U radovima poslednjih tridesetak godina kod nas se koristi pojam balastnih materija što predstavlja prevod nemačkog izraza ,,die Ballaststoffe“, zatim nazivi dijetna, dijetalna i dijetetska vlakna kao varijante prevoda engleskog izraza ,,dietary fiber“. Opredeljenje autora za upotrebu termina prehrambena vlakna proističe iz zastupanja stava da se radi o grupi jedinjenja u jiziološkom smislu veoma bitnih za ljudski organizam. Prehrambena vlakna predstavljaju kompleksne ugljene hidrate koji ne podležu razlaganju u probavnom traktu humanog organizma I čine balast u procesu varenja hrane biljnog porekla. Takođe, prehrambena vlakna su jedino u stočarstvu imala prehrambenu namenu I to samo za određene kategorije preživara.

Izvori I vrste prehrambenih vlakana definišu fizičko-hemijske i fiziološke osobine koje bitno određuju ponašanje vlakana tokom prerade i uslovljavaju kvalitet proizvoda u kojima su inkorporirana. Tretmani i operacije koji se danas primenjuju tokom proizvodnje mogu značajno da promene njihovu krajnju funkcionalnost. Vlakna, čije se osobine ciljano optimiziraju za konkretne aplikacije, spadaju u novu, drugu generaciju prehrambenih vlakana čiji je razvoj u toku.

dr Julianna Gyura, dr Zita Šereš, dr Dragana Šoronja-Simović, dr Biljana Pajin

Sadržaj

1 UMESTO UVODA

2 DEFINICIJE PREHRAMBENIH VLAKANA

3 PREHRAMBENA VLAKNA KAO KOMPONENTE BIUNIH ĆELIJA

4 PODELA I IZVORI PREHRAMBENIH VLAKANA

4.1 Podela po rastvorljivosti u vodi
4.1.1 Prehrambena vlakna nerastvorljiva u vodi
4.1.2 Prehrambena vlakna rastvorljiva u vodi
4.2 Podela po izvoru
4.2.1 Prehrambena vlakna iz voća
4.2.2 Prehrambena vlakna iz povrća
4.2.3 Prehrambena vlakna iz cerealija
4.2.4 Prehrambena vlakna iz industrijskog bilja
4.3 Podela izvora prema zastupljenosti prehrambenih vlakana
4.3.1 Izvori sa malim sadržajem prehrambenih vlakana
4.3.2 Izvori sa povećanim sadržajem prehrambenih vlakana
4.3.3 Izvori − koncentrati prehrambenih vlakana

5 FIZIČKO-HEMIJSKE OSOBINE PREHRAMBENIH VLAKANA

5.1 Rastvorljivost
5.2 Hidratacione osobine
5.3 Veličina čestica i poroznost
5.4 Viskozitet
5.5 Antioksidativne osobine
5.6 Adsorpcija kancerogenih materija
5.7 Sposobnost formiranja gela
5.8 Sposobnost stabilizacije emulzija
5.9 Sposobnost vezivanja jona i organskih molekula
5.10 Sposobnost zamene masti

6 FIZIOLOŠKA ULOGA PREHRAMBENIH VLAKANA

6.1 Prehrambena vlakna u konceptu pravilne ishrane
6.2 Prehrambena vlakna u varenju
6.2.1 Imobilizacija vode
6.2.2 Apsorpcija nutrijenata
6.3 Prevencija masovnih nezaraznih bolesti
6.3.1 Prevencija gojaznosti
6.3.2 Prevencija dijabetesa
6.3.3 Prevencija kardiovaskularnih oboljenja
6.3.4 Prevencija kancera

7 UTICAJ USLOVA PROIZVODNJE NA OSOBINE PREHRAMBENIH VLAKANA

7.1 Mehanička obrada
7.2 Termička obrada
7.3 Termo-mehaničke obrada
7.4 Hemijska obrada
7.5 Enzimska obrada

8 PROIZVODNJA PREHRAMBENIH VLAKANA

8.1 Proizvodnja celuloze i njenih derivata
8.1.1 Proizvodnja celuloze iz drvne pulpe
8.1.2 Proizvodnja celuloze iz suvih rezanaca šećerne repe
8.1.3 Proizvodnja mikrokristalne celuloze
8.1.4 Proizvodnja metili karboksimetil celuloze
8.1.5 Proizvodnja hidroksipropilmetil celuloze
8.2 Proizvodnja pektina
8.2.1 Proizvodnja pektina iz voća
8.2.2 Proizvodnja pektina iz ekstrahovanih rezanaca šećerne repe
8.3 Proizvodnja celulozno-pektinskih vlakana
8.3.1 Postupak Farag
8.3.2 Postupak Beale
8.3.3 Postupak McGillivray
8.3.4 Postupak Bishsel
8.3.5 Postupak Bommarito
8.3.6 Postupak Cagley
8.3.7 Postupak Masuda
8.3.8 Postupak Williams
8.3.9 Postupak Gyura
8.4 Proizvodnja guma
8.4.1 Karagenan
8.4.2 Guar guma
8.4.3 Rogač guma
8.4.4 Guma arabika
8.4.5 Ksantan guma
8.5 Proizvodnja rezistentnog skroba
8.6 Proizvodnja inulina
8.6.1 Inulin iz cikorije
8.6.2 Inulin iz jerusalimske artičoke
8.7 Proizvodnja R-glukana

1 Umesto uvoda

U radovima poslednjih tridesetak godina kod nas se koristi pojam balastnih materija što predstavlja prevod nemačkog izraza ,,die Ballaststoffe“, zatim nazivi dijetna, dijetalna i dijetetska vlakna kao varijante prevoda engleskog izraza ,,dietary fiber“. Opredeljenje autora za upotrebu termina prehrambena vlakna proističe iz zastupanja stava da se radi o grupi jedinjenja u jiziološkom smislu veoma bitnih za ljudski organizam. Prehrambena vlakna predstavljaju kompleksne ugljene hidrate koji ne podležu razlaganju u probavnom traktu humanog organizma I čine balast u procesu varenja hrane biljnog porekla. Takođe, prehrambena vlakna su jedino u stočarstvu imala prehrambenu namenu I to samo za određene kategorije preživara.

Izvori I vrste prehrambenih vlakana definišu fizičko-hemijske i fiziološke osobine koje bitno određuju ponašanje vlakana tokom prerade i uslovljavaju kvalitet proizvoda u kojima su inkorporirana. Tretmani i operacije koji se danas primenjuju tokom proizvodnje mogu značajno da promene njihovu krajnju funkcionalnost. Vlakna, čije se osobine ciljano optimiziraju za konkretne aplikacije, spadaju u novu, drugu generaciju prehrambenih vlakana čiji je razvoj u toku.

Prehrambena vlakna su pojam koji se koristi u pojedinim jezicima sa različitim predznakom i težinom da bi se definisali oni kompleksni ugljeni hidrati koje enzimi varenja u ljudskom probavnom traktu ne razgrađuju. Ovakva definicija izvedena je iz stavova koje zastupa veliki broj istraživača [Trovvell 1976; Southgate 1977; Prosky I sar. 1985; Burkitt 1995; Walker 1995; DeVries i sar. 1999; Phillips, Cui 2011].

Opravdano je osvrnuti se na primenu pojma prehrambenih vlakana u naučnostručnoj literaturi. U radovima poslednjih trideset godina kod nas se koristi pojam balastnih materija što predstavlja prevod nemačkog izraza ,,die Ballaststoffe“ [Anonimus 1989], zatim nazivi dijetna, dijetalna i dijetetska vlakna kao varijante prevoda engleskog izraza ,,dietary fiber“ [Hipsley 1953], U isto vreme analitičke metode su se ograničavale samo na utvrđivanje količine celuloze, lignina i drugih nerastvorljivih komponenti ćelijskih zidova biljaka. Rezultati su označavani kao sirova vlakna i ukupna sirova vlakna, dok su ti izrazi predstavljali oblike prevoda „crude fiber“ i „total crude fiber“ [Kuhlman 2000],

Opredeljenje za upotrebu termina „prehrambena vlakna“ proističe iz zastupanja stava da se radi o grupi jedinjenja u fiziološkom smislu veoma bitnih za ljudski organizam. Time se potiskuju divergentna učenja koja su postojala u svetu pre 1970. godine, kada se smatralo da kompleksni ugljeni hidrati koji ne podležu razlaganju u probavnom traktu humanog organizma čine balast u procesu varenja hrane biljnog porekla i jedino u stočarstvu imaju prehrambenu namenu i to samo za određene kategorije preživara [Vogel 1991; Kuhlman 2000],

Naučno-stručna literatura i novijeg datuma [DeVries isar. 1999, Nelson 2001; Phillips, Cui 2011] navodi da je 1953. godine Hiplsey uveo pojam prehrambenih vlakana da bi definisao nesvarljive gradivne sastojke ćelijskog zida biljaka [Hipsley 1953], Takvu definiciju su mnogi istraživači smatrali adekvatnom i sa stanovišta medicinskih istraživanja, jer se tako fiziologija vlakana jasno iskazala pri proučavanju zdravlja populacija u različitim civilizacijama [Trowell 1972a; Trowell 1972b; Burkitt i sar. 1972; Painter 1975; Trowell i sar. 1976],

Pored celuloze i lignina obuhvaćeni su i drugi nerastvorljivi polisaharidi i rezistentni skrob, kao i kompleksne organske komponente tipa pektina, guma, sluzi, glukana, itd. koje enzimi varenja ne razlažu i oni se izlučuju iz ljudskog organizma u obliku fecesa. Tako raznorodna, složena jedinjenja nije bilo moguće odrediti jednom metodom, te je enzimska razgradnja vlakana u humanom digestivnom traktu nametnula i enzimske metode, koje simuliraju razlaganje pri varenju u ljudskom organizmu, uz zahtev da se jednom jedinstvenom metodom dobiju rezultati ponovljivi i uporedivi. Zato su u analitiku prehrambenih proizvoda uvedeni fiziološki pojmovi, koji su bliže povezali raznorodne komponente prehrambenih vlakana, a enzimska metoda ih je kvalitativno i kvantitativno dobrim delom definisala [Southgate 1978; Schweizer, Wursch 1979; Theander, Aman 1979; Asp, Johanson 1981; Furda 1981; Heckman, Lane 1981; Baker 1981; Theander, Aman 1982; Asp i sar. 1983].

Osnovni izvori prehrambenih vlakana su po definiciji zidovi ćelija biljaka, znači sveže i sušeno voće (jabuke, pomorandže, banane), povrće (karfiol, prokelj, šargarepa, krompir, paradajz, kuvani mladi kukuruz), zrnaste kulture, da bi se lista proširila i na proizvode na bazi biljaka koji su dobijeni industrijskim putem i koji sadrže visok procenat prehrambenih vlakana, što često nije slučaj sa tradicionalnim oblicima hrane. Od ovih proizvoda na tržištu dominiraju oni na bazi žita i leguminoza (mekinje svih vrsta žita, sa posebnim naglaskom na ovsene mekinje, cerealije za doručak, pšenični hleb od punog zrna, razne vrste sočiva, graška, boranije i pasulja) [Anderson, Bridges 1988], Svakako da i niz drugih proizvoda, kao što su modifikovani i rezistentni skrobovi, zatim proizvodi dobijeni pri preradi šećerne repe i drugih industrijskih biljaka bogatih celulozom, hemicelulozom, ligninom, gumama, pektinom i sličnim komponentama postaju atraktivni izvori prehrambenih vlakana. Kako u popularnoj tako i u naučno-stručnoj literaturi se vrlo često prezentiraju vrste hrane kao i njihov sadržaj ukupnih prehrambenih vlakana, a u okviru njih rastvorljiva i nerastvorljiva.

Počeci verovanja u zdravstveni značaj prisustva vlakana u humanoj ishrani su istorijski daleko dublji od argumentovanih stavova iznetih u naučnim radovima onih istraživača u čijem opusu dominira problematika vezana za prehrambena vlakna posle sedamdesetih godina dvadesetog veka. Prema citatima u kojima je [Burkitt 1995] koristio tekstove o Hipokritovom lečenju hlebom sa mekinjama, preko starih persijskih medicinskih zapisa, Šekspirovih stihova u prvom činu Koriolana i studije o fecesu napisane pod pseudonimom od strane Džonatan Svifta, lako je doći do tradicionalnog narodnog lečenja raznih oblika opstipacije, hemoroida i drugih problema sa probavom u nas koje pominje i Pelagić u svom delu, Stvarni narodni učitelj, objavljenom na preko hiljadu strana u Beogradu, davne 1898 godine.

Prehrambena vlakna imaju primaran efekat kroz vezivanje vode i njeno unošenje u sistem za varenje. Proizvodi bogati prehrambenim vlaknima već u ustima daju osećaj punoće, dok u želucu usporavaju kretanje hrane ka tankom crevu izazivajući osećaj sitosti Vandergraff, Evers 1995], U samom tankom crevu vlakna usporavaju resorpciju nutrijenata normalizujući metabolizam lipida i glukoze kao najvažnijih izvora energije čime se niveliše, u funkciji vremena, energetski bilans između obroka. U debelom crevu vlakna mogu da povećaju volumen fecesa i pokažu laksativno dejstvo. Nasuprot tome, absorbovanjem vode mogu i da normalizuju stolicu onih osoba koje pate od diareje. Kod stanovništva područja gde se konzumira hrana sa visokim sadržajem prehrambenih vlakana registruje se manji broj obolelih od raka debelog creva u poređenju sa stanovništvom visoko razvijenih zemalja u kojima je količina prehrambenih vlakana u svakodnevnoj ishrani značajno redukovana [Burkitt isar. 1972; Trovvell 1976],

U nekim slučajevima ishrana bogata vlaknima pomaže u kontroli dijabetesa, ali je jedan od najbolje dokumentovanih efekata njihovo pozitivno dejstvo na divertikulitise tankog ili debelog creva. Prehrambena vlakna u ovim slučajevima imaju preventivnu ulogu kod zdravih osoba ali su i deo terapijske ishrane obolelih [Anderson i sar. 1980],

Podvlači se često da prehrambena vlakna smanjuju gojaznost pružajući utisak sitosti kroz standardni obim obroka i smanjen unos energije. U hrani bogatoj vlaknima zamenjene su izvesne količine nutrijenata, ali ipak nije dokazano da je to uzrok pokretanja mehanizma sprečavanja gojaznosti, te ostaje još mnogo prostora za vrlo široka ispitivanja pre potpune naučne potvrde ove hipoteze [Vandergraff, Evers 1995],

Pri tumačenju osobina prehrambenih vlakana bitna su njihova opšta svojstva koja presudno definišu njihove fizičke i hemijske osobine, fiziološke osobine, ponašanje tokom prerade i uslovljavaju kvalitet proizvoda u kojima su inkorporirana. Najznačajnija fizička i hemijska svojstva prehrambenih vlakana su sledeća: rastvorljivost, hidratacione osobine, veličina čestica i poroznost, viskozitet, antioksidativne osobine, sposobnost formiranja gela, vezivanja ulja, vezivanja jona i organskih molekula, adsorpcije kancerogenih materija i sposobnost da se ponašaju kao zamenjivači masti. Mada mnoga prehrambena vlakna su odavno poznata i proizvode se i modifikuju na klasičan način kako bi im se poboljšala funkcionalnost, danas se tokom proizvodnje prehrambenih vlakana primenjuju tretmani i operacije koji izuzetno utiču na njihovu krajnju funkcionalnost.

Najfrekventnije primenjeni procesi u proizvodnji vlakana su

• ukupno proizvedena prehrambena vlakna
• za prehrambenu industriju
• za farmaceutsku industriju

Tržišna vrednost prehrambenih vlakana u svetu za 2014. godinu i projekcije rasta do 2019. godine [www.slideshare.net]

Izostavljeno iz prikaza

Tržišna vrednost prehrambenih vlakana u svetu za 2014. godinu i projekcije rasta do 2019. godine [www.slideshare.net] mehanička, termičkai termo-mehanička, hemijska i enzimska obrada, a koji treba da budu tako realizovani da njihov efekat osigura najfunkcionalniji finalni produkt za datu aplikaciju. Vlakna, čije se osobine ciljano optimiziraju za konkretne aplikacije, spadaju u novu, drugu generaciju prehrambenih vlakana, čiji je razvoj u toku [Guillon, Champ 2000; Guillon i sar. 2001].

Prehrambena vlakna se u svetu dominantno troše pri proizvodnji funkcionalne hrane i u farmaceutskoj industriji. Kako se dobro uočava na slici 1.1, globalno tržište prehrambenih vlakana 2014. godine, sa aspekta vrednosti, je dostizalo 2,3 milijarde američkih dolara. Projekcije pokazuju da se sa prosečnom godišnjom stopom rasta od 13,2% do 2019. godine dostići će 4,21 milijardu, a do 2020. godine 4,31 milijardu dolara [Anonimus2015], Udeo tržišne vrednost prehrambenih vlakana po regionima sveta u 2014. godini prikazuje slika 1.2 [www.marketsandmarkets.com],

Istraživanja samih efekata aplikacije vlakana u prehrambenim proizvodima podstaknuta su zahtevima za dnevnim unosom od 19 do 38 g [Slavin 2005], Takav nivo unosa teško je realizovati konzumiranjem hrane prirodno bogate vlaknima, te za to su koncentrati vlakana jedni od pogodnih rešenja. Vrlo je važna mogućnost uključivanja prehrambenih vlakana u formulaciju proizvoda koji se dnevno u više navrata konzumiraju, kao što je hleb, brašneno konditorski i mlečni proizvodi, neke vrste ekstrudiranih proizvoda za doručak i slično [Wisker i sar. 1985].

Eksperimenti izolacije prehrambenih vlakana pod laboratorijskim uslovima su kod nas započeta polovinom osamdesetih godina prošlog veka. Prvi rad je objavljeni krajem osamdesetih godina [Petrov, Gyura 1989; Petrov i sar. 1989] i od tada se nastavIjaju istraživanja na osnovu kojih se prezentiraju radovi domaćoj i inostranoj naučnoj javnosti. Pored stvaranja koncentrata prehrambenih vlakana [Gyura i sar. 1991, Gyura (Severna Amerika Evropa Azija-Pacifik Ostatak sveta).

Udeo tržišne vrednost prehrambenih vlakana po regionima sveta u 2014. godini [www.marketsandmarkets.com] i sar. 1992, Gyura i sar. 2010] ispituju se i njihove fizičko-hemijske osobine [Sakač i sar. 2010; Misan i sar. 2016], mogućnost njihove modifikacije i primene u prehrambenoj industriji [Gyura i sar. 1998, Gyura i sar. 1999, Gyura i sar. 2001, Gyura i sar. 2002; Filipović i sar. 2001; Sekulić i sar. 2002, Šereš i sar. 2005; Pajin i sar. 2009; Šoronja Simović i sar. 2010; Sakači sar. 2011].

Slika 14. Zadržavanje plastičnog otpada u okolini

Izostavljeno iz prikaza

Jedna od mogućnosti za rešenje ovog problema, jeste upotreba razgradive/biorazgradive ambalaže. Razgradnja je osnovno svojstvo polimera i plastičnih materijala. Zasnovana je na činjenici da su mnogi od ovih materijala organska jedinjenja u kojima može doći do oksidacije (podstaknute toplotom i zračenjem), pogoršanja mehaničkih svojstava i hemijske razgradnje (hidroliza ima najveći uticaj). Na početku razvoja polimera razgradnja je umanjivana i izbegavana da bi se produžio vek trajanja upakovanog proizvoda i obezbedio njegov kvalitet. Početkom ovog veka počelo se razmišljati o kontrolisanoj razgradnji kao poželjnoj. Pod tim pojmom, podrazumeva se proizvodnja polimernih materijala potrebnih karakteristika kvaliteta, koje će biti zadržane sve dok je materijal u funkciji, a proces razgradnje bi otpočeo tek kada se on nađe u otpadu. Biorazgradnja je razgradnja katalizovana biološkom aktivnošću, vodeći ka krajnjoj mineralizaciji i nastajanju biomase. Mineralizacija predstavlja prevođenje organskog jedinjenja u metan ili ugljendioksid i vodu i biomasu. Izraz biorazgradnja podrazumeva proces koji se dešava zbog biološke aktivnosti, naročito enzimatske, koja ima za posledicu narušavanje hemijske strukture polimera i pretvaranje u prirodne metaboličke produkte. Termin biorazgradivost znači da u biosferi postoji bar jedan enzim koji ubrzava razgradnju hemijskog lanca datog polimera (Lazić i Novaković, 2010). Mikroorganizmi koriste kao izvor hrane neko organsko jedinjenje, jednostavne ili složene strukture i prevode ga u vodu, ugljen-dioksid ili metan i mineralne soli. Biorazgradnjom, delovanjem mikroorganizama i njihovih enzima, ne zaostaju štetne supstance koje se nagomilavaju u okolini. Materijal se može nazvati biorazgradivim samo ako u određenim.