеничного хлеба.

В то же время имеются пищевые продукты, которые не содержат бифидоактивные олигосахариды, либо содержат их в очень малых количествах. Это коровье молоко и продукты из него (масло сливочное, сыр, творог, сметана и т.п.), мука пшеничная высших сортов и продукты из нее, мучные кондитерские изделия, конфеты, карамель и некоторые другие. При употреблении таких продуктов необходимо компенсировать недостаток этих олигосахаридов за счет введения продуктов, их содержащих. Что, кстати, широко и применяется. Так в детские молочные смеси для искусственного вскармливания с первых дней жизни добавляют различные бифидоактивные олигосахариды, в молочные продукты добавляют натуральные плоды или овощи, в мучные изделия вводят повидло из яблок, груш, абрикосов и т.п.

При отсутствии бифидоактивных олигосахаридов в продуктах питания, потребляемых человеком, начинают угнетаться бифидобактерии в толстом кишечнике и развиваться другие микроорганизмы, для которых не нужны сахара.

Следующим компонентом после сахаров, на котором могут развиваться микроорганизмы в толстом кишечнике, являются белки. В результате разложения белков микроорганизмами уже не образуется углекислый газ и спирт, а накапливаются сероводород, меркаптаны, дисульфиды, фенольные вещества (индол и скатол), вещества, имеющие неприятный запах. Многие сталкивались с такими запахами, когда портиться яйцо, гниет мясо, капуста и т.п. Таким образом, накопление продуктов разложения белков указывает нам на то, что в толстом кишечнике не колонизируются бифидобактерии, а начинают развиваться другие микроорганизмы и нарушаться оптимальное соотношение микроорганизмов и возникает дисбактериоз.

Дисбактериоз кишечника - первое терапевтическое заболевание в организме человека в результате которого в дальнейшем формируются и все другие, и до сих пор является актуальной проблемой современной медицины. По данным РАМН почти 90% населения России имеют те или иные проявления дисбактериоза.

Олигосахарид хитозана получают ферментативным гидролизом хитозана в водных растворах кислот, разрешенных для применения в пищевой промышленности (аскорбиновой, уксусной, янтарной, молочной, лимонной и др.). В зависимости от кислоты, используемой при получении продукта, выпускается нескольких наименований олигосахаридов хитозана пищевого: олигосахариды хитозана аскорбат, олигосахариды хитозана сукцинат, олигосахариды хитозана ацетат, олигосахариды хитозана лактат, олигосахариды хитозана цитрат и др.

«Олигосахарид хитозана пищевой» является деацетилированным производным природного целлюлозоподобного биополимера класса полисахаридов - хитина, широко распространенного в животном мире (кутикула членистоногих, клеточная стенка грибов).

«Олигосахарид хитозана пищевой» является смесью глюкозамина, олигосахаридов хитозана и низкомолекулярного хитозана (патент RU 2 259 783 от 11.12.2003 г.)

« Олигосахарид хитозана пищевой» используется в качестве источника водорастворимых пищевых волокон антиоксидантного действия, витамина С и янтарной кислоты и др. кислот, а так же может входить в состав как стабилизатора консистенции, эмульгатора, загустителя, текстуратора и связующего агента в пищевой промышленности (кондитерской, молочной, хлебопекарной, плодоовощной, рыбной, и др.). Он может использоваться так, же в производстве биологически активных добавок (БАД), функциональных продуктов питания (ФПП), диетических продуктов питания и продуктов специального назначения как один из составляющих компонентов.

Молочные и кисломолочные продукты всегда считались одним из важнейших элементов здорового и диетического питания. Поэтому при создании нового поколения продуктов питания – продуктов, обогащенных витаминами и пищевыми волокнами, внимание ученых и специалистов в первую очередь было обращено на молочные продукты. Введение в них олигосахаридов хитозана, как эффективных пребиотиков, не представляя технических трудностей, дает возможность расширить спектр лечебного и профилактического действия этих продуктов.

Разработаны композиции кисломолочных продуктов, включающие ароматизатор, витамины, минералы, микроорганизмы, в которые дополнительно вносится олигосахариды хитозана в виде аскорбата, сукцината или их смесей в количестве 0,7-1,4 %, являющимися пребиотиками и обладающими целым комплексом биологически активных свойств.

Установлено, что хитозан и его олигосахариды при внесении их в кисломолочные напитки обладают консервирующим свойством («Исследование свойств хитозана и его олигосахарида при производстве кисломолочных напитков» Василисин С.В., Алиева Л.Р., Перлик Е.А., Герасимова Т.В. СевКавГТУ, Ставрополь, 2004)

Длительное применение пищевых продуктов с консервантами приводит к угнетению бифидобактерий и способствует развитию у человека дисбактериоза. В настоящее время в качестве консервантов применяют неорганические соединения, органические кислоты и их производные.

В то время, как применение «Олигосахарида хитозана пищевого», исключает вредное воздействие органических кислот (консервантов). Используемый аскорбат олигосахарида хитазана , включающий ионосвязанную аскорбиновую кислоту( витамин С) не проявляет для него ацидность.

Также известно, что олигосахариды хитозана эффективно используются в профилактике и комплексной терапии дислипопротеинемии, атеросклероза, туберкулеза, гипертонии, болезней опорно-двигательного аппарата, а так же при алкогольной интоксикации (Патент КР 142373 от 31.03.1998, Патент РФ 2250106 от 14.11.2003, Патент РФ 2259783 от 11.02.2003.)

Таким образом, олигосахариды хитозана могут использоваться в молочной промышленности для производства широкого ассортимента продуктов функционального питания, так и при потенциальной возможности усовершенствования технологических процессов производства классических молочных продуктов, поскольку обладают комплексом необходимых технологических свойств:

растворимостью; способностью к гелеобразованию; стабильностью; устойчивостью к кислой среде и температуре; водо- и жиросвязывающими свойствами; антипригарными свойствами.

В настоящее время продукты функционального питания составляют не более 5% всех известных пищевых продуктов, судя по прогнозам, в ближайшие 10 лет их доля достигнет 30% всего продуктового рынка. При этом они на 35-50% вытеснят многие традиционные лекарственные препараты из арсенала средств сохранения здоровья, профилактической и восстановительной медицины. Так всемирно известная фирма « Nestle» заявила, что в ближайшие 10 лет она переведет все свое производство на выпуск ФПП.

«Олигосахарид хитозан пищевой», используемый для производства ФПП и отвечающей всем требованиям предъявляемые к ингредиентам ФПП безусловно займет ведущее место в этом перспективном направлении.

Литература:

1. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. 2002, Изд-во «Грант»

2. Шендеров Б.А., Манвелова М.А. Функциональное питание. Микроэкологические аспекты. М., Из-во МЗ РФ, 1994.

3. Шендеров Б.А. Базовые мсеханизмы регуляции гомеостаза и модуляция нутриентами.Клиническое питание, 2004, № 3.

4. Шендеров Б.А. Пробиотики, пребиотики и синбиотики. Общие и избранные разделы проблемы. Пищевые ингредиенты. Сырье и добавки. 2005, № 2

5. Шендеров Б.А. Медицинская микробная экология и функциональное питание. Пробиотики и функциональноке питание. Изд-во «Грант, 2001

6. Bengmark S. Nutrition and Resistance to Disease. Intestinfl Translocation/ Old Herborn University Stminar No. 14, 2003

7. Bengmark S. Synbiotic treatment in Clinical Praxis. Old Herborn University Stminar No. 16, 2003

8. WoollenA. FUNCTIONAL FOODS – A NEW MARKET? Food Rev., v.17 N 4

9. Патент RU 2 259 783 от 11.12.2003 г.

10. Василисин С.В., Алиева Л.Р., Перлик Е.А., Герасимова Т.В. Исследование свойств хитозана и его олигосахарида при производстве кисломолочных напитков.СевКавГТУ, Ставрополь, 2004)