1 POLITECHNIKA ŁÓDZKA WYDZIAŁ BIOTECHNOLOGII I NAUK O ŻYWNOŚCI dr hab. Bogusław Król prof. nadzw. PŁ Zastosowanie produktów cukrowniczych do wytwarzania składników funkcjonalnych Konferencja Naukowa z okazji 50-lecia istnienia KOŁA STC przy Politechnice Łódzkiej Łódź, 30-31.08.2007

2 Żywność jest niezastąpionym środkiem dostarczania człowiekowi: odżywczych składników do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania zaspokojenia określonych upodobań estetycznych i hedonicznych. Tradycja, wiedza i intuicja oraz naukowo uzasadnione zalecenia żywieniowe wskazują na sposoby odżywiania z odpowiednim jakościowym i ilościowym doborem pokarmów

3 Tradycyjny model racjonalnego żywienia jest warunkowany: należytą jakością zdrowotną artykułów żywnościowych odpowiednią dietą. Należyta jakość żywności jest zwykle kojarzona z: optymalną zawartością składników odżywczych, wynikających z właściwości surowców i warunków kompromisu technologicznego minimalną zawartością szkodliwych zanieczyszczeń, będących pochodną stanu środowiska naturalnego i zachowania zasad dobrej praktyki produkcyjnej.

4 Odpowiednia dieta jest ściśle związana ze spełnieniem podstawowych zasad racjonalnego żywienia: spożycie energii odpowiadające zapotrzebowaniu spożycie tłuszczu na poziomie  30% dziennej wartości energetycznej spożycie cukrów rafinowanych  10% dziennej wartości energetycznej spożycie skrobi na poziomie 60% dziennej wartości energetycznej spożycie białka na poziomie 15% dziennej wartości energetycznej spożycie błonnika pokarmowego w ilości 20-40 g dziennie spożycie chlorku soda  6g dziennie

5 Właściwa dieta jest również warunkowana zachowaniem podstaw kompromisu żywieniowego w jego czterech aspektach: - fizjologicznym - kulturowym - ekonomicznym - psychologicznym

6 WSPÓŁCZESNE TRENDY WYTWARZANIA ŻYWNOŚCI TO: żywność ekologiczna żywność minimalnie przetworzona suplementy diety żywność funkcjonalna

7 Wymienione cztery typy żywności: 1.Odzwierciedlają oczekiwania konsumentów dotyczące wysokiej jakości i bezpieczeństwa dla zdrowia 2. Są wyrazem nadziei o prozdrowotnym znaczeniu żywności w zmniejszeniu ryzyka występowania chorób na tle odżywiania oraz hamowaniu procesów starzenia

8 Dotychczas brak jest jednolitej definicji żywności funkcjonalnej. Według uzgodnionej deklaracji EC żywność może być uznana za funkcjonalną jeżeli spełnia następujące warunki: wywiera udowodniony korzystny wpływ na jedną lub więcej funkcji organizmu ponad efekt odżywczy - korzystny wpływ może polegać na poprawie stanu zdrowia oraz samopoczucia i/lub zmniejszeniu ryzyka chorób przypomina postacią żywność tradycyjną Unijna definicja jest zbytnio sformalizowana, niezbyt komunikatywna i niedostatecznie atrakcyjna dla producentów. prozdrowotne działanie składnika lub składników w danym produkcie wynika z ilości dostosowanej do prawidłowej diety

9 Znacznie prostsze jest rozumienie żywności funkcjonalnej w USA, gdzie mianem tym określa się każdą żywność, która zawiera własne lub dodane składniki biologicznie czynne i wywiera pozytywny wpływ na zdrowie człowieka. Zgodnie z takim rozumieniem żywność funkcjonalną w USA klasyfikuje się na 4 grupy w zależności od składu i pochodzenia składników bioaktywnych: 1.Naturalna (warzywa np. brokuły, pomidory) 2.Wzbogacona (soki pomarańczowe z dodatkiem wapnia, jogurty z prebiotykami) 3. Żywność z zamiennikami (produkty spożywcze w których część tłuszczu zastąpiono błonnikiem np. inuliną 4. Wzmocniona (produkty uzyskane z wyselekcjonowanych odmian roślin np. ryż o podwyższonej zawartości karotenu)

10 Przykłady i charakterystyka żywności funkcjonalnej występujące na rynku amerykańskim (stanowisko ADA 2004) ProduktSkładnik bioaktywny Efekt prozdrowotnyZalecana dzienna ilość lub częstotliwość spożycia Soja i produkty sojowe białkaobniżenie poziomu cholesterolu 25g Sok żurawinowyprocjanidynyZmniejszanie ryzyka infekcji moczowodów 300mg Zielona herbatakatechinaZmniejszania ryzyka choroby nowotworowej 4-6 filiżonek Sok pomidorowylikopenZmniejszanie ryzyka raka prostaty ½ filiżanki Mleczne produkty fermentowane probiotykiZmniejszanie ryzyka chorób jelita grubego 10 9 jtk CzosnekOrganiczne związki siarki obniżenie cholestrolu0,8g (suplement lub 1 ząbek) Cebula, tapinambur FOSobniżenie cholestrolu i ciśnienia krwi 3-10g

11 błonnik pokarmowy – zapobiega zaparciom oraz obniża poziom cholesterolu we krwi, probiotyki – (korzystne drobnoustroje) - stabilizują skład mikroflory jelitowej i ograniczają rolę patogenów jelitowych oraz stymulują układ immunologiczny poliole – (alkohole wielowodorotlenowe) – hamują rozwój próchnicy w jamie ustnej, aminokwasy, peptydy – np. L-karnityna przyspiesza metabolizm tłuszczów prebiotyki – (prebiotyczne oligosacharydy) - działanie prozdrowotne przez selektywny rozwój drobnoustrojów probiotycznych wielonienasycone kwasy tłuszczowe – omega-3 i omega-6 zapobiegają chorobom układu krążenia, witaminy – np. wit.C, wit.E i b-karoten - neutralizują wolne rodniki, składniki mineralne – np. wapń zapewnia odpowiednią mineralizację kości, cholina i lecytyna – usprawniają funkcjonowanie układu nerwowego, fitozwiązki – np. flawonoidy (antyutleniacze), kofeina pobudza układ nerwowy. Podstawowe składniki prozdrowotne i ich funkcje:

12 Najważniejsze oligosacharydy prebiotyczne: -Fruktooligosacharydy -Galaktooligosacharydy -Ksylooligosacharydy -Izomaltooligosacharydy -Oligosacharydy sojowe (rafinoza, stachioza) -Laktuloza

13 Wskaźniki jakości prebiotycznej (MPE): Wskaźniki jakości prebiotycznej dla wybranych sacharydów (Gibson 2004) SKŁADNIK WSKAŹNIK Sacharoza Guma guar Błonnik słonecznikowy Izomaltooligosacharydy Oligosacharydy sojowe Fruktooligosacharydy (FOS) Galaktooligosacharydy (GOS) FOS + GOS (1:1) - 0,6 - 0,4 - 0,2 0,1 0,3 0,4 1,0 1,4

14 Oligosacharydy buraka cukrowego: -Rafinoza (6 G -galaktozylosacharoza) -Kestozy (β-fruktooligoscharydy): - 6-kestoza (6 F -fruktozylosacharoza) - 1-kestoza (1 F -fruktozylosacharoza) - neo-kestoza (6 G -fruktozylosacharoza) - Galaktinol (L-1-α-galaktopiranozylo-mezo- inozytol)

15 Zawartość oligosacharydów buraka cukrowego: Burak [g/100g] Melas [g/100g] Rafinoza0,3 ÷ 0,40,6 ÷ 2,5 Kestozy< 0,10,1 ÷ 0,4 Galaktinol< 0,20,2 ÷ 0,4

16 składają się z prostych łańcuchów G-Fn lub Fn (G-glukoza, F-fruktoza, n-ilość cząsteczek fruktozy w łańcuchu) połączonych wiązaniem  (2  1) z wiązaniami  (1  2) ostatniej cząsteczki glukopiranozy ( Spiegel 1994, Bornet 2002, Ritsema 2003) kestozanystozafruktozylonystoza Fruktooligosacharydy synonimy: oligofruktoza (OLS), inulooligosacharydy (IOS), inulooligofruktoza oligofruktany (Cieślik 2001, Robertfroid 1998, Roberftroid 2002, Amarowicz 1990)

17 Ulegają fermentacji pod wpływem części mikroflory okrężnicy (Bifidobakterium sp. i Lactobacillus sp.) z wytworzeniem kwasu mlekowego oraz krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (octowy, propionowy, masłowy) oraz gazów (CO2, H2, CH4) W wyniku fermentacji obniża się pH treści jelita grubego i powstaje należyta jej konsystencja oraz ograniczone są procesy gnilne i aktywność szkodliwej mikroflory jelitowej Właściwości fruktooligosacharydów

18 Przy spożyciu 2-10g/dzień działanie prebiotyczne zapobieganie cukrzycy obniżanie poziomu cholesterolu w surowicy zwiększane biodostępności składników mineralnych działanie antykancerogenne zapobieganie powstawaniu próchnicy zapobieganie zaparciom redukcja toksycznych metabolitów i szkodliwych enzymów Efekty zdrowotne fruktooligosacharydów

19 Źródła fruktooligosacharydów w diecie Cebula Por Banany Czosnek Zboża Pomidory

20 Zawartość poszczególnych sacharydów w cebuli żółtej

21 Zmienność fruktooligosacharydów

22 Porównanie średniego spożycia FOS w diecie tradycyjnej (USA 1994) z dwoma poziomami zapotrzebowania na FOS (dane z 1999-2000) g/db/ os 2,5- -10 0,8 1,79,2 1.Zapotrzebowanie FOS do stymulacji rozwoju flory bifidogennej 2.Zapotrzebowanie FOS do wywoływania dominacji flory bifidogennej 3.Spożycie FOS z dietą tradycyjną przez statystycznego konsumenta o masie 58,9 kg główne źródła: pomidory 0,62 banany 0,16 jęczmień cebula 0,01 3. Niedobór

23 Inne źródła fruktooligosacharydów FOS (DP 2-7) Enzymatyczna hydroliza inuliny  Enzymatyczna transglikozylacja sacharozy  FOS (DP 3-5) Naturalne produkty zawierające FOS nie są wystarczającym ich źródłem dla wywołania pożądanych skutków. Stąd istnieje potrzeba dostarczenia FOS z innych źródeł.

24 F-F-G F-F-F-F-G F-F-F-G F +G F-G sacharoza E2E2 E1E1 Syropy fruktozowe Syropy oligofruktozowe DP - 3 DP - 5 DP - 4 Sacharoza jako źródło FOS

25 Charakterystyka syropów oligofruktozowych otrzymywanych z sacharozy wg sposobu opracowanego w Instytucie Chemicznej Technologii Żywności Lpsymbol syropu FOS-KFOS-NG 1Sucha substancja ºBx min 70 2Zawartość FOS % /s.s. min 50min 55 3Słodycz 1S0,70,5 4W. energetyczna kcal/g 1,92,1 5Lepkość mPas 20ºC 600700

26 Produkcja kwasu masłowego  mol/g w treści jelita ślepego u szczurów

27 Wybrane parametry surowicy szczurów żywionych dietą z dodatkiem fruktanów

28 Propozycje obszarów zastosowania fruktooligosacharydów do wytwarzania żywności funkcjonalnej - produkty mleczarskie (jogurty, desery mleczne, mleko dla dzieci) - produkty niskotłuszczowe (lody niskokaloryczne) - wyroby cukiernicze (nadzienie) - wyroby piekarnicze (biszkopty, kruche ciastka, keks) - napoje owocowe i warzywne

29 Fruktany w produktach spożywczych i farmaceutycznych

30 Żywność funkcjonalna rozszerza asortyment artykułów spożywczych sprzyjających zachowaniu właściwych nawyków żywieniowych i zdrowia. Fruktooligosacharydy otrzymane z sacharozy wykazują porównywalne właściwości prebiotyczne z inuliną Cukier biały jest dogodnym i tanim surowcem do wytwarzania koncentratów FOS o pożądanym udziale kestozy, nystozy i fruktozylonystozy. Wyznaczenie odpowiedniego poziomu suplementacji wyrobów spożywczych fruktooligosacharydami jest zagadnieniem wymagającym działania specjalistów z różnych dziedzin WNIOSKI

31 Niech żywność będzie twoim lekiem, a lek twoją żywnością. Jak może zrozumieć choroby człowieka ten, kto nie bierze pod uwagę tej zasady i ignoruje ją? Hipokrates, 460-377 p n e Dziękuję za uwagę