Товарознавство харчових продуктів функціонального призначення. Навчальний посібник (частина 1)
2.4. ХАРЧОВІ ВОЛОКНА
Харчові волокна (сума поліцукридів та лігніну) відносять до пребіотиків, які не перетравлюються ендогенними секретами шлунково-кишкового тракту людини: Вони поділяються на три групи:
1. Харчові волокна, які ферментуються бактеріями: пектин (овочі, фрукти); ка-меді — водорозчинні клейкі поліцукриди, які складаються з глюкози, галактози, манози, арабінози, рамнози та їх уронових кислот; слизі — поліцукриди із насіння льону, морських водоростей; геміцелюлоза (злакові, кукурудза).
2. Харчові волокна, які частково ферментуються бактеріями: целюлоза, геміце-люлоза.
3. Неферментовані волокна: лігнін.
Вміст харчових волокон у продуктах неоднаковий. Середня кількість (1—1,9 г/100 г
продукту) міститься у моркві, солодкому перці, петрушці, редисі, гарбузах, дині, чор-носливі, лимоні, апельсинах, брусниці, квасолі, гречаній та перловій крупах, житньому хлібі. Більш високий вміст (2—3 г/100 г продукту) виявлений у часнику, журавлині, червоній та чорній смородині, чорноплідній горобині, хлібі з білково-висівкового бо-рошна. Більш як 3 г/100 г продукту харчових волокон міститься у кропі, куразі, полу-ниці, малині, чаї (4,5 г/100 г), вівсяному борошні (7,7 г/100 г), пшеничних висівках (8,2 г/100 г), сушеній шипшині (10 г/100 г), смажених зернах кави (12,8 г/100 г), вівсяних висівках (14 г/100 г).
Харчові волокна мають численні фізіологічні ефекти, які визначають нормальне функціонування організму:
1. Утримують воду і тим самим збільшують осмотичний тиск у порожнині шлу-нково-кишкового тракту, масу та об’єм фекалій, нормалізують електролітичнийсклад кишкового вмісту внаслідок чого стимулюється моторика шлунково-кишкового тракту.
2. Мають високу сорбційну активність, чим пояснюється їх виражений детокси-каційний ефект.
3. Мікрофлора товстої кишки, яка перетравлює ферментовані та частково фер-ментовані волокна, отримує енергетичний та пластичний матеріал для свого росту і проліферації.
4. Коротколанцюгові жирні кислоти, які утворюються в результаті активності мікрофлори, необхідні для нормального функціонування та репарації колоноцитів.
Добова потреба у харчових волокнах дорослої людини становить 20—35 г, але реально середньостатистичний європеєць отримує їх не більше 13 г. Недостатність харчових волокон у раціонах призводить до ряду патологічних станів, так або ін-акше пов’язаних з порушенням мікрофлори кишечнику. З дефіцитом харчових во-локон у раціоні пов’язують розвиток таких хвороб, як рак товстої кишки, жовчно-кам’яна хвороба, цукровий діабет, ожиріння, ішемічна хвороба серця, тромбоз су-дин нижніх кінцівок та ін.
Досить поширеними є багатокомпонентні пребіотичні препарати, які називають «симбіотиками» або «мультипробіотиками». Вони сприяють імплантації внесених пробіотиків та стимулюють життєдіяльність власної мікрофлори організму.
Синбіотиками називають лікувально-профілактичні препарати та харчові про-дукти, що містять комплекси пробіотиків та пребіотиків.
Основні групи синбіотиків — це молочні та кисломолочні напої, фруктовий на-пій з молочнокислими бактеріями і толокном, біфідобактерії спільно з фруктоолі-гоцукридами, молочні бактерії спільно з галактоолігоцукридами і біфідобактерії спільно з лактитолом.
У зв’язку з розширенням функцій мікроорганізмів у проектуванні харчових продуктів, виникають певні складнощі.
Науково-практичними напрямками, що пов’язані з мікробною екологією, є:
• розробка експресних молекулярних методів дослідження складу й активності мікробіоценозів людини і тварин;
• пошук нових пребіотичних функціональних субстанцій;
• дослідження і деталізація молекулярних, біохімічних та інших механізмів ефективності пробіотиків, пребіотиків і синбіотиків у профілактиці, лікуванні;
• поглиблення оцінки безпеки пробіотичних препаратів і продуктів харчування, що використовуються людиною;
• дослідження можливості використання представників нормальної мікрофлори в якості носіїв під час конструювання різного роду бактеріальних і вірусних вакцин;
• створення сучасних біотехнологічних підприємств з виробництва пребіотиків, синбіотиків, стартових заквасок прямого внесення, антибіотиків, імуномодуляторів, вітамінів, біогенноактивних пептидів на основі представників нормальної анаероб-ної мікрофлори людини і тварин.
Харчові волокна (клітковина, дієтичні, рослинні, грубі, баластні речовини) — це комплекс біополімерів, який формує стінки рослинних клітин. До харчових воло-кон відносяться речовини різної хімічної природи (рис. 2.4).
Молекули целюлози — лінійні полімери, що складаються із залишків β-D-глюкози, з’єднаних β-1,4-глікозидними зв’язками. Геміцелюлоза — це розгалужені поліцукриди, які містять у своєму складі залишки пентоз і гексоз. Лігнін — полімер ароматичних спиртів, пектини — складні комплекси колоїдних поліцукридів. Мо-лекули пектинів складаються із залишків α-D-галактуронової кислоти.
Харчові волокна
Лігнін Поліцукриди Білкові речовини
Геміцелюлози Целюлоза Пектинові речовини
Рис. 2.4. Класифікація харчових волокон за хімічною природою
Більшість населення земної кулі з’їдає не більше 25 г харчових волокон на добу, з яких 10 г з хлібом та іншими продуктами із злаків, близько 7 г — з картоплею, 6 г — з іншими овочами і лише 2 г — з фруктами і ягодами.
Класифікація харчових волокон. Існує декілька класифікацій харчових волокон. Згідно з будовою полімерів вони поділяються на гомогенні (целюлоза, пектин, ліг-нін, альгінова кислота) і гетерогенні (целюлозолігніни, геміцелюлозо-целюлозо-лігніни, холоцелюлози та ін.). Залежно від виду сировини, з якої отримують харчові волокна, їх поділяють на харчові волокна із нижчих (водорості, гриби) і вищих рос-лин (злаки, трави, деревина); за фізико-хімічними властивостями — на розчинні у воді (пектини, камеді, розчинні геміцелюлози, протопектин, лігнін, стійкі види кро-хмалю).
Згідно з особливостями фізіологічної дії харчових волокон, вони класифікують-ся як ті, що впливають на: обмін ліпідів (харчові волокна пшеничних висівок, трав, виноградних вичавок, пектини, целюлоза, лігнін); обмін вуглеводів (харчові волок-на трав, пектини, β-глюкани та ін.); обмін амінокислот і білків (глюкоманани); об-мін мінеральних та інших речовин (харчові волокна пшеничних висівок, буряку та ін.).
Властивості харчових волокон. Біологічна цінність харчових волокон обумов-лена їх фізико-хімічними властивостями. Надзвичайно важливу роль відіграють ха-рчові волокна у функціонуванні товстої кишки.
Основними властивостями харчових волокон є:
• здатність утримувати воду — перше місце займають волокна пшеничних висі-вок, далі йдуть волокна моркви і яблук, баклажанів, капусти, груш, зеленого горо-шку та ін.;
• адсорбційний ефект — зв’язують і виводять з організму жовчні кислоти, адсо-рбують різноманітні метаболіти, токсини, електроліти, важкі метали та інші ксено-біотики;
• джерело енергії — 50 % харчових волокон під дією бактерій розпадається до жирних кислот, діоксиду вуглецю, водню й метану;
• антиканцерогенна дія — зв’язують рецептори та естрогени епітелію молочної залози й товстої кишки, блокуючи проліферацію клітин під дією естрогенів;
• позитивно впливають на обмін ліпідів — забезпечують профілактику серцево-судинних захворювань та ожиріння;нормалізують мікрофлору кишечника — знижується ризик захворювання дис-бактеріозом;
• уповільнюють гідроліз вуглеводів, нормалізують рівень глюкози в крові (зни-жується ризик захворювання на діабет);
• нормалізують проходження хімусу кишечником (знижують ризик онкологіч-них захворювань, запорів, геморою, дивертикульозу);
• проявляють пребіотичну дію (сприяють бактеріальному синтезу вітамінів В1, В2, В6, РР) (рис. 2.5 і 2.6).
Приймання їжі
Розщеплення корисних інгредієнтів у травній системі
Всмоктування через епітеліальні клітини в тонкому кишечнику
£
±
Розчинні волокна
Нерозчинні волокна
I
I
Ферментація під дією кишкових бактерій
x
Збільшення популяції бактерій
Дезінтеграція під дією бактерій
X
Водне утримування волокон у товстій кишці
Збільшення маси продуктів травлення, скорочення часу проходження
Рис. 2.5. Дія харчових волокон у кишечнику
Дія волокон
Зменшувана
Сприяюча
Ризик утворення карієсу
• Час проходження кишечником
• Ризик раку товстої кишки
• Рівень холестерину
• Всмоктування цукрів
• Енергетична цінність
Здоровому стану зубів
• Втамування голоду
• Збільшення маси відходів
• Поліпшення стану кишкової флори
• Екстрагуванню жовчних кислот
Рис. 2.6. Специфічні ділянки фізіологічної дії волоконВраховуючи важливу роль харчових волокон у харчуванні, зростає необхідність збагачення виробів ними та їх компонентами. Добова потреба у харчових волокнах складає 25 г.
Багато клітковини містять бобові (3,9—5,7 %), вівсяна крупа (2,8 %), толокно (1,9 %), зерно (2,3 %), морква, томати, гарбуз (1,2 %), картопля, гречана крупа (1,1 %), хліб пшеничний із цілого зерна (2,0 %).
Харчові волокна VITACEL протягом багатьох років успішно використовують ви-робники кондитерських і хлібобулочних виробів у Європі та інших країнах світу. За даними виробників, вони відрізняються багатофункціональністю й високою які-стю.
Рослинні харчові волокна VITACEL отримують термомеханічним способом із структуроутворюючих частин вівса, а також із вичавок яблук. Вони характеризу-ються високим (до 97 %) вмістом баластних речовин. У порівнянні з традиційним джерелом дієтичних волокон (висівками) — харчові волокна VITACEL мають на-ступні переваги:
• не містять фітокислот;
• мають нейтральний смак і визначену довжину;
• вони м’які й гнучкі;
• здатні зв’язувати воду.
Харчові волокна характеризуються наступними функціональними властиво-стями:
• висока зв’язуюча й водоутримуюча здатність — 1:3—1:7;
• ефективний загусник;
• знижує міграцію вологи із начинки в продукт;
• добрий стабілізатор;
• надає сипкість сумішам;
• збагачує продукти баластними речовинами;
• знижує енергетичну цінність.
Харчову пшеничну клейковину VITACEL отримують особливим фізико-хімічним способом із вегетативної частини рослини. VITACEL має капілярну стру-ктуру, тому приєднання вологи проходить не лише на поверхні волокон, але й все-редині капілярів, з міцним її утримуванням.
Крім волого- (1:7) і жирозв’язуючої (1:4) здатності, VITACEL має ряд інших властивостей: нерозчинність у воді й жирі, термостабільність, адгезія, нейтраль-ність смаку й запаху, але має у своєму складі генетично модифіковані компоненти. VITACEL — структуроутворюючий компонент для сосисок, сардельок, ковбас, сі-чених напівфабрикатів, паштетів, а в заморожених продуктах попереджує утворен-ня кристалів льоду, які руйнують м’ясний білок під час розморожування, завдяки чому виключаються втрати м’ясного соку.
За рахунок розглянутих властивостей пшеничну клітковину рекомендують не лише як баластну речовину і для зниження енергетичної цінності, але і як функціо-нально складову частину рецептур різних продуктів.
Фірма «Могунція» поставляє в Україну різноманітні типи VITACEL, які наведе-ні в табл. 2.3.
Всі представлені типи мають однаковий хімічний склад і розрізняються лише довжиною волокон та різною волого- і жирозв’язуючою здатністю:
WF-200 — ступінь зв’язування вологи 1:5—7 і жиру 1:3—4;
WF-400 — ступінь зв’язування вологи 1:7—11 і жиру 1:5—6;
WF-600 — для ін’єкціонування (додають до 1 % у розсіл).Харчові волокна можуть бути важливою складовою продуктів «здорового хар-чування» (табл. 2.4).
Таблиця 2.3
ХАРАКТЕРИСТИКА ТИПІВ VITACEL
Показник WF-200 WF-400 WF-600
Водозв’язуюча здатність, на 1 г продукту, г 8,6 11,0 4,9
Абсорбція жиру на 1 г продукту, г 6,9 6,0 3,7
Рівень aw 0,44 0,44 0,44
Калорійність, ккал 0,09 0,09 0,09
Насичена маса, г/л 85±15 % 40±25 % 210±15 %
Середня довжина волокон, мкм 250 500 80
Середня товщина волокон, мкм 25 25 20
Тонкість помелу, мкм <120 <300 <120
Таблиця 2.4
ВИКОРИСТАННЯ ХАРЧОВИХ ВОЛОКОН VITACEL
Назва продукту Переваги використання харчових волокон
□ Хлібобулочні вироби > Збільшується вихід готових виробів
> Сповільнюється процес всихання
> Подовжується термін зберігання хлібобулочних виробів
□ Заморожені напівфабри-кати > Поліпшується стабільність тіста в процесі заморожування, відтаювання й ви-
пікання
> Збільшується вихід готової продукції
> Знижується можливість утворення крупних кристалів під час заморожування
> Запобігається висихання поверхні тістових заготовок під час зберігання в хо-
лодильній камері
□ Вафлі > Вафельний лист більш ніжний, хрусткий, довше зберігає ці властивості.
> Підвищується міцність, гнучкість вафельного листа, що знижує процент ло-
му й крихт
> Скорочується процент відходів
> Вартість вафельного листа не підвищується за рахунок можливості зниження
закладки яєць, лецитину, борошна, а також зниження відходів
□ Затяжне печиво, крекери > У виробництві крекерів, затяжного печива під час випікання заготовки часто
набувають овальної форми. Знижується частка цього дефекту.
> Знижується утворення на поверхні печива дрібних тріщин
> Збільшується міцність печива, крекерів, що знижує частку лому
□ Кекси, бісквіти, пряники > Поліпшуються структурно-механічні властивості м’якушки кексу
> Гальмується процес, що подовжує термін свіжості
> Збільшується вихід готової продукції
□ Фруктові начинки > Підвищується стабільність фруктової начинки (під час випікання начинка не
витікає із виробів, відсутні розриви на поверхні)
> Знижується міграція вологи із начинки в готові вироби
□ Екструдовані продукти > Сітчаста будова харчових волокон стабілізує структуру і сприяє утворенню
рівномірної пористої текстури поверхні виробів
> Знижуються витрати глазурі (за рахунок рівномірної пористості поверхні виробів)
> Хрусткі властивості зберігаються більш тривалий період у випадку змішу-
вання виробів з рідиною
> У виробах з начинкою знижується міграція вологи із начинки, що дає мож-
ливість добитися вдалого поєднання м’якої і соковитої начинки з хрусткою обо-
лонкою виробів (сухі суміші для хліба, кексів, бісквітів та ін.)
□ Харчові концентрати > Попереджується злежування сухого продукту
> Компенсуються недоліки властивостей борошна
49
Харчові волокна з буряку. Отримують із жому, відмінною особливістю якого є високий вміст пектину, клітковини й целюлози, а також мінеральних речовин.
Неосвітлені харчові волокна з буряку містять, % до маси сухих речовин: пектин-целюлози — 42—45; клітковини — 26—28; лігніну — 7—9; білків — 5—6; мінера-льних речовин — 3,5—5,0. Порошкоподібні волокна мають світло-сірий колір, без запаху, смаку й присмаку. Термін зберігання може перевищувати один рік. Неосві-тлені волокна з буряку включені в Держреєстр і допущені до виробництва, реаліза-ції й використання як харчової добавки.
Органолептичні і фізико-хімічні показники освітлених волокон із буряку наве-дені в табл. 2.5.
Таблиця 2.5
ОРГАНОЛЕПТИЧНІ Й ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ПОКАЗНИКИ ОСВІТЛЕНИХ БУРЯКОВИХ ВОЛОКОН
Показник Значення
Масова частка:
— сухих речовин, % не менше
— вологи, % не більше
— клітковини, %
— лігніну, %
— пектинових речовин, %,
у тому числі:
— водорозчинних
— водорозчинного протопектину
— целюлози, %
— мінеральних речовин, %
(К-0,2; Na-0,4; Са-0,8; Mg-0,4; Р-0,25) 9023—28
7—98,025
3,5—5,0
Атомно-адсорбційний метод
Вміст білків, % 7—8
Коефіцієнт здатності:
— вологозв’язуючої
— жирозв’язуючої 5—5,5 1,4-1,5
Зміна забарвлення маси під час гідратації Не змінює забарвлення
рН водної витяжки 4,3^,6
Запах Відсутній
Смак, присмак Кислуватий
Колір Світло-коричневий
Середній розмір торгової фракції (від 0,2), мм 0,120
Амінокислоти (аланін, валін, лейцин та ін.) Сліди
Мікроелементи (барій, бор, марганець та ін.) Сліди
Енергетична цінність, ккал/100 г 55—60
Перекисні сполуки у зразках Не виявлені
На основі неосвітлених харчових волокон розроблена технологія виробництва профілактичної біологічно активної добавки «Біопект». Органолептичні й фізико-хімічні властивості профілактичної біологічно активної добавки «Біопект» подані в табл. 2.6.Таблиця 2.6
ОРГАНОЛЕПТИЧНІ І ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПРОФІЛАКТИЧНОЇ БІОЛОГІЧНО АКТИВНОЇ ДОБАВКИ «БІОПЕКТ»
Показник Значення
Масова частка:
— сухих речовин, % не менше
— харчових волокон, % не менше
— вологи, % не більше
— клітковини, %
— лігніну, %
— пектин-целюлозного комплексу
у тому числі арабан, галактан, геміцелюлоза, %
— білків, %
— мінеральних речовин, %
у тому числі:
— калій
— натрій
— кальцій
— магній
— фосфор 8713
23—28
3—5
42^5
6—8
3,5—5,0
0,2 0,47 0,8 0,4
Вологоутримуюча здатність, г води на 1 г продукту 6,5—7,0
Жироутримуюча здатність, 1 г жиру на 1 г продукту 1,3—1,5
Амінокислоти (аланін, валін, лейцин) Сліди
Мікроелементи (барій, бор, марганець) Сліди
Повне набухання в гарячій воді, хв. 5,0
Енергетична цінність, ккал/100 г 55—60
Харчові волокна чаю. Водні екстракти листків чаю використовуються як арома-тний напій. Після сушіння і фасування залишається значна кількість порошку чаю, який можна використовувати як джерело харчових волокон, вихід яких після обро-бки чаю становить 70 %. До 5 % чайного порошку можна додавати в тісто булочок до чаю та інших виробів. Такі булочки матимуть приємний запах, смак і включати-муть кофеїн.
Харчові волокна цитрусових. Використовують побічні продукти під час переро-бки цитрусових як джерело функціональних харчових волокон. Кінцевий склад ха-рчових волокон, отриманих із відходів переробки цитрусових в основному зале-жить від технології отримання харчових волокон. Під час отримання харчових волокон втрачається ряд їх функціональних властивостей: проходить зниження вмісту розчинних харчових волокон й аскорбінової кислоти.
12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66