Современные представления о пробиотиках и пребиотиках

ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ

Пре- и пробиотики относятся к одной из основных категорий функционального питания, и, таким образом, использование пищи с большим количеством балластных веществ (различные пищевые волокна), а также продуктов с живыми культурами бактерий (бифидопродукты, йогурты и т.п.) является основой профилактических мероприятий для предупреждения развития нарушений микробиоценоза кишечника.

пробиотики + пребиотики = синбиотики

Краткая видеолекция

"Пробиотики и пребиотики" (д.б.н. Дмитрий Алексеев) (видео→)

Другие видеолекции креативного Д. Алексеева можно найти по этой ссылке→

По теме см. также:

• Питание для микрофлоры
• Пищевые волокна
• Пребиотики и бифидобактерии
• Механизмы действия пребиотиков

1. ПРОБИОТИКИ

Пробиотики, по определению термина, приведённом в российском терминологическом стандарте ГОСТ Р 52349-2005, - это функциональные пищевые ингредиенты в виде препаратов, БАД, или в составе пищевых продуктов, состоящие из полезных живых микроорганизмов, оказывающие благоприятное воздействие на организм благодаря нормализации состава или повышению активности нормальной микрофлоры кишечника.

Соответственно, пробиотическим пищевым продуктом называют функциональный пищевой продукт, содержащий в качестве физиологически функционального пищевого ингредиента специально выделенные штаммы полезных для человека (непатогенных и нетоксигенных) живых микроорганизмов, которые благоприятно воздействуют на организм человека через нормализацию микрофлоры пищеварительного тракта. Сегодня пробиотическими культурами, рекомендованными ФГБНУ "НИИ питания", согласно ГОСТ Р 56139-2014, являются следующие микроорганизмы: бифидобактерии (Bifidobacterium), пропионовокислые бактерии (Propionibacterium), лактобациллы (Lactobacillus), бактерии рода Lactococcus, стрептококки вида Streptococcus thermophilus

В России до 80% используемых пробиотических культур представлено бифидобактериями, в частности видами: B. bifidum, B. longum, B. adolescentis, B. breve, B. infantis, B. lactis, B. animals. Поэтому при рассмотрении вопроса, будем опираться на свойства этих микроорганизмов.

Применяемые на практике препараты пробиотиков должны иметь чёткие физиолого-биохимические и генетические маркировки, а также стабильные характеристики клинической и технологической эффективности.

Необходимым качеством пробиотиков, обеспечивающим их физиологическое действие, является высокая скорость роста и совместимость с другими микроорганизмами, присутствующими в желудочно-кишечном тракте, минимальная способность микроорганизмов-пробиотиков к транслокации из просвета пищеварительного тракта во  внутреннюю среду организма. Длительное использование пробиотических препаратов не должно вызывать побочных эффектов.

К основным процессам, обеспечивающим положительные эффекты пробиотиков относятся: ингибирование роста потенциально вредных микроорганизмов  в  результате продукции антимикробных субстанций, активации иммунокомпетентных клеток; стимуляция роста представителей микрофлоры в результате продукции витаминов и других ростостимулирующих факторов; нейтрализация токсинов и нормализация рН; изменение микробного метаболизма, проявляющееся в повышении или снижении активности ферментов.

Специфическая активность разных пробиотических микроорганизмов заключается в наличии антибактериальной и антимутагенной, антиканцерагенной активности; способности к снижению уровня сывороточного холестерина, улучшения метаболизма лактозы; стимуляции иммунной системы.

БИФИДОБАКТЕРИИ - "ПЕРВОПРОХОДЦЫ" СРЕДИ ПРИЗНАННЫХ ПРОБИОТИКОВ

Т.к. тема совместного раздела о про- и пребиотиках очень обширная, то для сокращения объема информации для первой части к рассмотрению возьмем наиболее представительный вид кишечной симбионтной микрофлоры - бифидобатерии.

В настоящее время идентифицировано более 50 видов бифидобактерий (от лат. bifidus – раздвоенный, расщепленный надвое), объединенных в род  Bifidobacterium, который относится к семейству Actinomycetaceae.

Наиболее изучаемыми видами бифидобактерий являются: B. bifidum, B. longum, B. adolescentis, B. breve, B. infantis, B. lactentis, B. liberorium и т.д.

Бифидобактерии – это грамположительные, анаэробные, бесспоровые, неподвижные палочки, (0,5-1,3) х (1,5-8) мкм. Бифидобактерии представляют собой чрезвычайно вариабельные по форме палочки – прямые, изогнутые, разветвленные, раздвоенные Y- или V – формы, булавовидные и лопатовидные. Полиморфизм является характерным свойством бифидобактерий: в мазках молодой культуры встречались неразветвленные особи, а более старой – ветвящиеся или с булавовидными утолщениями на концах, иногда неравномерно окрашенные, гранулированные палочки.

Среди штаммов, выделенных из кишечника взрослых людей, преобладают палочковидные и булавовидные формы: ветвящиеся палочки чаще встречаются у детей грудного возраста. На ранних стадиях развития преобладают палочковидные формы, а при дальнейшем культивировании образуются разветвленные нити с многочисленными перегородками и в основном стволе и ответвлениях.   

Форма клеток микроба зависит от различных факторов: условий культивирования, возраста культуры, изменения состава питательных сред, изменения рН среды и др. Несмотря на то что, ряд авторов, описывая морфологию бифидобактерий, были единодушны, отмечая их полиморфизм, то в отношении причин, его вызывающих, мнения были противоречивы.

Все виды бифидобактерий при первичном выделении являются строгими анаэробами. В присутствии углекислого газа они могут быть толерантными к кислороду. При лабораторном культивировании эти микроорганизмы приобретают способность развиваться в присутствии некоторого количества кислорода, а высокопитательных средах – расти в полностью аэробных условиях. Чувствительность к кислороду у многих штаммов варьирует, что обусловлено различиями в механизме брожения. Некоторые виды могут расти в атмосфере воздуха, обогащенного 10% СО₂. Оптимальной является температура (37-41)°С. Оптимальное значение рН (6-7), при рН ниже 4,5 и выше 8,5 рост микроорганизмов прекращается. 

Бифидобактерии являются хемоорганотрофами, активно сбраживают сахарозу, галактозу, фруктозу, мелибиозу, раффинозу, лактозу и др., с образованием, в основном, уксусной и молочной кислот в молярном соотношении 3:2. Образуют также примеси муравьиной и янтарной кислот, а также этанола. Масляную, пропионовую кислоты и СО₂ не образуют. Для роста на питательных средах нуждаются в добавлении витаминов.

Бифидобактерии не продуцируют каталазы, не образуют индол и сероводород, не восстанавливают нитраты, не разжижают желатин. Они не продуцируют фенол, не образуют аммиак из аргинина. При развитии в лакмусовом молоке бифидобактерии вызывают частичное или полное его восстановление.

Бифидобактерии сбраживают сахар с образованием молочной кислоты в качестве основного конечного продукта. Однако суммарное уравнение носит особый характер и не соответствует ни гомоферментативному, ни типичному гетероферментативному молочнокислому брожению (формула 1).

2глюкоза----------------------3ацетат + 2 L – лактат   (1)                 

Этот вид брожения имеет единственный в своем роде биохимический механизм превращения глюкозы.

Как и при расщеплении по пути Эмбдена – Мейергоффа, глюкоза сначала фосфорилируется в положении 6, а затем превращается во фруктозо-6-фосфат. Расщепление связи С₂-С₄ во фруктозо-6-фосфат сопровождается присоединением неорганического фосфата. Последующей реакцией между эритрозо-4-фосфатом и фруктозо-6-фосфатом начинается сложный ряд взаимных превращений сахарофосфатов, в результате чего, в конечном счете, образуются 2 моля ацетилфосфата и 2 моля глинеральдегида-3-фосфата. Из ацетилфосфата получается ацетат, а триазафосфат через пируват превращается лактат. В энергетическом отношении это брожение несколько более эффективно, поскольку оно дает 5 молей АТФ на каждые 2 моля сброженной глюкозы. Имеются данные, указывающие, что бифидобактерии продуцируют   L(+) молочную кислоту, которая является для млекопитающих физиологически активной формой, целенаправленно используется организмом, тогда как D – молочная кислота не устанавливается. В организме человека молочная кислота образуется в больших количествах и играет важную роль в метаболизме. Однако, следует отметить, что только L (+) – молочная кислота служит в качестве источника энергии для сердца, скелетных мускул, печени, почек, мозга и сжигается до СО₂ и воды, а также используется в цикле глюкозы для образования гликогена и животного крахмала.

Некоторые штаммы бифидобактерий растут при наличии азотфиксирующих олигасахаридов – N–ацетил-глюкозамине, N–ацетил-галактозамине N–ацетил-манозамине  и др., которые отсутствуют в коровьем молоке (содержатся в женском молоке). Присутствие таких соединений в молоке делает его наиболее благоприятной средой для бифидобактерий, и, вероятно, именно этим объясняется их преобладание в кишечной микрофлоре грудных детей. Благодаря исследованиям японских ученых бифидофактор был идентифицирован и компоненты его выделены в чистом виде. В последующем оказалось, что стимулирующей рост активностью в отношении к различным штаммам бифидобактерий обладают различные производные пантотеновой кислоты, в том числе витамин. Констатировано, что бифидобактерии подобно молочнокислым бактериям, обнаруживают абсолютную зависимость от производных пантотеновой кислоты. Имеются сведения о выделении бифидус-факторов или их синтеза на основе аминокарбонильных реакций.

Особый интерес в последние годы проявляется к олигосахаридам женского молока. Как известно, главным углеводом молока является лактоза. Установлено, что этот дисахарид сопровождается небольшим количеством других олигосахаридов. Различные группы олигосахаридов женского молока обладают различными видами активности. Считают, что олигосахариды, содержащие N – ацетил-глюкозамин, обладают действием, стимулирующим рост B. bifidum. В настоящее время установлено, что микроорганизмы B. bifidum нуждаются в качестве ростового фактора в N – ацетил – D – глюкозамине в виде β – гликозидов или концевого восстанавливающего сахара в 4 – 0 – β замещенных ди- и олигосахаридов. Причина ростовой активности этих двух типов производных заключается, по-видимому, в том, что они могут превращаться в обычный предшественник мурамовой кислоты, который является важным компонентом клеточных стенок некоторых бактерий.

Из олигосахаридов женского молока ростовую активность проявляют лакто- n-тетраоза, лакто-n-фукопентоза I, лакто-N-футсопентаоза II и лакто-n-дифукогексаоза. Таким образом, некоторые олигосахариды формируют главный структурный компонент бактериальной клеточной стенки.

Проведенная российскими исследователями  статистическая обработка данных о видовом составе бифидофлоры у различных возрастных групп населения России показала, что у здорового грудного ребенка, находящегося на грудном вскармливании, B. bifidum, B. longum, В.breve, B. infantis встречаются в соотношении 35%, 42%, 17%, 12%. Штаммы В. аdоlеsсеntis выявляются в 1,5% случаев или отсутствуют в фекальном содержимом. У детей на искусственном вскармливании содержание доминирующих видов бифидобактерий падает до (3-5)%, в то время как представители вида В. аdо1еsсеntis обнаруживаются у 22% детей. У взрослых в толстом кишечнике обнаруживаются преимущественно представители B. bifidum, B. longum и В. аdоlеsсеntis. В кишечнике лиц старше 35 лет представители вида В. аdо1еsсеntis начинают превалировать в бифидофлоре, достигая (60-75)% в пожилом возрасте. Основываясь на этих данных, авторы полагают, что в пробиотиках, предназначенных для детей до 3-х лет, видовое соотношение бифидобактерий должно соответствовать количественному содержанию этих микроорганизмов в кишечнике здоровых детей. При этом вид В. аdо1еsсеntis не следует вводить в пробиотики и продукты функционального питания, предназначаемые для этой возрастной группы россиян.

Антагонистическая активность бифидобактерий, связанная с продукцией органических кислот (ацетата и лактата) и бактериоцинов с широким спектром антимикробного действия, так же как и блокирование рецепторов на слизистой кишечника, предотвращающие фиксацию на них потенциально патогенных микроорганизмов, определяют важнейшую роль этих микроорганизмов в колонизационной резистентности. Снижение количества бифидобактерий или даже их полное исчезновение является одним из патогенетических механизмов длительных кишечных дисфункций у детей и взрослых. Оно ведет к нарушению минерального обмена, процессов кишечного всасывания, белкового и жирового обмена, к формированию хронических расстройств пищеварения. Имеются сведения, что бифидобактерии являются «поставщиком» ряда незаменимых аминокислот, в том числе триптофана, витаминов, установлена их антиканцерогенная и антимутагенная активность, способность снижать уровень холестерина в крови и др. Все эти положительные эффекты в свое время позволили рассматривать бифидобактерии как эффективный биокорректор и основу для создания препаратов обладающих многофакторным регулирующим и стимулирующим воздействием на организм, а позднее и как одну из основных категорий функционального питания.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРЕБИОТИКОВ

В технологических процессах производства обогащённых пробиотиками пищевых продуктов, а также при их прохождении через пищеварительный тракт пробиотические культуры подвергаются множеству агрессивных воздействий, которые приводят к снижению их активности, частичной гибели.

Производственные факторы риска: высокая концентрация молочной, уксусной или других кислот в культуральной среде; технологическая обработка (центрифугирование, ультрафильтрация); температурные режимы (замораживание, сушка); действие кислорода; повышенное осмотическое давление, вызванное повышенным присутствием соли.

В желудочно-кишечном тракте микроорганизмы подвергаются длительному пребыванию в кислой среде желудка, действию желчных кислот, воздействию антимикробных компонентов, содержащихся в продуктах.

2. ПРЕБИОТИКИ

В связи с этим возникает необходимость использования пребиотиков, которые выступают не только как стимулятор роста и активизатор метаболизма полезной микрофлоры, но и выполняют определённую протекторную функцию.

В соответствии с ГОСТ Р 52349-2005, пребиотик – функциональный пищевой ингредиент в виде вещества или комплекса веществ, обеспечивающий при систематическом употреблении человеком в пищу в составе  пищевых продуктов благоприятное воздействие  на организм человека в результате  избирательной стимуляции  роста и /или повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника.

К основным видам пребиотиков относятся олиго- и полисахариды (включая пищевые волокна, в т.ч. резистентный крахмал), многоатомные спирты, аминокислоты и пептиды (в т.ч.  резистентные белки), ферменты, органические низкомолекулярные и ненасыщенные высшие жирные кислоты, антиоксиданты; В качестве пребиотиков могут рассматриваться отдельные витамины и их производные, а также вещества белковой природы. Пожалуй наиболее и известным пребиотиком является инулин (из цикория).

Исследования показали, что пребиотическим эффектом, т.е. способностью стимулировать рост и активность симбионтной микрофлоры, обладает большое количество соединений:

• олигосахариды (соевый олигосахарид, фруктоолигосахариды, галактоолигосахариды);
• моносахариды (ксилит, раффиноза, сорбит, ксилобиоза и др.);
• дисахариды (лактулоза);
• полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины, камеди, слизи, декстрин, инулин и др.);
• пептиды (соевые, молочные и др.);
• ферменты (протеазы сахаромицетов, b-галактозидазы микробного происхождения и др.);
• аминокислоты (валин, аргинин, глутаминовая ксилота); антиоксиданты (витамины А, С, Е, каротиноиды, глутатион, Q10, соли селена и др.);
• жирные кислоты (эйкозапентаеновая кислота и др.);
• органические кислоты (уксусная, лимонная и др.);
• растительные и микробные экстракты (морковный, картофельный, кукурузный, рисовый, тыквенный, чесночный, дрожжевой и др.)
• и другие (лецитин, парааминобензойная кислота, лизоцим, лактоферрин, лектины, экстракты различных водорослей и др.)

Хотя они могут и не в полной мере отвечать всем требованиям, предъявляемым к классу пребиотических препаратов, в частности перевариваемости, абсорбируемости, селективности.

К пребиотикам в чистом виде предъявляются достаточно строгие требования:

• они не должны подвергаться гидролизу пищеварительными ферментами человека,
• не должны абсорбироваться в верхних отделах пищеварительного тракта,
• должны селективно стимулировать один вид или определенную группу микроорганизмов, резидентных для толстой кишки.

Основными представителями этой группы препаратов являются:

• олиго- и полисахариды натурального происхождения (например, пищевые волокна злаковых, овощей, фруктов (в частности, инулин), трав (псиллиум);
• дисахариды искусственного происхождения (лактулоза);
• парааминобензойная кислота;
• лизоцим;
• кальция пантотенат.

Изготовителями функциональных продуктов и биологически-активных добавок к пище, направленными на коррекцию состава кишечной микробиоты, а также потребителями отдаётся предпочтение неперевариваемым волокноподобным ОС- классу углеводов со средней степенью полимеризации 2-10, растворимым в воде. Существуют несколько разновидностей таких углеводов: коротко- и среднецепочечные олигомеры из остатков фруктозы (ФОС-фруктоолигосахариды, фруктаны, полифруктозаны, в том числе инулин), галактозы (ГОС-галактоолигосахариды), глюкозы (глюкоолигосахариды, глюканы и декстраны) и их сочетания. Общим свойством этих соединений является их способность к селективной стимуляции сахаролитических свойств и активации обмена углеводов у бифидобактерий как in vivo, в организме человека и животных, так и in vitro, на выделенных культурах. Это свойство обусловлено метаболическими отличиями бифидобактерий от других бактерий кишечника и их способностью утилизировать гексозы по специфическому пути через фруктозо-6-фосфат, при котором  энзим фруктозо-6-фосфокетолаза играет ключевую роль. Кроме того, ферментами для утилизации углеводов у бифидобактерий являются N-ацетил-β-глюкозаминидаза и β-глюкозидаза, отсутствующие у лактобактерий и других симбионтов ЖКТ.

Действие пребиотиков начинаясь в толстой кишке, реализуется на системном уровне. Не перевариваясь в тонкой кишке, они с пищей поступают в толстую кишку, где утилизируются микрофлорой, обеспечивая её рост, стабильность и активность. Кроме того, в процессе микробного метаболизма из неперевариваемых компонентов пищи образуются короткоцепочечные жирные кислоты.

Наибольшее значение имеют уксусная, пропионовая, масляная/изомасляная, валериановая/изовалериановая, капроновая/изокапроновая кислоты. Бифидобактерии преимущественно образуют уксусную и молочную кислоты в молярном отношении 3:2. Они снижают рН в просвете кишечника, препятствуя развитию гнилостной и патогенной флоры, а также утилизируется энтероцитами в качестве трофического материала.

В наибольшей степени данной концепции отвечают фруктоолигосахариды (ФОС). Считается доказанной связь ФОС с повышением уровня бифидобактерий уровнем здоровья. Экспериментально показана обратная зависимость между уровнями бифидофлоры и глюкозы в крови. Некоторые пребиотики нормализуют уровень холестерина в крови, также связывают и выводят из организма некоторые токсические вещества, поступающие с пищей.

Эти эффекты реализуются за счёт улучшения состава химуса и трофики кишечной слизистой, активации абсорбции магния и кальция, стимуляции выработки энтероэндокринными клетками кишечника гормона насыщения (глюкогана), которая приводит к снижению базального уровня глюкозы и липидов в печени и крови. Кроме того, ФОС хороши тем, что создают вязкий гель в обогащаемых ими продуктах, препятствующий всасыванию моносахаридов, жира, и сами имеют низкую энергетическую ценность.

В зависимости от расположения β-связей между мономерами, атакуемыми представителями симбионтных бактерий, ФОС подразделяют на инулин- и фруктансодержащие. Известны природные и биотехнологические источники ФОС. К первым относятся широко распространённые богатые инулином топинамбур, корни одуванчика, девясил, цикорий, а также многие съедобные растения (лук, чеснок, спаржа, артишок, бананы, овёс, пшеница, рожь, пшеница, рожь, томаты, инжир, корень цикория, зелёные бананы), ко вторым – производные микробного синтеза из сахарозы и других углеводов. Из-за высокой себестоимости производства инулина из натурального растительного сырья сегодня преимущественно используются синтетические варианты олигофруктозы с более низкой степенью полимеризации (соответственно 40-60 мономеров в цепи у инулина и 7-23 у олигофруктозы). По сравнению с инулином природного происхождения они характеризуются меньшей селективностью и в среднем в 2 раза чаще стимулируют популяции клостридий и энтерококков, не относящихся к защитным представителям микрофлоры. Олигосахариды других видов, как правило, вырабатываются промышленным путём из лактозосодержащего сырья (лактулоза, сахароспирты- лактит, лактолит) и глюкозосодержащего (полидекстроза, изомальтит) сырья, в том числе вторичного. Бифидогенный эффект у этих видов олигосахаридов значительный, но способность обуславливать системные оздоравливающие эффекты в соответствии с пребиотической концепцией до конца не изучена или чётко не прослеживается.

Наряду с положительными эффектами от применения пребиотиков при создании функциональных продуктов должны учитываться и такие нежелательные для потребителей факторы (присущие только НКП), как флатуленция и её следствие в виде потери нутриентов. Эти эффекты, в первую очередь, обусловлены индивидуальной непереносимостью пищевых волокон, которыми, по сути, являются олигосахариды, и, как правило, они дозозависимы. Известно, чем больше длина углеводной цепи и более разветвлена цепь олигосахарида, тем меньше выражен эффект флатуленции, поэтому выбору пребиотиков должны предшествовать клинические испытания и обоснование величины суточного потребления, которую не рекомендуется превышать. Следует отметить, что, несмотря на объективную способность уже известных пребиотиков благотворно действовать на здоровье потребителей необходимо вести поиск альтернативных доступных природных источников бифидогенных ингредиентов. Кроме того, целесообразно использовать олигосахариды в качестве ростовых добавок в питательные среды для производства заквасок и бакконцентратов бифидобактерий, предназначенных для использования в молочной и других отраслях пищевой промышленности. 

---

 О действиях пребиотиков см. подробнее:

Механизмы влияния пребиотиков на микробиоту, иммунную систему и эпителиальный барьер, а также их значение в стратегиях профилактики аллергии

См. также:

Роль углеводов в болезнях человека через регуляцию несбалансированной кишечной микробиоты

а также

Влияние неперевариваемых углеводов на метаболические заболевания

---

Известно, что нормальная микрофлора наряду с волокнистоподобными олигосахаридами усваивает и полисахариды пищевых волокон - устойчивый крахмал, полисахариды растительных клеточных клеток, гемицеллюлозу, пектины, камеди.

ЗЛАКОВЫЕ (ЗЕРНОВЫЕ) КУЛЬТУРЫ. Продукты переработки злаковых культур являются важным источником пищевых волокон. Человек употребляет крупяные продукты с раннего возраста – с 4-5 месяцев, так как блюда из крупы (каши)- одна из первых продуктов прикорма ребёнка. Рассматривая эту группу пищевых продуктов в качестве источника пищевых волокон нужно подчеркнуть их неоспоримые преимущества: безопасность, доступность, возможность создания на их основе продуктов с заданным составом и с требуемыми свойствами. Содержание пищевых волокон в том или ином растительном сырье неодинаково. Оно зависит от его ботанической принадлежности, морфологической и анатомической особенности тканей. В таблице 1 приведено содержание пищевых волокон в некоторых зерновых продуктах.

Таблица 1 -  Содержание пищевых волокон в различных зерновых культурах

Продукт	Крахмал, %	Суммарное содержание пищевых волокон	Растворимые ПВ, г/100г	Нерастворимые ПВ, г/100г
Рис	61,4	7,5±1,8	3,5±0,7	4,0±0,6
Кукуруза	53,7	8,9±1,0	4,6±1,4	4,3±1,7
Просо	54,6	8,8±3,4	3,8±1,5	5,0±1,9
Пшеница	54,5	12,1±0,8	2,7±0,2	9,4±0,6
Овёс	58,2	17,8±2,3	8,7±1,1	9,1±1,1
Ячмень	54,6	11,8±1,4	7,9±0,9	3,9±0,5

Сравнивая содержание пищевых волокон в основных видах зерновых культур и современную характеристику значений пищевой ценности продуктов в основных видах крупы, кроме рисовой, попадают в группу с их высоким значением 3 г на 100 г. Содержание пищевых волокон в зерновых продуктах  зависит от вида культуры и технологии переработки. Значительное снижение массовой доли пищевых волокон происходит при переработке проса в 3,8 раза и пшеницы в 2,5 раза. Овёс и ячмень по содержанию растворимых пищевых волокон значительно превосходит остальные культуры. Главным растворимым компонентом пищевых волокон зерновых культур являются (1,3;1,4)-ß-D-глюканы. Содержание ß-глюканов в зерне различных культур представлено в таблице 2.

Таблица 2 -  Количественное распределение  ß-глюканов  в  зерне    различных культур

Материал	Содержание ß-глюканов,%
	овёс	ячмень	рожь	пшеница
Зерно	4,8…4,6	3,9…4,5	1,2…2,9	1,2…1,4
Эндосперм	1,4…2,3	3,7…4,5	1,5…2,0	0,2…0,4
Отруби	9,6	-	-	-

ОВЕС И ЯЧМЕНЬ. Надо подчеркнуть, что между содержанием пищевых волокон, минеральных веществ и витаминов группы В существует прямая зависимость. Поэтому больший интерес для функционального питания представляют овёс и ячмень. В таблице 3 представлен химический состав овсяной и ячменной муки. Наиболее высоким содержанием минеральных веществ отличаются овсяная и ячменная крупы (в частности, более 350 мг калия, более 40 мг магния). Все крупы за исключением рисовой и манной  входят в группу с высоким содержанием железа (более 1,4 мг). Зёрна ячменя и овса содержат значительное количество кальция (93-117мг). 

Таблица 3 - Химический состав овсяной и ячменной муки.

Показатель	Овсяная мука	Ячменная мука
Белки, %	12,3	10
Жир, %	6,1	1,2
Пищевые волокна, %	8,0	8,1
Влажность, %	13	14
Зола, %	2,1	1,2
Углеводы, %
Общие	59,5		65,4
Моно- и дисахариды	1,1		1,1
Крахмал	58,2		63,8
Витамины мг%
Токоферолэквивалент	1,7		1,5
Ниациновый  эквивалент	4,3		4,7
В1	0,47		0,27
В2	0,12		0,09
РР	1,10		2,7
С	0
Микро- и макроэлементы мг%
Кальций	64		80
Фосфор	349		343
Калий	362		205
Натрий	37		15
Магний	116		50
Железо	3,9		1,8

Как правило, крупы, содержащие высокое количество пищевых волокон, имеют и высокое содержание белка.  Для овса характерно наилучшее для зерновых культур соотношение аминокислот, в основном объясняемое тем, что доминирующими фракциями овса являются глобулины. Белки глобулинной формы наиболее богаты незаменимыми аминокислотами: треонином –  3,3%, триптофаном – 1,9, валином –  5,3. Характерной особенностью зерна  овса является высокое содержание жиров (3…11%), в 2-3 раза больше чем у других зерновых. Овёс является уникальным видом среди зерновых, поскольку более 50% общего жира семян отлагается в крахмалистом эндосперме, а не в зародыше развивающейся зерновки. Овсяные масла более стойки к окислению, что связано с низким содержанием линолевой кислоты. В масле овса выделено десять высокомолекулярных карбоновых кислот, две из них (линолевая и линоленовая) являются незаменимыми для человека и животных. Суммарное количество линолевой, олеиновой и пальмитиновой кислот достигает 90-95%, стеариновой и линолевой по 1..4 %, что указывает на его высокие пищевые качества.

Пищевые волокна овсяной муки содержат  целлюлозу (12%), гемицеллюлозу (83%), лигнин  (12%).

В настоящее время накоплены данные, свидетельствующие о том, что по многим своим  полезным свойствам  продукты из ячменя (и сам ячмень)  уникальны. Ячмень содержит достаточно ценные по аминокислотному составу белки, слизи, богат активными ферментами (амилаза, протеаза, пероксидаза).

Наличие ß-глюкана придает овсяной и ячменной муке способность снижать холестерин в крови при смешивании с желчными кислотами в кишечнике  и тем самым предотвращать его абсорбцию. Молекула ß-глюкана состоит из глюкопиранозных звеньев, соединённых группами сопряжённых (1-4)- ß-связей и изолированными (1-3)- ß-связями. Хотя большинство сегментов в этих блоках являются триммерами и тетрамерами, в полимерных цепях  обычно  присутствуют  более  длинные  блоки.  Молекулярный вес   ß-глюканов  ячменя  обычно  выражается  шести - семизначными  числами, 31-2700*10³.

Было доказано что ß-глюканы способствуют снижению уровня холестерина и сахара в крови., уменьшают риск сердечно-сосудистых заболеваний и диабета, являются эффективными средствами в предотвращении и лечении ряда серьёзных заболеваний, включая рак кишечника.

Механизмы, посредством которых растворимые пищевые волокна снижают уровень холестерина и глюкозы в крови до конца не выяснены и активно обсуждаются в научной литературе.

Растворимые волокна вместе с желчными кислотами выводятся из организма. При этом содержание желчных кислот снижается, и в результате печень, забирая холестерин из кровяного русла, переносит его в тонкий кишечник, уменьшая уровень холестерина в крови. Употребление ß-глюкана снижает количество липопротеидов низкой плотности и триглицеридов в крови, также адсорбцию глюкозы при употреблении мультикомпонентной пищи. Это подтверждено клиническими исследованиями. Суточная норма потребления  ß-глюканов составляет около 0,75 г.

Важной технологической функцией растворимых полисахаридов ПВ относящихся к гидроколлоидам является их способность к формированию реологических характеристик продукта, то есть пищевые волокна можно использовать в качестве пищевых добавок  со свойствами загустителей, гелеобразователей, стабилизаторов.

Таким образом, зерновые культуры в частности, ячменная и овсяная мука можно рассматривать как перспективные источники натуральных пищевых волокон обладающих выраженным бифидогенным эффектом.

Бесспорно, углеводные пребиотические компоненты являются наиболее важными ростовыми факторами бифидобактерий, при этом никем не оспаривается, что кроме источников углерода для их размножения требуется большое количество питательных веществ. Необходимыми источниками азота служат аминокислоты, при промышленном культивировании обнаружена потребность ряда штаммов бифидобактерий в лизине, пролине, аргинине, аланине, глутаминовой кислоте, изолейцине, серине, аспарагине.

Добавление в среду пантотеновой кислоты, биотина, рибофлавина, никотиновой кислоты, пептидов, некоторых ненасыщенных жирных кислот стимулирует рост бифидобактерий.

КЕДРОВЫЙ ЖМЫХ. Одним из побочных продуктов переработки кедровых орехов является жмых, который в настоящее время практически не используют. Жмых - это высокопитательный продукт. Повышенное содержание в кедровом жмыхе белковых фракций, микроэлементов, жира, незаменимых аминокислот, витаминов, безусловно, свидетельствует об эффективности использования его  в качестве высокоценной добавки в продукты питания. Химический состав жмыха кедрового ореха представлен в таблице 4.

Таблица 4 - Химический состав жмыха кедрового ореха

Показатель		Значение
1		2
Белки, %		34
Жир, %		30,6
Углеводы %:		27,1
крахмал		9,4
Сахароза		9,4
клетчатка		5,0
пентозаны		3,5
Аминокислоты, г/100г белка
Незаменимые:
валин		5,06
изолейцин		4,95
лейцин		6,09
лизин		6,29
метионин+цистеин		3,86
треонин		4,12
триптофан		2,50
фенилаланин+ тирозин		7,60
Всего:		40,47
Заменимые:
аргинин		13,85
аспарагиновая кислота		12,95
гистидин		3,50
глицин		3,22
аланин		3,81
глутаминовая кислота		10,55
пролин		7,73
серин		3,92
Всего:		59,53
Итого		100
Микро- и макроэлементы, мг/100 г
Кальций, мг		4,68
Фосфор, мг		227,53
Калий, мг		121,52
Натрий, мг		2,42
Магний, мг		60,8
Железо, мг		17,06
Марганец, мг		21,66
Медь, мг		3,27
Цинк, мг		26,98
Витамины мг/100г
Токоферолы (Е)		11,43
Тиамин (В )		0,58
Рибофлавин (В2)		1,86
Пантотеновая кислота (В3)		1,72
Никотиновая кислота (В5)		3,45
Пиридоксин (В6)		0,14
Жирные кислоты, %
Мононенасыщенные	25,0
Полиненасыщенные :	67,9
Линолевая*	45,5
Линоленовая*	21,4

Примечание:* от общей суммы жирных кислот

Согласно представленным данным жмых кедровый следует рассматривать как концентрат ценных в биологическом отношении пищевых веществ-белков, липидов, углеводов. Большое пищевое и технологическое значение имеют углеводы, которые определяют органолептическую ценность и усвояемость продуктов. Отличительная особенность углеводного состава жмыха кедрового ореха – высокое содержание полисахаридов, на долю которых приходится 65% от их общего количества, в том числе пищевых волокон (клетчатки и пентозанов).

Что касается аминокислотного состава, то сравнительная оценка на соответствие эталону ФАО показывает, что белок жмыха лимитирован по содержанию отдельных незаменимых аминокислот, что является характерным для всех видов растительного сырья. Поскольку жмых предполагается использовать как ингредиент питательной среды для культивирования бифидобактерий, его целевым комбинированием с другими видами сырья можно в определённой степени повысить показатели аминокислотной сбалансированности. Высокие бифидогенные свойства КЖ обеспечивает также наличие витаминов, макро и микроэлементов.

Дисперсность частиц кедрового жмыха составляет менее 0,5 мм что увеличивает площадь для адсорбции  бактерий. Важной технологической характеристикой является способность КЖ к гидратации. Влагопоглощающая и влагоудерживающая способность составляет 178,5 и 80,3%.

Анализ имеющихся в литературе данных подтверждает перспективность использования зерновых культур и жмыха кедрового ореха в качестве источника пребиотических компонентов питательной среды.

Дополнительно по теме см.:

М.Д. Ардатская. Пробиотики, пребиотики и метабиотики в коррекции микроэкологических нарушений кишечника // Медицинский совет., 2015. - №13 - С.94-99

---

См. также:

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕБИОТИКОВ НА МЕТАБОЛИЗМ БИФИДОБАКТЕРИЙ

Будьте здоровы!