Біологічно активні речовини цукрового буряка і їхня функціональна дія на організм людини

Цукровий буряк – одна з найпоширеніших сільськогосподарських культур. У силу традиційних поглядів її до нинішнього часу розглядають лише як сировину для одержання цукру. Хоча спектр використання цукрового буряка може й повинен бути набагато ширшим.

Відповідно до виконаних експериментальних досліджень, цукровий буряк, крім вуглеводів, містить велику кількість необхідних людському організму вітамінів, мінеральних сполук, органічних кислот, азотистих компонентів й інших біологічно активних речовин.

При сучасних способах перероблення цукрового буряка всі ці життєво важливі біокомпоненти видаляються з напівпродуктів виробництва, накопичуються в мелясі й таким чином втрачають своє природне призначення.

Методом низькотемпературного зневоднювання ми одержали із цукрового буряка цукровмісні продукти із залишковою вологістю 5...8 %, визначили їхній хімічний склад і проаналізували за окремими групами компонентів.

Основною групою біологічно активних речовин висушеного буряка є вуглеводи. Вони представлені, в основному, моно- і дицукридами (моноцукридів – 1...2 %, дицукридів – 65...70 %). І це є важливою характеристикою отриманого продукту, оскільки для швидкого відновлення витраченої енергії, при великій фізичній і розумовій перенапрузі, для хворих і одужуючих цукроза й моноцукри особливо цінні за швидкістю й легкістю їхнього засвоювання організмом. Причому в процесі низькотемпературного зневоднювання склад і властивості цукрів практично не змінилися щодо свіжого буряка.

Вміст пектинових речовин у кріопорошках буряка становить 8,5...10,2 %. Під впливом низьких температур перерозподілилося співвідношення їхніх фракцій: якщо у свіжому буряку на протопектин доводилося більше 60 % загальної маси пектинових речовин, то у висушеному продукті його масова частина становить усього 2,2...2,9 %. Це свідчить про високі дезінтоксикаційні властивості отриманих продуктів, можливість їхнього використання для профілактики променевих ушкоджень, отруєнь важкими металами, пестицидами, нітратами й іншими ксенобіотиками.

Висушений кріогенним способом буряк містить 4,8...6,1 % геміцелюлоз і 3,8...5,6 % клітковини. І це теж свідчить про користь нового продукту. Обидва зазначених біокомпоненти відносять до харчових волокон, які за сучасною теорією адекватного харчування повинні бути невід'ємним компонентом їжі людини, впливаючи на моторно-евакуаційну функцію кишечнику, ліпогенний потенціал жовчі, величину рН шлунка. Щорічно для поповнення рослинними волокнами їжі лише для населення України необхідно більше 500 тис тонн цих речовин. Це визначає необхідність пошуку їхніх нових джерел і отримані цукровмісні матеріали могли б стати одними з них.

У цукровмісному продукті з буряка виявлено ряд органічних кислот (яблучна, винна, щавлева, лимонна), які сприятливо впливають на організм людини й створюють необхідну кислотно-лужну рівновагу. У перерахунку на лимонну кислоту кількість цих БАР становить 1,4...1,9 % при загальній кислотності 7,96...10,44 мг % КОН на 1 г досліджуваного сухого продукту.

Ідентифіковані в цукропродуктах буряка органічні кислоти містяться переважно у вигляді нейтральних солей заліза й кальцію. Частина їх, з'єднуючись із галактуроновою кислотою, утворює клітинні мембрани й входить до складу амілопектину.

Серед органічних кислот найбільше виявлено лимонної, хоча в багатьох овочах і навіть плодах переважає яблучна кислота. Лимонна кислота буряка й продуктів з неї сприяє усмоктуванню кальцію в організмі й поліпшує його використання. Важливе значення лимонної кислоти й у процесах кровотворення, тому що вона сприяє й кращому засвоєнню заліза.

Яблучна кислота, кількість якої в буряку трохи менша, знаходиться у формі яблучнокислого заліза, корисного при недокрів'ї.

Всі ці кислоти позитивно впливають на весь організм. Вони розчиняють шлунковий сік, поліпшують апетит, пригнічують розвиток сторонніх бактерій, оздоровлюють мікрофлору крові, сприяють видаленню з організму шкідливих речовин. Штучно отримані кислоти таких властивостей не мають.

Коренеплоди цукрового буряка й продукти з нього містять значну кількість мінеральних сполук. У тому числі, всі біометали – натрій, калій, магній, кальцій, марганець, залізо, кобальт, мідь, цинк, молібден (табл. 9.1), кількість яких наведено порівняно з добовою потребою людини.

З таблиці 9.1 видно, що цукровмісний продукт із буряка є важливим постачальником макро- і мікроелементів. Сучасна наука про харчування й фармакологію переконливо довели надзвичайну роль мінеральних сполук у функціональній діяльності організму й особливо тих, які наведені в табл. 9.1.

Таблиця 9. 1

Мінеральні елементи цукровмісних продуктів з буряка

Взагалі в буряку ідентифікували більше 20 мінеральних елементів, але інші містяться в незначних кількостях, тому їх не включили в таблицю. З таблиці видно, що мінеральні елементи представлені в досліджуваних продуктах у різних кількостях. Найбільша масова частина припадає на калій. В 100 г цукровмісного продукту міститься майже добова його потреба для дорослої людини.

Хоча багатогранність функцій калію ще не повністю вивчена, але того, що відомо, досить, щоб зрозуміти його вплив на живий організм. Він є головним хімічним подразником в організмі, визначаючи активність м'язів, нервів, серця; знижуючи вміст аміаку в клітинах; регулюючи водний обмін.

Цінність калію, що входить до складу буряка, як і інших рослинних матеріалів, у тому, що з них він засвоюється краще, ніж із продуктів тваринного походження.

Багато в досліджуваних продуктах і магнію. Відомо, що коли в організмі не вистачає цього елемента, погіршується процес синтезу лецитину, що відіграє важливу роль в обміні холестерину – основної причини атеросклерозу.

Важливим є вміст у буряку мікроелемента цинку. Лише в середині минулого сторіччя стало відомо, що вживання препаратів цинку прискорює видужання хворих, нормалізує ріст дітей, зупиняє розвиток ревматизму, сприяє загоєнню ран і виразок.

Всі зазначені в таблиці елементи можна охарактеризувати з погляду їхнього сприятливого впливу на організм людини. Однак обсяг викладу матеріалу обмежений і хочеться зупинитися ще хоча б на одному елементі.

Зовсім недавно медики встановили, що для нормального функціонування людського організму цілком необхідним є присутність селену. І хоча потреба людини в селені мізерна – 0,00001 г/добу, його нестача в організмі загострює серцево-судинні захворювання й ускладнює їхнє лікування, значно знижує резистентність до онкологічних захворювань. Головним джерелом селену вважають рибні продукти, кукурудзу, дріжджі й часник. Як бачимо, цукровмісні продукти теж містять цей елемент.

Взагалі вміст зольних елементів у сублімованому буряку становить 3,9...5,5 %.

Цукровмісні продукти з буряка мають багатий вітамінний склад. Особливо це стосується вітамінів групи В (табл. 9.2).

Таблиця 9. 2

Вміст вітамінів у цукровмісних продуктах

В значній кількості представлений вітамін В₁. Із продуктів, які переважають досліджуваний матеріал за вмістом тіаміну, варто назвати лише горох, боби, горіхи, м'ясо. Цей вітамін необхідний для нормальної діяльності центральної і периферійної нервових систем; здатний знешкоджувати отруйні речовини, а за результатами останніх досліджень розглядається як антипод канцерогенних речовин.

У такій же кількості міститься й вітамін В₂ – регулятор білкового обміну в живому організмі. Щодо цього цукровий буряк поступається лише томатам і листовим овочам, і тому може бути особливо рекомендований тим споживачам, які в силу певних причин змушені обмежити використання останніх.

Цукровмісний порошок займає одне з перших місць (після шпинату й картоплі) за вмістом вітаміну В₆, випереджаючи моркву, томати. Оскільки піридоксин, як і більшість вітамінів групи В,знешкоджує різні шкідливі речовини, то продукти з високою його концентрацією необхідні хімікам, токсикологам, людям, які працюють із радіоактивними речовинами, мешканцям великих міст.

Вся мозкова діяльність людини пов'язана з вітаміном РР. Цей вітамін попереджає пелагру, знижує токсичну дію важких металів. Рослинні матеріали містять мало ніацину. Першість належить пшениці, капусті, картоплі. А далі йде безпосередньо цукровмісний продукт (0,4...0,7 мг %).

Чималу роль може виконати цукровмісний продукт і як постачальник фолацину. Кількість його тут така ж, як у капусті, моркві, картоплі, і більше, ніж у плодах. Вітамін В₉особливо потрібний хворим анемією й при захворюваннях шлунка.

Біотину теж знайдена певна кількість і це є свідченням того, що даний продукт можна рекомендувати для часткового поповнення організму людини вітаміном Н,що бере участь у процесах карбоксилювання, обміну ліпідів, амінокислот, вуглеводів.

Важливим є також присутність у порошку буряка пантотенової кислоти, що входить до складу ферментів біологічного ацилювання, бере участь у перетворенні цукрів.

Цукри дають початок багатьом важливим сполукам. Вони є основоположниками аскорбінової кислоти й основи амілопектину – галактуронової кислоти.

Аскорбінова кислота дуже активна речовина. Вона близька за складом й будовою до простого цукру – глюкози (фруктози). І якщо формула моноцукру С₆Н₁₂О₆, то формула аскорбінової кислоти С₆Н₈О₆. Із цукру її синтезувати дуже просто. Саме так її й одержують. Нестача чотирьох атомів водню робить її надзвичайно рухливою сполукою. Активність аскорбінової кислоти зумовлена її здатністю легко віддавати водень. Універсальність дії в тому, що вона може бути й відновником, і, у своїй дегідроформі – окислювачем.

За кількістю вітаміну С цукровий буряк поступається горошку, перцю, проте перевищує ріпчасту цибулю, виноград, деякі сорти яблук, особливо південних.

Кріопорошок цукрового буряка містить 3,3...4,5 % білка. На відміну від інших рослинних білків, які переважно мають низький ступінь протеолізу ферментами шлунково-кишкового тракту (до 50 %), білок буряка, як показали дослідження, має досить високу перетравлюваність – 78...82 %. Цінний склад мають амінокислоти кріопорошка буряка. Він наведений у табл. 3. порівняно з амінокислотами зерна амаранту й моркви – важливих білкових продуктів харчування людини. У дужках зазначений скор незамінних амінокислот щодо шкали ФАО/ВООЗ, %.

Згідно даним таблиці, кріопорошок буряка містить всі незамінні амінокислоти, які підтримують в організмі людини азотну рівновагу, і без яких неможлива діяльність печінки. Їхня кількість становить біля третини амінокислот буряка. Серед них багато метіоніну (5,065 г/100г), що постачає в організму сірку, запобігає ожирінню печінки, бере участь у синтезі холіну, вітаміну В₁₂,фолієвої кислоти, адреналіну. Разом з тим, у більшості зернових, бобових, картоплі сірковмісних амінокислот не вистачає (50...60 % оптимальної кількості).

Великий вміст тирозину в кріопорошку буряка свідчить про його високі бактерицидні якості. Аспарагінова й глютамінова кислоти, кількість яких становить у досліджуваному матеріалі 20 г/100г білка, відіграють важливу роль в обміні речовин, особливо білковому, і вживаються при лікуванні центральної нервової системи, депресій, серцевих захворювань.

Присутні в кріопорошці буряка також бетаїн і холін (1,2...1,6 %), які є унікальними сполуками, за хімічним складом близькі до лецитину – відомого регулятора обміну речовин. Бетаїн, до того ж, сприяє засвоєнню білків і поліпшує роботу печінки. Сапоніни, які містяться в кріопорошці буряка в кількостях близьких до 1,0 %, здатні зв'язувати холестерин у кишечнику у важкозасвоюваний комплекс. Відповідно до останніх досліджень учених сапонін є основою для одержання ліків проти склерозу.

Таблиця 9.3

Амінокислотний склад білків рослинних кріопорошків (г/100г білка)

Таким чином, за всіма проаналізованими показниками цукровий буряк у вигляді кріопорошку має цінні властивості й може бути успішно використаний як продукт оздоровчого й профілактичного призначення.

При безвідхідній технології перероблення цукрового буряка збільшується вихід цукру з одиниці сировини, зменшується кількість буряка, необхідного для перероблення, підвищується народногосподарська ефективність цукробурякового виробництва. Споживач одержує новий продукт, який крім вуглеводів містить велику кількість необхідних організму людини біологічно активних сполук.

Дослідні партії сублімованих продуктів пройшли медико-біологічну оцінку в Українському науковому центрі радіаційної медицини МОЗ і АМН України, у Всесоюзному науковому центрі радіаційної медицини, у науково-дослідному Інституті харчування, в Київському НДІ гігієни праці та профзахворювань. Результати показали високу дезінтоксикаційну здатність отриманих харчових продуктів щодо радіонуклідів, важких металів, пестицидів; підтвердили наявність широкого спектру біологічно активних сполук – вітамінів, амінокислот, мінеральних речовин тощо. Це відкриває широку перспективу виробництва харчових продуктів масового споживання та оздоровчого і профілактичного призначення.

Результати дослідження динаміки виведення радіонуклідів стронцію та цезію в контролі та в дослідах зображено на рис. 9.2 (а, б). З рисунків видно, що введені в організм радіонукліди з певною швидкістю видаляються з нього, особливо лабільним є цезій. Кінетика виведення стронцію та цезію з організму щурів описується, з певним наближенням, двома експонентами. Частина цезію виводиться досить швидко за період у 2…3 доби, стронцію – 4…5 діб, а кількість, що залишилась, видаляється повільніше. Вчені дійшли висновку, що в перші дні виводиться, в основному, позаклітинний цезій; подальше виведення його сповільнюється тому, що радіонуклід утворює з біосубстратами організму стабільні комплекси. Таке пояснення, очевидно, можна віднести і на рахунок поведінки стронцію.

Порівняння контрольної кривої із дослідними показує, що використання всіх сублімованих порошків більшою чи меншою мірою посилює елімінацію радіонуклідів. За 30 діб у тварин контрольної групи виводиться близько 60 % цезію і 90 % стронцію при використанні, наприклад, сублімованого порошку цедри цитрусових. Підвищена кількість декорпорованого цезію призводить, за дослідженнями, до зменшення його вмісту в органах щурів на 50 %. Найменша кількість радіонуклідів виводиться кріопорошками топінамбура. Хоча, щоб надати конкретного змісту поняттям “більше” чи “менше” для даного випадку, варто скористатись критерієм оцінки ефективності захисної дії будь-якого препарату, запропонованим Ільїним Л.О. Для цього проводиться простий розрахунок за формулою:

(1)

де: А_Д, А_К – залишкова концентрація радіонуклідів в % від введеної кількості в організм дослідних та контрольних тварин.

Згідно з цією формулою, ефективність радіозахисної дії окремих сублімованих продуктів складає (табл. 9.4).

Таблиця 9. 4

Ефективність захисної дії сублімованих продуктів щодо

радіонуклідів ⁹⁰Sr та ¹³⁷Cs через 30 діб експерименту

За даним критерієм усі досліджені кріопорошки з точки зору їх радіопротекторної дії щодо стронцію можна віднести, згідно з класифікацією Ільїна Л.О., до таких, що мають значну чи високу ефективність. За радіоактивним цезієм до цієї групи не потрапляє лише топінамбур.

Загалом, отримані експериментальні дані, результати досліджень інших авторів свідчать про те, що сорбційне видалення двовалентного сильногідратованого стронцію (-н⁰_гідр.=342) значно вище ефекту сорбційного видалення одновалентного слабогідратованого цезію (-н⁰_гідр.=61), що підтверджує відомі дані щодо значного впливу на сорбцію радіонуклідів їх валентності та енергії гідратації.

Результати досліджень науковців НУХТ зі створення кріогенних технологій перероблення рослинної сировини на харчові продукти функціональної дії, зокрема радіопротекторної спрямованості, стали складовою частиною роботи “Створення та впровадження прогресивних технологій і ефективного обладнання для отримання нових функціональних оздоровчих харчових продуктів”, автори якої здобули Державну премію в галузі науки і техніки за 2006 рік.

ВИСНОВКИ

1. Різке погіршення стану здоров’я населення України пояснюється передусім несприятливим екологічним довкіллям, що викликає постійне психологічне навантаження на організм, пригнічення імунної системи, зниження адаптаційної здатності до навколишніх впливів, стимулює ушкодження клітинних структур. Особливої шкоди здоров’ю людей завдають наслідки катастрофи на Чорнобильській АЕС.

2. Людський організм у ході еволюційного розвитку достатньо спеціалізувався до харчових потреб, у результаті чого всі есенціальні нутрієнти людина має споживати уже в готовому вигляді з їжею. Це ще раз підтверджує той факт, що основною запорукою здоров’я є оптимальне, адекватне вікові, професійній діяльності, статі харчування.

3. Харчова промисловість України – одна з найважливіших галузей економіки. І в сучасних умовах її динамічний розвиток може здійснюватись лише шляхом впровадження нових інтенсивних технологій та випуску продукції оздоровчого призначення, що відповідає тенденціям світового ринку.

4. Значне місце у структурі продовольчого асортименту сучасної харчової промисловості посідають продукти рослинного походження. Завдяки особливостям біохімічного складу вони є незамінним джерелом створення нових харчових композицій оздоровчого та профілактичного призначення. Особливо перспективним видом рослинної сировини є вуглеводовмісна, оскільки саме вуглеводи в живих організмах відіграють панівну роль.

5. Проблема створення науково-технічних основ та розроблення технологій харчових продуктів і харчових біодобавок до їжі масового, оздоровчого, профілактичного призначення має важливе значення, і її вирішення стане основою для формування і розвитку в Україні індустрії здорового харчування.

6. Створення продуктів нового покоління вимагає використання нових технологій перероблення рослинної сировини на високоякісні готові продукти, які дають можливість зберегти на кінцевому етапі технологічного процесу максимальну кількість цінних біологічно активних речовин, синтезованих у сировині природою. Найперспективнішим методом отримання продуктів підвищеної біологічної цінності є на сьогодні і найближчі століття низькотемпературне (сублімаційне, кріогенне) сушіння сировини.

7. На основі розробленої науковцями НУХТ кріогенної технології перероблення сировини можна практично зі всіх її видів отримати харчові продукти та напівфабрикати з високим вмістом незамінних нутрієнтів. Ця технологія дає можливість залучити до сфери сировинних матеріалів різні види і нетрадиційної сировини та розширити таким чином сировинну базу для виробництва продуктів функціональної дії.

8. На прикладі кріогенного перероблення цукрових буряків – основної технічної культури у сільському господарстві України – показано особливості низькотемпературного зневоднення вуглеводовмісної сировини та отримання харчових напівфабрикатів з різноспрямованими позитивними ефектами, наприклад щодо виведення радіонуклідів із живого організму та запобігання їх накопиченню.

9. Багатий біохімічний склад сублімованих порошків із цукрових буряків свідчить про доцільність та необхідність використання вуглеводовмісної сировини як для профілактики різноманітних захворювань, так і в комплексному лікуванні хвороб.

10. Медико-біологічні дослідження сублімованих вуглеводовмісних порошків довели їхню високу дезінтоксикаційну здатність стосовно радіонуклідів, важких металів, пестицидів та можливість запобігати накопиченню різноманітних токсикантів в організмі людини.

11. Для того щоб оздоровчі харчові продукти з вуглеводовмісної сировини стали доступними й необхідними у раціонах харчування кожного громадянина, вони повинні увійти до структури виробництва у широких масштабах і органічно доповнити склад традиційної української кухні.

12. Для створення індустрії здорового харчування необхідним є будівництво нових підприємств харчової промисловості, організація спеціалізованого виробництва на наявних підприємствах, формування агропромислових об'єднань, розвиток кооперації у сільському господарстві, інтеграція сільського господарства з харчовою та переробною промисловостями, інвестування фінансово стійких підприємств харчової промисловості у свою сировинну базу тощо.

13. Сучасне виробництво оздоровчих продуктів передбачає державне фінансування фундаментальних, експериментальних та пошукових досліджень у галузях біохімії, харчової хімії, мікробіології, гігієни харчування та інших наук з метою розроблення нових технологій оздоровчих продуктів широкого асортименту, а також відповідних науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт зі створення нового обладнання, машин, апаратів, автоматів.

14. Наукові фундаментальні дослідження властивостей і фізіологічного впливу компонентів сільськогосподарської сировини й продуктів з неї на здоров'я людини є найважливішою умовою організації та виробництва здорового й безпечного харчування.