Rešerše z publikace: Dietary fibre-components and functions (2007), edited by Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. Konzumace celozrnných výrobků může pomáhat v udržení správné tělesné hmotnosti z následujících důvodů: vláknina potravy má vliv na sytost organismu, díky většímu objemu stravy má organismus nižší kalorický příjem, při konzumaci výrobků s vlákninou je potřeba potravu více kousat a rozžvýkat; dochází ke zpomalení rychlosti trávení škrobu; upraví se vyměšování střev a ovlivní se sekreci hormonů jako je např. adiponektin nebo inzulin; je zvýšena citlivost inzulinu; vláknina má vliv na změny v markerech zánětů jako je C-reaktivní protein a zvyšuje se funkčnost pankreatu (Jones, 2007). Vláknina potravy má velký význam v prevenci kardiovaskulárních onemocnění, diabetu, hypertenze, avšak v případě prevence obezity a rakoviny nebyl pozitivní vliv vlákniny potvrzen ve všech sledovaných studií. V případě konzumace celých obilných zrn jako např. zrna pololoupané (natural) rýže, kukuřice, ovsa, pšenice a ječmene byl zjištěn pozitivní vliv na kardiovaskulární onemocnění a diabetes, ale v řadě studií nebyl potvrzen vliv vlákniny z celých obilných zrn na obezitu, hypertenzi a rakovinu. V některých epidemiologických studiích týkajících se zdravotních aspektů vlákniny potravy se uvádí, že i přes vysoký příjem celozrnných výrobků a výrobků obsahující vlákninu potravy, lidé často onemocní tzv. civilizačními chorobami. Jedním z důvodů může být hektický životní styl, genetické zatížení v rodině apod. Vláknina potravy a celá obilná zrna mohou ovlivňovat riziko rakoviny střev. Zvýšení obsahu vlákniny ve stravě zvyšuje kapacitu zadržení vody v organismu a zvyšuje se objem stolice, zředí se karcinogeny a další toxiny, které mohou být přítomny ve střevě. Fermentací vlákniny v tlustém střevě se zvyšuje produkce mastných kyselin s krátkým řetězcem, zvláště butyrátu, který je ideálním zdrojem pro růst zdraví prospěšných buněk tlustého střeva tzv. kolonocytů. Propionát je významný pro játra a acetát pro svalové a mozkové buňky. Nižší hodnota ph ve střevě díky produkovaným mastným kyselinám snižuje riziko rakoviny a dochází také ke změně mikroflory ve prospěch bifidobakterií. Vliv vlákniny potravy na organismus záleží také na zdroji vlákniny. Oves obsahuje - glukany, které jsou velmi efektivní při snižování hladiny cholesterolu, zatímco vláknina z rýžových otrub již tak účinná není. Pololoupaná (natural) rýže má nižší obsah vlákniny než ostatní obiloviny, ale v zrnech pololoupané (natural) rýže je vysoký obsah oryzanolu a určitých mastných kyselin, které mohou snižovat hladinu cholesterolu. 1
Příjem vlákniny je ovlivněn také zvyklostmi ve stravování. Při konzumaci vlákniny se konzumuje méně tuku a červeného masa a zvyšuje se příjem ovoce a zeleniny. Coles et al. (2007) studovali vliv typu mouky obohacené vlákninou, vliv doby míchání a doby fermentace na těsto. Z připraveného těsta byly upečeny chleby s ječnou, ovesnou a rýžovou složkou. Dále byl sledován vliv podmínek pečení a velikost částic přidaných ovesných otrub na molekulovou hmotnost -glukanů. Průměrná molekulová hmotnost a rozdělení molekulové hmotnosti -glukanů byly analyzovány pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HP-SEC). Před vlastní analýzou byl enzymaticky hydrolyzován škrob, -glukan byl extrahován horkou vodou a chromatograficky proměřena distribuce molekulové hmotnosti -glukanů. V těstě a pekařském výrobku obsahující ječnou složku bylo zjištěno, že průměrná molekulová hmotnost -glukanu se snižovala s delší dobou míchání a s delší dobou fermentace těsta. Během hydratace a fermentace v těstě při výrobě chleba obohaceného ječnými otrubami došlo k depolymerizaci -glukanu ze 2 000 000 Da na 140 000 Da. Podobné výsledky získal i Wood (2007). Degradace -glukanů byla pravděpodobně způsobena endogenními enzymy přítomnými v mouce. Pšeničná mouka obsahuje - glukanasy, ale jejich aktivita je velmi nízká [komerční enzym lichenasa štěpí (1 3)(1 4) glukan]. Při použití celozrnné mouky byly ve výrobku analyzovány -glukany s vyšší molekulovou hmotností než při přídavku otrub (Coles et al., 2007). Ve výrobcích obsahující ovesné otruby bylo zjištěno, že prodloužená doba fermentace snížila molekulovou hmotnost -glukanu. Předkládaný výsledek byl pozorován i v případě přídavku ječných otrub do mouky, jak již bylo uvedeno (viz výše). Dále bylo zjištěno, že menší částice ovesných otrub měly výraznější vliv na snížení molekulové hmotnosti -glukanu než v případě použití otrub s větší velikostí. Pečení nemělo významný vliv na změnu molekulové hmotnosti -glukanu. Získané výsledky vedly k závěru, že je důležité dodržovat doby míchání a zrání těsta tak krátce, jak jen je to možné, aby se zachovala vysoká molekulová hmotnost -glukanu v těstě a ve výrobku. Katina et al. (2007) sledovali vliv pšeničných a ovesných otrub na objem a trvanlivost chleba. Fermentací upravené otruby (fermentované otruby) by mohly být vhodnou alternativou pro překonání nežádoucích efektů suplementace otrub do pšeničného pečiva. Přídavek 20 % otrub na pšeničnou mouku zvýšil obsah vlákniny od 2 % do 10 % vztaženo na 2
sušinu výrobku. Přídavek neupravených pšeničných nebo ovesných otrub však snižuje objem pečiva o 20-30 % a zvyšuje tvrdost střídy o 40 %. Otruby (závisí na typu otrub a velikosti částic) obvykle zeslabují strukturu pšeničného těsta, snižují objem pečiva a elasticitu střídy. Po přidání otrub do těsta dochází k zředění lepkové prostorové sítě, což má vliv na retenci plynů. Navíc otruby jsou tvrdé a mohou mechanicky porušit lepkovou strukturu. Otruby v expandovaném těstě rozbíjí škrob-bílkovinnou matrici a ovlivní tak strukturu střídy hotového výrobku. Fermentované otruby prodloužily trvanlivost pšeničného chleba obohaceného vlákninou. Stárnutí pečiva je výsledkem fyzikálních změn, které se probíhají ve škrobbílkovinné matrici střídy pečiva. Retrogradace škrobu je primární příčinou tvrdnutí pečiva. Bílkoviny mohou ovlivňovat rozsah a stupeň stárnutí. Další složky těsta jako jsou např. pentosany, lipidy, emulgátory, cukry a enzymy mají také vliv na měkkost střídy čerstvého pečiva a na jeho trvanlivost. Kombinace fermentovaných otrub a směsi enzymů (amylasy, xylanasy, lipasy) se ukázala jako nejefektivnější na zlepšení textury střídy chleba (měřeno jako tvrdost chleba). Přídavek fermentovaných otrub a enzymů zlepšil měkkost střídy i během skladování chleba po dobu 1 až 6 dnů. Pomalejší proces stárnutí pečiva byl zřejmě způsoben pozměněnou distribucí vody mezi složkami těsta a sníženou retrogradací amylopektinu. Struktura a molekulová hmotnost -glukanů ovlivňují reologické vlastnosti roztoků (Tosh, 2007). Snížení molekulové hmotnosti -glukanu pomocí enzymu nebo kyselou hydrolýzou vede ke snížení viskozity roztoku -glukanů. Viskozita roztoku polysacharidu závisí na jeho struktuře, koncentraci a molekulové hmotnosti. Viskozita zředěného roztoku - glukanu se lineárně zvyšuje s rostoucí koncentrací roztoku až do kritické koncentrace. Pokud je kritická koncentrace překročena, hustota polymerů v roztoku přinutí molekuly přejít do těsné blízkosti a dochází k vzájemnému ovlivňovaní molekul. Pro vysokomolekulární cereální -glukany je kritická koncentrace kolem 0,3 % (Wood, 2007). Cereální -glukany vykazují viskoelastické chování z hlediska reologie. -glukany s molekulovou hmotností kolem 100 000 Da a 6% roztok -glukanu vykazují chování blízké newtonskému chování. -glukany s molekulovou hmotností větší než 200 000 Da mají viskoelastické chování. Ovesné - glukany mají nejnižší tendenci vytvářet gel, ječné a rýžové -glukany vytváří gel snadněji, nejlépe tvoří gel pšeničné -glukany. Uvedený rozdíl je dán molekulární strukturou, čím vyšší je podíl (1 3) vázaných cellotriosylových jednotek v -glukanu, tím větší je tendence vytvářet gel. V literatuře neexistuje žádná informace o vztahu mezi vlastnostmi gelu a 3
fyziologickými efekty -glukanů. Bylo zjištěno, že nerozpustné -glukany nezvyšovaly viskozitu roztoku. Rozpustná vláknina potravy ovlivňuje růst probiotických střevních bakterií, které produkují mastné kyseliny s krátkým řetězcem (Tosh, 2007). Uvedené mastné kyseliny mohou být absorbovány střevní stěnou a mohou zabraňovat syntéze cholesterolu. -glukany zvyšují exkreci žlučových kyselin, které mají za následek rozpad cholesterolu. -glukan s nižší molekulovou hmotností kolem 80 000 má menší vliv na koncentraci cholesterolu. Jak již bylo zmíněno, během zpracování a skladování potravin obsahující -glukany dochází k depolymerizaci -glukanů. Cereální výrobky s depolymerizovanými -glukany nemají takovou schopnost zvyšovat viskozitu obsahu tlustého střeva. Dlouhá doba fermentace během přípravy pekařských výrobků poskytuje teplé a vlhké podmínky potřebné pro aktivitu enzymu a podmínky vhodné pro degradaci -glukanu. Endogenní enzymy v mouce nebo enzymové preparáty přidávané do mouky mohou způsobovat depolymerizaci -glukanů. Bylo zjištěno, že během fermentace dochází ke snížení molekulové hmotnosti -glukanů (ze 2 000 000 Da na 100 000 Da během 90 min fermentace při teplotě 38 C). Menší rozsah snížení molekulové hmotnosti -glukanů byl pozorován v těstovinách, v muffinech obsahující ovesné otruby a extrudovaných cornflakes. Tosh (2007) dále zjistil, že u diabetiků konzumující potraviny s obsahem 10 % cereálních -glukanů došlo ke snížení glykemického píku až o 50 %. Při dietě obsahující více než 3 g -glukanů za den došlo u konzumentů ke snížení hladiny LDL cholesterolu, další analýza ukázala snížení hladiny cholesterolu při příjmu více než 3 g rozpustné ovesné vlákniny za den. Studie neukázaly výrazné snížení koncentrace sérového cholesterolu. Hladina LDL cholesterolu nebyla významně ovlivněna konzumací chleba a sušenek s přídavkem ovesných otrub (příjem 5 g -glukanu za den), zatímco konzumací nápoje se stejným množstvím vlákniny snížilo hladinu LDL cholesterolu o 6,7 %. Rozdíly v molekulové hmotnosti -glukanů a množství -glukanů (rozpustnost nebyla měřena) mají vliv na glykémii (Salovaara et al., 2007). Během přípravy pokrmu a průmyslovým zpracováním potravin může být ovlivněna i extrahovatelnost -glukanů. Procesy zpracování a úpravy potravin (pečení, vaření, sušení a zmrazování) mohou negativně ovlivnit fyzikální vlastnosti -glukanu, jako jsou extrahovatelnost, viskozita a rozpustnost. Určité enzymy mohou přispívat k uvolnění -glukanů ze struktur buněčné stěny a z potravinové matrice. Zároveň specifické enzymy, které mají aktivitu -glukanasy, mohou 4
hydrolyzovat molekulu -glukanu. Během přípravy těsta došlo k degradaci vysokomolekulárních -glukanů. Salovaara et al. (2007) dále zjistili, že při pečení pekařského výrobku došlo k prudkému snížení viskozity -glukanu. Získaný poznatek je však v rozporu s výsledky, které publikoval Coles et al. (2007). -glukan z ječmene přidaný do receptury tyčinek a lívanců snižoval hladinu celkového cholesterolu o 14 %, došlo také ke snížení LDL cholesterolu, a tím tedy ke snížení rizika kardiovaskulárních onemocnění. Bakterie tlustého střeva jsou většinou anaerobní bakterie a ovlivňují fyziologii lidského střeva (Venema et al., 2007). V tlustém střevě dochází k fermentaci složek vlákniny, které unikají trávení v tenkém střevě, jsou produkovány mastné kyseliny s krátkým řetězcem, které jsou považovány za zdraví prospěšné sloučeniny a přispívají k energii organismu. Počet mikroorganismů přítomných v tlustém střevě se odhaduje na 10 14 buněk. Mikroorganismy v tlustém střevě produkují řadu dalších z hlediska zdraví významných sloučenin, jako jsou např. vitaminy, ale mohou se také tvořit toxické, mutagenní a kancerogenní látky, které negativně ovlivňují organismus. Výživa a zejména skladba denního jídelníčku má vliv na složení a aktivitu střevních mikroorganismů, a tím i na zdraví člověka. Mikrobiální procesy probíhající v tlustém střevě nebyly zatím přesně objasněny. Ke sledování fermentace sacharidů byly použity stabilní izotopy. Stabilní izotopy označily molekulu, která byla poté snadno detekovatelná. Detekce byla prováděna pomocí hmotnostní spektrometrie a NMR 13 C techniky. Prebiotika jsou definována jako nestravitelné potravinové složky, které stimulují růst bifidobakterií tlustého střeva. Za prebiotika jsou považovány inulin, FOS (fruktooligosacharidy), GOS (galaktooligosacharidy), isomaltooligosacharidy a laktulosa. Produkty fermentace prebiotik zvyšují rozpustnost vápníku v organismu (Caers, 2007). Inulin a oligofruktany absorbují vápník a hořčík, dochází ke zvýšení hustoty vápníku v kostech a takto lze předcházet osteoporóze. Sledovaná skupina sto lidí různého věku konzumovala během 1 roku stravu obohacenu o prebiotika. Byl pozorován významný pozitivní vztah mezi zvýšením absorpce vápníku a sérovým provitaminem D a mezi absorpcí vápníku a růstovým hormonem PTH (paratyroidní hormon). Inulin a oligofruktosa jsou stále více využívány při vývoji nových výrobků, jako jsou např. cereální tyčinky, pečivo, mléčné výrobky a nápoje (Meyer, 2007). Takové výrobky mají nižší energetickou hodnotu a mají pozitivní vliv na snížení tělesné hmotnosti. Inulin a oligofruktosa slouží jako rozpustná vláknina potravy, jako prebiotika, složky s nízkou energií 5
(energetická hodnota kolem 1 kcal/g) a jako náhrady cukru nebo tuku. Jsou vhodné pro diabetiky z důvodu nízké glykemické odezvy. Oligofruktosa je velmi dobře rozpustná a poskytuje technologické vlastnosti, které jsou podobné vlastnostem cukru a škrobového sirupu. Oligofruktosa je často používána jako náhrada cukru, ale z důvodu její nízké sladivosti je často kombinována s látkami o vysoké intenzitě sladkosti, jako je např. aspartam. Inulin má menší rozpustnost ve vodě než oligofruktosa, vykazuje charakteristiky látek podobných tukům. Inulin tvoří ve vodě gel, ovlivňuje texturu a zlepšuje chuť výrobku. Kombinace nutričních a technologických vlastností dává inulinu možnost být zajímavou přísadou pro vývoj produktů, zejména výrobků vhodných ke snížení tělesné hmotnosti. Samotný inulin má nepatrný glykemický efekt, inulin s dlouhým řetězcem (DP 23) (čistý inulin) vykazoval téměř nulovou glykemickou odezvu. Glykemický index je ovlivněn nejen přítomností jednotlivých složek v potravině, ale také podmínkami výroby potravin. Podmínky zpracování potravin mohou ovlivňovat retrogradaci a mazovatění škrobu, a tím také stravitelnost složek. Zvláště teplota při pečení a obsah vody v pečivu a v dalších produktech s vysokým obsahem škrobu mají vliv na stravitelnost škrobu. Uvedené procesní parametry ovlivňují rezistenci škrobu vůči trávení. Potraviny s nízkým obsahem amylosy mají nižší glykemický index než potraviny s nízkým obsahem amylopektinu. V další studii se Meyer (2007) zaměřil na vývoj bílého chleba s inulinem vhodným zejména pro starší lidi. Senioři mají většinou problém při kousání celozrnného chleba. Chléb obohacený inulinem problém vyřešil, chléb se lépe žvýkal a kousal. Pšeničný chléb s inulinem se běžně prodává např. v Nizozemí. Použitá literatura Caers W. (2007): Inulin and oligofructose: their effects on mineral absorption and bone healtha review on recent studies. V knize: Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. (ed.) Dietary fibrecomponents and functions. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands. Coles G.D., Roberts S.J., Butler R.C., Morell M.K., Rowarth J.S. (2007): The role of -glucan in barley. V knize: Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. (ed.) Dietary fibre-components and functions. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands. 6
Jones J.M. (2007): Dietary fibre or whole grains or both. V knize: Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. (ed.) Dietary fibre-components and functions. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands. Katina K., Autio K., Linkkonen K.-H., Poutanen K. (2007): Fermentation of bran as a tool to improve quality of high fibre wheat bread. V knize: Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. (ed.) Dietary fibre-components and functions. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands. Meyer D. (2007): Inulin for product development of low GI products to support weight management. V knize: Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. (ed.) Dietary fibre-components and functions. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands. Salovaara H., Sontag-Strohm T., Antilla H. (2007): Physical state of soluble oat fibre and health claims. V knize: Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. (ed.) Dietary fibre-components and functions. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands. Tosh S.M. (2007): Factor affecting bioactivity of cereal -glucans. V knize: Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. (ed.) Dietary fibre-components and functions. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands. Venema K., de Graf A.A., Deutz N.E.P. (2007): Metabolic conversions of dietary carbohydrates by gut microbes. V knize: Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. (ed.) Dietary fibrecomponents and functions. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands. Wood P.J. (2007): Rheology and physiology of soluble fibres: what are the relationship and what can use be made of them? V knize: Salovaara H., Gates F., Tenkanen M. (ed.) Dietary fibrecomponents and functions. Wageningen Academic Publishers, The Netherlands. 7