Saimnieks LV / 2023.gads (Februāris)

Pēdējā laikā viena no aktuālākajām problēmām ir vides globālais piesārņojums, ko lielā mērā rada pārtikas atkritumi. Eiropā pārtikas rūpniecības sektors ik gadu veido miljoniem tonnu blakusproduktu. Galvenokārt tie ir augļu un graudu pārstrādes rūpniecībā ražoti blakusprodukti (spiedpaliekas un klijas). Diemžēl sarežģītās struktūras dēļ šīs nešķīstošās šķiedrvielas minimāli tiek izmantotas pārtikā, un tikai neliela daļa tiek izmantota dzīvnieku barības ražošanā. Savukārt lielākā daļa blakusproduktu nonāk atkritumu poligonos, veido CO₂ gāzu emisiju, veicinot siltumnīcefekta rašanos.

Apzinoties problēmas aktualitāti, 2017. gadā Dārzkopības institūtā (DI) tika uzsākts trīsgadīgs POSTDOC projekts Jaunu sinbiotisku pārtikas produktu izstrāde, izmantojot augu valsts blakusproduktu enzimātisko hidrolīzi 1.1.1.2/VIAA/1/16/201. Projekta mērķis bija jaunu funkcionālu pārtikas produktu izstrāde no augu valsts blakusproduktiem (augļu un ogu spiedpaliekām un graudaugu klijām), izmantojot biokatalizatorus – enzīmus. Šī mērķa sasniegšana institūta zinātniekiem bija liels izaicinājums. Uzdevums bija detalizēti izpētīt blakusproduktu ķīmisko sastāvu un piemeklēt atbilstošus enzīmus nešķīstošo šķiedrvielu, proti, celulozes, hemicelulozes un lignīna šķelšanai. Enzimātiski veidoto hidrolizātu kā probiotisko baktēriju dzīvotspējas stimulatoru un barības vielu avotu, proti, monosaharīdu un ksilooligosaharīdu izvērtēšana tika nodrošināta, izmantojot kuņģa un zarnu trakta simulācijas iekārtu, kas imitēja cilvēka zarnu trakta sistēmu.

Projektā tika pētīti pārtikas blakusprodukti, kam pasaulē ir lielākais īpatsvars un kas tiek izmantoti neefektīvi, piemēram, rudzu un kviešu klijas. Pētījumam tika ņemtas arī reto šķirņu ābolu (paradīzes jeb krebu tipa) spiedpaliekas. Savelkošās garšas dēļ (jo satur daudz tanīnu jeb miecvielu) paradīzes āboli pārtikā tiek izmantoti ierobežoti, pamatā vīna gatavošanā. Tādēļ izsmeļošas informācijas par paradīzes ābolu un to spiedpalieku ķīmisko sastāvu nav. Viens no uzdevumiem bija populārzinātniskā veidā sniegt plašāku informāciju par ābolu un to spiedpalieku ķīmisko sastāvu. Tika izvirzīta arī hipotēze, ka paradīzes āboliem ir vērtīgs bioķīmiskais sastāvs. Ja šī hipotēze apstiprināsies, tad īstenotais projekts ļaus popularizēt krebu tipa ābolu izmantošanu pārtikas sektorā.

Paradīzes ābolu vērtīgās īpašības
Lai izvērtētu augu valsts blakusproduktu un jaunizveidoto (augu valsts blakusprodukti pēc enzimātiskās hidrolīzes) starpproduktu mikrobioloģisko drošību, ķīmisko un bioķīmisko sastāvu un pielietojumu sinbiotisku (pienskābes baktēriju un prebiotiķu mijiedarbība) produktu izstrādei, DI zintnieks V. Radenkovs uzsāka pētījumus vadošā zinātniskā centrā Spānijā CEBAS-CSIC. Izmantojot īpaši jutīgas analītiskās iekārtas un aprobētas metodes, pēcdoktorants kopā ar vadošajiem zinātniekiem veica padziļinātu ķīmiskā un bioķīmiskā sastāva izpēti izvēlētajos blakusproduktos.

Eksperimentāli noskaidrots, ka paradīzes ābolu spiedpaliekas bagātīgi satur abas C vitamīna formas, proti, askorbīnskābi un dehidroaskorbīnskābi. Plašs fenolu savienojumu profils liecina, ka paradīzes āboli un to spiedpaliekas ir unikāls produkts, jo tajos esošajiem fenolu savienojumiem piemīt spēcīgas antioksidatīvās īpašības, kas pilda aizsargfunkcijas, pasargājot šūnas no novecošanas un oksidācijas procesiem. Savukārt spiedpalieku sastāvā esošie tanīni jeb proantocianidīni pilda antimikrobialās, kā arī pienskābes un bifidobaktēriju attīstību stimulējošās funkcijas. Apēdot produktu, kura sastāvā ir pietiekami daudz paradīzes ābolu spiedpalieku, var pasargāt organismu no nelabvēlīgiem vides faktoriem, samazināt vēža, sirds un asinsvadu saslimšanu risku, palēnināt iekaisuma procesus, stimulēt pienskābes un bifidobaktēriju augšanu un apturēt patogēno mikroorganismu attīstību.

Projekta laikā atklāts, ka paradīzes āboli satur miega hormonu melotanīnu, serotonīnu un triptamīnu. Saskaņā ar jaunākajiem pasaules ziņojumiem melatonīna tirgus vērtība 2018. gadā bija 700 milj. USD, un tiek plānots, ka līdz 2025. gadam tā vērtība sasniegs 2790 milj. USD, pieaugot attiecīgi par 18.9 % no 2019. līdz 2025. gadam. Ņemot vērā miega traucējumu izplatību, tendence pieaugt melatonīna pieprasījumam ir nepārprotama. Jāuzsver, ka melatonīns ne tikai regulē miegu, bet arī ir spēcīgs antioksidants, kas palīdz organismam cīnīties ar brīvajiem radikāļiem un palēnināt šūnu novecošanās procesus. Neoficiālā medicīnā ir viedoklis, ka melatonīns aizsargājot pret audzējiem, stiprinot imunitāti, samazinot adrenalīna un citu hormonu līmeni, tā palielinot izturību pret stresu. Diemžēl lielākā daļa pašlaik piedāvātā melatonīna top laboratorijā, izmantojot ķimikālijas un ietekmējot kaitīgo vielu izmešu daudzuma palielināšanos. Kā alternatīvu var minēt zaļo sintēzi, t.i., pielietojot mikroorganismus.

Zaļā sintēze – ilgtspējīga alternatīva
Zaļā sintēze kā ilgtspējīga tehnoloģija ļautu iegūt pietiekami daudz melatonīna un mazināt kaitīgo vielu nonākšanu dabā. Kā liecina paradīzes ābolu ķīmiskais sastāvs, tie varētu nodrošināt stabilu oglekļa (barības vielu) avotu mikroorganismiem kontrolētā fermentācijas procesā. Tāpēc 2022. gadā tika iesniegts Latvijas Zinātnes padomes (LZP) izsludinātais fermentācijas procesa izstrādes un optimizācijas projekts melatonīna ražošanai, kā barības vielu avotu mikroorganismiem izmantojot Latvijā audzētos augļus un ogas, to skaitā paradīzes ābolus ar sarkanu mīkstumu. Ja projekts tiks atbalstīts, tas dos iespēju demonstrēt videi saudzīgo melatonīna biosintēzes risinājumu, izmantojot mikroorganismus un ziemeļu platuma grādos audzētus augļus un ogas. Piedāvātais ilgtermiņa risinājums ietekmēs kaitīgo izmešu samazināšanos un radīs labvēlīgu vidi melatonīna ražošanai.

Kliju vērtīgās īpašības
Veicot kviešu un rudzu kliju apstrādi ar enzīmu preparātiem Spānijas pētniecības centrā, pēcdoktorants novēroja, ka enzīmi hidrolīzes laikā pārveido celulozi un hemicelulozi par cukuriem (glikoze, ksiloze, arabinoze), veicinot bioloģiski aktīvo savienojumu atbrīvošanos. Eksperimentāli noskaidrots, ka hidrolīzes laikā enzīms spēj atšķelt no šķiedrvielu frakcijas bioloģiski aktīvo vielu ferulīnskābi. To plaši izmanto kosmetoloģijā, farmācijā un pārtikā kā spēcīgu antioksidantu un antimikrobiālo preparātu. Zinātnieku atziņas norāda, ka ferulīnskābei piemīt antiaritmiskās un antitrombotiskās īpašības, zema toksicitāte, augsta pretiekaisuma un pretvēža aktivitāte (resnās zarnas, ādas, plaušu un krūts vēža šūnām) spēja samazināt ādas novecošanās procesus. Apzinoties labās ferulīnskābes īpašības, prognozēts, ka tās ražošana pasaulē pieaugs no 2020. gadā līdz 2026. gadam par 6.0 % un sasniegs ~90 milj. USD. Pašlaik ferulīnskābi rūpnieciskā mērogā ražo ķīmiskās sintēzes veidā. Process ir darbietilpīgs, ar ievērojamiem finansiāliem ieguldījumiem, tāpēc ferulīnskābes tirgus cena ir augsta. Piemēram, ferulīnskābes standarta cena izmantošanai farmācijā ir 237 EUR (5 g), zemākas kvalitātes attiecīgi – 135 EUR (100 g). Ferulīnskābes ražošanas procesā izmanto toksiskās vielas un katalizatorus, kas apdraud gan cilvēku veselību, gan apkārtējās vides kvalitāti. Veicot kviešu un rudzu kliju pirmapstrādi ar enzīmu preparātiem, zinātnieks ieguva desmit reizes lielāku ferulīnskābes iznākumu nekā no neapstrādātām klijām.

Pielietojot blakusproduktu enzimātisko apstrādi, DI institūtā 2020. gadā tika uzsākts individuālais LZP viengadīgais projekts. Tā galvenais mērķis bija turpināt uzsākto pētījumu POSTDOC projektā, bet paplašinot celulozi degradējošo enzīmu preparātu klāstu. Par projekta rezultātiem tika sagatavoti trīs zinātniskie un divi populārzinātniskie raksti, kas nolasīti divās starptautiskās konferencēs. Intelektuālā īpašuma aizsardzībai tika sagatavots un reģistrēts izgudrojuma Paņēmiens ferulīnskābes atbrīvošanai no graudaugu blakusproduktiem Latvijas patents.

E grupas vitamīni un fitosteroli
Realizējot POSTDOC projektu un padziļināti pētot paradīzes ābolu ķīmisko un bioķīmisko sastāvu, tika konstatēts, ka tie satur lipofīlus jeb taukos šķīstošos savienojumus. Diemžēl zinātniekiem joprojām diezgan maz zināms par to, kāds ir šādu savienojumu sastāvs paradīzes ābolos. Taču, pamatojoties uz līdzšinējiem zinātniskajiem pētījumiem, kreba āboli kļūst arvien populārāki. To sēklas bagātīgi satur E vitamīnu jeb E vitamīna grupu, kas ietver četrus tokoferola un četrus tokotrienola izomērus (α, β, γ un δ). E grupas vitamīni ir svarīgi jaunības un ķermeņa veselības uzturēšanai un cilvēka organismam nepieciešami katru dienu. Tie piedalās kolagēna un hemoglobīna veidošanā, gādājot par kaulu un ādas veselību, nomāc audzēja šūnu attīstību, aizsargā no trombu veidošanās, pasargā tīklenes redzes receptorus, pozitīvi ietekmē sievietes veselību grūtniecības laikā un arī augļa attīstību. Paradīzes ābolu spiedpaliekās bieži sastopami fitosteroli. Lietojot uzturā ar fitosteroliem bagātu pārtiku, daļēji var samazināt zema blīvuma lipoproteīna (ZBL) holesterīna līmeni asins serumā, tātad slikto holesterīnu. Pārtikas sektoram koncentrējoties uz kvalitatīvu paugstinātas funkcionalitātes pārtikas produktu izstrādi, paradīzes āboliem pēdējā laikā tiek pievērsta paaugstināta interese.

Nešķīstošās šķiedrvielas – skrubis gremošanas traktā
Augļu spiedpalieku un graudu kliju sastāvā dominē nešķīstošās šķiedrvielas, proti, celuloze, hemiceluloze, lignīns, kam ir sarežģīta struktūra. Celulozi degradējošo enzīmu trūkuma dēļ cilvēka organisms nespēj sagremot augu valsts blakusproduktos esošās sastāvdaļas, kas liecina par zemu šķiedrvielu kaloritāti, proti, no 1 g produkta organisms spēj saņemt tikai 2 kal. Galvenā diētisko šķiedrvielu misija ir, darbojoties kā skrubim, attīrīt gremošanas traktu, uzlabot tā peristaltiku un veicināt vielmaiņas galaproduktu izvadīšanu no organisma.

Jāuzsver, ka augu valsts blakusproduktu bioķīmiskais sastāvs ir ļoti bagāts un daudzveidīgs. Taču lielākā daļa bioloģiski aktīvo vielu ir saistītas ar šķiedrvielām, un to atbrīvošanās asinsritē ir minimāla. Lai uzlabotu blakusproduktos esošo antioksidantu atbrīvošanos jeb biopieejamību no šķiedrvielu matricas pēc to uzņemšanas, ir nepieciešama blakusproduktu pirmapstrāde. Projekta ietvaros tika izstrādāts blakusproduktu apstrādes veids, kurā tika izmantoti dažādi dabas izcelsmes celulozi degradējošie enzīmi diētisko šķiedrvielu sagraušanai. Eksperimentāli noskaidrots, ka blakusproduktu enzimātiskā hidrolīze (apstrāde) spēj ietekmēt saistīto bioloģiski aktīvo vielu atbrīvošanos un veicināt nešķīstošo šķiedrvielu pāreju šķīstošā formā. Šķiedrvielu šķelšanas rezultātā veidojas vienkāršie (glikoze, ksiloze, arabinoze) un saliktie (ksilozes oligomēri) cukuri, kas cilvēka organismā kalpo kā barības elementu avots pienskābes baktērijām un bifidobaktērijām. Abām baktēriju grupām ir ļoti svarīga loma cilvēku organismā, tie ne tikai palīdz līdzsvarot labās un sliktās baktērijas, bet arī piedalās imunitātes stiprināšanā, izdalot tādas vērtīgas vielas kā bakteriocīni.

Enzimātiskā hidrolīze ir videi draudzīga metode, jo apstrādes procesā tiek izmantoti tikai dabas izcelsmes enzīmi, tātad bez jebkādas ķīmijas. Veicot enzimātisko hidrolīzi, blakusproduktu organoleptiskās īpašības būtiski mainās. Tā, piemēram, pēc kliju apstrādes ar celulozi degradējošiem enzīmiem gala produkts paliek tumšāks, ar izteiktu ceptas maizes aromātu un saldenu pēcgaršu. Pievienojot maizes pamatreceptūrai 20 % enzimātiski hidrolizēto (apstrādātu) kliju, mīkstuma porainība, kas ir svarīgs kvalitātes radītājs, nemainās. Savukārt, pievienojot vairāk nekā 7 % neapstrādātu kliju, būtiski samazinās mīkstuma porainība, tātad samazinās arī klaipa apjoms.

Kliju apstrāde ļauj pievienot maizes pamatreceptūrai vairāk blakusprodukta, bagātinot to ar vērtīgām un viegli sagremojamām vielām. Enzimātiskā hidrolīze kā pirmapstrādes veids dod iespēju vairāk izmantot blakusproduktus pārtikas produktu ražošanas sektorā, samazinot to daudzumu, kā arī ļaujot uzlabot vides kvalitāti un risināt atkritumu problēmu.

Sojas jogurts ar paradīzes ābolu spiedpaliekām
Pēc Hārvardas universitātes Medicīnas fakultātes veiktajiem pētījumiem, gandrīz 70 % pasaules iedzīvotāju cieš no laktozes nepanesības. Laktozi sauc par piena cukuru, jo tā dabiski atrodama tikai zīdītāju, to skaitā govju, kazu un cilvēku pienā. Cilvēki ar laktozes nepanesību uzturā nevar lietot arī piena produktus, piemēram, krējumu, sieru, jogurtu, saldējumu un sviestu, kas tāpat satur laktozi. Apzinoties problēmas aktualitāti, zinātnieku kolektīvs no Dārzkopības institūta ir izvēlējušies alternatīvu govs pienam, proti, sojas augu pienu, ko tālāk izmantoja sojas jogurta izstrādei. Sojas augu piens tika raudzēts gan ar pienskābes baktēriju Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus acidophilus, gan ar bifidobaktēriju Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12 kultūrām. Lai dažādotu sojas jogurta sortimentu un bagātinātu produktu ar diētiskām šķiedrvielām, jogurta sastāvam tika pievienotas paradīzes ābolu spiedpaliekas. Ābolu spiedpalieku pievienošana piešķir produktam patīkamo augļu garšu un izteikti dabīgo rozā krāsu. Analizējot jogurta ķīmisko sastāvu un uzturvērtību, konstatēts, ka olbaltumvielu, kalcija un kālija saturs neatpaliek no govs piena Grieķu jogurta. Turklāt tam ir zems holesterīna un piesātināto tauku saturs, bet salīdzinoši augsts Omega-3 un Omega-6 taukskābju saturs, kas palīdz aizsargāt asinsvadus no bojājumiem. Izstrādātajam jogurtam ir zema kaloritāte, augsts šķiedrvielu proantocianidīnu un antociānu saturs. Tas uzskatāms par funkcionālo produktu, jo nodrošina organismu ar nepieciešamajām diētiskajām šķiedrvielām un palīdz atbrīvoties no liekā svara.

Diētiskās šķiedrvielu bumbiņas
Viena no straujāk augošajām veselības problēmām mūsdienu pasaulē ir liekais svars un aptaukošanās. Pēc Pasaules Veselības organizācijas (PVO) (angl. World Health organization) 2016. gadā publicētajiem datiem, liekais svars konstatēts 39 %
pieaugušo vecumā no 18 gadiem, aptaukošanās – 13 % gadījumu. Nepietiekamas fiziskās aktivitātes un neveselīgi uztura paradumi veicina aptaukošanos. Līdz ar to 2012. gadā tika pieņemts Latvijas Republikas Veselības ministrijas izstrādātais grozījumu projekts Ministru kabineta noteikumiem Nr. 172 Noteikumi par uztura normām izglītības iestāžu izglītojamiem, sociālās aprūpes un sociālās rehabilitācijas institūciju klientiem un ārstniecības iestāžu pacientiem, kas paredz mainīt skolēnu ēdināšanas paradumus, nodrošinot daudzveidīgu uzturu, kur dominē augļu, dārzeņu un pilngraudu produkti. Šīs rekomendācijas balstās uz veselīga uztura pamatprincipiem un zinātniskiem pētījumiem par diētisko šķiedrvielu ietekmi uz kuņģa gļotādas šūnām un zarnu traktā esošo pienskābes baktēriju un Bifidobacterium spp. augšanu, ka arī augu antioksidantu pozitīvo iedarbību uz cilvēka organismu. Lai dažādotu skolēnu un studentu uzturu ar veselīgiem, diētisko šķiedrvielu saturošiem pārtikas produktiem, tika pieņemts lēmums izstrādāt diētisko šķiedrvielu bumbiņas (batoniņu), kuru sastāvā būtu gan diētiskās šķiedrvielas, gan pienskābes baktērijas (sinbiotisks produkts). Izstrādātā produkta sastāvā ietilpst paradīzes ābolu spiedpaliekas un enzimātiski hidrolizētas klijas, 100 g produkta nodrošina dienas devā 100 % diētisko šķiedrvielu daudzumu. Produktā esošie dabīgie cukuri palīdz uzturēt pievienotās pienskābes baktērijas dzīvas līdz trīs mēnešiem. Baktēriju klātbūtne izstrādātā produktā nodrošina labo un slikto baktēriju līdzsvara saglabāšanos zarnu traktā. Bumbiņu sastāvā kā saldinātājs tika izmantots agaves sīrups, kam ir zemāks glikēmiskais indekss, tādēļ šo produktu uzturā var lietot diabētiķi. Turklāt sinbiotiskās bumbiņas pilnībā izgatavotas no augu valsts izejvielām, tāpēc lieliski der veģetāriešiem un vegāniem. Tā kā produkta ražošanas tehnoloģiskajā procesā izejvielu termiskā apstrāde (temperatūrā) nepārsniedz 45 ºC, izstrādātais produkts ir piemērots arī svaigēdājiem.

Ņemot vērā pozitīvās atsauksmes par izstrādātajām diētisko šķiedrvielu bumbiņām, Dārzkopības institūta zinātnieki pieņēma lēmumu sagatavot izgudrojuma patenta pieteikumu Latvijas Republikas Patentu valdes izskatīšanai. Šobrīd izgudrojums Diētisko šķiedrvielu produkts ar sinbiotiskām īpašībām ir patentēts un pieejams pārtikas ražotājiem, kuri ir ieinteresēti maksimāli izmantot izejvielas un izstrādāt inovatīvus nišas produktus. Pērn decembrī DI sāka eksperimentālo diētisko šķiedrvielu bumbiņu ar sinbiotiskām īpašībām ražošanu, un drīz katra ieinteresētā persona varēs nobaudīt un izvērtēt zinātnieku jaunatklājumu.