Žitné Centrum
Kontakt RSS

Zdraví prospěšné žitné pentosany – jejich struktura, vlastnosti a stanovení

Chemie, analytika Odborné články Výživa Žito ve zdravé výživě
Líbí se vám článek? Podělte se o něj...

Strukturní neškrobové, necelulosové polysacharidy pentosany (chemicky přesnější název arabinoxylany) patří mezi významné složky žitné vlákniny vyskytující se zejména v podobalových vrstvách a aleuronové vrstvě žitné obilky, velmi nízký obsah pentosanů lze nalézt i v endospermu. Průměrný obsah pentosanů v žitné mouce se pohybuje od 8 do 12 % (hm%). Pentosany pocházející z endospermu žitné obilky jsou rozpustné ve vodě, zatímco pentosany z aleuronové vrstvy a oplodí jsou ve vodě nerozpustné. Řetězec pentosanů je tvořen β-1,4 xylosovou kostrou s arabinosou různě navázanou na druhém, nebo třetím uhlíku nebo na obou uhlících. Kromě xylosy a arabinosy obsahují pentosany také glukosu a někdy galaktosu nebo glukuronovou kyselinu. Průměrný obsah xylosy v pentosanech bývá 52-60 % a arabinosy 36-46 %. Pentosany lze rozdělit na vodou extrahovatelné a vodou neextrahovatelné (extrahovatelné alkalickým roztokem), které se navzájem liší svými fyzikálně-chemickými vlastnostmi (struktura, rozpustnost, viskozita, molekulová hmotnost). S rozdílnými vlastnostmi pentosanů souvisí jejich odlišné technologické funkce a fyziologické účinky.

 

V žitě se vyskytují také další významné složky vlákniny, jedná se o b-glukany. Závislost mezi obsahem pentosanů a b-glukanů nebyla v zrně žita jednoznačně prokázána. Některé výzkumy udávají, že s rostoucím obsahem b-glukanů klesal obsah pentosanů v žitném zrnu. Jiné zdroje uvádí negativní korelační vztah mezi obsahem škrobu a pentosanů, tzn., že obsah pentosanů klesal s rostoucím obsahem škrobu v obilce. Je samozřejmé, že obsah pentosanů a stejně i dalších složek zrna je významně ovlivněn pěstební technologií, půdními a klimatickými podmínkami lokality a průběhem počasí v daném roce. Zajímavé je, že obsah pentosanů se lišil v závislosti na ročníku, ale poměr frakcí ve vodě rozpustných a nerozpustných pentosanů zůstával stále stejný pro danou odrůdu žita.

 

Průměrná relativní molekulová hmotnost (délka polysacharidového řetězce, řada navázaných monosacharidových jednotek) pentosanů pšenice se pohybuje od 220 do 260 kDa, zatímco u pentosanů žita od 520 do 770 kDa. Na pentosany (arabinoxylany z pšeničného endospermu) se vztahuje schválené zdravotní tvrzení (Nařízení komise EU č. 432/2012): „Konzumace arabinoxylanů z pšeničného endospermu přispívá ke snížení zvýšené hladiny glukosy v krvi po jídle. Toto tvrzení může být použito pro potraviny, které obsahují nejméně 8 g vlákniny z pšeničného endospermu bohaté na arabinoxylany na 100 g využitelných sacharidů v kvantifikované porci tvořící součást jídla. Na obale výrobku musí být uvedeno, že prospěšný efekt arabinoxylanů z pšeničného endospermu je zaručen konzumací vlákniny z pšeničného endospermu bohatého na arabinoxylany jako součást jídla“. Žitným arabinoxylanům (pentosanům) není v nařízení komise EU věnována pozornost, přestože zdravotní efekty žitných arabinoxylanů byly ověřeny v řadě klinických studií, zejména ve skandinávských zemích, kde je konzumace žita a žitných výrobků vysoká. Obsah a výživový význam žitných arabinoxylanů je ve skutečnosti větší než u pšeničných arabinoxylanů.

 

Pro vlákninu žitného zrna bylo schváleno zdravotní tvrzení a podmínky pro používání tohoto zdravotního tvrzení při označování potravin (Nařízení komise EU č. 432/2012): žitná vláknina přispívá k normální funkci střev, tvrzení může být použito pro potravinu, která má vysoký obsah vlákniny, tzn. obsahuje alespoň 6 g vlákniny na 100 g nebo alespoň 3 g na 100 kcal (neboli 420 kJ) (podle nařízení EU č. 1924/2006).

 

Molekulární strukturu, fyzikálně-chemické vlastnosti a fyziologické účinky žitných pentosanů v trávicím traktu sledovali Knudsen a Lærke (2010). Zjistili průměrnou molekulovou hmotnost žitných pentosanů pomocí gelové permeační chromatografie (~200 kDa), poměr monosacharidů xylos a arabinos v řetězcích pentosanů a viskozitu střevního obsahu při konzumaci pečiva obsahující žitné pentosany. Potvrdilo se, že díky tvorbě vysoce viskózních (bobtnaných) roztoků pentosanů došlo při trávení ke snížení pohyblivosti živin a enzymů a omezení absorpce a stravitelnosti některých živin. S vysokou viskozitou pentosanů při trávení souvisí navození pocitu sytosti, snížení glykémie a hladiny cholesterolu v krvi. Pentosany jako část vlákniny nejsou tráveny v tenkém střevě, ale jsou fermentovány až v tlustém střevě. Při porovnání účinků pentosanů a β-glukanů bylo zjištěno, že žitné pentosany vykazují vyšší viskozitu ve střevě, než ječné nebo ovesné β-glukany.

 

Rozdíly v rozpustnosti pentosanů závisí na stupni větvení, ve vodě rozpustnější jsou více větvené molekuly pentosanů (s vyšším zastoupením bočních řetězců obsahující zejména molekuly arabinos) (Velíšek, 1999). 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. Schopnost vázat vodu za normální teploty je dána větvenou strukturou pentosanů. Vedle vaznosti a bobtnavosti jsou pentosany schopny stabilizovat bílkovinné řetězce a ovlivnit zádrž plynu při fermentaci těsta. Rozpustné pentosany vytváří v těstě sloučeniny sacharidů a bílkovin (tzv. glykoproteiny), které přispívají k tvorbě prostorové gelové struktury žitného těsta. Významnou roli při tvorbě této sítě hraje ferulová kyselina, která patří mezi významné antioxidační látky.

 

Během technologického zpracování může docházet ke změně obsahu, extrahovatelnosti a délky řetězce pentosanů. Rakha et al. (2010) (Uppsala, Švédsko) a řada dalších vědců ověřili u řady mlýnských a cereálních výrobků, že pentosany ve vodě extrahovatelné měly pozitivní vliv na pekařskou kvalitu žitné mouky a výrobku (zvýšení objemu těsta a pečiva, zlepšení porozity a vláčnosti střídy pečiva), zatímco ve vodě neextrahovatelné pentosany kvalitu mouky a výrobku ovlivnily negativně (snížení objemu těsta a pečiva, porušení textury střídy pečiva, hutná až tuhá střída pečiva). Žitné pentosany také hrají významnou roli při stárnutí výrobku, pentosany zpomalují retrogradaci škrobu díky jejich vysoké vaznosti. Jedná se o pevné navázání a udržení vody ve struktuře výrobku během jeho stárnutí.

 

Rakha et al. (2010) charakterizovali složky vlákniny potravy v řadě žitných produktů: od zrna, mouky, otrub, vybraných mlýnských pasáží, kvasu, přes vločky, křehké chleby, kynuté chleby, až po extrudované žitné výrobky. V jednotlivých žitných polotovarech a výrobcích sledovali složení, obsahy a rozdělení molekulové hmotnosti extrahovatelných pentosanů a β-glukanů. Během výroby chleba zjistili, že došlo ke snížení molekulové hmotnosti β-glukanů, zatímco molekulová hmotnost pentosanů zůstala téměř nezměněna (pentosany jsou rezistentnější vůči biochemické a tepelné úpravě než b-glukany). Během extruze došlo k výraznému zvýšení rozpustnosti β-glukanů a dokonce i k nepatrnému zvýšení obsahu rozpustných žitných β-glukanů. U pentosanů nebyly změny obsahu a rozpustnosti statisticky průkazné.

 

Existují různé způsoby efektivní a finančně nenákladné izolace a postupy extrakce s co nejvyšší výtěžností pentosanů. Pentosany lze získat suchou cestou pomocí vysévání během mlýnského zpracování, nebo extrakcí vodnými roztoky zejména alkalickými (hydroxidem sodným nebo hydroxidem barnatým), nebo destilovanou vodou za zvýšeného tlaku a teploty.

 

Izolované pentosany vytváří ve vodě viskózní roztoky. Schopnost mazovatění a síla gelu je dána koncentrací pentosanů v roztoku, jejich molekulovou hmotností, větvením a obsahem ferulové kyseliny. Přítomnost oxidačních vazeb přes zbytky kyseliny ferulové vytváří elastičtější gely a výrazně zvyšuje hydrataci řetězců pentosanů. Pentosany extrahované alkalickými roztoky vytváří slabé gely z důvodu nízkého obsahu ferulové kyseliny (Honců, 2011; Sun et al., 2011). Po odstranění ligninu, bílkovin, zbytků škrobu, po odstředění supernatantu a přečištění mikrofiltrací byl roztok pentosanů zakoncentrován na vakuové odparce a usušen. Du et al. (2009) provedl extrakci pentosanů použitím alkalicko-oxidační metody a získal vyšší výtěžky a vyšší čistotu pentosanů v porovnání s ostatními použitými rozpouštědly. Extrakční podmínky výrazně ovlivnily nejen výtěžnost a čistotu produktu, ale i distribuci molekulové hmotnosti extrahovaných pentosanů. Honců et al. (2014) vyhodnotili alkalickou extrakci za přítomnosti peroxidu vodíku jako optimální izolační metodu pentosanů z řady testovaných izolačních postupů.  Pomocí uvedené alkalicko-oxidační metody bylo dosaženo nízkého poměru xylosy a arabinosy (poměr 2,38). Nízký poměr xylosy a arabinosy v molekule pentosanů znamená vyšší obsah arabinosy, jejíž hydroxylové skupiny mohou procesem esterifikace reagovat s vyšším počtem fenolových kyselin, konkrétně se může navázat více molekul kyseliny ferulové.

 

Ke zjišťování obsahu pentosanů v žitném zrnu nebo mouce lze použít různé analytické metody a postupy, které jsou většinou složité a zdlouhavé. Jedním z jednodušších a rychlejších metod je aplikace spektrální analýzy (NIR nebo FT-IR) (near infrared analýza v blízké infračervené oblasti spektra nebo s využitím Fourierovy transformace spektra). Výsledky spektrálních analýz je možné statisticky zpracovat a interpretovat pomocí multivariačních analýz (PCA-analýza hlavních komponent, PLS-metoda částečných čtverců, shluková analýza apod.). Pro zmíněné analýzy je však potřeba zajistit a proměřit dostatečně velký kalibrační soubor žitných zrn a mouk o známém (analyticky) stanoveném množství pentosanů. Analytické reprodukovatelné stanovení obsahu pentosanů se nejčastěji provádí podle Douglase (1981). Princip stanovení spočívá v extrakci pentosanů ze vzorku s následnou kyselou hydrolýzou ve vroucí vodní lázni. Uvolněné pentosy xylosa a arabinosa jsou poté stanoveny spektrofotometricky (po reakci s barevnou složkou-floroglucinolem a proměřením absorbance roztoku při vlnových délkách záření 552 nm a 510 nm). Hydrolýzou uvolněné monosacharidy (xylosa, arabinosa) je samozřejmě také možné po odpaření kyseliny kvantifikovat pomocí kapalinové nebo plynové chromatografie. Dalším způsobem stanovení pentosanů je vážková analýza (gravimetrie). Varem s kyselinou chlorovodíkovou dochází k hydrolýze pentosanů na pentosy a dehydrataci na furfural (furan-2karbaldehyd), furfural se oddělí ze vzorku destilací s vodní párou a sráží se floroglucinolem (1,3,5-trihydroxybenzen) jako furfural-floroglucid, který se zváží.

Líbil se vám článek? Podpořte nás a podělte se o něj s přáteli. Nebo napište komentář, i to nám udělá radost!
Doporučte článek Facebook Twitter Google Email

Komentáře
k článku

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Mohlo by vás zajímat

Nové perspektivy mlýnské výroby?

Pšeničné pečivo v lidské výživě

Chléb v minulosti i dnes

Příprava žitného kvasu 1. stupně

Jsou zlepšující přípravky v pekárenském oboru nezbytné?

Obiloviny jako základní složka lidské výživy – shrnutí

Facebook
STUDIO SYNAPSE Handcrafted with love by STUDIO SYNAPSE
Znak mlynářů
Podnikatelský svaz pekařů a cukrářů v České republice
Žitné Centrum