Пищевая биотехнология и биотехнология питания

Биотехнологические методы используют в производстве и в организации потребления пищевых продуктов[1].

В производстве многих пищевых продуктов применяют процессы микробиологического брожения — в хлебопекарном производстве, производстве молочнокислых продуктов, спирта, вина, пива и других.

Биотехнологический подход в теории питания живого организма проявляется учетом роли и свойств компонентов пищи в обеспечении надежности биологических систем организма.

Пищевые продукты включают питательные вещества (пищевые и вкусовые), антипитательные (стереоантиподы), а также вредные чужеродные примеси. Главными питательными веществами являются белки, липиды и углеводы.

Белки обладают различными специфическими функциями. Они являются строительным материалом для образования живых тканей, проявляют каталитические свойства. Некоторые обладают способностью сокращаться или запасать важные для организма вещества. Некоторые обладают токсичностью. Им свойственна и энергетическая функция.

Липиды участвуют в терморегуляции, являются источниками энергии и участвуют в нервной деятельности (мозг).

Углеводы — основной состав рациона, они удовлетворяют энергетические потребности организма и образуют волокна.

Важную роль играют витамины и минеральные вещества.

Научные основы рационального сбалансированного питания (сформулированы А. А. Покровским) позволяют нормировать поступление пищевых веществ в организм для поддержания их содержания в пределах физиологического интервала.

Основные постулаты теории сбалансированного питания:

  • • питание поддерживает молекулярный состав и возмещает все расходы организма;
  • • нормальное питание обеспечивается несколькими потоками нутритивных и регуляторных веществ;
  • • необходимыми компонентами пищи являются балластные вещества;
  • • ассимилирующий организм является надорганизменной системой;
  • • эндоэкология организма включает взаимоотношения с микрофлорой кишечника;
  • • баланс питания поддерживается как за счет компонентов пищи, так и за счет бактериального синтеза микрофлорой кишечника.

Пищевой рацион характеризуется пищевой ценностью (комплекс полезных свойств), энергетической ценностью, биологической ценностью (аминокислотный состав) и биологической эффективностью (содержанием незаменимых ненасыщенных жирных кислот).

Для поддержания структур организма он нуждается в биополимерах. Они содержатся в пище, а также изготавливаются самим организмом.

Содержащиеся в пище биополимеры называются пищевыми волокнами (п.в.). К п.в. относятся целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, пектин, камеди, слизи, а также сопутствующие им вещества.

Поступающие извне сложные полимеры частично расщепляются на более простые фрагменты, содержащие по два — три углеродных атома. Затем из простых фрагментов синтезируются организменные полимеры. В организме постоянно протекают процессы деградации и синтеза.

Пища обеспечивает связь внешней и внутренней среды организма. Она перерабатывается под действием системы пищеварения (слюна, желудочный сок, поджелудочный сок, желчь и сок кишечника). Продукты расхода пищевых веществ разносятся по всему организму, клеткам, тканям, где и выполняют свою функцию.

Набор пищевых веществ в составе пищи должен соответствовать действию ферментов в пищеварительном тракте.

В желудке биологической трансформации подвергается часть белков. Остальные поступают в тонкий кишечник и под действием гормонов поджелудочной железы перевариваются с очень высокой эффективностью.

Образовавшиеся свободные а.к. поступают в кровь и в печень. В печени и других органах а.к. используются для синтеза белков.

Организм человека нуждается во взаимно сбалансированном количестве так называемых аминокислот, которые содержатся главным образом в продуктах животного происхождения, и при этом, в соотношении, близком к соотношению в белках человека.

Жиры характеризуются показателем перевариваемости. Процесс переваривания заключается в расщеплении на глицерин и жирные кислоты. Процесс происходит под действием нескольких ферментов-липаз, а также желчи и желчных кислот. Желчь и желчные кислоты способствуют переводу жиров в эмульсии и в комплексные соединения. Затем происходит их расщепление под действием липаз.

Чем выше температура плавления жира, тем труднее он переваривается.

Нормируется как количества, так и соотношение количеств твердых и жидких жиров в пище.

Углеводы начинают расщепляться уже во рту человека, здесь они набухают. Затем расщепляются ферментами поджелудочной железы и гликозидами кишечника.

Сахара быстро и легко усваиваются организмом, при этом сахар предварительно распадается на глюкозу и фруктозу.

Желудочно-кишечный тракт не только переваривает биопо- лимерные системы, но и участвует в обмене веществ. Так, если пища содержит недостаточное количество какой-либо незаменимой а.к., желудочно-кишечный тракт пополняет их содержимое выделением соответствующих секретов.

Пополнение веществ, экскретируемых в кишечнике, происходит за счет деятельности м.о. Они выделяют вещества, которые действуют на нервные окончания и оказывают регулирующее действие.

За счет суммарного действия различных биологических организмов формируется гомеостаз. Это — динамичное постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма.

В формировании гомеостаза важная роль принадлежит депонированию — накоплению резервов в периоды активного пищеварения.

Надежность биологических систем

При функционировании биологической системы в ней происходят непрерывные изменения. Под надежностью понимается репродуктивное качество системы.

По сравнению с механическими системами — системы биологические, живые функционируют в наиболее «мягких» условиях и при высоком КПД. Они миниатюрны, характеризуются высокой концентрацией энергии. Все системы самовосстанав- ливаются и дублируются.

Однако, давление внешних факторов, особенно, химических усиливает процессы деградации. Чужеродные загрязнения поступают в организм в большом количестве с пищей: они неблагоприятно влияют на пищеварение и усвоение пищевых веществ, понижают иммунитет, сенсибилизируют и отравляют организм, оказывают тератогенный, канцерогенный, эмбрио- токсический эффект. Ускоряют старение и нарушают воспроизводство.

Вредное влияние могут оказывать некоторые пищевые добавки. Основную опасность представляют токсичные элементы — F, Ag, Al, Cr, Cd, Ni, Си, Pb, Zn, Hg.

Канцерогенное действие оказывают три группы веществ:

  • • с достоверно установленным действием (As и его соединения, бензол, бензидин, винилхлорид, 2-нафтиламин, 4-ами- нобифенил, смола, сажа, нефтепродукты);
  • • с канцерогенностью, доказанной лишь экспериментально (полициклические углеводороды, афлатоксины, некоторые металлы, хлорированные углеводороды, гербициды и т. д.);
  • • с недостаточными и противоречивыми данными — РЬ.

Канцерогены могут иметь природное и антропогенное (техногенное) происхождение. Природные канцерогены могут быть метаболитами живых организмов, либо возникать абиогенно. Вещества антропогенного происхождения существенно усиливает онкологическую нагрузку на человека: диоксины и диоксиноподобные соединения; ДДТ и другие пестициды; нитраты, нитриты и нитросоединения; полициклические ароматические углеводороды.

Компоненты пищи, выполняющие защитные функции

Преимущественным фактором, который способствует проявлению негативного действия повреждающих факторов внешней среды, является неправильное питание, особенно, в сочетании с неправильным образом жизни. Между тем, применение профилактических средств обходится намного дешевле, чем лечение.

Действие профилактических препаратов проявляется медленно, поэтому их необходимо систематически включать в рацион.

Печень и иммунная система человека на макро- и микроор- ганизменном уровне разрушают токсические соединения, связывают их в нейтральные комплексы и удаляют из организма.

Некоторые компоненты пищи, которые не являются источниками энергии или пластическими ресурсами, обладают защитным действием:

  • • обеспечивают барьерные функции тканей;
  • • улучшают обезвреживающую функцию печени, борются против микроорганизмов, вирусов и различных чужеродных веществ;
  • • проявляют антиканцерогенный эффект.

Защитное действие проявляют витамины, ион К+, полине- насыщенные жирные кислоты, большинство фитонцидов — летучих ароматических соединений. Хлорофилл также обладает антибактериальной активностью.

Пектиновые вещества и другие балластные соединения связывают м.о. и образуемые ими токсины и способствуют удалению из организма.

Компоненты, обладающие защитными действиями, содержатся во многих продуктах. Это — в основном:

  • • молоко;
  • • творог;
  • • молочнокислые продукты;
  • • нежирное мясо и рыба;
  • • яичный белок;
  • • морские продукты;
  • • мука грубого помола;
  • • отруби;
  • • овсяная и гречневая крупа;
  • • морковь;
  • • тыква;
  • • капуста;
  • • ягоды (особенно шиповник);
  • • сухофрукты.

Рацион питания должен быть разнообразным, так как наблюдается взаимоусиливающееся действие защитных веществ.

Однако некоторые пищевые источники могут содержать вещества, которые противодействуют влиянию защитных веществ, например, холестерин, пуриновые основания.

Рекомендуется использовать в диетах защитные вещества в виде порошкообразных, гранулированных и жидких препаратов.

Здоровье населения связано не только с экологией, но и со структурой питания. В настоящее время наблюдается опасное падение производства животноводческой продукции, ее высокая стоимость и малая обеспеченность населения.

В общегосударственном масштабе целесообразно обогащать продукты питания витаминами и минеральными веществами. При этом должно уделяться внимание выбору обогащаемого продукта и обогащающей добавки, уровню содержания добавки, безопасности и эффективности. Возникают также чисто технологические проблемы и проблемы спроса. В процессе производства и хранения следует учитывать возможность взаимодействия обогащающих добавок между собой и с компонентами продукта. Существует несколько технологий обогащения — сухое смешивание, растворение (в воде или масле), напыление, налипание, нанесение покрытий.

К пищевой биотехнологии относится оценка безвредности технологичности в производстве полноценных и обогащенных продуктов, а также генетически модифицированных продуктов.

Важным аспектом пищевой биотехнологии является решение задач максимального использования пищевых ресурсов путем привлечения вторичных продуктов и отходов, внедрение безотходных и малоотходных технологий переработки растительного и животного сырья.

Переработка вторичных продуктов пищевой промышленности

Комплексная переработка сырья с использованием всех компонентов и энергии в замкнутом цикле без нарушений в экологии является основой безотходных производств.

В малоотходных производствах вредное воздействие на окружающую среду не превышает допустимого уровня. Биотехнологические методы заключаются в целенаправленном использовании ферментов и живых клеток м.о.

Вторичные продукты молочной промышленности

В производстве сливочного масла, сыра, творога и казеина образуются вторичные продукты:

  • • обезжиренное молоко;
  • • пахта;
  • • молочная сыворотка.

Из них получают напитки, белковые концентраты и добавки, сгущенные продукты, плавленые сыры, заменители цельного молока (ЗЦМ), творог и другие. Однако проблема рационального использования вторичных продуктов молочной промышленности еще решена не совсем.

Так, в производстве молочного сахара — лактозы предстоит совершенствовать методы очистки от высокомолекулярных белков.

В стадии разработки находятся многие процессы с применением гидролизованной молочной сыворотки: получение напитков, обогащенных сред и ингредиентов для приготовления теста и улучшения качества хлеба, для активации хлебопекарных дрожжей, для совершенствования качества и технологии кондитерских изделий.

При концентрировании молока применяется гидролиз лактозы. Его используют также в производстве кисломолочных продуктов и сыров с целью улучшения жизнедеятельности молочнокислых бактерий и дрожжей заквасок.

Используются ферментные препараты, например, (3-галак- тозидаза для производства кефира.

Ферментные гидролизаты вторичных молочных продуктов применяют при изготовлении мороженного.

Большое значение имеет технология ферментативной коагуляции обезжиренного молока и пахты для получения творога.

Биотехнологические методы успешно используются для переработки малоценных отходов мясоперерабатывающей промышленности.

  • [1] Неверова О. А., Гореликова Г. А., Позняковский В. М. Пищевая биотехнология продуктов из сырья растительного происхождения : учебник. М. :ИНФРА-М, 2014.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >