Žitné Centrum
Kontakt RSS

Sacharidy obilovin a obilná vláknina

Odborné články
Líbí se vám článek? Podělte se o něj...

Obiloviny a výrobky z obilovin jsou významným zdrojem sacharidů. Vedle v poslední době mimořádně diskutovaného lepku, jsou sacharidy a jejich role v lidské výživě také trvalým předmětem diskusí.

Sacharidy se vyskytují téměř ve všech částech obilného zrna. Můžeme je rozdělit podle počtu jednotek na jednoduché (monosacharidy, disacharidy a oligosacharidy), složené (polysacharidy) a komplexní (např. glykoproteiny či proteoglykany). Podle struktury a funkce rozlišujeme polysacharidy stavební (strukturní), které tvoří především buněčné stěny v rostlinných pletivech, slouží jako mechanická ochrana buněk a pro člověka jsou nestravitelné, a na zásobní (rezervní) které rostlině slouží jako zásoba a zdroj energie. Ty jsou stravitelné i pro člověka a jsou cenným zdrojem energie i v lidské výživě. (To je také základní nutriční role sacharidů. Energetická hodnota stravitelných sacharidů činí 17 kJ/g, což je hodnota srovnatelná s bílkovinami a o polovinu nižší než v případě tuků.)

Škrob

Škrob je nejvýznamnějším polysacharidem a nejvíce zastoupenou složkou všech obilovin. Je obsažen v endospermu jako zásobní polysacharid, přičemž jeho podíl činí 60-75 % sušiny obilek a až 80 % sušiny samotného endospermu. Škrob se vyskytuje ve formě škrobových zrn, což jsou útvary různé velikosti a tvaru (tvar je charakteristický pro jednotlivé druhy obilovin). Škrobová zrna se skládají ze dvou základních frakcí – amylosy a amylopektinu, jejichž stavební jednotkou je glukosa. V molekulách amylosy jsou molekuly glukosy vázány především α-1,4 glykosidovou vazbou, v molekulách amylopektinu se ve větší míře vyskytují také α-1,6 glykosidové vazby, na nichž dochází k větvení. Molekulová hmotnost amylosy se pohybuje v řádu 200 – 500 kDa, u amylopektinu je řádově vyšší a může dosahovat až 100 000 kDa.

Škrobová zrna jsou ve vodě nerozpustná, ve studené vodě bobtnají pouze mírně a pozvolna, ale rychlost a míra bobtnání rychle narůstá s teplotou. Po dosažení určité teploty, která se obvykle pohybuje mezi 55-70 °C dojde k tzv. mazovatění. Tepelná energie v průběhu celého procesu postupně uvádí jednotlivé molekuly amylosy a amylopektinu do pohybu, přičemž původní uspořádání škrobových zrn postupně zaniká. Systém se ze suspenze mění v homogenní maz, jehož viskozita zprvu stoupá a po dosažení úplného zmazovatění a dalším zvýšení teploty prudce klesá. Po vychladnutí se pohyb molekul polysacharidů zpomaluje a dochází ke vzniku pružného gelu, který ve své struktuře tvořené trojrozměrnou sítí molekul pospojovaných vzájemně vodíkovými vazbami obsahuje velké množství molekul vody. V průběhu času a zejména při teplotách blížících se 0 °C prostorová síť rapidně houstne, vytlačuje molekuly vody a postupně tuhne. Tento jev nazýváme retrogradací škrobového gelu.

Bobtnání a mazovatění škrobu je jedním z klíčových procesů během tvorby a zrání těst a pečení. Po zchladnutí pečiva dochází k retrogradaci. Přestože v těstě není dostatek vody, aby bobtnání a následné zmazovatění proběhlo v plném rozsahu, jsou tyto procesy určující pro tvorbu střídy pečiva a dosažení její optimální struktury a textury. Retrogradace škrobu se pak zásadní měrou podílí na stárnutí pečiva.

Pro technologické zpracování je tudíž velmi podstatné v jakém stavu se škrob v mouce nachází. Po dozrání obilného zrna a v průběhu skladování a přípravy k mletí jsou vždy do jisté míry aktivovány amylasy, které katalyzují částečnou hydrolýzu škrobu. Vedle enzymové hydrolýzy je škrob, vždy více či méně poškozován v průběhu mlecího procesu mechanicky i tepelně (záhřev meliva mezi mlecími válci). Částečné poškození škrobu je pro pekařské zpracování mouky žádoucí, protože maltosa uvolněná během hydrolýzy je substrátem pro kvasinky či bakterie při fermentačním procesu během zrání a kynutí těst.

Míře poškození škrobových zrn je však také úměrná rychlost resorpce škrobu během trávení a tím také glykemický index (GI). Glykemický index je bezrozměrná veličina, která je mírou rychlosti využití glukosy po požití té či oné potraviny. U glukosy je roven 100, za nízký se považuje GI pod 55. Podle stupně poškození škrobu se GI obilných výrobků pohybuje v širokém rozmezí 40-90. Snížení GI však také významně přispívá přítomnost vlákniny.

Vláknina

Škrob je z hlediska obsahu, jak bylo řečeno, nejvýznamnější složkou všech obilovin a z nutričního hlediska slouží skutečně výhradně jako zdroj energie, jinou funkci nemá. Jinak je tomu ale u pestré skupiny polysacharidů, které jsou podstatnou součástí obilné vlákniny.

Nejvrchnější vrstvy obilného zrna (obalové vrstvy, oplodí) obsahují nerozpustné polysacharidy celulosu a hemicelulosy (zejména nerozpustné ß-glukany). Podobalové vrstvy zrna (osemení) obsahují ve vodě částečně rozpustné hemicelulosy (konkrétně arabinoxylany neboli pentosany) a b-glukany. Další část zrna, aleuronová vrstva, měkká, jednoduchá vrstva s velkými buňkami, je charakteristická vysokým obsahem rozpustných b-glukanů, arabinoxylanů, glukomannanů a fruktanů. Endosperm – moučné jádro – obsahuje sice hlavně škrob (většinou okolo 80 %), z ostatních sacharidů také b-glukany, arabinoxylany a fruktany, u většiny obilovin v podstatně nižších koncentracích než v obalových a podobalových vrstvách.

Právě mnohé z těchto polysacharidů, byť jsou nestravitelné, hrají jako klíčové složky vlákniny svou specifickou a významnou roli v lidské výživě. Napřed je však třeba ujasnit si pojem vláknina:

Charakteristika vlákniny podle CODEX Alimentarius: Guidelines on nutrition labelling (Rev. 2011, Amendment 2013) a nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) č. 1169/2011, Příloha I (citace):

„Vlákninou se rozumějí uhlovodíkové polymery s třemi nebo více monomerními jednotkami, které nejsou tráveny ani vstřebávány v tenkém střevě lidského organismu a náleží do těchto kategorií: jedlé uhlovodíkové polymery přirozeně se vyskytující v přijímané potravě, jedlé uhlovodíkové polymery, které byly získány z potravinových surovin fyzikálními, enzymatickými nebo chemickými prostředky a které mají prospěšný fyziologický účinek prokázaný obecně uznávanými vědeckými poznatky, jedlé syntetické uhlovodíkové polymery, které mají prospěšný fyziologický účinek prokázaný obecně uznávanými vědeckými poznatky“.

Stručnější definici vlákniny uvádí Americká asociace cereálních chemiků (AACC): Vlákninu potravy tvoří jedlé části rostlin nebo analogické sacharidy, které jsou odolné vůči trávení a absorpci v lidském tenkém střevě a jsou zcela nebo částečně fermentovány mikroorganismy v tlustém střevě. Vláknina potravy zahrnuje polysacharidy, oligosacharidy, lignin a přidružené rostlinné složky. Vláknina potravy vykazuje prospěšné fyziologické účinky: laxativní a/nebo upravující hladinu cholesterolu v krvi a/nebo upravující hladinu glukosy v krvi, a další vlastnosti.

Z chemického hlediska lze složky vlákniny rozdělit do následujících skupin:

  • nestravitelné polysacharidy: celulosa, hemicelulosy, fruktany, pektiny, gumy a slizy;
  • nestravitelné oligosacharidy, např. fruktooligosacharidy (zejména inulin);
  • složky příbuzné sacharidům: zejména rezistentní škroby a modifikované celulosy;
  • lignin a doprovodné látky jako kutin, taniny, třísloviny aj.

Od roku 1980 se dělí vláknina podle rozpustnosti ve vodě na nerozpustnou, omezeně bobtnavou, kam patří hlavně celulosa a část hemicelulos (např. xylany), a na rozpustnou, bobtnavou vlákninu, tvořící viskózní gely (část β-glukanů a část arabinoxylanů, glukomannany, galaktomannany apod.).

Tyto nevyužitelné, nestravitelné polysacharidy byly dříve též nazývány balastní polysacharidy, neboť díky své schopnosti vázat na sebe vodu a bobtnat zvětšují objem stravy, ale samy o sobě jsou přímo nestravitelné. Přesto, jak se ukázalo, mají jistou, byť nízkou energetickou hodnotu (8,4 kJ/g nebo 2 kcal/g), za kterou jsou odpovědné produkty činnosti střevní mikroflóry (organické kyseliny), které se vstřebávají do organismu.

Informace o pozitivním vlivu vlákniny na prevenci civilizačních onemocnění a pozitivním vlivu na zdraví člověka se datují od roku 1975. Vláknina potravy vykazuje pozitivní účinek na gastrointestinální trakt, vláknina ovlivňuje peristaltiku střev, podporuje rozvoj a aktivitu zdraví prospěšných mikroorganismů ve střevě, reguluje hladinu glukosy, insulinu a krevního cholesterolu.

Mezi fyziologicky nejvýznamnější složky obilné vlákniny řadíme zejména β-glukany, arabinoxylany, fruktany.

β-glukany

Obilné β-glukany, β-(1→3),(1→4)-d-glukany neboli β-glukany se smíšenými vazbami, jsou strukturní polysacharidy složené z molekul β-d-glukosy. Nacházejí se ve všech semenech obilovin, a ve větším množství v ječmeni a ovsu. Fyzikálně-chemické vlastnosti obilných β-glukanů závisí na jejich primární struktuře, na typu vazeb, stupni větvení či molekulové hmotnosti. β-glukany obilovin jsou zčásti rozpustnou vlákninou, částečně i nerozpustnou vlákninou potravy. Na struktuře a původu závisí rozpustnost β-glukanů, která klesá v pořadí oves (nejvíce rozpustné β-glukany), ječmen, pšenice (nejméně rozpustné β-glukany). Rozpustnost β-glukanů také závisí na počtu (1→4) vazeb, s vyšším počtem těchto vazeb klesá rozpustnost β-glukanů. Rozpustnost β-glukanů se zvyšuje s rostoucí teplotou.

Bohatým zdrojem β-glukanů je hlavně ječmen (2-6 %), u některých kultivarů ječmene bylo nalezeno dokonce 14-16 % β-glukanů. Ječmen samotný obsahuje až o 20 % více vlákniny než žito, a až o 40 % více vlákniny než pšenice. Ječmen obsahuje kromě β-glukanů také významné množství arabinoxylanů. Dalšími zdroji β-glukanů jsou oves a pšenice. V případě ovsa a ječmene se b-glukany většinou nachází rovnoměrně rozložené ve všech vrstvách obilky, zatímco u pšenice je nejvyšší obsah b-glukanů v aleuronové vrstvě a podobalových vrstvách. V žitě se β-glukany nachází nejvíce v aleuronové vrstvě.

β-glukany s vysokou viskozitou a vysokou molekulovou hmotností zvyšují viskozitu v lidském střevě (vliv na pocit sytosti a nasycenosti, snížená resorpce některých živin a enzymů), což je žádoucí pro zvýšenou fyziologickou aktivitu β-glukanů. Některé studie naopak uvádějí, že β-glukany s nižší viskozitou a nižší molekulovou hmotností jsou výhodnější z důvodu snadnějšího a pohotovějšího využití bakteriemi přítomnými v tlustém střevě člověka. Molekulová hmotnost, obsah a rozpustnost β-glukanů je ovlivněna genotypem obiloviny, klimatickými podmínkami, agronomickými vstupy, posklizňovými změnami a samozřejmě procesem zpracování obilovin.

Arabinoxylany (pentosany)

Arabinoxylany jsou stejně jako β-glukany strukturní neškrobové polysacharidy obilovin. Často jsou arabinoxylany nazývány starším názvem pentosany. Tvoří je β-(1,4) xylosová kostra s arabinosou různě navázanou buď na druhém, nebo třetím uhlíku. Kromě xylosy a arabinosy obsahují d-glukosu a někdy další minoritní stavební jednotky (d-galaktosu, d-glukuronovou kyselinu). Arabinoxylany různých obilovin se liší ve způsobu substituce xylanového řetězce a obsahem arabinosy, resp. poměrem obou cukrů, arabinosy a xylosy. Průměrný obsah xylosy bývá 52-60 % a arabinosy 36-46 %. Arabinoxylany jsou složkou vlákniny potravy ovlivňující nutriční hodnotu potraviny, technologickou hodnotu (viskozitu těsta a kvalitu chleba a pečiva) a vykazují pozitivní zdravotní účinky.

Arabinoxylany tvoří u pšenice 20-27 % aleuronové vrstvy, 23-32 % otrub a 2-4 % endospermu. V ječmeni jsou arabinoxylany rozmístěny v aleuronové vrstvě z 85 % a v endospermu z cca 20-25 %. Arabinoxylany tvoří hlavní složku vlákniny žita (až 8-12 % arabinoxylanů z celkového množství žitné vlákniny 15-17 %) vyskytují se zejména v aleuronové vrstva žitné obilky.

Rozpustné arabinoxylany mají vysokou schopnost vázat vodu. Rozdíly v rozpustnosti závisí na stupni větvení. Čím jsou molekuly arabinoxylanů více větvené, tím se zvyšuje rozpustnost. Většina arabinoxylanů pocházející z endospermu žitné i pšeničné obilky jsou rozpustné ve vodě, zatímco arabinoxylany z aleuronové vrstvy a oplodí jsou ve vodě nerozpustné.

Fruktany

Fruktany jsou nestravitelné zásobní polysacharidy tvořené fruktosou jako monomerní jednotkou s vazbami β-(1→2). Liší se od sebe strukturou a molekulovou hmotností a mohou být rozděleny do tří skupin na inuliny, levany a větvené struktury.

Z obilovin je významným zdrojem fruktanů pšenice. Fruktany lze také nalézt v žitě, kde z celkového obsahu vlákniny (20 %) zabíraly fruktany kolem 4 %. Fruktany s krátkým řetězcem izolované z rostlin mají sladkou chuť, tvoří složky přírodních nízkokalorických sladidel. Fruktany s dlouhým řetězcem jsou chuťově neutrální a vytvářejí emulze se strukturou podobnou tukům (mohou sloužit jako tzv. fat mimetics, neboli náhrady tuků).

Fyziologické účinky vlákniny

To, že vláknina není pouhým „balastem“, ale hraje v trávicím traktu člověka svou významnou roli je známo již dlouho. Přesto je stále předmětem výzkumu a stále více se objevují skutečnosti, které ukazují na její možné uplatnění v prevenci některých závažných civilizačních chorob.

Účinky různých složek vlákniny potravy jsou úzce spjaty s typem daného polymeru, který vstupuje do tlustého střeva, jeho molekulovou hmotností, viskozitou a rozpustností a rozsahem větvení molekuly. Fruktany a zejména fruktooligosacharidy působí v tlustém střevě jako prebiotika a jsou zcela fermentovány na mastné kyseliny s krátkým řetězcem (octová, propionová, máselná). Ve vodě rozpustné, bobtnavé β-glukany a arabinoxylany tvoří v žaludku viskózní, gelovitou hmotu. Bobtnáním β-glukanů a arabinoxylanů dochází ke zvýšení viskozity tráveniny v kontaktu s vodou, přichází pocit nasycení, a tím je možné předejít přejídání se a rozvoji nadváhy až obezity. Při průchodu β-glukanů a arabinoxylanů tenkým střevem nedochází k výrazným změnám těchto složek vlákniny. β-glukany a arabinoxylany jsou zcela rozkládány až v tlustém střevě přítomnými mikroorganismy. Oproti tomu složky nerozpustné vlákniny potravy, jako je celulosa, ve vodě nerozpustné arabinoxylany, jsou vůči mikrobiálnímu rozkladu částečně odolné, tyto složky jsou jen částečně fermentovány. Bylo dokázáno, že pouze malé množství bakteriálních druhů sídlících v tlustém střevě dokáže nerozpustné nebo komplexní arabinoxylany zužitkovat, současně arabinoxylooligosacharidy stimulují růst jen malé skupiny bakterií mléčného kvašení (laktobacilů).

Obilné β-glukany jsou méně biologicky aktivní v porovnání s β-glukany z hub, řas nebo kvasinek. Biologickou aktivitou rozumíme např. větší posílení imunity, zvýšenou aktivitu makrofágů, zvýšenou fagocytosu, vyšší protinádorovou aktivitu apod. Efektivní zdravotní účinky a vysoká biologická aktivita byla zjištěna jen u vysoce přečištěných β-glukanů (zejména z hub a kvasinek). Účinek β-glukanů na snížení hladiny cholesterolu je vysvětlován tak, že konzumované β-glukany zvyšují střevní viskozitu, dochází ke snížení absorpce cholesterolu a k jeho rychlejšímu vylučování. β-glukany navíc snižují hladinu glukosy v krvi po jídle tím, že zrychlují střevní peristaltiku, což vede ke snížení vstřebávání glukosy. Prevence vývoje diabetu II. typu spočívá zřejmě ve vlivu β-glukanů na autoimunitní mechanismy, které mohou negativně ovlivňovat činnost Langerhansových ostrůvků slinivky břišní zodpovědných za sekreci insulinu.

Vliv vlákniny na nutriční vlastnosti pekařských výrobků

Pšenice má v porovnání s ostatními obilovinami nejnižší obsah celkové vlákniny potravy (10-13 %) i jednotlivých složek vlákniny (rozpustná vláknina 1-2 %, nerozpustná vláknina kolem 10 %). Zatímco u žita je obsah celkové vlákniny 15-17 % a obsah rozpustné vlákniny 3-4 %, a u ovsa 11-13 % celkové vlákniny a 3-5 % rozpustné vlákniny.

Na β-glukany jsou bohaté zejména ječmen a oves, nejvyšší obsahy arabinoxylanů jsou v žitě, zatímco vysoké obsahy fruktanů se nacházejí v pšenici. Během zpracování obilovin dochází ke snížení obsahu složek vlákniny. I přesto jsou v některých mlýnských a pekařských výrobcích obsahy složek vlákniny velice významné. U řady složek vlákniny potravy byly prokázány pozitivní zdravotní účinky, které je možné uvádět na obale výrobku obsahujícího vlákninu nebo její určité složky. Výrazné rozdíly v obsahu jednotlivých složek vlákniny souvisí se stupněm vymletí mouk (porovnání obsahy vlákniny ve světlé a celozrnné mouce). Ve vodě extrahovatelné β-glukany a arabinoxylany jsou polymery s vysokou molekulovou hmotností a jsou prokázány jejich účinky na reologické vlastnosti těsta a zdravotní účinky při jejich trávení. β-glukany jsou relativně citlivé na zpracovávání potraviny (např. fermentace těsta, pečení), zatímco arabinoxylany jsou odolnější k tepelným úpravám.

Vliv vlákniny na kvalitu výrobku lze uvést v několika bodech: zvýšení výživové hodnoty výrobků, snížení energetické hodnoty výrobku, snížení glykemického indexu, zvýšení vaznosti vody, rovnoměrné rozdělení vody v těstě, lepší zpracovatelnost a reologická struktura těsta, vliv na objem výrobku, zlepšení měkkosti a vláčnosti střídy výrobku, vliv na senzorické vlastnosti kůrky a prodloužení čerstvosti výrobku.

Závěrem

Obiloviny a jejich produkty jsou a zůstanou podstatnou součástí našeho jídelníčku. Vzhledem k našemu způsobu života, který je oproti stylu, jímž žily generace našich předků nesrovnatelně méně náročný na fyzickou práci a pohybovou aktivitu je na místě obava z příliš vysokého příjmu energie, který může vedle cukru a tuků představovat i vysoký podíl obilovin v naší stravě. Varovný je nárůst obezity v celé populaci ale zejména u dětí a evidentní snižování věku, v němž se dostavují symptomy civilizačních chorob (diabetes II typu, hyperlipoproteinemie, hypertenze u dětí). V Evropě je tradiční a v poslední době naprosto dominantní obilovinou pšenice. Některé pšeničné výrobky zejména ty, které jsou vyráběny ze světlých, málo vymletých mouk s vysokým obsahem škrobu a nízkým (často prakticky nulovým) obsahem vlákniny by měly být konzumovány v omezené míře a nahrazovány výrobky s vyšším podílem obalových vrstev. Vhodné by jistě bylo výrazně vyšší zastoupení ostatních obilovin – ječmene, ovsa, žita, ale i dalších, méně tradičních. Je ale obtížné přesvědčit děti, aby nejedly sladké jemné pečivo (které navíc vedle bílé mouky obsahuje často značné množství přidaného cukru a tuku), které jim chutná a nahradily je výrobky s vyšším podílem vlákniny, méně sladkými a tučnými. Stejně jako v době internetu, tabletů a počítačových her je obtížné přimět je k větší pohybové aktivitě na čerstvém vzduchu. Je to komplexní problém. Nám, potravinářským technologům, v něm přísluší nezanedbatelná role. Učinit výrobky s vysokým obsahem vlákniny a s vyšším podílem minoritních obilovin atraktivnějšími.

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

Obiloviny jako základní složka lidské výživy – shrnutí

Obhajoba obilovin ve výživě musí být fundovaná a objektivní

Zdraví prospěšné žitné pentosany – jejich struktura, vlastnosti a stanovení

První rok fungování Žitného Centra – ohlédnutí a náš další směr…

Mlýny bratří Winternitzů – nádherný kus historie, který si zaslouží budoucnost

Předvánoční zamyšlení nad chlebem

Žitné parathy plněné dýní s daly z fazolí mungo a adzuki

Zajímavé žitné výrobky, o kterých jste možná ani nevěděli

Odpovídáme na dotazy: Lepek, gluten a „zalepená“ střeva…

Špaldovo-žitný chléb s batátou

Jizerské pekárny

Žitné čokoládové sušenky s mořskou solí

Žitný trhanec s bezovým květem a borůvkami

Babiččina volba Žitná chlebová

Žitné halušky se zelím a tempehem

Žito a žitné produkty ve společnosti Country Life

Žito a pšenice v lidské výživě

Krkonošské kyselo

Krkonošské kyselo

Obecné rady pro pečení chleba

Obecné rady pro pečení chleba

Žitný chléb kvasový

Chléb kvasový

Pekařské zpracování žitných mouk

Co je žito

Sacharidy obilovin a obilná vláknina

Příprava žitného kvasu 1. stupně

Jsou zlepšující přípravky v pekárenském oboru nezbytné?

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