Одна из наиболее обширных групп функциональных пищевых продуктов — группа характеризующаяся способностью корректировать состав микрофлоры кишечника человека. Поскольку, по современным представлениям, от процессов микробной ферментации в толстом кишечнике зависит не только нормальное функционирование пищеварительной системы, но и состояние организма в целом, а нарушение нормальной деятельности кишечной микрофлоры (например, при терапии антибиотиками, экологические факторы — токсины и мутагенные вещества) приводит к серьезным физиологическим нарушениям и может являться причиной ряда заболеваний, в настоящее время актуальным является поддержание качественного и количественного состава кишечной микрофлоры на уровне, наиболее благоприятном для здоровья человека.
Таблица №1
| Классификация пребиотиков | |
|---|---|
| Химическая природа | Пребиотики |
| Углеводы | Фруктоолигосахариды, ксилоолигосахариды, арабиногалактоолигосахариды, изомальтоолигосахариды, изомальтулоза, лактулоза, галактоолигосахариды, раффиноза, стахиоза, гентиоолигосахариды, циклодекстрины, палатиноза, ксилоглюкоолигосахариды, устойчивые крахмалы, пищевые волокна, лектинаны, гетероглюканы и др. |
| Белки | Гликопентиды, лактоглобулины |
| Витамины и их производные | Пантотеновая кислота, пантотенаты, инозит |
В последние годы проблеме пробиотиков уделяется большое внимание. На конгрессе в Брюсселе по пробиотикам было отмечено, что в настоящее время микробы в организме человека рассматриваются как самостоятельный орган, который питает, очищает и защищает наш организм. Лакто- и бифидобактерии регулируют процесс пищеварения, участвуют в синтезе витаминов снижают уровень холестерина, поддерживают нормальный баланс кишечной микрофлоры, снижают концентрацию потенциально опасного аммиака и аминов в крови, действуют как иммуномодуляторы, обладают противоопухолевой активностью, расщепляют атеросклеротические бляшки и очищают стенки сосудов.
К самой продвинутой на международном рынке групп функциональных продуктов питания относят пробиотические кисломолочные продукты. Биопродукты — новая генерация молочных продуктов, состав которых постоянно усложняется, они становятся многокомпонентными и имеют заданные функциональные свойства.
Перспективным направлением является использование с пищей и в технологиях производства биопродуктов стимуляторов роста и активности эубиотиков, особенно бифидо- и лактобактерий пребиотиков или промоторов. В современной литературе и терминологии пребиотики определяют как не усваиваемые компоненты пищи, способные благоприятно влиять на здоровье человека путем селективной стимуляции роста и активности одного или нескольких родов полезных бактерий.
Использование природных пребиотиков позволит, согласно прогностической модели нового поколения продуктов питания, культивировать за счет внесения, например, бифидус-фактора бифидобактерии в различных продуктах: кисломолочных, мясных, хлебобулочных, кондитерских, напитках, консервах и т.д.
Для того чтобы какое-то вещество можно было охарактеризовать как пребиотик, оно должно удовлетворять следующим требованиям:
• не гидролизоваться пищеварительными ферментами и не всасываться в верхних отделах желудочно-кишечного тракта;
• являться селективным субстратом для одного или нескольких родов полезных бактерий;
• обладать способностью изменять баланс кишечной микрофлоры в сторону более благоприятного для организма хозяина состава;
• индуцировать полезные эффекты не только на уровне желудочно-кишечного тракта, но и на уровне организма в целом, т.е. системные эффекты.
Понятие «пребиотик» не следует смешивать с понятием так называемой «кишечной пищи» — пищевых веществ, не гидролизующихся и не всасывающихся в верхних отделах желудочно-кишечного тракта. Кишечная пища может служить субстратом для кишечных микробов, обеспечивая организм энергией и рядом полезных веществ, но не обладает свойством селективной стимуляции полезной микрофлоры. Поэтому можно сказать, что любой пребиотик — это кишечная пища, но не всякая кишечная пища является пребиотиком. Под промоторами понимают вещества, способные стимулировать рост полезных микробов в условиях бедной субстратами экосистемы толстого кишечника in vivo и необязательно обладающие подобным действием при их культивировании на питательных средах in vitro.
По своей химической природе пребиотики углеводной, белковой природы, а также витамины и их производные.
Большинство пребиотиков, обладающих способностью стимулировать бифидобактерии, относятся к нейтральным сахарам. В ряде стран пребиотики производятся в промышленном масштабе, при этом большую часть такой продукции составляют такие вещества, как фруктоолигосахариды (ФОС), траногликозилированные олигосахариды (ТОС), лактулоза, соевые олигосахариды (COC). Белковые и витаминные пребиотики менее популярные по сравнению с углеводными. В настоящее время существует четыре принципиально разных направления промышленного получения пребиотиков. (Таблица 2).
Таблица №2
| Способ получения пребиотиков | |||
|---|---|---|---|
| Способ получения | Источники | Пребиотические вещества | |
| Выделение из природных источников | Соя, сахарный тростник, сахарная свекла, топинамбур, цикорий, молочная сыворотка, водоросли, грибы и актиномицеты, злаковые (отруби) | Галактоолигосахариды, фруктоолигосахариды, инулин, лактоглобулины, гликопентиды, гетероглюканы, лентинаны, устойчивый крахмал, пищевые волокна | |
| Ферментативный или кислотный гидролиз | Галактаны, ксиланы, хитин, ламинаран, арабиноксиланы, пектиновые вещества | галактоолигосахариды, арабиноксилоолигосахариды, галактуроноолигосахариды, N-глюкозаминовые олигосахариды, глюкоолигосахариды | |
| Химический синтез | Лактоза, сахароза, мальтиоолигосахара | Лактулоза, трансгалактоолигосахариды, галактоолигосахариды | |
| Ферментативный синтез | Сахароза, мальтоза, лактоза, мальтодекстрины | Фруктоолигосахариды, изомальтоолигосахариды, лактулоза, циклодекстрины | |
Пребиотические вещества производятся из различных видов пищевого сырья. Они могут быть экстрагированы из природных источников (галактоолигосахариды соевых бобов) или получены био-технологическим путем с применением специфических эффектов — карбогидраз. Источниками их получения могут служить также отходы и побочные продукты пищевых производств: отруби, оболочки зерновых, фруктовая пульпа, жом сахарной свеклы и тростника, жмыхи, картофельная выжимка, клеточные стенки растений. Наиболее изученными сегодня пребиотиками являются фруктоолигосахариды, которые встречаются во многих растениях, таких как топинамбур, цикорий, бананы, инжир, лук и др.
Исследования показали, что наиболее благоприятные условия для проявления бифирогенных свойств ФОС и инулина наблюдается при низких значениях рН. На видовом уровне как инулин, так и ФОС по-разному утилизируются бифидобактериями. Наиболее активно метаболизируют эти углеводы В.intentis, В.catenulatum, В.angulatum и В.breve. Большинство исследуемых бифидобактерий предпочитают использовать в качестве источника энергии и углерода ФОС, отдавая им предпочтение перед глюкозой.
Важным элементом биотехнологического получения углеводных пребиотиков является использование специфических ферментов направленного действия. Из ферментов, которые могут быть использованы для их получения в Украине промышленно выпускаются β-глюкозидазы, полигалактуроназы, эндоглюконазы и другие. В то же время имеются сведения о многочисленных исследованиях, направленных на поиск источников и продуцентов ферментов для биосинтеза пребиотических веществ и на разработку технологии их применения.
Исследование механизмов действия карбогидраз показало сложный и неоднозначный характер реакций у отдельных ферментов. Так, у трех типов карбогидраз могут по-разному проявляться два типа синтетических процессов: конденсация и трансгликозилирование. Из этих двух типов реакций гликозилирование оказалось наиболее эффективным.
Изомальтулозу получают из сахарозы с помощью β-фруктофу-ранозидазы и глюкозилтрансферазы. Галактоолигосахариды из лактозы с помощью β-галактозидазы, лактулозу — из того же материала путем изомеризации. Ксилоолигосахариды и агароолигосахариды — из соответствующих полисахаридов путем ферментативного гидролиза. Циклодекстрины успешно получают с использованием фермента циклодекстринглюкозилтранс-феразы.
Исследования, направленные на изучение путей получения пребиотических веществ и их применения, проводятся на кафедре биохимии и микробиологии ОГАПТ.
Нами получены ксилоолигосахариды путем частичного ферментативного гидролиза ксилонов пшеничных, ржаных и овсяных отрубей с использованием фермента эндоксиланазы из Aspergillus oryzae. Синтезированы фруктоолигосахариды (1-кестоза, 6-кестоза и на производные) с исполь-зованием фермента β-фруктозилтрансферазы из Aureobasidium pullulans. В качестве субстра¬тов переноса остатков фруктозы при этом использовали сахарозу. Фруктоолигосахариды были получены в результате реакции трансгликозелирования.
Одной из перспективных групп углеводных пребиотиков считается группа изомальтоолигосахаридов (ИМОС). По химической природе это олигомеры глюкозы, в которых мономерные звенья связаны А-(1-6)-гликозидными связями. Разветвленные ИМОС содержат и другие виды связи, например А-(1-4)-связи.
Степень полимеризации наиболее распространенных представителей группы ИМОС — от 2 до 5. Нами получен также ферментный препарат с трангликозилазной активностью, способной к биоконверсии мальтозы в ИМОС. Продуктами биоконверсии в этом случае являются смеси олигосахаридов, представляющих сиропы, содержащие 60% сухих веществ. Эти сиропы содержат 10-35% панозы, изомальтриозы и других триоз, 5-15% изомальтотетраозы и других олигосахаридов.
ИМОС отличаются высокой промоторной активностью по отношению к бифидобактериям, мяг-ким вкусом и достаточной сладостью (около 40% от сладости сахарозы), низкой кариесогенностью, а также высокой термостабильностью и водоудерживающей способностью, что позволяет применять их в качестве подслащивающих в производстве напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий, сухого молока и молочных смесей, кисломолочных продуктов, мороженного и т.п.
Все продукты, содержащие достаточно высокие количества пребиотических веществ, считаются функциональными пищевыми продуктами, пригодными для оздоровительно-лечебных целей.
К одной из наиболее продвинутых на Украине групп функциональных продуктов относятся пробиотические кисломолочные продукты, содержащие пребиотики. Так, в настоящее время в Украине производится кефир «Лактония», обогащенный лактулозой. Рядом исследований показано, что молочные продукты, обогащенные лактулозой, в отличие от обычных кисломолочных продуктов, обладают выраженными бифидогенными свойствами, заметно повышают популяционный уровень лактобацилл и улучшают общее состояние организма, включая микроэкологию кишечника. При этом снижается рН содержимого кишечника, что уменьшает число гнилостных бактерий и соответственно образование токсичного аммиака.
Дальнейшее совершенствование получения пребиотических веществ невозможно без понимания их роли в процессе нормализации микрофлоры кишечника человека. Сегодня недостаточно знаний о динамике ферментации пребиотиков, взаимозависимость между их химической структурой и ферментабильностью различными микроорганизмами — эубиотиками. Неясна глубина ферментации и последовательность использования пребиотиков в отделах ЖКТ. Не изучены механизмы бифидогенного эффекта пребиотических веществ различной химической природы и влияние на него продуктов метаболизма.
Результаты исследований физиологических эффектов пребиотиков станут фундаментальной базой для создания новых пробиотических веществ, расширения технологических приемов их получения.
В работе показано, что лактулоза постепенно стимулирует рост не только бифидобактерий, но и лактобацилл.
В ОГАПТ разработаны новые синбиотические БАД, содержащие мультипробиотический компонент, состоящий из 3-4 штаммов представителей нормальной микрофлоры и пребиотические углеводы (ИМОС, ФОС, СОС). Действие синбиотиков основано на синергизме пробиотиков и пребиотиков, за счет которого наиболее эффективно не только имплантируются вводимые микроорганизмы — пробиотики в ЖКТ хозяина, но и стимулируется его собственная микрофлора.
Весьма перспективно применение синбиотических БАД и пребиотиков для обогащения хлебо-булочных изделий, соков, напитков, консервов, мясных изделий, концентратов.
