Подходы в технологии производства продуктов питания для диетотерапии населения с глютеновой энтеропатией

Актуальность проблемы

Целиакией называется чувствительная к глютену энтеропатия, для которой характерны стойкая непереносимость специфических белков зерновых культур с развитием гиперрегенеративной атрофии слизистой оболочки тонкого кишечника и ассоциированного с ней синдрома мальабсорбции. Распространенность целиакии среди взрослого населения составляет 1–3 %, но в подавляющем большинстве заболевание протекает латентно, имитируя различные функциональные расстройства пищеварительной, нервной, эндокринной системы, опорно-двигательного аппарата [1].

На сегодняшний день целиакия – одно из самых распространенных заболеваний тонко- го кишечника, в основе которого лежит патологический иммунный ответ ее слизистой оболочки на действие этиологического фактора, – белка глиадина, который содержится в злаковых культурах: пшенице, ячмени, ржи, овсе [2].

Существует три основные нозологических патологии, связанные с непереносимостью глютена (рис. 1) [3].

Целиация поражает не только тонкий кишечник, но и другие системы. Кроме того, она значительно повышает риск возникновения опасных для жизни патологических состояний: кишечной лимфомы, рак различных отделов пищеварительного канала и кишечные кровотечения [4].

Рис. 1. Характеристика патологий, связанных с непереносимостью глютена

Целиакия относится к мультифакторным заболеваниям, при которых имеют значения как генетическая предрасположенность, так и различные факторы внешней среды. В ходе многочисленных исследований доказана ассоциация целиакии с антигенами главного комплекса гистосовместимости человека HLA DQ2 и HLA DQ8, расположенными на хромосоме 6р21. Гетеродимер DQ2 обнаруживается у 90–95 % больных, DQ8 – у 5–10 %. Данные антигены обуславливают предрасположенность человека к данному заболеванию [5, 6].

На вероятность развития целиакии оказывает влияние состав кишечной микрофлоры, сбалансированность рациона питания. У младенцев грудное вскармливание и поздний ввод глютеносодержащего прикорма оказывают протективный эффект на развитие целиакии [7].

Клинические проявления целиакии достаточно полиморфны, а заболевание встречается в следующих клинических формах: типичной, атипичной, стертой, латентной и рефрактерной. К типичным симптомам целиакии относят диарею, вздутие и дискомфорт в области живота, понижение аппетита и массы тела, поражение слизистой оболочки ротовой полости [4, 8]. Диагностика целиакии включает обобщение результатов эзофагогастродуоденоскопии с биопсией слизистой оболочки ки- шечника в сочетании с положительными результатами серологического анализа (выявления антител к глиадину и тканевой трансглутаминазе) [1, 9].

При длительном течении целиакии, без применения соответствующей диеты, у больных, помимо повреждений желудочнокишечного тракта, обнаруживают патологии в других органах и системах, – ревматоидный артрит, недостаточность надпочечников, кишечные язвы, инсулинозависимый сахарный диабет, аутоимунный гастрит, стоматит, тиреоидит [10]. Авторами установлено, что целиакия приводит к дефициту железа, кальция и калия в организме пациентов в связи с нарушением всасывания питательных компонентов [11].

Единственным средством лечения целиакии и профилактики ее осложнений является строгая безглютеновая диета. Она заключается в полном исключении из рациона продуктов, содержащих глютен или его следов. Особое внимание следует уделять продуктам, содержащим «скрытый» глютен, который добавляется в процессе производства, – колбасным изделиям, консервам, соусам и майонезам, пищевым концентратам [12].

В соответствии с пищевыми стандартами Codex Alimentarius, принятыми международной комиссией; ТР ТС 027/2012, принятым в

Российской Федерации, – безглютеновыми считаются продукты, в которых содержание глютена не превышает 20 мг/кг, для продукции с маркировкой «с низким содержанием глютена» уровень глютена должен составлять не более 100 мг/кг [13, 14].

При целиакии рекомендованы мука и крахмалы, полученные из безглютенового сырья растительного происхождения (безглюте-новые зерновые, бобовые культуры, семена масличных культур, орехи, корнеплоды). Существует множество разработок, направленных на расширение ассортимента безглюте-новых мучных изделий. В качестве заменителей глютенсодержащего сырья используются разнообразные виды муки, такие как рисовая, гречневая, льняная, кукурузная, амарантовая, реже – кунжутная, каштановая, соевая, нуто-вая, чечевичная, киноа, мука из семян чиа. Данные виды муки рекомендованы к использованию в различных соотношениях, позволяющих получить безглютеновые продукты высокого качества, обладающие заданными потребительскими свойствами [15–20].

Однако на рынке продуктов без глютена преобладают изделия, полученные из однообразного сырья, включающего рисовую или кукурузную муку в сочетании с крахмалом. Большинство наименований безглютеновой продукции, вырабатываемых промышленностью, имеют существенные недостатки, связанные с нехарактерной структурой, непривлекательным внешним видом, пониженной пищевой и биологической ценностью. Не оптимизированные технологические свойства мучных смесей приводят к необходимости применения структурообразующих добавок.

Разработка инновационных технологий производства безглютеновой продукции, в том числе за счет использования новых видов глютен не содержащего сырья, относится к актуальным научно-исследовательским задачам, решение которых позволит оптимизировать подходы к расширению линейки специализированных продуктов питания, улучшить качество жизни больных с непереносимостью глютена [21, 22].

Целью данного исследования являлось совершенствование методологии создания безглютеновых мучных смесей с оптимальными технологическими свойствами, заданным количеством и соотношением физиологически ценных нутриентов.

Материалы и методы исследований

Материалами для исследования являлись образцы мучных смесей, полученные из различных видов безглютеновой муки, а также кондитерские изделия (бисквиты), изготовленные на основе оптимизированных мучных смесей.

Для моделирования составов мучных смесей были выбраны четыре вида безглюте-новой муки:

Льняная мука (ООО НПО «Компас Здоровья», г. Новосибирск), состав: семена льна измельченные. Мука содержит (г на 100 г) – белков – 32,4; жиров – 8,8; углеводов – 6,9; энергетическая ценность – 236 ккал.

Амарантовая мука (ООО «Специалист», г. Бийск), состав: семена амаранта измельченные. Содержит (г на 100 г) – белков – 16,0; жиров – 3,0; углеводов – 67,0; энергетическая ценность – 350 ккал.

Миндальная мука (ИП Сафронов С.В., г. Тверь), состав: бланшированный миндаль 100 %. Содержит (г на 100 г) – белков – 23,5; жиров – 30,0; углеводов – 16,0; энергетическая ценность – 442 ккал.

Кунжутная мука (ООО «Эркон», г. Новосибирск), состав: мука пищевая кунжутная 100 %. Мука содержит (г на 100 г) – белков – 29,0; жиров – 18,4; углеводов – 18,0; энергетическая ценность – 353 ккал.

Выбранные виды муки характеризуются значительным содержанием белка, растворимых пищевых волокон, полиненасыщенных жирных кислот, а также витаминов группы В, микро- и макроэлементов. Стоит отметить существенное количество компонентов с антиоксидантными и иммуномодулирующими свойствами: сквалена, токоферолов, биофлавоноидов и фитоэстрогенов.

Эксперимент включал несколько этапов.

• 1.    Моделирование состава безглютеновых мучных смесей осуществляли с использованием программы Microsoft Excel, надстройки «Поиск решения».

• 2.    Анализ технологических свойств мучных смесей (определение вязкости, содержания влаги и водопоглощающей способности смесей).

• 3.    Изготовление модельных образцов кондитерских изделий (бисквит «Основной») по оптимизированным рецептурам с последующим анализом органолептических и физико-механических свойств (деформационных характеристик, содержания влаги и белка).

При проведении исследований применялись общепринятые стандартизированные органолептические и физико-химические методы анализа.

Вязкость оптимизированных мучных смесей определяли на вибрационном вискозиметре SV-10 в течение 120 секунд. Предварительно готовили суспензии мучных смесей с водой (в соотношении 1:6) при температуре (20 ± 2) °С.

Исследование деформационных характеристик мякиша кондитерских изделий проводили на структурометре СТ-2 путем сжатия его индентором «Цилиндр Ø36» при следующем режиме работы прибора: усилие касания (F к = 7 г); скорость деформации (V д = 0,5 мм/с); внедрение индентора в пробу продукта до усилия F max = 500 г.

Водопоглотительную способность (ВПС) мучной смеси определяли по установленному количеству муки.

Определение массовой доли влаги в образцах мучных смесей и кондитерских изделий производилось методом высушивания при температуре 130 ° С до получения постоянно сухой массы.

Определение содержания белка в образцах изделий основано на определении массовой доли общего азота после минерализации исследуемого образца концентрированной серной кислотой в присутствии катализатора.

Измерения проводились в трех последовательных опытах, после чего вычисляли среднее арифметическое значение и стандартное отклонение.

Анализ органолептических свойств готовых изделий проводили дегустационной оценкой по показателям: внешний вид (форма, цвет корки, поверхность), вид на разрезе (цвет, пористость), состояние мякиша, аромат, вкус. Исследуемые показатели были оценены по пятибалльной шкале с использованием коэффициента значимости (КЗ), учитывающем весомость каждого показателя для потребителя, по шкале от 1 (абсолютно не важен) до 5 (очень важен). Для каждого образца была рассчитана общая органолептическая оценка по формуле:

• · ( · · … · )

, ()

;vmax где k1,2,n – коэффициент значимости для выбранной характеристики; x1,2,n – оценка по пятибалльной шкале конкретного образца; Nmax – максимально возможная сумма баллов при высших оценках по всем характеристикам.

Расчет пищевой, энергетической ценности, степени удовлетворения основных эссенциальных веществ проводили путем сравнения химического состава разработанных продуктов с формулой сбалансированного питания [23].

Результаты исследования и их обсуждение

Исследуемые образцы муки были проанализированы по содержанию белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ и аминокислот, при этом была использована информация производителя о химическом составе продукта (табл. 1).

Соотношение ингредиентов в безглюте-новых мучных смесях моделировалось с помощью программы Microsoft Excel, надстройки «Поиск решения». Данная надстройка позволяет найти оптимальные соотношения в изменяемых ячейках для достижения заданного значения одного из показателей.

Используя цифровые данные показателей пищевой ценности разных видов муки, были смоделированы шесть вариантов безглютено-вых смесей, оптимизированных по следующим параметрам:

• -    максимальному содержанию белка;

• -    по оптимальному количеству витаминов В 1 и Е.

• -    по оптимальному содержанию ВСАА аминокислот и минеральных веществ.

Для оптимизированных мучных смесей была выбрана кодировка (табл. 2).

Расчетным методом была проанализирована степень удовлетворения суточной потребности человека в макро- и микронутриентах для модельных мучных смесей. В результате анализа расчетных данных установили, что безглютеновые смеси обогащены эссенциальными компонентами вследствие оптимального соотношения предложенных видов муки.

Мучные смеси АМЛ-3 и АКЛ-3 отличаются наибольшим количеством белка, в связи с максимальным количеством высокобелковой льняной муки. Содержание белка в остальных образцах составляло не менее 25 г на 100 г мучной смеси.

Максимальное количество кальция установлено в образцах АМЛ-1 и АМЛ-3 (23– 24 % от суточной потребности), магния –

Таблица 1

Пищевая ценность разных видов муки

Вид муки	Содержание, г на 100 г муки			Содержание минеральных веществ и витаминов, мг на 100 г муки
	Белки	Жиры	Углеводы	Ca	Mg	Zn	K	P	Fe	В 1	Е
Амарантовая	16	3	67	159	248	2,9	508	557	7,6	0,1	1,2
Миндальная	23,5	30	16	269	270	3,1	733	481	3,7	0,2	25,6
Кунжутная	29	18,4	18	159	361	10,7	423	242	15,2	2,7	1,7
Льняная	32,4	8,8	6,9	247	392	4,3	813	376	5,3	1,6	0,3
Суточная потребность	75	84	310	1000	400	11	4700	700	10	1,2	14,6

Таблица 2

Соотношение разных видов муки в модельных образцах

№ п/п	Код образца	Амарантовая мука, %	Миндальная мука, %	Кунжутная мука, %	Льняная мука, %
1	АКЛ-1	30	–	30	40
2	АКЛ-2	20	–	30	50
3	АКЛ-3	20	–	15	65
4	АМЛ-1	30	20	–	50
5	АМЛ-2	30	10	–	60
6	АМЛ-3	15	20	–	65

АМЛ-3, АКЛ-3 (87–90 % от суточной потребности), цинка и железа – в образцах АКЛ-1; АКЛ-2; АКЛ-3, что связано с наиболее высоким содержанием цинка и железа в кунжутной муке по сравнению с остальными видами.

Оптимизированные мучные смеси, содержащие кунжутную муку, отличаются максимальной концентрацией витамина В 1 ; смеси, содержащие миндальную муку – токоферола. Все образцы содержат высокое количество ВСАА аминокислот (комплекс незаменимых аминокислот – лейцина, изолейцина и валина) – 31–40 % суточной потребности (рис. 2).

Исследование технологических свойств безглютеновых мучных смесей проводили путем анализа влажности, водопоглотительной способности (ВПС) и вязкостных характеристик. ВПС муки зависит от соотношения и гидрофильных свойств белков и полисахаридов, а также размеров гранул муки (рис. 3).

Разработанные безглютеновые смеси характеризуются незначительными колебаниями по содержанию влаги от 7,90 до 8,81 %, отличаются высокой водопоглотительной способностью. При этом стандартная ВПС муки пшеничной высшего сорта составляет около 50 %, а разработанные модели мучных смесей характеризуются значением показате- ля от 96 до 120 %. Выявленная тенденция объясняется значительным содержанием слизей и пентозанов с выраженными гидрофильными свойствами в льняной муке.

Многочисленными исследованиями доказано, что полисахариды льняной муки набухают в воде, образуют вязкие растворы даже при небольших концентрациях [24, 25]. Способность льняной муки удерживать воду сопоставима с хорошо известными гидроколлоидами: гуаровой камедью и гуммиарабиком [26, 27]. Соответственно, водопоглотительная способность оптимизированных мучных смесей возрастает пропорционально увеличению концентрации льняной муки.

В результате исследований отмечается прямо пропорциональная зависимость изменения показателей ВПС мучных смесей и массовой доли влаги в готовых изделиях. Кондитерские изделия, полученные из мучных смесей АМЛ-2; АМЛ-3; АКЛ-3, – содержащих более 60 % льняной муки, – характеризуются наибольшей влажностью – 29,4– 31,5 %.

Структурно-механические свойства оптимизированных мучных смесей существенно влияют на деформационные характеристики готовых изделий (рис. 4).

Белок

ВСАА АМК вит. Е

АМЛ-3

Fe

АМЛ-2

Zn

АМЛ-1

АКЛ-3   Mg

АКЛ-2

Ca

АКЛ-1

Витамин В1

-10

30         50

70         90

Рис. 2. Удовлетворение суточной потребности в питательных компонентах, % на 100 г мучной смеси (АМЛ-1; АМЛ-2; АМЛ-3 - образцы, содержащие амарантовую, миндальную и льняную муку в соотношениях: 30/20/50; 30/10/60; 15/20/65. АКЛ-1; АкЛ-2; АКЛ-3 - образцы, содержащие амарантовую, кунжутную и льняную муку в соотношениях: 30/30/40; 20/30/50; 20/15/65)

Массовая доля влаги в смеси, %

Массовая доля влаги в изделиях, %

Водопоглот о ительная и            „ способност ь смеси, %

Рис. 3. Зависимость влажности изделий от водопоглотительной способности мучных смесей

(АМЛ-1; АМЛ-2; АМЛ-3 - образцы, содержащие амарантовую, миндальную и льняную муку в соотношениях: 30/20/50; 30/10/60; 15/20/65. АКЛ-1; АкЛ-2; АКЛ-3 - образцы, содержащие амарантовую, кунжутную и льняную муку в соотношениях: 30/30/40; 20/30/50; 20/15/65)

Рис. 4. Зависимость деформационных характеристик кондитерских изделий от вязкости суспензий мучных смесей

(АМЛ-1; АМЛ-2; АМЛ-3 - образцы, содержащие амарантовую, миндальную и льняную муку в соотношениях: 30/20/50; 30/10/60; 15/20/65. АКЛ-1; АКЛ-2; АКЛ-3 - образцы, содержащие амарантовую, кунжутную и льняную муку в соотношениях: 30/30/40; 20/30/50; 20/15/65)

Полученные результаты, позволяют заключить, что увеличение пропорции льняной муки в безглютеновой смеси способствует повышению вязкости суспензии. Так, наибольшей вязкостью обладали мучные смеси АМЛ-3 и АКЛ-3, содержащие 65 % льняной муки. Наименьшая вязкость была зафиксирована у образцов АКЛ-1; АКЛ-2 и АМЛ-1, в состав которых входит льняная мука в коли- честве 40 и 50 % соответственно.

Общая и упругая деформация образцов изделий с добавлением миндальной муки (АМЛ-1; АМЛ-2 и АМЛ-3) не имела существенных различий, несмотря на различные значения вязкости суспензий и колебалась в пределах 3,5–4,0 мм – для общей деформации и 2,2–2,4 мм – для упругой деформации. При этом образцы с высоким содержанием кун-

Таблица 3

Органолептическая оценка образцов кондитерских изделий с учетом коэффициента значимости

Характеристика	2	<	Г1 <	<	<	го <	<
1. Внешний вид
– форма	4	4	4	4	5	4	4
– цвет корки	3	4	4	4	4	4	4
– поверхность	4	4	4	4	5	4	4
2. Вид на разрезе
– цвет мякиша	3	5	4	4	5	4	4
– состояние мякиша	4	4	3	2	4	4	3
– пористость	3	5	5	5	5	5	5
3. Аромат	5	5	5	5	5	5	4
4. Вкус	5	3	5	4	5	4	3
Общая оценка (макс. 100)	–	83,9	85,8	80,0	95,5	85,2	76,1

Примечание. АМЛ-1; АМЛ-2; АМЛ-3 – образцы, содержащие амарантовую, миндальную и льняную муку в соотношениях: 30/20/50; 30/10/60; 15/20/65. АКЛ-1; АКЛ-2; АКЛ-3 – образцы, содержащие амарантовую, кунжутную и льняную муку в соотношениях: 30/30/40; 20/30/50; 20/15/65.

жутной муки (АКЛ-1 и АКЛ-2) характеризовались наибольшими показателями деформации, что коррелировало с наименьшей вязкостью суспензий данных мучных смесей. Наличие значительного количества липидов в кунжутной муке препятствовало образованию устойчивого геля белков и полисахаридов с молекулами воды, что создавало пластичную структуру готовых изделий, легко подвергающихся деформационным воздействиям.

Анализ органолептических свойств готовых изделий проводился по показателям: внешний вид, вид на разрезе, состояние мякиша, аромат, вкус, - с учетом коэффициента значимости (табл. 3).

На основе данных исследований установили, что все образцы кондитерских изделий соответствовали требованиям, предъявляемым к бисквитным полуфабрикатам, - имели правильную форму, характерный подъем, были равномерно пропечены, не имели повреждений, следов непромеса. По показателям цвет, вкус и аромат все образцы соответствовали видам муки, использованным при их производстве. Лучшими органолептическими свойствами обладали кондитерские изделия, изготовленные из мучных смесей АМЛ-2 и АКЛ-1. Они обладали приятными вкусовыми свойствами, равномерной пористостью и эластичным мякишем, имели наименьшее количество изломов, наиболее ровную поверхность и светлый цвет.

Результаты физико-химических исследований образцов бисквитных полуфабрикатов позволили заключить, что содержание белка в готовых изделиях коррелировало с содержанием белка в мучной смеси, на основе которой они изготовлены и колебалось в пределах от 14,8 до 17,9 %. Наибольшее количество белка установлено в изделиях, изготовленных на основе безглютеновых смесей АМЛ-3; АКЛ-2 и АКЛ-3 (табл. 4).

Заключение

Рекомендуемая методология создания безглютеновых мучных смесей для изготовления кондитерских изделий позволяет расширить рацион питания лиц с непереносимостью глютена. Оптимизированные мучные смеси обладают приемлемыми технологическими свойствами, отвечают нормам рационального питания по количеству и соотношению белков, аминокислот, витаминов, макро-и микроэлементов. Кондитерские изделия, изготовленные из модельных безглютеновых смесей, характеризуются высокими потребительскими свойствами, являются источником эссенциальных компонентов.