Інулін. Харчове волокно, пребіотик, жиро- і цукрозамінник

Інулін - пребіотик, полісахарид, фруктан, який як запасна поживна речовина міститься у коренях багатьох рослин. Ступінь полімеризації інуліну не перевищує 100 (звичайно дорівнює 30-45); молекулярна маса — 5000-6000. Інулін іноді супроводжують так звані інуліди, які мають тільки 10-12 залишків фруктози і завдяки цьому добре розчинні у воді. Фруктани погано розчиняються у холодній і добре у гарячій воді. Макромолекула легко гідролізується, що обумовлено фуранозною формою фруктози. При повному кислотному гідролізі полісахариду утворюється 94-97 % фруктози і 3-6 % глюкози. Інулін та інуліди не забарвлюються йодом.

Інулін складається з 2-60 фруктозних одиниць з однією кінцевою молекулою глюкози. Інулін - це загальна назва, що охоплює всі β-(2,1) фруктани. У більшості випадків інуліни є полідисперсною сумішшю ланцюгів фруктанів з розподілом довжини ланцюга (СП: ступінь полімеризації), що залежить від його рослинного джерела і моменту збору врожаю. Термін олігофруктоза або фруктоолігосахариди використовується для β -(2,1) фруктанів з СП до десяти і середнім СП близько 4.

Сфери застосування:

Фармацевтика:

• для виробництва лікарських препаратів та дієтичних добавок для нормалізації функціонування органів травлення у формі капсул, порошку для перорального застосування у пакетах-саше, таблеток

Нутріціологія:

• у лікувально-профілактичному харчуванні для нормалізації вуглеводного обміну, а також як імуно-модулятор та ентеросорбент
• щодобове вживання інуліну значно підвищує кількість біфідобактерій у кишечнику, знижує кількість патогенних та ентеропатогенних бактерій
• інулін посилює гліколіз, регулює обмін ліпідів, особливо корисно його вживати хворим на цукровий діабет 2-го типу
• розроблені серії харчових біодобавок з інуліном і соками ягід, овочей, екстрактами лікарських рослин

Харчова промисловість:

• застосовується для збагаченння продуктів харчовими волокнами, як текстуроутворювач, загусник, гелеутворювач, стабілізатор, цукрозамінник, жирозамінник у виробництві функціональних, дієтично-функціональних та оздоровчих продуктів харчування

Мікробіологія:

• проба на інулін – досліджувану культуру засівають на живильне середовище, що містить інулін і лакмусову настойку, і ставлять в термостат. Через 18-24 год посіви виймають з термостата. При наявності пневмококів середовище забарвлюється в червоний колір (стрептококи консистенцію і колір середовища не змінюють).

Процес виробництва інуліну

Виробництво інуліну як харчової добавки розпочалося в Європі на початку 1990-х років. Промислове виробництво інуліну майже виключно використовує коріння цикорію як сировину і зосереджене в Нідерландах та Бельгії. Переробка коріння цикорію для виробництва інуліну відбувається більш-менш за тих самих умов і з тим самим обладнанням, що і для виробництва сахарози з цукрового буряка. Як і у випадку з цукровим буряком, обробка також відбувається у осіннє-зимовий період.

Після миття та нарізання коріння інулін екстрагується гарячою водою. Так званий дифузійний сік можна перетворити на прозорий сік шляхом вапнування та карбонізації, подібно до очищення дифузійного соку при переробці цукрового буряка. Як альтернатива, білки та клітинні компоненти можна осаджувати та флокулювати за слабокислих умов і відокремлювати фільтрацією.

Подальше рафінування шляхом кристалізації на цьому етапі, як для виробництва білого цукру, не підходить для природного інуліну: низька розчинність довголанцюгового інуліну дозволяє відокремлення цієї фракції шляхом кристалізації, але коротколанцюгова фракція інуліну залишиться в розчині. З цієї причини для рафінування нативних розчинів інуліну використовуються методи розділення, характерні для виробництва рідких цукрів, таких як глюкоза. Видалення солей і більшої частини кольору відбувається шляхом іонного обміну. Щоб запобігти гідролізу інуліну при низькому рН, весь процес іонного обміну проводиться при низьких температурах. Після цього етапу отримують слабокислий, майже повністю знесолений «тонкий» сік інуліну, який також має світлий колір. Далі характерний гіркий смак цикорію видаляється активованим вугіллям, яке також видаляє будь-який залишковий колір. Очищений сік інуліну концентрується випаровуванням і, нарешті, сушиться розпиленням для отримання порошкоподібного продукту. Сушіння розпиленням відбувається з повністю розчинених розчинів інуліну, в результаті чого утворюються аморфні порошки з гарною розчинністю.

Природний інулін можна розділити на коротколанцюгові та довголанцюгові фракції шляхом кристалізації. Після кристалізації як довголанцюгові, так і коротколанцюгові фракції можна сушити розпиленням до аморфних порошків. Це дає типи інуліну з різним розподілом довжини ланцюга порівняно з природним інуліном, що відкриває можливості для різних застосувань. Довголанцюговий інулін з ступенем полімеризації в діапазоні від приблизно 10 до 60 є основним типом інуліну.

Властивості інуліну

Інулін добре розчинний у воді, поглинає вологу з повітря, «тане». Необхідно чітко дотримуватися умов і термінів зберігання. Оптимальна температура становить 15-20 º С. При тривалому зберіганні інуліну при 20 º С стабільні прозорі розчини можна отримати з концентраціями інуліну < 1,5 %.

Водні розчини інуліну характеризуються низькою в’язкістю, наприклад, 20 % водний розчин інуліну за температури 20 º С має в’язкість 4,5 мПа·с. Інулін стійкий до температур до 140 °C (коли розчинений при майже нейтральному рН) і тому може застосовуватися у виробництві майже всіх видів харчових продуктів.

Він розкладається при температурах вище 140 °C. У порошкоподібній формі термостабільність є вищою.  β-(2,1) глікозидний зв'язок в інуліні схильний до кислотного гідролізу.

Ступінь гідролізу залежить від рН, складу харчового продукту (вміст сухої речовини) та комбінації часу і температури (під час термічної обробки або терміну зберігання). Загалом гідроліз не відбуватиметься при рівнях рН вище 4,0. При значеннях рН нижче 4,0 може відбуватися гідроліз, причому швидкість залежить від фактичного рН і температури. Наприклад, гідроліз не спостерігається при рівнях температури нижче 10 °C при будь-якому рН між 3,0 і 7,5, але при рН 3 при 25 °C близько 10% гідролізу відбувається за 1 тиждень.

Інулін у харчових технологіях

Хоча інулін не діє як загусник або гелеутворювач, у поєднанні з гідроколоїдами він впливає на поведінку цих полісахаридів. Таким чином, інулін може оптимізувати реологічні властивості продуктів. Продукт інуліну є дуже полідисперсним. Він має значний вплив (завдяки своїй ефективності утворенню водневих зв’язків та відповідній розчинності (утворення гелю)) на різні інгредієнти з високим зв’язуванням води, такі як гуарова і ксантанова камедь, карагенан, альгінат, пектин, бобова камедь, мальтодекстрин та крохмаль. Додавання інуліну до загусників може вплинути на в’язкість (зменшення або збільшення) та характеристики плинності водного розчину. При високих концентраціях інуліну в’язкість значно нижча, ніж при низьких концентраціях. Це може бути пов’язано з тим, що ланцюжки інуліну інтерферують з мережею крохмалю таким чином, що в’язкість знижується.

Інулін як гелеутворювач

Приготування гелю з інуліну досить просте: інулін розчиняють у воді, і при охолодженні молекули починають випадати в осад і  кристалізуватися, утворюючи гель. Швидкість осадження або кристалізації та, відповідно, розмір частинок інуліну залежать від температури, концентрації та процесу охолодження.

Процес приготування гелю з інуліну

Приготування 25% (мас./мас.) гелю інуліну:
1.    Розчинити 50 г інсуліну з ступенем полімеризації близько 25 у 150 г води.
2.    Поставити на водяну баню з температурою 72 °C.
3.    Нагрівати протягом 15 хвилин, постійно помішуючи.
4.    Вийняти розчин з водяної бані.
5.    Поставити у холодильник з температурою 5 °C мінімум на 6 годин.

Субмікронні кристали продовжують утворювати агрегати, які з’єднуються між собою, утворюючи мережу. Протягом кількох годин вільна вода захоплюється у мережі кристалізованих частинок інуліну, в результаті чого утворюється гелева структура. Цей гель має реологічні властивості, дуже схожі на властивості жиру, тому інулін є перспективним інгредієнтом для структурування низькокалорійних або безжирових харчових продуктів.

Застосування інуліну у виробництві харчових продуктів

Реологічні та органолептичні характеристики гелів інуліну роблять їх відмінним замінником жиру в широкому спектрі продуктів харчування. Загалом інулін застосовується у таких видах продукції: молочні, хлібобулочні, кондитерькі вироби, напої, дитяче харчування, морозиво, а також у кормах для тварин.

Позитивний вплив спостерігається в наступних застосуваннях шляхом додавання інуліну. З загусниками (ксантаном, гуаром і пектинами) стабілізовані системи напоїв стають більш однорідними при додаванні інуліну. Завдяки впливу водневих зв’язків інулін забезпечує необхідні текучі властивості та фізіологічні ефекти.

В'язкість крохмалю змінюється через більшу спорідненість інуліну до води порівняно з крохмалем. Отримується більш гладкий потік, що може бути перевагою в соусах на основі крохмалю.

Також досягається більш кремовий смак коли інсулін додається до молочних продуктів через взаємодію з молочними компонентами, сироватковими білками та казеїнатом. Цей ефект ще сильніший у поєднанні з ι-карагенаном, як це видно у флананах та миттєвих мусах. У молочних продуктах з низьким вмістом жиру, стабілізованих желатином або мальтодекстрином, розмазуваність і відчуття в роті покращуються при додаванні інуліну, і отримується більш жироподібна структура.

Додавання 7,5% природного інуліну до жирових спредів з 20-40% жиру (емульсії вода/олія) допомагає отримати продукт з гарною структурою та ідеальним смаком. Відмінна смакові властивості роблять його ідеальною низькокалорійною заміною для бутербродного маргарину з 80 % жиру. Гель інуліну на основі 20% довголанцюгового інуліну є основою для дуже низькокалорійного спреду (емульсії вода/олія) з не більше ніж 5 % жиру, а також для молочних спредів, таких як вершки та сирні спреди.

Традиційні проблеми з низькокалорійним або безжировим майонезом і соусами полягають у грубій текстурі з кислим смаком та сухим і кислим післясмаком. З додаванням інуліну (5 %) досягається стабільний низькокалорійний майонез або соус з хорошими текучими властивостями. Крім того, інсулін здатний маскувати кислий смак.

Для приготування низькокалорійного або безжирного йогурту використовується знежирене молоко. Щоб отримати такий ж смак, як у традиційного йогурту, додається інсулін. Завдяки додаванню інуліну в’язкість йогурту підвищується. Дослідження показали, що особливо повітряність у низькокалорійних йогуртах збільшується за рахунок додавання інуліну.

Жир у високоякісному морозиві сприяє сенсорним властивостям (таким як смак, поведінка при плавленні та кремовість) та фізичним властивостям (таким як твердість і стабільність). Роль цукру в морозиві тісно пов’язана з його смаком.

Комерційні горіхові пасти, зокрема пасти з фундуком є жировими продуктами. Сухі інгредієнти подрібнюються і тонко диспергуються в жировій фазі для досягнення потрібного відчуття в роті. Структура на основі 12% природного інуліну з додаванням цукру, какао-порошку, молочних білків та пасти з фундуку дозволяє виробляти смачну низькокалорійну пасту з фундуком (водяна фаза). Порівняно з традиційним продуктом можна досягти зниження калорійності на 45%.

Користь інуліну для здоров'я людини

Застосування інуліну сприяє зниженню рівня глюкози, холестерину й тригліцеридів у крові, він здатний зв’язувати шкідливі речовини, сприяє відновленню ушкодженої стінки судин, поліпшує кровопостачання, нормалізує обмін речовин. Як пребіотик інулін позитивно впливає на біфідобактеріальну мікрофлору ШКТ. Через те, що організм людини не розщеплює β-(1→2)глікозидний зв’язок фруктозанів, інулін не всмоктується в ШКТ. У товстому кишечнику біфідобактерії під час бродіння розщеплюють інулін до ди- і моносахарів. Підтримуючи життєдіяльність біфідофлори, він перешкоджає розмноженню сальмонел і колібактерій. Інулін виявляє імуномодулювальну, протипухлинну та протизапальну активність. Інулінвмісні продукти позитивно впливають на регуляцію обміну речовин при цукровому діабеті, атеросклерозі, ожирінні. Ці продукти діють комплексно й придатні для лікування інфекційних захворювань. Інулін можна застосовувати як антикоагулянтний комплекс. Як поліфруктан інулін є джерелом отримання D-фруктози.

Біологічна роль інуліну для рослин

У клітинах рослин інулін, як інші фруктани, накопичується у вакуолях і виконує роль резервного матеріалу, осморегулятора та антифризу.
Вміст фруктанів іноді досягає 30 % від сухої маси листя, їхній запас в спеціалізованих органах може перевищувати 60 %.

Інулін накопичується переважно в рослинах родин айстрові та цибулеві. Багаті на інулін бульби топінамбура (соняшник бульбистий, земляна груша — Helianthus titberosus), жоржини перистої (Dahlia pinnata). Міститься він також у коренях цикорію (Cithorium intybus), кульбаби (Taraxacum officinale), оману (Inula helenium), ехінацеї (Echinacea pitrpurea) та ін. Кількість його залежить від пори року й кліматичних умов. Максимальний вміст інуліну відмічено восени і взимку.

Виявлення інуліну

Реакція Моліша є загальною на вуглеводи, але нею користуються для виявлення інуліну за відсутності крохмалю (в основному у рослин родини айстрових). При нанесенні на поперечний зріз 2–3 крапель 20 % спиртового розчину α-нафтолу або тимолу і 1 краплини кислоти сульфатної концентрованої повинно з’являтися червоно-фіолетове або оранжево-червоне забарвлення відповідно (інулін).

Морозиво з інуліном

Інгредієнти (на одну порцію 150 г)

• Молоко 2,5 % жирності – 130 г
• Інулін – 30 г
• Ванілін – 1 г
• Чорниця свіжа 50 г

Приготування:

Крок 1. Збити міксером чорницю до однорідного пюре, перетерти через сито.
Крок 2. Підігріти молоко до температури 40 °С, змішати з інуліном та збити до пишної піни. Додати чорничне пюре, ванілін та збити до утворення стійкої пишної піни.
Крок 3. Охолодити масу до – 2 °С та ще раз збити при температурі – 6 °С у фризері.

Йогурт з інуліном

Інулін - це чудовий пребіотик, який живить корисні бактерії у вашому кишечнику. Додавання його в йогурт робить цей продукт ще кориснішим. Ось простий рецепт, як приготувати домашній йогурт з інуліном:

Інгредієнти:

• Молоко (краще використовувати домашнє або пастеризоване, але не ультрапастеризоване)
• Закваска для йогурту (можна придбати в магазині або приготувати самостійно)
• Інулін
• Фрукти або ягоди для смаку (за бажанням)

1. Підготовка молока: нагрійте молоко до температури 37-40 градусів за Цельсієм. Переконайтеся, що воно не закипіло.

2. Додавання закваски та інуліну: додайте закваску для йогурту, строго дотримуючись інструкцій на упаковці. Кількість інуліну залежить від ваших уподобань, але зазвичай достатньо 1-2 чайних ложок на літр молока.

3. Перемішування: ретельно перемішайте суміш, щоб закваска і інулін рівномірно розподілилися.

4. Розлив по банках: розлийте суміш по стерилізованим банкам. Залиште невеликий простір зверху.

5. Ферментація: поставте банки в йогуртницю або термостат. Якщо у вас немає спеціального обладнання, можна використовувати духовку з вимкненою лампочкою або мультиварку з функцією підігріву. Витримайте йогурт протягом 8-12 годин при температурі 40-42 градуси за Цельсієм.

6. Охолодження: після закінчення ферментації, поставте йогурт в холодильник на кілька годин для охолодження.

7. Додавання фруктів та ягід: перед подачею можна додати свіжі або заморожені фрукти, ягоди, горіхи або мед за смаком.

Поради:
Якість молока: Від якості молока залежить смак і консистенція готового йогурту.
Температура: Дотримуйтесь вказаної температури для ферментації, оскільки від неї залежить активність бактерій.
Стерилізація: Перед використанням ретельно стерилізуйте банки та інше обладнання.
Експериментуйте: Спробуйте додавати різні фрукти, ягоди, горіхи та насіння для отримання нових смаків.

Застереження:
Якщо у вас є алергія на молочні продукти, ви можете використовувати рослинне молоко для приготування йогурту. Якщо ви маєте будь-які захворювання шлунково-кишкового тракту, перед введенням нових продуктів в раціон проконсультуйтеся з лікарем.

Смачного!