Dodatki węglowodanowe: Dodatki węglowodanowe do produktów mleczarskich

dr inż. Dorota Zaręba, ZSG Warszawa
dr hab. Małgorzata Ziarno, prof. SGGW, SGGW Warszawa
Forum Mleczarskie Biznes 4/2019 (38)
© fm

Jeszcze do niedawna zastosowanie węglowodanów w produkcji mleczarskiej ograniczało się do wykorzystania sacharozy, najczęściej w postaci cukru buraczanego; celem zwiększenia słodkości produktu końcowego. Obecnie, możliwości oferowane przez producentów i dostawców składników węglowodanowych wykraczają poza właściwości słodzące. Zmiana ta jest rezultatem lepszego poznania chemii węglowodanów, w tym cukrów, a także praktycznego zastosowania wiedzy o tych związkach.

Pod względem chemicznym, węglowodany dzieli się na węglowodany proste (monosacharydy, np. glukoza, galaktoza, mannoza, fruktoza, arabinoza), oligosacharydy (zbudowane z 2-10 cząsteczek monosacharydów, np. maltoza, laktoza, sacharoza, rafinoza, maltodekstryna) oraz węglowodany złożone (wielocukry, polisacharydy, złożone z wielu cząsteczek monosacharydów, np. skrobia, pektyny, błonnik, celuloza, ligniny, inulina, glikogen, ksylan, galaktan, agar, alginiany, gumy, hemicelulozy, karageny).

Z żywieniowego punktu widzenia, węglowodany dzielą się na węglowodany przyswajalne (trawione w organizmie człowieka, wchłaniane i metabolizowane, np. glukoza, fruktoza, galaktoza, sacharoza, maltoza, laktoza, skrobia, inulina) oraz węglowodany nieprzyswajalne (czyli błonnik pokarmowy, włókno roślinne, włókno pokarmowe, nieulegające rozkładowi enzymatycznemu w przewodzie pokarmowym człowieka wobec braku odpowiednich enzymów trawiennych, np. niektóre pektyny, celulozy i ligniny). Wiadomo, że węglowodany nieprzyswajalne są bardziej wartościowe odżywczo niż węglowodany przyswajalne, chociaż te drugie są doskonałym źródłem energii dla ludzkiego organizmu. Węglowodany przyswajalne stanowią wprawdzie główne źródło energii, ale w organizmie nie są magazynowane w dużych ilościach, wobec czego przy nadmiernym ich spożyciu przekształcają się w tłuszcz (podskórna warstwa tłuszczowa). Jest to efektem tego, że w trakcie trawienia wszystkie przyswajalne węglowodany są rozkładane do glukozy, która w organizmie jest przekształcana do glikogenu – magazynowanego w organizmie przede wszystkim w wątrobie i w mięśniach, a w nadmiernej ilości przekształcana do postaci tkanki tłuszczowej.

Węglowodany jako substancje słodzące

Sacharoza

W Polsce zwyczajowa nazwa sacharozy brzmi „cukier buraczany” lub „cukier biały”. Sacharoza jest dwucukrem zbudowanym z dwóch cząsteczek: glukozy i fruktozy. Doskonale rozpuszcza się w wodzie i ma słodki smak (por. Zaręba D., Ziarno M. 2018. Redukowanie poziomu cukru. Forum Mleczarskie Biznes 2/18, 30-33). Z tego powodu sacharoza znalazła powszechne uznanie jako substancja słodząca. Za zdrowszy i naturalny, w porównaniu z cukrem białym, jest uważany cukier brązowy. Zdecydowaną zaletą cukru brązowego, w porównaniu z cukrem białym, jest charakterystyczny przyjemny smak i aromat. Cukier buraczany, w zależności od stopnia oczyszczenia, jest 100% sacharozą (cukier rafinowany biały) lub zawiera ok. 96-99% sacharozy (cukier rafinowany brązowy). Cukier brązowy otrzymywany jest poprzez zmieszanie cukru białego z wcześniej usuniętą melasą (lub jest dobarwiany karmelem). Na rynku jest również dostępny cukier nierafinowany, z wyglądu bardzo podobny (i mylony) z cukrem brązowym. Cukier nierafinowany nie jest poddawany procesowi rafinacji w procesie produkcji, dzięki czemu nie jest czystą sacharozą (zawiera niewielkie, żywieniowo nieistotne, ilości składników mineralnych takich jak żelazo, fosfor, wapń, magnez i potas).

Coraz więcej konsumentów jest zainteresowanych cukrem innym niż cukier buraczany. Wiele osób nabywa cukier trzcinowy, bazując na micie, jakoby ten rodzaj cukru był zdrowszy. Tymczasem, cukier, niezależnie od tego, czy jest otrzymany z buraków cukrowych czy trzciny cukrowej, zawiera sacharozę. Przy okazji warto wspomnieć, że aż ¾ światowej produkcji stanowi cukier z trzciny cukrowej, chociaż w naszej strefie klimatycznej dominuje cukier z buraków cukrowych (u nas uprawianych). Z trzciny cukrowej można wyprodukować zarówno cukier biały, jak i brązowy, zatem nie należy utożsamiać cukru białego tylko z cukrem buraczanym, zaś cukru brązowego z cukrem trzcinowym. Zarówno z chemicznego jak i żywieniowego ujęcia nie ma znaczenia, czy sacharoza jest wyekstrahowana z trzciny cukrowej, czy buraka cukrowego. Niezależnie od pochodzenia sacharoza ma tę samą siłę słodzenia. Wrażenie słodkości determinowane jest natomiast wielkością kryształów cukru (im mniejsze tym większe wrażenie słodkości, gdyż małe kryształy szybciej rozpuszczają się na języku), jak również stopnia oczyszczenia cukru (cukier biały jest słodszy niż cukier nierafinowany czy cukier brązowy).

© fm

Melasa

Istnieje opinia, że w celu nadania słodkości, a jednocześnie podniesienia wartości żywieniowej produktu, należy wykorzystać melasę jako zamiennik cukru. Melasa jest produktem ubocznym procesu produkcji cukru. Ma postać słodkiego, ciemnobrązowego lub wręcz czarnego, lepkiego i gęstego syropu. Zawiera około 40% sacharozy, pewne ilości składników mineralnych (wapnia, żelaza, magnezu, fosforu, potasu, sodu, manganu, miedzi) i witamin (niacyny, B6, kwasu pantotenowego, kwasu foliowego, choliny). Melasę pozyskuje się z produktów takich jak np. buraki cukrowe (melasa buraczana), trzcina cukrowa (melasa trzcinowa), a także karob, czyli mączka chleba świętojańskiego (melasa karobowa). Melasa, podobnie jak cukier nie zawiera błonnika. W przemyśle spożywczym melasa znajduje już zastosowanie do barwienia napojów alkoholowych. Wydaje się, że również w przemyśle mleczarskim należałoby rozpatrzeć możliwość wykorzystania właściwości melasy – oczywiście zgodnie z potrzebami technologicznymi.

Miód pszczeli

Jest wytwarzany przez pszczoły miodne (Apis mellifera) z nektaru kwiatów oraz wydzielin poza kwiatowych części roślin (np. spadzi) i magazynowany w zasklepionych plastrach w gnieździe pszczół. Podstawowym surowcem w produkcji miodów są nektar i spadź (skondensowane wydzieliny pochodzące z uszkodzonych części drzew liściastych bądź iglastych przez czerwce i mszyce zmieszane z ich odchodami), stąd wyróżnia się miody nektarowe i miody spadziowe. Z kolei miód nektarowo-spadziowy jest mieszaniną nektaru roślin i spadzi. Miody można grupować na podstawie ich pochodzenia (miody wielokwiatowe, lipowe, gryczane, wrzosowe itd.), barwy (miody jasne i ciemne), konsystencji (płynne zwane patoką i skrystalizowane zwane krupcem). Zawartość wody w dojrzałym miodzie nie przekracza 20% (wyjątkiem jest miód wrzosowy zawierający do 23% wody). Pozostałą zawartość stanowią węglowodany, z czego dominują fruktoza i glukoza (70-80%) w proporcji od 1:1 do 1,3:1 (ten wskaźnik jest podstawą wykrywania zafałszowań miodu sacharozą). Zawartość sacharozy wynosi przeciętnie 2-3,5%, a maksymalnie 5% (w miodach nektarowych). Oprócz fruktozy i glukozy, miód zawiera również dekstryny, maltodekstryny, melicytozę, nieznaczne ilości maltozy oraz nieznaczne (wręcz śladowe) ilości skrobi. Miód jest także zasobny w szeroką gamę kwasów organicznych (m.in. z pyłku i nektaru kwiatów), białek (głównie albuminy i globuliny), soli mineralnych (głównie makroelementów, przede wszystkim potasu, sodu, wapnia, magnezu, niekiedy żelaza, miedzi, manganu). Zapach miodu jest determinowany obecnością olejków eterycznych, kwasów organicznych, terpenów, estrów, aldehydów, ketonów i wyższych alkoholi, zaś barwa wynika z obecności m.in. karotenoidów, flawonów, antocyjanów, chlorofilu i pochodnych oraz melanoidynów.

Syrop glukozowo-fruktozowy

Jest często stosowany, jako substancja słodząca, w przemyśle spożywczym w produkcji napojów gazowanych i niegazowanych, w tym alkoholowych, wyrobów cukierniczych i piekarniczych, produkcji zup i sosów, dżemów i galaretek. Oprócz tego jest wykorzystywany do dosładzania mlecznych napojów fermentowanych i deserów mlecznych (w tym lodów). Tak szerokie zastosowanie syropu glukozowo-fruktozowego wynika z jego właściwości technologicznych: poprawia cechy smakowo-zapachowe produktu, podkreśla barwę, a także modyfikuje konsystencję. Syrop glukozowo-fruktozowy jest otrzymywany w procesie enzymatycznego rozkładu skrobi, głównie kukurydzianej (rzadziej ziemniaczanej lub pszennej). Ma postać bezbarwnej lub jasnożółtej cieczy o niskiej lepkości. Składa się z dwóch cukrów prostych: glukozy i fruktozy. W przeciwieństwie do miodu pszczelego nie ulega krystalizacji, zaś po zmieszaniu z cukrem buraczanym zapobiega jego krystalizacji. Jego wartość odżywcza ogranicza się zatem do wartości tych dwóch węglowodanów. Należy zauważyć, że zastosowanie tego syropu jest obecnie negatywnie oceniane przez konsumentów. W świadomości bardzo wielu osób syrop glukozowo-fruktozowy jest szkodliwy, a nawet może stanowić zagrożenie dla zdrowia.

Węglowodany jako prebiotyki

Prebiotykami są wybrane rodzaje złożonych węglowodanów: oligosacharydów (z wyjątkiem oligosacharydów z rodziny rafinozy obecnych w nasionach roślin strączkowych: rafinozy, stachiozy, werbaskozy i ajugozy), a także niektóre skrobie naturalnie oporne (por. Ziarno M., Zaręba D., 2018. Probiotyki i prebiotyki jako dodatki do żywności – co się zmieniło. Forum Mleczarskie Biznes 2/18, 46-49).

Oligosacharydy stanowią grupę krótkołańcuchowych polisacharydów, zalicza się tu: fruktooligosacharydy (FOS), galaktooligosacharydy (GOS), ksylooligosacharydy (XOS), izomaltooligosacharydy, oligosacharydy sojowe, mannany, mannano-oligosacharydy (MOS), izomalt, polidekstrozy (PDX), arabino-galaktany, beta-glukany, gluko-oligosacharydy, oligosacharydy pektynowe, gentio-oligo-sacharydy itd. Prebiotyki są to substancje, których selektywna fermentacja prowadzi do specyficznych zmian w składzie i/lub aktywności mikroflory przewodu pokarmowego, oddziałującej korzystnie na dobre samopoczucie i zdrowie gospodarza. Oznacza to, że prebiotyk, podobnie jak błonnik pokarmowy, musi być oporny na procesy trawienne (działanie kwasu solnego w żołądku, hydrolizę enzymatyczną w jelitach) oraz wchłanianie zachodzące w górnym odcinku układu pokarmowego. A jednocześnie powinien ulegać selektywnej fermentacji pod wpływem mikroflory jelitowej (wykorzystywać go powinny tylko pożyteczne bakterie jelitowe: bakterie mlekowe i bifidobakterie). Ponadto, prebiotyk powinien pobudzać wzrost i/lub aktywność tych pożytecznych drobnoustrojów (bakterii mlekowych i bifidobakterii) naturalnie zasiedlających różne rejony przewodu pokarmowego, które pozytywnie oddziałują na zdrowie i samopoczucie gospodarza.

© fm

Najpopularniejszym fruktooligosacharydem jest inulina, wykazująca szereg ciekawych właściwości technologicznych i zdrowotnych. Jest stabilna w środowisku o pH w zakresie 5-10 i podczas obróbki termicznej (ale w pH poniżej 4 może ulegać hydrolizie podczas obróbki w wysokiej temperaturze). Jest dobrze rozpuszczalna w ciepłej wodzie (100 g/l w 25°C). Jest doskonałym zamiennikiem tłuszczu i skrobi w żywności dietetycznej, poprawia strukturę i smakowitość produktów (sprawia uczucie pełności przy jedzeniu), stabilizuje emulsje typu w/o, wykazuje właściwości żelujące, zapobiega synerezie serwatki w jogurtach niskotłuszczowych. Inulina ma słodkość mniejszą niż sacharoza (ok. 1/10 słodyczy cukru, kaloryczność 1,5 kcal/g), należy do substancji słodzących nieprzyczyniających się do próchnicy zębów, jest fermentowana przez bakterie z rodzajów Bifidobacterium i Lactobacillus (z wytworzeniem metabolitów stwarzających środowisko niekorzystne dla rozwoju patogenów w świetle jelita), nie ulega trawieniu w układzie pokarmowym (jest uznawana za frakcję błonnika pokarmowego rozpuszczalnego w wodzie).

Skrobie naturalnie oporne są to formy skrobi, która nie jest trawiona i wchłaniana w jelicie cienkim zdrowego człowieka (por. Zaręba D., Ziarno M. 2016. Skrobie w mleczarstwie. Forum Mleczarskie Biznes, 4, 44-48). Ze względu na oporność wobec enzymów trawiennych skrobia taka jest zaliczana do frakcji błonnika pokarmowego (chociaż wykazuje kaloryczność 1,7-2,0 kcal/g). Jest to skrobia modyfikowana chemicznie, fizycznie (głównie termicznie) lub enzymatycznie. Jak wiadomo, skrobia modyfikowana jest jednym z najczęściej stosowanych dodatków do żywności. Wykazuje zdolność do wiązania znacznych ilości wody, modyfikuje lepkość produktów, tworzy klarowne i przezroczyste żele, stabilizuje emulsje i zawiesiny. Głównym surowcem jest skrobia kukurydziana (szczególnie jej odmiany o wysokiej zawartości amylozy) lub ziemniaczana. W handlu znajdują się preparaty o ok. 30% zawartości skrobi opornej. Preparaty takiej skrobi przypominają (w postaci) syropy glukozowo-fruktozowe.

Węglowodany jako substancje strukturotwórcze

Są to węglowodany złożone, zwykle rozpuszczalne w wodzie lub tworzące w niej zawiesinę. Hydrokoloidy dopuszczone do stosowania w przemyśle spożywczym znajdują się na liście dodatków dopuszczonych do stosowania w żywności, są to: skrobia i jej pochodne, alginiany i jego pochodne, agar, karagen, przetworzone wodorosty morskie z gatunku Eucheuma, mączka chleba świętojańskiego, guma guar, tragakanta, guma arabska, guma ksantanowa, guma karaya, guma tara, guma gellan, konjac, celuloza i jej pochodne oraz pektyny. Tworząc w wodzie sieć trójwymiarową, powodują odpowiednio zwiększenie lepkości roztworu lub powstanie trwałego żelu (por. Zaręba D., Ziarno M. 2017. Egzopolisacharydy bakteryjne. Forum Mleczarskie Biznes, 4, 48-51). Pierwsze znane hydrokoloidy były pozyskiwane z materiału roślinnego, zaś od dziesięcioleci potrafimy również izolować hydrokoloidy z mikroorganizmów (por. Zaręba D., Ziarno M. 2016. Hydrokoloidy – dodatki naturalne, czy „to sama chemia”? Forum Mleczarskie Biznes, 4, 56-60).

Marek Dobosz, Menedżer Produktu w firmie Hortimex

Marek Dobosz

Menedżer Produktu w firmie Hortimex

Produkty mleczarskie są coraz częściej świadomym wyborem klientów myślących o zdrowym stylu życia, traktowane są jako zdrowa przekąska między głównymi posiłkami. Odpowiadając na potrzeby konsumentów poszukuje się nowości opartych na dodatkach funkcjonalnych, takich jak błonnik i zdrowe węglowodany. Dzięki nim można uzyskać oświadczenia zdrowotne i żywieniowe (np. prebiotyk, korzystny wpływ na trawienie, wysoka zawartość błonnika, niska zawartość cukru/tłuszczu, niski IG). Obecnie triumfuje trend związany z ograniczaniem spożycia cukru białego w diecie oraz odkrywaniem zdrowych węglowodanów (niski IG, powolne uwalnianie, przyjazne dla zębów). Badania rynkowe pokazują, że 90% konsumentów postrzega produkty o zredukowanej ilości cukru jako zdrowsze, natomiast 80% twierdzi, że cukier jest złym składnikiem żywności. Podążając za trendem czystej etykiety, producenci starają się także eliminować składniki posiadające numer E (gumy, skrobie modyfikowane) – przekłada się to na poszukiwanie surowców pochodzenia naturalnego – roślinnego. Jako firma zajmująca się wsparciem w procesie projektowania żywności, oferujemy szereg rozwiązań pozwalających dostosować skład do oczekiwań konsumentów (eliminowanie składników niepożądanych oraz fortyfikacja w składniki funkcjonalne). Do tworzenia stabilnych struktur możemy polecić natywne skrobie, a redukcję tłuszczu lub cukru uzyskujemy dzięki prebiotycznemu błonnikowi z cykorii. Inulina pozyskiwana z cykorii pozytywnie wpływa na układ trawienny poprzez stymulowanie rozwoju korzystnych bakterii z rodzaju Bifidobacterium. Z grupy zdrowych alternatyw dla cukru posiadamy dwucukier izomaltulozę, która charakteryzuje się powolnym uwalnianiem energii oraz niskim IG. Produkt ten jest coraz częściej używany w żywieniu sportowców. Pomaga dostarczyć im energii na dłuższy okres czasu, nie podnosząc poziomu glukozy we krwi. Produkty mleczarskie stają się żywnością premium skupioną na właściwościach funkcjonalnych produktu. Ich rozwój jest silnie powiązany z usportowieniem populacji oraz poszukiwaniem przekąsek dostarczających zdrowej energii. Dotychczas producenci w Polsce obawiali się wdrożenia tego typu produktów, ponieważ trudno było je utrzymać na rynku, szczególnie w mleczarstwie. Obecnie rynek się zmienia i jest otwarty na nowości. Producent musi szybko reagować na oczekiwania konsumentów oferując coraz to nowsze rozwiązania.

Podsumowanie

Węglowodany są dla organizmu źródłem nie tylko energii, ale również składnikiem związków komórkowych (kwasów nukleinowych, enzymów, strukturalnych składników ścian i błon komórkowych). W produkcji żywności węglowodany wykazują różnorakie właściwości technologiczne. Umiejętne ich stosowanie w produkcji mleczarskiej powinno uwzględniać zarówno wpływ technologiczny, jak i zdrowotny. Nie mniej ważne jest postrzeganie tych dodatków przez konsumentów i akceptacja ich stosowania w produkcji przemysłowej.

Węglowodany nieprzyswajalne nie są trawione i wchłaniane, nie dostarczają energii metabolicznej, a mimo to odgrywają istotną rolę regulującą w przewodzie pokarmowym. Błonnik pokarmowy, w większym lub mniejszym stopniu, jako substancja balastowa hamuje uczucie głodu (pęczniejąc w żołądku). Pobudza pracę jelit (ruchy perystaltyczne) i przyspiesza przesuwanie się treści pokarmowej przez przewód pokarmowy zapobiegając zaparciom, może wykazywać właściwości prebiotyczne. Ogranicza wchłanianie cholesterolu z treści pokarmowej, czym sprzyja obniżeniu poziomu cholesterolu w serum krwi. Wykazuje działanie redukujące poziom glukozy we krwi. Reguluje działalność mikroflory jelitowej, a także ogranicza wchłanianie substancji toksycznych (np. metali ciężkich takich jak ołów, rtęć i kadm) z pożywienia. Pomaga również obniżać ryzyko wystąpienia niektórych rodzajów zmian onkologicznych (na skutek przyspieszenia przesuwania się treści pokarmowej przez przewód pokarmowy organizm jest krócej wystawiony na ekspozycję kancerogenów). A jednocześnie niektóre węglowodany nieprzyswajalne mogą pełnić w żywności rolę strukturotwórczą lub prozdrowotną. Co nie oznacza, że można je stosować w ilościach niekontrolowanych. Uznaje się, że zalecana dzienna porcja błonnika pokarmowego powinna wynosić średnio 20-40 g. Nadmierne spożywanie węglowodanów nieprzyswajalnych nie jest korzystne dla ludzkiego organizmu, ogranicza bowiem przyswajalność niektórych składników odżywczych (np. składników mineralnych i witamin, głównie witaminy A) obniżając aktywność soków trawiennych a także może powodować dolegliwości brzuszne (wzdęcia, biegunki). Należy jednak podkreślić, że w Polsce nadal spożycie błonnika jest zbyt niskie.

Z kolei nadmiar spożywania węglowodanów przyswajalnych, a szczególnie cukrów prostych stosowanych powszechnie jako substancje słodzące, może sprzyjać otyłości, miażdżycy, próchnicy zębów, zmniejszeniu apetytu. Dzienne spożycie węglowodanów powinno pokrywać 50-65% dziennego zapotrzebowania energetycznego organizmu, a w praktyce nawet do 70%, ale z obniżeniem spożycia cukrów prostych. Jedząc codziennie 50-100 g przyswajalnych węglowodanów zapobiega się nadmiernemu katabolizmowi białka tkankowego.