Связанные (1→3)- и (1→4)-связями β-глюканы являются линейными полисахаридами, состоящими из олигомеров, разделенных простыми (1→3)-β-связями. Обычно β-глюканы с высокой молекулярной массой образуют вязкие растворы, причем с повышением молекулярной массы возрастает вязкость. Растворы β-глюканов низкой молекулярной массы ведут себя подобно гелям, а некоторые типы β-глюканов могут образовывать термообратимые гели.

В пищевых продуктах β-глюканы в основном применяются в качестве текстурирующего агента, особенно для полной или частичной замены жиров в ряде молочных продуктов и выпечке, однако иногда β-глюканы добавляют в продукты лишь как полезную для здоровья добавку.

Зерновые с высоким содержанием β-глюкана выполняют полезную физиологическую функцию в качестве диетического компонента, и этот аспект его применения сейчас активно разрабатывается. Так, при ишемической болезни сердца, которая в развитых странах является основной причиной смерти, факторами риска становятся высокое содержание холестерина сыворотки крови и холестерина липопротеинов низкой плотности. Потребление пищевых продуктов, богатых β-глюканами, значительно понижает их уровень.

FDA (Федеральное управление по вопросам качества продовольствия и медикаментов, США), признавая пользу β-глюканов, разрешило их использование в продуктах, в одной порции которых должно содержаться не более 0,75 г β-глюканов, полученных из овса. Также β-глюканы снижают гликемический индекс крахмалсодержащих продуктов и уровень липидов сыворотки крови.

Бета-глюканы – это крупные молекулы, не подвергающиеся ферментативной фрагментации в желудочно-кишечном тракте. Они захватываются клетками слизистой оболочки кишечника и активно переносятся в подслизистый слой, где активируют макрофаги, а через них – лимфоциты, ответственные за иммунитет.

Эффективность лечения и профилактики многих заболеваний бетаглюканами основана на коррекции неустойчивости иммунной системы и неоднократно подтверждена многими экспериментами и клиническими исследованиями.

Вследствие этого возрос интерес к производству обогащенных β-глюканами продуктов либо посредством добавления в них экстрагированного β-глюкана, либо с помощью использования зерновой муки или отрубей, содержащих β-глюканы. Это обусловливает целесообразность их применения при расширении ассортимента специализированных продуктов питания.

     ИСТОРИЧЕСКИЙ ЭКСКУРС     

β-Глюкан экстрагируют промышленным способом, в основном из овса, но этот процесс экстрагирования достаточно дорог, поэтому добавление экстракта β-глюкана в продукты было экономически невыгодным. Однако с начала 1990-х гг. возникли новые разработки, которые предусматривали широкое применение β-глюканов в продуктах как в качестве функционального ингредиента, так и в качестве гидроколлоида.

В производстве пищевых продуктов β-глюканы в настоящее время используются в качестве заменителей жиров. Это уже само по себе оказывает благотворное воздействие на здоровье.

Первой важной разработкой в этой области стало создание средства Oatrim исследователем USDA Джорджем Инглеттом (George Inglett), в начале 1990-х гг. Oatrim содержит β-глюкан, и его производство не требует больших затрат. Вместе с тем он придает продуктам дополнительные функциональные свойства.

Oatrim изготавливается двумя компаниями: Mountain Lake Speciality Ingredients под названием TrimChoice-5®, и Quaker Oats совместно с Rhodia – под названием Beta-Trim'"'. В 1998 г. Дж. Инглетт изобрел Nu-Trim, который обладает похожими свойствами и содержит большее количество β-глюкана (Trim является сокращением от technical research involving mechanism). Совершенствование им процесса экстрагирования позволило получить новую форму β-глюкана из ячменя, названную Glucagel.

Glucagel является новым функциональным гидроколлоидом, содержащим до 100% β-глюкана. Он образует мягкие термообратимые гели.

В настоящее время источником β-глюкана в странах ЕС является пищевая добавка – овсяная камедь (Е 411). Другое ее название – Oat Gum.

Овсяная камедь является стабилизатором, применяемым для обеспечения нужной консистенции и вязкости продукта. Может использоваться в качестве гелеобразующего вещества и загустителя. Имеет структуру порошка белого цвета обладающего сладким вкусом. Она хорошо растворима в воде, и напротив, не растворяется в спиртосодержащих жидкостях.

Получают овсяную камедь путем осаждения из перерабатываемой овсяной мякины. Вещество ферментируют глюкозой и, изолировав, очищают от примесей. Загустители в основной своей массе используются для приготовления диетических специальных продуктов и различных эмульсий.

Приблизительное потребление камеди овсяной составляет не более 20 г/кг веса в день. Добавка Е 411 разрешена для использования во многих странах мира, а также и в Российской Федерации в количестве согласно технологической инструкции ТИ (п. 3.6.31 СанПиН 2.3.2.1293–03).

В пищевой промышленности овсяная камедь используется в сочетании с другими сходными стабилизаторами. Однако людям, имеющим проблемы с ЖКТ, следует быть осторожными при употреблении продуктов, содержащих добавку Е 411. Камедь не обладает аллергенными свойствами.

2.7.1. КРАТКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ГИДРОКОЛЛОИДОВ ЗЕРНОВЫХ

В ячмене и овсе β-глюканы являются основными некрахмальными полисахаридами, обычно составляющими 2-7% массы зерна. В отрубях овса содержится около 5-10% β-глюкана, а в крупе – всего 3-7%. Клеточные стенки эндосперма ячменя содержат до 70% β-глюкана, тогда как клеточные стенки алейронового слоя – только 20%.

     ИСТОРИЧЕСКИЙ ЭКСКУРС     

Ячмень был одним из первых окультуренных зерновых. Его научное название Hordeum vulgare (зерно обыкновенное) свидетельствует о том, что ячмень потребляли на протяжении многих лет.

В последние два столетия он утратил свою популярность, по крайней мере на Западе, и используется только при приготовлении некоторых специфических продуктов, таких как супы.

В настоящее время ячмень используется в основном в качестве корма для животных и в пивоварении. В обоих случаях крайне важно было разработать или выбрать виды ячменя с низким содержанием β-глюкана. В пивоварении предпочтение отдается низкому содержанию β-глюкана, так как он вызывает помутнение. В кормах для животных высокий уровень β-глюкана может вызвать затруднение в переваривании компонентов зерна.

Чтобы компенсировать эти недостатки, добавляют ферменты, которые расщепляют β-глюкан на компоненты с низкой молекулярной массой.

Следует отметить, что овес традиционно выращивают преимущественно с целью использования его в качестве корма, человек же его почти не потребляет.

Традиционные методы экстрагирования β-глюкана включают следующие основные стадии:

• дезактивация ферментов, присутствующих в овсе;
• экстрагирование β-глюкана теплой или горячей водой;
• отделение твердой фазы (обычно центрифугированием);
• извлечение β-глюкана осаждением при добавлении смешиваемого с водой органического растворителя;
• сушка целевого продукта.

Овсяная камедь содержит 40-60% β-глюкана и обладает средней молекулярной массой 300 000-100 000 000 Да.

Свойства камеди могут оказывать отрицательное воздействие при введении в пищевые продукты. Например, β-глюкан, обладающий высокой молекулярной массой, затрудняет повторное растворение камеди в воде, даже если концентрация β-глюкана менее 0,5%.

Высокая стоимость экстрагирования и очистки β-глюкана традиционными методами, а также его нежелательные функциональные свойства объясняют то, что он мало применяется в пищевой промышленности. Причина высокой стоимости заключается не в затратах на стадию экстрагирования, в которой используется только вода и повышенная температура, а в затратах на стадии концентрирования и выделения камеди. Следовательно нововведения, позволившие производить экономически выгодный гидроколлоид, содержащий β-глюкан, коснулись именно стадий выделения β-глюкана после экстрагирования.

2.7.2. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГИДРОКОЛЛОИДОВ ЗЕРНОВЫХ

Как уже сказано в начале параграфа, β-глюканы являются неразветвленными полисахаридами, образованными из гликопиранозных зве-ньев, соединенных группами сопряженных (1→4)- β-связей и изолированными (1→3)-Βсвязями (рис. 2.25).

Рис. 2.25. Структура β-глюкана

Изолированные (1→4)-β-связи никогда не встречаются, большинство (1→4)-Βсвязей располагаются группами по две или три. Основным структурным фрагментом являются цепи целлотриола и остатки целлотетраола, соединенные одиночными (1→3)-β-связями.

Основная цепь β-глюкана, таким образом, напоминает структуру целлюлозы, но содержит перегиб в положении (1→3)-β-связывания. Эти перегибы разрушают сильные водородные связи, которые обычно присутствуют в целлюлозе. Поэтому в отличие от целлюлозы зерновые β-глюканы нерастворимы в воде.

Отношение целлотриола к целлотетраольным остаткам в β-глюкане находится в рамках 2,1 ± ОД для овса, 3,2 ± 0,3–для ячменя и 3,5 ± 0,4– для пшеницы и меняется в зависимости от температуры и условий экстракции β-глюкана. Следует отметить, что β-глюкан ячменя, экстрагированный при температуре 65°С, имеет большую молекулярную массу, более высокое содержание (1→4)-β-связей и ббльшую вязкость, чем экстрагированный при 45°С.

Поведение β-глюкана в растворе достаточно сложно. β-Глюкан с высокой молекулярной массой образует вязкие растворы. Обычно чем выше молекулярная масса β-глюкана, тем раствор будет более вязким при заданной концентрации. β-Глюканы с низкой молекулярной массой могут ассоциировать и агрегировать, а это изменяет поведение раствора β-глюкана.

Только β-глюкан, получаемый из овса, образует гели.

Реологические свойства негидролизованной камеди овса подобны свойствам других негелеобразующих полисахаридов, таких как гуаровая камедь. В негидролизованной камеди наблюдается агрегация.

Камедь овсяная используется при производстве ароматизированных напитков. Добавка Е 411 способна повышать плотность масляных частичек эфирных масел, которые применяются в качестве ароматизаторов. Известно, что эфирные масла не оседают на дно, а стремятся подняться на поверхность. Это может привести к образованию жирных пятен. Повышенная благодаря эмульгаторам плотность напитка препятствует возможному расслоению жидкости. Действие небольшой дозировки эмульгатора, разрешенного к применению, можно усилить добавлением пектина. Для стабилизации таких напитков, как, например, шоколадное молоко, применяются загустители, так как частицы какао способны выпадать в осадок. Действие овсяной камеди в таких случаях можно усилить добавлением фосфатов. Именно для стабилизации какаосодержащих напитков и применяется камедь.

Следует также отметить, что частицы в масляной эмульсии имеют аналогичный размер, что частично объясняет то, что определенные продукты β-глюкана, заменяя масло и жир в обработанных продуктах, могут придавать пище кремообразную консистенцию.

2.7.3. ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОКОЛЛОИДОВ ЗЕРНОВЫХ

Способность β-глюкана к понижению уровню холестерина связана с увеличением вязкости содержимого пищеварительного тракта при растворении β-глюкана, а это снижает повторное всасывание желчи. Было проведено большое количество исследований, посвященных изучению гипохолестеринемических свойств β-глюкана. Так, исследования на добровольцах показали, что β-глюкан понижает общий холестерин, а также холестерин липопротеидов низкой плотности («плохой» холестерин), тогда как уровень липопротеидов высокой плотности остается таким же.

Было проведено несколько исследований, посвященных изучению гликемической реакции на прием пищи, особенно у людей, страдающих диабетом, после переваривания пищи, содержащей β-глюкан. Установлено, что снижение гликемической реакции на глюкозу достаточно эффективно. Падение уровня глюкозы в сыворотке крови наблюдалось у людей, страдающих диабетом и принимающих пищу с высоким содержанием β-глюкана.

Основным применением β-глюкансодержащих гидроколлоидов Glucagel, Oatrim и Nu-Trim является их использование в качестве текстурирующих агентов в пищевых продуктах, где они полностью или частично заменяют жир.

Oatrim также используется в мясных, молочных продуктах, выпечке, напитках и продуктах быстрого приготовления.

Glucagel может образовывать прочные прозрачные съедобные пленки, которые возможно использовать в разных целях в качестве покрытия для продуктов.

По решению комиссии экспертов Nu-Trim используется в качестве заменителя кокосового крема в пяти тайских десертах: кокосовом желе, джеме таро, хрустящем блине, паровом банановом торте, кокосово-мускусном мороженом. В принципе заменить можно и 100% жира, но эксперты предпочитают заменять 80%, чтобы сохранить вкус кокоса.

Специально созванной комиссией экспертов Glucagel был разрешен к использованию в хлебе, тортах, соусах и мороженом. Результаты исследований показали достижение приемлемых органолептических показателей пищевых продуктов при частичной замене в них жиров. Однако в Австралии и Новой Зеландии Glucagel рассматривается как самостоятельный пищевой продукт, поскольку он производится методом экстракции из ячменя с использованием только воды, нагревания и охлаждения.

Oatrim признан FDA безопасным (GRAS). Для Nu-Trim потребуется повторное подтверждение статуса GRAS, которого добивается обладатель лицензии для производства.