f,i y in PHARM Obiloviny a vliv vybraných potravinářských technologií na výslednou potravinu PharmDr. MVDr. Vilma Vránová, Ph.D. 1 Zápatí prezentace Význam v potravě • Odedávna základní složka ve výživě člověka • Především sacharidová potravina • Neplnohodnotná potravina - chybí lysin • Z minerál, látek je přebytek P, u ovsa - roborativní účinky jsou dány stopami As • Vitamíny - celý komplex B, dále E, hlavně v klíčcích a v aleuronové vrstvě, která při vymílání zůstává v otrubách Obilné zrno, mletí Vysoko až 100% ponechání všech vrstev, vymletá mouka celozrnná. endosperm ittrob, bílkoviny zárodek anttoxtdanty, B-vttaminy, vitamin E otruby vláknina. B-vita miny, - stopové prvky Středně odstraní část vrchních vrstev, vznikne vymletá mouka chlebová. Nízko vymletá mouka jen z centrálních částí zrna, prakticky nulové množství vlákniny Toto vůbec nevypovídá o hrubosti mletí - hladká, polohrubá, hrubá, krupice Typové cislo Přehled nejběžnějších typových čísel Tdnn pšeničná mouka výběrová l4UU polohrubá Čím vyšší je typové číslo T, tím T450 více celozrnná mouka je a tím méně lepku pšeničná mouka hrubá T480 pšeničná krupice - Oproti moukám s nižším T číslem se-^^^^^^^=^^^^^^^= pšeničná mouka hladká světlá těsto z této mouky hůře zpracovává, T530 (odpovídá značení 00 Extra); není tak vláčné a nadýchané vysokolepková_ Toto značení je v současné době nahrazeno slovními názvy - např. pšeničná mouka hladká světlá odpovídá číslu T530. T650 T1000 -1150 pšeničná mouka hladká polosvětlá pšeničná mouka chlebová T1800 PšeunÍčná ,mouka, celozrnná|| y |J j hrubá; celozrnná jemná n u A D -b_tLA K Chemické složení obilovin • Proteiny 6,8-13% • Tuk 0,4 - 7% • Škrob 52 - 80% • Minerální látky 1 - 4% Otruby a klíčky vedlejší produkt mlýnského zpracování obilí • Otruby - především z obalových vrstev • Vláknina tvoří podle použité technologie 40-70 % celkové hmotnosti. • Složka krmných směsí, přidávány do pečiva, speciálních chlebů apod. jako zdroj vlákniny • Klíčky - velmi bohaté na lipidy • Oleje bohaté na esenciální mastné kyseliny, fosfolipidy • Lipofilní vitaminy • Významný obsah bílkovin s příznivým obsahem esenciálních aminokyselin • Problém velmi rychlé žluknutí Pšenice Pšenice obecná Triticum aestivum vysokovymletá celozrnná pšeničná mouka, ve které je hodně minerálů (popelovin) a vlákniny středně vymletá chlebová pšeničná mouka s menším podílem balastních látek nízkovymletá bílá mouka z jádra zrna, škroby a bílkovin; Je-li umleta najemno, jedná se o 00 dvounulku._ SEMOLA Dl G RAN Q DURO Pšenice tvrdá Triticum durum Vysokobílkovinná, menší množství škrobu Používá se téměř výlučně k výrobě těstovin, výroba kusklusů bulguru iKge V průměru 16 - 17 % bílkovin (pšenice setá 12-14 %). V Pšenice šnalda aminokyselinovém složení nejsou mezi nimi v podstatě žádné Tritiniim Jn*it* rozdíly, limitující aminokyselinou je lysin a threonin, výrazně vyšší irmcum spěna Qbsah |eucinu 0bsah lepku se pohybuje v rozmezí 35 - 45 %, jeho kvalita je vysoká. Pšeničný lepek Siitm ígllatt n + glulewi) • Gliadin a glutenin - přimícháním vody k pšeničné mouce a mechanickým zpracováním vzniká trojrozměrná elastická síť • Nutná přítomnost vody a mechanické zpracování (hnětení) • Seitan - čistý lepek • Množství lepku určuje tzv. sílu mouky (W) • Čím je mouka silnější, tím se v těstě vytvoří víc lepku, těsto drží tvar, dobře kyne.... Žito seté Secale cereale • V Českých zemích hlavní chlebová obilovina až do poloviny 20. století. Podobně v Německu a Polsku. • Více thiaminu a niacinu • Méně lepkových bílkovin • Hodně slizovitých látek • Žito dodává výrobkům vlhkost, vláčnost, hutnost, je zdrojem kvalitních sacharidů. • Špatně se s ním pracuje, protože jeho bílkoviny netvoří lepkovou strukturu, chybí tedy jakákoliv pružnost. Proto se pečou celožitné chleby spíše coby litá těsta ve formách. • Chleba obvykle směs pšeničné a žitné mouky Žito seté Secale cereale •Žitná vláknina •Strukturní neškrobové, necelulosové polysacharidy pentosany (chemicky přesnější název arabinoxylany), zejména v podobalových vrstvách a aleuronové vrstvě žitné obilky • Průměrný obsah pentosanů v žitné mouce se pohybuje od 8 do 12 % •Ve vodě rozpustné žitné pentosany jsou schopny na sebe vázat několikanásobné množství vody ve srovnání s lepkovými bílkovinami. • Spolu se škrobem tvoří základ struktury žitného těsta. [JUII1 PHARM Žito seté Secale cereale • Chléb s vysokým podílem žitné mouky kypřený kvasem je hutný, výrazně nakyslý • Vyšší trvanlivost než pšeničné chleby • Obsah kyselin (mléčné, octové, propionové) => f mikrobiologická stabilita • Hutná struktura těsta je předpokladem pomalejšího stárnutí (tuhnutí, tvrdnutí). • U pšeničného pečiva častější antimikrobiální přídavky (toastový chléb, bulky pro hamburgery...) Ječmen setý Hordeum vulgare L • Kroupy, pivovarnictví • Nutričně cenný naklíčený slad = koncentrát vitaminů skupiny B, vit. E a směs diastatických enzymů •Vysoký obsah rozpustné vlákniny, nízký obsah tuku, více popelovin • (3-glukany a arabinoxylany - až dvojnásobná absorpce vody • Obsah (3-glukanů cca 2,5-11,3 % (hmotnostní procenta v sušině zrna) V porovnání s ječmenem má oves obsah (3-glukanů nižší (do 8 %) • V ostatních obilovinách zejména v pšenici a žitě jsou (3-glukany zastoupeny v nižším množství, uvádí se kolem 2 % a méně [JUII1 PHARM ZALOŽ LNO 2002 13 —h- DL J BUH 5'f LSTI ZÁKAZNÍK Obilné p-glukany • (3-glukany se nachází v buněčné stěně endospermu (až 75 % z celkového obsahu (3-glukanů) a v menší míře pak v aleuronové vrstvě (kolem 25 %) • Zpomalení vstřebávání glukosy, snížení koncentrace postprandiální glukosy a cholesterolu v krvi • Obilný (3-glukan má menší vliv na snížení hladiny cholesterolu, významné prebiotikum • Pravidelný příjem 3 g rozpustné vlákniny denně (hlavně ječné a ovesné) může vést ke snížení vzniku KVS onemocnění až o 25-36 % • (3-glukany vážou velké množství vody a v žaludku vytvoří objemnou, viskózni, gelovitou hmotu • Prochází tenkým střevem téměř nezměněna, rozkládána až mikrobiotou tlustého střeva • Zrychlením nástupu pocitu sytosti a jeho prodloužením je možné předejít přejídání se a zabránit tak rozvoji nadváhy a obezity Houbové p-glukany • Imunomodulátory • Mezi zdroje těchto (3-glukanů patří hlíva ústřičná, žampion brazilský, různé druhy lišejníků (např. Parmotrema austrosinensé), pekařské nebo pivovarnické kvasnice (Saccharomyces cerevisiaé) • Houby shiitake (houževnatec jedlý), reishi (lesklokorka lesklá) a další různé druhy chorošotvarých hub Oves setý Avena sativa • vysoký obsah železa, zinku a hořčíku, některých vitamínů ze skupiny B (thiamin) a množství bílkovin (17 %), sacharidy (60 %) a tuky (8 % převážně nenasycených mastných kyselin, zejména kys. linolová ) • Rozpustná vláknina ((3-glukany) =>jhladiny cholesterolu, regulace glukózy, probiotický efekt • Tradičně se oves zpracovával na ovesnou mouku — na 24 hodin se namáčel, v nahřáté peci se pařil a mírně nasladoval, posléze se sušil a mlel • Kaše z takto upravené mouky se jen rozmíchá ve vodě či mléce ( Rusko, Finsko, Estonsko, Tibet - campa) Kukuřice setá (Zea mays) • Velmi malá nutriční hodnota bílkovin, chybí LYS, TRP A GLY • Obsahuje antiniacin • Hodně tuku a škrobu • Málo minerálních látek • Vyšší obsah karotenoidů • Ze škrobu se vyrábí glukosa (Dextropur) Rýže setá Oryza sativa Po oloupání pouze škrob, málo bílkovin, celulóza, stopové množství tuku Rýžové otruby vysoký obsah vit. B Rýže bílá oloupané všechny obaly uin*Hó Natural - nemá odstraněnou poslední vrstvu obsahující vitamíny a Hneaa minerály Parboiled - čtyřfázová hydrotermická úprava zrna, kdy se po Pololoupaná namáčení neloupané rýže vysokotlakou párou vtlačí do zrna vitamíny a minerály a potom se oloupe => ^biologická hodnota Nejrozšířenější plodina celosvětově, pro mnoho lidí jediná potravina Rýže setá Oryza sativa - GMO • Podle WHO ročně kvůli nedostatku vitaminu A oslepne čtvrt až půl milionu dětí, polovina z nich do roka od ztráty zraku umírá. • Zdrojem vitaminu A, resp. jeho prekurzorů, zejména beta-karotenu, je buď jím bohatá potrava rostlinná (špenát, mrkev i další zeleniny, kukuřice), nebo živočišná Qátra, rybí tuk, vaječný žloutek). • Snaha o vyšlechtění nových odrůd s výnosem odpovídajícím tomu současnému s dostatečně vysokou hladinou beta-karotenu v endospermu zrn - první takto „biofortifikovanou" potravina, propojující funkci výživovou a léčivou. Pseudoobiloviny • Pseudoobilniny jsou rostliny z jiných čeledí než lipnicovité (Poaceae), které ale mají stejné hospodářské využití a chemické složení jako obilniny. • Ve srovnání s obilovinami kvalitnější aminokyselinové složení • t LYS • Vysoký podíl nízkomolekulárních ve vodě rozpustných albuminů a globulinů • Velmi nízký obsah gliadinů a glutelinů • Bílkoviny se kvalitou blíží bílkovinám živočišného původu čeleď rod druh pseudoobilovina laskavcovité (Amaranthaceae) laskavec (Amaranthus) laskavec červenoklasý (Amaranthus hypochondriacus) amarant laskavec krvavý (Amaranthus cruentus) laskavec ocasatý (Amaranthus caudatus) merlík (Chenopodium) merlík čilský (Chenopodium quinoa) quinoa rdesnovité (Polygonaceae) pohanka {Fagopyrum) pohanka obecná (Fagopyrum esculentum) pohanka pohanka tatarská (Fagopyrum tataricum) Pohanka obecná Fagopyrum esculentum • Z výživového hlediska velmi kvalitní potravina • Cca 11 % bílkovin - vysoká biologická hodnota - optimálni AK profil • Z obilovin obsahuje víc bílkovin už jen oves. • Množství vlákniny, rozpustná i nerozpustná. • Důležitý zdroj zinku, mědi, selenu a manganu. Z vitaminů hlavně B1, B2, B3 (niacin), E a C. • Rutin - má vliv na pružnost a permeabilitu kapilár, prodlužuje účinek vit. C, působí proti agregaci trombocytů • Fotosenzibilizátory (fagopyrin) - způsobuje alergické reakce Amarant spp • Amarant (laskavec) velké množství drobných semen (až 500 000) bohatých na bílkoviny. • Vysokou výživovou hodnotu mají i listy - listová zelenina, špenát. • Ve srovnání s obilovinami téměř dvojnásobný obsah bílkovin, vysoký obsah nenasycených mastných kyselin, významné množství skvalenu • Amarantová mouka je vhodná pro celiaky i pro fenylketonuriky • Putované zrno amarantu se přidává do cereálních músli směsí, músli tyčinek a putovaných chlebů Merlík čilský Chenopodium quinoa • Vysoká výživová hodnota díky vysokému obsahu kvalitní bílkoviny a linolenové kyseliny • V potravinářství - krupice nebo mouky, popř. celých semen • Listy jako salát Luštěniny • Průměrný obsah bílkovin v luštěninách je kolem 24 %, přičemž nejvyšší obsah bílkovin čočka, bob a sója • Dostatek aminokyseliny lysinu (lysin je nedostatkový u obilovin) a naopak nízký obsah sirných aminokyselin (jako jsou cystein, methionin a tryptofan) • Kombinací luštěnin a obilovin získáme výživově požadovaný obsah všech esenciálních aminokyselin srovnatelný s živočišnými produkty Zpracování obilovin Zpracování obilovin - mletí • Mlýnská technologie se postupně vyvinula z původně velmi jednoduchého ručního drcení zrn divokých a posléze kulturních rostlin, zejména travin Zárodky mlynářství provází lidstvo od samotných počátků jeho dějin a v některých oblastech světa v nezměněné podobě dodnes • Podstatou rozmělnění celých semen. Tím vzniká sypká hmota, která se snáze než celá semena mísí s vodou za vzniku kaší a těst: o následkem rozdrcení výrazně vzroste specifický povrch původní suroviny o obnaží se vnitřní struktury =>podstatně rychlejší a intenzivnější sorpce vody a zbobtnání o otevírá se cesta pro kvasné procesy Fermentace původce mechanismus vzniká Kvašení Kvasinky Kvasinky žerou cukry a vyrábí oxid uhličitý a alkohol. Oxid uhličitý je pak polapený do těsta. Součástí chlebového kvásku, droždí, výroba alkoholických nápojů; kefíru, kimčchi, zelí... Zdroj vitamínu B Kysání Baktérie mléčného kvašení Bakterie žerou cukry či složité sacharidy a tvoří různé kyseliny Vedle kvasinkových procesů i v chlebovém kvasu, v kysaném zelí (a naložených zeleninách), jogurtech, v salámech, vodním i mléčném kefíru Fermentace • Během biochemických procesů vzniká v potravinách široké spektrum aromatických látek • Produkty fermentace sacharidů (C02, H, H202, organické kyseliny, alkoholy, aldehydy apod.) významná role ve výživě i technologii • Fermentací vzniklé organické kyseliny (mléčná, octová, propionová apod.) j pH potraviny • Snížení pH potraviny a následná tvorba dalších antimikrobiálních látek (např. cyklické peptidy) během fermentace vede k prodloužení trvanlivosti (např. salám typu uherák, nakládaná zelenina, jogurt...) • Prodloužení trvanlivosti na bázi přirozeně vzniklých antimikrobiálních složek je většinou výhodnější než užití konzervačních látek Droždí • Saccharomyces cerevisiae • Živí se jednoduchými cukry a jako odpadní produkt svého trávení produkuje ethanol a oxid uhličitý C6H1206-> 2 C2H5OH + 2 C02 • Zároveň rozkládá některé ze složitějších sacharidů • Čím víc jednoduchých sacharidů (působení amylázy v chladu, sladování ječmene....), tím lepší fermentace Těsto • Obilné zrno obsahuje své vlastní enzymy - amylázu. Ve styku s vodou se spustí enzymatická činnost, vzniká cukr. • Čím déle je mouka v kontaktu s vodou, tím je sladší => snazší fermentace => mouku je dobré držet v kontaktu s vodou co nejdéle • Využívá se při chladovém zrání těsta. Tam může zrát klidně den, týden (perníkové těsto měsíce, roky ....) • Díky vysokému obsahu cukrů po upečení karamelová kůrka Drožďové pečivo • Pečivo kypřené droždím je rychlejší, levnější, technologicky zvladatelnější • Problém je s hloubkou chutí a nutriční využitelností, těsto je nutné ochucovat • Chléb přidáním kyseliny mléčné či octové, vánočku cukrem a kořením.... • Nebo využít chladové zrání Kvasové pečivo • Při fermentaci kvasů a těsta aktivovány obilné pentosanasy a xylanasy • Štěpením polysacharidu vzniká větší množství nižších cukrů, které slouží jako substrát pro mikroorganismy a aktivně se účastní Maillardovy reakce (=> výrazná barva povrchu pečené potraviny) • Rozsah fermentačních změn závisí na mikrobiální kultuře, podmínkách fermentace, typu sacharidu, teplotě a času • Zvýšení kyselosti a zdůraznění chuti, aroma • Technologicky významné účinky - zvýšení objemu, nakypření, zvýšení vláčnosti a stabilizace těsta • Stravitelnost složek Tepelná úprava • Denaturace bílkovin (a zvýšení jejich využitelnosti), mazovatění škrobu, reakce neenzymového hnědnutí • Doba a teploty pečení závisí na druhu pekařského výrobku, teplota se pohybuje většinou nad 200°C a doba pečení od 10 min do 60 min • Fyzikální změny - bobtnání, mazovatění a tvorba viskózních disperzí a gelů včetně retrogradace probíhají ve struktuře škrobu i neškrobových polysacharidu (např. beta-glukanů) Tepelná úprava Giutm IglIaiJ >i +■ glLlep.n) • Denaturace lepku, lepková síť se mísí s částečně zmazovatělými škrobovými zrny • Čerstvý pekařský výrobek je nestabilní, elastický systém, podobný tuhé pěně, která se skládá z kontinuální a diskontinuální složky. • Kontinuální část pěny - síť pružného lepku spolu s rozpuštěnými molekulami škrobu, především amylosy, která může vytvářet komplexy s lipidy. • Diskontinuální fáze - zmazovatělá, nabobtnala nebo zdeformovaná škrobová zrna a bubliny plynu Tepelná úprava • Zmazovatělý škrob není v termodynamické rovnováze, při chladnutí a stání změny struktury a reologických vlastností (retrogradace) • Rychlost a rozsah retrogradace závisí na řadě faktorů, například na původu škrobu, teplotě, obsahu vody a dalších složek • To platí i o ostatní škrobnaté potraviny, např. brambory - knedlíky, salát Tepelné reakce cukrů Štěpení - disociace Karamelizace Oxidace probíhá při zahřátí cukru na teplotu vyšší než 110 °C karamelany (C24H36018)5 karameleny (C36H50O25) a karameliny (C125H18808Q). Je to typ neenzymatického hnědnutí._ skupina reakcí, při které reagují redukující cukry s aminoskupinami, které pocházejí z volných aminokyselin, N-koncových aminů, peptidů nebo bílkovin. Maillardova Řada meziproduktů MR slouží jako prekurzory vonných a reakce chuťových látek při příliš vysoké teplotě tvorba některých karcinogenních sloučenin - akrylamid „BATTLE AGAINST WHEAT" • Chléb po mnohá staletí prakticky synonymem pro slovo jídlo • Standardní pšeničné mouky jsou tvořeny téměř výlučně škrobem a zásobními proteiny, vedle energetické hodnoty se u cereálních produktů dostává do centra pozornosti také glykemický index • Obilná vláknina přináší nutriční a zdravotní benefity • V celozrnných výrobcích je obsah škrobu (a tudíž energie) vždy relativně nizsi • U celozrnných výrobků významně klesá glykemický index, i díky biologické aktivitě některých složek vlákniny (právě například zmíněných arabinoxylanů a beta-glukanů) Řešení • Celozrnné potraviny • Využití žita, ječmene, ovsa • Pohanka • Kombinace s luštěninami