Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 6
1.1 Функциональные продукты питания как основа здоровья человека 6
1.2 Жиры и здоровое питание 10
1.2.1. Физиологически функциональные ингредиенты липидной природы 10
1.2.2 Жировые продукты с оптимальным жирнокислотным составом 15
1.3 Спреды как продукты здорового питания 18
1.3.1 Рынок «желтых жиров» 18
1.3.2 Основы технологии спредов функционального назначения 21
1.4 Физиологически функциональные ингредиенты, формирующие микробиоценоз человека 28
1.4.1 Микробная экология пищеварительного тракта человека. Роль и значение пробиотиков в питании 28
1.4.2 Пребиотики как факторы роста и развития микробиоценоза человека 34
1.4.3 Совместное использование пробиотиков и пребиотиков в синбиотических продуктах 37
1.4.4 Методы повышения стабильности пробиотиков в функциональных продуктах 40
1.5 Заключение по обзору литературы и постановка цели исследования 44
2 Экспериментальная часть 45
2.1 Объекты и методы исследований 45
2.1.1 Объекты исследований 45
2.1.2 Методы исследований 47
2.2 Результаты исследований и их обсуждение 66
2.2.1 Обоснование и выбор составов спредов функционального назначения 68
2.2.2 Разработка методики расчета и определение рецептур жировых основ, сбалансированных по содержанию эссенциальных кислот 70
2.2.3 Разработка рецептур функциональных спредов 40- и 60%-ной жирности различного вкусового профиля 85
2.2.4 Исследование стабильности пробиотических микроорганизмов в составе спредов 111
2.2.5 Анализ основных показателей качества разработанных спредов 134
2.2.6 Разработка технологической схемы производства спредов функционального назначения с синбиотическим комплексом... 141
2.3 Общие выводы 143
Список литературы 146
Приложения
- Физиологически функциональные ингредиенты липидной природы
- Физиологически функциональные ингредиенты, формирующие микробиоценоз человека
- Обоснование и выбор составов спредов функционального назначения
- Исследование стабильности пробиотических микроорганизмов в составе спредов
Введение к работе
Создание безопасных и качественных продуктов питания, улучшающих пищевой статус населения, является актуальной задачей пищевой индустрии. Одно из ключевых направлений ее решения связано с разработкой и внедрением в структуру питания населения России различных видов функциональных пищевых продуктов. В качестве последних могут использоваться спреды, представляющие собой современный аналог сливочного масла. Сегодня на российском и мировом рынке представлены спреды, обогащенные витаминами, фитостеринами и их эфирами, микро- и макроэлементами, а также другими физиологически функциональными ингредиентами. Однако возможности модификации традиционных спредов в функциональные продукты путем введения упомянутых ингредиентов далеко не исчерпаны, ассортимент такой продукции остается ограниченным, что определяет актуальность научных исследований и перспективность развития рынка жировых продуктов, которые могут быть позиционированы как продукты, обеспечивающие условия здорового питания.
Среди функциональных ингредиентов особое место занимают пробиотики, способные проявлять нормализующее действие на кишечные микробиоценозы организма человека. Основными пищевыми источниками пробиотиков являются кисломолочные продукты, которые, к сожалению, характеризуются непродолжительным сроком хранения, а кроме того, не всеми потребителями включаются в традиционные пищевые рационы. Альтернативой кисломолочным продуктам с живыми микроорганизмами могут служить спреды, легко обогащаемые, благодаря их эмульсионной природе, пробиотическими культурами. Особенности технологии спредов, современные способы стабилизации лабильных ингредиентов, а также известные приемы повышения активности пробиотиков, позволяют создать новые виды спредов, включающих живые микроорганизмы, с увеличенным сроком годности.
Официальным подтверждением актуальности выполненного исследования является включение его тематики в аналитическую ведомственную целевую программу «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» в виде проекта фундаментальных исследований по теме «Разработка спредов функционального назначения, содержащих синбиотический комплекс» в рамках научной стажировки в Рейнском университете им. Фридриха-Вильгельма г. Бонна (Германия).
1 Обзор литературы
1.1 Функциональные продукты питания как основа здоровья
человека
Одним из важнейших открытий науки о питании XX века явилось установление взаимосвязи между характером питания человека и развитием хронических неинфекционных заболеваний [65]. Пищевой статус (обеспеченность пищевыми веществами) и структура питания населения любой страны являются одним из главных показателей ее благополучия и развития [59].
Нарушение структуры питания можно отнести к одной из главных причин алиментарно зависимых заболеваний [59, 65]. К ним относятся сердечнососудистые, заболевания желудочно-кишечного тракта и др. [48, 59, 65].
Были выявлены основные нарушения пищевого статуса различных групп населения России [59, 101], которыми являются:
- потребление избыточного количества животных жиров при дефиците
полиненасыщенных жирных кислот;
повышенное потребление легко усвояемых углеводов;
недостаток полноценных по аминокислотному скору белков;
- дефицит в составе рационов пищевых волокон (на 30 % ниже
рекомендуемых норм потребления);
недостаток (от 15 до 55%) большинства витаминов и микроэлементов, в первую очередь, витаминов С, Е, группы В и Р-каротина;
наличие полигиповитаминоза у 90% населения;
недостаток потребления макроэлементов - кальция, и микроэлементов — йода, железа, селена, цинка.
Такая ситуация расценивается специалистами как кризисная, способная вызвать дальнейшую депопуляцию населения. Одной из основных причин нарушения пищевого статуса является снижение энергозатрат современного человека, что, обуславливая необходимость снижения потребления энергии,
привело в итоге к сокращению количества потребляемой пищи на фоне сохранения неизменной пищевой плотности рациона (насыщенности его микронутриентами), при этом физиологические потребности в эссенциальных компонентах пищи практически не снизились. Таким образом, возникший недостаток эссенциальных веществ в питании современного человека явился объективным следствием снижения количества потребляемым им пищи [59, 65].
По мнению нутрицитологов, потребность современного человека в микронутриентах не может быть удовлетворена за счет традиционных продуктов и рационов.
Решением проблемы восстановления нарушений пищевого статуса населения является обогащение традиционных и новых продуктов эссенциальными компонентами пищи. Эта идея послужила теоретической основой для разработки продуктов, в составе которых присутствуют эссенциальные ингредиенты в количествах, обеспечивающих физиологические потребности организма в незаменимых факторах питания [65]. Такие продукты были названы функциональными.
Впервые термин «функциональные продукты» - «functional foods» появился в статье японских ученых Swinbanks и О^Вгіеп в 1993 г. Япония сразу стала лидером в этой сфере, обладая на сегодняшний день значительной долей рынка таких продуктов [65]. Мировой рынок функциональных продуктов к 2010 г. должен составить более 30% рынка всех продуктов питания [183].
Предпосылкой к развитию рынка функциональных продуктов послужила концепция позитивного питания, выдвинутая Potter в начале 90-ых гг. XX века, согласно которой, ежедневно необходимо потреблять пищевые продукты и напитки, которые могут принести пользу здоровью [59].
Существует множество определений термина «функциональный продукт» [65, 225]. Согласно ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения», функциональным
является «пищевой продукт, предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами здорового населения, снижающих риск развития заболеваний, связанных с питанием, сохраняющий и улучшающий здоровье за счет наличия в его составе физиологически функциональных ингредиентов» [47]. Зарубежные и отечественные источники определяют функциональные продукты как, так или иначе, положительно влияющие на здоровье [65, 216, 225, 226, 230].
Наличие внесенных или нативных физиологически функциональных ингредиентов на уровне их позитивного действия на организм является обязательным условием [47, 65]. НИИ питания РАМН разработаны рекомендации по суточным уровням потребления россиянами пищевых и биологически активных веществ [216].
Российскими учеными описаны различные научно обоснованные методы создания функциональных продуктов [59, 65]. Их создание лежит на стыке пищевой и медицинской науки.
Обобщая данные ряда публикаций, можно предложить классификацию функциональных продуктов по трем классификационным признакам [59, 65, 106]:
I. По физиологическому эффекту:
обеспечивающие профилактику сердечно-сосудистых заболеваний;
обеспечивающие профилактику желудочно-кишечных заболеваний и улучшающие работу кишечника;
обеспечивающие профилактику онкологических заболеваний;
антидиабетические;
для профилактики ожирения;
для улучшения памяти;
препятствующие старению организма. И. По способу получения:
- сохраняющие (содержащие функциональные ингредиенты в нативном
виде в значительном количестве);
исключающие (содержание пониженное количество вредных или мешающих проявлению физиологической активности продукта компонентов );
обогащенные функциональными ингредиентами, включая продукты, в которых один или несколько компонентов замещены на физиологически функциональный ингредиент;
комбинировнные (содержащие ингредиенты, которые только совместно проявляют физиологическую активность);
- полученные из модифцированного сырья (сырье, которое было
предварительно обогащено функциональными ингредиентами).
III. По основным пищевым группам:
функциональные молочные продукты;
функциональные продукты на зерновой основе;
функциональные жировые продукты;
функциональные напитки;
кондитерские изделия функционального назначения;
другие виды функциональных пищевых продуктов.
Приведенная классификация свидетельствует о разнообразии подходов к разработке функциональных продуктов.
Одной из категорий функциональных пищевых продуктов являются жировые продукты, которые при общей тенденции сокращения доли жиров в пищевом рационе с целью снижения его калорийности, относятся к незаменимым факторам питания как источники эссенциальных ингредиентов.
1.2 Жиры и здоровое питание
1.2.1 Физиологически функциональные ингредиенты липидной
природы
Жирами (липидами) называется смесь разнообразных по строению органических соединений, выделяемых из природных объектов [108]. В качестве общего элемента структуры липидов выделяют длинноцепочные алкильные (алкенильные) цепи, соединенные сложной или простой эфирной связью с три- и диолами, высшими алифатическими или аминоспиртами.
Жиры характеризуются пищевой ценностью и биологической эффективностью, которая является составной частью показателя пищевой ценности. Биологическая эффективность жира характеризуется содержанием в его составе незаменимых (эссенциальных) жирных кислот в определенном количесвте и соотношении друг с другом, а также с заменимыми жирными кислотами. В интегральный показатель пищевой ценности жиов входит наличие в них жирорастворимых витаминов, а также отсутствие трансизомеров жирных кислот.
Основным компонентом жиров являются триацилглицерины (ТАГ), или триглицериды, которые подразделяются на симметричные и несимметричные [108] и содержат различные жирные кислоты. Японская конференция по биохимии липидов идентифицирует 755 жирных кислот, которые подразделяют на 2 основные группы: насыщенные (НЖК) и ненасыщенные, которые, в свою очередь, делятся на мононенасыщенные (МНЖК) и полиненасыщенные (ПНЖК) жирные кислоты [108, 176, 192, 210].
НЖК содержатся в значительном количестве в животных жирах, твердых растительных маслах. Наиболее распространены миристиновая, лауриновая, пальмитиновая, стеариновая, арахиновая кислоты [176]. ШКК являются необходимым элементом питания [109].
МНЖК (важнейший педставитель - олеиновая кислота) присутствуют во всех жирах растительного и животного происхождения и могут иметь как цис-,
так и транс-конфигурацию [65]. Наиболее распространенными транс-МНЖК являются эллаидиновая и вакценовая кислоты. В натуральных растительных жирах содержание транс-конфигураций обычно не превышает 1% [135, 176]. Максимальное количество транс-изомеров в натуральных животных жирах отмечается в молочном жире (не более 8-10%), говяжьем, конском, бараньем жире (до 10%) [85, 135], в жире кенгуру (до 21%) [176]. Высокое содержание транс-изомеров присутствует в заменителях какао-масла и молочного жира [85]. В селективно гидрированных растительных маслах (саломасах) содержание их выше и составляет 45-55% [135], а теоретически может достигать 67 % [9].
Начиная с 80-тых гг. XX века существуют многочисленные данные о возможности негативного влиянии транс-изомеров жирных кислот на здоровье человека [5, 84, 85, 135]. В связи с этим, в течение последних лет в мире наблюдается тенденция по снижению трансизомеров в структуре питания населения, разрабатываются продукты с пониженным содержанием трансизомеров.
ПНЖК содержатся в значительном количестве в растительных маслах, а также в жидких животных жирах. По своей химической природе они представляют собой, в основном, одноосновные кислоты линейного строения с четным числом атомов углерода от 12 до 24 с двумя или более двойными связями в цис-конфигурации [59, 109].
ПНЖК относятся к физиологически функциональным ингредиентам. Адекватный уровень потребления ПНЖК установлен НИИ питания РАМН на уровне 11 г/сут. [101]. Они должны составлять не более 10% калорийности суточного рациона питания [23, 109]. Среди физиологических свойств ПНЖК отмечают синтез компонентов клеточных мембран, выведение холестерина из организма, снижение уровня артериального давления, предупреждение ишемической болезни сердца [59, 79]. Повышенное же потребление ПНЖК может привести к риску развития некоторых заболеваний [23]. В связи с этим
установлен верхний допустимый уровень потребления ПНЖК, который для России составляет 20 г/сут. [101].
Установлено, что наибольшую физиологическую активность способны проявлять ПНЖК, относящиеся к семейству со-6 и со-3 жирных кислот [23, 91, 208]. Классическими представителями ПНЖК семейства со-6 являются:
ЛИНОЛеваЯ (Сі8:2), у-ЛИНОЛЄНОВаЯ (Сі8;з), араХИДОНОВаЯ (С20:4) кислоты. В
последнее время идентифицированы и другие ПНЖК этого ряда [192].
Наибольшее количество линолевой кислоты содержится в кукурузном, соевом, подсолнечном, конопляном маслах (до 50-70%), в рыжиковом и софлоровом (до 85%) [114].
ПНЖК семейства со-3 являются [109]: а-линоленовая (С]8:з)> эйкозапентаеновая (Сго^Х докозагескаеновая (С22:б) кислоты. Найдены и другие представители этой группы [192].
а-Линоленовая кислота в значительном количестве присутствует в льняном (до 67%), рыжиковом (до 38%), конопляном (до 28%) маслах [114].
Наибольшее количество арахидоновой кислоты найдено в фосфолипидах. Арахидоновая кислота, как и эйкозапентаеновая, является предшественником синтеза группы медиаторов - эйкозаноидов, которые обладают высокой биологической активностью [109, 192].
Эйкозапентаеновая и докозагескаеновая кислоты содержатся, в первую очередь, в жирах рыб и водорослях. Докозагексаеновая кислота является предшественником докозаноидов, которые, как и эйкозанойды, участвуют в выполнении важных нейрофизиологических функций организма [192].
Линолевая (со-6) и линоленовая (со-3) кислоты являются незаменимыми (эссенциальными), т.е. они не синтезируются в организме человека и животных, а должны поступать с пищей. Метаболитом линолевой кислоты в организме является арахидоновая (со-3), которую также относят к эссенциальным [59, 109].
Биологическая эффективность липидов определяется не только составом ТАГ, но и присутствием так называемых сопутствующих веществ: витаминов,
стеринов, каториноидов, фосфолипидов, выполняющих важные физиологические функции в организме.
Важную биологическую роль имеют токоферолы и токотриенолы, представляющие собой высокомолекулярные циклические спирты насыщенные и ненасыщенные. Наибольшее количество токоферолов содержится в кукурузном, кунжутном и соевом маслах (до 1500 мг/кг), токотриенолов - в пальмовом масле (до 400 мг/кг) [192]. Наибольшим физиологическим действием обладают а-токоферолы, которые обозначают как витамин Е. Основное действие витамина Е в организме направлено на предотвращение процессов старения клеток и синтез половых гормонов. Наибольшей антиокислительной активностью обладают р и у-токоферолы, которые используются в качестве антиоксидантов в пищевой промышленности [114]. Токоферолы как физиологически функциональные ингредиенты хорошо изучены и давно применяются для обогащения пищевых продуктов. Следует отметить, что витамин Е является биологическим синергистом ПНЖК семейства со-3. Рекомендуемая норма его потребления составляет 15 мг/сут., при этом введение их в качестве обогатителя пищевых продуктов должно превышать этот уровень более, чем в 10 раз, что обусловлено низкой устойчивостью витамина в ходе технологического процесса. Суточный уровень потребления витамина Е не должен превышать 100 мг, хотя негативные проявления избытка потребления этого витамина не выявлены [59,101].
Другими сопутствующими веществами жиров являются стерины и их эфиры с жирными кислотами - станолы. Они представляют собой полициклические одноатомные спирты ненасыщенные и насыщенные. Наибольшее количество (около 1%) стеринов содержится в масле из зародышей пшеницы, рисовом, кунжутном, кукурузном, облепиховом, рапсовом маслах [114, 238]. Наибольший исследовательский интерес представляют стерины и станолы растений, которые называют фитостеринами и фитостанолами, а также животных организмов, к которым, в первую очередь, относится холестерин.
Холестерин подразделяется на две группы: ЛНП-холестерин (липопротеины низкой плотности) и ЛВП-холестерин (липопротеины высокой плотности). Первый тип относят к вредным веществам, т.к. именно этот тип холестерина вызывает образование атеросклеротических бляшек в сосудах. Второй тип холестерина способствует выведению холестерина низкой плотности из периферийных тканей и из кровотока с последующей утилизацией в печени.
Только 15-35% холестерина имеет экзогенное происхождение, т.е. поступает в организм с пищей, остальной холестерин синтезируется в печени. К компонентам пищи, способствующим повышению количества холестерина низкой плотности, относят, прежде всего, НЖК и трансизомеры жирных кислот [21,187].
Основная физиологическая функция фитостеринов и фитостанолов в организме заключается в их способности снижать уровень холестерина низкой плотности в крови, способствуя снижению риска возникновения сердечно-сосудистых заболеваний [121,187, 241,211, 219, 248].
В растениях идентифицировано более 40 фитостеринов, но наиболее распространенными являются р-ситостерин, кампестерин и стигмастерин.
Пищевой рацион европейца в среднем включает 150-450 мг/сут. фитостеринов, поступающих с растительными маслами, злаками, фруктами и овощами, и намного меньшее количество (30-50 мг/сут.) фитостанолов, источниками которых в рационе являются кукуруза, пшеница, рожь и рис [21, 121,218].
Способность фитостеринов снижать уровень холестерина низкой плотности в крови связана с аналогией в химической структуре этих стеринов [121, 187]. Механизм блокирования всасывания холестерина фитостеринами еще до сих пор точно не выяснен [21, 187]. Многочисленные клинические испытания показали, что оптимальной дозой потребления фитостеринов и фитостанолов является 1-3 г/сут., что приводит к снижению холестерина низкой плотности в плазме крови на 10-15%. [21,187,241].
Фитостерины имеют статус абсолютно безвредных веществ (GRAS-статус). Согласно рекомендациям НИИ питания РАМН адекватный уровень потребления
{3-ситостерина составляет 20 мг/сут., (З-ситостерол-Б-гликозида - 300 мг/сут., стигмастерина - 20 мг/сут. [101].
В промышленности основную массу фитостеринов и фитостанолов получают из соевого и таллового (продукт переработки древесины) масел [218]. Наиболее популярными марками промышленных фитостеринов можно назвать их эфиры «Take Control» (компания «Unilever»). Их основными конкурентами является компания «Raisio», выпускающая эфиры фитостанолов под маркой «Benecol». Среди функциональных продуктов на мировом рынке, обогащенных стеринами и етанолами, можно отметить маргарины, спреды, растительные масла, сыры, соки, кисломолочные напитки, йогурты, молоко [21,48,74].
1.2.2 Жировые продукты с оптимальным жирнокислотным составом
Согласно данным НИИ питания РАМН, количество ПНЖК в здоровом питании должно превышать количество насыщенных жирных кислот НЖК, содержание трансизомеров жирных кислот не должно превышать 8%. В питании здоровых людей соотношение жирных кислот семейства со-3 к со-6 должно составлять 1:10. В лечебно-профилактическом питании это соотношение должно быть снижено до 1:5, при этом соотношение ПНЖК:НЖК должно составлять от 1:1 до 2:1 [175]. Можно предположить, что формула сбалансированного жира записывается следующим образом: 35-45% ПНЖК (из которых 3-8% га-3 - жирных кислот и 29-37% со-6 - жирных кислот), 30-35% МНЖК и 28-35% НЖК. Таким образом, соотношение ПНЛОС:МНЖК:НЖК должно приближаться к 1:1:1. Жир, удовлетворяющий таким требованиям, обладает повышенной биологической эффективностью [83, 175].
Если проанализировать наиболее распространенные на мировом рынке жиры, то можно утверждать, что все они, взятые в отдельности, не могут полностью удовлетворять формуле сбалансированного жира (табл.1).
Таблица 1 Групповой жирнокислотный состав наиболее распространенных масел
(Codex Alimentarius [206])
Лидерами по объемам производства жиров в мире в последнее время являются пальмовое, соевое и рапсовое масла. Исходя из проблемы всемирного продовольственного кризиса, именно эти масла с достаточно хорошо изученными свойствами, следует рассматривать как объекты для создания «идеальных жиров» [5, 12, 22, 52, 90, 114, 150, 214].
Наиболее ценными с физиологической точки зрения являются растительные масла, жиры рыб и морских животных, молочный жир, которые обладают высокой биологической эффективностью. Молочный жир, например, содержит лецитин с липотропным действием, витамины А и Д, однако в нем мало незаменимых ПНЖК и много холестерина. Как показывает табл. 1, самые распространенные в мире масла также не сбалансированы по жирнокислотному составу.
Существует несколько вариантов модификаций жиров. К ним относятся гидрогенизация, переэтерификация, фракционирование [9]. Однако наиболее простым и безопасным в техническом, экономическом, экологическом, физиологическом аспектах процессом модификации является смешивание, или купажирование, жиров для достижения оптимального состава жирных кислот ТАГ.
Концепция купажирования масел с целью оптимизации жирнокислотного состава была разработана учеными МГУ 1111 в конце 90-ых годов прошлого века как основное направление в создании функциональных жировых продуктов [107, 109]. Известны разработки купажированных
фасованных масел, мучных кондитерских изделий, содержащих растительные масла в оптимальных соотношениях [77, 79, 109, 111, 152, 157]. Однако, как утверждает Красилъников, требуются дальнейшие разработки новых продуктов с оптимизированным липидным составом [153].
Задача оптимизации жирнокислотного состава путем купажа лежит в плоскости математических методов программирования. Существуют данные о применении математических методов для решения задачи оптимизации, например: метод на основе поиска максимума обобщенной целевой функции [143], использование номограмм [142], метод линейного программирования [76, 152]. В Московском государственном университете прикладной биотехнологии разработана компьютерная программа для оптимизации трехкомпонентной системы по соотношению НЖК, МНЖК, ПНЖК методом «золотого сечения» [164].
Приведенные методы, однако, не в полной мере могут применяться для всестороннего и полного расчета многокомпонентной смеси. Так, при расчете соотношения ГШЖК:МНЖК:НЖК не учитывается соотношение семейств жирных кислот со-3:о>6 и наоборот. Вследствие этого создание прикладной компьютерной программы для расчета компонентов смеси «идеального» жира представляется актуальной задачей.
Существующее в природе разнообразие натуральных жиров дает возможность создавать композиции с оптимальными физиологическими параметрами для применения в рационах питания, при разработке функциональных продуктов без применения классических видов модификаций.
Создание жиросодержащих продуктов должно проходить сквозь призму современных представлений о составе и оптимальном соотношении компонентов жиров. Такой подход должен применяться при разработке всех видов продуктов для здорового питания. Особенного внимания требуют продукты на основе жиров, относящиеся к эмульсионным жировым продуктам (сливочное масло и его аналоги).
1.3 Спреды как продукты здорового питания 1.3.1 Рынок «желтых жиров»
Натуральное сливочное масло имеет историю около 5000 лет [31]. С получением в 1869 году французским химиком Hippolyte Mege Mouries патента на производство маргарина началась эпоха аналогов сливочного масла [116, 236]. В 1938 г. американцы Arthur Fisher, La Grange, Laurens Chalking получили патент на способ получения пищевой пластичной композиции, где впервые был применен термин «спрэд» (от англ. to spread - «намазывать») [36, 154]. Промышленный выпуск комбинированного масла с частичной заменой молочного жира растительным был впервые осуществлен в Швеции в 1969 г. [56]. Маргарин и спред объединяют в категорию маргариновой продукции, а совместно со сливочным маслом они составляют так называемую группу «желтых жиров» [154]. Этим термином принято называть сливочное масло и его аналоги для выделения этой группы продуктов от растительныех масел и животных жиров, топленых, модифицированных жиров, а также других жировых продуктов.
Сливочное масло представляет собой дисперсную систему и включает в себя в качестве жировой основы только молочный жир. В отличие от него, маргарин представляет собой эмульсию, преимущественно, обратного типа, жировая основа которого состоит из растительных или животных жиров в натуральном или модифицированном виде. Основное отличие группы спредов заключается в более пластичной консистенции спредов, а также в больших возможностях для различного рода их модификаций [32, 146, 155, 178].
Маргарин в России стали вырабатывать в 1873 г. в С.-Петербурге [116]. Своего максимального развития маргариновая промышленности достигла в 1990 г., когда потенциал производства возрос до 1 млн. т и было выработано 808 тыс. т маргарина. После этого пика прослеживается четкая тенденция к снижению производства, которое в 1995 г. достигло своего минимума, когда было выработано 198 тыс. т продукции.
Рисунок 1 - Объемы производства маргариновой продукции в России
После кризиса 1995 г. производство маргариновой продукции в России имеет устойчивую положительную динамику, уровень 1990 г. практически достигнут (рис.1) [1, 25, 40, 50, 51, 71, 81, 127, 154]. Сегодня маргариновая промышленность имеет мощности, позволяющие выпустить продукции около 1 млн. т в год, однако, этот потенциал используется только на 50-60 %. Насыщение рынка маргариновой продукции специалисты оценивают на уровне 750-800 тыс. т в год [40, 50, 81].
Среднедушевое потребление маргариновой продукции в России согласно рекомендациям НИИ питания РАМН составляет 7-7,5 кг в год [81], что предполагает ежедневную норму потребления в количестве двух порций по 10 г. Фактическое производство не удовлетворяет этим требованиям. Так, в 2006 г. ее потребление составило 5,1 кг [127].
Основными странами-импортерами маргариновой продукции в Россию являются Бельгия, Германия, Дания, Италия, Латвия, Нидерланды, Малайзия, Финляндия [81]. Сегодня доля импорта на российском рынке составляет около 10%. Объемы экспорта невелики и составляют около 2 % от российского производства. Маргариновая продукция поставляется более чем в 15 стран [90].
Разработки новых видов маргариновой продукции бутербродного назначения привели еще в 30-ые годы прошлого века к появлению спредов, которые были официально узаконены Codex Alimentarius только в 1994 г.
Согласно европейской классификации, спредами называют любую жировую эмульсию обратного типа с жирностью ниже 80% [56]. Появление с начала 90-ых годов на российском рынке импортных спредов было связано с отсутствием четких отличий этих продуктов от маргарина и сливочного масла. Решением этой проблемы стало введение в 2005 г. ГОСТа на спреды, который определил понятие «спред» [44]. В 2008 г. в России принят закон о Техническом регламенте на масложировую продукцию, где также дается определение спреда [191].
Объемы производства спредов в России постепенно наращиваются. Так, в 2007 г. было произведено 66 тыс. т спредов, по сравнению с 2006 г. годом объемы увеличились на 21,6% [103]. Всего в масложировой промышленности спреды выпускают 17 предприятий, в маслодельной - около 70 [89].
Лидерами производства спредов на сегодняшний день в России являются ГК «Нижегородский МЖК» (марки «Кремлевское», «Крестьянское подворье», «Масио»), ОАО «Евдаковский МЖК» (марки «Дамилко», «Воронежское», «К чаю»), ООО «Эфко-Слобода» (марки «Нежка», «Слобода», «Альтеро»), ООО «Юнилевер СНГ» (марка «Rama»), компания «Хайнц-Петросоюз» (марки «Деревенское», «Моя Семья», «Мечта Хозяйки», «Матренкино», «Станичное», «Покровское», «Полдень»), компания «Демиург» (марка «Смоленка») [193].
Маркетологи считают, что дальнейшее развитие рынка желтых жиров должно сопровождаться увеличением сегмента продуктов с повышенной потребительской ценностью, класса «премиум» [27, 55, 56, 140]. Несмотря на низкую емкость российского рынка, занимаемую спредами, создание новых видов продукции данной группы поможет вывести их на новый уровень в отрасли. На это указывает рост мирового выпуска функциональных спредов в 2007 г. по сравнению с 2001 г. в два раза [32], а также прогноз роста продаж спредов как в России, так и во всем мире [27].
На сегодняшний день наиболее перспективным развитием маргариновой отрасли является появление на рынке новых функциональных продуктов.
1.3.2 Основы технологии спредов функционального назначения
Спреды представляют собой эмульсии преимущественно обратного типа (тип «вода в масле») с размерами капель водной дисперсной фазы не более 2-4 мкм, которые стабилизированы в жировой среде эмульгатором [9]. Степень диспергирования зависит от многих факторов, в т.ч. от температуры [60, 231, 232].
Жировая основа спреда является многокомпонентной смесью триглицеридов, состоящей из смеси полностью обезличенных натуральных или модифицированных жиров и масел. Важнейшие показатели, характеризующие свойства жировой основы: температура плавления, твердость и содержание твердой фазы триглицеридов (ТФ ТАГ).
Консистенция спреда характеризуется показателем твердости и содержанием ТФ ТАГ в жировой основе [141, 164].
Содержание ТФ ТАГ в жировой основе подбирается исходя из следующих соображений:
- при температуре 0-15 С их содержание определяет реологические
свойства спреда в технологическом процессе и в процессе хранения
(технологическая зона);
при 20-30 С этот показатель определяет сохранение консистенции спреда при употреблении (представительская зона);
при 35-37,5 С практически полное отсутствие твердых триглицеридов характеризует хорошие органолептические показатели и усвояемость, связанные с полным расплавлением спреда в ротовой полости (потребительская зона, или зона сенсорных ощущений) [158, 169].
Содержание твердых триглицеридов в жировой основе спредов при температуре 5-Ю С должно составлять 20-40% , при 20 - 25 С - 10 - 20%, полное расплавление при температуре 35-36 С характеризуется содержанием твердых триглицеридов, не превышающем 2-4%, а при температуре 37,5 С
содержание твердых триглицеридов должно быть не более 0,3% [74, 124, 126, 158].
Технология производства маргариновой продукции заключается в том, что жидкую обратную эмульсию охлаждают и кристаллизуют в строго контролируемых условиях и полученной таким образом пластичной массе придают необходимую товарную форму. Важнейшие качественные показатели готовой продукции - консистенция, температура полного расплавления -определяются кристаллической структурой жировой основы [9]. Преобладающим типом кристаллических структур должны быть р', обладающие однородностью и стабильностью с размерами 1-2 мкм [147, 169].
Для формирования консистенции жировой основы спредов необходимы твердые при комнатной температуре жиры. Альтернативой саломасу и переэтерифицированным жирам могут быть натуральные растительные масла твердой консистенции (пальмовое, кокосовое, пальмоядровое).
Пальмовое масло, широко применяемое для производства маргариновой продукции в течение многих десятилетий, обычно вводится в жировую основу в количестве, не превышающем 35-50% [20, 56, 85, 120, 163, 169, 198, 213, 236].
Недостатком пальмового масла в качестве основы спредов является медленная кристаллизация и склонность к полиморфизму (посткристаллизация), что может приводить к порокам консистенции при хранении [169, 213]. Указанные проблемы могут быть решены путем увеличения времени охлаждения, интенсивной механической обработкой эмульсии, дополнительной обработкой в декристаллизаторе [9, 120]. Малазийский совет по распространению пальмового масла рекомендует после стадии переохлаждении эмульсии маргариновой продукции на основе пальмового масла вводить дополнительную стадию - структурообразование при 5-7 С в течение 24 ч [20].
Кокосовое и пальмоядровое масла применяются для производства маргариновой продукции в меньшей степени, т.к. повышенный ввод лауриновых жиров может привести к снижению пластичности при низких температурах, а при комнатной температуре продукт будет излишне мягким [169].
В качестве пищевых добавок в рецептуре спреда используют эмульгаторы и стабилизаторы (моно- и диглицериды жирных кислот, эфиры полиглицерина, лецитины и др.) [53, 54, ПО, 172, 173], консерванты (сорбиновая и бензойная кислота и их соли) [44], антиоксиданты (токоферолы, аскорбиновая кислота и ее эфиры, экстракты розмарина, шалфея, зеленого чая, производные галловой кислоты и др.) [44, 56, ПО, 132, 152], красители (Р-каротин, аннато, масло шиповника и др.) [9]. Рецептурными компонентами низкожирных спредов являются загустители и гелеобразователи (пектины, камеди, модифицированные крахмалы и целлюлозы и другие гидроколлоиды) [ПО, 112, 240]. Сливочный вкус спреду могут придавать молочный жир, молочные ингредиенты (сухое молоко, пахта, сыворотка и т.д.), ароматизаторы молочно-сливочной группы (жиро- и водорастворимые) [16, 17], бактериальные ароматобразующие закваски, имитаторы жира (модифицированные крахмалы, специальные белки, камедь трагикана, -ксантановая камедь, фруктоолигосахариды, полидекстроза, желатин и др.) [116, 240].
Спред, по сравнению со сливочным маслом и маргарином, удовлетворяет требованиям, предъявляемым к здоровым продуктам. В его рецептуре регламентируется содержание транс-изомеров жирных кислот, которое должно быть не более 8%, в маргарине оно может доходить до 67%. Содержание линолевой кислоты (семейства со-6), в зависимости от вида спреда, может быть от 5 до 45% [44], тогда как в сливочном масле этот показатель - не больее 3,5%. Сливочное масло содержит 180-200 мг/100 г холестерина, в то время как спреды - не более 90 мг/100 г [83].
Спреды, благодаря наличию водной (гидрофильной) и жировой (гидрофобной) фаз, являются удобным объектом для введения в их состав физиологически функциональных ингредиентов. Комбинированием жировой основы, например методом купажирования, спредам также можно придать функциональные свойства [152].
Разработке методологической базы создания функциональных эмульсионных жировых продуктов посвящены исследования [24, 69, 115, 134, 162, 166], в некоторых применены методы математического моделирования [115, 134, 158]. Снижение уровня трансизомеров и холестерина, повышение уровня ПНЖК, оптимизация соотношений кислот семейств со-3 и со-6, снижение общей жирности, обогащение функциональными ингредиентами — вот основные аспекты формирования функциональности спредов [69].
Сегодня существует достаточно много сведений о разработках функциональных продуктов, относящихся к группе желтых жиров. Их можно разделить на две категории: жировые продукты с оптимизированным жирнокислотным составом и продукты с функциональными ингредиентами [93, 136].
Спреды с оптимизированным жирнокислотным составом достаточно распространены в промышленности. Зарубежные разработки в этой области привели к созданию маргарина, обогащенного 0,4% докозагексаеновой кислотой, которая поступает туда как компонент масла морских водорослей [39]. Компанией «Unilever» выпускаются спреды «Becel» (4 % ю-3 и 26 % со-6), некоторые марки которых дополнительно обогащены 0,5% эйкозапентаеновой и докозагексаеновой кислотой. Диетические маргарины «Deli», выпускаемые в Германии, содержат 2-4,5% со-3 и 8-26,5% со-6 жирных кислот в зависимости от жирности продукта. Следует отметить 40%-ый спред, разработанный коллективом компании «Гидрозоль», обогащенный со-3 жирными кислотами за счет введения в рецептуру 6,7% льняного масла [91].
Среди отечественных разработок в этой области стоит отметить работы
коллектива МГУПП. Получены спреды, жировая основа которых содержала
смесь подсолнечного и рапсового масел (соотношение ю-3:со-6 = 1:10) [111].
Добавление в жировую основу переэтерифицированного жира снижает, однако,
общее количество ПНЖК купажа. В Московском филиале ВНИИ жиров
разработаны растительно-жировые спреды, включающие подсолнечное,
кокосовое и пальмовое масла, соотношение НЖК:МНЖК:ПНЖК в купаже
которых приближается к 1:1:1 [79]. ВНИИМС предложил технологию
сливочно-растительного спреда на основе молочного и
переэтерифицированного жиров, а также рыжикового масла в соотношении 2:1:1. Однако содержание ПНЖК в основе не превышало 20% [165]. Рыжиковое масло с каротиноидно-токоферольным комплексом облепихи применяли для создания жировой основы спредов с содержанием ПНЖК до 19 % в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности [166].
Интересным объектом внесения в состав спредов является красное пальмовое масло со сбалансированным жирнокислотным составом, являющееся источником токоферолов, токотриенолов, каротиноидов, убихинона. С участием ученых МГУПП и ВНИИ жиров были созданы спреды и маргарины, содержащие до 4% этого масла [67, 92, 154].
Есть сведения об использовании в жировых основах спредов и маргаринов оливкового, сафлорового масла, масла авокадо, рыбьих жиров [154, 236], которые являются источниками ПНЖК.
Общим недостатком найденных в литературе сведений о маргариновых продуктах с оптимизированным жирнокислотным составом является недостаточно четкое обоснование соотношений тех или иных групп жирных кислот. Так, оптимизируя содержание ПНЖК, МНЖК и НЖК, исследователи зачастую забывают об оптимизации соотношений со-3 и со-6 в составе ПНЖК.
Использование не модифицированных растительных жиров позволяет получить маргарины или спреды практически без трансизомеров, т.н. «zero-
trans-маргарины» [233]. Существуют разработки маргариновой продукции вовсе не содержащие жиры или содержащие искусственно синтезированные жиры [154, 236].
В ряде европейских стран вся жировая продукция подлежит витаминизации, для чего используются витамины А, Е, Д. Витаминизация была первым примером обогащения желтых жиров функциональными ингредиентами. Сегодня их список гораздо шире.
Одним из популярных в последнее время функциональных ингредиентов для маргариновой продукции являются фитостерины и фитостанолы, основным физиологическим действием которых является снижение холестерина в крови. В промышленности основной объем таких функциональных продуктов выпускается компаниями-конкурентами «Unilever» (марки «Becel» и «Take Control» с фитостеринами) и «Raisio» (марка «Benecol» с фитостанолами) [219]. Использованию стеринов и станолов в жировых продуктах посвящено множество публикаций [74, 121, 211, 219, 241, 248]. В России также проводились исследования по разработке спредов с фитостеринами [74, 187].
В Кубанском государственном технологическом университете разработаны сливочно-растительные спреды «Золотая Кубань» с добавлением томатно-масляного экстракта, содержащего токоферолы, каротиноиды, фитостерины, эссециальные жирные кислоты, а также БАД «Витол», которая содержит фосфолипиды [64,105].
Перечень функциональных ингредиентов, используемых для получения жировых продуктов, на сегодняшний день достаточно ограничен, что свидетельствует об актуальности поиска новых перспективных ингредиентов и методов создания функциональных продуктов данной категории.
Одним из методов повышения привлекательности среди потребителей функциональных жировых продуктов является расширение их ассортимента путем изменения вкусового профиля [31]. Это достигается за счет
использования натуральных или идентичных натуральным ароматизаторов, натуральных вкусовых наполнителей или их сочетаний [33].
Использование вкусовых наполнителей в продуктах категории желтых жиров осуществляется уже давно. Известны разработки шоколадного масла, масла с какао, с кофе, с цикорием, фруктового, ягодного, медового, сырного, с йогуртом, с пряностями и приправами, с зеленью, с овощными добавками, с икрой, с море- и мясопродуктами [31, 33, 34, 98, 161, 172]. Новинкой европейского рынка стал выпуск сливочного масла с ароматами грейпфрута и сочетанием острого перца с лаймом [56].
Вкусовые и ароматические ингредиенты сливочного масла можно применять и в технологии маргариновых продуктов. Среди аналогов сливочного масла с вкусовыми добавками можно отметить отечественные разработки медового и шоколадного маргаринов [33, 119, 139, 161, 168], которые часто встречаются и в реальном секторе производства.
Московским филиалом ВНИИ жиров разработаны фруктово-ягодные спреды «Зебра» с клубничным и смородиновым вкусовыми профилями [80]. ГК «Нижегородский МЖК» выпускает шоколадный спред, шоколадный с ароматом ореха, со вкусами сыра, бекона, икры, чеснока [193].
Однако ассортимент спредов с вкусовым профилем, отличным от классического, на российском рынке остается весьма ограниченным, что определяет перспективность дальнейших разработок в этой области.
Спреды открывают широкие возможности для новых разработок в области функциональных продуктов, сочетающих все достоинства натурального сливочного масла при отсутствии его недостатков.
Применение нетрадиционных функциональных ингредиентов для этой категории продуктов может привести к созданию таких эффектов, которые будут иметь дополнительное положительное воздействие на системы организма. К числу таких ингредиентов относятся вещества, способные формировать микробиоценоз организма человека.
1.4 Физиологически функциональные ингредиенты, формирующие микробиоценоз человека
1.4.1 Микробная экология пищеварительного тракта человека. Роль и значение пробиотиков в питании
Нормальная микрофлора (нормофлора) организма человека представляет
собой открытую форму биоценоза, находящегося в равновесии между
организмом человека и окружающей средой. Показатели количественного
содержания микроорганизмов нормальной микрофлоры россиянина
стандартизированы [72]. В основном, они представлены бесспоровыми
анаэробами, среди которых выделяют бифидобактерии, лактобактериии,
пропиновокислые бактерии, фузобактерии, эубактерии, клостридии и
некоторые другие [133, 183]. Среди аэробов встречаются энтерококки,
кишечная палочка, стафилококки, дрожжи и др. Однако их суммарное
количество не превышает 4% и они рассматриваются как добавочная или
случайная микрофлора. Микроорганизмы кишечника образуют так
называемую биопленку, которая содержит также полисахариды микробного происхождения и муцин, продуцируемый клетками слизистой кишечника. Биопленка рассматривается как первичный барьер на пути любого соединения, попадающего в организм с пищей.
Состав нормофлоры человека может меняться под воздействием различных стрессовых экзо- и эндогенных факторов. К эндогенным, в первую очередь, относятся антибиотики, нитраты, психотропные, гормональные препараты и др. [183]. Нарушенный пищевой статус, оперативное вмешательство, экологические, социальные, климатические факторы также способствует изменению нормальной микрофлоры. Спектр клинических синдромов и патологических состояний, связанных с изменениями состава и функции микрофлоры человека на сегодняшний день достаточно широк. В первую очередь это относится к дисбактриозам (дисбиозам) [30, 72].
По данным ученых РАМН, различные формы дисбактериоза встречается у 90% населения России [2, 30, 72, 183]. Основным проявлением заболевания является снижение количества облигатной микрофлоры (бифидо-, лактобактерий) при одновременном увеличении условно-патогенных видов, приводящих к развитию метаболических и иммунологических нарушений, а также желудочно-кишечным расстройствам [15, 72].
Профилактика и лечение дисбактериозов направлена, в первую очередь, на восстановление нормальной микрофлоры кишечника. Наиболее простым и изученным приемом является введение бактерий - представителей нормальной микрофлоры в форме фармакопейных препаратов в рацион питания.
Впервые идею использования живых микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры человека для восстановления нарушенного микроэкологического статуса выдвинул нобелевский лауреат Илья Мечников в начале XX века [126, 134, 135].
Представители нормофлоры кишечника в качестве фармакопейных препаратов, БАД, физиологически функциональных ингредиентов пищи обозначаются сегодня как «пробиотики» [183].
Впервые этот термин был предложен Lilly и Stiwell в 1965 г. как антоним антибиотика [228]. Определение понятия «пробиотик» на сегодняшний день является предметом дискуссий [183, 239, 249]. Российский терминологический стандарт определяет пробиотик, как физиологически функциональный ингредиент в виде препаратов, БАД или в составе пищевых продуктов, состоящий из полезных живых организмов, оказывающий благоприятное воздействие на организм, благодаря нормализации состава или повышения активности нормофлоры кишечника [59].
Сегодня в качестве пробиотиков рассматривают микроорганизмы родов Bifidobacterium, Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus, Propionibacterium, Enterococcus, Escherichia, Leuconostoc, Pediococcus, Saccharomyces. Первые 5 рекомендованы НИИ питания РАМН для потребления в рационах питания
россиян [101]. В последнее время интерес представляют аутопробиотики, которые представляют собой штаммы нормофлоры, изолированные от конкретного индивидуума и предназначенные для коррекции его микрофлоры, способные наиболее быстро адоптироваться в организме [183].
Среди требований, предъявляемых к пробиотикам, следует отметить способность полезного воздействия на организм, отсутствие побочных эффектов при регулярном потреблении (GRAS-статус), колонизационный потенциал, совместимость с представителями нормальной микрофлоры, стабильность в физиологическом и технологическом плане, высокую скорость роста и размножения in vitro, наличие четкой маркировки [10, 59, 183, 249].
К основным механизмам положительного влияния пробиотиков на микроэкологический статус человека можно отнести ингибирование роста потенциально вредных микроорганизмов за счет продуцирования антимикробных субстанций и снижения рН, стимуляцию роста представителей нормальной микрофлоры за счет продуцирования витаминов и других стимулирующих веществ, нейтрализацию токсинов, восстановление и нормализацию функционирования биопленки. В литературе отмечается проявление пробиотиками антимутагенных, антиканцерогенных свойств, снижение холестерина, стимуляция иммунной системы, улучшение метаболизма лактозы при их потреблении [183, 199].
Многочисленные исследования посвящены изучению пробиотических свойств бифидобактерий [10, 49, 113, 160, 180, 197, 243]. Бифидофлора занимает до 90% от всей нормальной микрофлоры кишечника здорового человека, локализуясь в толстом кишечнике [8, 61, 142]. Морфологически они представляют собой неспорообразующие грамположительные неподвижные палочки [160, 243]. Специфичными для организма человека являются 5 из 32 известных на сегодняшний день видов: В. bifidum, В. longum, В. adolescentis, В. breva, В. infantis [197]. В последнее время к ним также относят В. pseudocatenulatum, В. catenulatum, В. dentium, В. angulatum, В. globosum [215].
Как показали клинические исследования, бифидобактерии в организме обладают рядом положительных эффектов, присущих пробиотикам [37, 62, 63, 72, 152, 174, 183, 187, 197, 247].
Оптимальной температурой для роста бифидобактерии является 36-38 С. Температурные пределы роста: от 20 до 46,5 С, а по некоторым данным и до 50 С [132, 197]. Оптимальные значения рН варьируется в литературных источниках от 5,8-6,4 до 6,5-7,4, однако находятся в пределах 5,5-8,0 [197]. Такие узкие пределы являются негативным фактором при производстве препаратов и функциональных продуктов, содержащих бифидобактерии.
Бифидобактерии нуждаются в факторах роста, т.н. бифидогенных факторах. Они делятся на экзофакторы, стимулирующие рост бифидобактерии in vitro, эндофакторы, проявляющее бифидогенный эффект in vivo, и факторы, проявляющие комплексное действие как in vitro, так и in vivo. Известен целый ряд веществ, способных при малых концентрациях стимулировать рост бифидобактерии. Они были названы бифидус-фактором [197, 243]. Бифидогенные эндофакторы относятся к пребиотикам, которые расщепляются под действием гидролаз, вырабатываемых бифидобактериями, и служат фактором их роста.
Согласно рекомендациям Международной молочной федерации, количество жизнеспособных бифидобактерии в функциональном продукте должно быть не менее 10 КОЕ/г или мл на конец срока годности продукта [10, 171,181].
Первый коммерческий препарат, содержащий бифидобактерии, был разработан в Германии в 1956 г. и получил название «Эугалан». Первым отечественным препаратом на основе бифидобактерии стал «Бифидумбактерин сухой», разработанный НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского [183]. Среди функциональных продуктов, обогащенных бифидобактериями, следует отметить кисломолочные продукты, сыры, различные напитки [183, 245].
Другими, не менее изученными пробиотиками, являются лактобациллы. Они являются неспорообразующими грамположительными микроаэробными бактериями [160, 183]. В настоящее время выделяют 56 видов этого рода [183, 215]. В микрофлоре человека они преимущественно представлены L. acidophilus, L. salivarius, L. casei, L. plantarum, L. brevis [183]. По пробиотическому эффекту лактобациллы схожи с бифидобактериями, в симбиозе с которыми проявляется синергический эффект [8].
В настоящее время в литературе имеется достаточное количество сведений о клинических испытаниях лактосодержащих препаратов, БАД и продуктах питания [126].
Физиологически функциональные ингредиенты липидной природы
Жирами (липидами) называется смесь разнообразных по строению органических соединений, выделяемых из природных объектов [108]. В качестве общего элемента структуры липидов выделяют длинноцепочные алкильные (алкенильные) цепи, соединенные сложной или простой эфирной связью с три- и диолами, высшими алифатическими или аминоспиртами.
Жиры характеризуются пищевой ценностью и биологической эффективностью, которая является составной частью показателя пищевой ценности. Биологическая эффективность жира характеризуется содержанием в его составе незаменимых (эссенциальных) жирных кислот в определенном количесвте и соотношении друг с другом, а также с заменимыми жирными кислотами. В интегральный показатель пищевой ценности жиов входит наличие в них жирорастворимых витаминов, а также отсутствие трансизомеров жирных кислот.
Основным компонентом жиров являются триацилглицерины (ТАГ), или триглицериды, которые подразделяются на симметричные и несимметричные [108] и содержат различные жирные кислоты. Японская конференция по биохимии липидов идентифицирует 755 жирных кислот, которые подразделяют на 2 основные группы: насыщенные (НЖК) и ненасыщенные, которые, в свою очередь, делятся на мононенасыщенные (МНЖК) и полиненасыщенные (ПНЖК) жирные кислоты [108, 176, 192, 210]. НЖК содержатся в значительном количестве в животных жирах, твердых растительных маслах. Наиболее распространены миристиновая, лауриновая, пальмитиновая, стеариновая, арахиновая кислоты [176]. ШКК являются необходимым элементом питания [109]. МНЖК (важнейший педставитель - олеиновая кислота) присутствуют во всех жирах растительного и животного происхождения и могут иметь как цис-, так и транс-конфигурацию [65]. Наиболее распространенными транс-МНЖК являются эллаидиновая и вакценовая кислоты. В натуральных растительных жирах содержание транс-конфигураций обычно не превышает 1% [135, 176]. Максимальное количество транс-изомеров в натуральных животных жирах отмечается в молочном жире (не более 8-10%), говяжьем, конском, бараньем жире (до 10%) [85, 135], в жире кенгуру (до 21%) [176]. Высокое содержание транс-изомеров присутствует в заменителях какао-масла и молочного жира [85]. В селективно гидрированных растительных маслах (саломасах) содержание их выше и составляет 45-55% [135], а теоретически может достигать 67 % [9].
Начиная с 80-тых гг. XX века существуют многочисленные данные о возможности негативного влиянии транс-изомеров жирных кислот на здоровье человека [5, 84, 85, 135]. В связи с этим, в течение последних лет в мире наблюдается тенденция по снижению трансизомеров в структуре питания населения, разрабатываются продукты с пониженным содержанием трансизомеров. ПНЖК содержатся в значительном количестве в растительных маслах, а также в жидких животных жирах. По своей химической природе они представляют собой, в основном, одноосновные кислоты линейного строения с четным числом атомов углерода от 12 до 24 с двумя или более двойными связями в цис-конфигурации [59, 109]. ПНЖК относятся к физиологически функциональным ингредиентам. Адекватный уровень потребления ПНЖК установлен НИИ питания РАМН на уровне 11 г/сут. [101]. Они должны составлять не более 10% калорийности суточного рациона питания [23, 109]. Среди физиологических свойств ПНЖК отмечают синтез компонентов клеточных мембран, выведение холестерина из организма, снижение уровня артериального давления, предупреждение ишемической болезни сердца [59, 79]. Повышенное же потребление ПНЖК может привести к риску развития некоторых заболеваний [23]. В связи с этим установлен верхний допустимый уровень потребления ПНЖК, который для России составляет 20 г/сут. [101].
Установлено, что наибольшую физиологическую активность способны проявлять ПНЖК, относящиеся к семейству со-6 и со-3 жирных кислот [23, 91, 208]. Классическими представителями ПНЖК семейства со-6 являются: ЛИНОЛеваЯ (Сі8:2), у-ЛИНОЛЄНОВаЯ (Сі8;з), араХИДОНОВаЯ (С20:4) кислоты. В последнее время идентифицированы и другие ПНЖК этого ряда [192]. Наибольшее количество линолевой кислоты содержится в кукурузном, соевом, подсолнечном, конопляном маслах (до 50-70%), в рыжиковом и софлоровом (до 85%) [114]. ПНЖК семейства со-3 являются [109]: а-линоленовая (С]8:з) эйкозапентаеновая (Сго Х докозагескаеновая (С22:б) кислоты. Найдены и другие представители этой группы [192]. а-Линоленовая кислота в значительном количестве присутствует в льняном (до 67%), рыжиковом (до 38%), конопляном (до 28%) маслах [114]. Наибольшее количество арахидоновой кислоты найдено в фосфолипидах. Арахидоновая кислота, как и эйкозапентаеновая, является предшественником синтеза группы медиаторов - эйкозаноидов, которые обладают высокой биологической активностью [109, 192].
Эйкозапентаеновая и докозагескаеновая кислоты содержатся, в первую очередь, в жирах рыб и водорослях. Докозагексаеновая кислота является предшественником докозаноидов, которые, как и эйкозанойды, участвуют в выполнении важных нейрофизиологических функций организма [192].
Линолевая (со-6) и линоленовая (со-3) кислоты являются незаменимыми (эссенциальными), т.е. они не синтезируются в организме человека и животных, а должны поступать с пищей. Метаболитом линолевой кислоты в организме является арахидоновая (со-3), которую также относят к эссенциальным [59, 109].
Физиологически функциональные ингредиенты, формирующие микробиоценоз человека
Нормальная микрофлора (нормофлора) организма человека представляет собой открытую форму биоценоза, находящегося в равновесии между организмом человека и окружающей средой. Показатели количественного содержания микроорганизмов нормальной микрофлоры россиянина стандартизированы [72]. В основном, они представлены бесспоровыми анаэробами, среди которых выделяют бифидобактерии, лактобактериии, пропиновокислые бактерии, фузобактерии, эубактерии, клостридии и некоторые другие [133, 183]. Среди аэробов встречаются энтерококки, кишечная палочка, стафилококки, дрожжи и др. Однако их суммарное количество не превышает 4% и они рассматриваются как добавочная или случайная микрофлора. Микроорганизмы кишечника образуют так называемую биопленку, которая содержит также полисахариды микробного происхождения и муцин, продуцируемый клетками слизистой кишечника. Биопленка рассматривается как первичный барьер на пути любого соединения, попадающего в организм с пищей.
Состав нормофлоры человека может меняться под воздействием различных стрессовых экзо- и эндогенных факторов. К эндогенным, в первую очередь, относятся антибиотики, нитраты, психотропные, гормональные препараты и др. [183]. Нарушенный пищевой статус, оперативное вмешательство, экологические, социальные, климатические факторы также способствует изменению нормальной микрофлоры. Спектр клинических синдромов и патологических состояний, связанных с изменениями состава и функции микрофлоры человека на сегодняшний день достаточно широк. В первую очередь это относится к дисбактриозам (дисбиозам) [30, 72]. По данным ученых РАМН, различные формы дисбактериоза встречается у 90% населения России [2, 30, 72, 183]. Основным проявлением заболевания является снижение количества облигатной микрофлоры (бифидо-, лактобактерий) при одновременном увеличении условно-патогенных видов, приводящих к развитию метаболических и иммунологических нарушений, а также желудочно-кишечным расстройствам [15, 72].
Профилактика и лечение дисбактериозов направлена, в первую очередь, на восстановление нормальной микрофлоры кишечника. Наиболее простым и изученным приемом является введение бактерий - представителей нормальной микрофлоры в форме фармакопейных препаратов в рацион питания. Впервые идею использования живых микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры человека для восстановления нарушенного микроэкологического статуса выдвинул нобелевский лауреат Илья Мечников в начале XX века [126, 134, 135]. Представители нормофлоры кишечника в качестве фармакопейных препаратов, БАД, физиологически функциональных ингредиентов пищи обозначаются сегодня как «пробиотики» [183]. Впервые этот термин был предложен Lilly и Stiwell в 1965 г. как антоним антибиотика [228]. Определение понятия «пробиотик» на сегодняшний день является предметом дискуссий [183, 239, 249]. Российский терминологический стандарт определяет пробиотик, как физиологически функциональный ингредиент в виде препаратов, БАД или в составе пищевых продуктов, состоящий из полезных живых организмов, оказывающий благоприятное воздействие на организм, благодаря нормализации состава или повышения активности нормофлоры кишечника [59].
Сегодня в качестве пробиотиков рассматривают микроорганизмы родов Bifidobacterium, Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus, Propionibacterium, Enterococcus, Escherichia, Leuconostoc, Pediococcus, Saccharomyces. Первые 5 рекомендованы НИИ питания РАМН для потребления в рационах питания россиян [101]. В последнее время интерес представляют аутопробиотики, которые представляют собой штаммы нормофлоры, изолированные от конкретного индивидуума и предназначенные для коррекции его микрофлоры, способные наиболее быстро адоптироваться в организме [183].
Среди требований, предъявляемых к пробиотикам, следует отметить способность полезного воздействия на организм, отсутствие побочных эффектов при регулярном потреблении (GRAS-статус), колонизационный потенциал, совместимость с представителями нормальной микрофлоры, стабильность в физиологическом и технологическом плане, высокую скорость роста и размножения in vitro, наличие четкой маркировки [10, 59, 183, 249].
К основным механизмам положительного влияния пробиотиков на микроэкологический статус человека можно отнести ингибирование роста потенциально вредных микроорганизмов за счет продуцирования антимикробных субстанций и снижения рН, стимуляцию роста представителей нормальной микрофлоры за счет продуцирования витаминов и других стимулирующих веществ, нейтрализацию токсинов, восстановление и нормализацию функционирования биопленки. В литературе отмечается проявление пробиотиками антимутагенных, антиканцерогенных свойств, снижение холестерина, стимуляция иммунной системы, улучшение метаболизма лактозы при их потреблении [183, 199].
Многочисленные исследования посвящены изучению пробиотических свойств бифидобактерий [10, 49, 113, 160, 180, 197, 243]. Бифидофлора занимает до 90% от всей нормальной микрофлоры кишечника здорового человека, локализуясь в толстом кишечнике [8, 61, 142]. Морфологически они представляют собой неспорообразующие грамположительные неподвижные палочки [160, 243]. Специфичными для организма человека являются 5 из 32 известных на сегодняшний день видов: В. bifidum, В. longum, В. adolescentis, В. breva, В. infantis [197]. В последнее время к ним также относят В. pseudocatenulatum, В. catenulatum, В. dentium, В. angulatum, В. globosum [215].
Обоснование и выбор составов спредов функционального назначения
За последние годы роль спредов в формировании сектора функциональных продуктов значительно возросла. Являясь современным аналогом сливочного масла, спреды представляют собой более конкурентоспособный продукт на рынке продуктов здорового питания по сравнению со своим прототипом, благодаря более широким возможностям формирования функциональных свойств.
Согласно ГОСТ Р «Спреды и смеси топленые. Общие технические условия», спреды подразделяются на растительно-сливочные, сливочно-растительные и растительно-жировые. Первые две подгруппы характеризуются наличием молочного жира в количестве 15-95 % от общего количества жиров. Жировая основа растительно-жировых спредов состоит исключительно из натуральных или модифицированных растительных масел [44].
Жирнокислотный состав спреда является базовым критерием его функциональности. Молочный жир является недостаточно полноценным по приведенным выше параметрам. Он содержит до 10% транс-изомеров жирных кислот, количество ПНЖК - не более 3,5%, содержание НЖК достигает 70% [56]. Он характеризуется повышенным содержанием холестерина (около 2 мг/г) [83]. Модифицированные жиры, такие как саломасы, содержат до 67% трансизомеров жирных кислот [9], что сужает их сферу применения для разработки продуктов здорового питания.
Растительные немодифицированные жидкие масла характеризуются высоким содержанием ПНЖК, жирных кислот семейства со-З, практически полным отсутствием транс-изомеров и холестерина, высоким содержанием каротиноидов, токоферолов, фитостеринов. Твердые растительные масла также практически не содержат транс-изомеров.
Использование молочного жира и модифицированных жиров в спредах функционального назначения не обеспечивает в полной мере формирование функциональных свойства продукта вследствие высокого содержания транс изомеров жирных кислот, а также низкого содержания ПНЖК. Кроме того, жировая основа спредов должна включать не менее 5% линолевой кислоты, содержание которой в молочном жире составляет не более 4%, а в саломасах приближается к нулю.
Применение всего комплекса вырабатываемых в промышленности натуральных растительных масел в качестве основы спредов позволит создать спреды с оптимальным жиронокислотым составом. Вследствие этого растительно-жировые спреды на основе натуральных растительных масел являются оптимальным объектом для разработки функциональных продуктов этой группы.
Основными критериями формирования функциональных свойств спредов являются: - сбалансированный жирнокислотный состав основы; - снижение содержания жировой фазы в составе; - исключение из числа ингредиентов холестеринсодержащего сырья; - снижение сырья, содержащего транс-изомеры жирных кислот; обогащение физиологически функциональными ингредиентами: витаминами, микроэлементами, фитостеринами, фосфолипидами, пищевыми волокнами, про- и пребиотиками; - использование натуральных пищевых добавок, способствующих предотвращению порчи продукта; - формирование традиционных потребительских свойств, аналогичных сливочному маслу, а также их улучшение. Жирность спредов, согласно ГОСТ Р 52100-2003, должна быть не менее 39%.
Таким образом, разработка растительно-жировых низко- и среднежирных спредов является оправданной с точки зрения формирования функциональных свойств продукта. 2.2.2 Разработка методики расчета и определение рецептур жировых основ, сбалансированных по содержанию эссенциальных кислот
К числу основных показателей, характеризующих качество спредов функционального назначения, относятся: - сбалансированный жирнокислтный состав; - низкий уровень транс-изомеров (не более 8%); - пластичная консистенция даже при низких температурах; - высокие органолептические показатели не уступающие и, даже, превосходящие сливочное масло. Эти показатели во многом зависят от жировой основы спреда, которая обуславливает физиологические и потребительские свойства готового продукта.
При разработке жировых основ спредов необходимо выявить основные факторы, влияющие как на физиологические, так и на технологические параметры спредов. К факторам, влияющим на физиологические параметры относятся жирнокислотный состав основы и его сбалансированность. К факторам, влияющим на технологические параметры, относятся температура плавления и содержание ТФ ТАГ жировой основы. Для выявления и корректировки этих факторов была предложена методика составления жировых основ спредов, основные этапы которой представлены на рис. 6. Предложенная методика позволяет корректировать в процессе разработки жировых основ факторы, влияющие как на технологические, так и физиологические параметры спредов.
Исследование стабильности пробиотических микроорганизмов в составе спредов
По данным ученых РАМН, различные формы дисбактериоза встречается у 90% населения России [2, 72, 183]. Профилактика и лечение дисбактериозов направлены, в первую очередь, на восстановление нормальной микрофлоры кишечника. Наиболее простым и изученным приемом является введение бактерий - пробиотиков в рацион питания [183, 199].
Основными представителями пробиотических микроорганизмов являются бифидобактерии, которые составляют до 90% нормальной микрофлоры кишечника. Не менее важными пробиотиками являются лактобацилы [183].
На сегодняшний день на рынке существует достаточное количество функциональных продуктов, содержащих пробиотические культуры. В первую очередь, к ним относятся кисломолочные напитки, срок годности которых, к сожалению, обычно, не превышает 1 месяца.
Перспективным объектом для введения пробиотиков, как отмечалось выше, являются спреды. Пробиотики целесообразно вводить в водно-молочную фазу вследствие их хорошей растворимости в воде. Благодаря образованию обратной эмульсии в процессе производства спредов, становится возможной дополнительная защита пробиотических микроорганизмов, находящихся в гидрофильной дисперсной фазе, с помощью гидрофобной дисперсионной среды. Жировая фаза способствует защите пробиотиков, в первую очередь анаэробных бифидо- и лактобактерий, находящихся в водно-молочной фазе, от негативных влияний окружающей среды, приводящих к гибели живых микроорганизмов.
При производстве спредов с пробиотиками необходимо четко соблюдать параметры технологического процесса. Особого внимания требует стадия подготовки водно-молочной фазы и эмульгирования смеси.
Важной характеристикой технологического процесса производства спредов является температура эмульгирования и гомогенизации. Оптимальные значения этого параметра находятся в диапазоне 40-55 С. При этом температура, превышающая 46,5 С, может привести к гибели значительного количества бифидобактерий [197]. Термофильные лактобактериии выдерживают температуры до 55 С [160].
Другим важным фактором, способным оказать негативное воздействие на пробиотики, является рН среды. Согласно ГОСТ Р 52100-2003, значение рН водно-молочной фазы спредов должно находиться в пределах 4,2-6,7, для спредов с пищевкусовыми и ароматическими добавками — не ниже 3,5. Оптимальные значения рН среды для сохранения и развития жинедеятельности бифидобактерий варьируются, в зависимости от штамма, от 5,8 до 7,4 [197]. Лактобактериии обладают большей устойчивостью к кислой среде, чем бифидобактерий [160].
Температура эмульгирования и значение рН водно-молочной фазы спреда являются определяющими факторами при производстве пробиотических спредов.
Важно сохранить пробиотические организмы в продукте на уровне, который обеспечил бы ему функциональные свойства в течение всего срока годности. Согласно рекомендациям Международной молочной федерации, количество жизнеспособных бифидобактерий в функциональном продукте должно быть не менее 10 КОЕ/г или мл на конец срока годности [10,171,181]. Рекомендации НИИ питания РАМН определяют АУП бифидобактерий на уровне 5-Ю8 КОЕ/сут., лактобактерий - 5-Ю7 КОЕ/сут. Для обеспечения 20% АУП в составе функционального продукта, необходимо потребление двух порций по 10 г спреда с пробиотиками в сутки, содержание бифидобактерий в которых на конец срока годности должно быть не менее 10 КОЕ, лактобактерий-10 КОЕ.
Одним из основных этапов работы являлось определение количества жизнеспособных пробиотических микроорганизмов в спредах на момент завершения их изготовления и в процессе хранения.
Совместно с сотрудниками ПНИЛ «Биотехнологии пищевых продуктов» МГУПП были проведены исследования по определению количества жизнеспособных бифидобактерий в образцах спредов 40- и 60%-ной жирности. С этой целью были получены 40- и 60%-ные спреды по базовым рецептурам с дополнительным внесением в их состав бифидобактерий вида В. lactis «YO-МГХ 215 LYO 200 DCU» на стадии подговоки водно-молочной фазы.
Расчетное количество бифидобактерий в спредах должно было составлять 1,4-107 КОЕ/г. Как видно из графиков на рис. 19, после получения образцов количество жизнеспособных бифидобактерий снизилось на 2 порядка в 60%-ном спреде и на 3 порядка в 40%-ном спреде. В связи с тем, что после хранения в течение 30 суток количество бифидобактерий в образцах снизилось еще на 2-3 порядка и составляло менее 103 КОЕ/г, эксперимент был прекращен. Гибель бифидобактерий в процессе производства спредов и при их хранении обусловлена, очевидно, с достаточно высокой температурой гомогенизации (43С) и высокой скоростью вращения мешалки (2400 об./мин). Такое количество бифидобактерий является недостаточным для позиционирования спреда как пробиотического продукта, что является основанием для поиска факторов, повышающих их стабильность в составе продукта.
Новейшим из известных приемов повышения стабильности пробиотиков к негативным воздействиям является микрокапсулирование. Оно представляет собой иммобилизацию живых клеток в защитный материал с помощью специальных технологических приемов. В связи с этим были проведены исследования по определению влияния микрокапсулирования на стабильность бифидобактерий в составе спредов в процессе производства и хранения.
В качестве пробиотика использовали промышленно микрокапсулированную культуру бифидобактерий вида В. bifidum «LAFTI В94 CGS». Расчет рецептурного количества вносимого пробиотика велся с учетом его технологических особенностей. Для обеспечения 50% суточной АУП в бифидобактериях пробиотик «LAFTI В94 CGS» должен вноситься в количестве 0,000125 г/г спреда или 0,0125%. Такое незначительное содержание пробиотика в составе спреда могло привести к его неравномерному распределению на стадии подготовки водно-молочной фазы. Дозировка пробиотика была увеличена в 10 раз. Таким образом, внесение 0,125% данного пробиотика в спред будет эквивалентно количеству бифидобактерий 1,25-10 КОЕ/г спреда.
С целью определения количества жизнеспособных пробиотиков -бифидобактерии в спредах в процессе хранения, были проведены микробиологические исследования полученных образцов совместно с сотрудниками ФГУЗ «ФЦГиЭ» Роспотребнадзора. Исследование проводилось по МУК 4.2.999-00 [102] согласно заявке по акту отбора проб. Количество бифидобактерии в образцах определяли после их получения и в процессе хранения в отдельных герметично зарытых стерильных банках в холодильнике при 5С в течение 3 месяцев пробы анализировали каждые 30 сут. В ходе данных исследований было определено содержание бифидобактерии в пробиотике «LAFTI В94 CGS», которое составило 1-Ю12 КОЕ/г, что на порядок выше указанного производителем в спецификации. Исходя из этого расчетное количество бифидобактерий в изготовленных спредах должно составлять 1,25-Ю9 КОЕ/г спреда.
