Современная концепция функционального питания рассматривает пищевые продукты не только как источники энергии и пластических веществ, но и обладающие способностью оказывать благоприятное, оздоровительное воздействие на организм человека (1,2). 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 анти-биотиками, 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 противоопухлевой активностью, расщепляют атеросклеротические бляшки и очищают стенки сосудов (3,4,5). К самой продвинутой на международном рынке групп функциональных продуктов питания относят пробиотические кисломолочные продукты. Био продукты — 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 неусваиваемые компоненты пищи, способные благоприятно влиять на здоровье человека путем селективной стимуляции роста и активности одного или нескольких родов полезных бактерий (6,7). 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 (5): • 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 кишеч¬ных микробов, обеспечивая орга-низм энергией и рядом полезных веществ, но не обладает свойством селективной стимуляции полез-ной 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 (8). 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) (9). Белковые и витаминные пребиотики менее популярные по сравнению с углеводными. В настоящее время существует четыре принципиально разных направления промышленного получения пребиотиков.
Способ получения пребиотиков
Способ получения
Выделение из природных источников
Ферментативный или кислотный гидролиз
Химический синтез
Ферментативный синтез
Источники Соя, сахарный тростник, сахарная свекла, топинамбур, цикорий, молочная сы-воротка, водоросли, грибы и актиномицеты, злаковые (отруби)
Галактаны, ксиланы, хитин, ламинаран, арабиноксиланы, пектиновые вещества
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, кле-точные стенки растений. Наиболее изученными сегодня пребиотиками являются фруктоолигосахариды, которые встречаются во мно¬гих 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 углево-ды В. intentis, В. catenulatum, В. angulatum и В. breve. Большинство исследу¬емых бифидобактерий предпочитают использовать в качестве источника энергии и углерода ФОС, отдавая им предпочтение перед глюкозой (6,7). Важным элементом биотехнологического получения углеводных пребиотиков является исполь-зование специфических ферментов направленного действия. Из ферментов, которые могут быть ис-пользованы для их получения в Украине промышленно выпуска¬ются и β-глюкозидазы, полигалактуроназы, эндоглюконазы и дргие. В то же время имеются сведения о многочисленных исследованиях, направленных на поиск источников и продуцентов фер¬ментов для биосинтеза пребиотических ве-ществ и на разработку технологии их применения (10). 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 (8). Из этих двух типов реакций гликозилирование оказалось наиболее эффективным. Изомальтулозу получают из сахарозы с помощью β-фруктофу-ранозидазы и -глюкозилтрансферазы (11). Галактоолигосахариды из лактозы с помощью β-галактозидазы, лактулозу — из того же материала путем изомеризации (12). Ксилоолигосахариды и агароолигосахариды — из соответствующих полисахаридов путем ферментативного гидролиза (13). Циклодекстрины успешно получают с использованием фермента циклодекстринглюкозилтранс-феразы(14). Исследования, направленные на изучение путей получения пре¬биотических веществ и их при-менения, 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 (15). Синтезированы фруктоолигосахариды (1-кестоза, 6-кестоза и на производные) с исполь-зованием фермента β-фруктозилтрансферазы из Aureobasidium pullulans. В качестве субстра¬тов пе-реноса остатков фруктозы при этом использовали сахарозу. Фруктоолигосахариды были получены в результате реакции трансгликозелирования (11). Одной из перспективных групп углеводных пребиотиков считается группа изомальтоолигосаха-ридов (ИМОС). По химической природе это олигомеры глюкозы, в которых мономерные звенья связаны А-(1-6)-гликозидными связями. Разветвленные ИМОС со¬держат 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 олигосаха-ридов, представляющих сиропы, содержащие 60% сухих веществ. Эти сиропы содержат 10-35 % па-нозы, изомальтриозы и других триоз, 5-15% изомальтотетраозы и других олигосахаридов (5). 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. (16,17). Все продукты, содержащие достаточно высокие количества пребиотических веществ, считаются функциональными пищевы¬ми продуктами, пригодными для оздоровительно-лечебных целей. К одной из наиболее продвинутых на Украине групп функциональных продуктов относятся про-биотические кисломолочные продукты, содержащие пребиотики. Так, в настоящее время в Украине производится кефир «Лактония», обогащенный лактулозой. Рядом иссле¬дований (17,18) показано, что молочные продукты, обогащенные лактулозой, в отличие от обычных кисломолочных продуктов, облада¬ют 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 бифидо-генного 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 (18) 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 (17). Весьма перспективно применение синбиотических БАД и пребиотиков для обогащения хлебо-булочных изделий, соков, напитков, консервов, мясных изделий, концентратов (19).
