Élelmirostok szerepe glutén-mentes termékekben
Az élelmi rostok fogyasztásának jelentőségére és a szervezetre gyakorolt, részben tudományosan is alátámasztott kedvező egészségügyi hatásaira az elmúlt évtizedek kutatási eredményei hívják fel a figyelmünket. Ezek a rostok olyan, főként növényi sejtfalalkotók, melyeket az emberi szervezet elsődleges emésztő folyamatai nem képesek teljes mértékben lebontani. Egyes típusaik a vastagbélbe kerülve az ott élő mikroorganizmusok számára tápanyagként, prebiotikumként szolgálnak. Fő beviteli forrásaik a gabonafélék, hüvelyesek, valamint a zöldségfélék és gyümölcsök.
A cikk a BME, a Pro Progressio Alapítvány és az Élet és Tudomány közös cikkpályázatán 2. helyezést ért el oktatói-kutatói kategóriában.
A gabonafélék és az álgabonák évezredek óta képezik az emberi táplálkozás alapját, számos alapvető élelmiszerünk nyersanyagai.
Az álgabonák (például a hajdina) a gabonafélékkel ellentétben kétszikű virágos növények, melyek magja hasonlít a gabonafélék szemterméséhez mind összetételben, mind felépítésben, így gabonaként fogyaszthatók és dolgozhatók fel. Ezek a szemek három fő részből épülnek fel: a külső, védelmi szerepet betöltő héjból, a tartaléktápanyagokat tartalmazó magbelsőből és a növény kifejlődését biztosító csírából. Magas tápértékkel rendelkeznek, jelentős a szénhidrát- (keményítő) (kb. 75-80%) és fehérjetartalmuk (kb. 8-15%). Emellett kiváló élelmirostforrások is (kb. 7-20%), melyek elsősorban a héjközeli rétegekben dúsulnak fel. A rostalkotók mennyisége és minősége fajtól és fajtától függően igen változatos lehet. Legjelentősebb rostösszetevőik az úgynevezett nem-keményítő poliszac-haridok, közülük is az arabinoxilánok és a β-glükánok emelhetők ki.
Az arabinoxilán (röviden AX) makromolekula gerincét xilóz cukoregységek építik fel, melyhez bizonyos egységenként egy vagy akár két arabinóz cukoregység is kötődhet. Az arabinózhoz további, antioxidáns tulajdonságú molekulák, fenolsavak is kapcsolódhatnak, melyek lehetővé teszik az AX-láncok keresztkötését egymással, valamint egyéb sejtfalalkotókkal történő kölcsönhatását. Az AX-molekula szerkezete nagyban függ a botanikai eredettől, valamint a szemtermésben való elhelyezkedésétől is. Mindez a szemtermések feldolgozása során jelentkező technofunkcionális tulajdonságait (például a vízfelvétel, oldhatóság, gélképzés stb.) is befolyásolja. Az AX fő forrásai a rozs és a búza, de megtalálható más gabonákban is (például: árpa, tritikálé, zab, cirok).
Láncok és hálózatok
A β-glükánok kizárólag glükóz-egységekből felépülő makromolekulák, melyek alapszerkezete igen eltérő lehet, ugyanis a gabonák mellett gombák és baktériumok sejtfalát is alkotják. Míg a gombákban előforduló β-glükánok láncelágazásokat tartalmaznak, addig a bakteriális és gabona β-glükánok elágazásmentesek. Utóbbiak szerkezete a glükózegységeket összekötő kétféle kötéstípus miatt kissé megtört, lépcsőzetes mintázatú. Ennek köszönhetően a gabona β-glükánok jellemzően vízoldható rostok. Gabonák közül a zab jellemezhető kiemelkedően magas β-glükán tartalommal, de emellett az árpa is jelentős mennyiségben tartalmazza ezt a rostalkotót. Kisebb mennyiségben más gabonákban is előfordul, mint például a rozs vagy a búza.
A nagyüzemi malmi feldolgozás során a gabonaszemek külső részeit eltávolítják, így a rostok és a hozzájuk kötődő bioaktív anyagok jelentős része a korpába kerül. Azonban az egészségtudatos táplálkozás terjedésével folyamatosan nő az igény a teljes kiőrlésű, illetve rostban gazdagabb élelmiszerek (például sütőipari termékek, száraztészták stb.) iránt. A különféle rostoknak a technológiai minőség alakításában betöltött szerepe, azok hatásmechanizmusa azonban még messze nem tisztázott, a szakirodalomban közölt eredmények hiányosak, gyakran ellentmondásosak.
Az AX-ok szerkezetalakító hatásának vizsgálata számos kutatás célkeresztjébe belekerült, melyeket elsősorban búza- és rozslisztalapú mátrixokban végeztek. A búza egyedülálló a gabonafélék között, mivel lisztjéből víz hozzáadás és dagasztás hatására rugalmas és nagy gázvisszatartó képességgel rendelkező tészta képződik. Mindez a sikérképző fehérjékből kialakuló térhálós fehérjeszerkezetnek, a sikérhálónak köszönhető. A rozs is tartalmaz sikérképző fehérjéket, azonban kisebb mennyiségben, a kialakuló tészta kevésbé rugalmas, lágy és nehezen kezelhető. Mindkét mátrix esetén közvetve vagy közvetlenül megerősíthető az AX-ok kölcsönhatása a tésztában kialakuló fehérjehálóval, melyet saját kutatási eredményeink is alátámasztottak.
Kísérleti modellek
Az elmúlt években jelentősen nőtt az igény a gluténmentes alapanyagokból készült termékek iránt is, melyek azonban jellemzően alacsony élelmirost- és magas, könnyen emészthető szénhidráttartalommal rendelkeznek. Kérdés, hogy az AX-ok sikértartalmú tésztákban azonosított hatása általánosítható-e gluténmentes gabona- illetve álgabona-tésztarendszerek esetére is. Nagy szerepe lehet ugyanis az AX-ok szerkezetalkotó képességének gluténmentes sütőipari termékek tulajdonságainak javításában, élelmi rostként pedig növelhetik táplálkozástani értéküket. Ennek előzményeként a bécsi BOKU egyetemmel közös projektben az AX-ok hatását és feltételezett hálózatképző képességét vizsgáltuk oxidáz enzim hozzáadása mellett gluténmentes köles- és hajdinatésztákban. A kialakított oxidatív közegben javult a tészták állaga, valamint méréseink alapján valószínűsíthető a molekulák közötti keresztkötések kialakulása. Azonban az AX-ok egyéb lisztalkotókkal is kölcsönhatásba léphetnek, mely további vizsgálatok elvégzését igényli. A β-glükánok táplálkozásélettani hatásával kapcsolatban számos tanulmány jelent meg a szakirodalomban, azonban a technofunkcionális tulajdonságainak feltérképezése még az AX-okhoz képest is kevésbé körüljárt terület. A jelenleg folytatott kutatásaink alapfeltevése, hogy a különféle rostok összetett szerepet játszanak a gabona és álgabona alapú élelmiszermátrixok (tészta, híg tészta) fizikai, állagot és állományt befolyásoló, technológiai viselkedést meghatározó tulajdonságainak alakításában. Kérdéses azonban, hogy a rostalkotó makromolekulák milyen mértékben és hogyan befolyásolják ezen tulajdonságokat eltérő összetételű mátrixokban, sikérfehérjék hiányában.
Kutatómunkám célja ezért különböző gluténmentes gabona és/vagy álgabona alapú élelmiszermátrixokban vizsgálni az AX-ok és β-glükánok szerkezetépítő szerepét, valamint tanulmányozni a többi mátrixalkotóval (fehérjék, keményítő) esetlegesen kialakított kölcsönhatásaikat.
A rostalkotók szerepének azonosítására többféle megközelítést alkalmazunk.
Az első eljárással a teljes szemből előállított őrleményt szemcseméret alapján szitálással frakciókra bontjuk. Ezáltal a természetes módon a szemben előforduló rostokat eltérő mennyiségben tartalmazó őrleményeket hozunk létre. Így a rostalkotók változatlan, natív formájukban vizsgálhatók. Ennek hátránya lehet, hogy a többi lisztalkotó (fehérjék, keményítő) összetétele is megváltozhat a frakcionálás hatására, befolyásolva a vizsgált mátrix tulajdonságait. A másik két megközelítés esetén a kérdéses rostalkotót izolált (tiszta) formában adjuk hozzá a gluténmentes alapanyagokból előállított mátrixokhoz. Ez viszont magában hordozza azt a kockázatot, hogy a rostösszetevő eredeti tulajdonságai az izolálási folyamat során módosulnak.
A második megközelítés során rostban szegény, főként magbelsőt tartalmazó fehérliszteket állítunk elő, melyekben a lisztalkotók eredeti formájukban fordulnak elő. Azonban, amennyiben szeretnénk az egyes alkotók hatását elkülönítve is vizsgálni, célszerű lehet a liszteket fő összetevőire (keményítő és fehérje) felbontani és a frakciók megfelelő arányú keverékéből egy tisztább, egyszerűbb modellrendszert kialakítani (harmadik megközelítés). Ez esetben felmerülhet a makromolekulák izolálás hatására bekövetkező szerkezeti módosulása. Mivel az AX-ok tartalmaznak keresztkötések kialakítására képes csoportokat, ezért esetükben speciális redukciós-reoxidációs rendszert is kialakítunk a tésztákban. Azaz az alkotók (elsősorban fehérjék) kötéseit redukálószerrel megbontva, majd oxidálószerrel ismét visszaállítva vizsgáljuk a kérdéses összetevő beépülését a tésztamátrixba (inkorporációs kísérleti modell).
Milyen lesz a tészta?
A kutatómunka elvégzéséhez olyan alapanyagokat választottunk ki, melyek változatos fehérjeösszetétellel és eltérő keményítőszerkezettel rendelkeznek. Ezáltal a rostalkotók szerepe különböző fizikai-kémiai környezetben vizsgálható. Így esett a választásunk a zab, a köles és a cirok gabonákra, valamint a hajdina álgabonára. Munkánk során vizsgáljuk a lisztből vízzel készített tészták dagasztással szembeni állagváltozását erre a célra kifejlesztett, dagasztási elven működő forgatónyomaték mérő berendezéssel, híg tésztarendszerek gélképző (viszkózus) tulajdonságait folyamatos keverés és melegítés-hűtés hatására rotációs viszkoziméter alkalmazásával, valamint próbasütés elvégzésével tanulmányoztuk a sütőipari minőséget. A közti és végtermékeket fagyasztva szárítjuk, hogy további megerősítő vizsgálatokat végezzünk (például a makromolekulák méreteloszlásának vagy a közöttük esetlegesen kialakuló kölcsönhatásoknak, keresztkötéseknek a vizsgálata).
A β-glükánok tésztaszerkezetben betöltött szerepének vizsgálatát az első kísérleti megközelítést alkalmazva, zab mátrixban kezdtük el. A zab eredendően magas β-glükán tartalommal rendelkezik, így a β-glükán természetes állapotában vizsgálható a teljes szem különböző rosttartalmú őrleményfrakciókra bontásával. Eredményeink alapján a növekvő rosttartalom (β-glükán-tartalom) a vízfelvétel jelentős növekedéséhez (56%-ról 92%ra), valamint stabilabb tésztaszerkezet kialakulásához vezetett. A sütési tulajdonságok vizsgálata esetén a hatás kevésbé egyértelmű, amennyiben a próbacipó térfogatát vesszük alapul. A szakirodalom alapján a magasabb rosttartalom általában tömörebb, kisebb térfogatú cipót eredményez.
Esetünkben a térfogatcsökkenés mértéke nem arányos, és meglepő módon a legmagasabb rosttartalomnál (1000-500 µm frakció) közel azonos méretű cipót kaptunk, mint a fehér lisztből (250 µm>) előállított termék. A bélzetállomány-tulajdonságok tekintetében azonban a rosttartalom emelkedése minden esetben kedvező hatással volt a műszeresen meghatározott puhaságra (keménységre), rugalmasságra. A kutatás ezen íve mentén haladva megkezdtük a vizsgálatokat más összetételű anyagi rendszerekben, nevezetesen köles-, hajdina- és ciroktésztákban, mely során fehér lisztekhez és rekonstituált („újraépített”) modellrendszerekhez β-glükán izolátumot adagolva tanulmányozzuk a fellépő hatásokat és azok tendenciáit, vagyis, hogy mennyire lehet általánosítani a zab esetén tapasztalt jelenségeket.
Az AX-ok szerkezetalakító szerepét a korábban bemutatott második és harmadik kísérleti megközelítést alkalmazva, azaz kereskedelmi forgalomból beszerezhető, nagy tisztaságú izolátum formájában fehér lisztekhez (köles, hajdina), valamint a lisztekből létrehozott, általunk izolált keményítő- és fehérje makromolekulákból összeállított modellrendszerekhez adva, illetőleg redukciós-reoxidációs közeget létrehozva vizsgáljuk. Eddigi eredményeink alapján elmondható, hogy a kétféle alapanyag mátrix eltérő viselkedést mutatott mind a dagasztási, mind a viszkózus tulajdonságok vizsgálatánál. Utóbbi eredményeit szemlélteti fenti ábránk. Önmagában a redukciósreoxidációs közeg kialakítása eltérően módosította a köles és hajdina tésztarendszereket, mely a köztük levő alapvető (elsősorban fehérje-) összetételi különbségekből adódhat. Az AX-t tartalmazó tészta és híg tészta rendszereknél is fedezhetők fel eltérések a kétféle alapanyagból készült mátrixok összehasonlítása során. A továbbiakban modelltésztákat alkalmazva derítenénk fel a tapasztalt eltérések molekuláris hátterét.
A kutatómunka eredménye hozzájárulhat a fő gabona rostalkotó molekulák szerkezetalakító szerepének átfogóbb megismeréséhez gluténmentes gabona, illetve álgabona alapú élelmiszermátrixokban, továbbá emelt élelmi rosttartalmú, egészségesebb gluténmentes sütőipari és/vagy tésztaipari termékek fejlesztéséhez.
A bemutatott kutatás a Kulturális és Innovációs Minisztérium ÚNKP-22-4-IIBME-129 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával készült, valamint kapcsolódik az Innovációs és Technológiai Minisztérium Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból támogatott TKP2021 pályázati program, BME-EGA-02 számú projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához.
Forrás: Élet és Tudomány