Пищевые волокна и методы их выделения

Однако холестерин не только поступает с пищей, но и синтезируется  внутри организма (эндогенный холестерин). Его синтез осуществляется в печени из желчных кислот, всосавшихся из кишечника. Пектин и другие пищевые волокна активно связывают желчные кислоты, изымая их из печеночно-кишечного кругооборота. Это приводит к снижению уровня желчных кислот и эндогенного холестерина.

Потребление практически  бескаллорийных волокон позволяет легко контролировать калорийность рациона, а значит, и собственный вес. 
Все эти замечательные свойства позволяют считать пищевые волокна необходимыми компонентами питания, использовать их как уникальный природный сорбент, регулятор деятельности пищеварительного тракта, корректор нарушений жирового и углеводного обмена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Методы выделения пищевых волокон

 

Выбор методов выделения  пищевых волокон зависит от ряда особенностей перерабатываемого растительного сырья, его состава и плотности упаковки биополимеров клеточных стенок. Они основаны на удалении из растительной ткани низко молекулярных веществ при помощи ряда экстрагентов или обработке ее водными растворами химических веществ, в различных условиях осуществляющих как извлечение, так и частичное разрушение спутников пищевых волокон и межмолекулярных связей.

В зависимости от вида перерабатываемого  сырья его экстракция ведется  водой при нагревании (выжимки и вытерки ряда овощей, фруктов, винограда, свекловичного жома), разбавленными растворами минеральных кислот (серной, соляной, фосфорной), щелочей (отруби, побочные отходы переработки овощей), солями сернистой кислоты, перекисями, гидроперекисями и другими веществами (стебли злаков, пленки, оболочки зерна, трава, древесина и др.), обладающими способностью разрушать структуру одревесневших клеточных стенок.

Обработка растительного  сырья растворами кислот, щелочей, перекисей  приводит к деструкции крахмала, частичному разрушению гемицеллюлоз, лигнина. В результате выделенный полисахаридолигнинный комплекс отличается от нативного и полученные пищевые волокна будут обладать увеличенной поверхностью, повышенной сорбционной способностью в сравнении с исходным сырьем. Поэтому эти способы могут только условно считаться количественными при оценке содержания пищевых волокон.

Химические методы обработки  приводят к полной инактивации патогенной микрофлоры, обсеменяющей растительное сырье, к десорбции основной части  низкомолекулярных веществ, сопутствующих  ПВ, что является благоприятным фактором. Имеющаяся в химической и биотехнологической промышленности аппаратура, реализация при многотоннажной переработке древесины сходных технологий позволяет утверждать целесообразность применения химических методов для производства ПВ в больших масштабах.

Выделение пищевых волокон возможно при нагревании сырья с детергентами — поверхностно-активными веществами. Использование детергента в малых концентрациях и слабое нагревание позволяет выделить основное количество ПВ; при повышении концентрации детергента и температуры среды идет энергичное разрушение полисахаридов и лигнина, в основном остается целлюлоза.

В зависимости от величины pH различают кислотно-детергентный (А) и нейтрально-детергентный (Б) методы выделения пищевых волокон.

А

Воздушно-сухое измельченное сырье

↓

Нагревание 60 мин с 0.5 м //2 50 4 содержащей 20 г цетилгприметиламмоний  бромида (1 г/100 мл )

↓

Фильтрация, отмывка горячей  водой

↓

Сушка, взвешивание

 

 

 

 Рис. 1. Схема кислотно-детергентного метода выделения ПВ из растительного сырья

 

 

Б

Воздушно-сухое измельченное сырье

↓

Нагревание 60 мин с буферным раствором, содержащим 30 г/л лаурилсульфата натрия (0,5~1,02г/100 мл )  
↓

Фильтрация, отмывка водой, ацетоном

↓

Обработка амилазой, сушка, взвешивание

 

Рис. 2. Схема нейтрально-детергентного метода выделения ПВ из растительного сырья.

 

В зависимости от величины pH различают кислотно-детергентный (А) и нейтрально-детергентный (Б) методы выделения ПВ [1] (рис. 1, 2).

Наименее деструктированные пищевые волокна в максимальном количестве выделяют из сырья ферментативными методами. Они основаны на последовательной его обработке амилолитическими (для удаления крахмала), а затем протеолитическими (для удаления белков) ферментами. Например, в ряде работ указывают на возможность использования для этой цели α-амилазы, глюкоамилазы, амилоглюкозидазы, слюнной амилазы, пулланазы, панкреатина, пепсина и других ферментов. Рекомендуемые концентрации ферментов различны: 0,4 мг/мл, 1 мг/мл. г Рассматриваемые соотношения субстрата и фермента — 100 : 1, 50 : 1, 16 : 1

Модификация ферментных методов  приведена в ряде работ. Высушенное сырье измельчают до величины частиц 150 мкм (90%); экстракцию липидов проводят трехкратно петролейным эфиром. Обезжиренную пробу деспергируют в воде с добавлением октанола и выдерживают в течение часа при температуре 130° С в автоклаве. После двукратной указанной операции суспензию и экстракт подвергают действию амилоглюкозидазы и панкреатина (трипсина). Стандартная ошибка определения нерастворимых ПВ 0,05—0,35 %, растворимых — 0,13—0,67 %.  
В ряде работ анализируется содержание и состав водорастворимых и водонерастворимых ПВ. Так, рекомендуется воздушно-сухое сырье экстрагировать 80 % этанолом и хлороформом, остаток обрабатывать амилазой и диали-зовать. В результате в раствор переходит водорастворимая часть, в остатке — водонерастворимая часть ПВ [2, с. 3]. Каждая из них далее анализируется: полисахариды гидролизуют и методом ГЖХ устанавливают состав получа1емых моносахаридов, лигнин определяют по Класону, уроновые кислоты—декарбоксилированием. Таким путем установлено, что пшеничные отруби содержат ПВ 36,5 %, в то же время водорастворимых — 2,3, нерастворимых в воде — 34,2, рисовые отруби соответственно 28,1, 2,5 и 25,6 %.

Предложили инкубировать сырье в течение 40 часов при 65° С с папаином, далее подвергнуть диализу, обработать этанолом, что приводит к удалению белков. Затем при 37° С в течение 16 часов воздействовать на остаток α-амилазой, а после диализа и центрифугирования разделить на водорастворимую и водонерастворимую части ПВ. Рекомендуют сочетание использования Nа-лаурилсульфата и α-амилазы.

Сопоставив известные  методы, предложили вариант, являющийся сочетанием ферментативного и химического  воздействий, позволяющий определить содержание отдельных фракций пищевых волокон. Рассмотрев [5, с. 40], методы определения ПВ, предложенные авторами, провели анализ их содержания различными способами. Отмечено сильное расхождение в оценке количества отдельных фракций. Считают, что несовпадение связано с количеством растворимых ПВ в пробах и возрастает с их увеличением, зависит оно и от соотношения пектина и ГМЦ. Точность метода обусловлена также видом применяемого ферментативного препарата и степенью измельчения сырья.

Оценка содержания ПВ в  растительном сырье и приготовление  из него пищевых продуктов ведется  параллельно во многих странах. Это  обусловлено определенным различием  в составе используемого сырья, связанного с влиянием сортов и условиями  произрастания, своеобразием технологий переработки, особенностями получаемых продуктов.  
В Росии работы в этой области ведутся в Институте питания Российской Академии наук, Одесском технологическом институте пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова и других учреждениях [1, с. 21].  
В Венгрии проведена оценка содержания ПВ и их компонентов в ряде овощей. Показано, что ПВ на 40—50 % состоят из водорастворимых соединений, значительного количества целлюлозы, гемицеллюлоз и небольшого количества лигнина [4, с. 25]. В Норвегии содержание ПВ установили в пшеничной, ячменной, овсяной, ржаной муке, зерне тритикале, отрубях, хлопьях, закусочных продуктовых изделиях из риса, вырабатываемых в этой стране. В Испании количественно определили ПВ в промышленных образцах хлеба, приготовленных в 20 пекарнях, из пшеничной муки с выходом 74 %. Показано, что хлеб с более высоким содержанием клетчатки имел более низкую балловую оценку. Там же установлено содержание ПВ в 21 виде зрелых плодов (яблоках, абрикосах, лимонах, вишне, винограде, апельсинах, груше и др.). Установлено, что количество ПВ колеблется от 0,2 в арбузе до 2,75 в пизанте. Соответственно в тех же продуктах целлюлозы от 0,06 до 1,8 %, гемицеллюлоз от 0,06 до 0,86, лигнина от 0,06 до 0,5, пектиновых веществ от 0,12 до 1,25 %. На содержание пищевых волокон влияют сорт плода и стадии зрелости.

В Англии изучили состав пищевых волокон плодов, овощей, пшеничных отрубей, образцов сухих бобов, капусты, лука, томатов, персиков, груш. Определение вели экстракцией 95 %-ным этанолом, остаток обрабатывали холодной, затем горячей водой и фракционировали оксалатом аммония, гидроксидом натрия различной концентрации.

Определяли содержание пищевых  волокон в некоторых тропических плодах и овощах (ананасы, грейпфруты, манго, плоды дынного дерева, батат и др.); показано, что наибольшее содержание лигнина в кожуре бататов — 0,4 % сырой массы. Гемицеллюлоз в ананасах — 0,51 % и кожуре бататов — 0,9; целлюлозы в кожуре батата — 1,4—1,9 % [3, с. 11].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Пищевые волокна не несут в себе незаменимых пищевых веществ, однако их потребление необходимо для поддержания здоровья организма в целом. Они уменьшают риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, некоторых форм рака, сахарного диабета.

Пища, богатая пищевыми волокнами, менее калорийна, содержит мало жира, много витаминов и минеральных веществ. ПВ увеличивают чувство насыщения, способствуют выведению из организма тяжелых металлов, канцерогенов, радионуклидов, уменьшают всасывание холестерина, положительно влияют на функционирование прямой кишки, снижая риск развития ожирения. Долгое время пищевые волокна считались ненужным балластом, не представляющим никакой ценности для организма человека. С появлением теории адекватного питания, сформулированной российским физиологом Л. М. Уголевым в 80-х г XX века, мнение о балластных веществах стало меняться. Основным источником ПВ являются зерновые продукты, овощи, фрукты, виноград, орехи. Целлюлоза, ГМЦ и лигнин также составляют основную часть клеточных стенок древесины, трав, стеблей злаков, кустарников. Пищевые волокна отсутствуют в животной пище - мясе, рыбе, молоке, яйцах.

Реализация возможности  использования нетрадиционного  растительного сырья в качестве источника пищевых волокон позволит получить экономически выгодные для промышленности пищевые волокна, а их производство устранит имеющийся недостаток в этом виде ингредиентов пищи. Поэтому создание современных и прогрессивных технологий переработки нетрадиционного растительного сырья, отходов растительного происхождения с целью выделения пищевых и биологически активных веществ может открыть широкие перспективы для получения функциональных продуктов питания.

Список литературы

1. Донская Г. А., Ишмаметьева М. В. Пищевые волокна стимуляторы роста полезной микрофлоры организма человека.//Пищевые ингредиенты, сырье и добавки. - 2004. - № 1. - с. 21
2. Дудкин М. С., Казанская И. С., Базилевский А. С. Пищевые волокна//Химия древесины.— 1984.— № 2.— с. 3—6
3. Дудкин М.С., Черно Н.К, Казанская И.С. Пищевые волокна. К.: Урожай, 1988. – 152 с.
4. Нечаев А. П., Траубенберг С. Е., Кочеткова А. А. и др. Пищевая химия. Под ред. А. П. Нечаева. - СПб.: ГИОРД, 2003. -640 с.
5. Погожаева А. В. Пищевые волокна в лечебно-профилактическом питании.//Вопросы питания. 1998. - № 1. – с. 39-42
6. Шатерников В. А. Как правильно питаться.— М.: Агропромиздат, 1986.— 239 с.
7. Хотимченко Ю.С., Кропотов А.В.  Применение энтеросорбентов в медицине// Тихоокеанский медицинский журнал. – 1999. - №2, с. 84-89
8. http://www.shaybakova.com/characteristics_cellulose.htm