Оценка витаминного состава продуктов переработки

 зародыша пшеницы

Условно пищу, как для человека, так и для животных можно разделить на две части:

- макронутриенты или основные пищевые вещества (белки, жиры и углеводы), измеряемые несколькими десятками грамм и, обеспечивающие организм энергией;

- микронутриенты (витамины, минеральные вещества, гормоны и т.д.), необходимые организму в очень малых количествах, измеряемых миллиграммами или микрограммами. Они не являются источниками энергии, но определяют ее трансформацию в организме, а также участвуют в регуляции функций и в осуществлении процессов роста и развития организма. В этой связи, именно микронутриенты целесообразно рассматривать, как основной активный элемент биологически активных пищевых добавок [15, 20, 88, 235, 278, 299, 319].

Если исторически рассматривать развитие технологий и производства биологически активных добавок, то первыми из них являются безусловно витамины, как важнейшая часть пищи.

На протяжении многих веков медики искали взаимосвязь между питанием и заболеваниями.

Концепция причастности недостаточности питания к возникновению заболеваний не была принята вплоть до конца 19 века. До этого времени преобладало мнение, что все без исключения болезни вызываются неизвестными инфекциями, токсинами или пищевыми ядами. Однако эта концепция была разрушена целым рядом исследований и фактическими данными по влиянию питания на возникновение таких заболеваний, как бери-бери, пеллагра, рахит, цинга.

В 1842 г. англичанин Бадд заявил, что причиной некоторых болезней является недостаточность питания. Он писал: «Существуют три различные формы болезней, которые являются следствием недостаточности питания. Первая и наиболее известная из них – цинга».

Важный шаг к открытию витаминов сделал русский ученый Н.И. Лунин. В 1881 г. он установил, что белые мыши, питавшиеся так называемым искусственным молоком, пищевой смесью, содержащей те же белки, жиры, углеводы и минеральные вещества, довольно быстро погибали. Животные же, получавшие натуральное молоко, оставались в живых. В своей диссертации «О значении неорганических солей для питания животных» Н.И. Лунин писал: «Кроме белков, жиров, сахаров, солей и воды в пище имеются еще неизвестные вещества, в которых нуждаются животные. Обнаружить эти вещества и изучить их значение в питании было бы исследованием, представляющим огромный интерес» [71, 116, 139, 238].

В 1880 г. японский ученый Канахиро Такаки, служивший на флоте, заметил, что некоторые корабельные команды в долгих своих морских путешествиях становятся жертвами смертельной формы нервной горячки, тогда как команды других судов не страдают ею. Изучая различия в питании на разных кораблях, Такаки заметил, что команды, не имевшие серьезных проблем со здоровьем, употребляли в пищу меньше полированного риса и больше мяса, рыбы, овощей, пшеницы и молока, чем пострадавшие команды. Добавление перечисленных продуктов (которые все богаты тиамином) к рациону матросов решило проблемы с нервными заболеваниями и смертями от бери-бери, которое по царившим тогда в медицине понятиям, считалось инфекционным заболеванием. После опубликования работы Такаки англичане провели широкомасштабный опыт над заключенными в Гайане. Часть заключенных кормили в течение года полированным рисом, другую неполированным. Результат был впечатляющим. Среди заключенных, которых кормили полированным рисом смертность достигала 40%. Смертность заключенных, потреблявших неполированный рис, составляла всего 5%.

В 1890 г. датский врач Христиан Эйкмин установил связь между заболеванием бери-бери и питанием полированным рисом. Десятью годами позже Геррит Грийнс доказал, что можно предотвратить болезнь, снова добавляя рисовую шелуху в пищу.

В 1912 г. польский ученый К. Функ выделил из рисовых отрубей вещество, предохраняющее людей от заболевания бери-бери – тиамин (витамин В₁) и назвал его «витамином» (от слова vita – жизнь и амин, поскольку это вещество содержало NH₂-группу). С тех пор термин «витамин» укрепился за группой веществ, хотя аминная группировка в структуру большинства витаминов не входит.

Подлинный расцвет витаминологии как науки начался в начале ХХ века. Фредерик Гопнис и его коллеги в Кембриджском университете обосновали концепцию заболеваний, обусловленных пищевой недостаточностью. За этими работами последовала серия опытов на животных с применением синтетического корма. Важную роль сыграли при этом исследования Бэбкука, Мак-Коллума, Осборна, Шермана и Менделя. Было установлено, что пеллагра, цинга, рахит и бери-бери вызываются неполноценным питанием, «лекарством» оказались витамины.

По мере открытия отдельных витаминов их обозначали буквами латинского алфавита и по их биологической роли, например, витамин D – кальциферол, витамин Е – токоферол (токос – деторождение, ферро – несущий), витамин А – аксерофтол (псерофральмия – глазное заболевание) и др. [71, 212].

Помимо буквенной классификации применяется классификация витаминов, разделяющая их на две большие группы по признаку растворимости их в воде или жирах: водорастворимые витамины и жирорастворимые витамины. Важнейшие витамины и их названия представлены в таблице 2.1 [116, 246, 267, 280].

При изучении химической структуры витаминов было обнаружено, что классификация, представленная в таблице 2.1, недостаточна и не отражает всего многообразия сложно химического строения органических соединений входящих в группу витаминов.

По своему химическому строению витамины многообразны. Они являются производными ненасыщенных ациклических углеводов с числом углеродных атомов 18 и 20, ненасыщенных лактонов аминоспиртов с четвертичным атомом азота, амидокислот, циклогексана, ароматических кислот, нафтохинонов, амидазола, пиррола, бензопирана, пиридина, пиримидина, тиазола, изоаллопсазина и других циклических систем [116, 238, 247].

Таблица 2.1

Важнейшие витамины и их номенклатура

Номенклатура
Буквенная	Химическая (официальная международная)	Физиологическая (по отношению к человеку)
Жирорастворимые
А	Ретинол	Антиксерофтальмический
D	Кальциферол	Антирахитический
Е	Токоферол	Антистерильный
К	Филлохинон	Антигеморрагический
Q	Убихинон	-
F	Комплекс ненасыщенных жирных кислот (линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты)	-
Водорастворимые
В1	Тиамин	Антиневритный
В2	Рибофлавин	Витамин роста
В3	Пантотеновая кислота	Антидерматитный фактор
В5(РР)	Никотиновая кислота и никотиномид	Антипеллагрический
В6	Пиридоксин	Антидерматитный
В12	Цианкобаламин	Антианемический
В15	Глюконодиметиламиноацетат	Антианоксический
ВС	Птероилглутаминовая кислота	-
ВТ	Карнитин	-
С	Аскорбиновая кислота	Антискорбутный
Н	Биотин	Антисеборрейный
Р	Рутин	Капилляроукрепляющий витамин

По своему химическому строению витамины многообразны. Они являются производными ненасыщенных ациклических углеводов с числом углеродных атомов 18 и 20, ненасыщенных лактонов аминоспиртов с четвертичным атомом азота, амидокислот, циклогексана, ароматических кислот, нафтохинонов, амидазола, пиррола, бензопирана, пиридина, пиримидина, тиазола, изоаллопсазина и других циклических систем [116, 238, 247].

При анализе химической структуры витаминов видно, что предложенный К. Функом термин «витамины», включающий представление о жизненно необходимых аминах, полностью не отражает существа этих соединений, так как, хотя многие витамины и содержат циклический азот, но первичная аминная группа имеется только у тиамина и перидоксамина. В то же время почти во всех витаминах содержится гидроксильная группа (первичная, вторичная, фенольная или карбоксильная) [270-271].

Так что корректнее называть, с химической точки зрения, их не витаминами, а витолами. В 1956 г. биохимическая секция Международного союза по чистой и прикладной химии приняла решение, что наиболее рациональной следует признать химическую классификацию витаминов на основе классификации органических соединений.

В настоящее время достаточно подробно исследовано около 30 отдельных витаминов. При этом оказалось, что большинство из них представлены в природе не единичным веществом, а группами из 3 – 5 родственных соединений, отличающихся деталями строения и степенью биологической активности [268, 278].

Остановимся на тех витаминах, которые содежатся в зародыше пшеницы и продуктах его переработки и наиболее часто определяют продукты, как биологически активные.

 

Жирорастворимые витамины

Витамин А (ретинол) – антиксерофтальмический, витамин роста. Изучение этого витамина начато в 1909 г., а синтез осуществлен в 1933 г. Первый открытый витамин и поэтому назван витамином А. Рациональное название 9,13-диметил-7 (1,1,5 триметилциклогексен-5 ил-6-нонатетраен-7,9,11,13ОЛ-15) [267, 246, 247].

Формула

Молекулярный вес 286,4 растворим в жирах и органических растворителях, не растворим в воде. Для природного витамина А характерна трансфигурация всех четырех двойных связей боковой цепи. Кристаллический продукт лимонно-желтого цвета с температурой плавления от 59 до 64° С. Легко окисляется, особенно на свету. В присутствии кислорода ретинол устойчив даже при 100° С. Основным природным источником витамина А для животного и человека являются его провитамины каротины, которые находятся, в основном, в растительном сырье, в частности, β-каротин. Впервые каротины были выделены из моркови, отсюда их название (carato – морковь) [38].

В организме человека и животного быстро окисляется и накапливается в виде альдегидной формы (ретиналь) или карбоксильной (ретиеновая кислота). Витамин А встречается только в продуктах животного происхождения, особенно много его в печени и жире морских рыб и млекопитающих, его провитамины каротиноиды находятся только в растительном сырье, особенно его много в липидной составляющей.

Наиболее широко известная функция витамина А – предотвращение куриной слепоты (глаукомы). Даже в Египетских папирусах, датируемых 1500 г. до н.э., есть упоминания о куриной слепоте: в этом состоянии врачи того времени предписывали есть печень быка. Это было правильно, поскольку печень (теленка, быка, буйвола, трески или какая-нибудь другая) содержит большие количества витамина А.

Кроме сохранения зрения витамин А обеспечивает целостность эпителиальных клеток, которые формируют кожу, слизистую оболочку рта, кишечника, дыхательных и половых путей. Этим клеткам также необходим витамин А для нормального продуцирования слизи, которая защищает и смазывает их.

 Витамин А – необходимый кофактор при продуцировании спермы и развитии яйцеклеток. Кроме того, этот витамин необходим для нормального роста.

В последнее время появились работы, показывающие, что витамин А и его провитамин β-каротин уменьшают риск развития рака легких. Работы, проведенные с группой риска (курильщики и работающие с асбестом) показали, что в группе принимавших витамин А и β-каротин, рак легких наблюдался на 50% реже, чем в контрольной группе [38].

Основные источники витамина А и каротиноидов приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Усредненное содержание витамина А и каротиноидных витаминов в пищевых продуктах

Содержание витамина А		Содержание каротиноидов
Наименование продукта	мг% (мг на 100 гр)	Наименование продукта	мг% (мг на 100 гр)
Печень (говяжья, свиная, птицы)	4	Морковь	8
Печень трески	5	Петрушка	6
Жир тресковой печени	8	Шиповник	4
Жир печени палтуса	20	Масло зародышей пшеницы	15

 

Принято, что биологическая активность каротиноидов в два раза ниже, чем у витамина А.

Суточная потребность человека в витамине А составляет в среднем около 1 мг в сутки или, соответственно, 2 мг каротиноидов.

Сочетание витамина А и каротиноидов с витамином Е значительно усиливает его биологическое воздействие.

 

Витамин Е (токоферол). Первые сведения о существовании витамина, регулирующего процесс размножения были представлены Г. Эвансом в 1925 г., который излечил бесплодие у содержащихся на синтетической диете крыс, добавляя им в корм листья салата. Активное соединение, способствующее развитию эмбриона было выделено из масла зародышей пшеницы. Эти соединения оказались тремя производными бензопитана (α, β и γ). Они и были названы токоферолами (tokos – потомство, phero – несу) [71, 267, 246, 247, 269-271].

В 1938 г. была расшифрована формула токоферола.

β-токоферол отличается тем, что лишен метильной группы в положении 7, а γ-токоферол – в положении 5. В последующее время были выделены еще четыре токоферола, отличающиеся числом и расположением метильных групп в бензольном ядре.

Токоферолы представляют собой прозрачную маслянистую жидкость светло-желтого цвета, нерастворимую в воде. Хорошо растворяются в растительных маслах, хлороформе, эфире, хуже в спиртах и ацетоне. Удельный вес 0,95 г/см³, температура плавления около 0° С, температура кипения 225 - 230° С при 0,01 ммНg. Устойчив к нагреванию до 200° С. Природные токоферолы оптически активны и имеют d-конфигурацию асимметрических атомов углерода [71].

Синтезированный в 1937 г. Каррером и сотрудниками α-токоферол является оптически неактивным продуктом и имеет d и l конфигурации (рацемат). По биологической активности он в 5 – 6 раз уступает природному α-токоферолу.

Токоферолы в зависимости от их строения по биологической активности весьма специфичны. Самой высокой активностью обладает α-токоферол. β-токоферол – 50% от активности α-токоферола, γ-токоферол – 10%.

Токоферолы обладают высокой антиоксидантной способностью. Однако интересно отметить, что антиоксидантная способность токоферолов меняется в обратном порядке по отношению к биологической активности. Наибольшей антиоксидантной способностью обладает γ-токоферол, а наименьшей α-токоферол.

Витамин Е предотвращает или устраняет нарушения кровообращения так как уменьшает свертываемость крови и не дает образоваться тромбам.

В последнее время установлено, что смесь витамина Е и витамина А может способствовать увеличению сорбции кислорода миоглобином и гемоглобином. Это приводит к тому, что мышцы и их нервы обходятся меньшим объемом воздуха вдыхаемого человеком. При этом происходит стимуляция клеточного дыхания. В определенной степени эту синергетическую смесь можно позиционировать как антигипоксант. Это особенно важно для спортсменов, для людей физического труда или работающих в условиях высокогорья.

Дефицит витамина Е приводит к сокращению образования спермы у мужчин и к дисфункциям матки у женщин. Считается, что использование природного α-токоферола в супердозах (до 1 гр. в сутки) является лучшим средством лечения бесплодия [80, 88, 267, 246, 247]. Токоферолы синтезируются только растениями и, в основном, они сосредоточены в их липидных составляющих.

Следует отметить, что впервые токоферолы были выделены из масла зародышей пшеницы. Основными источниками витамина Е являются растительные масла (таблица 2.3) [50, 52, 176, 196, 325].

Таблица 2.3

Среднее содержание токоферолов в растительных маслах

Наименование масла	Содержание токоферолов (мг%)			Суммарное содержание токоферолов и токотриенолов (мг%)
	α форма	β форма	γ форма
1	2	3	4	5
Масло зародышей пшеницы	270	60	30	500
Масло алейронового слоя пшеницы (отрубей)	150	70	50	400
Кукурузное	10	20	10	80
Пальмовое	10	30	30	80
Хлопковое	10	10	20	60
Льняное	20	15	10	60

Продолжение таблицы 2.3

1	2	3	4	5
Подсолнечное	40	10	10	120
Соевое	30	20	20	100
Масло виноградных косточек	50	15	10	100
Масло арбузных косточек	50	20	10	120
Масло из рисовых отрубей	30	40	20	120
Абрикосовое	30	10	10	120
Тыквенное	40	20	10	120

 

Примечание к таблице 2.3.

1) В таблице приведены усредненные данные по содержанию токоферолов, как по литературным данным, так и по данным авторов.

2) Рафинация растительных масел приводит к потере около 50% витамина Е.

3) Содержание токоферолов, как общее, так и их соотношение может колебаться в широких пределах в зависимости от исходного сырья. Например, в масле американской и российской пшеницы преобладает α форма токоферола, в европейском (Голландия) масле соотношение α и β токоферолов 1: 1.

Рекомендуемая норма потребления витамина Е составляет 10 мг в сутки [318, 319].