В структуре заболеваний детей болезни органов пищеварения занимают существенное место как по распространенности, так и по тяжести клинических проявлений.
Непереносимость глютена – это заболевание, возникающее в ответ на употребление глютена или соответствующих проламинов и характеризующееся развитием атрофической энтеропатии, появлением в сыворотке крови специфических антител и широким спектром глютензависимых клинических проявле- ний. При этом диагноз «целиакия» может отсутство- вать. Код Международной классификации болезней 10 пересмотра: K90.0 – целиакия [1].
Глютен представляет собой компонент клейко- вины злаков, состоящий из глютенинов – белков эн- досперма, растворяющихся только в слабых кислотах или щелочах, и проламинов – белков растворимых в 60–80 % растворе этанола. В различных злаковых культурах проламины имеют свое название: в пшени- це – глиадин, во ржи – секалин, в ячмене – гордеин, в овсе – авенин [2].
Непереносимость глютена встречается примерно у 1 % населения во всем мире, хотя большинство лю- дей ассоциированные с этим заболевания не диагно- стированы [1, 3, 4]. Исследования показывают, что распространенность пищевой непереносимости глю- тена за последние 50 лет увеличилась в 4–5 раз [5]. Также наблюдается отчетливая тенденция к нараста- нию частоты гастроэнтерологической патологии в детском возрасте [3].
Диетотерапия является основным способом лече- ния пищевой непереносимости глютена. Эффектив- ность лечения напрямую зависит от приверженности к безглютеновой диете, которая нередко нарушается из-за ограниченного ассортимента рекомендуемых продуктов и блюд. Поэтому расширение линейки специализированных безглютеновых продуктов, в том числе за счет использования новых видов сырья, не содержащего глютен, относится к актуальным научно-практическим задачам. Решение этих задач позволит оптимизировать подходы к организации питания больных с непереносимостью глютена, по- высить комплаентность лечения, улучшить качество жизни пациента и его семьи.
У детей на фоне соблюдения безглютеновой дие- ты наблюдается дефицит макро- и микронутриентов, поступающих в организм с продуктами на зерновой
основе: калия, селена, магния, а также витаминов группы В. Так же снижается поступление клетчатки, отмечается высокое потребление жиров, возрастает количество углеводов и гидрогенизированных жиров, что увеличивает риск ожирения и возникновения гиперинсулинемии. Недостаток потребления нутри- ентов, а также нарушения их всасывания напрямую воздействует на степень физического развития ребёнка [6–14]. Потребление специализированных продуктов позволяет снизить частоту и степень выра- женности дефицитных состояний [7, 10, 13].
В настоящее время в мировой практике существу- ет широкий выбор не содержащих глютен продуктов (gluten free products), в которых в качестве базовых ингредиентов используются безглютеновые злаки, такие как рис, гречиха, кукуруза, просо и амарант [1, 15–18]. Некоторые клинические исследования показывают, что пациенты с целиакией употребля- ют продукты с содержанием овса без последующих проявлений признаков воспаления кишечника [19]. Однако нет однозначного решения по включению этого злака в ряд безглютеновых. При этом в России продукты с содержанием овса полностью исключены из диеты пациентов с непереносимостью глютена.
Вызывает интерес зарубежный опыт использо- вания амаранта в безглютеновых продуктах для дет- ского питания. Важно отметить, что белок амаранта продемонстрировал отсутствие проявления токсично- сти у больных целиакией [20].
Амарант интересен высоким содержанием белка 12–23 %. Это значительно выше, чем у большинства других зерновых. Белок амаранта богат незамени- мыми аминокислотами: лизином, изолейцином, метионином, треонином, триптофаном, лейцином, содержание которых в несколько раза превышает их количество в пшенице, рисе, овсе и кукурузе. Это делает белок амаранта более полноценным, повы- шая его аминокислотный скор до 75. Амарант богат полиненасыщенными жирными кислотами, в том числе Омега-6. По сравнению с другими злаковыми культурами в зерне амаранта содержится биотин (54,6 мкг/100г), рибофлавин (2,69 мг/100г), фолацин (82,0 мкг/100г), а также токотриенолы и сквален. Для амаранта, как и для других злаковых культур, характерно высокое содержание таких минеральных веществ, как калий, магний, селен и железо [21–23].
Продукты из зерна амаранта могут внести свой вклад в улучшение качества питания детей с непере-
Урубков С. А. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 253–261
носимостью глютена, благодаря своим уникальным питательным и функциональным свойствам.
Объекты и методы исследования
В данном обзоре рассматривались зерновые виды амаранта как то: A. hypochondriacus L., A. cruentus L. и A. caudatus L. Данные виды амаранта были выбра- ны для рассмотрения, так как объектом для иссле- дований является непосредственно зерновка, а не зелёная масса растения. Кроме того, сорта данных видов возможно приобрести на территории Россий- ской Федерации.
Результаты и их обсуждение
В России нет опыта длительного регулярного ис- пользования продуктов из амаранта в диетотерапии детей больных целиакией. Однако исследования, проводимые под эгидой ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Бур- денко» Минздрава России по применению продуктов из амаранта в диетотерапии детей с целиакией и не- переносимостью глютена, показали положительные результаты. Больные переносили диету без каких-ли- бо аллергических и диспепсических реакций, наблю- далось улучшение показателей нутритивого статуса пациентов, а также снижение психоэмоционального напряжения благодаря внесению в рацион дополни- тельного ассортимента продуктов [7].
Последние несколько десятков лет акцент ис- следований Российских учёных был направлен на выведение сортов с заданными свойствами, изуче- ние механизмов продуктивности и устойчивости к неблагоприятным факторам, борьбу с вредителями, болезнями и сорняками. Установлены перспективы применения анатомических частей амаранта для по- лучения различных продуктов общего, функциональ- ного и лечебно-профилактического назначения. Были разработаны технологии переработки зерна амаранта и использование их в хлебопекарном производстве [24–27].
Возрастающую серьезность проблемы неперено- симости глютена подтверждает увеличение работ, посвящённых расширению ассортимента продукции для больных целиакией. Несколько работ, Россий- ских исследователей направлены на создание без- глютеновой продукции – разработаны рецептуры полуфабрикатов безглютеновых кексов и оладий с амарантовой мукой [28, 29]. Опираясь на данный опыт, необходимо разработать отсутствующий ассортимент и технологии специализированных безглютеновых кондитерских изделий и смесей для их приготовления, а также каш, супов и других пищевых концентратов с использованием амаранто- вой муки для питания детей. При этом необходимо учитывать требования к химическому составу про- дуктов для детского питания, а также показателям их безопасности с учетом метаболических и физиоло- гических процессов соответствующего возрастного периода. До сих пор нет отечественных разработок продукции, в том числе для детей, на основе «взор-
ванного» зерна, аналогичного поп-корну из зерна кукурузы, что также является перспективным направ- лением для исследований.
Одна из общих задач проводимых исследований состоит в изучении структуры и питательной цен- ности зерна амаранта, состава и свойств основных нутриентов, а также в изучении технологических свойств зерна и продуктов его переработки. Это позволит разработать инновационные технологии и ассортимент специализированных безглютеновых зерновых смесей из зерна амаранта для питания де- тей с непереносимостью глютена.
Известно, что зольность напрямую связана с содержанием минеральных веществ. L. Alonso- Miravalles и J. O’Mahony провели исследования по изучению массовой доли золы в цельнозерновой ама- рантовой муке, а также муке, обогащённой белком из зерна амаранта. Увеличение содержания белка в муке (обогащение) достигалось измельчением и раз- делением муки на фракции с выделением белковой части и извлечением оболочек. Данные исследования показали, что доля золы в обогащённой амарантовой муке была выше (6,9 %), чем зольность цельнозер- новой муки (2,4 %) [30]. Это указывает на то, что в зерне амаранта минеральные вещества также сосре- доточены в зародышевой части (рис. 1), что делает их доступными при переработке.
Содержание пищевых волокон в зерне амаранта соответствует значению 11,3 % [30, 31]. Другие авто- ры сообщают о несколько более высоких значениях содержания клетчатки в зерне амаранта – в диапазоне от 14 % до 16 % [32].
Содержание белка в зерне амаранта варьирует- ся от 13,1 % до 17,4 %, что выше его содержания в других злаковых культурах. Этот факт подтверждают многочисленные мировые исследования [21, 23, 26, 27, 33]. Современные данные сообщают о преиму- ществах амаранта, с позиции усвояемости белка, сходного по усвояемости с казеином молочного бел- ка и более высоким уровнем лизина по сравнению с другими зерновыми [34].
Рисунок 1. Анатомическое строение зерна амаранта
Figure 1. Anatomical structure of amaranth grain
Urubkov S.A. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 2, pp. 253–261
Таблица 1. Усвояемость белка (%) из нативного, обжаренного и взорванного зерна амаранта
Table 1. Digestibility (%) of protein from whole, roasted, and puffed amaranth grains
|
Сорт ама- ранта |
Способ обработки |
Усвояемость белка, % |
|
A. cruentus L. |
Без обработки |
73,85 ± 2,11 |
|
Обжарка в печи при темпе- ратуре 200 °С, t = 8 мин |
63,34 ± 1,23 |
|
|
Взорванный; нагрев на газу t = 1–2 мин |
52,81 ± 1,34 |
В исследованиях A. D. Correa и др. сообщается о высокой усвояемости белков необработанного зерна амаранта in vitro 61–76 % [35].
В работе J. H. Muyonga и B. Andabati показано, что термическая обработка приводит к снижению усвояемости белка (табл. 1) [36].
Данные таблицы согласуется с работой
- Písaŕíkova и др., в которой говорится о снижении перевариваемости белка in vitro с 68,1 % до 50,6 % в результате получения взорванного зерна [37]. Сни- жение усвояемости белка в результате тепловой обработки зерна амаранта может быть объяснено де- натурацией белков, образованием соединений между белками и другими компонентами зерна, образова- нием внутримолекулярных дисульфидных связей и реакцией Майяра [38–40].
Более низкая усвояемость взорванных зёрен, по сравнению с обжаренными, указывает на более выра- женные изменения белка. Скорее всего, это связано с температурой, которая была выше при «взрыва- нии» зерна, чем при его обжарке. Все исследования подтвердили, что белки зерна амаранта обладают большей усвояемостью, чем зерно традиционно при- меняемых злаковых культур. Тепловое воздействие также оказывает влияние на антиоксидантную актив- ность. Взрывание зёрен оказывает большее негатив- ное влияние на перевариваемость белка, в то время как обжарка значительно снижает антиоксидантную активность [36].
Многочисленные зарубежные и отечественные исследования указывают на преобладание глобули- нов и альбуминов в зерне амаранта (46–49 %). Это является значимым параметром с технологической точки зрения, т. к. данные фракции белка хорошо растворимы в воде и разбавленных солевых раство- рах, что может быть преимуществом при разработке пищевых концнтратов [21, 23, 26, 27, 31, 41].
Крахмал – главный компонент зерна амаранта. Углеводная часть зерна амаранта содержит от 48 до 69 % крахмала, около 1 % сахарозы, а также очень малые количества фруктозы, глюкозы, раффинозы, стахиозы и мальтозы. На рисунке 2 представлены снимки зерна амаранта и продуктов его переработки, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии. На снимке чётко видны крахмалистый перисперм и зародышевая часть, окружённые оболоч- кой. Крахмальные гранулы амаранта имеют округлую форму и приблизительный диаметр 2,5–3 мкм. Ама- рант является одним из немногих источников мелко- зернистого крахмала, имеющего стабильный размер гранул [42]. Как и у других зерновых культур гранулы крахмала встроены в матрицу образованную белком, клетчаткой и липидами. Небольшой размер гранул крахмала имеет ряд преимуществ, меняя скорость ста- билизации эмульсий, а также меняя их свойства.
При разработке специализированных пищевых продуктов большое влияние имеет значение такой параметр, как вязкость. Вязкость смесей может ме- няться в зависимости от характеристик и структуры крахмала, а именно от степени повреждения гранул, соотношения амилозы и амилопектина и их струк- туры. Сообщалось, что содержание амилозы в крах- мале амаранта не более 8 %, что намного ниже, чем в традиционных зерновых культурах [43]. Из этого следует, что в продукции из амаранта ожидается бо- лее низкая конечная вязкость, чем, например, в про- дукции из риса, гречихи или кукурузы. Размер гранул крахмала также влияет на температуру образования коллоидных растворов, поэтому более мелкие грану- лы амаранта предполагают более низкую температу- ру клейстеризации.
(1) (2) (3)
Рисунок 2. Снимки электронного микроскопа [31, 35]: 1 – поперечного среза зерна амаранта; 2, 3 – цельнозерновой муки
из зерна амаранта. Увеличение: 1×200; 2×3500; 3×8500. Масштабные линейки: 1 – 100 мкм; 2 – 5 мкм; 3 – 2 мкм
Figure 2. Electron microscope images [31, 35]: 1 – cross-section of amaranth grain; 2, 3 – wholegrain flour from amaranth grain.
Magnification: 1×200; 2×3,500; 3× 8,500. Scale bars: 1 – 100 microns; 2 – 5 microns; 3 – 2 microns
Урубков С. А. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 253–261
Таблица 2. Содержание основных компонентов в зерне амаранта, %
Table 2. Content of the main components in amaranth grain, %
|
Продукт |
Влажность, % |
Белки, % |
Жиры, % |
Углеводы, % |
Пищевые волокна, % |
Зольность, % |
|
Зерно амаранта |
12,0 |
17,6 |
7,4 |
51,7 |
8,3 |
2,6 |
Тепловая обработка крахмала амаранта приводит к его клейстеризации и, следовательно, к изменению вязкости продукта. Результаты показывают, что обжа- ривание было бы предпочтительным при производстве муки, используемой в качестве загустителя или для низкокалорийной каши. С другой стороны, взорванные зёрна лучше использовать при производстве муки для каш с высоким содержанием питательных веществ [36].
Выводы
Приводя обобщённые данные по содержанию основных нутриетнов в нативном зерне амаранта (табл. 2) можно отметить, что амарант как и все зла- ковые культуры относится к группе крахмалистого сырья, т. к. усвояемые углеводы в основном пред- ставлены крахмалом. Относительно других тради- ционных зерновых культур амарант характеризуется невысоким содержанием пищевых волокон, но по со- держанию белка значительно превосходит их. Более того, белок, выделенный из зерна амаранта, близок к идеальному белку ФАО/ВОЗ (1973). По содержанию треонина, фенилаланина, тирозина и триптофана он приравнивается к белку молока [44].
В зерне амаранта отмечается высокий уровень содержания липидов. Анализ жирнокислотного состава липидов показал содержание линолевой (38–48 %), олеиновой (25–35 %), пальмитиновой (19–21 %) и стеариновой (4–5 %) кислот, что состав- ляет около 95 % содержания всех жирных кислот. При этом содержание ненасыщенных жирных кис- лот составляет 74 % от суммы жирных кислот [10]. В число важнейших компонентов амарантового мас- ла входят токоферолы (Витамин Е) в виде наиболее
биологически активной триенольной формы. По данным ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» общее содержание токоферолов в амарантовом масле может достигать 2 %, что является рекордным уров- нем для всех известных растительных масел. Кроме того, масло амаранта содержит сквален, который относится к важнейшим биологически активным со- единениям и выполняет в организме роль регулятора липидного и стероидного обмена, являясь предше- ственником целого ряда стероидных гормонов, холе- стерина и витамина D. Многочисленные результаты исследований подтверждают, что средняя концен- трация сквалена в масле амаранта составляет около 7–8 % (мас./Мас.) по сравнению со средним значени- ем 1 % в оливковом масле [45].
Крайне необходимо расширять и углублять ра- боты по распространению продуктов из амаранта в питании населения страны, а также вести разработку специализированной продукции на его основе, т. к. производимая продукция может стать источником полноценного белка и других биологически ценных соединений [46, 47].
В связи с этим разработка пищевых продуктов с амарантом рассматривается как новое перспективное направление в диетотерапии детей с непереноси- мостью глютена. Дальнейшие исследования будут посвящены разработке рецептурных композиций без- глютеновых зерновых смесей с использованием ама- ранта и овощных компонентов для питания детей.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта инте- ресов.
