Резистентный крахмал: полезен и выгоден

Сегодня расскажем о полезном изобретении в сфере молекулярной биологии. Команда ученых улучшает важнейший продукт питания — резистентный крахмал. Востребованность и полезность нового крахмала пояснила завлабораторией технологии модификации крахмала ВНИИ крахмала и переработки крахмалсодержащего сырья — филиала ФГБНУ «ФИЦ картофеля имени А. Г. Лорха» (ВНИИК) Лидия Кузина.

Резистентный — вид крахмала, который не переваривается в тонком кишечнике, как обычный. Вместо этого он «сопротивляется» (отсюда и название — резистентный) перевариванию и проходит далее, в толстую кишку. Там крахмал становится пищей для полезных бактерий, действует как клетчатка и помогает улучшить пищеварение. В результате кишечник работает в более здоровом режиме, а уровень глюкозы в крови выравнивается.

В России единственный научный центр по вопросам переработки зерна и картофеля на крахмал — ВНИИ крахмала и переработки крахмалосодержащего сырья (ВНИИК), филиал Федерального исследовательского центра картофеля имени А. Г. Лорха.

Согласно исследованиям ВНИИК, модифицированный крахмал с повышенной резистентностью выполняет две важнейшие функции: он снижает калорийность и гликемический индекс продуктов (влияние углеводов в продуктах питания на уровень глюкозы в крови). Глюкоза, бесспорно, нужна организму: это главный источник энергии. Но для людей, склонных к ожирению, сахарному диабету и онкологическим заболеваниям, избыток глюкозы опасен.

Поскольку резистентный крахмал медленно переваривается, он не вызывает резких скачков уровня глюкозы и инсулина. Поэтому лаборатории всего мира борются за устойчивость крахмала к ферментам.

Кроме того, резистентный крахмал:

Резистентный крахмал (РК) выступает в роли пребиотика (вещества, стимулирующего активность защитной микрофлоры кишечника). Он не является, в отличие от обычного крахмала, источником быстрой энергии для человека: как говорят ученые, РК обладает нулевой калорийностью для человека, но при этом питает кишечный микробиом. Как это возможно и как это происходит в нашем организме?

Давайте по порядку. РК, как и обычный крахмал, — это цепочка из молекул глюкозы, но у РК они связаны так, что ферменты тонкого кишечника человека (например, амилаза) не могут эффективно расщепить их. Поэтому РК проходит в толстую кишку непереваренным.

Бактерии в толстой кишке, например Bifidobacteria и Lactobacilli, способны ферментировать РК. Эти бактерии расщепляют РК в процессе брожения и выделяют короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК) — бутират, пропионат и ацетат. Эти КЖК cлужат источником энергии для клеток кишечника и оказывают положительное влияние на микробиоту и общее здоровье.

Теперь давайте посмотрим на этот процесс со стороны периодической таблицы Менделеева. Крахмал — сложный углевод. Он состоит из молекул глюкозы, соединенных в длинную цепочку. Фермент амилаза разрушает эту цепочку, глюкоза высвобождается и попадает в кровь.

В привычном нам крахмале смешаны два вида полисахаридов — амилопектин и амилоза.

Амилопектин состоит из сильно разветвленных цепочек. Он легко расщепляется до глюкозы под действием амилазы в слюне, панкреатической амилазы из поджелудочной железы и собственных ферментов тонкой кишки. В результате уровень глюкозы, а затем и инсулина в крови резко поднимается.

Амилоза состоит из линейных, или слаборазветвленных, цепочек, поэтому переваривается долго. Резких скачков уровня глюкозы не происходит. Кроме того, амилоза служит пребиотиком: подкармливает бактерии и помогает поддерживать здоровую микробиоту кишечника.

Ученые разрабатывают крахмалы с высоким содержанием амилозы: они устойчивы к действию ферментов ЖКТ и расщепляются до глюкозы медленно, без риска для организма.

Сотрудники лаборатории технологии модификации крахмала ВНИИК поставили цель создать модифицированный крахмал с резистентностью в два раза выше, чем у зарубежных аналогов. Среди преимуществ запланировали высокую растворимость, устойчивость к окислению при высоких температурах и низкую стоимостью в сравнении с аналогами.

Для этого в лаборатории определяют массовую долю крахмала в продукте. Затем подвергают крахмал действию ферментов. Ферменты расщепляют крахмал до глюкозы, то есть осуществляют реакцию гидролиза. Она немного напоминает известный школьный опыт, когда мы капали на крахмал йодом (см. фото пробирок выше) и наблюдали синее окрашивание. А затем гидролизовали крахмал до глюкозы серной или соляной кислотой — и синее окрашивание исчезало. Только в этом случае для гидролиза вместо кислоты используют ферменты.

В мировой практике была только одна запатентованная и аттестованная методика определения степени резистентности крахмала с помощью ферментов ПАА (панкреатическая альфа-амилаза) и АМГ (альфа-амилоглюкозидаза). Ее разработал ирландский профессор Барри В. МакКлиари. Для разработки метода определения резистентности закупали зарубежные ферменты.

По словам Лидии Кузиной, препараты дорогие: набор всего на 30 определений стоит от 270 евро. А в России можно купить у «Микробиопрома» два литра фермента за 900 рублей и набор буферов за 1800. Этого хватит на 300 образцов, а результаты гидролиза будут одинаковые.

Во ВНИИК разработали собственную методику определения резистентности крахмала на доступных отечественных ферментах. Сначала определяют содержание крахмала в сырье. Затем гидролизуют образец и используют хроматограф, который откалиброван на то, чтобы показывать массовые доли глюкозы после гидролиза. По этим данным рассчитывают степень резистентности.

В 2019 году лаборатория технологии модификации крахмала аттестовала методику определения степени резистентности крахмала и крахмалопродуктов во ВНИИМС. В 2023 году команда зарегистрировала патент, а затем грант 20 млн рублей на разработку технологии резистентного крахмала и выпуск продукции здорового питания по программе Фонда содействия инновациям «УМНИК». В 2024 году технология была представлена на демоднях Национального сетевого акселератора «Архипелаг».

Одна из задач лаборатории технологии модификации крахмала ВНИИК — разработка конкурентного и доступного растительного сырья, качество которого будет выше, чем у традиционного крахмала.

Ряд предприятий, производящих продукты питания, уже внедрили резистентный крахмал в свои продукты. Так, петрозаводская компания по производству пищевых ингредиентов «Ярмарка ППИ» производит под брендом «Зожбери» полбяную, чечевичную и кукурузную каши, смеси для выпечки печенья и кексов, муку и панировочные сухари. Во всех этих изделиях используют резистентный крахмал.