Autor: dipl. ing. Dušica Ivanov
Mentor: prof. dr Nikola Marjanović
.

Nastanak trans masnih kiselina

.

Proces nastajanja trans masnih kiselina u telu preživara

Jedan od načina nastajanja trans masnih kiselina (trans fatty acid – TFA) je mikrobiolškim putem u želucu preživara. TFA se formiraju tokom bakterijske fermentacije u buragu. Pojavljuju se kao intermedijarni produkti u procesu hidrogenacije nezasićenih masnih kiselina. Linolenska kiselina se naročito izomerizuje do C 18 : 2 c9 t11, a potom do smeše elaidinske i trans vakcenske kiseline pod dejstvom izomeraze, koja je produkt anaerobne bakterije Butyrivibrio fibrisolvens, i reduktaze [9].

Dalje se trans vakcenska kiselina pod dejstvom bakterijskog enzima Δ- desaturaze prevodi u cis-9-trans-11 konjugovanu linolensku kiselinu. Prvobitno se pretpostavljalo da se ova konverzija odvija samo u mamarnim žlezdama krava, ali je dokazano da nekoliko ljudskih tkiva, naročito intestinalna, imaju istu mogućnost [10].

Način ishrane životinja utiče na formiranje TFA na različite načine. Organski uzgoj krava značajno povećava sadržaj TFA u mleku, u odnosu na tradicionalan način uzgoja. Takođe se primećuje porast količine trans vakcenske kiseline tokom letnjih meseci. Ovo se objašnjava povećanim unosom sveže trave sa pašnjaka, koja je bogata polinezasićenim masnim kiselinama. Od skoro se fenomen depresije mlečne masti (milk fatt depresion – MFD) povezuje sa porastom količine trans C18:1 kiseline u mlečnoj masti [9].
.

Postupak nastajanja trans masnih kiselina industrijskom parcijalnom hidrogenacijom

1903. godine nemački hemičar Wilhelm Normann [11] razvio je metod hidrogenacije jestivih ulja. Hemijski ovaj proces predstavlja adiciju gasovitog vodonika u prisustvu metalnih katalizatora, pri čemu se smanjuje broj nezasićenih veza. Kao katalizator se i do današnjih dana obično koristi nikal. U toku procesa hidrogenacije, zbog hemijskog mehanizma koji se odvija, cis dvostruke veze delimično se transformišu u trans (slika 4). Podešavanjem reakcionih parametara, kao što su koncentracija katalizatora, pritisak vodonika, temperatura i drugo, može se modelovati nastanak trans veza.

Slika 4. Šematski prikaz nastajanja trans veza i zasićenih masti tokom hidrogenacije

Sadržaj TFA u parcijalno hidrogenovanom ulju varira od 10 do 60 g/100 g, a najčesće je između 25 i 45 g/100 g. Poređenja radi, koncentracija TFA u mastima preživara iznosi 5 do 8 g/100g, a najviše 3 g/100 g u rafinisanim jestivim uljima [11].
.

Značaj trans masnih kiselina

.

Uticaj trans masnih kiselina na ljudski organizam

Parcijalno hidrogenovano biljno ulje zauzima značajno mesto u čovekovoj ishrani, naročito od druge polovine dvadesetog veka, kada se naglo širi upotreba industrijski proizvedene hrane. Kao što je već rečeno, primena hidrogenacije vodi ka nastajanju TFA, uzročnika mnogobrojnih, pretezno srčanih smetnji. Tačni biohemijski mehanizmi kojima trans masne kiseline poruzrokuju zdravstvene probleme još uvek se ispituju. Neki od njih su dobro poznati, kao što je mehanizam dejstva na rad srca, dok uticaj na dijabetes tipa 2 nije u potpunosti dokazan [12].

Iscrpna medicinska ispitivanja objavljena u New England Journal of Medicine 2006. godine dokazuju da postoji jaka veza između srčanih oboljenja i konzumacije trans masnih kiselina [4, 12]. Glavni dokaz koji se navodi za potvrdu ovakvog zaključka je istraživanje izvedeno na 120 000 medicinskih sestara od 1976. godine (Nurses’ Health Study). Devetsto žena, koje su imale neke koronarne poremećaje, podvrgnuto je pregledima i zaključeno je da se, za svakih 2% više unetih kalorija trans masnim kiselinama (umesto ugljenim hidratima), rizik od bolesti udvostručava. Iste zaključke doneli su i holandski i finski naučnici u svojim radovima. Trans masne kiseline, slično kao zasićene, podižu nivo „lošeg“ LDL holesterola, ali za razliku od njih takođe i spuštaju nivo „dobrog“ HDL holesterola [2].

Iako neki izvori tvrde da ove kiseline povećavaju rizik oboljevanja od kancera, ne postoje sigurni dokazi koji bi ih potvrdili, što je stav i American Cancer Society. Takođe, postoje sumnje da povećanje sadržaja 18:1 trans smanjuje sadržaj esencijalnih masnih kiselina u majčinom mleku, što je i dalje u procesu ispitivanja [13].

Za razliku od svih dosad navedenih negativnih uticaja, postoje i blagotvorna dejstva ove grupe jedinjenja. Konjugovana linolna kiselina (CLA – conjugated linolenic acid) predstavlja heterogenu grupu kiselina, uključujući pozicione i geometrijske izomere linolne kiseline (C18:2 n-6) (slika 5). Prirodno se nalazi u masnim frakcijama mesa, mleka i mlečnih proizvoda, a od skoro postaje vrlo interesantna, zbog pozitivnih efekata po ljudsko zdravlje. Dokazano je da se lekovito dejstvo strogo povezuje sa pojedinim izomerima, pa tako cis-9-trans-12 CLA sprečava procese koji vode ka aterosklerozi, dijabetesu, hroničnim upalama i karcinomu. Sa druge strane, izomer trans-10-cis-12 CLA poseduje negativan zdravstveni efekat u indukcionom periodu dijabetesa [10]. Poznato je da ove kiseline mogu menjati odnos masnog i nemasnog tkiva u organizmu, čime redukuju akumulaciju masti [13].

Slika 5. Struktura linolenske kiseline i sa njom povezanih C-18 masnih kiselina

.

.

Tehnološki aspekt

Kvalitet i cena prehrambenih proizvoda uvek su međusobno povezani. Kod većine namirica postoji limit za iznos, koji su potrošači spremni da plate. Generalno, kvalitet hrane određuje se na osnovu senzornih i nutritivnih vrednosti, ali kada se posluje sa sirovinama i sastojcima hrane, tehničke karakteristike ovih materijala takođe postaju parametri o kojima treba voditi računa.

Trans masne kiseline proizvodima u kojima se nalaze daju čvrstu strukturu. Ukoliko je cilj da se izbegne, ili smanji njihova upotreba, a da se pri tome konzistencija i čvrstoća datog proizvoda ne promeni, moraju se zameniti zasićenim mastima. Najčešće su u upotrebi laurinska i palmitinska kiselina iz prirodnih izvora, ili potpuno hidrogenovane, industrijski dobijene masti iz tečnih ulja (uglavnom stearinska kiselina C 18:0). Sadržaj zasićenih masti u prirodnim izvorima često se koncentriše frakcionisanjem, tehnikom koja razdvaja tečnu i čvrstu frakciju kristal – likvidnom separacijom [14].

Osnovni tehnički problemi proizvoda dobijenih novim metodama, vezuju se za njihovu stabilnost, koja je slabija, u odnosu na produkte dobijene parcijalnom hidrogenacijom. Oksidativna stabilnost je značajno smanjena, pa je neophodna zaštita odgovarajućim materijalima za pakovanje i antioksidansima. Aplikaciju široko rasprostranjene laurinske kiseline takođe bi trebalo razmotriti, jer produkti, koji je sadrže, često nisu kompatibilni sa drugim uljima i pokazuju manju stabilnost, ukoliko je sadržaj vlage u njima veći. Potpunu hidrogenaciju biljnih ulja trebalo bi voditi do stearinske kiseline, jer joj se pripisuju manje štetni efekti po ljudsko zdravlje, nego palmitinskoj kiselini.

Izvori zasićenih masnih kiselina imaju uticaj i na cenu proizvoda. Kako su prirodni izvori ograničeni (uglavnom kokosovo, palmino i ulje palminih koštica), pretpostavlja se da će u budućnosti rasti potražnja za ovim sirovinama, a opadati potražnja za biljkama iz kojih se dobijaju ulja za hidrogenaciju (sojino i ulje uljane repice). Podaci između 2000. i 2005. godine ukazuju na smanjene upotrebe sojinog (što može biti posledica i genetske modifikacije soje) i povećanje upotrebe palminog ulja. Na sledećem grafiku (slika 6) prikazana je potrošnja palminog, sojinog i repičinog ulja u svetu [14].

Slika 6. Potrošnja palminog, repičinog i sojinog ulja u svetu

Kao što se vidi, dobijeni rezultati ne podržavaju teoriju prema kojoj će se repičino ulje manje tražiti, što se objašnjava njegovom upotrebom u proizvodnji biodizela, pa se time amortizuje smanjenje potrošnje u ishrani. Ovo potvrđuje i promena cene sirovih materijala između 2000. i 2005. godine. Cena repičinog ulja porasla je za 75%, palminog za 25%, a kokosovog za 35%.

Ukoliko se za proizvodnju namirnica koriste i druga ulja, na primer biljna sa visokim sadržajem oleinske kiseline, kao što je suncokretovo ulje oleinskog tipa, posledice mogu biti različite, zbog dostupnosti i ograničenih količina ovih sirovina. Cena će, svakako, biti veća, pa se ovakvi sastojci koriste samo ukoliko daju specifične funkcionalne karakteristike finalnim produktima.

Pored sirovina, na cenu proizvoda utiču još i isplativost korištenih procesa u proizvodnji i njihov kapacitet. Upotrebom interesterifikacije i frakcionisanja troškovi su približno jednaki kao kod klasične hidrogenacije, ali u nekim slučajevima moraju se primeniti različiti dodatni postupci, koji poskupljuju proizvodnju. Kako se zahtevi tržista industrije ulja i masti i njima srodnih grana budu menjali ka produktima bez TFA, tako će i kapacitet proizvodnje morati da prati ove nove zahteve.

Može se zaključiti, da otklon od tradicionalnog načina prizvodnje sa visokim sadržajem TFA, nije izazvao nikakve drastične efekte kod potrošača i za sada prirodni izvori sirovina mogu da zadovolje potrebe industrije. U budućnosti će situacija, pre svega, zavisiti od nutritivnog vrednovanja palmitinske kiseline u odnosu na stearinsku i mogućnosti upotrebe hidrogenacije za produkciju stearinske kiseline, bazirane na uljanoj repici, soji i suncokretovom semenu [14].

Kakao maslac, kao prirodna masnoća, zauzima specijalno mesto u industriji, naročito konditorskoj, zbog svojih neobičnih i visoko cenjenih fizičkih karakteristika. Proizvodi koji ga sadrže, čokolada na primer, su tvrdi na sobnoj temperaturi, a lako se i brzo tope u ustima, dajući efekat hlađenja, bez osećaja masnoće na nepcu. Namenske masti su često dizajnirane tako, da imaju pozitivne osobine kakao maslaca. Zamena za kakao maslac dostupna je u dva oblika: laurinski i nelaurinski tip. Laurinski tip teško se uklapa sa kakao maslacem i koristi se samo u kombinaciji sa malim sadržajem kakao praha. Nelaurinski tip sadrži velike količine trans masti. Dobija se hidrogenacijom, uz sumporno-modifikovan nikal kao katalizator. Ovaj oblik se značajno unapređuje frakcionisanjem, a pokazuje niz poboljšanja u senzornim osobinama proizvoda i toleriše sadržaj kakao maslaca do 25 % [15].
.

Metode za dobijanje masti sa smanjenim sadržajem trans masnih kiselina

Danas su u primeni brojni tehnološki postupci za proizvodnju jestivog ulja i drugih namirnica sa minimalnom količinom TFA. Najznačajniji su :

1) Mešanje
2) Proizvodnja uljarica sa izmenjenim sastavom masnih kiselina, kroz tehnike uzgajanja biljaka i genetski inženjering
3) Upotreba tropskih ulja (palmino ulje, ulje palminih kostica, kokosovo ulje) i njihovih frakcija
4) Interesterifikacija i mešanje masti
5) Modifikovani postupak hidrogenacije

Tropska ulja imaju visok sadržaj zasićenih masnih kiselina (čak do 50 %), pa time i višu tačku topljenja. Koriste se kao zamena parcijalno hidrogenovanih čvrstih masti, naročito u pekarskoj i konditorskoj industriji. Frakcionisanjem ovih masti fizičkim putem, izoluju se frakcije cije se tačke topljenja razlikuju od tačke topljenja polazne sirovine, pa postaju pogodne za različitu primenu. Na primer, frakcionisanjem palminog ulja dobijaju se palmin olein („meka“ mast), koji se koristi kao salatno ulje i za pripremu jela, i palmin stearin („tvrda“ mast), koji se koristi u industriji margarina i šorteninga, ili kao mast za prženje [11].

Interesterifikacija je postupak inter- i intra-molekularne izmene masnih kiselina u trigliceridima u prisustvu alkalnih katalizatora. U toku ove reakcije masne kiseline se raspoređuju unutar i između molekula po zakonima statistike, tako da na kraju reakcije masti imaju takozvanu „statističku raspodelu“. Vođenjem i kontorlisanjem procesa, na osnovu sastava polazne smeše, regulišu se fizičke osobine interesterifikovanih masti. U kombinaciji sa frakcionom kristalizacijom i hidrogenacijom na ovaj način se dobijaju „masti po meri“. Postupak se može odvijati hemijskim, ili enzimskim putem [16].

Bunge Oils, Inc (St Louis, MO) razvila je pogodan metod za hemijsku hidrogenaciju jestivog ulja sa produkcijom manje od 10 % trans izomera. Metod podrazumeva upotrebu kondicioniranog nikla kao katalizatora, radi selektivnog sprečavanja nastajanja trans stereo izomera [11].

King i saradnici, iz USDA Nacionalnog Centa za Poljoprivredna Istraživanja, u Peoriji, Ilinois, prijavili su metodu za hidrogenaciju sojinog ulja u nadkritičnom ugljendioksidu i vodoniku, katalizovanu niklom [11].

Wright i sar., sa u niverziteta u Torontu, preporučuju hidrogenaciju canola ulja, uz prisustvo mešanih metalnih katalizatora (nikla i paladijuma) i sniženu temperaturu koja pospešuje formiranje cis izomera, a količinu TFA smanjuje na oko 11% [11].

Lavani i sar., sa univerziteta u Ilinoisu, dizajnirali su inovativan proces, koji podrazumeva elektrohemijsku hidrogenaciju na niskoj temperaturi (do 70°C) u prisustvu elektro-katalizatora, nikla i paladijuma kao katalizatora. Sadržaj trans izomera je manji od 10% [11].
.

Prisustvo trans masnih kiselina u namirnicama

Trans masne kiseline u čovekov organizam dospevaju putem hrane. Prirodno ih ima u mleku i masnom tkivu preživara, u iznosu od 2 do 5 % ukupnih masti. Svega 2 do 8 % trans kiselina unetih hranom potiče iz mlečnih produkata [4].

Mnogo veći izvori ovih jedinjenja danas su hidrogenovana biljna ulja, koja se široko koriste u industriji brze hrane, polugotovih jela, pržene hrane i pekarskih proizvoda. Ovako široku primenu našla su zahvaljujući nizu pozitivnih karakteristika [4, 12]. Ova ulja manje su podložna užegnuću, mogu poslužiti kao zamena za tropska ulja, na primer palmino, znatno su pristupačnije cene, a zbog polutečne konzistencije koriste se umesto životinjskih masti u pekarstvu. Mnogo se koriste i u svakodnevnoj pripremi jela u onim religijama i ideologijama koje delimično, ili potpuno zabranjuju upotrebu hrane životinjskog porekla, kao što su budizam, hinduizam, ili vegetarijanstvo. Trans masne kiseline pronađene su u velikoj količini u pomfritu, čipsu, prženoj hrani, vaflima, danskom pecivu, imitacijama sira i margarinima [4, 12]. U tabeli 3 prikazan je masnokiselinski sastav namirnica uzetih sa kanadskog tržišta u leto 2005. godine.

Količina unetih TFA varira u zavisnosti od geografskog područja. Literaturni podaci se razlikuju, ali se uopšteno može reći da je unos najmanji u mediteranskim zemljama (0,5 % od ukupne količine masti, 1,7 % u Španiji), nešto veća u skandinavskim zemljama, još veća u razvijenim zemljama Evrope (2 do 4 % u Nemačkoj, 4 do 6% u Velikoj Britaniji), a najveća u SAD ( 6 do 8 %) [4, 13].

Tendencija proizvođača hrane danas je da namirnice uopšte ne sadrže TFA. Tako su u finskim slatkim biskvitima proizvedenim posle 2000. godine potpuno izbačene iz sastava, ali je uporedo sa tim drastično porastao nivo zasićenih masnih kiselina (SFA), dok se sadržaj cis-nezasićenih smanjio [2]. Ne može se reći da je ovo rešenje ispravno, s obzirom na negativna dejstva koja SFA pokazuju. Zbog toga naučnici u prehrambenoj industriji insistiraju da se sadržaj ove dve grupe kiselina zbirno prikazuje. Nije potrebno u potpunosti izbaciti TFA iz ishrane. Mnogo pravilnije je balansirati unos „lakih“ (cis mono- i polinezasićene kiseline) i „teških“ masti (SFA i TFA). Preporučeni odnos „lakih“ i „teških“ masti je 2 : 1.
.

Zakonska regulativa

Pokušaji da se kontroliše sastav hrane datiraju još iz srednjeg veka. Prvobitno su kontrolisane široko rasprostranjene namirnice, kao što su hleb i pivo, u nameri da se kupci zaštite od prevare [15]. S obzirom na kontroverzne informacije koje su dobijene u različitim medicinskim ispitivanjima, neke zemlje su odlučile da zakonski regulišu i kontrolišu sadržaj trans masnih kiselina u namirnicama.

Danska je 11. marta 2003. godine postala prva zemlja u svetu koja je donela zakon o dozvoljenom sadržaju TFA. Ovom zakonu podležu ulja, masti i emulzije koje ih sadrže kao kontinualnu fazu, a namenjene su ljudskoj ishrani, bilo da predstavljaju namirnicu, ili komponentu u proizvodnji hrane. Zakon se ne odnosi na proizvode životinjskog porekla sa prirodno većim količinama TFA (meso, mleko) i proizvode čiji je sastav regulisan drugim zakonima. Prema annex-u 1 ovog zakona, TFA definisane su kao suma svih izomera masnih kiselina sa 14, 16,18, 20 i 22 ugljenikova atoma i jednom, ili više trans dvostrukih veza. Zabranjuje se prodaja svih navedenih proizvoda koji sadrže :

• više od 2% TFA u odnosu na ukupnu količinu masti, za direktnu upotrebu u čovečijoj ishrani;
• više od 5% za masti koje se koriste za industrijsku proizvodnju hrane, u restoranima, pekarskoj proizvodnji itd.;
• više od 1% na ukupnu količinu masti u finalnom proizvodu, ukoliko su proizvodi obeleženi „bez TFA“ [18].

Osnovni zakon u vezi sa sigurnošću hrane i zaštitom potrošača u Sjedinjenim Američkim Državama je Akt o hrani, lekovima i kozmetici (Food, Drug and Cosmetics Act – FDCA) iz 1938. godine, na koji je dodat Amandman o aditivima za hranu iz 1958. godine. FDCA se odnosi na svu hranu distribuiranu u SAD, uključujući i uvozne proizvode. Odeljak koji je formiran 1990. i koji se naziva Akt o nutritivnom etiketiranju i edukaciji (Nutrition Labeling and Education Act – NLEA) zahteva da sva hrana namenjena prodaji sadrži deklaraciju sa naznačenim sastavom i količinom sastavnih komponenata [4, 15]. Prema ovom aktu, sve do skoro, TFA su izražavane kao zasićene masne kiseline, iako to u stvari nisu, zbog sličnih efekata na nivo holesterola i bolesti srca. Uprava za hranu i lekove (Food and Drug Administration – FDA) je od 2002. godine zahtevala da se TFA izražavaju kao zasebne, uz napomenu za potrošače da bi unos TFA trebao da bude na što je moguće nižem nivou. Ovi zahtevi su urodili plodom i 1. januara 2006. godine na snagu stupa akt o novom obeležavanju sadržaja, prema kojem se namirnicama bez TFA (trans fat free) mogu nazvati one, koje sadrže manje od 0.5 g TFA i 0,5 g zasićenih masti na 100 g namirnice [19].

U Evropskoj Uniji podnet je zahtev da se nivo i sastav masti u hrani reguliše annex-om od 16. maja 2006., koji je u skladu sa nutricionističkim saznanjima. Prema njemu je hrana sa niskim sadržajem zasićenih masti (low fat) ona koja sadrži manje zasićenih i masti (zbirno) od 1,5 g/100 g u čvrstim i manje od 0,75 g/100 ml u tečnim namirnicama. Bez zasićenih masti (saturated fat free) je ona hrana koja ne sadrži više od 0,1g TFA i zasićenih masti po 100 g, ili 100 ml proizvoda [20]. Ovaj dokument je još uvek u fazi razmatranja.

U Republici Srbiji nije zakonski regulisan nivo trans, kao ni zasićenih masnih kiselina u namirnicama.

U tabeli 4 prikazan je sastav namenskih masti četrnaest evropskih zemalja iz 1998. godine, da bi se pokazalo kako su nova medicinska saznanja uticala na promenu kvaliteta proizvoda i koliko bi se ove masti uklopile u nove zahtev.

Spisak korišćene literature možete naći u Literatura – Hemija hrane.