بخشی از مقاله
بتا گلوکان غلات ترکیب فراسودمند، ویژگی ها و کاربردهای آن در محصولات غذایی
چکیده
فیبرهای رژیمی جزء بخش خوراکی گیاهان بوده که در برابر هیدرولیز آنزیمی در دستگاه گوارش مقاوم میباشند و معمولا به دو دسته فیبرهای رژیمی محلول و نامحلول در آب تقسیم می شوند. یکی از فیبرهای رژیمی محلول در آب پلی ساکارید بتا گلوکان است که در منابع آلی مختلف نظیر مخمرها، باکتری ها، دانه های ذرت، گندم، یولاف و جو یافت می شود. از آن جا که امروزه بیماری های مختلفی چون دیابت، چاقی، سکته قلبی در میان مردم رو به افزایش است، بتا گلوکان از جمله ترکیباتی است که دارای تاثیرات چشمگیری بر سلامت انسان میباشد و به عنوان مادهای فراسودمند می توان آن را به محصولات مختلف غذایی نظیر سس، دسرها، پاستا، نودل، نوشیدنی ها، غلات صبحانه، محصولات لبنی، محصولات نانوایی، محصولات گوشتی اضافه نمود. بتا گلوکان جدا از تاثیرات سلامتی بخش، بر ویژگیهای فیزیکوشیمیایی و رئولوژیکی و ارگانولپتیکی مواد غذایی تاثیرگذار است و این موضوع اهمیت پرداختن به معرفی بتا گلوکان به عنوان یک ماده موثره و ارزشمند را روشن میسازد. کلید واژه: لیبر رژیمی، بتا گلوکان، فراسودمند، سلامتی پخش، محصولات غذایی.
۱- مقدمه
در سالهای اخیر بروز مشکلات در ارتباط با شیوه زندگی خانه نشینی و بی تحرکی به طور وسیعی در کشورهای توسعه یافته مورد توجه و بحث قرار گرفته است . چاقی ، اضافه وزن ، دیابت نوع 2 و سندروم متابولیک از متداول ترین مشکلات در حوزه سلامت می باشند که در میان افراد جوامع رو به افزایش بوده و لذا نیاز به سیستمهای مراقبت بهداشت عمومی بیشتر حس می شود. در کنار این سیستم، رژیم غذایی مناسب، از فاکتورهای مهم و موثر بر شیوه زندگی افراد در حوزه سلامت می باشد. توصیه متخصصان تغذیه بیشتر مبنی بر مصرف زیاد میوه و سبزی، دریافت چربی کمتر و تعادل و تنوع میباشد (۲). امروزه به دلیل روزمرگی و تکنولوژی شدن ارتباطات چنین توصیه هایی رعایت نمی شود. لذا نقش تولیدکنندگان در صنعت غذا آن است که با استفاده از ترکیباتی خاص در فرمولاسیون مواد غذایی، محصولاتی را تولید کنند که مصرف نمودن آنها دارای نقش جلوگیری کننده از بروز بیماری های ذکر شده باشند. از عمده ترین این ترکیبات می توان به فیبرهای رژیمی اشاره نمود و در محصولاتی که از مصرف بیشتری برخوردارند نظیر نوشیدنی ها، محصولات لبنی استفاده نمود (۳). از مهمترین فیبرهای رژیمی محلول در آب در این زمینه بتا گلوکان میباشد. به نظر می رسد خصوصیات ملکولی بتا گلوکان نقش مهم و تعیین کننده ای در خصوصیات فیزیکی آن مثل حلالیت در آب، قابلیت پخش شدن، ویسکوزیته، ویژگیهای تشکیل ژل و وظایف فیزیولوژیکی داشته باشد. در طی دو دهه گذشته به دلیل پذیرفته شدن بتا گلوکان به عنوان ترکیبی فراسودمند و ماده فعال زیستی توجهات به آن افزایش یافته است چرا که در کاهش کلسترول پلاسما، کنترل بهتر قند خون سرم و پاسخ به انسولین در انسان و حیوانات موفق عمل نموده است (۴ و ۵). کارائی بتا گلوکان جو و یولاف در کاهش خطر ابتلا به بیماری سکته قلبی از سوی اداره غذا و داروی آمریکا مورد تایید قرار گرفته است و از آن به عنوان عامل بافت دهنده برای اصلاح بافت و ظاهر در بسیاری از فرمولاسیون های غذایی و به عنوان یک جایگزین چربی در غذاهای کم کالری استفاده شده است. اخیرا تلاش های زیادی در جهت افزودن بتا گلوکان، به ویژه بتا گلوکان غلات به فرمولاسیون غذاها به خاطر عملکرد مفید فیزیولوژیکی و رئولوژیکی آن صورت گرفته است و با موفقیت به محصولاتی نظیر غلات صبحانه، پاستا، نودل، مخصولات پخت شده، محصولات شتی و لبنی و سس ها افزوده شده است
۲- ساختار بتا گلوکان و منابع آن
بتا گلوکان پلی ساکارید غیر نشاستهای و محلول در آب است که در دیواره سلولی دانه های غلات مثل جو، یولاف، گندم، چاودار، سورگوم و برنج یافت می شود و همچنین در مخمرها، باکتری ها، جلبکها نیز وجود دارد (۱۱). از لحاظ ساختاری در دانه های غلات، بتا گلوکان متشکل از زنجیرههای خطی با واحدهای بتا D گلوکوپیرانوز است که توسط پیوندهای بتا (۳-۱) و بتا (۴ ۹) به هم متصل شده اند در حالی که بتا گلوکان مخمر نانوایی نوع متفاوتی از پیوند را دارا میباشد و از واحلهای بتا (۳-۱) و بتا (۶-۱) تشکیل شده است (۱۲ و ۱۳).
در غلات، پیوندهای در گروههای ۴ تایی تشکیل میشوند، در حالی که پیوندهای به طور منفرد تکرار می شوند و منجر به ایجاد ساختاری می شوند که در آن پیوندهای بتا (۹۳) سلوتریوزیل و سلوتتراوزیل وجود دارند (۱۴). بقیه ساختارها شامل زنجیرههایی متشکل از واحدهای ۴ تا ۱۵ تایی از بتا D گلوکوپیرانوزیل میباشد. ساختار بتا گلوکان شبیه به سلولز است و تنها فرقی که وجود دارد این است که در بتا گلوکان پیوندهای بتا (۳-۱) ایجاد شله در زنجیره دارای آرایش مارپیچ مانند هستند که باعث پایداری و کم نمودن تمایل sí په توده ای شلدن می شود. بنابراین حلالیت آن تا حد زیادی تحت تاثیر این روند است. بالاترین مقدار بتا گلوکان در میان منابع موجود در ساختار دانه های جو و يولاف دیده شده است. میزان آن بین ۳ تا ۷ درصمل در یولاف و ۳ تا ۱۱ درصد در جو متغیر است و مقدار آن در چاودار، گندم ، تریتیکیل، سورگوم پرنج يه ترتیب و 4 درصد گزارش شده است. مقدار بتا گلوکان دانه های غلات تحت فاکتورهای ژنوتیپی محیطی قرار می گیرد نقش ژنتیک نسبت به شرایط محیطی از اهمیت بیشتری برخوردار میباشد
۳- وزن ملکولی بتا گلوکان
وزن ملکولی بتا گلوکان غلات مختلف متقاوت است. برای مثال در یولاف دارای بتا گلوکانی با بالاٹرین وزن ملکولی در مقایسه با جو یا سایر غلات نظیر سورگوم (g/mol ۱۰6×۳/۶) میباشد (۲۰). ویژگیهای ویسکوالاستیک ژل های حاصل از بتا گلوکان بستگی به وزن ملکولی اجزای آن دارد. تناقض آشکار در تخمین وزن ملکولی بتا گلوکان در غلات می تواند از فاکتورهای محیطی و واریته ای، پدیده تودهای شدن و روش تحلیلی مورد استفاده برای تعیین این مقادیر سرچشمه بگیرد . تفاوت در روشهای جداسازی و استخراج بر روی اندازه ملکولی پلی ساکاریدهای جدا شده تاثیر می گذارد. افزایش دمای استخراج می تواند باعث افزایش در اندازه ملکولی بتا گلوکان غلات استخراج شده شود (۲۲). مطالعات متعددی نشان داده است که وزن ملکولی بتا گلوکان های غلات در طی روش های جداسازی و خالص سازی کاهش مییابد. معمولا استخراج تحت شرایط شدیدتر مثل pH بالا یا پایین یا طولانی نمودن زمان استخراج به ویژه تحت دماهای بالا باعث استحصال بتا گلوکان با وزن ملکولی پایین میشود (۲۳).
۴- سنتز بتا گلوکان آنزیمهای اندو گلیکوسنتاز در سنتز بتاگلوکان نقش دارند. به طور ویژه آنزیم باعث پلیمریزاسیون آلفا لامیناریبیوزیل فلورید می شود و از طریق تشکیل پیوندهای بتا (۴-۱) باعث تشکیل کریستالهای خطی بتاD گلوکان (۳-۱) و (۴-۱) با واحدهای تکراری ۴ گلوکز و ۳ گلوکز می شود. با این حال این مکانیسم از گونه ای به گونه دیگر متفاوت است. حضور یون کلسیم فعالیت سنتز بتا گلوکان را بهبود میبخشد (۲۴ و ۲۵).
۵- استخراج روشهای زیادی برای استخراج و خالص سازی بتا گلوکان وجود دارد که می توان به استخراج توسط آب داغ، استخراج با حلال، استخراج آنزیمی و استخراج با قلیا اشاره نمود. آنزیمهای درون سلولی می توانند بر ویژگی های بتا گلوکان استخراج شده تاثیر بگذارند. آنزیم مسئول در هیدرولیز بتا گلوکان در غلات، بتا (۳-۱) و (۴- ۱) گلوکاناز است
که در طول جوانهزنی محصولات غله ای فعال می شود (۲۶).
۶- خصوصیات فیزیکوشیمیایی بتا گلوکان
۶. ۱- حلالیت در آب و قابلیت استخراج از دیواره سلولی حلالیت فیبرهای رژیمی یکی از اجزای مهم و تعیین کننده در قابلیت عملکرد تکنولوژیکی و کارایی فیزیولوژیکی آنها میباشد. حلالیت در آب و قابلیت استخراج بتا گلوکان در دیواره سلولی یولاف به طور کلی بیشتر از جو و گندم است. اختلاف در حلالیت بتا گلوکان را نمی توان به تنهایی به خصوصیات ملکولی آن نسبت داد. فاکتورهای متعددی در حلالیت بتا گلوکان تاثیرگذارند از جمله ساختار ملکولی این پلی ساکاریدها، ترکیب و ویژگی های دیواره سلولی را می توان نام برد. در مود قابلیت استخراج بتا گلوکان، تنظیم پارامترهای استخراج بر قابلیت استحصال آن تاثیر می گذارند به طوریکه افزایش دما، زمان و قدرت یونی و pH حلال به بهبود حلالیت و استخراج این پلیمرها کمک می کند (۲۷).
۶. ۲- ویژگی محلول های بتا گلوکان بتا گلوکان به دلیل آرایش انعطاف پذیر آن، محلول در آب بوده و معمولا محلول های آن از ویسکوزیته بالایی برخوردارند. مقدار ویسکوزیته محلول های آن بین وابسته به وزن ملکولی پلی ساکارید گزارش شده است. محلول های بتا گلوکان ویسکوزیته ظاهری بالایی در سرعت های برشی پایین به نمایش می گذارند و همچنین مانند سیالات ویسکوالاستیک تحت سرعتهای برشی بالا رفتار رقیق شوندهایی از خود نشان می دهند. در غلظتهای نسبتا بالا، محلول ۱۰-۴ درصد بتا گلوکان قادر به تشکیل شبکه ژلی با خصوصایت برگشتپذیری در برابر حرارت میباشد (۲۷).
۷- اثرات سلامتی پخش معمولا بتا گلوکان قارچ، مخمر و باکتریها دارای اثرات بیولوژیکی بیشتری در مقایسه با بتا گلوکان غلات میباشند. از آنجا که بتا گلوکان یک فیبر رژیمی محلول است در کاهش مدت زمان عبور مواد از روده، جلوگیری از یبوست، کاهش خطر ابتلا به سرطان کولون و تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیره نقش دارد. از ویژگیهای درمانی آن به کاهش کلسترول خون، کاهش میزان گلوکز خون و کاهش انسولین در ارتباط با کنترل دیابت، کاهش فاکتورهای موثر در بیماریهایی نظیر چاقی، چربی خون بالا، بیماریهای قلبی عروقی، سرطان، فشار خون بالا میتوان اشاره نمود. قدرت کاهندگی کلسترول بد خون توسط بتا گلوکان به دلیل توانایی آن در تشکیل شبکه ژل مانند در روده و افزایش ویسکوزیته می باشد ( ۲۸ و ۲۹ و ۳۰). اثر بتا گلوکان بر تحریک سیستم ایمنی بدن از طریق واکنش با گیرندههای سیستم ایمنی بدن انجام می شود. اتصال بتا گلوکان به این گیرندهها باعث فعال شدن برخی از ژنهای تنظیمی می شود که دستور حذف و از بین بردن مواد خارجی و میکروارگانیسمها را صادر می کند و به طور غیر مستقیم فعالیت ضد توموری دارد. بدین طریق که با تقویت سیستم ایمنی بدن و فعال سازی لوکوسیتها، فعالیت ضدتوموری خود را ایفا می کند. بتا گلوکان بر گسترش ممانعت از فعالیت ویروس ایدز نیز تاثیرگذار است. معمولا برای دستیابی به چنین اثراتی از سوی اداره غذا و داروی امریکا، مصرف روزانه حدود ۳ گرم بتا گلوکان پیشنهاد شده است (۳۱).
۸- کاربرد بتا گلوکان در محصولات غذایی بتا گلوکان علاوه بر تاثیرات مفید تغذیه ای و سلامتی بخش دارای ویژگیهای عملکردی مناسب مثل بافت دهندگی، پایدار کنندگی و تشکیل ژل نیز میباشد. در طول دهه های اخیر علاقه به استفاده از بتا گلوکان به خاطر پذیرفتن نقش آن به عنوان یک عنصر فعال و فراسودمند و یک فیبر رژیمی در محصولات غذایی افزایش یافته است. با توجه به ویژگیهای رئولوژیکی عالی در ارتباط با ویسکوزیته بالای بتا گلوکان، در غلظت های پایین می توان از این پلی ساکارید به عنوان یک ترکیب غذایی ارزشمند در محصولاتی مثل سوپ، سس، نوشیدنیها جهت بهبود ویژگیهای حسی و چشایی محصول استفاده نمود. افزودن بتا گلوکان به محصولات مختلف (محصولات پخت، کلوچه و کیکاها، پاستا، نودل، غلات صبحانه، محصولات شیری، سوپ، دسر سالاد، نوشیدنی ها، لبنیات کم چرب و محصولات گوشتی) نشان داد که ویژگی های عملکردی نظیر نقش ساختاری آنها در بافت نان، ظرفیت حفظ و نگه داری آب و ظرفیت پایداری امولسیون، توانایی قوام دهی بافت با غلظت، وزن ملکولی و ساختار پلی ساکارید در ارتباط است (۱۱ و ۳۲).
۸. ۱- ضلات مصریحانه یولاف به عنوان یک افزودنی در تهیه محصولات غله ای مختلف و خوشمزه استفاده می شود و محصولات غله ای و محصولات صبحانه و دیگر محصولات غذایی خوش طعم با طعم میوهای و طعمهایی چون قهوه، و شکلاتی تجربه موفقیتآمیزی را در بازار نشان داده است. از آنجا که کاهش فعالیت آبی مناسب با افزایش طول عمر محصول همراه است این اصل نیز در تولید محصولات غله ای حاصل از یولاف به کار رفته است. تاثیر فرایندهای حرارتی مختلف همچون ماکروویو، هوای داغ، و فشرده در برنج، سبوس گندم و تکه های یولاف بررسی شد که فرایند ماکروویو کمترین تاثیر را به لحاظ کاهش ارزش تغذیه ای و کاهش رنگ بر نمونه های برنج پیش پخته نشان داد. اضافه نمودن بتا گلوکان یولاف به منظور تثبیت سلولی لاکتو یاسمیلوس رامنوس در قالبهای صبحانه شکلاتی صورت پذیرفت که منجر به تثبیت سلولی بالاتر در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد شد. و اندیکس گلایسمیک پایین تری را از خود نشان دادند .
۸. ۲- محصولات پخت (نان، محصولات پخته شده، خمیر) حضور بتا گلوکان در آرد به منظور تهیه نان علاوه بر افزایش فیبرهای محلول در نان، به طور قابل توجهی حجم قرص نان را بهبود و موجب میشود سفتی نان نیز بهتر شود. غنی سازی نان در غلظت ۵ درصد با استفاده از فراکشن های خالص سازی شده بتاگلوکان جو در شرایط درون آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت که نتیجه این کار منجر به کاهش قابل ملاحظه ای در تجزیه نشاسته شد که میزان تجزیه متناسب با مقدار بتا گلوکان افزوده شده بود. با توجه به این که آرد گندم منبع ضعیفی از فیبر رژیمی محسوب می شود، با افزودن بتا گلوکان به آرد می توان به نان غنی از فیبر دست پیدا نمود. حضور بتا گلوکان در نان باعث کاهش دسترسی به قندهای احیاء کننده شده و در نتیجه باعث افزایش دسترسی به نشاسته برای هضم می شود که خود باعث کاهش شرایط هایپر گلایسمیک و هیپرانسولیمنیک می شود. به طور کلی حضور بتا گلوکان علاوه بر این تاثیرات بر خصوصیات فیزیکوشیمیایی، ویژگی های ویسکوالاستیک، رئولوژیک و ارگانولپتیک نیز تاثیر می گذارد. در خمیر کیک حضور آن باعث بهبود ویژگی های فیزیکی و رئولوژیکی محصول می شود. در پاستا وجود بتا گلوکان پاسخ گلایسمیک کمتری را به دنبال دارد که در جلوگیری از بروز بیماریهای قلبی عروقی مفید واقع می شود (۳۳). در بیسکویت افزودن این هیدروکلویید در شکل نوتریم او - بی " (با ۱۰ درصد بتا گلوکان) (مخلوطی از بتا گلوکان در شکل هیدروکلویید که از عمل آوری دانه و آرد یولاف با استفاده از فرایند حراتی حاصل می شود) و سی تریم"۲۰ (با ۲۰ درصد بتا گلوکان) چسبندگی، طعم و
