Nutritional

ASPECTE ALE CORELAŢIEI DINTRE NOI CONCEPTE NUTRIŢIONALE ŞI UNELE OPŢIUNI TEHNOLOGICE ÎN PRODUCŢIA DE ALIMENTE FUNCŢIONALE

Prof.dr.ing. G.M. COSTIN, Şef lucrări dr.ing.ec. Silvius STANCIU Universitatea “Dunărea de Jos” din Galaţi

Alimentele funcţionale, definite ca produse şi/sau componente cu efecte benefice asupra sănătăţii, sunt considerate ca fiind fenomenul major în ştiinţa şi producţia alimentelor la acest început de mileniu. Pe masură ce se evidenţiază noi efecte privind influenţele benefice ale alimentelor funcţionale pentru prevenirea şi chiar tratamentul unor boli, producţia acestora se dezvoltă şi se diversifică. Concomitent, se semnalează o creştere a interesului consumatorilor pentru produsele alimentare sau componente ale acestora capabile să asigure o stare bună de sănătate şi să prevină îmbolnăvirile. Produsele lactate fermentate tradiţionale, ca iaurtul, laptele acru, chefirul, cumâsul, sunt cunoscute şi consummate de multă vreme în Europa, Asia şi Africa. Identificarea microorganismelor responsabile de fermentaţie şi utilizarea lor la prepararea culturilor pure au condus la dezvoltarea a numeroase produse comerciale standard între care laptele acidofil (obţinut cu Lactobacili), iaurt (Lactobacili şi Streptococi) şi lapte bifidus (Bifidobacterii). Din 1908, când Metchnicoff a stabilit că PLF aduc beneficii pentru sănătate, inclusiv o prelungire a vieţii, aceste produse probiotice au fost considerate “sănătoase” de către consumatori. Definiţia general acceptată pentru probiotice le descrie 14

ca suplimente alimentare sau furajere vii cu beneficii pentru om sau animale prin îmbunătăţirea echilibrului microbian intestinal. Principalele tulpini de bacterii folosite ca probiotice, Lb.acidophilus şi diverse specii de bifidobacterii sunt organisme dominante în intestinal subţire şi colonul uman. Aceste microorganisme joacă un rol în procesul de inhibare a dezvoltării bacteriilor patogene prin producerea de acizi organici şi bacteriocine şi prin deconjugarea sărurilor biliare. Proporţia dominantă a acestor microorganisme în intestine poate scădea cu vârsta, în urma unor obiceiuri alimentare greşite, a tratamentelor cu antibiotice, şi/sau stresului. Absenţa lor, o proporţie redusă sau o viabilitate scăzută poate determina diverse tulburări digestive. Efectul consumului de culturi active pentru a echilibra aceste pierderi a fost în atenţia cercetătorilor în ultimele decenii. Studiile iniţiale privind beneficiile pentru sănătate ale consumului de probiotice au avut multe rezultate negative şi a fost necesar să fie revăzute în lumina unor cunoştinţe recente privind condiţiile cerute pentru a obţine rezultate pozitive: culturile terapeutice folosite trebuie să fie tolerante faţă de acizi şi bilă (Peterson ş.a., 1983), produsul probiotic trebuie să conţină cel puţin 106 celule viabile pe ml (Alm, 1991) trebuie să se consume minim 100 ml produs de cel puţin două ori pe săptămână, iar culturile trebuie să fie capabile să producă acizi organici şi alte componente biologic active în tractul gastrointestinal (Anon, 1995). Procedurile şi criteriile pentru selecţionarea acestor microorganisme au fost elaborate de Kurmann şi Rasic (1991). În urma a numeroase studii s-a ajuns la concluzia că produsele lactate fermentate (iaurtul, laptele bătut, chefirul şi altele) au funcţionalitate fiziologică. În plus faţă de componentele biologic active conţinute de laptele-materie primă, efectele de promovare a sănătăţiii ale produselor lactate fermentate pot fi corelate şi cu activitatea biologică a bacteriilor folosite la producerea acestor alimente şi metaboliţilor rezultaţi în procesele de fermentare. Concepte nutriţionale – opţiuni tehnologice şi de marketing În principu, procesele de fabricare a produselor lactate fermentate nu sunt complicate (termostatarea laptelui însămânţat cu cultura specifică în condiţii controlate), însă unele etape ca încălzirea şi tratamentele prin membrane, ca şi 15

fermentarea produselor trebuie modificate, încât condiţiile de dezvoltare să fie convenabile noilor tulpini de bacterii capabile să producă concentraţii ridicate de componente biologic active în aceste produse “tradiţionale”. Ca alternativă tehnologică, de exemplu, în producţia unor sortimente de iaurturi probiotice, unele bacterii dorite pot fi adăugate sub formă de culturi concentrate după încheierea procesului de fermentare. Supravieţuirea acestor bacterii probiotice (în mod obişnuit Lactobacillus acidophilus şi bifidobacterii) necesită prezenţa acestora în număr mare (aprox. 106 ufc/ml) pentru a fi importante fiziologic pentru consumatori. Condiţiile de mediu din produsul finit, inclusiv aciditatea sau concentraţia de O2 au un efect major asupra viabilităţii finale a culturii adăugate. Acest obiectiv important poate determina reformularea, modificarea conducerii procesului de fermentare, utilizarea unor adausuri pentru stimularea dezvoltării bacteriilor, noi materiale pentru ambalaje şi poate alte ajustări ale procesului tehnologic. Dacă laptele este fermentat cu bacterii lactice specifice ca Lactobacillus helveticus LBK-16H, proteinele sunt hidrolizate în tripeptide bioactive care reduc presiunea sanguină la fel ca inhibitorii enzimei de conversie (ACEAngiotensin Converting Enzyme). De asemenea, laptele conţine potasiu, calciu şi magneziu, elemente importante pentru controlul presiunii arteriale a sângelui. În contextul unei preocupări fără precedent de îngrijire a sănătăţii de către fiecare individ în parte, consumatorii folosesc mai multe produse ca oricând pentru a-şi îngriji sănătatea întelegând că majoritatea ingredientelor procreatoare de sănătate pot fi furnizate de alimente. Vânzările de alimente funcţionale destinate menţinerii sănătăţii sau pentru prevenirea îmbolnăvirilor au înregistrat o importantă creştere în ultimul deceniu, atât în SUA cât şi în Europa. În SUA acesta este segmentul de piaţă cu cea mai mare cifră de vânzări (18.25 mld dolari), urmate de Europa (15.4 mld) şi Japonia, ţara cu un cadru legislativ bine reglementat (11.8 mld), Germania (5.6 mld), Franţa (3.37 mld) şi Anglia (2.4 mld) (Sloan, E., 2004). În prezent, în SUA, alimentele funcţionale au două destinaţii cheie/ţintă: menţinerea sănătăţii/prevenirea îmbolnăvirilor şi, un domeniu apărut mai recent, de tratament. În timp ce 72% dintre consumatori au folosit suplimente dietetice pentru a se simţi mai bine şi 67% pentru a preveni îmbolnăvirile, circa 51% le-au utilizat pentru a se însănătoşi în cazul unor manifestări de maladii. 16

S-a consolidat idea că “a mânca sănătos pentru a trata boala, este mai bine decât a folosi o anumită medicamentaţie”. Pe de altă parte, unii consumatori încep să inţeleagă conceptul de biodisponibilitate. Unele societăţi comerciale produc sortimente de iaurt cu absorbţie ridicată de calciu datorită adausurilor de inulină/fructooligozaharide. Altele, susţin o combinaţie între mineralele din lapte (Ca, P, Mg, Zn, Cu, Fe) şi proteinele din zer, cu o bună absorbţie în oase şi dinţi. Alimente funcţionale Comisia Europeană a Ştiinţei Alimentelor Funcţionale (CESAF) apreciază că un aliment poate fi considerat ca fiind “funcţional” dacă este demonstrat în mod satisfăcător că, pe lângă efectele nutriţionale, afectează în mod benefic una sau mai multe funcţii “ţintă” în organism. Astfel, acesta are ca efecte îmbunătăţirea stării de sănătate sau de bunăstare generală, şi /sau reducerea riscului de apariţie a unor boli. Spre deosebire de anii trecuţi, consumatorii din diverse ţări devin tot mai interesaţi de beneficiile pentru sănătate determinate de alimentaţie şi deci de alimentele funcţionale. În lucrarea “Alimente funcţionale” (Ed. Costin GM, Rodica Segal), apărută în Editura Academica încă în anul 1999, au fost prezentate diverse produse alimentare funcţionale, cu detalii privind tehnologia de fabricaţie şi evidenţierea unor beneficii pentru sănătatea consumatorilor. Astăzi, preocupările privind alimentele funcţionale sunt deopotrivă în domeniul producţiei cât şi al cercetării, iniţiindu-se lucrări prin care să se demonstreze convingător efectele benefice ale unor produse asupra sănătăţii omului. Produsele alimentare funcţionale sunt destinate îmbunătăţirii sănătăţii sau prevenirii îmbolnăvirilor în numeroase domenii ca: menţinerea unei masei corporale normale (prevenirea obezităţii), creşterea sistemului de apărare naturală a organismului (mărirea imunităţii), sănătatea oaselor (prevenirea osteoporozei), sănătatea sistemului digestiv (prevenirea tulburărilor intestinale), sănătatea cardiovasculară (prevenirea bolilor de inimă prin reducerea nivelului colesterolului sau a tensiunii arteriale) şi creşterea performanţelor mentale şi fizice ca şi a “stării de bine” generale. De asemenea, 17

prevenirea cancerului şi diabetului pot reprezenta alte obiective ale consumului de alimente funcţionale. Aceste produse pot fi poziţionate strategic între alimentele convenţionale şi preparatele farmaceutice, reflectând modificarea rolului alimentelor în comparaţie cu medicamentele şi noul concept elaborat relativ recent “Alimentele ca medicament” (Ehrnreich, 2000). Poziţionarea diferitelor categorii de alimente şi produse farmaceutice în corelaţie cu bioactivitatea lor şi valoarea de piaţă a fost prezentată de Korhonen (2002) în fig. 1. Valoarea de piaţă

 Farmaceutice 

Alimente funcţionale. Nutraceutice

 Alimente medicale clinice  Alimente pentru sănătate  Alimente fortifiate  Alimente convenţionale Bioactivitate

Fig. 1. O posibilă poziţionare a alimentelor funcţionale între alimentele convenţionale şi produsele farmaceutice

În contextul acestei scheme, rolul alimentelor se poate schimba, de la cel general, de asigurare a nevoilor metabolice ale organismului şi menţinerea sau promovarea sănătăţii, la o dietă cu destinaţie foarte specifică, de exemplu, cazul unei potenţiale preveniri a cancerului. Pe de altă parte rolul alimentelor poate evolua de la pasiv la activ, presupunând funcţii de control, tratament sau stimulare. În acest context, demarcarea între alimente şi medicamente devine extrem de dificilă. Poziţionarea alimentelor funcţionale între alimentele convenţionale şi farmaceutice s-a dovedit dificilă, dar, considerând valoarea lor de piaţă şi gradul de bioactivitate specifică, ele pot fi plasate între alimentele 18

clinice şi produsele farmaceutice. În SUA, termenul “Nutraceutice” este similar cu cel atribuit alimentelor funcţionale. Un alt termen cu o conotaţie asemănătoare este “Designer Foods”, care a fost lansat de specialiştii în marketing. Tehnologii adecvate noilor concepte nutriţionale Trebuie realizat un consens internaţional asupra definiţiei şi clasificării alimentelor funcţionale pentru beneficiul tuturor părţilor: industrie, consumatori şi autorităţile legislative (Costin şi Segal, 1999). În Europa, Institutul Internaţional pentru Ştiinţa Vieţii (International Life Science Institute – ILSI) stabileşte că un aliment funcţional poate fi un aliment natural sau poate deveni funcţional prin diverse tratamente tehnologice prezentate în tabelul 1 (Korhonen, 2002). Tabel 1 Tratamente tehnologice şi soluţii posibile pentru obţinerea alimentelor funcţionale



Scopul tratamentului Eliminarea unor componente dăunătoare



Creşterea concentraţiei componentelor indigene benefice



Modificarea componentelor indigene pentru îmbunătăţirea activităţii biologice Adăugarea unor componente ne-indigene benefice





Înlocuirea unor componente dăunătoare cu altele benefice



Creştere benefice



Îmbunătăţirea retenţiei componentelor benefice în materie primă şi / sau în alimente

biodisponibilităţii

componentelor

19

Soluţii posibile Separare prin membrane Procese enzimatice Extracţie cu fluide supercritice Tehnologii fermentative Procese enzimatice Separare prin membrane Procese enzimatice dirijate Tratament la presiune înaltă Procedee fermentative Tehnologii de emulsifiere Tratament la presiune înaltă Extracţie cu fluide supercritice Tehnici cromatografice Separare prin membrane Tehnologii fermentative Microîncapsulare Câmp electirc pulsator Procedee de încapsulare Ambalare controlată

Conceptele nutriţionale noi presupun dezvoltarea şi aplicarea unor tehnologii prin care se urmăresc obiectivele: a. conservarea sau îmbunătăţirea calităţii generale a materiilor prime şi a funcţionalităţii lor fizico-chimice; b. menţinerea sau îmbunătăţirea performanţelor nutriţionale şi fiziologice ale produsului finit; c. creşterea siguranţei produsului. Conceptul de prelucrare minimă poate fi utilizat cu succes în tehnologiile aplicate fiind în concordanţă cu procedeele moderne (fig. 2). În domeniul prelucrării materiilor prime au fost aplicate şi testate cu succes procedee de tratare termică optimizată, tehnici de conservare protectivă pentru componentele bioactive sau o combinaţie între diverse metode care au fost aplicate cu succes în numeroase unităţi productive.

Materii prime

Prelucrare

Ambalare

  

Optimizarea tratamentelor termice Metode de conservare protectivă Tehnici combinate

  

Ambalare în atmosferă modificată Ambalare activă Acoperire cu materiale comestibile

PRODUSE

Distribuţie şi depozitare

Ambalare protectivă

Consum

Fig. 2. Aplicarea procesării minime şi a tehnicilor combinate în tehnologia alimentelor

20

Pentru ambalarea produselor au fost utilizate metode de ambalare în atmosferă modificată, minimizarea materialelor şi costurile ambalării, ca şi acoperirea produselor cu substanţe comestibile pe bază de amidon şi proteine din lapte. Pentru creşterea duratei de conservare a produselor naturale sau prelucrate în cursul comercializării sau păstrării, au fost elaborate sisteme active de ambalare. Un număr important de proteine vegetale, proteine din lapte, hidraţi de carbon şi ceruri au fost testate ca materiale de protecţie împotriva contaminării microbiene şi a unei eventuale degradări ulterioare chimice sau microbiologice a alimentelor. O altă tehnologie inovativă, asemănătoare acoperirii cu substanţe comestibile, este microîncapsularea componentelor specifice ale unor alimente sau a bacteriilor probiotice (tabel 2). Materialele folosite pentru microcapsule sunt alginaţi, amidonuri, gelatină şi proteine din zer, care au fost utilizate, de exemplu, pentru imobilizarea bacteriilor probiotice şi acoperirea globulelor de grăsime din lapte pentru a le feri de procesele oxidative. Tabel 2. Materiale utilizate pentru microîncapsulare Materiale      

Alginaţi şi pectinaţi de calciu Amidonuri şi maltodextrine Etil-celuloză Gelatină Polimeri organici Proteine din zer

Aplicaţii      

Imobilizarea unor microorganisme (de ex. probiotice) Imobilizarea unor celule (de ex. celulele ficatului) Imobilizarea enzimelor Acoperirea medicamentelor Acoperirea unor substanţe de aromă Acoperirea unor lipide

21

Aplicaţii ale unor componente ale laptelui în contextul noilor concepte nutriţionale Cercetările întreprinse în ultimii 10–15 ani au evidenţiat faptul că laptele şi în particular colostrul conţin un important număr de componente biologic active care pot fi încorporate în diverse alimente pentru a le conferi caracteristici pentru îmbunătăţirea şi protecţia sănătăţii consumatorilor. În tabelul 3 sunt prezentate unele dintre aceste componente şi principalele surse din care pot fi obţinute. Tabel 3. Componentele laptelui care pot fi folosite ca ingrediente ale unor alimente funcţionale Componente Substanţe antimicrobiene şi antiinflamatoare Peptide bioactive Anticorpi (imunoglobuline) Proteinele zerului şi hidrolizatele lor Lactoza şi derivatele sale Factori de creştere, citokine Acid linoleic conjugat (CLA) Substanţe minerale (calciu) Acizi organici şi sărurile lor

Sursa Zer de la brânzeturi, zer colostral, membrana globulelor de grăsime Cazeine, proteinele zerului, brânzeturi fermentate, lapte fermentat Zer colostral, zer de la brânzeturi, lapte degresat Zer de la brânzeturi şi cazeină, zer praf Lapte, zer de la brânzeturi Zer colostral Grăsimea laptelui Zer acid, lapte fermentat, brânzeturi Zer de la brânzeturi

Aceste substanţe şi potenţialele lor efecte biologice au fost prezentate pe larg în lucrarea Laptele aliment–medicament (Macovei şi Costin, 2006). Dintre componentele biologic active cele din zer sunt considerate de interes major, chiar dacă acestea se găsesc în proporţii relativ reduse, cu excepţia imunoglobulinelor din zerul colostral. Progresele privind procedeele de prlucrare şi acumularea unor cunoştinţe referitoare la proprietăţile biologice şi funcţionale ale acestor substanţe au contribuit la utilizarea practică în special a ingredientelor pe bază de zer. Dintre acestea se menţionează pelicule comestibile, ingrediente funcţionale, produse pentru sportivi, alimente funcţionale, diete clinice şi chiar produse farmaceutice. De asemenea, perspectivele pentru utilizarea componentelor antimicrobiene din colostru între care se găsesc imunoglobulinele, lactoferina şi lactoperoxidaza, ca şi diverşi factori de creştere, determină dezvoltarea tehnicilor de fracţionare a acestor componente. 22

În prezent, produse ca izolate sau concentrate proteice din zer sunt obţinute industrial prin diverse procedee de separare prin membrană. Fracţionarea în continuare a proteinelor din zer în  - lactalbumină,  - lactoglobulină, imunoglobuline, lactoperoxidază, lactoferină şi glicomacropeptidă a fost posibilă prin metode de separare prin membrane, gel-filtarre sau cromatografiere (Costin şi Florea, 1997).

Bibliografie Alm, L.1991. The therapeutical effects of various cultures. Therapeutical Properties of Fermented Milks. Robinson, RK.London UK.Elsevier Sci. Publ., p. 45-64 Amarfi, R.F., Alexandru, R., Popa, C., Hopulele, L., Turtoi, Gh., Macovei, V.M., Turtoi, M., Covrig, M., Teodorescu, L., Herinean, F., 1996, Procesarea minimă atermică şi termică în industria alimentară. Ed. Alma, Galaţi. Anon.1995. Physiological Effects of Bifidobacterium longum BB.536- in vitro Tests and Administration to Humans and Animals. Tokyo, Morinaga Milk Industry p.14 Borda, D., 2007. Tehnologii în industria laptelui. Aplicaţii ale presiunii înalte. Ed. Academica, Galaţi. Costin, G.M., 2007. Produse lactate funcţionale. Ed. Academica Galaţi. Costin, G.M., Florea, T. 1997. Aplicaţii ale separării prin membrane în biotehnologie şi industria alimentară. Editura Academica Galaţi Costin, G.M. (ed.), Segal, R. (ed.), 1999. Alimente funcţionale. Alimentele şi sănătatea. Editura Academica Galaţi Ehrnreich, H., 2000. Foods as medicine. World Food Ingr, 18–28. Korhonen, H., 2002, Technology Option for New Nutritional Concepts. Bull. IDF 374, p. 50–60. Kurmann, J.A., Rasic, J.L.J. 1991. Health potential of products containing bifidobacteria. Therapeutic Properties of Fermented Milks, Robinson, R.K.Reading UK: Elsevier Appl.Sci. pp 137-144 Macovei, V.M., Costin, G.M., 2006. Laptele aliment – medicament, Editura Academica Galaţi Petterson, L., Graf, W., Sewetin, UK.1993. Survival of Lcatobacillus acidophilus, NCDO 1748 in the human gastrointestinal tract Nutrition and the Intestinal Flova, itallgren, B. Stockholm Almquist & Wiksell Int.

23