Поиск Искать
Продукция
Услуги
О компании
Новости
Пресс-центр компании
Контакты
Статьи
 
 
Главная страница  /  Статьи  /
Статьи
26.04.2009 / Изомальтулоза- новый перспективный углевод из королевского семейства

Изомальтулоза- новый перспективный углевод из королевского семейства

С.В.Штерман

Московский государственный университет пищевых производств

     

Сахароза, которую многие люди воспринимают просто как сахар, занимает в настоящее время одно из ведущих мест в рационе питания человека.

      Следует при этом отметить, что такого рода положения и признания сахарозе удалось добиться за сравнительно небольшой, с исторической точки зрения, промежуток времени, немногим превышающий около двух столетий. При этом ряд других, специально приготавливаемых, продуктов питания, таких как, например, хлеб, сыр, вино и др., являются спутниками человека на протяжении уже многих тысячелетий.

         Справедливости ради, необходимо признать, что такой лидирующей роли сахарозе удалось добиться в результате неоспоримой победы по результатам своеобразного экспертного опроса, в котором принимали участие миллиарды людей на всех континентах Земли в течение нескольких поколений.

         Сахарозе, выступавшей в этом состязании первоначально под названием «тростниковый сахар», удалось уверенно превзойти          по своим вкусовым, физико-химическим и физиологическим характеристикам таких соперников, как глюкоза или «виноградный сахар»; фруктоза или «фруктовый сахар»; лактоза или «молочный сахар»; сорбит, который мог бы получить название «рябинового сахара», вследствие того, что он присутствует в заметных количествах в ягодах этого дерева; мальтозу или «солодовый сахар» и целый ряд других конкурентов среди встречающихся в природе  моно - ,  ди - , три - и других углеводов с ещё большей молярной массой.

         В результате этого описание свойств многих таких углеводов оказалось оттесненным на страницы химических энциклопедий и соответствующих разделов учебников по органической химии.

         Несомненными достоинствами сахарозы, как продукта питания, являются ее приятный, полный, гармоничный вкус, высокая степень сладости при отсутствии каких-либо посторонних оттенков и  послевкусия, относительно низкая гигроскопичность, сыпучесть и ряд других высоких технологических показателей. Следует указать также на высокую энергетическую ценность сахарозы, как продукта питания, и возможность ее длительного хранения (до пяти лет) в соответствии с действующим в РФ стандартом [3].

          Многие элементы вкуса сахарозы часто принимаются за 100%, т. е. рассматриваются в качестве своеобразного эталона при проведении оценки вкусовых характеристик других видов подсластителей [1,2]. 

Все это вместе взятое привело к тому, что сахароза в настоящее время практически единодушно  признается в качестве «королевы» среди углеводов.      В результате она является самым распространенным индивидуальным органическим соединением, производимым на нашей планете. Объем ее мирового выпуска в настоящее время превышает 170 млн. тонн в год и сохраняет устойчивую тенденцию к дальнейшему росту [4].

         Вместе с тем, с течением времени оказался выявленным и ряд  принципиальных    недостатков, присущих сахарозе, как продукту питания. Как это часто бывает в жизни, они оказались продолжением ее достоинств – высокая энергетическая ценность потребления сахарозы сопряжена с риском  возникновения эффекта переедания; относительно легкая усвояемость – к резкому выбросу инсулина в кровь и возникновению его дефицита в организме, что сопряжено с быстрым накоплением в нем жировых клеток; высокая скорость разложения под действием микроорганизмов в ротовой полости приводит к образованию в ней органических кислот, приводящих в конечном итоге к разрушению зубов, и т.д.

         Следствием этого явилось возникновение очевидного интереса к   подслащивающим соединениям, в той или иной степени, лишенных указанных недостатков сахарозы.

Начало этому процессу было положено с открытия и последующего достаточно широкого использования на практике синтетических соединений, когда  Фальбергом в 1885 году был открыт сахарин со сладостью в 400-500 большей, чем у сахарозы, при нулевой его калорийности.

 Впоследствии группа используемых в пищевой промышленности различных подсластителей существенно расширилась. 

         В последние годы у потребителей все больший интерес вызывают подсластители, относящиеся к природным  соединениям. В качестве однoго из перспективных из них  может рассматриваться изомальтулоза, которая также с полным основанием может претендовать и на близкое родство с «царствующей королевой», т.е. сахарозой.

         По своему химическому составу изомальтулоза состоит из тех же основных структурных фрагментов, что и сахароза, т.е. глюкозы и фруктозы . Однако в молекуле изомальтулозы они соединены между собой не через                                                1-2 связь, как в молекуле сахарозы, а путем       1-6 глюкозидной связи (рис.1)..

 1240771643ris1

 

                       Рис.1. Пространственное строение молекулы изомальтулозы

 

         Таким образом, изомальтулоза и сахароза являются изомерами. Химическое обозначение изомальтулозы – 6 –О-  -D- глюкопиранозил –D –фруктофураноза.

 В настоящее время изомальтулоза в промышленных масштабах производится и реализуется несколькими компаниями под различными торговыми наименованиями: палатинозаТМ, XtendТМ изомальтулоза, W*Ergotex 17002, лилоза и некоторыми другими.

         В природе изомальтулоза встречается в составе таких объектов, как пчелиный мед (до 0,7 – 1%), сахарный тростник и др.

         Организация промышленного производства изомальтулозы путем выделения ее из природных источников является однако, экономически неэффективной. Поэтому в современных условиях изомальтулозу в промышленных масштабах производят на основе использования в качестве сырья сахарозы, путем проведения изомеризации ее молекулы ферментативным путем с использованием специального фермента – изомальтулозосинтазы (ЕС 5.4.99.11) (сахароизомеразы,    - глюкозилтрансферазы).

Разработка способов получения этого фермента из различных видов продуцентов и наиболее эффективных способов его применения является  в настоящее время предметом интенсивных исследований биотехнологов в различных странах мира, включая РФ [5-7].

         После проведения основной ферментативной реакции изомальтулозу получают в виде раствора, который затем очищают путем фильтрации  и процессов ионного обмена. Очищенный раствор изомальтулозы затем выпаривают, и  окончательно её получают в результате процесса кристаллизации.

Внешне изомальтулоза представляет собой белый порошок, похожий на   обычный сахар-песок. Кристаллы изомальтулозы легко измельчаются, что является ценным свойством в целом ряде технологических процессов производства пищевых продуктов. Температура плавления иомальтулозы составляет 122-124оС, что ниже точки плавления сахарозы – 160-185оС.

Многие другие физико-химические свойства изомальтулозы, учитывая тот факт, что она является изомером сахарозы, достаточно близки к  аналогичным параметрам последней. Это относится, например, к такой важной для технологии производства многих видов пищевых продуктов характеристике, как вязкость растворов.

Однако отмечается и ряд некоторых отличий. Так, растворимость изомальтулозы в водных растворов меньше, чем растворимость сахарозы, особенно при низких температурах. Она составляет, например, около 30% при 25оС по сравнению с 68% для сахарозы; 60% при 70оС для изомальтулозы и 74,4% для сахарозы при той же температуре. При 80оС растворимость изомальтулозы составляет уже 85% от растворимости сахарозы.

Изомальтулоза в отличие от сахарозы является редуцирующим дисахаридом и поэтому она может принимать участие в реакции Майяра, что будет приводить к повышению цветности растворов изомальтулозы в присутствии аминокислот. Вместе с тем, чистые растворы изомальтулозы являются стабильными в отношении нарастания их цветности при нагревании в течение до 90 мин.

Важным обстоятельством является то, что изомальтулоза оказывается более стойкой по сравнению с сахарозой в отношении реакции гидролиза в кислых средах. Так, например, в растворе с рН, равном 2, созданном с помощью соляной кислоты, 20% раствор изомальтулозы оказывается стабильным в течение 60 мин  при нагревании до 100оС, в то время как 20% раствор сахарозы при этих условиях практически полностью подвергается инверсии. Она является также гораздо более устойчивым соединением и по отношению к бактериальному разложению, нежели сахароза.

К числу достоинств изомальтулозы можно отнести ее низкую гигроскопичность, хотя она и содержит в своем составе одну молекулу кристаллизационной воды. Поэтому минимальное количество воды в составе изомальтулозы составляет  5% мас.

Равновесная влажность изомальтулозы сохраняется в широком интервале относительной влажности окружающего воздуха (рис.2). В результате изомальтулоза характеризуется хорошей сыпучестью и отсутствием эффекта комкования, что является важным для ряда технологических процессов, связанных с ее дозированием  при смешении  пищевых ингредиентов в сухом виде.

1240771763ris2

Рис.2. Изотермы сорбции и десорбции влаги изомальтулозой при 25оС  1-сорбция ; 2-десорбция

 Важным при использовании изомальтулозы в качестве компонента пищевых продуктов являются её сенсорные характеристики.

 Проведенные исследования показали, что изомальтулоза создает ощущение сладости,  очень похожее на сахарозу, однако  оно составляет от 42 до 48 % от соответствующего показателя для сахарозы. При потреблении продуктов, содержащих изомальтулозу, это ощущение сладости возникает быстро, обеспечивает оттенок свежести и не оставляет постороннего привкуса или послевкусия.

Метаболизм изомальтулозы в организме, в принципе, является аналогичным механизму усвоения сахарозы, однако он протекает с использованием другой группы ферментов для осуществления расщепления изомальтулозы на составляющие элементы, т.е.  глюкозу и фруктозу. Этот процесс, как и в случае сахарозы, протекает в основном в тонком кишечнике. Энергетическая  ценность изомальтулозы аналогична сахарозе и составляет 4 ккал/г (16,7 кДж/г).

Существенным отличием метаболизма изомальтулозы в организме человека по сравнению с сахарозой является то, что гидролиз изомальтулозы протекает со значительно меньшей скоростью, чем для сахарозы. По данным ряда исследований, скорость этого процесса для изомальтулозы  в 4-5 раз меньше, чем  для сахарозы. Это  имеет своим результатом ряд важных физиологических последствий.

В связи с этим целесообразно остановиться на понятии, введенном физиологами в 1976 году, – значении гликемического индекса ( ГИ) пищевых продуктов. Согласно определению, этот показатель указывает на относительную способность того или иного продукта перерабатываться в глюкозу, находящуюся в крови. Иными словами, он указывает, насколько повышается уровень сахара, точнее глюкозы, в крови после потребления данного продукта.

За базу сравнения при этом принимается продукт, ГИ которого считается равным 100 %. Наиболее часто в качестве такого продукта выбирается чистая глюкоза.

Очевидно, что чем больше ГИ  того или иного пищевого продукта, тем больше глюкозы поступает в кровь. С точки зрения гликемического индекса различают продукты, содержащие «быстрые» и «медленные» углеводы             ( рис.3).       

                 1240771935ris3

Рис.3. Изменение содержание сахара ( глюкозы) в крови после потребления в пищу различных видов углеводов

 Из представленных в табл.1 данных следует, что такие продукты, как сахароза, мед, сладкие фрукты, хлеб из белой рафинированной муки, пирожные, белый рис,  обладают очень высокими значениями гликемического индекса. Поэтому характерным  после потребления таких продуктов является то, что после их приема утоленное чувство голода начинает возникать вновь очень скоро, быстро возвращаясь к исходному состоянию, а затем с течением времени только усиливаться. Часто это приводит к эффекту переедания со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями.

Продукты же с низким значением гликемического индекса ( менее 55 ) дают более длительное состояние насыщения, поскольку достаточный для обеспечения ощущения сытости уровень глюкозы в крови поддерживается в данном случае устойчивее. Поэтому  продукты с низким ГИ уменьшают  аппетит и  снижают возможность переедания.

 

 

         В табл.1 представлены в качестве примера значения ГИ некоторых продуктов питания, отличающихся высокими и низкими значениями гликемического индекса.

                                                                                                                Таблица 1

Величины гликемического индекса некоторых видов продуктов питания

 

Продукты с высоким гликемическим индексом

Значение ГИ

Продукты с низким гликемическим индексом

Значение ГИ

Глюкоза

 

100

Хлеб из муки грубого помола с отрубями

50

Печеная картошка, жареный картофель

95

Неочищенный (коричневый) рис

50

Белый хлеб из муки высшего сорта

95

Горох

50

Картофельное пюре

90

Мюсли без сахара

50

Мед

90

Овсяные хлопья

40

Морковь

85

Фруктовый сок без сахара

40

Кукурузные хлопья, попкорн

85

Ржаной хлеб с отрубями

40

Сахар

75

Гречневая каша

40

Белый хлеб из обычной муки

70

Макаронные изделия из муки грубого помола

40

Мюсли с сахаром

70

Фасоль

40

Шоколад молочный

70

Молочные продукты

35

Вареный картофель

70

Сухие бобы

30

Печенье, бисквиты

70

Свежие фрукты

30

Кукуруза

70

Консервированные фрукты без сахара

25

Белый рис

70

Черный шоколад

22

Серый и черный хлеб

65

Фруктоза

20

Свекла

65

Соя

15

Дыня

60

Зеленые овощи, помидоры

менее 15

Бананы

60

Лимоны

менее 15

Джем

55

Грибы

менее 15

 

В последнее время является общепризнанным, что с позиций нормальной физиологии человека, значительное повышение уровня глюкозы в крови, а также сохранение такого высокого уровня в течение длительного периода времени отрицательно отражается на здоровье человека. Это связано с тем, что человек может приобрести избыточный вес, а также у него могут возникнуть проблемы с выработкой и регулированием уровня инсулина в крови.

Продукты, потребление которых связано только с относительно невысоким повышением уровня глюкозы в крови заметно уменьшает фактор риска по отношению к появлению сердечно-сосудистых заболеваний и возникновению сахарного диабета.

С этих позиций, изомальтулозу можно рассматривать как ценный источник постепенно поступающей в организм низкогликемической энергии (рис.4).

1240772090ris4

Рис.4. Изменение концентрации глюкозы в крови при приеме различных видов углеводов здоровыми  взрослыми людьми  ( 50 г углевода в  виде раствора )

 Из данных, представленных на рис.4 следует, что гликемическая  реакция при потреблении изомальтулозы  оказывается значительно меньшей, чем  в случае глюкозы и сахарозы. Также важным является тот факт,что при приеме изомальтулозы концентрация глюкозы в крови не снижается ниже исходного уровня, и ранняя гипогликемия, часто отмечаемая при потреблении других сахаров, не наблюдается.

В случае изомальтулозы энергетический компонент  в форме глюкозы появляется в крови медленнее и расходуется в течение более длительного времени. Это находит свое отражение в более пологой, но и более протяженной зависимости её концентрации от времени по сравнению с сахарозой. Такое свойство изомальтулозы будет помогать потребителям в их усилиях избежать переедания и слишком частого приема пищи.

Особую роль этот фактор приобретает при создании низкогликемических диет для людей, занимающихся фитнесом, и спортсменов. Соблюдение такого рода диет будет способствовать мобилизации жира в качестве источника энергии при интенсивной мышечной работе. Следует признать, что такое свойство продукта является очень ценным и для современной жизни вообще, требующей полной физической и психической работоспособности.

Важным дополнительным  достоинством изомальтулозы по сравнению, например с сахарозой и многими другими сахарами, является то, что ее не способны разрушать бактерии, находящиеся в ротовой полости, вследствие чего не образуется кислота, способная разрушать зубную эмаль. В связи с этим продуктам, содержащим в качестве  одного из основных компонентов изомальтулозу, разрешается использование специального символа «happy tooth»  или « tooth friendly » ( « друг зубов»).

Изомальтулоза широко используется в качестве ингредиента пищевых продуктов в Японии, начиная с 1985 года, а в Европе с 2005 года, хотя первые попытки ее получения на полупроизводственной установке относятся к 1970 году ( компания  Tate and Lyle, Великобритания). Свойства же изомальтулозы, как химического соединения, были подробно изучены еще в 1957 году, хотя тогда она рассматривалась только как один из многочисленных представителей семейства низкомолекулярных углеводов.

С недавнего времени изомальтулоза получила в Европе статус « Novel food » (« новый пищевой продукт функционального назначения»). В США изомальтулоза имеет статус GRAS        ( « generally recognized as safe »), присвоенный Федеральным агентством по пищевым продуктам и лекарственным средствам ( GRN 184 ), для использовании изомальтулозы в качестве натурального подсластителя при производстве широкой гаммы пищевых продуктов. В Японии изомальтулоза вообще рассматривается как обычный пищевой продукт.

Изомальтулоза может использоваться в составе рецептур целого ряда пищевых продуктов. Некоторые из возможных направлений ее применения показаны в табл.2.

                                                                                                                                                                Таблица 2

Основные направления использования изомальтулозы в рецептурах пищевых продуктов

Наименование продуктов

Содержание изомальтулозы (% масс.) в составе готового продукта

1

Газированные напитки типа «лимонад»

1-2

2

Энергетические напитки

1-8

3

Спортивные напитки и напитки для фитнеса

1-5

4

Фруктовые соки

1-10

5

Бисквиты

1-15

6

Сухие смеси для завтрака

1-10

7

Мюсли

15-30

8

Желе

5-15

9

Йогурты

1-5

10

Мороженное

15

11

Карамель

99

12

Мягкие сорта конфет

8-50

13

Жевательная резинка

5-60

14

Шоколад и шоколадные конфеты 

25-50

15

Начинки  для конфет

10-50

16

Джемы и мармелады

25-40

17

Парентеральное питание (медицина)

5-20

18

Энергетические таблетки

80-95

 Принимая во внимание преимущества использования изомальтулозы и разнообразие областей ее возможного применения, специалистами прогнозируется, что в ближайшие годы ей удастся отвоевать у сахарозы заметную часть  рынка.

Таким образом, изомальтулозу можно рассматривать как природный заменитель сахара, предназначенный для широкого использования.

     Относительно невысокая стоимость, благоприятные физико-химические характеристики, вместе с наличием уникального механизма ее метаболизма в организме, позволяют разрабатывать на ее основе широкий спектр пищевых продуктов функционального назначения. Особый интерес они будут представлять для лиц, заинтересованных в понижении скорости глюкозно-фруктозного усвоения, в том числе людей, регулярно занимающимися видами деятельности, характеризующимися  длительными и интенсивными физическими нагрузками.

                                                 ЛИТЕРАТУРА

1. В.В. Корпачев Сахара и сахарозаменители.—Киев: Книга плюс, 2004.—320с

2. Sweeteners and sugar alternatives in food technology/ ed. by H.Mitchell. Oxford:Blackwell publishing Ltd, 2006.-413 p.

3. ГОСТ 21-94.» Сахар-песок. Технические требования»

4. Мировой баланс сахара 2007-2008 г.// Сахар.-2007.- № 11.- с.18-26.

5. Conversion of sucrose into isomaltulose by Enterobacter sp.FMB1, an isomaltulose-producing microorganism isolated from traditional Korean food / Mee-Hyun Cho, Sang-Eun Park, Jin Kyu Lim et al // Biotechnology letters.-2007.-v.29.- №3.- рр.453-458.

6.Kawaguti H.Y., Burzato M.F., Sato H.H. Isomaltulose production using free cells:optimization of culture medium containing agricultural wastes and conversion in repeated-batch processes//Journal of industrial microbiology and biotechnology.-2007.- v.34.- № 4.-рр.261-269.

7.Корнеева О.С., Божко О.Ю.Биотехнология изомальтулозы- природного заменителя сахара // Вестник Воронежской государственной технологической академии.-2007.-№ 12.- С.34-40.


Все статьи
     
Предыдущая Следующая

SpyLOG 
Каталог ресурсов УралWeb Находится в каталоге Апорт

Рейтинг@Mail.ru

e-mail: info@farmamed.ru
(495) 221-58-08
Copyright © 2008  Все права защищены
© ISD Co - web-дизайн, создание сайта

Адрес для корреспонденции в Москве:
ООО «Фармамедикал»
125080, г. Москва, а/я № 45.
 
Написать письмо Карта сайта