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 21-го 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 микробиоэлементы

- 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, не насыщенные 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 же 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, ксиломанннаны, 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 (NH₃) превращается в ионизированный аммоний (NH₄), 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 микрооорганизмов 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, Стврополь, 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, Стврополь, 2004)