ÉLELMISZERIPARI BIOTECHNOLÓGIÁK Funkcionális élelmiszerek, keményítők és növényi alapú táplálékkiegészítők Tárgyszavak: funkcionális élelmiszer; keményítő; táplálékkiegészítő; növényi kivonatok. Funkcionális élelmiszerek Funkcionális élelmiszereknek nevezik azokat az élelmiszereket, amelyek alkotórészeit fizikailag vagy kémiailag módosítják, speciális tulajdonságokkal rendelkező végtermékek előállítására. Ezen élelmiszerek egészségre gyakorolt kedvező hatása sok esetben fontosabb a bennük rejlő tápértéknél és már jó néhány éve megtalálhatók az üzletek polcain. A funkcionális élelmiszerek először Japánban jelentek meg, napjainkban 5,7 Mrd USD (ebből Európában 2 Mrd USD) értékben kerülnek forgalomba az Egyesült Államok, Japán, Ausztrália és Európa piacain. A forgalmazás hajtóereje a fogyasztók növekvő meggyőződése, hogy a jó közérzetükért az elfogyasztott élelmiszerek megfelelő megválasztásával saját maguk is felelősek. A nyugati országokban a korai halálozásokat elsősorban a diétával kezelhető betegségek okozzák, ezért a megfelelő étrend hozzáférhetőségének a biztosítása egy lehetőség a nyugati országok kormányai számára a jelentősen növekvő egészségügyi költségek csökkentésére. Szívbetegségek A szív megbetegedései évente közel 2 millió ember halálát okozzák. A legnagyobb a halálozási arány az Egyesült Királyságban, Írországban és Finnországban. A megbetegedések száma az idősebb korosztálynál gyakoribb, ezért a népesség elöregedésével, valamint a világ népességének az elkövetkezendő 25 év alatt bekövetkező megkétszereződésével tovább fog növekedni a szív és egyéb megbetegedések (pl. a csontritkulás, a gyomor- és bélrendszeri megbetegedések) száma. A funkcionális élelmiszerek piacának fejlődését biztosítja az élelmiszeripar azon meggyőződése, hogy valóban léteznek olyan, egészségjavító élelmiszerek, amelyek gyártásával és forgalmazásával a multinacionális nagyvállalatok és a gyógyszergyárak a profitjukat is növelhetik. A Leatherhead cég által európai élelmiszer és italgyártó cégeknél végzett felmérés szerint a funk
cionális élelmiszerek fogyasztása az elkövetkezendő öt év alatt egyre nagyobb jelentőségűvé válik. A szívbetegek számára a probiotikumok alkalmazása befolyásolja a legvalószínűbben a funkcionális élelmiszerek elterjedését, de terjed a bél-, csont- és a mentális betegségekre, valamint az immunrendszer működésére ható szerek fogyasztása is. Európában a legelterjedtebbek a szívbetegségekre ható termékek. Sikertermékeknek számítanak a Benecol (McNeil Consumer Nutritionals) és a Flora Proactiv (Unilever) márkanevű termékek, amelyek növényi sztanolészter hatóanyaga a kis sűrűségű lipoprotein (LDL) koleszterin koncentráció csökkentésével csökkenti a koleszterinszintet. A Benecol-t 1995-ben Finnországban vezették be, majd 1999-ben kezdték el forgalmazni az Egyesült Államokban, Európában és Ausztráliában. A Flora Proactiv-ot 2000-ben az Egyesült Királyságban hozták forgalomba. Európa napjainkban a legnagyobb felvevő piaca a koleszterint csökkentő, növényi szterintartalmú termékeknek, bár a reklámok ellenére az új termékek eladása csak korlátozott mértékű. 2001-ben a Lancashire Dairies a McNeil Consumer Nutritionals márkatulajdonos licenceként forgalomba hozta az Egyesült Királyságban a Benecol márkanevű tejet, amelyet Európa többi országában nem fogadtak kedvezően: Dániában például kivonták a forgalomból az élelmiszerekre vonatkozó előírások szigorodása miatt. Újabb fejlesztés a szívbetegségekre az n-3 politelítetlen zsírsavak (n-3 PUFA) (eikozapentaénsav, dokozahexaénsav) beépítése a tojásba, a gabonába és a tejtermékekbe (ilyen például a francia Lactel cég által gyártott Omega-3 tej). Az n-3 PUFA-k a plazmatrigliceridek csökkentésével és a véralvadás gátlásával kedvezően befolyásolják a koszorúér-betegségek lefolyását. Elterjedten alkalmaznak szóját is a szívre ható termékekben, mert a szója csökkenti a vér LDL-koleszterin és triglicerid-tartalmát, izoflavon-tartalma pedig elősegíti a vérlemezkék működését és gátolja a véralvadást elősegítő trombin képződését. Az elmúlt évben a Marks and Spencer cég (Egyesült Királyság) forgalomba hozta a szója alapú &more funkcionális élelmiszer családot, amely azonban nem érte el a várt sikert a fogyasztók körében és a jövője is bizonytalan. A szívbetegek számára készülő funkcionális élelmiszerekben a jövőben folsavat, L-arginint és bioaktív peptideket használnak fel. A kappa-kazein fehérjéből származó bioaktív peptidek gátolják a véralvadást, más típusú bioaktív peptidek az angiotensin-l-konvertáló enzim gátlásán át csökkentik a vérnyomást. 2000-ben a finn Valio forgalomba hozta az Evolus tejet, amely a vérnyomás csökkentésére alkalmas bioaktív peptideket tartalmaz. A bélrendszer megbetegedései A bélrendszer egészségét elősegítő funkcionális élelmiszerek elsődlegesen használatos alkotórészei a probiotikumok, a prebiotikumok és a rostanya
gok. A Danone Yakult és Actimel probiotikus joghurtjai népszerűek Európában. A Nestlé LC1 immunrendszert erősítő probiotikus fermentált italát az alacsony forgalma miatt Franciaországban és az Egyesült Királyságban kivonták a forgalomból. Ennek ellenére az ír Glanbia cégcsoport ebben az évben forgalomba hozta az Everybody probiotikus italt. A probiotikumok javítják a bél mikroflórájának egyensúlyát, csökkentik a hasmenéses tüneteket, szabályozzák az immunrendszert és védenek a vastagbél megbetegedései ellen, de további kutatások szükségesek, különösen az in vivo hatásmechanizmusok vizsgálatok terén. A Valio cég probiotikus LGG kultúráját számos cég – többek között az ír Glanbia és a svájci Emmi cégek – alkalmazza licencként, utóbbi az Emmi fit és az Emmi Plus 4 italaiban használja fel. Újabb fejlesztések a probiotikumok és a prebiotikumok kombinálásával keletkező szinbiotikus termékek fejlesztésére irányulnak. Az Emmi 4 Plus joghurtital előnyei négy területen érvényesülnek: javítja az emésztést, szabályozza a teljesítményt, javítja a teljesítőképességet és fizikai védelmet nyújt. A mentális és a testi, lelki egészség A csontrendszer egészségét biztosító termékeket még nem fejlesztettek ki. Kalciumot gyakran adagolnak az élelmiszerekbe, de ez nem jelent különleges egészségi előnyt. A csontritkulás terjedése több új termék megjelenését vonta maga után. A McNeil Nutritionals több, nagy Ca-tartalmú terméket hozott forgalomba az USA-ban Viactiv márkanéven. A Danone forgalma jelentős az Aktiv márkanevű Ca-tartalmú palackozott víz termékével, amelyet 2001. januárjában hoztak forgalomba és napjainkra 4,7%-os arányt ért el az Egyesült Királyság palackozott víz forgalmazásában. Ugyancsak fejlődő terület a mentális egészség területe és egyéb, speciális területek, így pl. a szem egészségvédelme. A lutein véd az időskori vakság ellen. Kiváló luteinforrások a zöld levelű zöldségek, de az emberek többsége jóval kevesebbet fogyaszt belőlük az ajánlott mennyiségnél, ezért a luteintartalmú termékeknek van létjogosultságuk a piacon. Számos, a mentális egészségre ható termék kapható, amelyek javítják az éberséget és a koncentrációképességet. A RAC autójavító 2001-ben forgalomba hozta a RAC 124 terméket, amely az elfáradt gépkocsivezetőket ébren tartja. 2002 januárjában az USA-beli Mackie’s bevezette a hangulatjavító fagylaltjait, orchidea esszenciát adagolva a termékbe. Ezek a termékek azonban feltehetően nem lesznek hosszú életűek a piacon. Tendencia a népesség különböző szegmenseinek készülő funkcionális élelmiszerek kifejlesztése, többek között az Egyesült Államokban a Quaker Oats’ cég Nutrition for women zablisztje, a General Mills’ Harmony reggelire fogyasztott gabonaétele, valamint az Egyesült Királyságban fogyasztott Nutri
bread kenyér, amely növényi ösztrogént, kankalinolajat és Ca-t tartalmaz és a változó korban levő nők számára ajánlott. Hogyan működik? A széles körű kutatómunka és néhány termék sikere ellenére a funkcionális élelmiszerek fogyasztása nem elterjedt. Sok pénzt fektettek be számos olyan termék kifejlesztésébe, amelyeket azután kivontak a forgalomból, pl. a Kellogg Ensemble vagy a Novartis Aviva terméke. Utóbbi a szív, a csontrendszer és az emésztőrendszer egészségét volt hivatott biztosítani élelmiszerek és italok sorozatával, amelyek mindegyike szabadalmaztatott aktív alkotórészt tartalmazott. A Kellogg 21 funkcionális élelmiszerterméket hozott forgalomba, amelyeket 1 év után kivontak a forgalomból. A Leatherhead tanulmányában a termék reklámja, a fogyasztói tájékoztatás, a hatékonyság és az íz befolyásolja a jövőben ezen élelmiszerek fogyasztását. Ezen termékek fejlesztése jóval több időt és erőforrást igényel, mint más élelmiszereké és italoké. A gyártóknak jelentős kiadásokat kell fordítaniuk a fogyasztók oktatására és a reklámokra a termékek alkalmazásával és a szabályozások ismertetésével kapcsolatban. Az Egyesült Királyságban kódrendszert dolgoztak ki a funkcionális élelmiszerek gyakorlati egészségi hatásainak a mérésére. A kódrendszert a funkcionális élelmiszerek forgalmának várható növekedése alapján és abból a felismerésből alakították ki, hogy a hatályos egészségügyi törvények nem teljes körűek és nem rugalmasak, továbbá korlátozzák a kommunikációt az egészséggel kapcsolatos diéta lehetőségeivel kapcsolatban. A gyártókat és a kiskereskedőket ösztönzik, hogy kérjenek tanácsot a kódrendszer kidolgozóitól és alkalmazzák a kódrendszert. A fogyasztók legyenek meggyőződve a funkcionális élelmiszerek megbízhatóságáról, miután ezt egy szakértői bizottság bizonyítja a termék forgalomba hozatala előtt. Biztosítani kell a folyamatos alapanyag-ellátást a funkcionális élelmiszerek előállítása során. Kritikus a fejlesztőmunka során a hatékony dózis meghatározása és az, hogy a termék íze megfelelő legyen. Funkcionális keményítők A keményítő élelmiszeripari és nem élelmiszeripari alkalmazásának alapját a keményítő molekuláris és fizikai tulajdonságai (a komplex makromolekula multifunkciós természetéből adódóan) képezik. A keményítő tulajdonságai a szerkezetéből nehezen jelezhetők előre. A keményítőnek egyre növekvő szerepe van az iparban, a funkcionális keményítő a vegyipar egy külön ágazatává alakult. A keményítő ipari alkalmazási lehetőségei az alábbiak: – az élelmiszeriparban a viaszos, nagy amilopektin-tartalmú keményítők jó sűrítők, vízzel felmelegítve viszkózus masszát képeznek,
– a nagy amilóztartalmú keményítők vízzel felmelegítve sűrű gélt képeznek és jól alkalmazhatók a zselésítés során, – módosított keményítőt adagolnak a gabonamagvakhoz és a joghurtokhoz a termékek ízének javítása érdekében, a fagyasztott élelmiszerekhez a fagyasztás során a vízveszteség meggátlására és a szószok besűrítésére, – előzselésített keményítőt alkalmaznak az édességek besűrítésére, – a módosított keményítők helyettesíthetik a kis zsírtartalmú ételekben a zsírt. Nem élelmiszeripari területen a keményítőt tabletták adalékanyagaként, női higiéniai termékek nem toxikus alkotórészeként, valamint biológiailag lebontható filmek és fedőrétegek alapanyagaként alkalmazzák, ha nagy felszíni felületi feszültség fenntartása szükséges. Általában ahol biológiai lebonthatóság szükséges, a keményítő kedvező feltételekkel alkalmazható. Keményítőtípusok A keményítő növényi magvakban, gumókban, gyökerekben fordul elő. Két fő alkotórésze a polimer amilóz és amilopektin, amelyek kémiai szerkezetét az 1. ábra mutatja be. A két polimer glükozidkötésekkel összekapcsolt anhidro-glükózláncokból épül fel. Az amilóz és az amilopektin hidrogénkötéseken át sugár irányú rétegeket alkot. Az amilóz lineáris szerkezetű és kisebb molekulatömegű (500 000), míg a néhány millió molekulatömegű amilopektin rövid, erősen elágazó láncokból épül fel. Az Egyesült Királyságban és Európában a keményítő fő természetes forrásai a kukorica, a búza és a burgonya. A trópusi országokban a yam és a kasszavaalapú keményítő elterjedt, bár ezen növények szüretelése és felhasználása nem gazdaságos. A keményítő felhasználásának az alapja a keményítőtípusok fizikai és kémiai változatossága. Legelterjedtebb a szemcsés szerkezetű keményítő. Legkisebb szemcseméretű az 1–10 µm átmérőjű viaszos rizskeményítő. A burgonyakeményítő szemcseátmérője 10–70 µm. A keményítőszemcsék alakja az asszimmetrikus gömb (kukorica) vagy szimmetrikus lemez (búza), a felszínük durva vagy lágy lehet. Az amilóz/amilopektin arány 18–30% amilóz – 70–85% amilopektin között változhat. A viaszos keményítők csaknem kizárólag amilopektint tartalmaznak, néhány natív keményítő (pl. a gabonakeményítő) 70% amilózt tartalmaz. Az amilopektin-molekulák elágazottságának mértéke, a láncok hossza, valamint a foszfor és a zsírok mennyisége keményítőtípusonként változik. A keményítő módosítása Módosítással a keményítő jobban illeszthető a felhasználók igényeihez. Az előfőzött keményítők hideg vízben jól diszpergálódnak. A keményítő–víz
keverékek viszkozitásának szabályozása savval, oxidálószerekkel, enzimekkel lejátszódó reakcióban vagy hő hatására történik. Az amiláz és az amilopektin oxidációja csökkenti e két vegyület átrendeződését.
α-(1→4) kapcsolódás CH2OH
CH2OH
CH2OH
OH OH
OH
OH
amilóz: a legkisebb poliszaccharid, amely a keményítő 20–30%-át alkotja
α-(1→6) kapcsolódás
CH2OH
OH
CH2OH
OH
CH2
OH
amilopektin: erősen elágazó, nagy molekulatömegű, a keményítőszemcsék szerkezetének az alapja
1. ábra A keményítőt felépítő amilóz- és az amilopektin-molekulák szerkezete Az amiláz/amilopektin arány módosítása befolyásolja a keményítő viszkozitását és a bomlását. A keresztkötések növelik a húzószilárdságot, a duzzadással és gélesedéssel szembeni ellenállást és csökkentik a rugalmasságot
és a tapadást. Az amiláz- és amilopektinláncok nagyszámú hidroxilcsoportja miatt a keményítő kiváló vízmegkötő és diszperziós tulajdonságú. A hidroxilcsoportok helyettesítése növeli a keményítő hidrofób tulajdonságát és vízállóságát. A keményítő módosítása időigényes és költséges folyamat, miközben nem kívánatos melléktermékek keletkeznek. A genetikailag módosított keményítők kialakítása és alkalmazása szintén számos problémát vet fel. Új burgonyakeményítő Az élelmiszeriparban elterjedten használnak zselatint zselésítésre, besűrítésre és a termékek tulajdonságainak stabilizálására. Az Avebe holland burgonyakeményítőt előállító cég és a holland alkalmazott kutatások intézete egy új, nagy amilopektin-tartalmú burgonyakeményítőt fejlesztett ki, amelynek a tulajdonságai közel azonosak a zselatinnal és a hőmérséklet függvényében reverzibilis gélt képez. Ez egyébként jelentős módosításnak tekinthető, mert a természetes keményítő nem képez termoreverzibilis gélt. Ez a módosítás lehetővé teszi a gyártás során a zselatin folyékony halmazállapotban tartását, megszilárdulását a végtermékben és hozzájárul a termék jó ízéhez is. Az enzimatikus módosítás során megváltozik a keményítő molekulatömege. Az Avebe-nek ugyanakkor szüksége volt egy olyan enzimre, amely nem változtatja meg a keményítő molekulatömegét, mert a cég meg akarta tartani a keményítő nagy molekulasúlya által biztosított tulajdonságokat, tehát az amilózt és az amilopektint összekapcsoló enzimre volt szüksége. Számos vizsgálat után a Thermus thermophilus hőálló baktériumfaj által termelt amilomaltáz enzimet választották ki (a hőálló tulajdonságra a feldolgozás során volt szükség), amelyet tisztítottak és klónoztak. Az amilomaltáz a keményítőt α-1,4-α-1,4 glükoziltranszferáz reakcióban módosítja. Az így módosított keményítő 5%-os vizes oldatban pH >4,7 értéknél, max. 15 °C gélesedési hőmérsékleten jó minőségű gélt ad. Cukor vagy só adagolása a módosított keményítőhöz növeli a gélesedés sebességét. Spektroszkópos vizsgálatokkal megállapították, hogy a folyamatban az amilopektin oldallánc eloszlása megváltozott, miközben szuper-amilopektin képződött. A módosított keményítő gélesedési és olvadási tulajdonsága 70 °C-on termoreverzibilis volt, szárítását hagyományos eljárásokkal (pl. porlasztva szárítás) végrehajthatták. A zselatin jellegű tulajdonságok mellett a módosított keményítő rendelkezik a burgonyakeményítő valamennyi tulajdonságával. Az enzimatikus módosítás előnye a fajlagosság, a gyorsaság, a hatékonyság és az, hogy a folyamat ipari, ill. mezőgazdasági léptékben is kivitelezhető. Módosított keményítőt alkalmaznak joghurtokban, pudingokban és sajtokban. Nem élelmiszeripari alkalmazási területük a ragasztóanyagok és a fényképészeti filmek előállítása.
Más növényi alapú táplálékkiegészítők A növényi alapú táplálékkiegészítők egészséget javító hatású növényi kivonatok. Leggyakoribb felhasználási területük a bébiételek, fogyókúrát elősegítő táplálékkiegészítők és alternatív gyógyászati szerek előállítása. Az Európai Közösség 2001 szeptemberében EU-harmonizált biztonsági szabályokat határozott meg a vitaminokat és ásványi anyagokat tartalmazó táplálékkiegészítők előállítására és megtiltotta a gyártók számára, hogy a termékeiket úgy reklámozzák, hogy fogyasztásukkal bármely betegség megelőzhető, gyógyítható vagy kezelhető. Ez a rendelkezés ugyanakkor csökkenti a marketing lehetőségeket és a termékfejlesztést. Az E-vitamin és a karotinoidok gyártásában piacvezető cégek a Roche és a BASF, a flavonoidok, izoflavonok és növényi szterinek gyártásában a Chr. Hansen, a Cognis, az ADM és számos kisvállalat. A termékek árai 1998–2001 között 15%-kal csökkentek, ami mintegy 14 M USD veszteséget jelentett. Több, vitamint gyártó cég költött milliókat az árak stabilizálására. A kartell felszámolása megnyitotta a piacot új felhasználók (pl. Kína) számára. A piac nem egységes: az E-vitamin piaca már működőképes, míg az izoflavon-forgalmazásé fejlődik. A növényi alapú funkcionális élelmiszerek érzékenyek, nehéz a gyártási receptúrákba beépíteni, ezért a gyártóknak biztosítaniuk kell a termékeik hatékony támogatását, a költségek kedvező alakulását és a nyersanyag-ellátást. A piac fejlődésének legnagyobb korlátja az árcsökkenés, ezért a gyártóknak gazdaságossá kell tenniük a termelést vagy fejleszteniük kell a gyártási technológiákat. A leggyakrabban alkalmazott növényi alapú táplálékkiegészítő adalékanyagok az alábbiak. Karotinoidok A karotinoidok több mint 600, zsírban oldódó anyagfajtát foglalnak magukba, amelyeket növényi planktonok, algák és növények termelnek, de szintetikusan is előállíthatók. Ragyogó sárga, narancssárga vagy vörös festékanyagot tartalmaznak és megtalálhatók többek között a paradicsomban, a petrezselyemben, a narancsban, a grapefruitban, a spenótban és a vörös pálmaolajban. A karotinoidok az A-vitamin elővegyületei, antioxidáns tulajdonságúak, javítják az idős emberek egészségét és védelmet biztosítanak az időskori, elfajulással járó megbetegedések ellen. Részarányuk a növényi alapú táplálékkiegészítők forgalmában 2000-ben 375 M USD (64%) volt.
E-vitamin Az E-vitamin 8 vegyületből (négy tokoferolból és négy tokotrienolból) épül fel. Az élelmiszerekben antioxidánsként alkalmazzák. A tokoferolokat kémiai szintézissel állítják elő vagy búzacsírából és növényi olajokból (földimogyoró, szója, pálma, gabona, sáfrány, napraforgó) vonják ki. Az E-vitamin forgalma 2001-ben 84,2 M USD (14%) volt. Izoflavonok Az izoflavonok csaknem kizárólag a szójababban található fenolvegyületek. Növényi ösztrogénnek is hívják őket, szerkezetüket tekintve hasonlóak az emlősök ösztradioljához és gyenge ösztrogén hatásuk van. Védelmet nyújtanak a mell, a vastagbél, a prosztata és egyéb rákos, illetve szív- és érrendszeri megbetegedések, valamint a változó kori tünetek ellen. 2000-ben forgalmuk Európában 51 M USD (9%) volt. Flavonoidok A flavonoidok 7%-át (2000-ben 43 M USD) alkotják a növényi alapú funkcionális élelmiszeradalék-anyagoknak. Több mint 4000 polifenol vegyület sorolható e vegyületcsoportba, és megtalálhatók az ehető növényekben, gyümölcsökben, zöldségekben és italokban (bor, tea, sör). Az élelmiszeriparban színezékként alkalmazzák. Antioxidáns, rák- és allergiaellenes hatásuk is ismert. Növényi szterinek E csoportba növényi szterinek és sztanolok tartoznak. A növényi szterinek növényolajokban találhatók, a sztanolok a szterolok hidrogénezett vegyületei. Mindkét vegyülettípus blokkolja a koleszterinfelvételt és megkönynyíti a koleszterin kiürülését a szervezetből. Az élelmiszerek (pl. a margarin) dúsítása növényi szterin- vagy sztanolészterrel növeli a hagyományos élelmiszerek koleszterint csökkentő képességét. Forgalmuk 2001-ben 27 M USD (5%). A fentiek alapján megállapítható, hogy a kihívás a funkcionális élelmiszerek gyártása és forgalmazása terén óriási, ugyanakkor nagy a kockázat is. Ha azonban a társaságok megfelelően kihasználják az adódó lehetőségeket, a gazdasági és az egészséget érintő nyereség óriási lehet. (Regősné Knoska Judit) Angus, F.: Functional foods. = Chemistry and Industry, 2002. 6. sz. márc. 18. p. 14–16.
Ali, J.: Functional starches. = Chemistry and Industry, 2002. 6. sz. márc. 18. p. 18–20. Ibbotson, A.: Phytonutrient market share. = Chemistry and Industry, 2002. 6. sz. márc. 18. p. 21–22.
