Zywnosc, zywienie, zdrowie : bromatologiczna ocena jakosci zywnosci i wybrane elementy z zywienia człowieka 9788360253526, 8360253528 [PDF]

Zitiervorschau

AKADEMIA MEDYCZNA W GDAŃSKU

ŻYWNOŚĆ – ŻYWIENIE – ZDROWIE

Bromatologiczna ocena jakości żywności i wybrane elementy z żywienia człowieka

Pod redakcją Anny Lebiedzińskiej i Piotra Szefera

GDAŃSK 2008

Wydano za zgodą Senackiej Komisji Wydawnictw Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego

Recenzent prof. dr hab. Wojciech Czarnowski

Redaktorzy naukowi: dr hab. n. farm. Anna Lebiedzińska prof. dr hab. n. farm. Piotr Szefer Współautorzy: mgr farm. Jakub Czaja dr n. farm. inż. Małgorzata Grembecka mgr Małgorzata Misztal-Szkudlińska

© Copyright by Medical University of Gdańsk

ISBN 978-83-602535-2-6

Wydawca: Gdański Uniwersytet Medyczny Zlecenie KW/121/09

SPIS TREŚCI ....................................................................................................................5 1. Wstęp 2. Żywieniowe potrzeby człowieka......................................................................................7 2.1. Metody oceny wydatków energetycznych człowieka ..............................................8 2.1.1. Ocena wydatku energetycznego ...................................................................14 2.2. Zapotrzebowanie energetyczne organizmu człowieka ..........................................15 2.3. Ocena wartości energetycznej pożywienia .............................................................18 3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności – badania zawartości składników odżywczych w produktach spożywczych i suplementach diety ..............23 3.1. Białka .......................................................................................................................23 3.1.1. Oznaczanie zawartości białka w środkach spożywczych metodą Kjeldahla ...........................................................................................32 3.2. Tłuszcze ....................................................................................................................36 3.2.1. Oznaczenie zawartości tłuszczu w mleku metodą Gerbera ........................37 3.2.2. Oznaczanie zawartości tłuszczu w produktach spożywczych metodą Soxhleta............................................................................................38 3.3. Węglowodany ...........................................................................................................40 3.3.1. Metody oznaczania węglowodanów w produktach spożywczych .............44 3.3.2. Oznaczanie zawartości cukrów redukujących w mleku metodą Bertranda ..........................................................................................47 3.3.3. Oznaczanie zawartości skrobi w produktach spożywczych metodą polarymetryczną ...............................................................................51 3.3.4. Ocena produktów i pokarmów bogatowęglowodanowych w aspekcie glikemii poposiłkowej – indeks glikemiczny (GI) i ładunek glikemiczny (GL) .........................................................................53 3.4. Witaminy...................................................................................................................55 3.4.1. Oznaczanie zawartości witaminy A (retinolu) w środkach spożywczych i suplementach diety metodą kolorymetryczną ...................55 3.4.2. Oznaczanie zawartości tiaminy w produktach zbożowych i w preparatach farmaceutycznych metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) ................................................................59 3.4.3. Oznaczanie zawartości ryboflawiny w wybranych preparatach farmaceutycznych z wykorzystaniem HPLC ...............................................61 3.4.4. Oznaczanie zawartości ryboflawiny w wybranych preparatach farmaceutycznych z wykorzystaniem techniki wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) ................................................................63 3.4.5. Oznaczanie zawartości witaminy C w produktach spożywczych i w suplementach diety metodą Tillmansa ...................................................67 3.5. Biopierwiastki ...........................................................................................................73 3.5.1. Oznaczanie składu mineralnego produktów spożywczych, suplementów diety i kosmeceutyków...........................................................74 3.5.2. Oznaczanie zawartości fosforu w produktach spożywczych metodą spektrofotometryczną .......................................................................75 3.5.3. Oznaczanie zawartości wapnia w produktach spożywczych i suplementach diety metodą miareczkową z EDTA ..................................76 3.5.4. Oznaczanie żelaza w produktach spożywczych metodą spektrometryczną z 1,10 - fenantroliną ........................................................77

3.5.5. Oznaczanie miedzi w produktach spożywczych i kosmeceutykach metodą AAS (płomieniowej absorpcji atomowej) ......................................79 3.6. Woda .......................................................................................................................86 3.6.1. Ocena jakości wody pitnej ............................................................................88 4. Bromatologiczna ocena jakości zdrowotnej żywności - wymagania prawne dotyczące jakości produktów ..........................................................................101 4.1. Ocena organoleptyczna jakości wybranych produktów spożywczych ...............101 4.2. Ocena jakości tłuszczów jadalnych .......................................................................111 4.3. Wykrywanie i oznaczanie zawartości wybranych substancji dodatkowych ......120 4.4. Środowiskowe zanieczyszczenia żywności ..........................................................135 4.5. Zanieczyszczenia produkcyjne (technologiczne) .................................................137 4.6. Biologiczne zanieczyszczenia żywności...............................................................152 4.7. Pozostałości leków w produktach spożywczych ..................................................158 5. Podstawy racjonalnego żywienia .................................................................................162 5.1. Normy żywienia człowieka ...................................................................................164 6. Żywność nowej generacji w realizacji norm żywienia ...............................................169 6.1. Żywność funkcjonalna – dodatki funkcjonalne ....................................................169 6.2. Suplementy diety ....................................................................................................171 6.3. Nowa żywność - źródło składników o działaniu fizjologicznym........................173 7. Rekomendacje żywieniowe ..........................................................................................179 8. Ocena sposobu żywienia...............................................................................................182 8.1. Jakościowe metody oceny żywienia .....................................................................183 8.2. Ilościowe metody oceny żywienia ........................................................................185 9. Ocena stanu odżywienia ...............................................................................................190 9.1. Badania antropometryczne, lekarskie i biochemiczne .........................................192 10. Podstawy dietetyki w profilaktyce niezakaźnych chorób metabolicznych ..............201 10.1. Żywieniowe uwarunkowania rozwoju chorób niezakaźnych dietoprofilaktyka i dietoterapia ..........................................................................202 10.1.1. Rola żywienia w prewencji i w leczeniu otyłości.....................................202 10.1.2. Żywienie w cukrzycy .................................................................................210 10.1.3. Żywienie w chorobie niedokrwiennej serca .............................................211 11. Specyficzne sposoby odżywiania się różnych grup ludności ....................................219 11.1. Żywienie w sporcie .............................................................................................219 11.2. Wegetarianizm ....................................................................................................221 11.3. Dieta śródziemnomorska ....................................................................................224 12. Zaburzenia odżywiania ................................................................................................229 12.1. Niedożywienie ....................................................................................................229 12.2. Anoreksja – Bulimia ...........................................................................................230 12.3. Nadkonsumpcja...................................................................................................232 13. Nadwrażliwość pokarmowa ........................................................................................234 13.1. Diety stosowane w diagnostyce i leczeniu alergii i nietolerancji pokarmowych ...............................................................................241 14. Interakcje żywności i suplementów diety z lekami...................................................244 14.1. Ocena ryzyka interakcji pomiędzy lekami a składnikami diety .......................259 15. Nutrigenomika – indywidualizacja diety ....................................................................260 16. Kosmeceutyki – produkty kosmetyczne o działaniu leczniczym..............................264 16.1. Składniki bioaktywne kosmeceutyków ........................................................... 266

5

1.

WSTĘP

Od początku XX wieku najważniejszym podmiotem w naukach medycznych jest człowiek w ujęciu holistycznym, czyli uwzględniającym jego harmonijny rozwój fizyczny, umysłowy i społeczny. Pierwsza definicja zdrowia przyjęta w 1948 r. przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) jest definicją obowiązującą do czasów współczesnych, choć postęp wiedzy w zakresie nauk medycznych i biologicznych spowodował jej kolejne modyfikacje – „Zdrowie to pełen dobrostan fizyczny, psychiczny i społeczny, a nie wyłącznie brak choroby, bądź niedomagania”. Współcześnie definicja zdrowia podkreśla wpływ czynników środowiskowych i genetycznych uwarunkowań w etiologii wielu schorzeń. Prawidłowy rozwój człowieka i zachowanie zdrowia zależy od: • środowiska naturalnego (powietrze, woda, gleba i żywność); • stylu życia (sposobu żywienia, aktywność fizyczna i warunki bytowania); • czynników genetycznych; • opieki medycznej. Rozwój cywilizacji, który przyniósł wiele pozytywnych skutków zdrowotnych, takich jak wzrost średniej długości życia ludzi, spowodował jednocześnie nasilenie wielu czynników ryzyka, jak zanieczyszczenie środowiska, osiadły tryb życia, otyłość, rozpad więzi społecznych, rozpowszechnienie się toksykomani, i in. Redukowanie tych czynników jest ważnym elementem programów promocji zdrowia. Tradycyjnymi czynnikami środowiskowymi, które podejrzewa się o wpływ na powstawanie wrodzonych wad rozwojowych i wzrostu zachorowalności na tzw. choroby cywilizacyjne są: promieniowanie radioaktywne, skażenie środowiska, infekcje, podawanie leków oraz czynniki społeczno - ekonomiczne. Obecnie, za najlepiej udokumentowany i poznany środowiskowy czynnik ryzyka zachorowań uważa się niepełnowartościowe żywienie. Bezpieczeństwo produktu i jego aspekty zdrowotne stanowią ważne cechy jakościowe, odnoszą się do składu żywności oraz diety, natomiast bezpieczeństwo określa wymagania, według których produkt musi być „wolny” od zagrożeń z dopuszczalnym ryzykiem. Bromatologia (grec. broma – pokarm, logos – nauka), to nauka stosowana zajmująca się jakością zdrowotną żywności. Przedmiotem oceny bromatologicznej produktów spożywczych i pokarmu są badania składu chemicznego, strawności, przyswajalności, wartości odżywczej, higieny produkcji, przetwórstwa i przechowalnictwa oraz oddziaływania prozdrowotnego żywności, czyli oceny wpływu żywności i sposobu odżywiania na zdrowie człowieka. Różnorodność wytwarzanej żywności jest istotna z żywieniowego i prozdrowotnego punktu widzenia, pozwala na stosowanie diety urozmaiconej i zbilansowanej. Stosowane obecnie nowe technologie wytwarzania żywności, pojawienie się na rynku zupełnie nowych produktów spożywczych tj. suplementów diety, żywności wzbogacanej witaminami i biopierwiastkami - to główne czynniki generujące rozwój nowoczesnych metod instrumentalnych stosowanych w analizie żywności. Badania analityczne żywności, w tym wprowadzanie nowych metod umożliwiających określenie zawartości składników odżywczych, substancji celowo dodawanych oraz zanieczyszczeń środowiskowych i produkcyjnych mają szczególne znaczenie nie tylko w naukach o żywności i żywieniu człowieka, lecz również w praktyce, zarówno klinicznej jak i w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym.

6

A. Lebiedzińska

Bromatologia odznacza się wśród uniwersyteckich placówek badawczodydaktycznych zajmujących się żywnością i żywieniem ludzi zdrowych i chorych zakresem realizowanych zagadnień. Oprócz badań dotyczących składu żywności i wpływu żywienia na zdrowie człowieka wyszła naprzeciw potrzebom realizacji zadań związanych z problematyką interakcji pomiędzy składnikami żywności i suplementami diety, a lekami. Ranga nauk żywieniowych jest tak duża, że są wykładane na wielu uczelniach wyższych takich, jak uniwersytety medyczne (wydziały farmaceutyczne, lekarskie i zdrowia publicznego), ekonomiczne oraz w akademiach rolniczych i wychowania fizycznego. Skrypt do ćwiczeń i zajęć fakultatywnych został opracowany dla studentów Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. Anna Lebiedzińska

7

2.

ŻYWIENIOWE POTRZEBY CZŁOWIEKA Jakub Czaja, Anna Lebiedzińska

Prawidłowy rozwój, sprawność fizyczna i umysłowa oraz stan zdrowia człowieka w znacznej mierze zależy od stylu życia, tzn. od sposobu żywienia i jakości zdrowotnej diety. Fizjologia żywienia wciąż dostarcza nam nowych, ciekawych informacji na temat roli różnych składników pokarmowych w procesie przemian metabolicznych, ich wzajemnego oddziaływania, oraz wpływu na kształtowanie wydolności organizmu, stanu naszego zdrowia, witalności i ogólnego samopoczucia. We współczesnej nauce o żywieniu wymienia się kilkadziesiąt składników odżywczych, które wraz z pożywieniem powinny być dostarczone w odpowiednich ilościach i proporcjach. Od nich zależy przebieg i ukierunkowanie procesów metabolicznych. Pokarm człowieka to substancje chemiczne produktów pochodzenia roślinnego, zwierzęcego, jak również grzyby, pierwotniaki i bakterie, które oprócz wartości odżywczej odgrywają pewną rolę w procesach trawienia, przyswajania i przygotowywania pokarmu. Prawidłowe żywienie to regularne spożywanie takich pokarmów, które dostarczają organizmowi optymalnych ilości energii i zalecanych składników odżywczych we właściwych proporcjach i z odpowiednią częstotliwością. Pożywienie powinno być dostosowane do rzeczywistych potrzeb organizmu, z uwzględnieniem wieku, płci, stanów fizjologicznych, takich jak ciąża i laktacja oraz rodzaju wykonywanej pracy. Aby spożyta energia została właściwie wykorzystana, człowiek powinien wykazywać się określoną aktywnością fizyczną, która zapobiega nadwadze i otyłości, a także pozwala lepiej przystosować organizm do różnorodnych warunków środowiskowych, które na nas ciągle oddziaływują. SKŁADNIKI ODŻYWCZE POKARMU Wartość odżywcza żywności - to przydatność produktów spożywczych i całodziennych racji pokarmowych do pokrycia potrzeb organizmu związanych z jego przemianami metabolicznymi. W celu zachowania prawidłowych procesów życiowych organizm człowieka potrzebuje stałego dostarczania mu związków organicznych i nieorganicznych. Składniki odżywcze pokarmu ze względu na swoją budowę chemiczną możemy podzielić na: białka, tłuszcze, węglowodany, witaminy, składniki mineralne i wodę. Uwzględniając pełnione funkcje w organizmie człowieka rozróżniamy następujące składniki pokarmowe: • dostarczające energię – węglowodany, tłuszcze i białka • budulcowe – białka, składniki mineralne i tłuszcze • regulacyjne – witaminy, składniki mineralne, białka, błonnik pokarmowy i inne związki biologicznie czynne (np. polifenole) Pobierane z pożywieniem składniki odżywcze uwalniane są w przewodzie pokarmowym podczas procesów trawienia i wchłaniania, a następnie przechodzą do krwi, gdzie przyswajane są przez komórki ustrojowe. Aby organizm ludzki mógł prawidłowo funkcjonować, należy mu dostarczyć związki odżywcze w odpowiednich ilościach i proporcjach. Od nich zależy przebieg i ukierunkowanie procesów metabolicznych.

8

J. Czaja, A. Lebiedzińska

W celu utrzymania prawidłowych procesów przemiany materii należy przyjmować z pożywieniem określoną ilość wody, która ułatwia transport składników pokarmowych do wszystkich komórek organizmu oraz pomaga wydalać niepotrzebne produkty przemiany materii. METODY OCENY WYDATKÓW ENERGETYCZNYCH CZŁOWIEKA Funkcjonowanie organizmu ludzkiego jest nierozerwalnie związane z energią. W przeciwieństwie do roślin, zwierzęta nie są zdolne asymilacji energii słonecznej, dlatego też muszą spożywać pokarm stanowiący źródło substratów energetycznych, które w wyniku procesów spalania dostarczają energii niezbędnej do ich istnienia. Energia jako wielkość fizyczna opisuje zdolność do wykonywania pracy i/lub zdolność do spowodowania przepływu ciepła. Z fizjologicznego punktu widzenia energia (E) oznacza zdolność organizmu do wykonywania pracy i jest wyrażona jako iloczyn siły (F) i drogi (d):

E = F⋅d Energię wyraża się w dżulach (J) lub kaloriach (cal). Kaloria to ilość energii (ciepła), która jest potrzebna do ogrzania 1 g czystej chemicznie wody pod ciśnieniem 1 atmosfery o jeden stopień Celsjusza (od 14,5ºC do 15,5ºC). Dżul to ilość energii, która musi być przyłożona, aby przesunąć ciało o masie 1 g z prędkością 1 m/s. Dżul jest jednostką SI stosowaną w międzynarodowym systemie metrycznym. Kaloria jest jednostką ciepła. Obie jednostki mogą być stosowane zamiennie:

1 J = 0,2388 cal 1 cal = 4,1868 J Jeden dżul oraz jedna kaloria są jednostkami charakteryzującymi procesy niskoenergetyczne, stąd powszechnie używa się jednostek takich jak kilodżule lub kilokalorie. W języku potocznym niepoprawnie operuje się terminem „kaloria” w rozumieniu kilokalorii. Określenie wydatku energetycznego człowieka umożliwia zachowanie właściwego bilansu energetycznego. Metody pomiaru wydatku energetycznego pozwalają określić natężenie podstawowej przemiany materii (PPM), jak również wydatek energetyczny towarzyszący wykonywaniu różnorodnych czynności. Wyróżniamy trzy główne grupy metod umożliwiające wyznaczenie wydatku energetycznego: • Kalorymetria bezpośrednia, • Kalorymetria pośrednia, • Metody niekalorymetryczne.

2. Żywieniowe potrzeby człowieka

9

Metody kalorymetrii bezpośredniej oparte są na założeniu, iż wszystkie procesy biochemiczne przebiegają z wytwarzaniem ciepła. Założenie to dotyczy zarówno procesów potrzebnych do utrzymania funkcji podstawowych narządów, jak również procesów energetycznych umożliwiających wykonanie pracy mięśniowej. Pomiaru wydatku energetycznego dokonuje się w specjalnych komorach o pojemności do 10 m3 wyposażonych w system wężownic, przez które przepływa woda o znanej objętości i temperaturze (rycina 1). Woda absorbuje ciepło wypromieniowywane przez osobę znajdującą się w komorze zmieniając swoją temperaturę proporcjonalnie do ilości wydatkowanej energii cieplnej. Ponadto, w komorze zainstalowany jest system recyrkulacji powietrza, w którym zestaw filtrów absorbuje wydalany dwutlenek węgla. Następnie oczyszczone powietrze wraca z powrotem do pomieszczenia po uprzednim dotlenieniu, co zapobiega utracie ciepła wraz z wydalanymi gazami. Komory mogą również być wyposażone w przedmioty użytku codziennego, przyrządy do ćwiczeń, itp., ale wówczas w obliczeniach należy uwzględnić ciepło wypromieniowane przez same urządzenia.

Rycina 1. Schemat komory kalorymetrycznej [11]

Do zalet kalorymetrii bezpośredniej należy zaliczyć dobrą dokładność, precyzję i czułość metody, jak również fakt, iż w sposób bezpośredni mierzy wydatek energetyczny. Wadą metody jest konieczność przeprowadzania dość skomplikowanych obliczeń, kosztochłonność oraz fakt, iż nie oddaje ona warunków naturalnych. Nie dostarcza również informacji o substratach energetycznych. Metody kolorymetrii pośredniej polegają na założeniu, iż energia uzyskiwana jest na skutek utleniania substancji odżywczych, w wyniku czego powstają cząsteczki dwutlenku węgla i wody w ilości proporcjonalnej do wydatkowanej energii.

SUBSTRAT + O2 → CO2 + H2O + CIEPŁO

1 kJ energii → 50 mL O2 1 kcal energii → 207 mL O2 22,2 kJ (4,82 kcal) → 1000 mL O2

10

J. Czaja, A. Lebiedzińska

Stosunek objętości wydzielonego CO2 do zużytej objętości O2 określa się mianem współczynnika oddechowego WO (RQ – ang. respiratory quotient) przyjmującego różne wartości w zależności od rodzaju spalanego substratu, np.: dla cukrów wynosi on ok. 0,99: dla tłuszczów 0,71, a dla białek 0,80. W warunkach standardowych (0 °C, 760 mmHg, niska wilgotność) można obliczyć wydatek energetyczny na minutę wg wzoru:

WE (kJ/min) = 20,2 ⋅ VO 2 Podczas badania przebiegającego przez dłuższy okres czasu, na podstawie zmierzonych parametrów poboru tlenu i wydalania dwutlenku węgla oraz ilości azotu wydalanego wraz z moczem, ilość wydatkowanej energii oblicza się wykorzystując m.in. wzór Elie i Libseya: WE (kJ/min) = 15,91 ⋅ VO2 (L/min) + 52,07 ⋅ VCO2 (L/min) – 4,646 ⋅ N2 wydalony (g/min) gdzie: VO2 – objętość pobranego tlenu VCO2 – objętość wydalonego dwutlenku węgla Pomiary z zastosowaniem kalorymetrii pośredniej dokonuje się wykorzystując specjalne systemy zamknięte różnej wielkości dokonujące pomiarów parametrów oddechowych. Do systemów zamkniętych zalicza się m.in. komory respiracyjne (rycina 2) spirometrię w zamkniętym obiegu (rycina 3), worki Douglasa (rycina 4) oraz systemy „breath by breath”. Wszystkie wymienione techniki dokonują pomiarów objętości zużywanego tlenu oraz objętości produkowanego dwutlenku węgla.

Rycina 2. Komora oddechowa [11]

2. Żywieniowe potrzeby człowieka

11

Rycina 3. Spirometria w obiegu zamkniętym [11]

Rycina 4. Worek Douglasa [11]

Z zalet kalorymetrii pośredniej należy wymienić dokładność, precyzję i czułość oraz fakt, iż dostarcza ona informacji o rodzaju substratów energetycznych. Ponadto zaletą kalorymetrii pośredniej jest możliwość dokonywania pomiarów w warunkach naturalnego środowiska (w formie przenośnych systemów breath by breath). Wadą są wysokie koszty analiz oraz skomplikowane technicznie procedury, jak również złożone obliczenia. Do niekalorymetrycznych metod pomiaru wydatku energetycznego należą: • metoda podwójnie znakowanej wody, • metoda znakowania wodorowęglanów, • metoda oparta o pomiar tętna, • akcelerometria, • metody obliczeniowe. Metoda podwójnie znakowanej wody jest jedną z najdokładniejszych metod wykorzystywanych w pomiarze wydatku energetycznego. Polega na wprowadzeniu do orga-

12

J. Czaja, A. Lebiedzińska

nizmu izotopów H2 i O18 w postaci wody (około szklanki). Następnie, atomy wodoru wydzielane są w postaci cząsteczek wody (mocz, pot, parowanie). Wydzielanie tlenu zachodzi zarówno w postaci wody (mocz, pot, parowanie), jak i dwutlenku węgla (procesy oddechowe), dlatego też tempo jego wydalania jest szybsze (rycina 5). Różnica pomiędzy zawartością wodoru i tlenu pozwala określić wydatek energetyczny w dłuższym okresie czasu (okres musi być dwukrotnie dłuższy niż okres półtrwania izotopów, tj. dla dzieci T½ – 6-7 dni, dorosłych T½ 12-14 dni oraz osób starszych T½ 18-21dni).

Rycina 5. Tempo zaniku izotopów wodoru (deuter) i tlenu w płynach ustrojowych [7]

Zaletą metody jest w duża dokładność oraz możliwość przeprowadzania pomiaru w warunkach wolno żyjących. Do wad należy zaliczyć bardzo wysokie koszty pomiaru, skomplikowane technicznie badania oraz czasochłonność analizy. Metoda znakowania wodorowęglanów polega na znakowaniu izotopem węgla C13 wodorowęglanu podawanego infuzyjnie, a następnie dokonuje się pomiaru ilości wydalanego izotopu w postaci dwutlenku węgla. Podobnie, jak technika oparta na znakowaniu wody, jest to metoda dokładna, ale wymagająca odpowiedniego sprzętu diagnostycznego oraz skomplikowanych obliczeń.

Pomiar wydatku energetycznego oparty jest na pomiarze tętna wychodząc z założenia, iż pobór tlenu wzrasta liniowo wraz ze wzrostem wydatku energetycznego towarzyszącemu wzrastającej aktywności fizycznej. Metoda ta nie nadaje się do pomiaru wydatku dla aktywności o bardzo niskim oraz bardzo wysokim natężeniu powodując przeszacowanie lub niedoszacowanie na poziomie 20%. Akcelerometria jest techniką opartą o pomiar aktywności ruchowej na jednej, dwóch lub trzech płaszczyznach. Wyposażone w procesory akcelerometry dokonują przeliczeń wykonanych ruchów na wydatek energetyczny umożliwiając badanie w naturalnym środowisku życia. Wadą akcelerometrii jest fakt, iż może ona niedoszacowywać wydatek energetyczny na poziomie 10%.

2. Żywieniowe potrzeby człowieka

13

Metody obliczeniowe wykorzystują równania i tabele, które pozwalają określić dzienny wydatek energetyczny poprzez obliczenie podstawowej przemiany energii oraz zakwalifikowanie do grupy osób wykonujących pracę lekką, umiarkowaną bądź ciężką.

Podstawowa przemiana energii – PPM (BMR – ang. basal metabolic rate) to ilość energii niezbędna do utrzymania podstawowych procesów metabolicznych organizmu w optymalnych warunkach bytowych. PPM można wyznaczyć przy użyciu wzorów uwzględniających wiek, masę ciała oraz płeć badanej osoby (tabela 1). Tabela 1. Wartość podstawowej przemiany materii (PPM) [9] Wiek (lat)

Mężczyzna

Kobieta

10–18

Masa ciała (kg) × 17,5 + 651

Masa ciała (kg) × 12,2 + 746

18–30

Masa ciała (kg) × 15,3 + 679

Masa ciała (kg) × 14,7 + 494

31-60

Masa ciała (kg) × 11,6 + 879

Masa ciała (kg) × 8,7 + 829

Poziom aktywności fizycznej PAL (ang. physical activity level) określa średni poziom aktywności fizycznej wykonywanej podczas jednej doby przez jedną osobę. Wyznaczenie PPM oraz zakwalifikowanie do grupy osób o niskiej, średniej lub wysokiej aktywności fizycznej umożliwia określenie WE (dziennego wydatku energetycznego –ang. total energy expenditure, TEE) wyrażonego jako wielokrotność PPM: WE = PPM ⋅ PAL 1. 2. 3.

osoby o małej aktywności (głównie tryb siedzący) osoby o umiarkowanej aktywności (regularne szybkie chodzenie) osoby o wysokiej aktywności fizycznej (regularne ćwiczenie)

PPM×1,4 PPM×1,7 PPM×2,0

Zakwalifikowanie do poszczególnych grup o zróżnicowanym poziomie aktywności umożliwiają kwestionariusze wywiadu uwzględniające pytania dotyczące rodzaju, czasu trwania oraz intensywności wykonywanej pracy lub aktywności fizycznej. Raport FAO/WHO/UNU z 2004 r. wyróżnia: • pracę lekką: tryb siedzący 75% spędzanego czasu, praca głównie siedząca; PAL = 1,4-1,5 • pracę umiarkowaną: tryb siedzący 25% spędzanego czasu, praca fizyczna czy umiarkowana aktywność fizyczna minimum 1 godzinę dziennie; PAL = 1,7 • pracę ciężką: tryb siedzący 25% spędzanego czasu, ciężka praca fizyczna, wysoka aktywność fizyczna minimum 1-2 godziny dziennie; PAL = 2,0.

14

J. Czaja, A. Lebiedzińska

Oceny poziomu aktywności fizycznej można również dokonać przy użyciu krokomierzy. Ilość kroków zrobionych w ciągu dnia umożliwia zakwalifikowanie do poszczególnych grup: < 5000 kroków/dobę • o małej aktywności fizycznej, praca lekka • o umiarkowanej aktywności fizycznej, praca umiarkowana 5000-10000 kroków/dobę • o wysokiej aktywności fizycznej, praca ciężka > 10000 kroków/dobę. Metoda obliczeniowa (ilość kroków) charakteryzuje się małą dokładnością i umożliwia jedynie orientacyjne oszacowanie dziennego wydatku energetycznego. 2.1.1.

OCENA WYDATKU ENERGETYCZNEGO

OCENA WYDATKU ENERGETYCZNEGO OPARTA O KWESTIONARIUSZ WYWIADU Ćwiczenie

Wypełnienie kwestionariusza wywiadu umożliwi zakwalifikowanie respondentów do grupy osób o małej, umiarkowanej, bądź wysokiej aktywności fizycznej i określenie PAL. Uwzględniając aktualną masę ciała, wykorzystując dane zawarte w tabeli 1 wyznacz PPM oraz dzienny wydatek energetyczny WE. OCENA WYDATKU ENERGETYCZNEGO OPARTA O ILOŚĆ ZROBIONYCH KROKÓW Ćwiczenie

Przy użyciu krokomierza należy określić dzienną ilość wykonywanych kroków, która umożliwi zakwalifikowanie do grupy osób o małej, umiarkowanej, bądź wysokiej aktywności fizycznej. Uwzględniając aktualną masę ciała na podstawie tabeli 1 wyznacz PPM oraz dzienny wydatek energetyczny WE. OCENA WYDATKU ENERGETYCZNEGO DOWOLNEJ GRUPY OSÓB W przypadku określania zapotrzebowania dla grupy osób wykorzystuje się dane tabelaryczne uwzględniające wartości średnie dla ww. czynników dla określonej populacji (tabele 2, 3 i 4). Przy pomocy tabel możliwe jest jedynie średnie wyznaczenie wydatku energetycznego grupy osób. Ćwiczenie

W oparciu o dane tabelaryczne (tabela 2 i 3) wyznacz dzienny wydatek energetyczny swojej grupy uwzględniając płeć, średni wiek oraz średnią masę ciała.

2. Żywieniowe potrzeby człowieka

2.2.

15

ZAPOTRZEBOWANIE ENERGETYCZNE ORGANIZMU CZŁOWIEKA

Dostarczanie składników energetycznych, takich jak węglowodany, białka i tłuszcze umożliwia funkcjonowanie organizmu człowieka. Energia uwalniana w wyniku procesów utleniania zamieniana jest w energię wysokoenergetycznych wiązań fosforanowych ATP (adenozynotrójfosforanu). Organizm wykorzystuje energię z ATP do podtrzymania podstawowych funkcji organów (podstawowej przemiany materii - PPM), procesów związanych z termogenezą, jak również procesów związanych z prowadzoną aktywnością fizyczną. Zapotrzebowanie energetyczne organizmu ludzkiego jest uzależnione od takich czynników, jak płeć, wiek, masa ciała, skład ciała, stan fizjologiczny organizmu, poziom aktywności fizycznej, warunki klimatyczne. Kobiety mają niższe zapotrzebowanie energetyczne niż mężczyźni, co jest m.in. wynikiem niższej masy ciała, jak również różnego tempa przebiegu procesów metabolicznych ustroju. Zapotrzebowanie energetyczne wzrasta wraz z wiekiem i swoje apogeum osiąga w przypadku chłopców w wieku 15-18 lat (3000 kcal/dobę), a w przypadku dziewcząt w wieku 11-14 lat (2200 kcal/dobę), po czym następuje okres stabilizacji do 50. r. ż. (mężczyźni - 2900 kcal/dobę, kobiety - 2200 kcal/dobę). Po 50. r. ż. zapotrzebowanie na energię spada do ok. 2300 kcal/dobę w przypadku mężczyzn oraz 1900 kcal/dobę w przypadku kobiet. Stopniowy wzrost zapotrzebowania energetycznego w pierwszych kilkunastu latach życia związany jest z intensywnym rozwojem młodego organizmu. W pełni rozwinięty organizm posiada względnie stałe zapotrzebowanie na energię, które z biegiem lat powoli obniża się wraz ze spadkiem tempa procesów metabolicznych organizmu (tabela 2, 3 i 4). Określając zapotrzebowanie energetyczne organizmu należy wziąć pod uwagę nie tylko masę ciała, ale i zawartość tkanki tłuszczowej. Osoby o wysokiej zawartości tkanki tłuszczowej posiadają wysoką masę ciała, ale tkanka tłuszczowa w przeciwieństwie do tkanki mięśniowej nie wymaga dużej ilości energii. Określając zapotrzebowanie na energię przez osoby z nadwagą lub otyłością należy brać pod uwagę rzeczywistą zawartość tkanki mięśniowej. Im większa ilość tkanki mięśniowej, tym większa ilość energii powinna być dostarczona podczas wykonywania pracy mechanicznej. Stan fizjologiczny w istotny sposób wpływa na zapotrzebowanie energetyczne człowieka. Ciąża, okres karmienia dzieci, stany chorobowe i stany rekonwalescencji zwiększają zapotrzebowanie na związki energetyczne pochodzące z diety. Kobiety w ciąży potrzebują 300 kcal, a karmiące 500 kcal więcej niż wynosi średnie zapotrzebowanie dla kobiet w danym przedziale wiekowym, o określonej masie ciała. Do wzrostu poziomu podstawowej przemiany materii (PPM) dochodzi również podczas stanów chorobowych. Zmobilizowany do obrony organizm zwiększa tempo przemian metabolicznych, co w rezultacie powoduje wzrost zapotrzebowania na energię. Zapotrzebowanie na energię zależy również od poziomu aktywności fizycznej (rozdz. 1.1). Wraz ze wzrostem poziomu aktywności fizycznej wzrasta zapotrzebowanie energetyczne organizmu człowieka. Cechą organizmu ludzkiego jest stałocieplność. Strefą termoneutralną człowieka, w której odczuwa on komfort cieplny i przebywanie w niej nie pociąga za sobą zmian w tempie przemian metabolicznych i produkcji ciepła, jest temperatura 22-23 °C. Przebywanie w temperaturach niższych zmusza organizm ludzki do procesów dodatkowej

16

J. Czaja, A. Lebiedzińska

produkcji ciepła na ogrzanie organizmu (termogeneza). Natomiast w gorącym otoczeniu organizm stara utrzymać stałą temperaturę ciała nasilając procesy pocenia i parowania, częstość skurczów mięśnia sercowego i częstotliwość oddechu. Obciążenie termiczne człowieka wyrażone jest przez wartość wskaźnika WBGT (ang. Wet bulb globe temperature) łączącego w sobie wpływ temperatury, wilgotności powietrza oraz promieniowania na organizm. Wartości WBGT wyraża się w stopniach Celsjusza. Zapotrzebowanie energetyczne może być rozpatrywane jako zapotrzebowanie indywidualne lub zapotrzebowaniem dla określonej grupy. Zapotrzebowanie energetyczne grupy ludności jest zapotrzebowaniem uśrednionym dla osób wchodzących w skład danej populacji i może stanowić tylko wytyczne dla większej liczby osób. Zapotrzebowanie indywidualne, które może znacznie odbiegać od zapotrzebowania grupy, zależy ściśle od wymiarów ciała, jego składu, poziomu aktywności i powinno być pokrywane poprzez spożywane składniki energetyczne. Tabela 2. Proponowane normy na energię dla ludności Polski. Zapotrzebowanie energetyczne dla mężczyzn [10] Wiek mężczyzn (lata)

19 – 30

31 – 50

51 – 65

66 - 75

> 75

Masa ciała (kg)

PPM (kcal/ dobę)

60 70 80 90 60 70 80 90 60 70 80 90 50 60 70 80 50 60 70 80

1620 1750 1920 2070 1560 1680 1760 1890 1440 1540 1600 1710 1150 1320 1400 1520 1150 1320 1400 1520

PAL (poziom aktywności fizycznej) 1,4

1,75

2,2

2250 2450 2700 2900 2200 2350 2450 2650 2000 2150 2200 2400 1600 1850 1950 2100 1500 1750 1850 2000

2850 3050 3350 3600 2750 2950 3100 3300 2500 2700 2800 3000 2000 2300 2450 2650 1900 2200 2350 2550

3550 3850 4200 4500 3450 3700 3900 4150 3150 3400 3500 3800 2500 2900 3100 3350 2400 2800 3000 3250

2. Żywieniowe potrzeby człowieka

17

Tabela 3. Proponowane normy na energię dla ludności Polski. Zapotrzebowanie energetyczne dla kobiet [10]

Wiek kobiet

19 – 30

31 – 50

51 – 65

66 - 75

> 75

II trymestr III trymestr Laktacja 0-6 mies.

Masa ciała (kg) 45 50 60 70 45 50 60 70 45 50 60 70 45 50 60 70 45 50 60 70

PPM (kcal/ dobę) 1170 1250 1380 1540 1215 1250 1320 1400 1170 1200 1260 1330 1080 1100 1200 1260 1080 1100 1200 1260 Ciąża

Aktywność fizyczna (PAL) 1,4

1,75

2,2

1650 1750 1900 2150 1700 1750 1850 1950 1650 1700 1750 1850 1500 1550 1700 1750 1450 1500 1650 1700

2050 2200 2400 2700 2100 2200 2300 2450 2050 2100 2200 2300 1900 1950 2100 2200 1850 1900 2050 2150

2600 2750 3050 3400 2700 2750 2900 3100 2600 2650 2800 2900 2350 2400 2650 2800 2300 2350 2600 2750

+ 360 kcal/dobę + 475 kcal/dobę + 505 kcal/dobę

18

J. Czaja, A. Lebiedzińska

Tabela 4. Proponowane normy na energię dla ludności Polski. Zapotrzebowanie energetyczne dla dzieci i młodzieży [10] Dzienny wydatek energetyczny po uwzględnieniu PAL

Grupa wiek Masa ciała (lata) (kg)

mała

umiarkowana

duża

Dzieci 1-3

12

1000

(1,40)

4-6

19

1400

(1,50)

7-9

27

1800

(1,60)

2100

(1,85)

1600

(1,35)

Dziewczęta 10-12

37

1800

(1,45)

2100

(1,70)

2400

(1,95)

13-15

51

2100

(1,50)

2450

(1,75)

2800

(2,00)

16-18

56

2150

(1,50)

2500

(1,75)

2900

(2,00)

Chłopcy 10-12

38

2050

(1,50)

2400

(1,75)

2750

(2,00)

13-15

53

2600

(1,55)

3000

(1,80)

3500

(2,05)

16-18

67

2900

(1,60)

3400

(1,80)

3900

(2,15)

Zalecany udział białka, tłuszczów i węglowodanów w pokryciu zapotrzebowania na energię w opinii ekspertów różnych krajów i organizacji jest zróżnicowany. Według ekspertów WHO/FAO, 2003, biorąc pod uwagę całą populację, jest on następujący: • energia dostarczana z białka - 10-15% • energia dostarczana z tłuszczów - 15-30%, PAL >1,75 • energia dostarczana z węglowodanów - 55-75% W opinii ekspertów przestrzeganie właściwych proporcji pomiędzy głównymi źródłami energii z pożywienia sprzyja ograniczeniu ryzyka zapadalności na niezakaźne choroby przewlekłe zapewniając jednocześnie wystarczająca podaż niezbędnych składników odżywczych.

2.3.

OCENA WARTOŚCI ENERGETYCZNEJ POŻYWIENIA

Energia pochodząca z procesów spalania substratów energetycznych może być zamieniona na energię mechaniczną (praca mięśni), elektryczną (przewodzenie impulsów nerwowych), chemiczną (procesy biochemiczne) oraz na energię cieplną. Organizm ludzki charakteryzuje się małą wydajnością procesów energetycznych, gdyż średnio 20% produkowanej energii jest wykorzystywana do pracy mięśni. Reszta energii jest zamieniana na ciepło. Dla porównania, silnik spalinowy wykorzystuje ok. 30%, a silnik diesla 40% produkowanej energii. Jak już wspomniano, źródłem energii w diecie człowieka są węglowodany, tłuszcze i białka, ale także może być alkohol. W wyniku przebiegu procesów energetycznych

2. Żywieniowe potrzeby człowieka

19

ulegają one spaleniu uwalniając energię. Ilość uwolnionej energii z produktu spożywczego można zmierzyć spalając go w tzw. bombie kalorymetrycznej (rycina 6). Bomba kalorymetryczna jest komorą, w której następuje spalanie próbki (ok. 1 g) w atmosferze tlenu prowadzące do powstania cząsteczek dwutlenku węgla, wody, tlenków azotu, jak również innych związków azotowych pochodzących ze spalania obecnego w produkcie białka. Uwalniana energia (ciepło) ogrzewa określoną (znaną) ilość wody otaczającą komorę spalania. Poprzez odczyt zmiany temperatury możliwe jest określenie ilości uwalnianej energii.

Rycina 6. Bomba kalorymetryczna [11]

Spalanie w bombie kalorymetrycznej prowadzi do określenia całkowitej energii zawartej w pożywieniu prowadząc do przeszacowania wartości energetycznej pożywienia, gdyż nie cała pula składników energetycznych jest wykorzystywana przez organizm. Składniki odżywcze różnią się między sobą tzw. strawnością. Strawność to stopień, w jakim składnik odżywczy może być rozłożony do części składowych, które mogą zostać wchłonięte do krwi bądź limfy. Dla węglowodanów współczynnik strawności w diecie mieszanej wynosi średnio 98%, dla tłuszczów 95%, a dla białek 92% i zależy on od rodzaju produktów spożywczych wchodzących w skład diety. Ponadto ilość uwalnianego ciepła ze składników odżywczych zależy również od rodzaju węglowodanów, białek oraz tłuszczów. Przykładowo, spalenie 1 g glukozy dostarcza 15,7 kJ (3,7 kcal), a 1 g skrobi 17,6 kJ (4,2 kcal), podczas gdy węglowodany dostarczają średnio 17,4 kJ (4,15 kcal)/1 g. W przypadku tłuszczów ilość uwalnianej energii zależy m.in. od długości łańcucha węglowego, im dłuższy, tym większa ilość uwalnianej energii. Lipidy średnio dostarczają 39,6 kJ (9,45 kcal)/1 g. Ilość energii pochodzącej z białek zależy przede wszystkim od zawartości azotu, im jest ona wyższa, tym mniejsza ilość dostarczonej energii. Białka dostarczają średnio 23,6 kJ (5,65 kcal)/1 g. Fakt, iż składniki odżywcze pożywienia nie są całkowicie trawione, a ich skład chemiczny jest zróżnicowany uwzględnił Wilbur Olin Atwater (1844-1907) wyznaczając tzw. równoważniki Atwatera, które określają ilość energii uwalnianej w wyniku proce-

20

J. Czaja, A. Lebiedzińska

sów spalania węglowodanów, tłuszczów i białek. Równoważniki Atwatera uwzględniają również straty, jakie zachodzą podczas procesów wydalania. Wartość równoważników Atwatera przedstawia tabela 5. Tabela 5. Wartości równoważników energetycznych dla węglowodanów, tłuszczy i białek Równoważnik energetyczny

Węglowodany

Tłuszcze

Białka

Równoważnik fizyczny

17,4 kJ (4,15 kcal)

39,6 kJ (9,45 kcal)

23,6 kJ (5,65 kcal)

98%

95%

92%

– 0,63 kJ (0,15 kcal)

– 1,88 kJ (0,45 kcal)

5,44 kJ (1,3 kcal) 1,46 kJ (0,35 kcal)

16,7 kJ (4,0 kcal)

37,6 kJ (9,0 kcal)

16,7 kJ (4,0 kcal)

Współczynnik strawności Straty w moczu Straty w kale Równoważnik Atwatera

Uwzględniając wartości równoważników Atwatera oraz zawartość składników odżywczych w danym produkcie można obliczyć jego przybliżoną wartość energetyczną. Przykład

100 g mleka dla dzieci zawiera:

10,8 g białka 57,1 g węglowodanów 22,8 g tłuszczy

Wartość energetyczna (E) 100 g mleka będzie równa: E = 10,8 ⋅ 4 kcal + 57,1 ⋅ 4 kcal + 22,8 ⋅ 9 kcal = 43,2 kcal + 228,4 kcal + 91,2 kcal = 362,8 kcal

Wydatek energetyczny (WE) to ilość energii zużyta przez organizm na jego funkcjonowanie w otaczającym środowisku w określonej jednostce czasu (w ciągu minuty, godziny, dnia). Bilans energetyczny jest różnicą pomiędzy ilością energii dostarczaną do organizmu w postaci składników energetycznych pożywienia a wydatkiem energetycznym. Ilość spożywanego pokarmu i jego wartość energetyczna, powinna korelować z wydatkiem energetycznym utrzymując zrównoważony bilans energetyczny. Niezrównoważony bilans energetyczny, zarówno dodatni, jak i ujemny utrzymywany przez dłuższy okres czasu prowadzi do zaburzeń rozwojowych organizmu. Dodatni bilans świadczy o nadkonsumpcji żywności i powoduje nadmierny wzrost masy ciała, który utrzymywany przez dłuższy okres czasu może prowadzić do nadwagi i otyłości oraz szeregu chorób określanych mianem „zespołu metabolicznego”. Ujemny bilans energetyczny świadczy o zbyt niskim spożyciu żywności w stosunku do wydatku energetycznego przyczyniając się do spadku masy ciała, co może prowadzić do stanu niedożywienia organizmu.

2. Żywieniowe potrzeby człowieka

21

OCENA WARTOŚCI ENERGETYCZNEJ CAŁODZIENNEJ RACJI POKARMOWEJ Wykonanie ćwiczenia

Wypełnienie kwestionariusza wywiadu ze spożycia z ostatnich 24 godzin umożliwi określenie ilości i rodzajów produktów wchodzących w skład diety osoby badanej. Wypełniając kwestionariusz należy korzystać z „Albumu produktów i potraw” umożliwiającego poprawne określenie ilości spożywanych produktów spożywczych. Ćwiczenie 1a.

Korzystając z tabel składu i wartości odżywczej żywności określ wartość energetyczną całodziennej diety. Ćwiczenie 1b.

Korzystając z programu komputerowego „Wikt 1.3” określ wartość energetyczną całodziennej racji pokarmowej. Porównaj uzyskane wartości z wartościami uzyskanymi w części 1a. Wyjaśnij, z jakiego powodu mogą występować różnice pomiędzy wyliczeniami z części 1a i 1b. Bibliografia

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Bean A.: Żywienie w Sporcie. Zysk i S-KA, Poznań, 2008. Benardot D.: Nutrition for Serious Athletes. An Advanced Guide to Foods, Fluids, and Supplements for Training and Performance. Human Kinetics, Champaign, 2000. Cordain J., Friel J.: Paleo Dieta dla Sportowców. Buk Rower, Warszawa 2008. Dietary Reference Intakes: for Energy, Carbohydrates, Fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein and Amino Acids. Food and Nutrition Board, Institute of Medicine, Washington DC, National Academy Press, 2002/2005. Energy and Protein Requirements. Report of Joint FAO/WHO/UNU Export Consultation. Technical Report Series, No 724, WHO, Geneva, 1985. Human Energy Requirements. Report of Joint FAO/WHO/UNU Export Consultation, FAO, Food and Nutrition Technical Report Series, No 1, FAO, Rome, 2004. Gawęcki J., Hryniewiecki L.: Żywienie Człowieka. Podstawy Nauki o Żywieniu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2004. Gertig H., Przysławski J.: Bromatologia. Zarys Nauki o Żywności i Żywieniu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2006. Goran M.I., Astrup A.: Energy Metabolism. Introduction to Human Nutrition. Blackwell Publishing, Oxford, 2002. Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B. /red./.: Normy Żywienia Człowieka. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2008. Jeukendrup A., Gleeson M.: Sport Nutrition. Human Kinetics, Champaign, United States of America 2004.

22

J. Czaja, A. Lebiedzińska

12. Karczewski J.K. /red./.: Higiena. Podręcznik dla Studentów Pielęgniarstwa. Wydawnictwo Czelej, Lublin, 2002. 13. Kunachowicz H. i wsp.: Tabele Składu i Wartości Odżywczej Żywności. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2005. 14. Jeukendrup A., Gleeson M.: Sport Nutrition. Human Kinetics, Champaign 2004. 15. Martin D., Coe P.: Better Training for Distance Runners. Human Kinetics, Champaign 1997. 16. Szponar L., Wolnicka K., Rychlik E.: Album Fotografii Potraw i Produktów. Instytut Żywności i Żywienia, Warszawa 2000. 17. Diet, Nutrition and Prevention of Chronic Diseases. Report of Joint WHO/FAO Expert Consultation, Technical Report, Ser. No. 916, WHO, Geneva, 2003. 18. WHO. Global Strategy on Diet, Physical Activity and Health. The World Health Report, Geneva 2004. 19. Ziemiański Ś. /red./.: Normy Żywienia Człowieka. Fizjologiczne Podstawy, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2001.

23

3.

BROMATOLOGICZNA OCENA WARTOŚCI ODŻYWCZEJ ŻYWNOŚCI – BADANIA ZAWARTOŚCI SKŁADNIKÓW ODŻYWCZYCH W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH I SUPLEMENTACH DIETY

Spożycie składników pokarmowych może być oceniane różnymi metodami: metodą bilansów żywnościowych, wywiadów żywieniowych lub eksperymentalnie przez analityczne oznaczanie zawartości składników odżywczych w racjach pokarmowych i w płynach ustrojowych. Cechą charakterystyczną badań żywności jest konieczność analizowania bardzo zróżnicowanego materiału pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Wymaga to stosowania różnorodnych technik separacji analitu i zastosowania wielu metod instrumentalnych. W analizie żywności stosuje się szeroko zróżnicowane metody fizyczne, chemiczne i biologiczne, włączając techniki kolorymetryczne, fluorometryczne, spektrometryczne, elektrochemiczne, radiometryczne i chromatograficzne. Z danych o wartości odżywczej żywności korzystają żywieniowcy i epidemiolodzy w badaniach sposobu żywienia indywidualnych osób lub grup populacyjnych w celu znalezienia współzależności między przyczynami a skutkami zdrowotnymi niedoborów lub nadmiarów żywieniowych, aby wykorzystać je w działaniach profilaktycznych.

3.1.

BIAŁKA A. Lebiedzińska

Białka (proteiny) są integralnymi składnikami każdego żywego organizmu. Nie tylko pełnią funkcje strukturalne komórek, są również biokatalizatorami reakcji metabolicznych, odgrywają decydującą rolę niemal we wszystkich procesach biologicznych. Jako enzymy i hormony; regulują procesy fizjologiczne i metaboliczne; uczestniczą w procesie przenoszenia i przechowywania tlenu w organizmie, w zwalczaniu infekcji bakteryjnych i wirusowych oraz w rozróżnianiu substancji obcych. Ponadto, białka są regulatorami ekspresji genów. Właściwości i funkcje białek zależą od liczby i rodzaju aminokwasów oraz od kolejności (sekwencji) ich występowania. Z punktu widzenia nauki o żywności i żywieniu człowieka wartość odżywcza białek jest podstawą ich klasyfikacji, a czynnikiem determinującym jest ich skład aminokwasowy. Białka pełnowartościowe zawierają wszystkie niezbędne aminokwasy egzogenne w takich stosunkach ilościowych, jakie najbardziej odpowiadają zapotrzebowaniu człowieka. Przyjmując kryterium występowania białek w różnych produktach żywnościowych (pochodzenia zwierzęcego i roślinnego) możemy ocenić wartość żywieniową tych produktów i ich znaczenie w żywieniu człowieka. Do białek pełnowartościowych należą białka mleka, jaja oraz białka tkanki mięśniowej zwierząt hodowlanych i „owoców morza” (ryb i bezkręgowców).

24

A. Lebiedzińska

ROLA I PRZEMIANY BIAŁEK W ORGANIZMIE

Białka stanowią zasadniczy element budowy wszystkich tkanek ustroju człowieka i wielu czynnych biologicznie związków (enzymy i hormony). Białka regulują procesy przemiany materii i wiele funkcji organizmu, zapewniając jego prawidłowy stan oraz przystosowanie się do zmian środowiska zewnętrznego. Białkami są przeciwciała i inne elementy układu odpornościowego ustroju, odpowiedzialne za jego obronę przed działaniem drobnoustrojów i wirusów oraz innych zewnętrznych czynników patogennych. Białka biorą również udział w utrzymaniu bilansu wodnego, regulując zawartość płynów w układzie krążenia oraz w przestrzeniach wewnątrz- i pozakomórkowych. Dzięki swoim własnościom buforującym białka współuczestniczą w utrzymywaniu równowagi kwasowo-zasadowej ustroju. Jeszcze inną funkcją białek jest rola transportowa; będąc związane z błonami komórkowymi, gdzie działają na zasadzie "pompy" lub znajdując się we wnętrzu komórek białka przenoszą różne substancje przez błony komórkowe - z jednego do drugiego krańca komórki. Białka obecne w płynach ustrojowych transportują substancje odżywcze oraz ksenobiotyki. Zawartość białek w diecie decyduje o prawidłowym wzroście i rozwoju człowieka, a także regeneracji uszkodzonych tkanek (np. złuszczającej się ciągle skóry lub gojeniu ran), a zatem o zdrowiu człowieka. Białka podlegają w ustroju ciągłemu rozpadowi i odnowie. Wynikiem rozpadu lub katabolizmu białek jest uwalnianie do krwi wolnych aminokwasów, które są zużytkowane częściowo do syntezy nowych białek, a częściowo zostają wykorzystane jako źródło energii. W ciągu doby ulega rozpadowi 200-300 g białka, ale tylko 20-30 g aminokwasów zostaje wydalonych. Pozostałe aminokwasy służą do resyntezy białka. Odnowa lub synteza białek w wyniku procesu anabolizmu wyrównuje straty wynikające z rozpadu poszczególnych białek. Gdy organizm prawidłowo funkcjonuje, to istnieje równowaga między procesami katabolizmu i anabolizmu. Każde białko w ustroju posiada określony czas trwania, po którym jest rozkładane, co określa się terminem wymiany lub obrotu (ang. turnover). Metabolizm białka jest u zdrowego człowieka dobrze zbilansowany, dzięki czemu nie dochodzi do nadmiernej jego akumulacji w ustroju. Białka - to związki chemiczne zbudowane z aminokwasów. W ustroju człowieka występuje 18-20 aminokwasów, różniących się budową i długością łańcucha bocznego. Poszczególne aminokwasy łączą się ze sobą za pomocą tzw. wiązania peptydowego, które powstaje w wyniku połączenia grupy karboksylowej i aminowej. Związki zbudowane z kilku do kilkudziesięciu aminokwasów nazywamy polipeptydami, natomiast zbudowane z większej liczby (ponad 100) aminokwasów to makropeptydy, czyli białka (proteiny). Aminokwasy można podzielić wg różnych kryteriów na następujące grupy: • alifatyczne i aromatyczne, • kwasowe, zasadowe i obojętne, • o prostych lub rozgałęzionych łańcuchach, • siarkowe lub zawierające w swojej strukturze wyłącznie węgiel, tlen, wodór i azot. Wyróżnia się też aminokwasy o wydłużonym łańcuchu bocznym (izoleucyna, leucyna i walina), które mają odmienne własności biologiczne od pozostałych aminokwasów, a miejscem ich katabolizmu nie jest wątroba, lecz mięśnie szkieletowe.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

25

Źródłem aminokwasów może być pula białek ustrojowych, które w wyniku procesów rozpadu dostarczają część aminokwasów potrzebnych do syntezy białek w komórkach oraz białka pokarmowe dostarczane z posiłkami i pozyskiwane z wykorzystaniem procesów trawienia i wchłaniania. Synteza białek w ustroju człowieka odbywa się tylko przy dostępności odpowiednich aminokwasów. Organizm człowieka i innych ssaków nie potrafi syntetyzować ośmiu aminokwasów, a ponieważ pula białek ustrojowych, która może być ich źródłem, szybko ulega wyczerpaniu, muszą być one dostarczane z pożywieniem. Aminokwasy te nazywamy aminokwasami egzogennymi albo niezbędnymi. Są to: izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, fenyloalanina, treonina, tryptofan i walina (tabela 6). Niektóre z aminokwasów są wytwarzane w ustroju, jednakże w szczególnych warunkach, np. szybkiego wzrostu lub choroby, ich synteza jest niewystarczająca. Te aminokwasy nazwano względnie egzogennymi lub warunkowo niezbędnymi. Należy do nich histydyna, której szczególnie dużo potrzeba w okresie wzrostu i w warunkach patologicznych, a także arginina, na którą zwiększa się zapotrzebowanie w warunkach stresu i w stanach chorobowych. Pozostałe aminokwasy są produkowane w wystarczających ilościach w ustroju i dlatego nazywa się je aminokwasami endogennymi lub nie niezbędnymi (tabela 7). Komórki ustrojowe mogą syntetyzować z aminokwasów specyficzne białka, pod warunkiem dostępności wszystkich potrzebnych aminokwasów w odpowiednich ilościach. Tabela 6. Podział aminokwasów Aminokwasy egzogenne

Aminokwasy względnie egzogenne

Aminokwasy endogenne

Fenyloalanina

Histydyna

Alanina

Izoleucyna

Arginina

Cysteina

Leucyna

Cystyna

Lizyna

Glicyna

Metionina

Kwas asparaginowy

Treonina

Asparagina

Tryptofan

Kwas glutaminowy

Walina

Prolina Seryna Tyrozyna

26

A. Lebiedzińska

WARTOŚĆ ODŻYWCZA BIAŁEK

Z punktu widzenia przydatności białka jako składnika odżywczego najistotniejszy jest rodzaj i ilość aminokwasów wchodzących w ich skład. Białka pokarmowe mają różną wartość odżywczą, której wykładnikiem jest stopień zużytkowania ich do syntezy własnych białek ustrojowych. Te białka, których wykorzystanie na ten cel jest małe (białka zbóż), uznawane są za białka o niskiej wartości odżywczej, inne (białka mleka) ustrój wykorzystuje prawie całkowicie, dlatego są one białkami o wysokiej wartości odżywczej. Jakość białka pokarmowego, czyli jego wartość odżywcza (albo wartość biologiczna) zależy od czterech czynników: • zawartości aminokwasów egzogennych i aminokwasów endogennych; • wzajemnych proporcji poszczególnych aminokwasów egzogennych, które powinny być zbliżone do proporcji występującej w białkach ustrojowych; • wystarczającego dostarczenia energii niezbędnej do procesów syntezy białka ustrojowego; • strawności produktów białkowych. Skład aminokwasowy białka jaja kurzego (owoalbumina) i białka mleka kobiecego (laktoalbumina) jest najbardziej zbliżony do składu białek ustrojowych i białka te są najlepiej wykorzystywane przez organizm człowieka. Dlatego proporcje między poszczególnymi aminokwasami, wchodzącymi w skład tych dwóch białek, uznano za optymalne, stanowiące wzorzec do porównywania jakości innych białek (wartość odżywcza = 100%). Istotnym czynnikiem wyznaczającym wykorzystanie białka do celów budulcowych jest zapewnienie odpowiedniego dowozu energii. Z obliczeń fizykochemicznych wynika, że do syntezy 1 g białka z aminokwasów dostarczanych z pokarmem ustrój człowieka potrzebuje 24 kcal (100 kJ) energii, której źródłem powinny być tłuszcze lub węglowodany. W przeciwnym razie organizm wykorzysta do celów energetycznych część aminokwasów, wydatnie zmniejszając ich pulę przeznaczoną do syntezy nowego białka ustrojowego, a tym samym obniżeniu ulegnie wartość biologiczna danego białka pokarmowego. Z tego względu konieczne jest zachowanie odpowiedniego stosunku ilości energii dostarczanej w postaci białka do ogólnej wartości energetycznej diety, określanego jako odsetek energii z białka. W okresie wzrostu maksymalne wykorzystanie białka pełnowartościowego uzyskuje się przy udziale 12-14% energii z białka, a u ludzi dorosłych przy udziale 10-12% energii z białka w całkowitej wartości energetycznej diety. Jakość białka jest również determinowana przez stopień jego rozkładu enzymatycznego w toku procesów trawienia (strawność). Nawet najbardziej wartościowe białko nie zostanie wykorzystane, jeżeli nie ulegnie całkowitemu strawieniu, a uwolnione aminokwasy nie zostaną wchłonięte w jelicie cienkim. Ma to szczególne znaczenie przy ocenie jakości posiłków, będących mieszaniną różnych surowych i przetworzonych produktów żywnościowych. Strawność białka tych produktów zależy od jego budowy, interakcji z innymi składnikami pokarmowymi, sposobu przechowywania i przetwarzania, a także od technologii przygotowania posiłku. Ocena wartości odżywczej poszczególnych białek, białkowych produktów żywnościowych i poszczególnych posiłków ma duże znaczenie praktyczne. Umożliwia z jednej strony właściwe zestawianie całodziennego wyżywienia (jadłospisu) tak, aby pokrywało

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

27

ono w sposób optymalny indywidualne zapotrzebowanie na białko, a z drugiej - ustalenie odpowiedniej strategii pozyskiwania i użytkowania białka zarówno ze źródeł konwencjonalnych, jak i niekonwencjonalnych. METODY OCENY ZAPOTRZEBOWANIA NA AMINOKWASY EGZOGENNE

Wobec istnienia wielu sposobów oceny wartości odżywczej białka dąży się do ustalenia standardowych i porównywalnych metod oznaczania jego jakości. Spośród metod chemicznych polegających na porównaniu składu aminokwasowego badanych białek ze składem białka przyjętego za wzorcowe najszersze zastosowanie znalazły: 1. chemiczna metoda jakości białka CS (ang. Chemical Score), inaczej wskaźnik aminokwasu ograniczającego, która określa stosunek zawartości egzogennego aminokwasu ograniczającego w testowanym białku do zawartości tego samego aminokwasu w białku wzorcowym; 2. wskaźniki aminokwasu ograniczającego – AAS (ang. Amino Acid Score), czyli stosunek ilości najbardziej niedoborowego aminokwasu w białku do ilości tego samego aminokwasu w białku standardowym; 3. skorygowana chemiczna metoda punktowa – PDCAAS (ang. Protein DigestibilitiCorrected Amino Acid Score) polegająca na obliczaniu wskaźnika wartości odżywczej białka, będącego iloczynem CS i współczynnika strawności rzeczywistej. Założeniem chemicznej metody oceny jakości białka jest porównanie składu aminokwasowego badanego białka ze składem białka wzorcowego, które teoretycznie powinno pokrywać zapotrzebowanie na aminokwasy u ludzi w różnym wieku, z wyjątkiem niemowląt. Opierając się na tych przesłankach Komitet Ekspertów FAO/WHO jako wzorzec przyjął w 1965 roku białko całego jaja kurzego, którego skład zmodyfikował w 1973 roku, ustalając tzw. prowizoryczne białko wzorcowe. W 1991 roku Komitet Ekspertów powtórnie zmodyfikował skład białka wzorcowego, biorąc pod uwagę nowe dane wynikające z aktualnego stanu wiedzy (tabela 7). Skład ten uznawany był za najodpowiedniejszy do oceny białka w żywieniu wszystkich grup ludności, a dla niemowląt najwłaściwszym białkiem wzorcowym było białko mleka kobiecego. Analizując nowe wyniki badań zapotrzebowania na białko i aminokwasy egzogenne dla niemowląt, dzieci, młodzieży i osób dorosłych eksperci WHO/FAO/UNU przedstawili skład aminokwasowy białek wzorcowych (raport z 2007 r., tabela 8). Przy określaniu jakości białka metodą chemiczną wykorzystuje się pojęcie tzw. aminokwasu ograniczającego, tj. aminokwasu egzogennego, który w danym białku lub posiłku występuje w zbyt małej ilości w stosunku do 7 pozostałych aminokwasów egzogennych. Aminokwas ten ogranicza wykorzystanie innych aminokwasów z pożywienia do syntezy białka ustrojowego w takim stopniu, w jakim stanowi odsetek jego zawartości występującej w białku wzorcowym. Jeśli np. w danym posiłku znajduje się tylko 70% metioniny w przeliczeniu na 1 g azotu w porównaniu z białkiem wzorcowym, to tylko 70% aminokwasów będzie z niego zużytkowanych do syntezy własnego białka ustrojowego. Wartość odżywcza lub jakość białka w tym posiłku wyniesie więc 70% (jakość białka wzorcowego wynosi 100%).

28

A. Lebiedzińska

Tabela 7. Zawartość aminokwasów egzogennych [wyrażona w mg/g N2] białek wzorcowych Nazwa aminokwasu

Białko mleka krowiego

Białko mleka kobiecego

Wzorcowe białko jaja

Białko wzorcowe FAO 1991

Izoleucyna Leucyna Lizyna

294 594 488

288 581 416

415 553 403

175 412 362

Metionina + Cysteina

206

263

346

156

Fenyloalanina + Tyrozyna

637

450

627

393

275 88 400

268 106 344

317 100 454

212 69 218

2982

2714

3215

1997

Treonina Tryptofan Walina Suma aminokwasów egzogennych

Tabela 8. Skład aminokwasowy białek wzorcowych (mg aminokwasów egzogennych/g białka) ustalony dla grup ludności wg wieku [11] Aminokwas mg/kg mc/dobę

0,5 roku

1-2 lat

3-10 lat

11-14 lat

15-18 lat

> 18 lat

Histydyna

20

18

16

16

16

15

Izoleucyna

32

31

31

30

30

30

Leucyna

66

63

61

60

60

53

Lizyna

57

52

48

48

47

45

Metionina + cysteina

28

26

24

23

23

22

Fenyloalanina + tyrozyna

52

46

41

41

40

38

Treonina

31

27

25

25

24

23

Tryptofan

8,5

7,4

6,6

6,5

6,3

6,0

Walina

43

42

40

40

40

39

Histydyna

20

18

16

16

16

15

Według FAO/WHO o jakości białka lub mieszaniny białek decyduje wskaźnik nazywany wskaźnikiem aminokwasu ograniczającego (ang. amino acid score – AAS), czyli stosunek ilości najbardziej niedoborowego aminokwasu w białku do ilości tego

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

29

samego aminokwasu w białku standardowym. Wartość wskaźnika AAS wskazuje na przewidywane maksymalne wykorzystanie białka na cele budulcowe organizmu. Aminokwas, dla którego wskaźnik ten jest najmniejszy, nazywamy pierwszym aminokwasem ograniczającym. Próbą połączenia założeń tworu AAS i sposobu określania jakości na podstawie zawartości wszystkich egzogennych aminokwasów jest wskaźnik aminokwasów niezbędnych (ang. essential amino acid index – EAA). W polskiej literaturze proponuje się nazywać go integrowanym wskaźnikiem aminokwasów ograniczających. Wskaźnik ten liczony jest jako średnia geometryczna ilorazów zawartości niezbędnych aminokwasów w badanym białku do zawartości tych samych aminokwasów w białku standardowym (tabela 9). Tabela 9. Wartość odżywcza białek wyrażona jako EAA [6] Produkt spożywczy

Zawartość białka [g/100 g]

EAA [%]

Jaja całe Wieprzowina bez kości Wołowina bez kości Mleko krowie Sery żółte Dorsz Karp Śledź Ryż Soja – nasiona suche Ziemniaki Pieczywo pszenne

12 16 21 3 19-30 16 16 16 6,7 35 1,7 5,8

100 100 100 98 98 99 98 48 57 78 63 47

Metody biologiczne stosowane w ocenie wartości odżywczej białka zakładają wykorzystanie do badań żywego ustroju. Mimo że najbardziej miarodajną metodą byłoby przeprowadzenie jej na człowieku (np. przez badanie bilansu azotowego przy różnym spożyciu białka), to jednak ze względów praktycznych do tego celu zwykle używa się zwierząt laboratoryjnych, najczęściej młodych, rosnących szczurów. NORMY NA BIAŁKO DLA LUDNOŚCI POLSKI

Naukowcy z Instytutu Żywności i Żywienia w Warszawie opublikowali w 2008 r. zaktualizowane normy na białko przyjmując jako podstawę wartości określające średnie zapotrzebowanie dla grupy (EAR) oraz zalecane spożycie białka (RDA), wyrażone w gramach białka wzorcowego/kg mc./dobę, które zostały ustalone przez ekspertów amerykańskich (tabela 10). Aby obliczyć wskaźnik wartości odżywczej jako wzorzec przyjęto białko o składzie aminokwasowym wskazanym przez ekspertów FAO/WHO (1991 r.) i białko zaproponowane dla wszystkich grup powyżej 1. roku życia. Nowe normy na białko niewiele różnią się od norm zaproponowanych w 1994 r. Niewielkie różnice wynikają z zastosowania przy obliczaniu ilości białka/osobę/dobę

30

A. Lebiedzińska

zarówno innych wielkości masy ciała przyjętych dla reprezentantów poszczególnych grup jak i mało istotnych różnic w wielkościach zastosowanych wskaźników wartości odżywczej spożywanego białka. W krajach ekonomicznie rozwiniętych, także w Polsce, spożycie białka zwykle jest 1,5 -2-krotnie wyższe aniżeli zalecane. Uwzględniając fakt, iż nadmierne spożycie białka może prowadzić do niekorzystnych zmian w organizmie (hiperkalcynuria sprzyjająca osteoporozie, odkładanie kamieni nerkowych) proponuje się aby spożycie u osób dorosłych mieściło się w granicach 0,8–2 g białka/kg mc./dobę. W przypadku sportowców zapotrzebowanie na białko jest wyższe, możliwe jest spożycie do 3 g/kg mc./dobę przy uprawianiu sportów wytrzymałościowych.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

31

Tabela 10. Normy na białko dla ludności Polski [8]

Grupa (płeć, wiek)

0-0,5 roku 0,5-1 rok

Średnie zapotrzebowanie Wystarczające Zalecane spożycie (RDA) (EAR) spożycie (AI) Masa Białko Białko krajowej Białko Białko krajowej Białko mleka ciała wzorcowe racji pokarmowej wzorcowe racji pokarmowej kobiecego (kg) g/kg/mc/ g/kg/mc/ g/kg/mc/ g/kg/mc/ g/kg/mc/ g/kg/mc/ g/kg/mc/ g/kg/mc/ dobę dobę dobę dobę dobę dobę dobę dobę Niemowlęta 6,5 1,52 10 9

1,60

1-3 lata

12

0,87

0,97

12

Dzieci 1,05

1,17

14

4-6 lat

19

0,76

0,84

16

0,95

1,10

21

7-9 lat

27

0,76

0,84

23

1,10

30

10-12 lat 13-15 lat 16-18 lat

38

0,76

0,84

0,95 Chłopcy 32 0,95

1,10

42

53

0,76

0,84

45

0,95

1,10

58

67

0,73

0,81

45

0,85

0,95

64

≥ 19 lat

5090

0,66

0,73

0,90

4581

10-12 lat 13-15 lat 16-18 lat

37

0,76

0,84

1,10

41

51

0,76

0,84

43

0,95

1,10

56

56

0,71

0,79

44

0,85

0,95

53

≥ 19 lat

4580

0,66

0,73

3358

0,80

0,90

4172

Ciąża

4580

0,88

0,98

4478

1,10

1,20

5496

Laktacja 4580

1,05

1,17

5394

1,30

1,45

65116

Mężczyźni 3766 0,8 Dziewczęta 31 0,95

Kobiety

14

32

A. Lebiedzińska

3.1.1.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI BIAŁKA W ŚRODKACH SPOŻYWCZYCH METODĄ KJELDAHLA

Metoda oznaczania zawartości białka według Kjeldahla jest oznaczeniem pośrednim, polegającym na oznaczeniu zawartości azotu w produkcie, a następnie przeliczeniu go na białko za pomocą doświadczalnie wyznaczonych współczynników. Wartość współczynników wyliczono na podstawie zawartości azotu w aminokwasach, wchodzących w skład białka danego produktu (Tabela 11). Podczas procesu mineralizacji prowadzonej ze stężonym kwasem siarkowym w podwyższonej temperaturze substancja organiczna ulega utlenieniu lub redukcji: • wodór utlenia się do H2O2, • węgiel utlenia się do CO2, • siarka utlenia się do SO2 lub S2, • natomiast azot ulega redukcji do N3-. Rozkład substancji organicznej przyśpiesza się stosując katalizator CuSO4 oraz K2SO4 w celu podwyższenia temperatury wrzenia H2SO4. W tych warunkach azot substancji organicznej przechodzi ilościowo do wodorosiarczanu amonowego, z którego pod wpływem ługu sodowego wydziela się amoniak. Uwolniony amoniak destylując z parą wodną należy zebrać do odbieralnika, gdzie zostaje związany przez kwas borowy w postaci boranu jednoaminowego (NH4H2BO3). Wydzielony amoniak należy odmiareczkować roztworem kwasu solnego. Ilość azotu całkowitego w próbce oblicza się na podstawie ilości mianowanego roztworu kwasu solnego zużytego do związania amoniaku, 1 mL 0,1 HCl odpowiada 0,0014 g azotu. Analiza składa się z następujących etapów: mineralizacji próbki (organiczne związki azotu są przeprowadzane do siarczanu amonowego); 2. destylacja amoniaku z parą wodną; 3. miareczkowanie amoniaku; 4. obliczanie zawartości białka w analizowanej próbce na podstawie zawartości azotu . 1.

• • • • • • • • • •

Sprzęt i odczynniki Zestaw do mineralizacji –gazowy lub elektryczny Zestaw do destylacji z parą wodną (Parnasa-Wagnera) Kolby Kjeldahla (pojemność 250-750 mL) Kwas siarkowy cz.d.a. (1,84) Katalizator (CuSO4 x 5H2O) Substancja podwyższająca temperaturę wrzenia (K2SO4) Wodorotlenek sodowy – (33% roztwór NaOH) Kwas borowy cz.d.a. (2-4% roztwór H3BO4) Wskaźnik Tashiro Kwas solny cz.d.a. (roztwór mianowany HCl o stężeniu 0,1 M)

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

33

1. Przygotowanie próbek

Wielkość próbki zależy od zawartości azotu w badanym produkcie. Przeznaczona do analizy odważka powinna zawierać od 0,007 do 0,06 g azotu. W przypadku „mleka w proszku” naważka powinna wynosić od 0,5 do 1,5 g. 2. Mineralizacja próbki

Próbkę analizowanego „mleka” (1 g) należy odważyć z dokładnością do 0,001 g i przenieść ilościowo do kolby Kjeldahla. Następnie, dodać stężony kwas siarkowy (20 mL) oraz mieszaninę katalizatorów tj. siarczanu miedzi i potasu (7,5 g). Wylot kolby nakryć małym lejkiem i ostrożnie ogrzewać do uzyskania klarownego, jasnozielonego roztworu (czas mineralizacji około 1,5 do 2 godz). Roztwór mineralizatu przenieść ilościowo do kolby miarowej o objętości 200 mL, rozcieńczyć próbkę wodą destylowaną do objętości kolby. 3. Destylacja w aparacie Parnasa Wagnera

Do odbieralnika (zlewka 250 mL) odmierzyć 20 mL roztworu kwasu borowego i 23 krople wskaźnika Tashiro. Odbieralnik umieścić pod chłodnicą, zanurzając wylot w roztworze kwasu. Wodę w generatorze pary aparatu destylacyjnego doprowadzić do wrzenia. Z uzyskanego roztworu próbki pobrać ilościowo 20 mL roztworu, który należy wlać do kolby reakcyjnej aparatu. Następnie wolno dodawać roztwór wodorotlenku sodowego (4 mL na 1 mL pozostałego kwasu siarkowego). Destylację prowadzić do uzyskania odczynu obojętnego zbieranego w odbieralniku destylatu (około 15 min). Po zakończeniu destylacji zewnętrzne ścianki chłodnicy spłukać wodą destylowaną, do odbieralnika. 4. Miareczkowanie

Destylat miareczkować roztworem mianowanego kwasu solnego do barwy różowofioletowej. 5. Sprawdzenie szczelności aparatu i ślepa próba

W celu sprawdzenia szczelności aparatu Parnasa-Wagnera należy okresowo sprawdzić zawartość azotu w określonej odważce siarczanu amonowego. Ślepa próba – przy każdorazowej zmianie odczynników należy wykonać ślepą próbę, ściśle odpowiadającą sposobowi przeprowadzania oznaczania, pobierając zamiast właściwej próbki 0,5 g sacharozy. Ślepa próba powinna dawać wynik praktycznie zerowy. Jeśli obserwuje się niewielkie odchylenie od wartości zerowej (rzędu 2 mL mianowanego roztworu kwasu solnego, to należy go uwzględnić w końcowym obliczeniu.

34

A. Lebiedzińska

6. Obliczenia

Obliczyć procentową zawartość białka (X) w badanym produkcie wg wzoru: X=

(a - b) ⋅ 0,0014 ⋅ w ⋅ 1000 m

w którym: X - zawartość białka w badanym mleku, %, a - objętość mianowanego roztworu 0,1 M HCl zużytego do miareczkowania analitu w badanej próbce, w mL b - objętość mianowanego roztworu 0,1 M HCl zużytego do miareczkowania w ślepepróbce, mL m - masa badanej próbki (g) 0,0014 zawartość azotu (g), której odpowiada 1 mL 0,1 M HCl w - współczynnik przeliczeniowy azotu ogólnego przyjęty dla białka mleka i produktów mleczarskich Tabela 11. Współczynniki stosowane do przeliczania azotu na białko

Rodzaj produktu spożywczego Mleko świeże, mleko zagęszczone Mleko w proszku Sery podpuszczkowe Sery twarogowe, sery topione Mięso i przetwory mięsne Ryby i produkty rybne Zboża: - Pszenica - Mąka pszenna - Ryż - Żyto, jęczmień, owies Strączkowe - soja Racje pokarmowe, produkty mieszane

Współczynnik 6,38 6,38 6,38 6,38 6,25 6,25 5,38 5,70 5,95 5,83 5,71 6,25

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

35

Bibliografia

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Dietary Reference Intakes: for energy, carbohydrates, fiber, fat, fatty acids, cholesterol, protein and amino acids. Food and Nutrition Board, Institute of Medicine, Washington DC, National Academy Press, 2002/2005. Energy and Protein Requirements. Report of a Joint FAO/WHO ad hoc Expert Committee Report, Ser. No 522, Geneva, 1973. Energy and Protein Requirements. Report of Joint FAO/WHO/UNU Export Consultation. Technical Report Ser, No 724, WHO, Geneva, 1985. Ganowiak Z., Nabrzyński M., Wituszyńska B., Gajewska R., Lipka E.: Badanie jakości zdrowotnej żywności. Materiały do ćwiczeń z bromatologii. Akademia Medyczna w Gdańsku, 1994. Gawęcki J., Hryniewiecki L. /red./. Żywienie Człowieka. Podstawy Nauki o Żywieniu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa,2004. Gertig H., Przysławski J. Bromatologia: Zarys Nauki o Żywności i Żywieniu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2006. Human energy requirements. Report of Joint FAO/WHO/UNU Export Consultation, FAO, Food and Nutrition Technical Report Series, No 1, FAO, Rome, 2004. Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B. /red./. Normy Żywienia Człowieka. Podstawy prewencji otyłości i chorób zakaźnych. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2008. Kunachowicz H. /red./. Wybrane Metody Analityczne Oceny Wartości Odżywczej Żywności: poradnik dla laborantów Państwowej Inspekcji Sanitarnej Wydawnictwo IŻŻ, Warszawa, 1977. Protein and Amino Acid Requirements in Human Nutrition. Report of Joint WHO/FAO/UNU Expert Consultation, Geneva, 2002. WHO Technical Report, Ser. No. 935, WHO, Geneva, 2007. Ziemiański Ś. /red./. Normy Żywienia Człowieka. Fizjologiczne podstawy. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2001.

36

3.2.

A. Lebiedzińska

TŁUSZCZE A. Lebiedzińska

Tłuszcze występują w świecie fauny i flory, w roślinach znajdują się przede wszystkim w nasionach i miąższu owoców, a w organizmie zwierząt i człowieka wchodzą w skład komórek różnych narządów i podskórnej tkanki tłuszczowej. Według raportu ekspertów FAO/WHO tłuszcze pokarmowe to wszystkie lipidy występujące w tkankach roślin i zwierząt. Z chemicznego punktu widzenia tłuszcze są naturalnymi związkami organicznymi zbudowanymi z atomów węgla, tlenu i wodoru o bardzo zróżnicowanej budowie. Estry glicerolu i kwasów tłuszczowych są tłuszczami prostymi (triglicerydy lub triacyloglicerole). Lipidy złożone oprócz węgla, wodoru i tlenu zawierają inne związki, takie jak kwas fosforowy (fosfolipidy), cukry (glikolipidy), kwas siarkowy (sulfolipidy) lub aminoalkohole. Do lipidów zaliczane są także sterole i izoprenoidy, które różnią się budową chemiczną od pozostałych tłuszczów, ale rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych tj. eterze, chloroformie i benzenie. Głównym czynnikiem różnicującym triglicerydy jest struktura kwasów tłuszczowych, a w szczególności występowanie w ich cząsteczkach oraz liczba wiązań podwójnych (nasycone, jedno- i wielonienasycone kwasy tłuszczowe). Wiązania te mogą się znajdować w różnych położeniach łańcucha węglowego, a także mieć różną konfigurację przestrzenną, tj. cis i trans. Szczególne znaczenie ma położenie pierwszego wiązania podwójnego licząc od grupy metylowej, które oznaczamy symbolem n lub Ω, które określa numer atomu węgla, przy którym występuje, decydując o aktywności biologicznej cząsteczek danego kwasu tłuszczowego. W organizmie człowieka kwasy z rodziny n-3 wchodzą w skład lipidów błon komórkowych, zwłaszcza tkanki nerwowej, są również prekursorami w syntezie eikozanoidów. Eikozanoidy to hormony tkankowe o szerokim spektrum działania; wpływają na kurczliwość naczyń krwionośnych, zapobiegają tworzeniu się skrzepów, mają korzystny wpływ na organizm człowieka, a szczególnie na układ krążenia. Podobnie korzystne oddziaływanie w prewencji zdrowia wykazują kwasy tłuszczowe jednonienasycone, szczególnie te występujące w tłuszczach pozyskiwanych z oliwek. Niedobór jednej z rodzin kwasów tłuszczowych nie powoduje charakterystycznych objawów chorobowych, które sygnalizowałyby konieczność ich uzupełniania, co spowodowane jest wielokierunkowym mechanizmem działań kilku rodzin tych kwasów i ich metabolitów. Jednak długotrwały niedobór kwasów z rodziny n-3 może zwiększać ryzyko zaburzeń metabolicznych. Długołańcuchowe wielonienasycone kwasy tłuszczowe; eikozapentaenowy (EPA) i dekozaheksaenowy (DHA), które podobnie do witamin i biopierwiastków nie mogą być syntetyzowane w organizmie człowieka, należą do grupy niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT). EPA i DHA w naturze występują w algach oraz morskim fito- i zooplanktonie, będąc pokarmem mięczaków, skorupiaków i ryb morskich. Jedynym ich źródłem w diecie człowieka są ryby i zwierzęta morskie, a właściwie ich tłuszcz. Poziom EPA i DHA oraz ich wzajemne proporcje w tłuszczu rybim zależą w dużej mierze od gatunku i stanu fizjologicznego ryb, pory roku, czy akwenu połowu. Z fizjologicznego punktu widzenia tłuszcz pokarmowy jest przede wszystkim źródłem energii. Ponadto, tłuszcze pokarmowe dostarczają niezbędnych do życia i zachowania zdrowia kwasów tłuszczowych nie tylko z rodziny n-3, ale także z rodziny n-6

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

37

oraz innych WNKT. Tłuszcze są również nośnikami witamin rozpuszczalnych w tłuszczach (A, D, E i K), ułatwiają wchłanianie tych witamin i wykorzystanie przez organizm. Tłuszcze pokarmowe mają wpływ na cechy organoleptyczne pokarmów, gdyż wpływają na teksturę i na smakowitość, ponadto ułatwiają przełykanie pożywienia. Do oznaczania zawartości tłuszczu w żywności stosowane są różne metody analityczne; między innymi objętościowe, ekstrakcyjno-wagowe oraz metody chromatograficzne. 3.2.1.

OZNACZENIE ZAWARTOŚCI TŁUSZCZU W MLEKU METODĄ GERBERA

Metoda butyrometryczna (objętościowa), została opracowana jeszcze pod koniec XIX wieku przez niemieckiego chemika Gerbera. Z uwagi na swoją prostotę jest jeszcze powszechnie stosowana, zwłaszcza w zlewniach i w małych mleczarniach. Zasada oznaczenia polega na wydzieleniu tłuszczu z mleka i zmierzeniu jego objętości w butyrometrze. Aby wydzielić tłuszcz z mleka (emulsja), trzeba uprzednio rozpuścić zawarte w nim białka, tworzące otoczki wokół kuleczek tłuszczu. W metodzie Gerbera stosuje się do tego celu kwas siarkowy (d = 1,82-1,825), który powoduje wydzielenie kazeinogenu z kazeinianu wapnia. Następnie dodaje się alkohol izoamylowy, który w reakcji z kwasem siarkowym tworzy rozpuszczalny ester. Rozpuszczony w alkoholu tłuszcz wydziela się w postaci przezroczystej warstwy. Oznaczenia wykonuje się w tłuszczomierzach (butyrometrach) o znormalizowanych wymiarach. Wydzielony w nich tłuszcz odwirowuje się w specjalnej wirówce, a następnie odczytuje jego objętość na skalibrowanej szyjce tłuszczomierza. Butyrometry są tak skalibrowane, że wynik odczytuje się na skali. Używa się czterech rodzajów tłuszczomierzy, które z uwagi na zróżnicowaną zawartość tłuszczu w badanym surowcu, mają odmienną budowę. Tłuszczomierze służące do oznaczeń tłuszczu w mleku pełnym, w mleku odciąganym, w mleku sproszkowanym i w śmietanie. W celu przyspieszenia procesu otrzymania tłuszczu w stanie płynnym, proces ten prowadzi się na gorąco - w temperaturze 65-70 °C. • •

Odczynniki Kwas siarkowy, H2 SO4 d = 1,82-1,825, oznaczony „do kaloryczności” Alkohol izoamylowy 1. Wykonanie oznaczenia

Odważkę mleka w proszku (2,5 g) przenosimy do zlewki (o pojemności 50 mL), następnie dodajemy 10 mL kwasu siarkowego i ogrzewając na łaźni wodnej (o temperaturze 70 °C) zawartość zlewki rozcieramy do uzyskania jednorodnej mieszaniny o karmelowo-brunatnym kolorze. Do czystego tłuszczomierza, umieszczonego w specjalnym statywie, ostrożnie przenosimy zawartość zlewki, dodajemy około10 mL kwasu siarkowego i 1 mL alkoholu izoamylowego, po czym tłuszczomierz zamykamy korkiem gumowym. Następnie butyrometr ogrzewamy wstawiając go (kalibrowanymi szyjkami do góry) do łaźni wodnej o

38

A. Lebiedzińska

temperaturze 65-70 °C na 5-10 minut. W tym czasie należy zawartość tłuszczomierza kilka razy wymieszać. W celu wydzielenia warstwy tłuszczowej, butyrometr wstawiamy na 15 min do wirówki Gerbera (65 °C, 1000 obrotów/min). Uwaga: podczas pracy z butyrometrem należy zachować szczególną ostrożność, zwłaszcza w czasie korkowania. 2. Obliczenia zawartości tłuszczu

W tłuszczomierzu do mleka pełnego jedna podziałka skali odpowiada 0,01133 g zawartości tłuszczu. Zależność ta istnieje jedynie przy odczytywaniu wyniku w temperaturze 65 °C. 3.2.2.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI TŁUSZCZU W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH METODĄ SOXHLETA METODY EKSTRAKCYJNO-WAGOWE

Zasada tych metod polega na ekstrakcji z badanej próbki substancji tłuszczowych za pomocą rozpuszczalników organicznych, tj. eteru etylowego, eteru naftowego lub chloroformu i oznaczeniu wagowym analizowanej próbki. Oznaczenie zawartości tłuszczu metodą Soxhleta należy do najbardziej rozpowszechnionych metod ekstrakcyjnowagowych. Za pomocą tej metody oznacza się substancje tłuszczowe: glicerydy, kwasy tłuszczowe, woski, fosfatydy, sterole i witaminy rozpuszczalne w tłuszczach. 1. Zasada oznaczenia

Zasada oznaczenia polega na wielokrotnej ekstrakcji substancji tłuszczowej z uprzednio wysuszonej próbki za pomocą rozpuszczalnika organicznego, oddestylowaniu rozpuszczalnika i wysuszeniu pozostałości oraz na określeniu masy wyekstrahowanego „tłuszczu surowego". Otrzymany w metodzie Soxhleta wyciąg nazywa się „tłuszczem surowym", ponieważ do wyciągu przechodzą z badanej substancji nie tylko tłuszcze właściwe, lecz również kwasy tłuszczowe, woski, fosfatydy, sterole, olejki lotne, niektóre witaminy, barwniki oraz inne związki rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych. 2. Wykonanie oznaczenia

Do gilz ekstrakcyjnych wykonanych z bibuły filtracyjnej, na dnie których umieszczono zwitek waty, należy odważyć wysuszone próbki w ilości ok. 5 g. Przed zamknięciem gilz górną powierzchnię surowca również nakrywamy watą. Kolby aparatu Soxhleta, przed przystąpieniem do oznaczeń należy wysuszyć do uzyskania stałej masy. W części ekstrakcyjnej aparatu Soxhleta umieszczamy zamknięte gilzy, wlewamy rozpuszczalnik (eter naftowy) w takiej ilości, aby następowało samoczynne przeprowadzanie rozpuszczalnika do odbieralnika. Ekstrakcję prowadzi się 4 -6 godz. Miernikiem właściwie przebiegającego procesu jest kondensacja par rozpuszczalnika w drugiej kulce chłodnicy oraz 11 do 12 przepełnień w ciągu 60 min.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

39

Po zakończeniu procesu ekstrakcji należy oddestylować rozpuszczalnik, a pozostałość w kolbie wysuszyć (100–105 °C, 1 godz) do stałej wagi z dokładnością ± 0.001 g. Zawartość tłuszczu [T] oblicza się według następującego wzoru: T=

(b - a) ⋅ 100

c gdzie: a – masa kolby [g]; b – masa kolby z wyekstrahowanym tłuszczem po wysuszeniu do stałej masy [g]; c – odważka badanej próbki [g].

40

3.3.

A. Lebiedzińska

WĘGLOWODANY A. Lebiedzińska

CHARAKTERYSTYKA CHEMICZNA – ROLA W ŻYWIENIU CZŁOWIEKA Węglowodany (inaczej sacharydy lub cukry) są rozpowszechnioną w przyrodzie grupą wielowodorotlenowych aldehydów i ketonów oraz ich pochodnych. Występują jako cukry proste oraz ich polimery, tj. oligosacharydy i polisacharydy. Polimery, liniowe lub rozgałęzione, mogą składać się z jednej cząsteczki cukru prostego (homoglikany) lub też z cząsteczek różnych cukrów prostych (heteroglikany), powiązanych wiązaniem glikozydowym. Węglowodany występują w wielu strukturach komórkowych jako fragmenty cukrowe o różnej budowie i wielkości, często w połączeniu z białkami (glikoproteiny) i lipidami (glikolipidy). Cukry proste, inaczej monosacharydy, rzadko występują w naturze w postaci wolnej. Klasyfikacja cukrów prostych jest oparta na liczbie atomów węgla w cząsteczce (np. triozy - zawierają trzy atomy węgla). Heksozy - w układzie fizjologicznym występują jedynie cztery heksozy - fruktoza, galaktoza, glukoza i mannoza. W naturze w formie wolnej występują tylko fruktoza i glukoza. Galaktoza wchodzi w skład laktozy i rafinozy oraz polisacharydu galaktanu, zaś mannoza w skład polisacharydu mannanu. Oligosacharydy zawierają 2-10 cukrów prostych i w większości powstają w wyniku częściowego rozpadu polisacharydów. Dwucukry (disacharydy) są związkami składającymi się z dwóch cukrów prostych, połączonych wiązaniem glikozydowym. Najbardziej istotne w żywieniu ludzi spośród dwucukrów są laktoza - cukier mleczny, sacharoza dawniej nazywana cukrem trzcinowym lub buraczanym, a dziś po prostu cukrem, oraz maltoza. Rafinoza i stachioza występują w nasionach roślin strączkowych (np. grochu i fasoli); są przyczyną wzdęć będących skutkiem wykorzystywania tych cukrów przez mikroflorę jelitową. Polisacharydy, które są wielkocząsteczkowymi polimerami cukrów prostych są formą magazynowania energii. Głównymi polimerami zbudowanymi z cząsteczek glukozy są celuloza, glikogen i skrobia. Różnica między tymi związkami polega na odmiennym sposobie połączenia cząsteczek glukozy (wiązania glikozydowe α lub ß; pozycje 1,4 lub 1,6). Skrobia - najczęściej spożywany polisacharyd jest polimerem glukozy, zawierającym dwa składniki strukturalne: amylozę i amylopektynę. Ma budowę ziarnistą, charakterystyczną dla danej rośliny. W stanie surowym jest trudno strawna; jej podatność na działanie enzymów trawiennych zwiększa się w wyniku pęcznienia, które zachodzi w wyższej temperaturze w środowisku wodnym. Glikogen występujący w świecie zwierzęcym jest analogiem skrobi o budowie podobnej do amylopektyny, ale o większym rozgałęzieniu i krótszych łańcuchach bocznych, odkładany jest w wątrobie i w mięśniach jako materiał zapasowy. Polisacharydy mieszane, jak agar (agar-agar) i pektyny, składają się z różnych cukrów prostych i spełniają w naturze rolę strukturalną lub ochronną, a niektóre z nich wykorzystywane są w produkcji żywności, np. jako substancje zagęszczające lub stabilizatory.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

41

Z żywieniowego punktu widzenia węglowodany dzielimy na węglowodany przyswajalne, potocznie utożsamiane z pojęciem „węglowodany”, oraz węglowodany nieprzyswajalne, określane terminem włókna pokarmowego lub błonnika pokarmowego. Określenia "włókno pokarmowe" użył po raz pierwszy Hipsley w 1953 roku. Poprzednio używane określenie "włókno surowe", nadal stosowane w niektórych tabelach składu i wartości odżywczej produktów spożywczych, obejmowało substancje nierozpuszczalne w kwasach i alkoholach, które obniżały wartość energetyczną paszy dla zwierząt. Włókno pokarmowe definiuje się jako roślinne wielocukry i ligniny, oporne na działanie enzymów trawiennych przewodu pokarmowego człowieka. Głównymi komponentami błonnika pokarmowego są: celuloza, ligniny (nie będące węglowodanami), hemicelulozy i pektyny. Celuloza jest liniowym polimerem glukozy (α-1,4-glukanem) zawierającym 3 tysiące lub więcej jednostek tego cukru połączonych wiązaniem ßglikozydowym (ß-izomer skrobi). Hemicelulozy w ścianach komórkowych roślin są bardzo ściśle związane z celulozą (stąd ich nazwa) i spełniają rolę substancji sklejających. Fizjologiczne skutki oddziaływania błonnika pokarmowego w organizmie są trudne do precyzyjnego określenia z uwagi na zróżnicowanie budowy związków wchodzących w jego skład w poszczególnych produktach roślinnych. Biologiczne właściwości mogą w dużym stopniu zależeć od wielorzędowej struktury chemicznej włókna w produkcie i jego rozdrobnienia, a ponadto właściwości te mogą być znacząco modyfikowane warunkami środowiskowymi (uwodnienie, pH, obecność metali, itp.). WĘGLOWODANY W DIECIE CZŁOWIEKA – METABOLIZM WĘGLOWODANÓW

Najbogatszym źródłem węglowodanów są produkty wyodrębnione z naturalnych artykułów roślinnych takich jak: cukier rafinowany, mączka ziemniaczana i ich przetwory (np. sztuczny miód, cukierki, syrop ziemniaczany) oraz miód pszczeli i suszone owoce. Produkty te zawierają od 80 do 100% węglowodanów. Bogate w węglowodany są produkty zbożowe (mąka, kasze, makarony, pieczywo, płatki śniadaniowe), które zawierają od 50 do 80% skrobi, mogą dostarczać znacznych ilości błonnika. Równie duża zawartość węglowodanów (40-70%) występuje w słodyczach i pieczywie cukierniczym, niektórych przetworach owocowych (dżemy, konfitury, syropy) oraz w suchych nasionach strączkowych. Ziemniaki, warzywa okopowe i korzeniowe oraz owoce i napoje zawierają przeciętnie od 10 do 25% węglowodanów. W mleku i napojach mlecznych zawartość laktozy kształtuje się na poziomie 4-4,5%. Zachodzące w ostatnich dziesięcioleciach w Polsce zmiany w strukturze spożycia żywności zbliżają nasz model żywienia do krajów wysoko rozwiniętych, w których dietę charakteryzuje nadmierny udział produktów dostarczających tłuszczów kosztem produktów obfitujących w węglowodany. W zakresie spożycia węglowodanów obserwuje się malejący udział energii pochodzącej z węglowodanów złożonych (przetworów zbożowych i ziemniaków), a rosnący udział sacharozy i cukrów prostych (ze słodyczy i przetworów owocowych). Zmianom tym towarzyszy obniżenie spożycia błonnika pokarmowego oraz składników odżywczych o znaczeniu regulującym (nie energetycznych), co razem prowadzi do zmian w gęstości odżywczej pożywienia przeciętnego Polaka, utrudniając zbilansowanie dziennej racji pokarmowej. Włókno roślinne w przewodzie pokarmowym człowieka pełni funkcje "szczotki fizjologicznej", adsorbenta i wypełniacza, reguluje procesy zachodzące w przewodzie pokarmowym, umożliwiając stymulację ruchów perystaltycznych i ograniczenie czasu

42

A. Lebiedzińska

pasażu jelitowego oraz ułatwia usuwanie nie strawionych resztek i substancji szkodliwych. Włókno pokarmowe jest ponadto pożywką dla drobnoustrojów i może w istotny sposób wpływać na ilościowy i jakościowy skład mikroflory jelitowej. Osobliwością składu włókna pokarmowego jest tzw. skrobia oporna na trawienie; zdefiniowano ją jako „sumę skrobi i produktów jej rozpadu, które nie są wchłaniane w jelicie człowieka”. Zdefiniowanie skrobi w kategoriach fizjologicznych było konieczne, gdyż różnice strukturalne, w zdecydowanej większości pojawiają się w trakcie stosowanych zabiegów technologicznych, a tylko sporadycznie w skrobiach naturalnych. Skrobia składa się z dwóch, różniących się pod względem budowy frakcji, zwanych amylozą i amylopektyną, które ulegają rozkładowi do glukozy pod wpływem enzymów amylolitycznych, jednak w różnym stopniu, zależnie od czasu trawienia. Obecnie klasyfikuje się skrobię na szybko trawioną (żywność spożywana bezpośrednio po poddaniu jej obróbce termicznej), wolno trawioną (trawienie powolne, ale całkowite, surowe skrobie zbożowe), skrobię oporną RS (Resistant Starch) i VRS (Very Resistant Starch). Ta ostatnia pozostaje niestrawiona przez enzymy amylolityczne przez 24 h i w postaci nienaruszonej przedostaje się do jelita grubego, gdzie zachowuje się jak błonnik pokarmowy, ponadto jest pożywką dla mikroflory jelitowej i w wyniku zachodzących procesów fermentacyjnych powoduje powstawanie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych uczestniczących w formowaniu nabłonka jelitowego. Nie występuje ona w naturze, lecz powstaje podczas ogrzewania produktów skrobiowych przy niedostatecznej ilości wody, np. podczas produkcji płatków śniadaniowych. W wyniku przedłużonego działania temperatury następuje uszkodzenie struktury cząsteczek skrobi, wskutek, czego traci ona zdolność żelowania i staje się oporna na działanie enzymów trawiennych. Odporność na trawienie powoduje, że pełni istotne funkcje fizjologiczne – skrobia nieprzyswajalna, wolno trawiona, wywołuje efekt hipoglikemiczny oraz obniża stężenie cholesterolu w krwi i poprawia perystaltykę jelit pełniąc funkcje błonnika dietetycznego. Metabolizm węglowodanów, związany jest głównie z glukozą, którą powinniśmy pozyskiwać z węglowodanów złożonych. Minimalna ilość węglowodanów niezbędnych dla organizmu człowieka jest zdeterminowana przez zapotrzebowanie komórek mózgowych na glukozę, która stanowi źródło energii dla mózgu i rdzenia nerwowego. Ponadto glukoza jest substratem energetycznym dla krwinek, mięśni wątroby, serca, nerek i jelit. Bezpośrednie wykorzystywanie glukozy przez komórki organizmu wiąże się z utrzymywaniem stałego poziomu glukozy we krwi, który u człowieka waha się w granicach 70-115 mg/L. W normalnych warunkach mózg dorosłego człowieka (na który przypada prawie 20% podstawowej przemiany materii) zużywa około 140 g glukozy/dobę, a czerwone krwinki około 40 g/dobę. W celu utrzymania niezbędnego poziomu glukozy we krwi, w przypadku niewystarczającej podaży z pokarmem, w wątrobie uruchamiany zostaje proces glikogenolizy. Zapasy glikogenu i jego uwalnianie z wątroby są kontrolowane przez hormony trzustki: insulinę i glukagon oraz hormon nadnerczy - adrenalinę. Niepokojący jest fakt, iż w diecie człowieka wzrasta poziom fruktozy i innych cukrów prostych. Glukoza reguluje poziom insuliny, czego nie czyni fruktoza, gdyż nie ma receptorów fruktozy w β-komórkach trzustki. Fruktoza wpływa na wydzielanie w wątrobie enzymu Junk, który powoduje, że receptory insuliny przestają funkcjonować, zachodzi tzw. fosforylacja seryny (effect on the serum phosphorylation of the insulin receptors), czyli poziom insuliny w organizmie rośnie powodując zakłócenie przekazywania sygnałów leptytowych do mózgu. W rezultacie dochodzi do zaburzeń atestatu, co może być powodem magazynowania zapasów energetycznych w postaci tłuszczu w adypocytach. Ponadto, fruktoza może być przyczyną nadciśnienia, gdyż wpływa na obniżenie

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

43

koncentracji fosforanu amonowego, co podnosi poziom kwasu moczowego, inhibitora tlenku azotu. Nadmiar fruktozy w diecie powoduje de novo lipogenesis, czyli produkcję tłuszczu w postaci VLDL (bardzo małej gęstości lipoproteiny), co prowadzi do dyslipidemii. INDEKS GLIKEMICZNY PRODUKTÓW SPOŻYWCZYCH

W 1998 roku FAO/WHO ustaliło definicję indeksu glikemicznego (GI), który pozwala na ranking produktów spożywczych oparty na rozróżnieniu ich efektu glikemicznego w porównaniu z produktami referencyjnymi (glukoza, pieczywo pszenne). Produkty bogato-węglowodanowe różnią się między sobą, nie wszystkie uruchamiają te niekorzystne dla konsumenta procesy fizjologiczne. Wartość GI zależy od rodzaju i ilości cukrów prostych i złożonych w danym produkcie, od ilości włókna pokarmowego, białka, tłuszczu, od stopnia rozdrobnienia produktu oraz od zabiegów kulinarnych i procesów technologicznych zastosowanych przy wytwarzaniu pokarmu. Praktycznie stosowaną jednostką jest ładunek glikemiczny GL (glycemic load, GL), który określa szybkość uwalniania glukozy z węglowodanów, jak i ilość węglowodanów zawartą w określonej porcji produktu spożywczego: GL =

GI ⋅ W [g] 100

W – zawartość węglowodanów Produkty spożywcze o wysokim GI są trawione szybko i powodują poposiłkowy wzrost stężenia glukozy i insuliny w osoczu, co może wpływać na rozwój otyłości, cukrzycy typu 2. i innych zaburzeń metabolicznych określanych jako zespół metaboliczny. Na podstawie przeprowadzonych do tej pory badań określono indeks glikemiczny dla 500 artykułów spożywczych. Znajomość wartości indeksu i ładunku glikemicznego wykorzystuje się do oceny produktów węglowodanowych w diecie osób dotkniętych cukrzycą, nadwagą i otyłością. Na podstawie wyników badań The Nurse Heath Study prowadzonych w USA stwierdzono, że indeks glikemiczny odgrywa istotną rolę w ocenie efektu metabolicznego węglowodanów diety, zwłaszcza u osób z insulinoopornością. Ponadto, zaobserwowano związek pomiędzy wysokim indeksem glikemicznym a częstością występowania zawału i chorobą niedokrwienną serca u osób z BMI > 23. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) w 2004 roku ogłosiła Globalną Strategię WHO dotyczącą diety, aktywności fizycznej i zdrowia. Zaleca się, między innymi, by dieta współczesnego człowieka była oparta na produktach bogato-węglowodanowych z dużą zawartością błonnika i niskim indeksem glikemicznym (GI). SPOŻYCIE WĘGLOWODANÓW A ZACHOWANIE ZDROWIA – ZALECENIA DOTYCZĄCE ILOŚCI ENERGII POCHODZĄCEJ Z WĘGLOWODANÓW

Wyniki badań epidemiologicznych wskazują, ze ilość i rodzaj spożywanych węglowodanów może być czynnikiem ryzyka w etiologu niektórych chorób przewlekłych i zwyrodnieniowych, zwanych przewlekłymi chorobami dietozależnymi. Spożywanie

44

A. Lebiedzińska

żywności wysoko przetworzonej, bogatej w cukier rafinowany i tłuszcz (np. słodycze), sprzyja uzyskaniu dodatniego bilansu energetycznego i jest jednym z czynników współdecydujących o powstawaniu otyłości pierwotnej oraz cukrzycy insulinoniezaleznej. Organizm człowieka preferencyjnie wykorzystuje węglowodany jako źródło energii - spożywając dziennie od 50 do 100 g przyswajalnych węglowodanów zapobiega się nadmiernemu katabolizmowi białka tkankowego, co ma szczególne znaczenie praktyczne w okresie wzrostu organizmu i rekonwalescencji (odbudowy tkanek). Założenie to jest podstawą ustalenia zalecanego spożycia węglowodanów przez ekspertów FAO i WHO i ekspertów europejskich, które obecnie kształtuje się na poziomie powyżej 55% energii ogółem (przyjmując 10-15% energii z białek i 25-30% energii z tłuszczów). W profilaktyce żywieniowej zaleca się większe spożycie węglowodanów złożonych, nawet do 70% energii ogółem (kosztem energii pochodzącej z tłuszczów), z jednoczesnym ograniczeniem spożycia cukrów wolnych (mono- i disacharydów). Zgodnie z tymi zaleceniami należy spożywać mniej cukru i słodyczy, aby ilość energii wprowadzanej do diety przez cukry dodane nie przekraczała 10% dziennego zapotrzebowania energetycznego. ZALECANE SPOŻYCIE WŁÓKNA POKARMOWEGO

W przypadku włókna pokarmowego nie może być mowy o fizjologicznym zapotrzebowaniu, a jedynie o zalecanym spożyciu, które powinno wynosić od 20 do 40 g/osobę/dzień (16-24 g/dobę nie skrobiowych wielocukrów - bez lignin), co w przypadku diety średnio wynosi 12 g włókna pokarmowego/osobę/1000 kcal. Zalecenie to wynika z profilaktyki zdrowotnej, ze względu na zapobieganie schorzeniom przewodu pokarmowego i tzw. chronicznym chorobom metabolicznym (otyłość, cukrzyca, miażdżyca, nowotwory). W polskiej racji pokarmowej, ze względu na wielkość spożycia, źródłem błonnika pokarmowego są przede wszystkim produkty zbożowe. Postulowany przez żywieniowców umiarkowany wzrost spożycia włókna w przeciętnej diecie może być łatwo osiągnięty przez wzrost konsumpcji takich produktów zbożowych jak: kasze; gryczana i jęczmienna, ryż brązowy, pieczywo z mąk pełnoziarnistych lub z dodatkiem nasion oraz zwiększenie spożycia owoców i warzyw (najkorzystniej surowych). 3.3.1.

METODY OZNACZANIA WĘGLOWODANÓW W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH

Całkowitą zawartość węglowodanów w żywności i racjach pokarmowych można obliczyć znając zawartość białka, tłuszczu, wody i popiołu, posługując się wzorem: Węglowodany ogółem = 100 – (woda + popiół + białko + tłuszcz) W oznaczaniu zawartości węglowodanów przyswajalnych wykorzystuje się ich właściwości redukujące, zdolność skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego, zdolność do tworzenia w wodzie roztworów właściwych, zdolność fermentowania, zachowanie się wobec kwasów itp. Spośród wielu metod fizycznych (densymetryczne, polarymetryczne, refraktometryczne), biologicznych (mikrobiologiczne) i chemicznych najczę-

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

45

ściej do ilościowego oznaczania cukrów prostych stosuje się metody Fehlinga i Bertranda, oparte na redukcji soli miedziowej oraz technikę wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC. METODY ILOŚCIOWEGO OZNACZANIA WĘGLOWODANÓW

Ilościowe oznaczanie zawartości cukrów złożonych wymaga uprzedniej hydrolizy do cukrów prostych. Metody refraktometryczne – mierzy się w nich współczynnik załamania światła (refrakcji) przez cząsteczki sacharydu rozpuszczonego w wodzie. W przypadku czystych roztworów sacharydów uzyskuje się bardzo dokładne i powtarzalne wyniki, ale dla roztworów wieloskładnikowych, w których pomiar współczynnika załamania jest wypadkową wszystkich rozpuszczonych w wodzie substancji, wynik ten określa ekstrakt ogólny, analogicznie jak w metodach densymetrycznych. Metoda ta znalazła szerokie zastosowanie w badaniach produktów spożywczych z uwagi na prostotę i szybkość analizy oraz możliwość wykonania oznaczeń seryjnych. Metody polarymetryczne – polegają na pomiarze kąta skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego, przechodzącego przez badany roztwór sacharydu. Analizy wykonuje się za pomocą specjalnych polarymetrów zwanych sacharymetrami; badany roztwór musi być bezbarwny, klarowny i bez zawiesin koloidalnych. Metody chemiczne - wykorzystują właściwości redukcyjące cukrów, związane z obecnością w cząsteczce wolnej grupy karbonylowej (aldehydowej lub ketonowej); tak oznaczoną zawartość sacharydów nazywa się zawartością „cukrów redukujących”. Węglowodany, które są pozbawione właściwości redukcyjnych (mają zablokowane grupy karbonylowe), poddaje się hydrolizie (inwersji) do monosacharydów i oznacza jako tzw. „cukry ogółem”. Najczęściej stosowaną metodą inwersji jest metoda Clergeta-Herzfelda, polegająca na hydrolizie sacharydów w kwaśnych warunkach, w podwyższonej temperaturze.

Największe znaczenie w ilościowym oznaczaniu sacharydów w produktach spożywczych mają metody oparte na redukcji soli miedzi (II) w środowisku alkalicznym. Odczynniki miedziowe stosowane w metodach miareczkowych to zasadowe roztwory siarczanu (VI) miedzi (II), zawierające winian sodu i potasu lub cytrynian sodu, glicerynę lub inny związek tworzący rozpuszczalny kompleks z jonami miedzi. W środowisku zasadowym w podwyższonej temperaturze następuje przeprowadzenie sacharydów w formę łańcuchową, która ulega enolizacji. Powstałe endiolowe formy sacharydów utleniają się do kwasów (np. z glukozy powstaje kwas glukonowy); jednocześnie następuje redukcja jonów Cu+2 do jonów Cu+1, które łącząc się z jonami wodorotlenkowymi, dając czerwony osad tlenku miedzi. W metodzie tej bardzo ważne jest ścisłe przestrzeganie warunków oznaczania, m.in. utrzymywanie stanu wrzenia, gdyż zabezpiecza się wtedy próbkę przed dostępem powietrza, które może ponownie utlenić zredukowaną miedź.

46

A. Lebiedzińska

Spośród metod miareczkowych najczęściej są stosowane: Metoda Fehlinga - polega na miareczkowym oznaczaniu ilości redukujących sacharydów w roztworze, odpowiadających całkowitej redukcji miedzi zawartej w roztworze odczynników Fehlinga I (uwodniony siarczan miedzi) i Fehlinga II (winian sodowo potasowy) wprowadzonych w jednakowej objętości (po 10 mL). Winian sodu i potasu tworzy z jonami Cu+2 ciemnoniebieski, rozpuszczalny w wodzie kompleks; koniec miareczkowania rozpoznaje się po zaniku barwy niebieskiej, świadczącej o braku jonów Cu+2. Metoda Lane – Eynona – jest rozwinięciem metody Fehlinga i może być stosowana do oznaczania sacharydów w roztworach bezbarwnych. Oznaczanie polega na bezpośrednim miareczkowaniu wrzącej mieszaniny roztworów Fehlinga I i II odpowiednio rozcieńczonym roztworem sacharydu (0,1 – 0,4%) w obecności błękitu metylenowego jako wskaźnika końca miareczkowania. Obecność soli Seignette’a (winianu potasowosodowy) zapobiega wytrącaniu się wodorotlenku miedzi (II) i umożliwia prawidłowe przeprowadzenie redukcji, w której odbarwienie barwnika następuje dopiero po zredukowaniu całej miedzi zawartej w płynie Fehlinga. W metodzie tej stosuje się mniejsze ilości odczynników Fehlinga I i II (po 5 mL). Modyfikacją metody Lane–Eynona jest metoda Munsona i Walkera, w której roztwór sacharydów ogrzewa się w standardowych warunkach z odczynnikami Fehlinga, wytrącony osad Cu2O po przesączeniu jest oznaczany za pomocą miareczkowania manganometrycznego lub jodometrycznego. Metoda Bertranda – stosuje się ją do oznaczania sacharydów w produktach spożywczych, w przypadku roztworów silnie zabarwionych. METODY OZNACZANIA ZAWARTOŚCI BŁONNIKA POKARMOWEGO

W skład błonnika wchodzą składniki o charakterze polisacharydowym i niepolisacharydowym. Związki te nie rozpuszczają się podczas gotowania z kwasami. Ze względu na niejednorodność fizyko-chemiczną, analiza błonnika jest trudna. Istniejące metody różnią się między sobą sposobem izolacji poszczególnych frakcji, dlatego też przy podawaniu zawartości błonnika należy podać, która z metod została zastosowana. Do podstawowych metod oznaczania zawartości błonnika należą: Metody enzymatyczno-wagowe – polegają na trawieniu badanej próbki enzymami in vitro, a następnie na zważeniu pozostałości niestrawionej. Metody te są powszechnie stosowane w analizie błonnika pokarmowego i ciągle modyfikowane (wprowadzanie bardziej efektywnych enzymów); Metoda chemiczna – błonnik pokarmowy zawarty w analizowanej próbce poddaje się hydrolizie kwasowej do glukozy, pentoz, kwasu galaktouronowego, alkoholi fenylopropenowych, a następnie uzyskane produkty analizuje się za pomocą HPLC. Na podstawie uzyskanych wyników można oszacować zawartość poszczególnych frakcji błonnika pokarmowego, np. ilość glukozy jest proporcjonalna do zawartości celulozy, pentozy odpowiadają hemicelulozie, kwas glukouronowy – pektynom, a alkohole fenylopropenowe – ligninie.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

47

Czasami do celów technicznych stosuje się metodę Scharrera-Kürschnera, która polega na wagowym oznaczeniu substancji organicznych, które nie rozpuszczają się w mieszaninie kwasów podczas gotowania oraz po ekstrakcji alkoholem; oznaczona w ten sposób frakcja błonnika pokarmowego nosi nazwę włókna surowego (zawiera głównie celulozę). 3.3.2.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI CUKRÓW REDUKUJĄCYCH W MLEKU METODĄ BERTRANDA

W metodzie tej wykorzystuje się właściwości redukcyjne cukrów, związane z obecnością w ich cząsteczce grupy aldehydowej lub ketonowej. Metody oparte na właściwościach redukcyjnych nie są specyficzne tylko dla sacharydów, gdyż inne substancje obecne produktach spożywczych (niektóre kwasy organiczne, tj. kwas askorbinowy, zasady purynowe, niektóre aldehydy i aminokwasy; cysteina, kwas asparaginowy), także wykazują w tych warunkach właściwości redukcyjne. Aby uniknąć podwyższenia wyników oznaczania, usuwa się wytracający osad w procesie klarowania i odbiałczania. Laktoza należy do dwucukrów bezpośrednio redukujących i dlatego jej zawartość można oznaczać tzw. metodami redukcyjnymi; metodą Bertranda lub Lane-Eynona. Produkty mleczarskie (lody, mleko zagęszczone i mleko w proszku) zawierają oprócz laktozy, także sacharozę. Przy badaniu zawartości cukrów w tych produktach metodą redukcyjną oznaczamy laktozę, a następnie przeprowadzamy hydrolizę (inwersję) sacharozy do cukrów prostych (glukozy i fruktozy) i ponownie oznaczamy ogólną zawartość cukrów redukujących. Zasada oznaczenia

Oznaczenie polega na ilościowej redukcji jonów Cu+2 do Cu+ przez sacharydy zawierające w cząsteczce wolne grupy redukujące, która zachodzi w środowisku silnie alkalicznym (pH ok. 12) i w temp. wrzenia roztworu. W tych warunkach siarczan (VI) miedzi (II) tworzy z wodorotlenkiem sodu czarny tlenek (II) miedzi (II) przeszkadzajacy w oznaczeniu, dlatego wprowadza się związek utrzymujący wodorotlenek miedziowy w roztworze. Rolę tę spełnia winian sodowo-potasowy w roztworze ługu sodowego (Bertrand II). Oznaczanie sacharydów przeprowadza się metodą pośrednią na podstawie ilości roztworu nadmanganianu potasu zużytego na miareczkowanie jonów Fe+2 odpowiadających stechiometrycznie ilości sacharydów redukujących zawartych w badanym roztworze.

48

1.

A. Lebiedzińska

W poszczególnych etapach oznaczenia zachodzą odpowiednie reakcje: po zmieszaniu roztworów Bertranda I i Bertranda II: CuSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + Cu(OH)2 Cu(OH)2 + NaKH4C4O6 = Cu(NaKH2C4O6) + 2H2O

2.

podczas gotowania roztworu cukru z odczynnikiem Bertranda I i Bertranda II cukier + 2 Cu(NaKH2C4O6) + 2H2O = utleniony cukier + 2C4H4KNaO6 + Cu2O

3.

po dodaniu płynu Bertranda III do osadu Cu2O Cu2O + Fe2(SO4)3 + H2SO4 = 2CuSO4 + 2FeSO4 + H2O

4.

podczas miareczkowania roztworem KMnO4 10FeSO4 + 2 KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

• • • • • • • • •

Odczynniki Fluorek sodu, roztwór nasycony roztwór Fehlinga (CuSO4 × 5H2O); roztwór Bertranda I (CuSO4 × 5H2O); roztwór Bertranda II, sól Seignette’a (NaKH4C4O6 × 4 H2O), NaOH; roztwór Bertranda III (Fe2(SO4)3 w H2SO4); roztwór nadmanganianu potasowego o stęż. 0.02 M; roztwór wodorotlenku sodu, 10% NaOH oranż metylowy Kwas solny, HCl, d = 1,19 1. Wykonanie oznaczenia laktozy

Bezpośrednio do zlewki (100 mL) odważamy ok. 3 g sproszkowanego mleka i dodajemy około 20 mL wody destylowanej. Zawiesinę roztartego mleka przenosimy ilościowo do zlewki (500 mL) spłukując wodą destylowaną do objętości ok. 400 mL, następnie dodajemy 10 mL roztworu Fehlinga. Po sprawdzeniu pH, roztwór powinien być obojętny (pH=7), dodajemy 20 mL roztworu fluorku sodu. Zawartość przenosimy ilościowo (popłukując wodą destylowaną) do kolby miarowej (500 mL), mieszamy i odstawiamy do sklarowania na 30 min. do czasu osadzenia się wytrąconych białek i soli wapniowych (wytrącenie soli wapniowych powoduje fluorek sodu, a białka wytrącają się, tworząc połączenie z tlenkiem miedziowym). Następnie roztwór sączymy przez bibułowy sączek karbowany do suchej kolby stożkowej (200-300 mL). W uzyskanym przesączu oznaczamy zawartość cukrów redukujących metodą Bertranda.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

49

2. Oznaczanie zawartości cukrów redukujących

Do kolby stożkowej Erlenmayera (200 mL) odmierzamy (za pomocą pipety) 20 mL badanego roztworu, do którego dodajemy po 20 mL roztworów Bertranda I i Bertranda II. Kolbę umieszczamy na siatce nad palnikiem i ogrzewamy do wrzenia, utrzymując roztwór w łagodnym wrzeniu przez 3 min. Po ukończeniu ogrzewania, kolby umieszczamy w ukośnym położeniu (5-10 min), a następnie dekantujemy płyn znad wytrąconego osadu tlenku miedzi – Cu (I) przez sączek ilościowy (o średnicy 6 cm) w ten sposób, aby jak najmniej osadu dostawało się na sączki. Płyn nad osadem tlenku miedzi powinien być niebieski (niebieska barwa płynu wskazuje, iż dodana ilość odczynników Bertrand I i II jest wystarczająca do oznaczania zawartości cukrów w badanej próbce). Osady na sączkach i w kolbie powinny pozostawać pod warstwą gorącej wody, aby nie zachodziła reakcja utlenienia Cu (I)do Cu (II). Sączki należy przemywać gorącą wodą destylowaną do całkowitego usunięcia niebieskiej barwy, po czym przenieść je do kolb z osadem tlenku miedzi Cu (I) uprzednio rozpuszczonym w roztworze Bertranda III i dokładnie wymieszać w celu rozpuszczenia tlenku miedzi Cu (I), znajdującego się na sączkach. Otrzymane roztwory (po rozpuszczeniu osadów) miareczkujemy natychmiast roztworem nadmanganianu potasowego (0,1 M KMnO4) do blado różowego zabarwienia, utrzymującego się przez okres 15 sekund. Na podstawie zużycia objętości zużytego na zmiareczkowanie mianowanego roztworu nadmanganianu (VII) potasu oblicza się ilość miedzi zredukowanej przez sacharyd obecny w badanej próbce, a zawartość poszczególnych cukrów odczytuje się z odpowiednich tabel. Z objętości nadmanganianu potasu zużytego podczas miareczkowania obliczamy ilość zredukowanej podczas oznaczenia miedzi [mg] wg wzoru: Cu = 6,36 ⋅ a a – liczba mL 0,02 M KMnO4 zużytego do miareczkowania; 6,36 – ilość mg Cu, odpowiadająca 1 mL roztworu KMnO4 Na podstawie obliczonej zawartości miedzi (w mg) należy z tabeli 12 odczytać odpowiadającą jej zawartość laktozy w badanej próbce. Zawartość cukrów redukujących w badanym produkcie należy obliczyć uwzględniając rozcieńczenie badanej próbki.

50

A. Lebiedzińska

Tabela 12. Zawartość miedzi i odpowiadająca jej ilość glukozy i laktozy Miedź [mg]

Glukoza [mg]

Laktoza [mg]

Cukier inwertowany [mg]

20

9,8

14,0

9,7

5,1 30

14,9

40

20,0

50

25,2

60

30,5

70

35,9

80

41,4

90

47,0

100

52,6

110

58,4

120

64,2

7,2 21,2

5,1

5,0 14,7

7,3 28,5

5,2

5,1 19,8

7,4 35,9

5,3

5,3 25,1

7,6 43,5

5,4

5,3 30,4

7,7 51,1

5,5

5,4 35,8

7,7 58,9

5,6

5,5 41,3

7,9 66,8

5,6

5,6 46,9

7,9 74,7

5,8

5,7 52,6

8,0 82,7

5,8

5,9 58,5

8,0 90,7

6,0 64,5

3. Oznaczanie zawartości cukrów redukujących po inwersji

Produkty mleczarskie, oprócz cukru charakterystycznego dla mleka laktozy, zawierają również sacharozę. Przy badaniu zawartości cukrów w takich produktach metodą redukcyjną oznaczamy laktozę, a następnie przeprowadzamy hydrolizę (inwersję) sacharozy do cukrów prostych (glukozy i fruktozy) i ponownie oznaczamy ogólną zawartości cukrów redukujących (po inwersji). 4. Inwersja

Do kolby miarowej (100 mL) odmierzamy 50 mL roztworu cukrów i dodajemy 5 mL kwasu solnego (HCl, d=1,19). Inwersję przeprowadzamy w temperaturze 67-70 ºC, ogrzewając badany roztwór przez 5 min. Następnie zawartość kolby szybko schładzamy pod strumieniem zimnej wody i zobojętniamy roztworem 10% NaOH wobec oranżu metylowego. Kolbę miarową uzupełniamy wodą destylowaną do objętości 100 mL. Oznaczenie zawartości cukrów redukujących wykonujemy w ten sam sposób jak przed inwersją.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

51

Zawartość sacharozy oblicza się z różnicy pomiędzy zawartością cukrów redukujących, oznaczonych przed inwersją (przeliczenie na glukozę) i po inwersji. Przy obliczaniu procentowej zawartości cukrów należy uwzględnić rozcieńczenie oraz współczynnik odnoszący się do przeliczeń na sacharozę = 0,95. Współczynnik 0,95 wynika ze stosunku masy inwertowanej do masy otrzymanych cukrów prostych. C12H22O11 + H2O = 2C6H12O6 Sacharoza, dwucukier złożony z glukozy i fruktozy nie wykazuje własności redukowania metali ze względu na związanie grup glikozydowych. Podczas inwersji z 342 części wagowych dwucukru uzyskujemy 360 części wagowych cukrów prostych. 3.3.3.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI SKROBI W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH METODĄ POLARYMETRYCZNĄ

Metoda polarymetryczna – z uwagi na szybkość i prostotę wykonania należy do najczęściej stosowanych. Polega na pomiarze kąta skręcania światła spolaryzowanego przez badany roztwór zhydrolizowanej skrobi z tym, że roztwór przeznaczony do badania musi być bezbarwny, klarowny i bez zawiesin koloidalnych. Każda substancja optycznie czynna wykazuje w pewnych ustalonych warunkach fizycznych tzw. skręcalność właściwą, która jest wartością dla niej charakterystyczną. Skręcalność właściwa to wielkość kąta, o jaki skręca płaszczyznę światła spolaryzowanego substancja stała, o grubości warstwy 1 mm, lub roztwór jednorodny o stężeniu 1 g w 1 mL roztworu, w warstwie o grubości 1 dm, w temperaturze 20oC, przy źródle światła sodowego o długości fali λ = 5890 Ǻ. Zasada oznaczenia

Oznaczenie polarymetryczne skrobi polega na jej hydrolizie w środowisku kwaśnym i zmierzeniu kąta skręcalności produktów hydrolizy w polarymetrze. • • •

Odczynniki 0,31 M HCl roztwór Carreza I (150 g K4Fe(CN)6·3H2O w 1 L) roztwór Carreza II (300 g ZnSO4·7H2O w 1 L) 1. Wykonanie oznaczenia

Do kolby miarowej (50 mL) wlewamy 15 mL roztworu 0,31 M HCl, następnie dodajemy (mieszając) 2,5 g próbkę badanego produktu i 1 g węgla aktywnego. Energicznie mieszamy, następnie dodajemy 10 mL 0,31 M HCl przepłukując nim lejek i szyjkę kolby miarowej.

52

A. Lebiedzińska

Hydrolizę przeprowadzamy na wrzącej łaźni wodnej (15 min), w pierwszej fazie energicznie wytrząsając zawartością kolby (3 min). Po 15 min hydrolizat studzimy do temperatury pokojowej i dodajemy po 0,5 mL roztworów Carreza I i II. Po wymieszaniu hydrolizat dopełniamy do objętości 50 mL wodą destylowaną i sączymy przez karbowany sączek bibułowy. Pierwszą porcję przesączu (ok. 10 mL) odrzucamy. Uzyskanym, klarownym przesączem (roztwór cukrów prostych) napełniamy rurkę polarymetryczną i mierzymy skręcalność α w polarymetrze. Zawartość skrobi obliczamy według wzoru: α ⋅ 100 C=

1

177,2 ⋅ L

C – zawartość skrobi w badanym hydrolizacie (w odniesieniu do 5 g naważki próbki w 100 mL) α1 - skręcalność rzeczywista próby badanej odczytana na polarymetrze 177,2 – średnia skręcalność właściwa skrobi mąk zbożowych L – długość rurki polarymetrycznej (1,9 dcm) Zawartość składników odżywczych w produktach spożywczych i w pokarmach podajemy na 100 g produktu, czyli uzyskany wynik należy przeliczyć na 100 g produktu. W środkach spożywczych obok skrobi występują także węglowodany rozpuszczalne w wodzie, wpływające na wynik oznaczenia skrobi. Aby wyznaczyć skręcalność rzeczywistą skrobi zawartej w próbce należy wykonać równoległą próbę. W tym celu odważamy 5 g-odważkę analizowanego produktu, przenosimy do kolby miarowej (50 mL) i dodajemy wodę destylowaną. Całość mieszamy, a następnie klarujemy dodając roztworów Carreza I i II. Uzupełniamy wodą destylowaną do objętości kolbki miarowej i sączymy przez bibułowy sączek karbowany. Z przesączu pobieramy 25 mL roztworu i postępujemy jak w oznaczeniu skrobi. Odczytana skręcalność (α2) badanego hydrolizatu odpowiada ilości węglowodanów rozpuszczalnych obecnych w analizowanym produkcie. Skręcalność rzeczywistą (α) odpowiadającą zawartości skrobi w badanej próbce wyliczamy z następującej zależności: α = α1 - α2 Gdy wartość α2 jest mała, rzędu 0,05º wówczas można ją pominąć

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

3.3.4.

53

OCENA PRODUKTÓW I POKARMÓW BOGATOWĘGLOWODANOWYCH W ASPEKCIE GLIKEMII POPOSIŁKOWEJ – INDEKS GLIKEMICZNY (GI) I ŁADUNEK GLIKEMICZNY (GL)

Ładunek glikemiczny GL (ang. glycemic load, GL) jest jednostką praktycznie stosowaną – określa szybkość uwalniania glukozy z węglowodanów, jak i ilość węglowodanów zawartą w określonej porcji produktu spożywczego. W praktyce, jednostka GL odpowiada 1 g węglowodanów białego chleba (produkt referencyjny)

Rycina 7. Rycina obrazująca ładunek glikemiczny (GL) produktów spożywczych

Ładunek glikemiczny (GL) dla analizowanego produktu możemy obliczyć znając wartość indeksu glikemicznego (GI) i zawartość węglowodanów w danym produkcie. Stosujemy wzór: GL =

GI ⋅ W [g] 100

W – zawartość węglowodanów Ćwiczenie 1

• •

Materiały pomocnicze: Tabele wartości indeksu glikemicznego i ładunku glikemicznego Tabele składu wartości odżywczej żywności

Na podstawie tabel wartości odżywczej produktów i posiłków określ całkowitą zawartość węglowodanów przyswajalnych w wybranych produktach zbożowych i warzywach. Wybierz produkty naturalne i przetworzone. Oblicz ładunek glikemiczny wybranych produktów posługując się tabelami uwzględniającymi GI produktów.

54

A. Lebiedzińska

Ćwiczenie 2

Na podstawie tabel wartości odżywczej produktów i posiłków określ całkowitą zawartość węglowodanów przyswajalnych w wybranych sokach owocowych, napojach i w owocach. Oblicz ładunek glikemiczny wybranych produktów posługując się tabelami uwzględniającymi GI produktów. Bibliografia

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Abelson P., Kennedy D.: Obesity epidemic. Science, 2004; 304: 1413. Beyer P.L., Caviar E.M., McCallum R.W.: Fructose intake at current levels in the United States may cause gastrointestinal distress in normal adults. Journal of the American Dietetic Association, 2005; 105, 10: 1559-1566. Brand-Miller J., Burani J., Foster-Powell K., Holt S. The New Glucose Revolution. Complete Guide to Glycemic Values. Marlowe & Company, New York, 2003. Brand-Miller J., Holt S., Pawlak D., MmLillan J. Glycemic index and obesity. American Journal of Clinical Nutrition, 2002; 76: 281-285. Bray G.A., Nielsen S.J., Popkin B.M.: Consumption of high-fructose corn syrup in beverages may play a role in the epidemic of obesity. American Journal of Clinical Nutrition , 2004; 79: 537-543. Foster-Powell K., Holt S., Brand-Miller J. International table of glycemic index and glycemic load values: 2002. American Journal of Clinical Nutrition, 2002, Vol. 76, No. 1, 5-56. Ganowiak, Z., Nabrzyski, M., Wituszyńska, B., Gajewska, R., Lipka, E.: Badanie jakości zdrowotnej żywności. Materiały do ćwiczeń z bromatologii. Akademia Medyczna w Gdańsku, 1994. Gawęcki J., Hryniewiecki L./red/.: Żywienie Człowieka. Podstawy Nauki o Żywieniu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2004. Gertig, H., Przysławski, J. Bromatologia.: Zarys Nauki o Żywności i Żywieniu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2006. Gross L.S., Li L., Ford E.S., Lu S.: Increased consumption of refined carbohydrates and the epidemic of type 2 diabetes in the United States: an ecologic assesment. American Journal of Clinical Nutrition 2004; 79: 774-779. Kunachowicz H. i wsp. Tabele Składu i Wartości Odżywczej Żywności. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2005. Lairon D., Play B., Jourdheuil-Rahmani D.: Digestible and indigestible carbohydrates: interactions with postprandial lipid metabolism. Journal of Nutritional Biochemistry. 2007; 18: 217-227. Le Thanh J., Lewandowicz G.: Dietetyczne produkty skrobiowe. Przemysł Spożywczy 2007; 8: 54-58. Rutkowska U. Wybrane Metody Badania Składu i Wartości Odżywczej Żywności. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 1981. Sikorski Z.E. /red/. Chemia Żywności, Skład, Przemiany i Właściwości Żywności. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2002. WHO. Global strategy on diet, physical activity and health. Fifty-seven world health assembly, Agenda item. 2004; 12: 6.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

3.4.

55

WITAMINY Jakub Czaja, Anna Lebiedzińska

Witaminy są grupą związków organicznych o różnorodnej budowie chemicznej, przy czym właściwości określonej witaminy może wykazywać więcej niż jeden związek chemiczny. Witaminy regulują wiele procesów metabolicznych, spełniają funkcje katalityczne, są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Cechuje je wysoka aktywność biologiczna, co powoduje, że działają w bardzo małych stężeniach (kilka kilkanaście mikrogramów lub miligramów, zależnie od witaminy). Witaminy, podobnie jak składniki mineralne pełnią funkcje regulacyjne, obie te grupy należą do składników egzogennych i dlatego dostarczenie ich z pokarmem w odpowiedniej ilości i w odpowiednich proporcjach jest jednym z podstawowych warunków zachowania zdrowia. Długotrwały niedobór substancji odżywczych, związany z wyczerpaniem zasobów witaminowo-mineralnych organizmu, prowadzi do osłabienia procesów metabolicznych zależnych od brakującej substancji, a w konsekwencji do utraty zdrowia. Niedobór witamin wynika z ich niedostatecznej podaży, zaburzonego wchłaniania lub tez zwiększonego zapotrzebowania. Występowanie w określonej populacji klinicznych lub subklinicznych objawów niedoboru, wskazuje na konieczność wzbogacania żywności w brakujący składnik odżywczy. Według szacunków WHO w ostatniej dekadzie XX wieku ogólnoświatowy problem zdrowotny stanowią niedobory żelaza, jodu i witaminy A. Notuje się także niedobory wapnia, witamin grupy B i witaminy D, występujące w określonych grupach ludności. Niedobory jednej lub kilku witamin z grupy B (folianów, B12 i B6) sprzyjają rozwojowi miażdżycy, w konsekwencji prowadząc do niedokrwiennej choroby serca, rozwoju chorób nowotworowych, wad rozwojowych i dysfunkcji umysłowych. Produkty spożywcze wzbogaca się witaminami w celu skorygowania lub zapobiegania niedoborom określonych składników odżywczych w całej populacji, również w celu zbilansowania profilu odżywczego produktu lub wyrównania strat spowodowanych jego przetwarzaniem. Cechą charakterystyczną analizy żywności jest konieczność analizowania bardzo zróżnicowanego materiału pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Wymaga to stosowania różnorodnych technik ekstrakcji analitu i zastosowania wielu metod instrumentalnych. W analizie żywności stosuje się szeroko zróżnicowane metody fizyczne, chemiczne i biologiczne, włączając techniki kolorymetryczne, fluorometryczne, spektrometryczne, elektrochemiczne i chromatograficzne. 3.4.1.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI WITAMINY A (RETINOLU) W ŚRODKACH SPOŻYWCZYCH I SUPLEMENTACH DIETY METODĄ KOLORYMETRYCZNĄ

Witamina A obejmuje swoją nazwą szereg związków o budowie β-jononu charakteryzujących się właściwościami biologicznymi i budową podobną do all-trans-retinolu. Należą do nich: retinol, retinal, kwas retinowy i jego sole, estry retinylu oraz pochodne retinolu i retinalu. W produktach pochodzenia roślinnego występują prowitaminy witaminy A, są to karotenoidy przekształcane w świetle jelita w aktywną formę witaminy A. Największą aktywność wśród karotenów wykazuje β-karoten (rycina 8).

56

J. Czaja, A. Lebiedzińska

Rycina 8. Struktury związków określanych jako witamina A

Związki określane, jako witamina A charakteryzują się różną aktywnością, dlatego określając zawartość witaminy A i jej prowitamin w produktach spożywczych wyraża się ją w jednostkach wagowych (μg) po przeliczeniu na retinol, karoten lub ekwiwalent retinolu lub w jednostkach międzynarodowych (j.m.) wg następujących zależności: 1 równoważnik retinolu

• • • • • •

= 1 μg all-trans-retinolu z produktów naturalnych i suplementów = 2 μg all-trans β-karotenu z suplementów diety = 12 μg β-karotenu z produktów naturalnych = 24 μg pozostałych prowitamin (α-karoten i/lub kryptoksantyna pochodzące z produktów naturalnych) = 3,33 j.m. retinolu

Witamina A (karotenoidy) pełni w organizmie szereg funkcji: wchodzi w skład światłoczułego barwnika rodopsyny odpowiadającego za zamianę impulsów świetlnych na impulsy nerwowe, odpowiada za prawidłowe funkcjonowanie tkanki nabłonkowej dróg moczowych, oddechowych, skóry oraz przewodu pokarmowego chroniąc przed przenikaniem bakterii (wpływ na odporność organizmu), warunkuje procesy wzrostowe organizmu, warunkuje budowę erytrocytów, odpowiada za syntezę hormonów kory nadnerczy, poprzez działanie antyoksydacyjne chroni komórki przed niekorzystnym działaniem wolnych rodników i nadtlenków.

Źródłem witaminy A w diecie człowieka są wątroba i podroby, oleje rybie, mleko i przetwory mleczne oraz jaja. Karotenoidy występują powszechnie w produktach pochodzenia roślinnego, takich jak: marchew, pomidory, warzywa zielonoliściaste, pomarańcze, banany itp.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

57

Dzienne zapotrzebowanie osób dorosłych na witaminę A (wyrażone w równoważnikach retinolu) wynosi 700 μg/os. dla kobiet i 900 μg/os. dla mężczyzn. Zapotrzebowanie wzrasta u osób aktywnych fizycznie do 2000 μg/os/dobę, a u kobiet w ciąży do 750-770 μg/os/dobę i wśród matek karmiących do 1200-1300 μg/os/dobę. Niedobór w diecie prowadzi do kurzej ślepoty, zmian skórnych oraz zahamowania wzrostu i erytropoezy. Nadmiar witaminy A może prowadzić do krwotoków, poronień i uszkodzeń płodu, dysfunkcji serca, nerek i ośrodkowego układu nerwowego oraz zmian skórnych. OZNACZANIE ZAWARTOŚCI WITAMINY A W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH

W oznaczeniu zawartości witaminy A w produktach spożywczych wykorzystuje się oznaczenie spektrofotometryczne oparte na pomiarze intensywności niebieskiego zabarwienia powstałego w wyniku reakcji retinolu z chlorkiem antymonu (III) w chloroformowym roztworze. Barwne związki z odczynnikiem antymonowym dają także m.in. cholesterol i β-karoten. Przez zastosowanie specyficznej ekstrakcji witaminy A można uzyskać zadawalające wyniki. • • • • • • • • • • • • • •

Aparatura Krystalizator Rozdzielacz Łaźnia wodna Spektrofotometr Spekol 1 Odczynniki Alkohol bezwodny Hydrochinon, 10% alkoholowy roztwór Tlenek glinu obojętny do chromatografii (50 g wysuszonego w temp. 200 °C tlenku glinu wytrząsa się z 6 mL wody destylowanej do całkowitego rozpadu grudek) Bezwodny siarczan sodu Chloroform Eter etylowy Chlorek antymonu (III), 25% chloroformowy roztwór Alkoholowy roztwór wodorotlenku sodu (przygotowany ex tempore przez rozpuszczenie 60 g NaOH w 100 mL wody destylowanej, z czego pobiera się 12 mL i miesza się z 78 mL bezwodnego alkoholu) Podstawowy roztwór retinolu – 1 mL = 1 mg retinolu (0,1 g retinolu rozpuszcza się w 100 mL chloroformu) Wzorcowy roztwór retinolu – 1 mL = 100 μg retinolu (rozcieńczony dziesięciokrotnie chloroformem roztwór podstawowy)

58

J. Czaja, A. Lebiedzińska

1. Przygotowanie krzywej wzorcowej

Do kolbek miarowych o pojemności 50mL odmierzamy kolejno: 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10,0 mL roztworu wzorcowego retinolu i uzupełniamy chloroformem do 50,0 mL. Następnie odmierzamy po 0,5 mL każdego z przygotowanych roztworów (od 0,5 do 10,0 μg retinolu), dodajemy 2,5 mL chloroformowego roztworu chlorku antymonu (III) i odczytujemy absorbancję przy długości fali 620 nm. Absorbancję badanych roztworów odczytujemy wobec odnośnika: jest nim roztwór otrzymany przez zmieszanie 0,5 mL chloroformu i 2,5 mL chloroformowego roztworu chlorku antymonu (III). W oparciu o uzyskane dane wyznaczamy krzywą wzorcową. 2. Przygotowanie próbek do analizy (ekstrakcja witaminy A)

Przygotowanie próbek do analizy składa się z czterech etapów: zmydlenia badanej próbki alkoholowym roztworem ługu, ekstrakcji chloroformem, oczyszczenia i osuszenia chloroformowego roztworu przeznaczonego do oznaczenia w nim analitu. Witamina A pozostaje w niezmydlającej się części tłuszczu, z której ekstrahujemy ją chloroformem. Do krystalizatorów odważamy 2 g badanej próbki, dodajemy 1,5 mL hydrochinonu (zabezpiecza witaminę przed utlenieniem) oraz z 15 mL alkoholowego roztworu ługu sodowego. Zawiesinę badanej próbki rozcieramy bagietką. Mieszając, podgrzewamy krystalizator na łaźni wodnej przez 12 min. w temperaturze 70-80 °C, do momentu uzyskania konsystencji gęstego syropu. Następnie, w celu wstępnego oczyszczenia, dodajemy 8 g uwodnionego tlenku glinu i mieszając bagietką ogrzewamy do całkowitego odparowania alkoholu (ok. 20 minut). Uzyskany proszek przenosimy się do kolbki stożkowej z doszlifowanym korkiem, dodajemy 25 mL eteru etylowego i wytrząsamy przez 1 minutę. Zawartość kolbki odwirowujemy w zamkniętej próbówce (2 min, 1000 obrotów/min). Płyn znad osadu przenosimy do rozdzielacza, dodajemy 5 mL wody destylowanej i wytrząsamy. Odrzucamy warstwę wodną z rozdzielacza, a eterowy roztwór przesączamy przez warstwę bezwodnego siarczanu sodu do kalibrowanej próbówki, z korkiem. 10 mL przesączu odparowujemy do sucha, a pozostałość rozpuszczamy w 1 mL chloroformu. Oczyszczanie i osuszenie umożliwiają uzyskanie ekstraktu retinolu charakteryzującego się wysokim stopniem czystości. 3. Oznaczenie witaminy A

Przeprowadzenie reakcji kolorymetrycznej z chlorkiem antymonu (III) umożliwia uzyskanie intensywnego zabarwienia; w tym celu pobieramy 0,5 mL roztworu chloroformowego, dodajemy 2,5 mL 25% chloroformowego roztworu chlorku antymonu (III) i bezzwłocznie odczytujemy absorbancję niebiesko zabarwionego roztworu przy długości fali 620 nm. Odnośnikiem dla oznaczenia jest roztwór przygotowany przez połączenie 0,5 mL chloroformu i 2,5 mL chloroformowego roztworu chlorku antymonu (III). Odczyt absorbancji jest wprost proporcjonalny do intensywności zabarwienia zależnego od zawartości retinolu. Przez interpolację krzywej wzorcowej, wyznaczamy zawartość witaminy badanej. Zawartość witaminy A w badanym produkcie obliczamy uwzględniając wielkość próbki, wynik podajemy w μg na 100 g produktu.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

3.4.2.

59

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI TIAMINY W PRODUKTACH ZBOŻOWYCH I W PREPARATACH FARMACEUTYCZNYCH METODĄ WYSOKOSPRAWNEJ CHROMATOGRAFII CIECZOWEJ (HPLC)

Ze względu na właściwości fizykochemiczne witamin grupy B (posiadają ugrupowania chromoforowe absorbujące promieniowanie UV-VIS) możliwe jest wykorzystanie do oznaczeń metody wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC – ang. High Performance Liquid Chromatography) w odwróconym układzie faz. HPLC jest techniką analityczną pozwalającą na rozdzielenie wieloskładnikowej mieszaniny związków, łącznie z ich oceną jakościową jak i ilościową. Charakteryzuje się dużą czułością i dokładnością oraz bardzo niską granicą wykrywalności. Cząsteczka tiaminy (aneuryny) zbudowana jest z dwóch pierścieni: pirymidynowego i tiazolowego, połączonych mostkiem metylenowym. Do grupy alkoholowej bocznego łańcucha mogą być przyłączane reszty fosforanowe, stąd tiamina występuje w trzech formach: monofosforanu, difosforanu i trifosforanu (rycina 9).

Rycina 9. Pirofosforan tiaminy

Formą aktywną tiaminy w organizmach żywych jest pirofosforan tiaminy – TPP (w literaturze anglojęzycznej określany jako difosforan tiaminy – TDP), zwany także kokarboksylazą, będący formą koenzymatyczną. W lecznictwie stosuje się także witaminę B1 w postaci chlorowodorku. Pirofosforan tiaminy pełni w organizmie trzy zasadnicze funkcje: 1. TPP, jako koenzym dla trzech dehydrogenaz (pirogronianowej, α-ketoglutaranowej, α-ketokwasów) związanych pośrednio lub bezpośrednio z cyklem Krebsa, odgrywa istotną rolę w katabolizmie węglowodanów i białek umożliwiając pozyskiwanie energii przez komórki organizmu; 2. tiamina, jako koenzym transketolazy w cyklu pentozowym, bierze udział w powstawaniu rybozy niezbędnej do syntezy kwasów nukleinowych oraz w produkcji NADPH wykorzystywanego w biosyntezie kwasów tłuszczowych; 3. wywiera hamujący wpływ na esterazę cholinową prowadząc do zwiększonej aktywności acetylocholiny – ważnego przekaźnika impulsów nerwowych. Najważniejszym źródłem aneuryny w żywieniu człowieka są produkty zbożowe, zwłaszcza pełnoziarniste, produkty mięsne, warzywa, produkty mleczarskie, strączkowe, owoce i jaja. Zapotrzebowanie dzienne na witaminę B1 wynosi 1,1 mg/os. dla kobiet oraz 1,3 mg/os. dla mężczyzn. Ze względu na ścisły związek pomiędzy zapotrzebowaniem na

60

J. Czaja, A. Lebiedzińska

tiaminę a ilością dostarczanej energii, zapotrzebowanie na ww. witaminę rośnie wraz ze wzrostem poziomu aktywności fizycznej, jak również wzrasta u osób stosujących dietę wysokowęglowodanową, kobiet w ciąży i matek karmiących. Niedobór tiaminy w diecie prowadzi do choroby beri-beri charakteryzującej się zmianami mięśniowymi i nerwowymi oraz zaburzeniami ze strony układu pokarmowego. OZNACZANIE ZAWARTOŚCI TIAMINY W WYBRANYCH PRODUKTACH ZBOŻOWYCH Z WYKORZYSTANIEM TECHNIKI WYSOKOSPRAWNEJ CHROMATOGRAFII CIECZOWEJ (HPLC)

Zawartość tiaminy w produktach zbożowych oznacza się metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detekcją UV w odwróconym układzie faz, opartą na metodzie Lebiedzińskiej i in. (17). • • • • •

Aparatura Chromatograf Detektor Pompa Autosampler Kolumna chromatograficzna

• Aparat do oczyszczania wody

Ultimate 3000 Dionex ESA UltiMate 3000 Photodiode Array Detector UV UltiMate 3000 Pump (Model: DGP-3600A) Ultimate 3000 Autosampler Hypersil GOLD CH18 5 μm (250 x 4.6 mm) z prekolumną Millipore Simplicity UV

• • • • • • • • • •

Odczynniki Chlorowodorek tiaminy 0,1 M roztwór kwasu solnego 2,5 M octan sodu 10% wodorotlenek sodu Enzymy: papaina (from Carica Papaya), diastaza (from Fungi) Bufor octanowy 30 mM/L, pH = 4,5 Woda dejonizowana o przewodności właściwej 18,2 MΩ/cm 85% kwas o-fosforowy cz.d.a. Fosforan sodu dwuzasadowy siedmiowodny Bufor fosforanowy o pH = 4,5, metanol do HPLC

• • • • • • •

Zastosowane warunki analizy Przepływ izokratyczny Prędkość przepływu 0,8 mL/min. Temperatura kolumny 25 °C Temperatura autosamplera 25 °C Długość fali UV-VIS 254 nm Czas analizy 8,0 min. Faza ruchoma: 95% bufor fosforanowy 30 mM/L, 5% metanol, pH = 4,5

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

61

1. Przygotowanie krzywej wzorcowej

Do kolbki miarowej (100 mL) odważamy 10,0 mg chlorowodorku tiaminy i uzupełniamy wodą dejonizowaną do połowy objętości, mieszamy, po 15 min uzupełniamy roztwór do 100 mL. Z uzyskanego roztworu wzorcowego sporządzamy następujące rozcieńczenia: 2 μL + 998 μL wody, 20 μL + 980 μL wody, 50 μL + 950 μL wody, 100 μL + 900 μL wody, 150 μL + 850 μL wody i wyznaczamy się krzywą wzorcową w zakresie stężeń 0,2-15 μg/mL. 2. Przygotowanie próbek produktów zbożowych do analizy

Po dokładnym rozdrobnieniu analizowanej żywności odważamy próbki o masie 2 g. Aby wyodrębnić tiaminę z żywności przeprowadzamy hydrolizę kwaśną (80 mL 0,1 M HCl, 30 min, 100 °C) i enzymatyczną. Po schłodzeniu hydrolizatów do temperatury pokojowej korygujemy pH do wartości 4,5 przy użyciu 10% wodorotlenku sodu i 2,5 M roztworu octanu sodu. Następnie do każdej z próbek dodajemy mieszaninę enzymów (po 40 mg papainy i diastazy w 5 mL buforu octanowego o pH = 4,5). Hydrolizę enzymatyczną prowadzimy w temperaturze 37 °C, przez 18 godz. Inaktywujemy enzymy (30 min., 100 °C), następnie po ostudzeniu sączymy i uzupełniamy wodą destylowaną do objętości 100 mL. Przygotowane hydrolizaty sączymy się przez sączek membranowy o średnicy porów 0,45 µm. 3. Oznaczanie tiaminy

Po ustabilizowaniu się przepływu nastrzykujemy na kolumnę badane próbki o objętości 20 µl. Analizę wykonuje się na kolumnie Hypersil Gold C18 5 μm (250 x 4,6 mm) termostatowanej w temperaturze 25 ºC. W skład fazy ruchomej wchodzi 30 mM bufor fosforanowy (95%) i metanol (5%), a prędkość przepływu wynosi 0,8 mL/min. Czas retencji tiaminy = 7,07 min. Zawartość tiaminy odczytujemy z krzywej wzorcowej, sporządzanej do każdej serii badań. Za wynik oznaczenia przyjmujemy wartość średnią z trzech równolegle wykonanych oznaczeń. 3.4.3.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI RYBOFLAWINY W WYBRANYCH PREPARATACH FARMACEUTYCZNYCH Z WYKORZYSTANIEM HPLC

Witamina B2, nazywana ryboflawiną, należy do grupy naturalnych żółtych barwników, czyli flawin (łac. flawus = żółty) (rycina 10). W użyciu znajdują się również jej liczne synonimy: vitaminum B2, riboflawin, beflawin, laktoflawina, owoflawina, hepatoflawina. Podstawę struktury ryboflawiny stanowi układ izoalloksazynowy, zbudowany z trzech sześcioczłonowych pierścieni: benzenowego, pirazynowego i pirymidynowego.

62

J. Czaja, A. Lebiedzińska

Rycina 10. Struktura ryboflawiny

Ryboflawina występuje w dwóch formach koenzymatycznych, tj. fosforanu ryboflawiny (mononukleotydu flawinowego – FMN) i dinukleotydu flawinoadeninowego (FAD) o właściwościach osydo-redukcynych. Związki te będąc koenzymami enzymów flawinowych biorą udział w: 1. reakcjach przemian energetycznych węglowodanów, białek i kwasów tłuszczowych m.in. przemian glukozy w kwas glukuronowy, czy α-aminokwasów do ketokwasów; 2. przemianach retinolu do kwasu retinowego warunkując prawidłowy przebieg procesów widzenia oraz funkcjonowanie błon śluzowych i nabłonków wyścielających drogi oddechowe, przewód pokarmowy i naczynia krwionośne oraz pokrywających skórę; 3. przemianach pirodoksyny i folianów regulując pracę układu nerwowego; 4. regulacji wytwarzania hormonów i erytrocytów; 5. stymulacji układu immunologicznego skracając czas leczenia infekcji. Do produktów zawierających największe ilości witaminy B2 należą mleko i produkty mleczne, sery, jaja, mięso, drożdże i kiełki ziaren zbóż oraz ciemnozielone warzywa. Zapotrzebowanie dzienne osób dorosłych na witaminę B2 wynosi 1,1 mg/os. dla kobiet oraz 1,3 mg/os. dla mężczyzn i wzrasta wraz z rosnącym wydatkiem energetycznym (ok. 0,6 mg/1000 kcal). Zapotrzebowanie dzienne będzie wyższe u osób uprawiających sport (nawet do 5-10 mg), kobiet w ciąży oraz matek karmiących, kobiet przyjmujących doustne środki antykoncepcyjne, osób leczonych trójcyklicznymi środkami przeciwdepresyjnymi, osób powyżej 55 roku życia oraz nie trawiących mleka. Niedobór ryboflawiny w diecie prowadzi do zmian skórnych, zaburzeń funkcjonowania wzroku i układu nerwowego oraz zmniejszonej produkcji erytrocytów w szpiku kostnym.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

63

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI RYBOFLAWINY W WYBRANYCH PREPARATACH FARMACEUTYCZNYCH Z WYKORZYSTANIEM TECHNIKI WYSOKOSPRAWNEJ CHROMATOGRAFII CIECZOWEJ (HPLC)

Zawartość ryboflawiny w preparatach farmaceutycznych oznacza się metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detekcją UV w odwróconym układzie faz, opartą na modyfikowanych metodach zebranych przez Eitenmiller’a i in. (7). • • • • •

Aparatura Chromatograf Detektor Pompa Autosampler Kolumna chromatograficzna

• Aparat do oczyszczania wody • Pehametr

Ultimate 3000 Dionex ESA UltiMate 3000 Photodiode Array Detector UV UltiMate 3000 Pump (Model: DGP-3600A) Ultimate 3000 Autosampler Hypersil GOLD CH18 5 μm (250 x 4.6 mm) z prekolumną Millipore Simplicity UV TELEKO pH-METER N5172

• • • • • • • •

Odczynniki Ryboflawina 99,5% kwas octowy 1,0 M roztwór kwasu solnego 2,5 M octan sodu 10% wodorotlenek sodu Metanol Wodorofosforan sodu, siedmiowodny Woda dejonizowana 18 MΩ/cm, 25 ºC

• • • • • • • • •

Zastosowane warunki analizy Przepływ izokratyczny Prędkość przepływu 1,0 mL/min. Temperatura kolumny 25 °C Temperatura autosamplera 25 °C Długość fali UV-VIS 270 nm Czas analizy 10,0 min. Faza ruchoma: woda (65%), metanol (35%) Czas retencji ryboflawiny: tR 5,5 min. Wielkość nastrzyku: 20 μL. 1. Przygotowanie krzywej wzorcowej

Do kolbki miarowej na 100 mL odważa się 10,0 mg ryboflawiny, uzupełnia wodą dejonizowaną, zakwaszoną 99,5% kwasem octowym do ok. 50 mL i często miesza. Po 15 min. uzupełnia się roztwór do objętości 100 mL. Z uzyskanego roztworu wzorcowego sporządza się następujące rozcieńczenia: 20 μL + 980 μL wody, 50 μL + 950 μL wody,

64

J. Czaja, A. Lebiedzińska

100 μL + 900 μL wody, 150 μL + 850 μl wody, 200 μL + 800 μL wody i wyznacza się krzywą wzorcową w zakresie stężeń 2,0-20,0 μg/mL. 2. Przygotowanie próbek preparatów farmaceutycznych do analizy

Na wadze analitycznej odważa się taką ilość tabletek/drażetek (nie mniej niż trzy), aby ich masa wynosiła ponad 3 g, co pozwoli uzyskać trzy jednogramowe próby. Następnie mikronizuje się tableki/drażetki w moździerzu do momentu uzyskania jednolitego proszku i odważa się na wadze analitycznej 3 jedno-gramowe naważki z dokładnością do 0,0001. Odważone próbki rozpuszcza się w wodzie dejonizowanej zakwaszonej 99,5% kwasem octowym (użyto 6 kropli kwasu na każdą próbkę) do objętości 100 mL. W przypadku złożonych preparatów (zawierających drożdże, wyciągi roślinne) przeprowadza się hydrolizę kwaśną. Odważoną zmikronizowaną masę tabletkową zakwasza się 70 mL 0,1 M roztworem kwasu solnego i umieszcza w autoklawie na 30 min. Po ostudzeniu roztwór doprowadza się do pH 4,5 (10% NaOH i 2,5 M buforu octanowego) i uzupełnia do objętości 100 mL. Przygotowane próbki przesącza się sączki bibułowe MN 615¼ (Ø 110 mm), a w przypadku, gdy uzyskany roztwór nie jest klarowny, również przez sączki membranowe o średnicy porów 45 µm. 3. Oznaczenie ryboflawiny

Analizę wykonujemy na kolumnie Hypersil Gold C18 5 μm (250 x 4,6 mm) w temperaturze 25 ºC. Faza ruchoma składa się z metanolu (35%) i wody (65%), a prędkość przepływu wynosi 1 mL/min. Zawartości ryboflawiny odczytuje się z krzywej wzorcowej, zawartość ryboflawiny podajemy się na 1 tabletkę. Do każdej serii badań sporządzamy nową krzywą wzorcową. 3.4.4.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI NIACYNY W SUPLEMENTACH DIETY METODĄ HPLC

Na witaminę PP, zwanej niacyną, składają się dwa związki, tj. kwas nikotynowy i amid kwasu nikotynowego (rycina 11).

Rycina 11. Struktury nikotynamidu i kwasu nikotynowego

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

65

Niacyna jest składową dwóch koenzymów: dwunukleotydu nikotynamidowego (NAD+) i fosforanu dwunukleotydu nikotynamidowego (NADP+) biorących udział w procesach oksydo-redukcyjnych jako przenośniki wolnych elektronów. • • • • •

Witamina PP pełni w ludzkim organizmie szereg funkcji: bierze udział w procesach pośredniej przemiany węglowodanów (rycina 12), tłuszczów i białek uczestniczy w utlenianiu komórkowym przenosząc elektrony ze składników energetycznych na cytochromy łańcucha oddechowego wraz z innymi witaminami z grupy B jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania mózgu i obwodowego układu nerwowego bierze udział w syntezie hormonów płciowych, kortyzolu, tyroksyny i insuliny wraz z chromem wpływa hamująco na uwalnianie kwasów tłuszczowych do krwi (obniżenie poziomu cholesterolu we krwi)

Rycina 12. Rola NAD+ i NADP+ w przemianach węglowodanów

Źródłem niacyny w diecie są drożdże, otręby pszenne, orzeszki ziemne, wątroba i nerki, mięso, ryby oraz ziarna zbóż. W przypadku zbyt niskiej podaży niacyny z dietą, organizm ludzki posiada zdolność wytworzenia niacyny z tryptofanu w obecności żelaza i witamin B1, B2 i B6 i (1 mg niacyny powstaje z 60 mg tryptofanu). Dzienne zapotrzebowanie osób dorosłych na witaminę PP wynosi 14,0 mg/os. dla kobiet oraz 16 mg/os. dla mężczyzn (ok. 6,6 mg/1000 kcal) i wzrasta u osób uprawiających sport (nawet do 50 mg/os.), kobiet w ciąży (18 mg/os.) i matek karmiących (17 mg/os.). Niedostateczna podaż niacyny z dietą prowadzi do pelagry, schorzenia którego objawy określa się jako 3D: dementia, dermatitis, diarrhoea.

66

J. Czaja, A. Lebiedzińska

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI WITAMINY PP W WYBRANYCH PREPARATACH FARMACEUTYCZNYCH Z WYKORZYSTANIEM TECHNIKI WYSOKOSPRAWNEJ CHROMATOGRAFII CIECZOWEJ (HPLC)

Witamina PP w preparatach farmaceutycznych występuje zarówno w formie kwasu nikotynowego, jak i nikotynamidu. Zawartość niacyny oznacza się metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detekcją UV w odwróconym układzie faz, opartą na modyfikowanych metodach zebranych przez Eitenmiller’a i in. (7). • • • • •

Aparatura Chromatograf Detektor Pompa Autosampler Kolumna chromatograficzna

• Aparat do oczyszczania wody • Pehametr

Ultimate 3000 Dionex ESA UltiMate 3000 Photodiode Array Detector UV UltiMate 3000 Pump (Model: DGP-3600A) Ultimate 3000 Autosampler Hypersil GOLD CH18 5 μm (250 x 4.6 mm) z prekolumną Millipore Simplicity UV TELEKO pH-METER N5172

• • • • • • • • • •

Odczynniki Kwas nikotynowy 0,1 M roztwór kwasu solnego 2,5 M octan sodu 10% wodorotlenek sodu Bufor octanowy 10,9 mM/L, pH = 4,5 Woda zdejonizowana o przewodności właściwej 18,2 MΩ/cm 85% kwas orto-fosforowy cz.d.a Fosforan sodu dwuzasadowy 7-wodny Bufor fosforanowy o pH = 4,5 Metanol do HPLC

• • • • • • • •

Zastosowane warunki analizy Przepływ izokratyczny Prędkość przepływu 1,0 mL/min. Temperatura kolumny 25 °C Temperatura autosamplera 25 °C Długość fali UV-VIS 258 nm Czas analizy 10,0 min Faza ruchoma: 80% bufor fosforanowy 10,9 mM/L, 20% metanol, pH = 4,5 Czas retencji kwasu nikotynowego tR = 3,9 min 1. Przygotowanie krzywej wzorcowej

Do kolbki miarowej (100 mL) odważamy 10,0 mg kwasu nikotynowego, uzupełniamy wodą dejonizowaną do ok. 50 mL i często miesza. Po 15 min uzupełniamy roztwór do 100 mL. Z uzyskanego roztworu wzorcowego sporządzamy następujące

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

67

rozcieńczenia: 5 μL + 995 μL wody, 10 μL+ 990 μL wody, 30 μL + 970 μL wody, 60 μL + 940 μL wody, 100 μL + 900 μL wody i wyznaczamy krzywą wzorcową w zakresie stężeń 0,5-10,0 μg/mL. 2. Przygotowanie próbek preparatów farmaceutycznych do analizy

Odważamy taką ilość tabletek/drażetek (nie mniej niż trzy), aby ich masa wynosiła ponad 3 g, co pozwoli uzyskać trzy jednogramowe próbki. W moździerzu mikronizujemy tableki/drażetki do momentu uzyskania jednolitego proszku i odważamy na wadze analitycznej 3 jednogramowe naważki z dokładnością do 0,0001. Odważone próbki rozpuszczamy w wodzie dejonizowanej do objętości 100 mL. W przypadku złożonych preparatów (zawierających drożdże, wyciągi roślinne) przeprowadzamy hydrolizę kwaśną. Odważoną zmikronizowaną masę tabletkową zakwaszamy 0,1 M roztworem kwasu solnego (70 mL) i umieszczamy w aparacie Kocha na 30 min. Po ostudzeniu roztwór doprowadzamy do pH 4,5 za pomocą 10% NaOH i 2,5 M buforu octanowego i uzupełniamy do objętości 100 mL. Przygotowane próbki przesączamy przez sączki bibułowe MN 615¼ (Ø 110 mm), a w przypadku, gdy uzyskany roztwór nie jest klarowny, również przez sączki membranowe o średnicy porów 45 µm. 3. Oznaczenie niacyny

Analizę wykonuje się na kolumnie Hypersil Gold C18 5 μm (250 x 4,6 mm) w temperaturze 25 ºC wykorzystując detektor UV/VIS i stosując długość fali 258 nm. Faza ruchoma składa się z metanolu (20%) i 10,9 nM buforu fosforanowego o pH=4,5 (80%), a prędkość przepływu wynosi 1 mL/min. Zawartości ryboflawiny odczytujemy z krzywej wzorcowej, wykonywanej każdorazowo dla kolejnej serii oznaczeń. Zawartość ryboflawiny w preparacie podajemy na 1 tabletkę. 3.4.5.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI WITAMINY C W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH I W SUPLEMENTACH DIETY METODĄ TILLMANSA

Witamina C występuje w dwóch postaciach, jako kwas L-askorbinowy i kwas Ldehydroaskorbinowy. Kwas L-askorbinowy posiada silne właściwości redukcyjne i po dostarczeniu z pożywieniem przechodzi w organizmie pod wpływem działania słabych utleniaczy w kwas L-dehydroaskorbinowy (rycina 13).

Rycina 13. Struktura kwasu L-askorbinowego i L-dehydroaskorbinowego

68

J. Czaja, A. Lebiedzińska

Witamina C dzięki właściwościom redukcyjnym bierze udział systemie antyoksydacyjnym organizmu likwidując nadmiar wolnych rodników. Ponadto witamina C warunkuje prawidłowy przebieg szeregu procesów, takich jak: • regeneracja witaminy E, • synteza katecholamin (adrenalina) i hormonów, • wchłanianie żelaza, • kształtowanie się erytrocytów i hemoglobiny, • synteza kolagenu, • odpowiednia szczelność naczyń krwionośnych, • procesy odpornościowe organizmu i gojenie się ran. Najlepszym źródłem kwasu askorbinowego są warzywa i owoce. Do najbogatszych w witaminę C należą owoce dzikiej róży, czarna porzeczka, truskawki, kiwi, owoce cytrusowe oraz warzywa kapustne, kalafior, brukselka, brokuły i papryka. Do dobrych źródeł witaminy C należą również spożywane w dużych ilościach ziemniaki i pomidory. Dzienne zapotrzebowanie osób dorosłych na witaminę C wynosi 75 mg/os. dla kobiet i 90 mg/os. dla mężczyzn i wzrasta wraz ze wzrostem ilości procesów oksydoredukcyjnych, dlatego jest wyższe u osób uprawiających sport (do 500 mg/os.), kobiet w ciąży (80-85 mg/os.) i matek karmiących (115-120 mg/os.). Objawem niedoboru witaminy C jest początkowo obniżona odporność organizmu i bóle stawowe, a w dalszym etapie „szkorbut” charakteryzujący się stanami zapalnymi dziąseł, krwawieniami i owrzodzeniami skóry i błon śluzowych. OZNACZANIE ZAWARTOŚCI WITAMINY C METODĄ TILLMANSA

Oznaczenie witaminy C metodą Tillmansa oparte jest na reakcji barwnej kwasu L-askorbinowego z 2,6-dwuchloroindofenolem (barwnik indofenolowy). W wyniku tej reakcji zachodzi redukcja niebieskiego 2,6-dwuchloroindofenolu do bezbarwnego leukozwiązku. • • • •

Aparatura szkło laboratoryjne moździerz mikrobiureta waga analityczna

• • • • • • •

Odczynniki wzorcowy roztwór kwasu askorbinowego mianowany roztwór 2,6-dwuchloroindofenolu woda destylowana wodorowęglan sodu 3% kwas szczawiowy (roztwór ekstrakcyjny) 0,01 M roztwór jodu skrobia

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

69

1. Przygotowanie wzorcowego roztworu kwasu l-askorbinowego

Na wadze analitycznej odważa się z dokładnością do 0,0001 g 88 mg kwasu l-askorbinowego, rozpuszcza się w 3% roztworze kwasu szczawiowego w kolbie miarowej o pojemności 200 mL i dokładnie miesza. Następnie pobiera się trzy 10 mL próby do kolb stożkowych i miareczkuje się 0,01 M roztworem jodu wobec skrobi jako wskaźnika. Z zawartości zużytego jodu oblicza się procentową zawartość czynnego kwasu l-askorbinowego wg wzoru: Z=

VKA ⋅V1 ⋅0,88⋅100 V1KA ⋅a

gdzie: Z – procentowa zawartość czynnego kwasu l-askorbinowego VKA – objętość podstawowego roztworu kwasu l-askorbinowego przygotowana z odważki a V1KA – miareczkowana objętość roztworu kwasu l-askorbinowego pobrana z VKA V1 – objętość 0,01 M roztworu jodu zużyta na miareczkowanie V1KA a – odważka krystalicznego preparatu kwasu l-askorbinowego użyta do sporządzenia roztworu podstawowego VKA 0,88 – liczba wskazująca, iż 1 mL 0,01 M roztworu jodu reaguje z 0,88 mg kwasu laskorbinowego 100 – liczba wynikająca z przeliczeń procentowych Roztwór wzorcowy kwasu l-askorbinowego przygotowuje się ex tempore bezpośrednio przed analizą i przechowuje się w chłodnym i zaciemnionym miejscu. 2. Przygotowanie mianowanego roztworu 2,6-dwuchloroindofenolu

Na wadze analitycznej odważa się ok. 250 mg barwnika indofenolowego oraz ok. 210 mg wodorowęglanu sodu i przenosi ilościowo do moździerza. Całość rozciera się z niewielką ilością wody destylowanej, następnie dodaje się ok. 50 mL wody destylowanej i miesza. Po kilku minutach pierwszą porcję powstałego roztworu przenosi się na sączek i przesącza do kolby miarowej o pojemności 1 L. Do pozostałej części dodaje się kolejne porcje wody, uciera się, przenosi na sączek i sączy, aż do momentu, gdy całość barwnika przejdzie do roztworu. Następnie zawartość kolbki uzupełnia się do kreski i pozostawia na całą noc. Miano roztworu ustala się wobec wzorcowego roztworu kwasu L-askorbinowego. Pobiera się pipetą 20 mL rozwtoru wzorcowego, przenosi do kolby miarowej na 100 mL i uzupełnia do kreski 3% roztworem kwasu szczawiowego (1 mL roztworu zawiera 0,088 mg kwasu l-askorbinowego). Z tak przygotowanego roztworu pobiera się trzy 5 mL próbki i miareczkuje z mikrobiurety uprzednio przygotowanym roztworem 2,6-dwuchloroindofenolu do momentu wystąpienia słabo różowego zabarwienia utrzymującego się przez 10 – 20 sekund. Pierwsze z oznaczeń traktuje się orientacyjnie, a dwa następne dokładnie się zapisuje. Barwnik indofenolowy należy przechowywać w butelce z ciemnego szkła z doszlifowanym korkiem w temperaturze 5 °C.

70

J. Czaja, A. Lebiedzińska

3. Obliczanie miana barwnika

5 mL roztworu zawiera 5 x 0,088 mg = 0,44 mg kwasu l-askorbinowego Jeśli na zmiareczkowanie zużyto 4,40 mL barwnika, wówczas: 4,40 mL barwnika reaguje z 0,44 mg kwasu l-askorbinowego 1,00 mL barwnika reaguje z X mg kwasu l-askorbinowego X=

1,0 mL ⋅ 0,44 mg 4,40 mL

= 0,1 mg kwasu l - askorbinowego

Miano barwnika wynosi 0,1 mg kwasu l-askorbinowego na 1 mL. 4. Przygotowanie próbek do analizy

Wielkość odważki jest ściśle uzależniona od rodzaju produktu i zawartości witaminy C. Ze względu na różną konsystencję produktów, różne jest przygotowanie próbek do analizy. W oznaczeniach witaminy C w próbkach płynnych lub przecierach odważa się po trzy od 10,0 g do 20,0 g próbki z dokładnością do 0,001 g i przenosi się do kolbek miarowych uzupełniając 3% roztworem kwasu szczawiowego do 100 mL. Zawartość kolby miesza się i przesącza odrzucając pierwsze kilka mL przesączu. W zależności od zawartości witaminy C pobiera się od 1,0 do 10,0 mL przesączu. Produkty o konsystencji stałej (jabłka, cebula, papryka) kroi się nożem ze stali nierdzewnej w drobne kawałki i szybko rozciera w młynku lub moździerzu, po czym odważa się po trzy odważki o masie od 2,0 do 5,0 g z dokładnością 0,001 g. Próbki przenosi się do kolbek miarowych i uzupełnia 3% roztworem kwasu szczawiowego do objętości 100 mL. Produkty o konsystencji gęstej poddaje się rozdrobnieniu w homogenizatorze z dodatkiem 3% roztworu kwasu szczawiowego, po czym odważa się 50,0 g z dokładnością do 0,01 g. Pobiera się trzy próbki o masie 10,0-20,0 g z dokładnością do 0,001 g i przenosi ilościowo do kolbek miarowych na 100 mL, a następnie uzupełnia do kreski roztworem ekstrakcyjnym. W przypadku próbek zawierających skrobię (mąka, ziemniaki, kaszki) przeprowadza się hydrolizę enzymatyczną. W tym celu do każdej z próbek dodaje się 0,5 – 1,0 g takadiastazy zawieszonej w 20 mL wody destylowanej, miesza się i pozostawia w termostacie w temperaturze 30 °C na okres 15 min. Następnie przenosi się do kolbek miarowych i uzupełnia do 100 mL 3% roztworem kwasu szczawiowego. W przypadku oznaczeń zawartości witaminy C w mleku w proszku, odważa się ok. 10 g próbki (5,0-20,0 g) z dokładnością do 0,001 g i przenosi się do zlewki o pojemności 100 mL. Dodaje się porcjami ok. 50 mL 3% roztworu kwasu szczawiowego i rozciera bagietką przez ok. 15 – 20 min do uzyskania jednolitej konsystencji. Zawartość zlewek przenosi się do kolby miarowej o pojemności 100 mL, przemywa się zlewkę i uzupełnia kolbkę do 100 mL 3% roztworem kwasu szczawiowego. Miareczkowanie za pomocą barwnika indofenolowego możliwe jest jedynie w przypadku uzyskania bezbarwnych ekstraktów. Całą procedurę należy przeprowadzić szybko

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

71

unikając pozostawiania próbek na świetle słonecznym i podwyższonej temperaturze, które przyspieszają rozkład witaminy C. Ekstrakcja 3% roztworem kwasu szczawiowego sprzyja stabilizacji prób umożliwiając przeprowadzenie oznaczenia w ciągu 2 godz. 5. Wykonanie oznaczenia

Oznaczenie kwasu l-askorbinowego metodą Tillmansa jest oznaczeniem miareczkowym. Z przygotowanego ekstraktu pobiera się trzy próbki po 5 mL każda i miareczkuje mianowanym roztworem barwnika indofenolowego przy pomocy mikrobiurety. Pierwsze miareczkowanie traktuje się orientacyjnie; dwa następne należy wykonać dokładnie i szybko, a wyniki nie powinny się różnić miedzy sobą o więcej niż 0,05 mL. Zawartość kwasu l-askorbinowego oblicza się z ilości zużytego barwnika wg podanego wzoru:

X=

V ⋅ V ⋅ f ⋅ 100 b

V ⋅a 1

gdzie: X – zawartość kwasu l-askorbinowego w mg na 100 g badanego produktu a – odważka badanego produktu V – objętość ekstraktu podstawowego przygotowana z naważki a V1 – objętość ekstraktu pobrana do miareczkowania Vb – objętość barwnika użyta do miareczkowania V1 f – miano barwnika (ilość mg kwasu l-askorbinowego odpowiadająca 1 mL barwnika) Bibliografia

1. 2. 3. 4. 5.

6.

Ball G., F., M. Vitamins in Foods. Analysis, Bioavailability, and Stability. CRC – Press, Taylor & Francis, 2006. Brown G.B., Zhao X., Chait A., Fisher L. Simvastatin and niacin, antioxidant vitamins, or the combination for the prevention of coronary disease. The New England Journal of Medicine, 2001, 29, 345, 1583 – 1593. Dietary Reference Intake for Vitamin C, Vitamin E, Selenium and Carotenoids. Food and Nutrition Board, Institute of Medicine, National Academy Press, Washington DC, 2000. Dietary Reference Intake for Thiamin, Riboflavin, Niacin, Vitamin B6, Folate, Vitamin B12, Panthotenic Acid, Biotin and Choline. Food and Nutrition Board, Institute of Medicine, National Academy Press, Washington DC, 2000. Dietary Reference Intake for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenium, Nickel, Silicon, Vanadium and Zinc. Food and Nutrition Board, Institute of Medicine, National Academy Press, Washington DC, 2000. Eitenmiller R., Landen W. Vitamin Analysis for the Health and Food Sciences. CRC Press LLC, 1999, 304 – 364.

72

7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

19. 20.

21. 22.

J. Czaja, A. Lebiedzińska

Eitenmiller R., Lin Y., Landen W. Witamin analysis for Heath and ford science. 2nd edition. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2008. Ganowiak Z., Nabrzyski M., Wituszyńska B., Gajewska R., Lipka E. Badanie jakości zdrowotnej żywności. Materiały do ćwiczeń z bromatologii. Akademia Medyczna w Gdańsku, 1994. Ganowiak Z., Nabrzyski M., Wituszyńska B., Gajewska R., Lipka E. Badanie żywności. Materiały do ćwiczeń z bromatologii. Akademia Medyczna w Gdańsku, 1989. Gawęcki J. Witaminy. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Poznaniu, Poznań, 2002. Gawęcki J., Hryniewiecki L. /red./. Żywienie Człowieka. Podstawy Nauki o Żywieniu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2004. Gertig H., Przysławski J. Bromatologia. Zarys Nauki o Żywności i Żywieniu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2006. Hasik J., Gawęcki J. red./. Żywienie Człowieka Zdrowego i Chorego. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2000. Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B. /red./ Normy Żywienia Człowieka. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2008. Kostowski W., Herman Z. Farmakologia. Podstawy Farmakoterapii. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2001. Kunachowicz. H. /red./. Wybrane metody analityczne oceny wartości odżywczej żywności: poradnik dla laborantów Państwowej Inspekcji Sanitarnej Wydawnictwo IŻŻ, Warszawa 1997. Lebiedzińska A., Marszałł M. Fruit juices and fruit drinks as a source of vitamins B – HPLC determination of water soluble vitamins in fortified juices and drinks. Polish Journal of Environmental Studies, 2006, Vol.15, No. 2, 1318-1321. Lebiedzińska A., Marszałł M.L , Kuta J., Szefer P. Reversed-phase highperformance liquid chromatography method with coulometric electrochemical and ultraviolet detection for the quantification of vitamins B1 (thiamine), B6 (pyridoxamine, pyridoxal and pyridoxine) and B12 in animal and plant foods. Journal of Chromatography A, 2007, 1173, 71-80. Lebiedzińska A., Szefer P. Vitamins B in grain and cereal-grain food, soy - products and seeds. Food Chemistry, 2006, 95, 116-122. Marszałł M.L., Lebiedzińska A., Czarnowski W., Szefer P. High – performance liquid chromatography method for the simultaneous determination of thiamine hydrochloride, pyridoxine hydrochloride and cyanocobalamin in pharmaceutical formulations using coulometric electrochemical and ultraviolet detection. Journal of Chromatography A, 2005, 1094, 91 – 98. Moszczyński P., Pyć R. Biochemia Witamin – Witaminy Grupy B i Koenzymy. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1998. Ziemlański Ś. /red./ Normy Żywienia Człowieka. Fizjologiczne Podstawy. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2001.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

3.5.

73

BIOPIERWIASTKI Małgorzata Grembecka, Piotr Szefer

Składnikami mineralnymi nazywa się te pierwiastki, które po spaleniu tkanek pozostają w postaci popiołu. Stanowią one około 4% masy ciała dorosłego człowieka, a na tę ilość składa się 60 różnych składników, z których 20 uważa się za niezbędne do życia. Składniki mineralne przyjmuje się wyłącznie z pożywieniem, gdyż organizm człowieka nie ma możliwości ich wytwarzania i dlatego muszą być one dostarczane w odpowiednich proporcjach i ilościach. Biorąc pod uwagę zawartość w ustroju oraz wielkość dziennego zapotrzebowania, składniki mineralne dzieli się na dwie zasadnicze grupy: • makroelementy, do których zaliczamy oprócz węgla, azotu, tlenu także wapń, fosfor, magnez, sód, potas, siarkę i chlor. Charakteryzują się one wysoką zawartością w organizmie wynoszącą więcej niż 0,01%, a zapotrzebowanie na nie wynosi więcej niż 100 mg dziennie; • mikroelementy, czyli pierwiastki śladowe, do których należą m.in.: żelazo, miedź, cynk, mangan, fluor, jod, kobalt, molibden, selen, chrom. Występują one w organizmie w ilości mniejszej niż 0,01%, przy zapotrzebowaniu poniżej 100 mg/osobę/dzień. Rola składników mineralnych w ustrojowej przemianie materii jest niezwykle istotna, a niedobór lub nadmiar tych pierwiastków może prowadzić do zaburzeń fizjologicznych. Biorą one udział w istotnych dla życia procesach metabolicznych takich jak: gospodarka elektrolitowa, hormonalna, hematopoeza, a także przemianach metabolicznych oraz rozwoju układu nerwowego i kostnego. Pierwiastki takie jak żelazo, cynk, molibden, miedź i mangan wchodzą w skład enzymów. Biopierwiastki posiadają zdolność wiązania się z białkami i innymi substancjami organicznymi jak również zobojętniania substancji toksycznych dzięki zdolności do chelatowania. Dłużej utrzymujący się ich niedobór w diecie lub nadmiar, mogą mieć poważne konsekwencje w postaci specyficznych dla danego składnika chorób czy zaburzeń przyczyniających się do powstawania chorób cywilizacyjnych, jak np. miażdżyca, osteoporoza, nowotwory, cukrzyca; mogą też wykazywać działanie toksyczne. Dostateczne spożycie makro- i mikroelementów najłatwiej osiągnąć poprzez spożywanie szerokiej gamy różnorodnych produktów, najlepiej hodowanych w sposób tradycyjny oraz unikanie potraw wysokokalorycznych, także białej mąki i cukru, z których podczas procesu przetwarzania usunięto naturalne składniki mineralne. Wykorzystanie przez organizm zawartych w pożywieniu składników mineralnych zależy od wielu czynników, które związane są zarówno z produktami spożywczymi, jak i z organizmem. Jako biodostępną określa się tę ilość składnika, która po uwolnieniu w świetle przewodu pokarmowego jest wchłonięta (zaabsorbowana) do krwi. Wpływ na przyswajalność składników mineralnych przez organizm ma wiele czynników: • czynniki wewnętrzne (płeć, wiek, stan fizjologiczny, stan odżywienia organizmu); • obecność związków zmniejszających przyswajalność, tj. szczawianów, fitynianów, taniny, błonnika, pierwiastków toksycznych jak również mikroelementów, które w wyniku akumulacji w organizmie mogą wykazywać działanie toksyczne; • źródła składnika, czyli rodzaj spożywanych produktów i ich zestawienie; • interakcje między składnikami pokarmowymi.

74

M. Grembecka, P. Szefer

Biopierwiastki w organizmie człowieka mogą wykazywać działanie synergistyczne bądź antagonistyczne w stosunku do siebie. Niektóre współzawodniczą w procesie wchłaniania do tego stopnia, że wzmożone wchłanianie jednego pociąga za sobą niedobór drugiego, jak to ma miejsce w przypadku pierwiastków śladowych, takich jak np. miedź, żelazo czy cynk. Jednocześnie można zaobserwować zwiększoną biodostępność niektórych pierwiastków, tj. wapnia, magnezu i fosforu, których to właściwe proporcje w pożywieniu regulują wchłanianie innych składników mineralnych. 3.5.1.

OZNACZANIE SKŁADU MINERALNEGO PRODUKTÓW SPOŻYWCZYCH, SUPLEMENTÓW DIETY I KOSMECEUTYKÓW

Oznaczanie składników mineralnych w żywności jest procesem dwuetapowym. Mineralizacja, która ma na celu usunięcie matrycy organicznej z próbki poprzez odgazowanie materii organicznej a więc przeprowadzanie związków organicznych w ich nieorganiczne pochodne. Wyróżnia się dwa główne rodzaje metod mineralizacji, tj. mineralizację „na sucho” i „na mokro”. Mineralizacja na sucho jest najczęściej przeprowadzana w piecu muflowym bądź elektrycznym w temperaturze od 450 do 550 °C. W wyniku działania tak wysokiej temperatury następuje przejście soli kwasów nieorganicznych w węglany, a później w tlenki, z wydzieleniem dwutlenku węgla. Z otrzymanego popiołu, po jego rozpuszczeniu w stężonym kwasie nieorganicznym (HCl) lub mieszaninie kwasów (HCl + HNO3) i rozcieńczeniu, uwalniają się do roztworu jony oznaczanego pierwiastka, zwanego analitem. Technika mineralizacji „na sucho” ma wiele zalet włączając w to wielkość próbki, która może być relatywnie duża, oraz liczbę próbek jednocześnie analizowanych przy minimalnym zaangażowaniu analityka. Jednakże jest to równocześnie technika czasochłonna, a ponadto przekroczenie pewnej granicy temperatury mineralizacji prowadzi do znacznych strat pozostałości nieorganicznej (popiołu) na skutek rozkładu chlorków i węglanów. Ten typ mineralizacji nie znajduje również zastosowania do przygotowania próbek celu oznaczenia w nich zawartości lotnych pierwiastków takich jak rtęć, arsen czy selen. Mineralizacja „na mokro” polega na ogrzewaniu badanej próbki w systemie konwekcyjnym bądź mikrofalowym z mieszaniną stężonych kwasów utleniających takich jak HNO3, H2SO4 i HClO4. Często dodawane są również inne substancje, takie jak nadtlenek wodoru, nadmanganian i nadchloran, które mają za zadanie przyspieszyć reakcję. Może być ona prowadzona w systemie otwartym lub zamkniętym. Największą zaletą tej techniki jest jej szybkość, a dzięki temu ostatniemu systemowi mineralizacji możliwe jest przygotowanie próbek do oznaczenia w nich lotnych związków. ANALIZA WYBRANYCH BIOPIERWIASTKÓW W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH Mineralizacja

Na wadze analitycznej odważyć w tyglu 5 - g jednorodną próbkę badanego produktu (z dokładnością do 0,0001 g). Tygiel z próbką umieścić początkowo na maszynce elek-

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

75

trycznej w celu jej zwęglenia, a następnie przenieść do pieca elektrycznego w celu jej spopielenia w temperaturze 5400 C, do momentu uzyskania białej pozostałości. W celu przygotowania podstawowego roztworu, zawartość tygla należy zwilżyć 1,5 mL stężonego HCl oraz dwoma kroplami stężonego HNO3 i odparować do sucha na wrzącej łaźni wodnej. Do pozostałości dodać 1,5 mL stężonego HCl. Tygiel przykryć szkiełkiem zegarkowym i ogrzewać 1 minutę. Po opłukaniu szkiełka wodą redestylowaną nad tyglem jego zawartość przenieść ilościowo do kolby miarowej o pojemności 25 mL i uzupełnić wodą redestylowaną. Należy uzyskać klarowne mineralizaty. Jednocześnie należy sporządzić tzw. próbki ślepe według tej samej procedury. Mineralizacja ma na celu przeprowadzenie soli badanych pierwiastków w postać rozpuszczalną. W ten sposób przeprowadza się nierozpuszczalne w wodzie węglany w rozpuszczalne chlorki, natomiast nierozpuszczalne fosforany w kwas ortofosforowy. 3.5.2.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI FOSFORU W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH METODĄ SPEKTROFOTOMETRYCZNĄ (PN-EN 1189:2000)

Całkowita zawartość fosforu w organizmie człowieka mieści się w zakresie od 700 do 900 g. 80% tego pierwiastka znajduje się w tkance szkieletowej i zębach, podczas gdy 20% w tkankach miękkich i płynach ustrojowych. Fosfor jest głównym budulcem mineralnym kości i zębów jak również bierze udział w procesach anabolicznych i katabolicznych w ustroju. Ponadto jest składnikiem związków wysokoenergetycznych, tłuszczów, białek i węglowodanów. Jest jednym z podstawowych składników kwasów nukleinowych (DNA, RNA) oraz związków buforowych (utrzymuje stałe pH tkanek i płynów ustrojowych). Biodostępność fosforu jest bardzo duża. Niemowlęta przyswajają prawie 90% fosforu z mleka matki, a z mleka krowiego od 65 do 70%. Dzieci i dorośli wchłaniają fosfor w granicach 50 – 70%. Fosfor, wapń i magnez ściśle współdziałają ze sobą i dlatego ich przyswajalność zależy od stosunku ilościowego w pokarmach – najkorzystniejszy stosunek stężeń Ca/P wynosi 1,3. Stężenia fosforu i wapnia w diecie powinny być równoważne. Fosfor w postaci nieorganicznych związków, używanych w przetwórstwie żywności, jako tzw. substancje dodatkowe, jest szczególnie dobrze przyswajalny. • • •

W celu wykonania oznaczenia zawartości fosforu należy: roztwór macierzysty rozcieńczyć w kolbie miarowej wodą redestylowaną w stosunku objętościowym 1:25; pobrać 2 mL tego roztworu do kolby miarowej o poj. 25 mL; dodać 10 mL odczynnika żelaza (II) molibdenu (VI) i uzupełnić wodą redestylowaną do kreski.

Pod wpływem ww. odczynnika jony fosforanowe zawarte w próbce zostają przeprowadzone w kwas fosforomolibdenowy, który następnie ulega redukcji do barwnego związku kompleksowego – błękitu fosforomolibdenowego. Intensywność zabarwienia mierzy się badając absorbancję w 1 mL kuwetach w spektrofotometrze (Specol) przy długości fali 650 nm wobec odnośnika.

76

M. Grembecka, P. Szefer

Odnośnik: 10 mL odczynnika żelaza (II) molibdenu (VI) rozcieńcza się wodą redestylowaną w kolbie miarowej o poj. 25 mL. Wyniki odczytuje się z krzywej wzorcowej. • • • •

Odczynniki 10% roztwór molibdenianu amonu: 50 g (NH4)6Mo7O27 4H2O rozpuszcza się w 400 mL 5 M H2SO4 ciągle mieszając, następnie przenosi się do kolby miarowej pojemności 500 mL i popłukując roztworem 5 M H2SO4 dopełnia się do kreski; 5 M roztwór kwasu siarkowego (278 mL stężonego H2SO4 rozcieńcza się wodą destylowaną do objętości 1 L); Siarczan (VI) żelaza (II); roztwór wzorcowy fosforu: 0,5853 g KH2PO4 rozpuszcza się w 1 L wody destylowanej (1 mL zawiera 133,3 µg P). Przygotowanie odczynnika żelaza (II) molibdenu (VI)

Odczynnik przygotowuje się ex tempore. 10 mL roztworu molibdenianu amonu przenosi się do butelki z ciemnego szkła o pojemności 100 mL, rozcieńcza wodą destylowaną do około 70 mL, dodaje 5 g FeSO4 x 7H2O oraz uzupełnia wodą do 100 mL. Następnie wytrząsa się do całkowitego rozpuszczenia siarczanu (VI) żelaza (II). 3.5.3.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI WAPNIA W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH I SUPLEMENTACH DIETY METODĄ MIARECZKOWĄ Z EDTA (PN-ISO 6058.1999)

Całkowita zawartość wapnia w organizmie wynosi od 1000 do 1200 g. Większość tego pierwiastka w organizmie człowieka znajduje się w układzie kostnym, zębach i paznokciach (99%), podczas gdy 1% w tkankach i płynach ustrojowych. Wapń bierze udział w utrzymaniu prawidłowej struktury szkieletowej, jak również jest niezbędny do prawidłowego krzepnięcia krwi. Ponadto zapewnia on prawidłową czynność układu nerwowego (przewodzenie impulsów nerwowych, uwalnianie neuroprzekaźników) i mięśniowego (skurcz mięśni). Pełni rolę w wytwarzaniu i aktywacji hormonów i enzymów kontrolujących przemianę materii i proces trawienia. Wapń odgrywa również rolę w obniżaniu ciśnienia krwi. Z wiekiem wchłanianie wapnia w przewodzie pokarmowym zmniejsza się. W przewodzie pokarmowym wchłania się 30 – 40% wapnia i zależy ono od zawartości tego pierwiastka w diecie. Przy zmniejszaniu ilości wapnia w diecie, zwiększa się jego wchłanianie, a przy zwiększonej podaży z dietą zmniejsza się jego wchłanianie. Tempo wchłaniania wapnia zależy od szybkości przesuwania się treści pokarmowej przez jelita, pH w jelicie cienkim, stosunku stężeń Ca/P w treści pokarmowej oraz aktywności hormonów przytarczycznych.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

•

• • •

77

Odczynniki wzorcowy roztwór wapnia: 2,5 g CaCO3 wysuszonego w ciągu 24 godzin w temperaturze 150 °C przenosi się do kolby miarowej o pojemności 1 L, dodaje się 200 mL wody destylowanej, 50 mL 0,5 M HCl i pozostawia przez noc. Następnie uzupełnia się wodą destylowaną do kreski. W 1 mL znajduje się 1000 µg Ca. 1 mL tego roztworu rozcieńcza się do 100 mL, otrzymując roztwór wzorcowy zawierający w 1 mL 10 µg Ca; bufor alkaliczny: 0,1501 g glicyny rozpuszcza się w 80 mL 0,1 M NaOH i uzupełnia wodą do objętości 100 mL, uzyskując roztwór o pH 12,65; wskaźnik tymolftaleinowo - kalceinowy: 0,12 g kalceiny, 0,12 g tymolftaleiny i 20 g KCl uciera się w moździerzu na miałki proszek; roztwór wersenianu sodowego EDTA: 0,465 g EDTA rozpuszcza się w 500 mL wody destylowanej, którego miano ustala się według wzorcowego roztworu wapnia. 1. Mianowanie roztworu EDTA

20 mL roztworu EDTA rozcieńcza się do objętości 100 mL i uzyskany roztwór służy do miareczkowania wzorcowego roztworu wapnia. W tym celu pobiera się do kolbki stożkowej 1 mL wzorcowego roztworu wapnia, dodaje 5 mL buforu alkalicznego, następnie szczyptę wskaźnika tymolftaleinowo–kalceinowego i miareczkuje roztworem EDTA do przejścia barwy z zielonej do fioletoworóżowej. 2. Wykonanie oznaczenia

Roztwór macierzysty rozcieńcza się w kolbie miarowej wodą redestylowaną w stosunku objętościowym 1:25 a następnie z tego rozcieńczenia pobiera się 5 mL i uzupełnia wodą redestylowaną do kreski w kolbie miarowej na 25 mL. 1 mL tak przygotowanego rozcieńczonego roztworu podstawowego przenosi się do kolbki stożkowej, dodaje 5 mL buforu alkalicznego, wskaźnika tymolftaleinowokalceinowego i miareczkuje zmianowanym roztworem EDTA. Z ilości zużytego do miareczkowania roztworu EDTA oblicza się zawartość wapnia w próbce. 3.5.4.

OZNACZANIE ŻELAZA W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH METODĄ SPEKTROMETRYCZNĄ Z 1,10-FENANTROLINĄ (PN-ISO 6332:2001)

Całkowita zawartość żelaza w organizmie wynosi od 3 do 5 g. Większość tego pierwiastka (65-75%) znajduje się w hemoglobinie i mioglobinie, mniej niż 1% w enzymach tkankowych, a pozostała część stanowi pulę zapasową. Żelazo jest metalem niezbędnym do prawidłowego wzrostu i rozwoju organizmu. Wchodzi w skład mioglobiny (magazynowana w postaci ferrytyny i hemosyderyny w wątrobie, śledzionie i szpiku kostnym), a ponadto jest składnikiem wielu enzymów uczestniczących w procesach oksydacyjno-redukujących. Uczestniczy również w transporcie tlenu, syntezie DNA i produkcji ATP. Pierwiastek ten pełni podstawową funkcję w przemianie energii, tworzeniu i wzroście czerwonych krwinek, utrzymaniu bilansu

78

M. Grembecka, P. Szefer

cieplnego oraz odporności humoralnej i komórkowej. Jednakże katalizuje on reakcje przekształcające nadtlenek wodoru w wolne rodniki, które atakują błony komórkowe, białka i DNA uszkadzając tkanki. Biodostępność żelaza jest uwarunkowana dwoma czynnikami – fizjologicznym zapotrzebowaniem ustroju na ten składnik oraz postacią żelaza występującą w produktach spożywczych. W żywności pierwiastek ten występuje w formie hemowej (produkty pochodzenia zwierzęcego) i niehemowej (produkty pochodzenia roślinnego). Bioprzyswajalność formy hemowej żelaza wynosi od 20 do 30% i nie jest w zasadzie uwarunkowana obecnością innych składników pożywienia. W przypadku żelaza niehemowego stopień przyswajania silnie zależy od innych substancji zawartych w pożywieniu. Ilość wchłoniętego żelaza jest odwrotnie proporcjonalna do jego zawartości w ustroju człowieka. Żelazo posiada właściwości antagonistyczne w stosunku do innych pierwiastków śladowych, szczególnie cynku i dlatego przy nadmiernej podaży żelaza należy uzupełniać ewentualne niedobory pozostałych mikroelementów. Zasada oznaczania żelaza polega na redukcji związków żelaza (III) do żelaza (II) przy pomocy chlorowodorku hydroksyloaminy oraz wiązaniu Fe2+ w barwny związek kompleksowy z 1,10-fenantroliną i oznaczaniu go kolorymetrycznie. • • • •

Odczynniki chlorowodorek hydroksyloaminy, roztwór 10% bufor octanowy: 41,5 g bezwodnego CH3COONa lub 68,9 g uwodnionego CH3COONa rozpuszcza się w wodzie redestylowanej, dodaje 60 mL lodowatego CH3COOH i rozcieńcza się do 500 mL wodą redestylowaną; 1, 10-fenentrolina, roztwór 0,1% roztwór wzorcowy żelaza: 3,511 g soli Mohra rozpuszcza się w wodzie redestylowanej, dodaje 2 krople stężonego HCl i przenosi ilościowo do kolby miarowej o pojemności 500 mL. Po uzupełnieniu wodą redestylowaną do kreski, przenosi się 10 mL tego roztworu do kolby miarowej o pojemności 100 mL i uzupełnia jak wyżej. 1 mL tak przygotowanego roztworu zawiera 0,1 mg żelaza. Następnie do kolb miarowych o pojemności 100 mL wlewa się kolejno: 0; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5...5,0 mL roztworu, dodaje 4 mL stężonego HCl i uzupełnia wodą redestylowaną do kreski. W ten sposób uzyskuje się roztwory zawierające w 100 mL: 0; 0,02; 0,05; 0,1; 0,15; 0,5 mg żelaza. Roztwory te mogą być przechowywane do trzech miesięcy. 1. Wyznaczenie krzywej wzorcowej

Do kolb miarowych o pojemności 25 mL odmierza się kolejno po 10 mL wzorcowych roztworów żelaza, dodaje 1 mL 10% roztworu chlorowodorku hydroksyloaminy. Po upływie 5 minut dodaje się 10 mL buforu octanowego, a następnie 1 mL 0,1% roztworu 1,10-fenantroliny, uzupełnia się zawartość kolb wodą redestylowaną do kreski i po wymieszaniu mierzy się absorbancję na spektrofotometrze „Spekol” przy długości fali 512 nm w kiuwecie o grubości warstwy 1 cm wobec próby zerowej.

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

79

2. Wykonanie oznaczenia

Do kolby miarowej o pojemności 25 mL odmierza się 5 – 10 mL roztworu podstawowego i 1 mL roztworu chlorowodorku hydroksyloaminy. Po 5 minutach dodaje się 10 mL buforu octanowego, a następnie 1 mL roztworu 1,10-fenantroliny i uzupełnia wodą redestylowaną do kreski. Po wymieszaniu mierzy się absorbancję roztworu na spektrofotometrze „Spekol” przy długości fali 512 nm w kiuwecie o grubości warstwy 1 cm wobec próby zerowej. Zawartość żelaza w badanej próbce odczytuje się z krzywej wzorcowej, którą wykreśla się w zakresie stężeń od 5 – 80 µg Fe. 3. Przygotowanie próby zerowej

Do parowniczki odmierza się 1,5 mL stężonego HCl, kroplę HNO3, odparowuje do sucha na łaźni wodnej. Następnie dodaje się 1,5 mL stężonego HCl i postępuje dalej jak z próbą badaną. 3.5.5.

OZNACZANIE MIEDZI W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH I KOSMECEUTYKACH METODĄ AAS (PŁOMIENIOWEJ ABSORPCJI ATOMOWEJ) (AOAC 2003)

Całkowita zawartość miedzi w organizmie wynosi od 50 do 150 mg, spośród czego 15% znajduje się w wątrobie, 6% w krwi w postaci związanej z ceruloplazminą, a reszta w mózgu, mięśniach, jądrach i nerkach. Miedź jest kofaktorem wielu enzymów takich jak dysmutaza nadtlenkowa (chroni błony komórkowe przed uszkodzeniem przez wysoce aktywne cząsteczki tlenu), oksydaza lizenowa (enzym odpowiedzialny za prawidłowe usieciowanie kolagenu i elastyny), ceruloplazmina, ferroksydaza II i oksydaza cytochromu c. Ponadto pobudza ona prawidłowe tworzenie czerwonych krwinek, gdyż jest niezbędna na etapie włączania żelaza do cząsteczki hemu. Bierze udział w metabolizmie lipidów, wpływa na właściwości osłonki mielinowej włókien nerwowych (bierze udział w wytwarzaniu melaniny) oraz wspomaga przesyłanie impulsów nerwowych i reguluje poziom neuroprzekaźników w mózgu. Przyjmuje się średnio, że procent wchłaniania miedzi z diety przez osoby dorosłe wynosi 35-40%. Stopień wchłaniania miedzi z diety rośnie ze spadkiem jej zawartości w diecie. Miedź wchłania się głównie z przewodu pokarmowego i dlatego wszelkie zmiany chorobowe przewodu pokarmowego jak również choroby genetyczne (zespół Menkesa) powodują zaburzenia wchłaniania miedzi. ZASADA OZNACZANIA MIEDZI METODĄ AAS

Absorpcyjna spektrometria atomowa (AAS, ang. atomic absorption spectrometry) jest instrumentalną metodą analityczną, która opiera się na zjawisku absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przez wolne atomy.

80

• • • • •

M. Grembecka, P. Szefer

Podstawowymi częściami składowymi spektrometru absorpcji atomowej są: źródło promieniowania liniowego, atomizer, monochromator, detektor promieniowania i wzmacniacz, rejestrator.

Źródłem promieniowania monochromatycznego w AAS jest najczęściej lampa z katodą wnękową, sporządzoną z pierwiastka, który ma być oznaczany. Ze względu na to, że w procesie absorpcji promieniowania biorą udział tylko wolne atomy w podstawowym stanie energetycznym, istotne znaczenie ma atomizacja próbki. • • • • •

Atomizery stosowane w AAS dzielą się na: płomieniowe (F-AAS) – Cu, Zn, etc. elektrotermiczne (ET-AAS) – Pb, Cd, etc. wodorkowe (HG-AAS) – As, Se etc. atomizery wykorzystujące zimne pary rtęci (CV-AAS) – Hg, etc. atomizery dla substancji stałych z atomizacją w plazmie laserowej.

Najczęściej atomizację przeprowadza się w płomieniu gazowym, do którego roztwór wprowadzany jest w postaci aerozolu. Rozpylacz najczęściej stanowi jedną całość z palnikiem. Palnik szczelinowy zapewnia wystarczająco długą drogę absorpcji. Rodzaj płomienia dobiera się w zależności od oznaczanego pierwiastka. Gazem palnym jest najczęściej acetylen, a utleniaczem – powietrze lub tlenek azotu (I). Monochromator o dużej zdolności rozdzielczej ma za zadanie wyodrębnienie z wiązki promieniowania emitowanego przez pierwiastki znajdujące się w płomieniu, jedynie tej linii widmowej, której natężenie ma być mierzone. Jako detektory promieniowania w aparatach AAS służą fotopowielacze, zapewniające dużą czułość pomiarów. Podstawą ilościowych oznaczeń metodą AAS jest fakt, że absorpcja promieniowania zależy od liczby wolnych atomów w środowisku absorbującym, a ta liczba zależy od całkowitego stężenia analizowanego pierwiastka w próbce. Wolne atomy mogą absorbować tylko długości fal charakterystyczne dla danego pierwiastka, co umożliwia oznaczanie wielu pierwiastków w danej próbce niezależnie od siebie. W analizie ilościowej wykorzystuje się prostoliniową zależność absorbancji od stężenia pierwiastka w próbce. Absorpcyjna spektrometria atomowa wykazuje wiele zalet, dzięki którym należy obecnie do najczęściej stosowanych technik analitycznych. Umożliwia ona oznaczenie ok. 60 pierwiastków, a bardzo niskie granice wykrywalności wielu pierwiastków sprawiają, że AAS nadaje się szczególnie do oznaczania ich śladowych stężeń. Ponadto odznacza się dużą selektywnością i dużą wykrywalnością. Podstawową wadę AAS stanowi konieczność użycia osobnej lampy dla każdego oznaczanego pierwiastka. Miedź oznacza się w roztworach podstawowych otrzymanych na drodze mineralizacji „na sucho”. Zawartość tego pierwiastka oznacza się w płomieniu acetylenowo – powietrznym przy użyciu palnika o długości 100 mm. Zakres oznaczanych stężeń w próbce badanej powinien się mieścić w zakresie stężeń użytych wzorców. W celu wykonania

3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności

81

oznaczenia używa się w spektrometrze właściwą lampę dla danego metalu. Warunki oznaczenia miedzi są następujące; • szerokość szczeliny – 0,5 nm • linia rezonansowa – 324,8 nm • zakres oznaczonych stężeń – od 0,6 do 4,0 µg/mL Zawartość analizowanego pierwiastka [µg/g] w próbkach żywności oblicza się według wzoru:

⎛ ⎞ ⎜C − CO ⎟ ⋅ V ⋅ R ⎜ ⎟ ⎝ R ⎠ C= m

gdzie: CR - stężenie badanego pierwiastka w roztworze mineralizatu (μg /mL) CO - stężenie w próbce ślepej (μg /mL) V - objętość roztworu (mL) R - współczynnik rozcieńczenia m - masa próbki pobranej do mineralizacji (g)

500 700 800

1300 1300 1300

1-3 4-6 7-9

10-12 13-15 16-18

150 300

AI

1050 1050 1050

380 410 500

1250 1250 1250

460 500 600

Fosfor (mg) EAR RDA 30 70

AI

200 340 340

65 110 110 240 410 410

80 130 130

Magnez (mg) EAR RDA 0,3

AI

Żelazo Cynk (mg) (mg) EAR RDA AI EAR RDA Niemowlęta 2 7 11 2,5 3 Dzieci 3 7 2,5 3 4 10 4 5 4 10 4 5 Chłopcy 7 10 7 8 8 12 8,5 11 8 12 8,5 11 110 130

AI

75 95 95

65 65 70

Jod (µg) EAR

120 150 150

90 90 100

RDA 0,2 0,3

AI

0,5 0,7 0,7

0,25 0,3 0,5

0,7 0,9 0,9

0,3 0,4 0,7

Miedź (mg) EAR RDA

4100 4700 4700

2400 3100 3700

700 400

Potas (mg) AI

Mężczyźni 1000 580 700 330 400 6 10 9,4 11 95 150 0,7 0,9 4700 1000 580 700 350 420 6 10 9,4 11 95 150 0,7 0,9 4700 1300 580 700 350 420 6 10 9,4 11 95 150 0,7 0,9 4700 1300 580 700 350 420 6 10 9,4 11 95 150 0,7 0,9 4700 1300 580 700 350 420 6 10 9,4 11 95 150 0,7 0,9 4700 AI (adequate intake) - zalecane wielkości spożycia oparte na obserwacjach bądź wynikach eksperymentalnych; EAR (estimated average requirement) dzienne spożycie żywności i energii pokrywające zapotrzebowanie 50% zdrowych osób należących do danej grupy ludności i stadium życia ; RDA (recommended dietary allowance) - zalecane średnie dzienne spożycie wystarczające do zaspokojenia potrzeb prawie wszystkich osobników z danej grupy (97-98%) skierowane do osób zdrowych, uwzględniając konkretną fazę ich życia (stadium życia) oraz rodzaj grupy

300 400

0-0,5 0,5-1

19-30 31-50 51-65 66-75 >75

Wapń (mg) AI

Grupa, płeć, wiek

Tabela 13. Normy żywienia dla człowieka: wybrane składniki mineralne (osoba/doba) [16]

1500 1500 1500 1500 1500

1300 1500 1500

750 1000 1200

120 370

Sód (mg) AI

Wapń (mg) AI

Fosfor (mg) EAR RDA

Magnez (mg) EAR RDA

Żelazo Cynk Jod Miedź Potas Sód (mg) (mg) (µg) (mg) (mg) (mg) AI AI AI EAR RDA AI EAR RDA AI EAR RDA AI EAR RDA AI AI Niemowlęta Dziewczęta 10-12 1300 1050 1250 200 240 7; 81 10; 7 8 75 120 0,5 0,7 4100 1300 13-15 1300 1050 1250 300 360 8 151 7,3 9 95 150 0,7 0,9 4700 1500 15 16-18 8 7,3 1300 1050 1250 300 360 9 95 150 0,7 0,9 4700 1500 15 Kobiety 19-30 1000 580 700 255 310 8 18 6,8 8 95 150 0,7 0,9 4700 1500 31-50 1000 580 700 265 320 8 18 6,8 8 95 150 0,7 0,9 4700 1500 51-65 1300 580 700 265 320 6 10 6,8 8 95 150 0,7 0,9 4700 1400 66-75 1300 580 700 265 320 6 10 6,8 8 95 150 0,7 0,9 4700 1300 >75 1300 580 700 265 320 6 10 6,8 8 95 150 0,7 0,9 4700 1200 Ciąża 75 Dziewczęta 10-12 13-15 16-18 Kobiety 19-30 31-50 51-65 66-75 >75 Ciąża 19 Laktacja 19

Masa ciała (kg)

Wysokość (cm)

BMI (kg/m2)

6,5 9

62 72

16,2 17,0

12 19 27

86 110 129

16,6 15,5 15,8

38 53 67

86 110 129

16,6 15,5 15,8

50-90

37 51 56

45-80

18,5-24,9

147 164 165

17,3 19,4 20,7

18,5-24,9

168

A. Lebiedzińska

Bibliografia

1. 2.

3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Ball, G., F., M.: Vitamins in Foods. Analysis, Bioavailability, and Stability. CRC Press. Taylor & Francis 2006. Dietary Reference Intakes for Thiamin, Riboflavin, Niacin, Vitamin B6, Folate,Vitamin B12, Pantothenic Acid, Biotin, and Choline. Institute of Medicine, Food and Nutrition Board, Washington D.C., National Academy Press, Washington, D.C. 1998. Dietary Reference Intakes for Vitamin C, Vitamin E, Selenium and Carotenoids. Institute of Medicine (IOM) Food and Nutrition Board, Washington D.C., National Academy Press, Washington, D.C. 2000. Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B. /red./.: Normy Żywienia Człowieka. Podstawy prewencji otyłości i chorób niezakaźnych. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2008. Lebiedzińska, A.: Ocena żywności jako elementu środowiska człowieka w oparciu o badania zawartości witamin grupy B – implikacje analityczne. Rozprawa habilitacyjna, AMG 2006. Opinion of the Scientific Committee on Food on the Tolerable Upper Level of Calcium. SCF/CS/NUT/UPPLEV/64 Final, Brussels April 2003. Opinion of the Scientific Committee on Food on the Tolerable Upper Level of Magnesium. SCF/CS/NUT/UPPLEV/54 Final, Brussels October 2001. Opinion of the Scientific Committee on Food on the Tolerable Upper Level of Zinc. SCF/CS/NUT/UPPLEV/62 Final, Brussels March 2003. Safe Upper Levels for Vitamins and Minerals. UK Expert Group for Vitamins and Minerals. May 2003. Tolerable Upper Levels for Vitamins and Minerals. Scientific Committee on Food, Scientific Panel of Dietetic products, Nutrition and Allergies. European Food Safety Authority (EFSA). February 2006. Ziemlański Ś. /red/.: Normy Żywienia Człowieka. Fizjologiczne podstawy, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2001.

169

6.

ŻYWNOŚĆ NOWEJ GENERACJI W REALIZACJI NORM ŻYWIENIA Anna Lebiedzińska

Skład i wartość odżywcza żywności ulega ciągłym zmianom wskutek unowocześnień zarówno w przemyśle spożywczym jak i w uprawach rolnych oraz w hodowli. W ostatnich latach obserwuje zmiany demograficzne (przyrost populacji i zwiększanie się udziału w niej ludzi starszych) oraz korzystniejszą sytuację ekonomiczną społeczeństwa, co powoduje wzrost zapotrzebowania na droższe produkty, wysoko przetworzone i wygodne w użyciu. Jednakże, stosowanie diety zawierającej głównie produkty przetworzone i oczyszczone może wpływać niekorzystnie na określone szlaki metaboliczne, powodując zaburzenia wielu funkcji organizmu. W Japonii, powstała koncepcja produkcji żywności funkcjonalnej, posiadającej obok podstawowych składników odżywczych, dodatkowe substancje o oddziaływaniu fizjologicznym na organizm człowieka. Idea żywności funkcjonalnej została rozpowszechniona w Stanach Zjednoczonych, a następnie w Europie, wywodzi się z medycyny chińskiej, a współcześnie narodziła się w 1984 r. w Japonii pod nazwą FOSHU system ( ang. Food for Specified Health Use).

6.1.

ŻYWNOŚĆ FUNKCJONALNA – DODATKI FUNKCJONALNE

Żywność funkcjonalna (z ang. functional food), lub też bardziej poprawnie fizjologiczna żywność funkcjonalna, posiadająca właściwości fizjologiczne i biochemiczne jest ważną częścią koncepcji zdrowego odżywiania (z ang. Healthy Eating Concept), będąc częścią zróżnicowanej diety i spożywana w odpowiednich ilościach, ma korzystny wpływ na zdrowie człowieka. Aby produkt mógł się zaliczać do żywności funkcjonalnej, musi mieć naukowo potwierdzony korzystny wpływ fizjologiczny lub/i psychologiczny na zdrowie, a poza tym spełniać tradycyjne funkcje odżywcze – jak typowa żywność. Może ona korzystnie oddziaływać na aktywność fizjologiczną, psychologiczną czy biologiczną i wówczas określana jest mianem typu A (Enhanced Function Claim). Do tej grupy należą: napoje energetyzujące oraz witaminy wyrównujące poziom elektrolitów. Oznaczenie typu B (Reduction of Disease–Risk Claim) wskazuje, że produkt zmniejsza ryzyko zachorowań na określoną chorobę i tak np. tłuste ryby morskie zawierają polienowe kwasy tłuszczowe, otręby – błonnik, a produkty sojowe – fitoestrogeny. • • •

Żywnością funkcjonalną mogą być: produkty naturalnego pochodzenia; produkty spożywcze specjalnego przeznaczenia żywieniowego; produkty wzbogacane składnikami odżywczymi.

Do żywności funkcjonalnej zalicza się między innymi żywność wzbogaconą. Wzbogacanie żywności to, zgodnie z definicją FAO/WHO z 1994 roku, dodawanie jednego lub kilku składników odżywczych do wybranych produktów, bez względu na to, czy występują one w tym produkcie naturalnie, czy nie. Żywność wzbogaca się w celu skorygowania lub zapobiegania niedoborom określonych składników w całej populacji,

170

A. Lebiedzińska

jak również w celu zbilansowania profilu odżywczego produktu lub wyrównania strat spowodowanych jego przetwarzaniem. Wśród powodów, dla których wzbogaca się żywność wymienia się: • wzbogacenie żywności, która zawiera małą ilość lub nie zawiera wcale pewnych składników odżywczych; • uzyskanie substytutów żywności o podobnej wartości odżywczej w stosunku do innych produktów żywnościowych. • • • • • •

Są to procesy technologiczne specjalnie zaprojektowane: dodanie do margaryny witamin występujących w maśle; zwiększenie zawartości naturalnego pożądanego składnika (wapń w mleku); wzbogacenie pożądanym składnikiem (wapń dodany do soku pomarańczowego;) zastąpienie niepożądanego składnika (w margarynie: eliminacja kwasów trans, dodane kwasy n-3); modyfikowanie składu żywności (zmiana profilu kwasów tłuszczowych w mięsie, obniżanie poziomu cholesterolu w jajach kurzych) poprawianie jakości żywności na drodze przemian biotechnologicznych oraz za pomocą inżynierii genetycznej.

Rozporządzenie (WE) nr 1925/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 20 grudnia 2006 r. w sprawie dodawania do żywności witamin i składników mineralnych oraz niektórych innych substancji (Dz. Urz. L 404 z 30.12.2006) harmonizuje przepisy państw członkowskich oraz ma na celu zagwarantowanie skutecznego funkcjonowania rynku wewnętrznego jednocześnie zapewnia ochronę konsumenta. Do produktów spożywczych najczęściej wzbogacanych witaminami i związkami mineralnymi należą: • przetwory zbożowe (mąki, mieszanki wypiekowe); • soki i napoje bezalkoholowe; • produkty śniadaniowe; • wyroby cukiernicze; • tłuszcze; • mleko i jego przetwory. Wzbogacanie żywności uważane jest za najskuteczniejszy i najbardziej opłacalny sposób zapobiegania niedoborom składników mineralnych i witamin. Ze względu na rodzaj zaspokajanych potrzeb żywieniowych, można wyróżnić m.in. zarówno żywność zmniejszającą ryzyko chorób krążenia, chorób nowotworowych, osteoporozy jak i żywność przeznaczoną dla osób obciążonych stresem, z zaburzeniami metabolizmu i trawienia, dla sportowców, osób w podeszłym wieku, kobiet w ciąży i karmiących, niemowląt, młodzieży w fazie intensywnego wzrostu. Przedziały te są umowne, ponieważ poszczególne produkty można zaliczyć najczęściej do kilku grup jednocześnie. Świadomość potencjalnego konsumenta dotycząca korzyści wynikających ze spożywania produktów funkcjonalnych, w tym zachowania przez długi czas wysokiej aktywności psychofizycznej, przyczynia się do wzrostu popytu i rozwoju rynku żywności

6. Żywność nowej generacji w realizacji norm żywienia

171

funkcjonalnej. Zdecydowana większość produktów funkcjonalnych (95% ogółu), w krajach, gdzie jest on rozwinięty, przechodzi badania kliniczne.

Rycina 15. Wpływ żywności funkcjonalnej na organizm człowieka

Korzyści, których oczekujemy spożywając żywność funkcjonalną dotyczą wzmocnienia funkcji organizmu lub obniżenia ryzyka rozwoju chorób. Rozporządzenie (WE) nr 1924/2006 z 20 grudnia 2006 r. w sprawie oświadczeń żywieniowych i zdrowotnych wyraźnie oddziela produkt leczniczy od żywności wpływającej na funkcje ustroju człowieka: • oświadczenie żywieniowe dotyczy składu produktu; • oświadczenie zdrowotne stwierdza, sugeruje lub daje do zrozumienia, że istnieje związek pomiędzy produktem spożywczym a zdrowiem - może dotyczyć funkcji fizjologicznych lub zmniejszenia ryzyka chorób; • oświadczenia medyczne są zastrzeżone tylko dla leków – stwierdzają, że produkt ma własności lecznicze lub zapobiega chorobie.

6.2.

SUPLEMENTY DIETY

Innym sposobem uzupełniania diety w brakujące substancje odżywcze jest suplementacja środkami spożywczymi, będącymi skoncentrowanym źródłem składników odżywczych lub innych, korzystnie wpływających na zdrowie – suplementami diety. Według Ustawy z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie żywności i żywienia, suplementem diety nazywamy środek spożywczy, którego celem jest uzupełnienie normalnej diety, będący skoncentrowanym źródłem witamin lub składników mineralnych lub innych substancji wykazujących efekt odżywczy lub inny fizjologiczny, pojedynczych lub złożonych, wprowadzany do obrotu w formie umożliwiającej dawkowanie, w postaci: kapsułek, tabletek, drażetek i w innych podobnych postaciach, saszetek z proszkiem, ampułek z płynem, butelek z kroplomierzem i w innych podobnych postaciach płynów i proszków przeznaczonych do spożywania w małych, odmierzonych ilościach jednostkowych, z wyłączeniem produktów posiadających właściwości produktu leczniczego w rozumieniu przepisów prawa farmaceutycznego. Wbrew potocznej opinii suplementy diety nie służą do leczenia, nie są lekami, chociaż pośrednio zapobiegają chorobom powstającym na skutek nieprawidłowego odżywiania, jak np. choroby sercowo – naczyniowe, cukrzyca insulinozależna. Jest to podstawowa cecha odróżniająca suplement diety od produktu leczniczego, któremu przypisuje się właściwości zapobiegania lub leczenia chorób występujących u ludzi lub zwierząt. Suplementy, jak sama nazwa wskazuje, mają jedynie uzupełniać (suplementować) niedobory substancji odżywczych w diecie. Producent wprowadzając suplementy do

172

A. Lebiedzińska

obrotu handlowego, w przeciwieństwie do leków, nie musi przeprowadzać badań udowadniających ich skuteczność, czyli wykazywać efekt leczniczy. Zgodnie z Ustawą o bezpieczeństwie żywności i żywienia, o wprowadzeniu suplementu diety po raz pierwszy do obrotu na terytorium RP należy jedynie powiadomić Głównego Inspektora Sanitarnego, podać nazwę środka spożywczego i jego producenta oraz przedłożyć wzór oznakowania w języku polskim. Do roku 2003 suplementy diety w krajach UE podlegały różnym regulacjom prawnym. Od lipca 2003 roku Członkowie państw Unii Europejskiej zostali zobowiązani do implementacji w swoim ustawodawstwie prawa unijnego określającego, które witaminy i składniki mineralne mogą być stosowane i w jakiej postaci te suplementy można będzie wytwarzać. Lista limitująca ilość dozwolonych do stosowania w produkcji suplementów witamin i składników mineralnych jest autoryzowana przez Komisję Europejską, co pozwala na harmonizację norm dotyczących znakowania suplementów w poszczególnych krajach. Skład witaminowo – mineralny suplementów diety dostępnych w Polsce jest ściśle określony Rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 9 października 2007 r. Zawiera ono wykaz witamin i składników mineralnych z uwzględnieniem form chemicznych w jakich występują, które mogą być stosowane w ich produkcji. Ponadto, zawartość poszczególnych witamin i składników mineralnych oraz innych substancji nie może przekraczać poziomu zapewniającego bezpieczeństwo dla zdrowia i życia człowieka podczas stosowania, zgodnie z informacją zamieszczoną w oznakowaniu. Deklarowane w oznakowaniu zawartości witamin i składników mineralnych oraz innych substancji wykazujących efekt odżywczy lub inny efekt fizjologiczny podaje się w przeliczeniu na zalecaną przez producenta do spożycia dzienną porcję produktu. Informacje o zawartości witamin i składników mineralnych podaje się również w procentach w stosunku do zalecanego dziennego spożycia. Suplementy diety zalecane są osobom, które w wyniku przebywania w określonych warunkach lub z racji wykonywania zawodu, czy też hobby, mają zwiększone zapotrzebowanie na składniki pokarmowe. Są to szczególnie rekonwalescenci, osoby intensywnie uprawiające sport, osoby stosujące restrykcyjne diety, ludzie starsi z zaburzonymi procesami wchłaniania oraz osoby prowadzące nieregularny i niehigieniczny tryb życia. Należy pamiętać, że decyzja o rozpoczęciu suplementacji diety powinna być poprzedzona konsultacją ze specjalistą, a czas jej stosowania ograniczony do momentu ustąpienia stwierdzonych niedoborów. Każdy suplement diety, wprowadzany do obrotu, podobnie jak żywność, musi posiadać etykietkę, zawierającą następujące informacje: • określenie „suplement diety”; • nazwy kategorii składników odżywczych lub substancji charakteryzujących produkt lub wskazanie ich właściwości; • porcję produktu zalecaną do spożycia w ciągu dnia; • ostrzeżenie dotyczące nie przekraczania zalecanej porcji do spożycia w ciągu dnia; • stwierdzenie, że suplementy diety nie mogą być stosowane jako substytut (zamiennik) zróżnicowanej diety; • stwierdzenie, że suplementy diety powinny być przechowywane w sposób niedostępny dla małych dzieci.

6. Żywność nowej generacji w realizacji norm żywienia

173

Obowiązująca Ustawa o bezpieczeństwie żywności i żywienia nakazuje także, aby suplementy diety były wprowadzane do obrotu, a także prezentowane i reklamowane pod nazwą „suplement diety”, nie zaś pod nazwą handlową. Jeśli jednak dany produkt jest dodatkowo oznakowany nazwą handlową, to określenie „suplement diety” musi być zamieszczone w bezpośrednim sąsiedztwie tej nazwy. Ponadto oznakowanie, prezentacja i reklama suplementów diety nie może zawierać informacji stwierdzających lub sugerujących, że zbilansowana i zróżnicowana dieta nie jest w stanie dostarczyć wystarczających dla organizmu ilości składników odżywczych. Z prawnego punktu widzenia, suplementy diety oraz produkty lecznicze to całkowicie odmienne kategorie. Podstawowe kwestie dotyczące produktów leczniczych są określane przez Ustawę z dnia 6 września 2001 r. Prawo Farmaceutyczne, natomiast regulacje prawne dotyczące suplementów diety zapisane są w Ustawie z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie żywności i żywienia. Pomimo to, ciągle istnieje problem z wytyczeniem jednoznacznego podziału, między lekami, a suplementami diety. Najwięcej kontrowersji wzbudzają tzw. „borderline products” (produkty z pogranicza), których prawna i naukowa kwalifikacja jest szczególnie zawiła. Problem z kwalifikacją tego typu środków wynika przede wszystkim z częściowego nakładania się definicji prawnych. Warto również pamiętać, że w przypadku produktu, który można zakwalifikować i jako suplement diety i jako lek, zawsze będą stosowane regulacje Prawa Farmaceutycznego i z prawnego punktu widzenia będzie on traktowany jako lek, bez względu na kwalifikację naukową. Produkty spożywcze wzbogacone witaminami i związkami mineralnymi oraz suplementy diety spełniają ważną rolę w prewencji zaburzeń stanu zdrowia. Stosowanie suplementów jednostronnie wzbogacających dietę przez dłuższy czas, może spowodować nadmierne spożywanie niektórych elementów odżywczych. Z tego względu konieczne jest rozwijanie odpowiednich zachowań konsumentów i kształtowanie pozytywnych nawyków żywieniowych, poprzez właściwe działania edukacyjne na rzecz promocji zdrowia.

6.3.

NOWA ŻYWNOŚĆ – ŹRÓDŁO SKŁADNIKÓW O DZIAŁANIU FIZJOLOGICZNYM

Nowa żywność (ang. novel food) może być źródłem składników, na które nie zostały jeszcze ustalone normy dziennego spożycia, często określana jako żywność funkcjonalna. Suplementy diety zawierające w swym składzie substancje biologicznie czynne, o działaniu fizjologicznym, zwykle występujące w żywności zaczęto odrębnie klasyfikować, nazywając je nutraceutykami (z ang. nutriceuticals). Termin nutraceutyki powstał z połączenia dwóch słów "nutrition" i "farmaceutical" i był wprowadzony w 1989 r. przez S. De Felicego – przewodniczącego amerykańskiej organizacji „Fundacji dla Innowacji w Medycynie”. Nazwa ta szybko przyjęła się w badaniach biomedycznych. W świetle ustawy z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie żywności i żywienia nowa żywność i składniki żywności to produkty do których ma zastosowanie rozporządzenie nr 258/97 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 stycznia 1997 r. dotyczące nowej żywności i nowych składników żywności.

174

A. Lebiedzińska

Określenie „novel food” wskazuje na żywność i składniki żywności, które nie były stosowane w żywieniu ludzi w krajach członkowskich Unii Europejskiej przed 15 maja 1997 r., a zaliczamy je do następujących kategorii: • żywność i składniki żywności (lub wyciągi substancji czynnych) składające się z niestosowanych wcześniej roślin lub pochodzące od zwierząt; • żywność i składniki żywności pochodzące z grzybów, wodorostów i bakterii; • żywność i składniki żywności, które w efekcie zastosowanych nowych technologii mają zmienioną wartość odżywczą, metabolizm i poziom składników niepożądanych. W Unii Europejskiej trwają prace nad stworzeniem katalogu nowej żywności. Suplementy diety – nowa żywność - dodatki funkcjonalne, to produkty podnoszące jakość zdrowotną żywności. Do najczęściej stosowanych należą: • błonnik pokarmowy (włókno surowe, włókno pokarmowe); • probiotyki (Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus rhamnosus, Bifidobacterium bifidium); • prebiotyki (fruktooligosacharydy); • wielonienasycone kwasy tłuszczowe WNKT (z rodziny n-3, n-6); • składniki mineralne (Ca, Fe, Se); • witaminy grupy B (B1, B6, B12, kwas foliowy); • witaminy antyoksydacyjne (C, E, ß-karoten); • związki o działaniu antyoksydacyjnym (polifenole, fitosterole). SUPLEMENTY DIETY - PROBIOTYKI Probiotyki to żywe mikroorganizmy, które po spożyciu wywierają korzystny wpływ na organizm gospodarza poprzez poprawę równowagi mikroflory jelitowej. Samo określenie „probiotyk” pochodzi z języka greckiego i oznacza „dla życia”. Bakterie kwasu mlekowego są szeroko rozpowszechnione w środowisku i od niepamiętnych czasów wykorzystywane były do naturalnego ukwaszania żywności. Można powiedzieć, że bakterie te znajdują się dosłownie wszędzie. Od urodzenia towarzyszą człowiekowi, zwierzętom i roślinom. Ich wspólną cechą jest zdolność fermentacji różnych cukrów, w wyniku której powstaje kwas mlekowy i pewne ilości innych składników, z których niektóre charakteryzują się przyjemnym orzechowym aromatem. W mleku fermentują one laktozę (cukier mlekowy), w materiale roślinnym zaś glukozę lub inne cukry. Aktualnie obowiązująca definicja probiotyku została wprowadzona przez Fullera w 1989 r., ale po raz pierwszy - we współczesnym znaczeniu - pojęcie probiotyku zostało użyte jako kontrast do antybiotyku. Wg Fullera, aby szczep mógł być uznany za probiotyczny, powinien spełniać kilka kryteriów: • pochodzić z naturalnej mikroflory jelitowej człowieka; • mieć zdolność przeżycia i metabolizowania w środowisku przewodu pokarmowego; • mieć zdolność adhezji do nabłonka jelitowego i kolonizacji jelita; • nie wykazywać działania ubocznego (chorobotwórczego lub toksycznego). Efekt probiotyczny wykazano tylko w odniesieniu do kilku szczepów bakterii fermentacji mlekowej tj. Bifidobacterium bifidum i Bifidobacterium lactis Bb12, szczepów

6. Żywność nowej generacji w realizacji norm żywienia

175

bakterii z rodzaju Lactobacillus: L. rhamnosus GG, L. acidophilus LB, L. plantarum 299v, L. johnsoni La1, L. casei Shirato, L. fermentum KDL, L. reuteri, szczepu Enterococcus SF68 oraz drożdży Saccharomyces boulardii. Udowodnione klinicznie korzystne działanie probiotyków na zdrowie dotyczy zmniejszenia częstości biegunek poantybiotykowych, w zakażeniach rotawirusowych, po chemioterapii i w mniejszym stopniu - biegunki podróżnych, zaburzeń trawienia laktozy, stymulacji odporności humoralnej i komórkowej oraz zmniejszenia stężenia niepożądanych metabolitów. Mechanizm działania probiotyków polega w głównej mierze na fermentacji substratów węglowodanowych z wytwarzaniem gazów i związków organicznych, głównie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych - masłowego, octowego i propionowego - obniżających pH treści jelitowej oraz innych substancji o działaniu bakteriostatycznym, które hamują rozwój bakterii patogennych, co sprzyja utrzymaniu równowagi w składzie mikroflory. Hipolaktazja typu dorosłych dotyczy około 37% populacji polskiej, a objawy kliniczne nietolerancji występują u około 5-10% z nich. Fermentowane napoje mleczne zawierające szczepy probiotyczne poprawiają tolerancję laktozy poprzez zwiększenie puli laktazy o enzymy uwalniane z komórek bakteryjnych. Dobroczynna mikroflora jelitowa jest głównym źródłem amin biogennych (putrescyny, sperminy i spermidyny) odgrywających istotną rolę we wzroście i różnicowaniu komórek, zmniejszających przepuszczalność śluzówki jelitowej i stymulujących jej regenerację. W ostatnich latach probiotyki zostały uznane za istotny czynnik modulujący aktywność układu odpornościowego, a pozytywnego efektu można oczekiwać we wszystkich stanach chorobowych związanych ze zwiększoną przepuszczalnością śluzówki jelita. Prebiotyki są definiowane jako nie podlegające trawieniu składniki pożywienia, które selektywnie pobudzają wzrost lub aktywność wybranych szczepów bakterii jelitowych, a przez korzystną zmianę składu mikroflory mogą wpływać na poprawę stanu zdrowia gospodarza. Takie określenie jest zbieżne z definicją błonnika pokarmowego, szczególnie jego frakcji rozpuszczalnych. Do prebiotyków o potwierdzonym pozytywnym oddziaływaniu na wzrost bifidobakterii zaliczamy: inulinę, fruktooligosacharydy i β-glukany.

Określenie synbiotyk oznacza produkt spożywczy zawierający w swoim składzie zarówno probiotyk, jak i prebiotyk. Istnieje tendencja wzbogacania fermentowanych napojów mlecznych sacharydami - prebiotykami (np. fruktany występujące w cykorii i ich pochodne) stymulującymi rozwój bakterii jelitowych. W przemysłowej produkcji wyrobów mlecznych, w której wykorzystuje się fermentację mlekową, a więc mlecznych napojów fermentowanych (jogurt, kefir czy zwykłe mleko fermentowane – „zsiadłe”), twarogów, serów, śmietany i otrzymywanego z niej masła, stosowane są specjalnie wyselekcjonowane „szlachetne” szczepy tych bakterii. Dodawane są one do uprzednio spasteryzowanego mleka lub śmietanki (pasteryzacja, czyli ogrzewanie mleka lub śmietanki przez 15-20 sekund, w temperaturze co najmniej 72oC ma na celu zniszczenie szkodliwych bakterii). Zakwas stosuje się coraz częściej w formie wysuszonej lub zamrożonej biomasy bakteryjnej. Zgodnie z międzynarodowymi i krajowymi ustaleniami zawartymi w odpowiednich normach, każdy z wymienionych wcześniej tradycyjnych fermentowanych napojów mlecznych powinien zawierać charak-

176

A. Lebiedzińska

terystyczne dla niego bakterie kwasu mlekowego, w liczbie co najmniej 10 milionów w 1 mL. Ćwiczenie

Ocena obecności żywych bakterii probiotycznych w produktach mleczarskich - ogólna liczebność populacji bakterii probiotycznych w 1 mL badanego produktu. 1. Zasada oznaczenia

Oznaczenie polega na ilościowym rozcieńczeniu produktu mleczarskiego i ocenie liczebności kolonii bakterii wyhodowanych na przygotowanym podłożu. 2. Przygotowanie odczynników i szkła laboratoryjnego

1.

Skład Płynu Ringera:

NaCl - 4,5 g KCl - 0,21 g CaCl2 - 0,24 g NaHCO3 - 0,1 g rozcieńczyć do 2 L wody,rozlewamy do probówek po 9 mL, korkujemy i sterylizujemy.

2.

Sterylizacja probówek z płynem Ringera, (20 min, 121 ºC).

3.

Sporządzamy podłoże: Difco Lactobacilli WRS Broth dehydrat (55 g) + 15 g agaru uzupełniamy wodą destylowaną do 1000 mL. Doprowadzamy do wrzenia, delikatnie mieszając, następnie rozlewamy do probówek (grubych) po ok. 20 mL podłoża. Probówki z podłożem sterylizujemy (15 min, 121 ºC).

4.

Sterylizacja płytek Petriego i pipet (2 godz., 160-170 ºC) 3. Wykonanie ćwiczenia

1.

Ustawiamy w statywach po 8 probówek z wystudzonym płynem Ringera, rozcieńczamy produkt badany w następujący sposób: do pierwszej probówki dodajemy pipetą 1 mL próbki produktu mleczarskiego – mieszamy zawartość probówki.

2.

Do kolejnych probówek z płynem Ringera przenosimy po 1 mL zawiesiny (powtarzamy proces rozcieńczenia), zwracając uwagę na dokładne mieszanie kolejnych, odpowiednio rozcieńczonych próbek.

6. Żywność nowej generacji w realizacji norm żywienia

177

3.

Uzyskujemy następujące rozcieńczenia: probówka - 1:10 probówka - 1:100 probówka - 1:1 000 probówka - 1:10 000 probówka - 1:100 000 probówka - 1:1 000 000 probówka - 1:10 000 000 probówka - 1:100 000 000

4.

Wystudzone, wysterylizowane płytki Petriego oznaczamy zgodnie z kolejnymi numerami probówek.

5.

Po 1 mL rozcieńczonej próbki (od 1 do 8) wylewamy na wysterylizowaną płytkę Petriego i dodajemy ostudzone (ok. 40 Cº) podłoże – (ok. 20 mL). Delikatnie, ruchem okrężnym (w pozycji leżącej na stole) mieszamy. Odstawiamy do zastygnięcia.

6.

Inkubacja w termostacie 37 Cº, 72 godz.

7.

Odczyt – ocena zawartości żywych bakterii probiotycznych w badanym produkcie mleczarskim.

Bibliografia

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Gibson G.R.: Dietary modulation of the Human Gut Microflora Using the Prebiotics Oligofructose and Inulin. Journal of Nutrition. 1999, 129: 1438 S-41S. Goldberg J.: Functional foods, designer foods, pharmafoods, nutraceuticals. New Jersey, Chapman and Hall, 1997. Hinz A. J.: Analiza chromatograficzna zawartości witaminy B2 i niacyny w wybranych suplementach diety Praca magisterska wykonana w Katedrze i Zakładzie Bromatologii Akademii Medycznej w Gdańsku 2008. Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B. /red./.: Normy Żywienia Człowieka. Podstawy prewencji otyłości i chorób niezakaźnych. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2008. Mandel, S., Packer, L., Youdim M.B.H., Weinreb, O.: Proceedings from the “Third Intarnational Conference on Mechanism of Action of Nutraceuticals”. Journal of Nutritional Biochemistry, 2005, 16, 513 – 520. McDonald D.D., Nicholson N.R.: Dietary supplement information and intention to continue and recommend supplements. International Journal of Nursing Studies, 2006, 43, 51 – 58. Olędzka R.: Nutraceutyki, żywność funkcjonalna – rola i bezpieczeństwo stosowania. Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, 2007, TXL 1, 1-8. Park S.Y, Murphy S.P., Martin C.L., Kolonel L.N.: Nutrient intake from multivitamin/mineral supplements is similar among users from five ethnic groups: The multiethnic cohort study. Journal of the American Dietetic Association, 2008, 108, 529 – 533.

178

9. 10. 11.

12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

A. Lebiedzińska

Rozporządzenie (WE) Nr 258/97 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 stycznia 1997 r. dotyczące nowej żywności i nowych składników żywności. Dz. Urz. WE L 43, 14/02/1997, 0001-0006. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 9 października 2007 w sprawie składu oraz oznakowania suplementów diety, (Dz. U. z dnia 24 października 2007 r.) Sebastian R., Cleveland L., Goldman J., Moshfegh A.: Older adults who use vitamin/mineral supplements differ from nonusers in nutrient intake adequacy and dietary attitudes. Journal of the American Dietetic Association, 2007, 107, 1322 – 1332. Socha J. i wsp.: Probiotyki w chorobach przewodu pokarmowego i ich działanie immunomodulujące. Pediatria Współczesna. Gastroenterologia, Hepatologia i Żywienie Dziecka 2000, 1, 137-140. Stoś K., Nalewczyńska M. , Orłowska K. , Szponar L.: Suplementy diety w Polsce w świetle regulacji prawnych zharmonizowanych z wymogami Unii Europejskiej. Żywienie Człowieka i Metabolizm, 2004, 31 Suplement 1 cz. 2, 263 – 274. Stoś K., Szponar L., Bogusz W., Woźniak A., Możdżyńska E.: Suplementy diety jako źródło składników o działaniu odżywczym i innym fizjologicznym. Żywienie Człowieka i Metabolizm, 2007, XXXIV, Nr 3/4, 1036 – 1040. Świderski F. /red./.: Żywność wygodna i funkcjonalna. Wydawnictwa NaukowoTechniczne WT, Warszawa 1999. Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie żywności i żywienia WHO, Global strategy on diet, physical activity and health. Fifty-seven world health assembly. Agenda item. 2004, 12, 6. Ziemlański Ś. /red./.: Normy Żywienia Człowieka. Fizjologiczne Podstawy. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2001.

179

7.

REKOMENDACJE ŻYWIENIOWE Anna Lebiedzińska

Prawidłowy rozwój, sprawność fizyczna i umysłowa oraz stan zdrowia człowieka w znacznej mierze zależy od stylu życia, tzn. również od sposobu żywienia i jakości zdrowotnej diety. Obecnie, za najlepiej udokumentowany i poznany środowiskowy czynnik ryzyka zachorowań uważa się niepełnowartościowe żywienie. Różnorodność wytwarzanej żywności jest istotna z żywieniowego i pro zdrowotnego punktu widzenia, pozwala na stosowanie diety urozmaiconej. Podstawy tzw. „zdrowego odżywiania” można określić w dwóch słowach: dieta powinna być urozmaicona i zrównoważona. Zalecenia dotyczące poziomu spożycia poszczególnych składników odżywczych formułowane są przede wszystkim na podstawie badań epidemiologicznych. Mechanizm wpływu żywności na przebieg procesów metabolicznych nie w pełni jest wyjaśniony. Niewłaściwe nawyki żywieniowe, polegające m.in. na spożywaniu zbyt dużej ilości tłustych pokarmów oraz cukrów prostych mogą doprowadzać do rozwoju przewlekłych chorób metabolicznych, dietozależnych (otyłość, cukrzyca typu 2. osteoporoza i chorób układu sercowo-krążeniowego). Najlepszym sposobem prewencji tych schorzeń jest zmiana stylu życia, czyli proporcjonalna do wieku aktywność fizyczna i sposób żywienia zgodny z rekomendacjami żywieniowymi. Zalecenia żywieniowe dla populacji w aspekcie profilaktyki chorób metabolicznych rekomendowane przez WHO (2003) są następujące: 1. udział energii z białka winien wynosić ok. 10%, a w odniesieniu do dzieci, do 15% całodziennego zapotrzebowania energetycznego; 2. udział energii z węglowodanów powinien sięgać 55-75% całodziennego zapotrzebowania energetycznego, przy czym z cukrów prostych nie powinien być wyższy aniżeli 10%; 3. udział energii z tłuszczów ogółem nie powinien przekraczać 30% całodziennego zapotrzebowania energetycznego, przy czym z tłuszczów wielonienasyconych do 10%, a wśród tłuszczów zawierających niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT) – stosunek n-6 do n-3 powinien być 5:1; 4. w przypadku małych dzieci oraz młodzieży w wieku pokwitania udział energii z tłuszczów ogółem powinien być nieco wyższy – do 33%; 5. w odniesieniu do osób starszych oraz chorych lub zagrożonych chorobą niedokrwienną serca zaleca się spożywanie jedynie do 25% energii z tłuszczu ogółem; 6. poziom cholesterolu w diecie nie powinien przekraczać 300 mg/dobę; 7. zawartość błonnika pokarmowego winna mieścić się w przedziale 27-40 g/dobę; 8. zawartość chlorku sodu nie powinna być wyższa aniżeli 5 g/dobę. W świetle najnowszych badań wydaje się, że najkorzystniejsze jest rozłożenie ogólnej wartości energetycznej dziennego pożywienia na 5 posiłków: • I śniadanie - 25%, • II śniadanie – 10%, • obiad – 30%, • podwieczorek – 15%, • kolację – 20% wartości energetycznej całodobowej racji pokarmowej.

180

A. Lebiedzińska

Zalecenia żywieniowe formułowane przez grupy ekspertów, są kierowane do różnych grup ludności w ramach prowadzonej edukacji żywieniowej. Ich treść powinna być dla wszystkich zrozumiała, często jest prezentowana w formie graficznej – w postaci piramidy.

Rycina 16. Piramida żywienia

Bibliografia

1. 2. 3. 4. 5.

Dietary Reference Intakes: for energy, carbohydrates, fiber, fat, fatty acids, cholesterol, protein and amino acids. Food and Nutrition Board, Institute of Medicine, Washington DC, National Academy Press 2002/2005. Diet, nutrition and prevention.of chronic diseases. Report of Joint WHO/FAO Expert Consultation, Technical Report, Ser. No. 916, WHO, Geneva 2003. Energy and Protein Requirements. Report of Joint FAO/WHO/UNU Export Consultation. Technical Report Ser, No 724, WHO, Geneva 1985. Gawęcki J., Hryniewiecki L. /red./: Żywienie Człowieka. Podstawy Nauki o Żywieniu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004. Gertig H., Przysławski J.: Bromatologia. Zarys nauki o żywności i żywieniu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2006.

7. Rekomendacje żywieniowe

6. 7. 8. 9. 10.

181

Human energy requirements. Report of Joint FAO/WHO/UNU Export Consultation, FAO, Food and Nutrition Technical Report Series, No 1, FAO, Rome 2004. Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B. /red./: Normy Żywienia Człowieka. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2008. Protein and Amino Acid Requirements in Human Nutrition. Report of Joint WHO/FAO/UNU Expert Consultation, Geneva 2002. Szostak W.B., Cichocka A., Cybulska B.: Zdrowa dieta śródziemnomorska. Comes, Warszawa, 2001. Ziemlański Ś. /red./: Normy Żywienia Człowieka. Fizjologiczne Podstawy. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2001.

182

8.

OCENA SPOSOBU ŻYWIENIA Anna Lebiedzińska

Sposób żywienia to sposób zachowań dotyczący żywienia zależny od czynników kulturowych i społecznych. Początki badań nad sposobem żywienia sięgają połowy XX wieku, są związane z rozwojem przewlekłych chorób niezakaźnych, wcześniej nazywanych cywilizacyjnymi. Badania sposobu żywienia ludności są integralną częścią każdych kompleksowych badań stanu zdrowia, a ich wyniki mogą być podstawą do ustalania norm żywieniowych, mających na celu poprawę stanu odżywienia. • • •

Sposób żywienia się społeczeństwa uzależniony jest od wielu czynników: uwarunkowań środowiskowych (czynniki ekonomiczne, społeczne i kulturowe); uwarunkowań osobistych tj. styl życia (zwyczaje żywieniowe, osobowość, nawyki); poziomu wiedzy o żywieniu i związanych z nim preferencji żywieniowych.

Przy wyborze metody oceny sposobu żywienia należy uwzględnić cel badania, warunki w których będą one prowadzone, rodzaj analizowanej populacji, jej wiek, płeć oraz poziom wykształcenia. • • • •

Metody oceny żywienia polegają na: jakościowej charakterystyce sposobu żywienia, uwzględniającej rodzaje posiłków, liczbę i częstość ich spożycia w ciągu dnia, stopień ich urozmaicenia itp.; porównaniu ilości żywności posiadanej ze zużytą na cele żywieniowe i określeniu, przy znanej liczbie konsumentów, ilości żywności spożytej, przypadającej na jedną osobę; porównaniu masy żywności spożytej z zalecanymi racjami pokarmowymi dla ludności w poszczególnych grupach wg płci, wieku, ciężkości pracy i stanu fizjologicznego; porównaniu ilości energii i składników odżywczych zawartych w spożytym pożywieniu z ilościami zalecanymi w normach żywieniowych dla ludności w poszczególnych grupach wg płci, wieku, ciężkości pracy i stanu fizjologicznego.

Ocena sposobu żywienia obejmuje przede wszystkim wybór produktów żywnościowych, sposób ich przygotowania do spożycia, podział na poszczególne posiłki oraz częstość i porę ich spożycia. Ocenia się również ilość (wyrażoną w gramach/posiłek lub w gramach/osobę/dzień) spożytych artykułów żywnościowych z poszczególnych grup produktów oraz zawartość w tych produktach głównych składników odżywczych (białka, tłuszczów, węglowodanów), witamin i składników mineralnych. Metody stosowane do oceny stanu żywienia można podzielić na: • metody jakościowe; • metody ilościowe (pośrednie i bezpośrednie).

8. Ocena sposobu żywienia

8.1.

183

JAKOŚCIOWE METODY OCENY ŻYWIENIA

Metody jakościowe dotyczą oceny jakości żywności, dają pogląd o rodzaju produktów i częstości ich spożycia, a także o liczbie posiłków w ciągu dnia, czasie i miejscu ich spożycia, metodach przygotowania i zestawiania posiłków, itp. Materiałem do ocen jakościowych są informacje zebrane na drodze wywiadów ankietowych (kwestionariusz wywiadu - bezpośrednia rozmowa z ankietowanymi osobami, kwestionariusz wypełnia osoba badająca; kwestionariusz ankiety - gdy wypełnia go osoba badana, respondent). Ten sposób oceny służy głównie do charakterystyki sposobu żywienia większych grup ludności, a nie pojedynczych osób. Uzyskane dane mają tylko wówczas wiarygodność, gdy zachowa się reprezentatywność badanych grup oraz użyje wnikliwie ułożonego kwestionariusza ankiety czy kwestionariusza wywiadu. Zaletą badań ankietowych jest łatwość ich stosowania w dużych grupach populacji i większa możliwość powtarzania badań. Metody te pozwalają na śledzenie zmian w spożyciu pewnych produktów w zależności od sezonu (zmienność sezonowa). Pozwalają również na obserwacje długofalowe dotyczące dynamiki częstości spożycia wybranych produktów, aktualnie i w przeszłości (spadek spożycia mleka, produktów zbożowych, a wzrost spożycia produktów mlecznych, warzyw i owoców, itp.). Zdaniem niektórych badaczy, dane o częstości spożycia pewnych produktów mogą stanowić materiał nie mniej cenny, niż dane o ilościowym spożyciu składników odżywczych. W praktyce najczęściej posługujemy się bardzo uproszczoną metodą punktową. Opiera się ona na udzielaniu odpowiedzi na pytania, dotyczące ilości spożywanych posiłków i ich częstości oraz rodzaju produktów spożywczych (odpowiedzi są punktowane). O jakości pożywienia sądzi się na podstawie sumy punktów; mała liczba punktów, a zwłaszcza oceny zerowe z poszczególnych odpowiedzi, wskazują na potrzebę poprawy jadłospisu. Ocenę jadłospisu metodą jakościową można przeprowadzić: • zbierając wywiad żywieniowy z dnia poprzedniego (metoda wywiadu 24-godzinego); • metodą oceny jadłospisu tygodniowego; • metodą oceny jadłospisu dekadowego; • metodą oceny jadłospisu miesięcznego. OCENA DZIENNEJ RACJI POKARMOWEJ

Metody jakościowe stosuje się między innymi do przeprowadzenia szybkiej oceny szacunkowej jednodniowego jadłospisu. Takie badanie dotyczy częstości i regularności spożywania posiłków, częstotliwości występowania wybranych produktów spożywczych, stanowiących źródło istotnych składników, jak np. produktów dostarczających białka pochodzenia zwierzęcego, warzyw, owoców, produktów zbożowych z grubego przemiału). Uzyskane tą drogą informacje są przydatne do ustalenia poprawności zestawienia jadłospisu oraz ewentualnych kierunków jego poprawy. Ze względu na łatwość i szybkość wykonywania oceny, metody te znajdują szerokie zastosowanie w praktyce i mogą być przydatne w pracy m.in. dietetyka, pielęgniarki. Ocenę jakościową jadłospisu jednodniowego (metodą wywiadu żywieniowego z dnia poprzedzającego badanie) zamieszczono w tabeli 43 Badania takie przeprowadza się w przypadku żywienia zbioro-

184

A. Lebiedzińska

wego, gdzie istnieje konieczność jego kontrolowania i oceny, jak np. w przedszkolach, szkołach, szpitalach, na koloniach, obozach letnich, itp. Dzienny jadłospis poprawnie skonstruowany uzyskuje 7 punktów. Natomiast oceny zerowe wyznaczają kierunek jego poprawy. Tabela 43. Ocena punktowa jadłospisu jednodniowego w kryteriach jakościowych wg. Bielińskiej Liczba przyznanych punktów

Oceniana cecha 1. Czy liczba posiłków jest dostosowana do wieku, pracy itp.? 2. Czy przerwy między posiłkami są dostosowane do liczby posiłków? 3. Czy mleko ewentualnie produkty mleczne są w: 4. Czy produkty dostarczające białka zwierzęcego (mięso, ryby, sery, jaja, mleko itp.) są w: 5. Czy warzywa lub owoce są w: 6. Czy surówka lub surowe owoce są przynajmniej w 1 posiłku dziennie? 7. Czy w jadłospisie jest ciemne pieczywo lub gruba kasza (np. gryczana, płatki owsiane)?

1

0

Tak

Nie

Tak

Nie

1 – 2 posiłkach

Żadnym

3 – 4 posiłkach

1 – 2 posiłkach lub żadnym

2 – 3 posiłkach

1 lub żadnym

Tak

Nie

Tak

Nie

Tabela 44. Karta jakościowej oceny punktowej jadłospisu dziennego

Lp. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Oceniane cechy Czy jadłospis zawiera Czy przerwy między posiłkami nie przekraczają 5 godzin Czy mleko ewentualnie produkty mleczne są w: Czy produkty dostarczające białka zwierzęcego (mięso , ryby, sery, jaja, mleko, itp.) są w: Czy warzywa lub owoce są w: Czy są warzywa lub owoce bogate w witaminę C i karoteny (za 1 posiłek liczy się 1 punkt) Czy surówka jest przynajmniej w: Ciemne pieczywo lub gruba kasza w:

Liczba przyznanych punktów 5

2

0

4–5 posiłków

3 posiłki

Mniej

Nie

-

Tak

2–3 posiłkach

1 posiłku

Żadnym

3–4 posiłkach

2 posiłkach

1 lub żadnym

3–4 posiłkach

2 posiłkach

1 lub żadnym

-

2 posiłki

Nie

-

1 posiłku 1 posiłku

Nie ma -

8. Ocena sposobu żywienia

185

Jeśli suma punktów wynosi 31 – jadłospis prawidłowy, jeśli mniej – niewłaściwy. Należałoby go poprawić w miejscu uzyskania niskiej punktacji. Zaletą wywiadów ankietowych jest łatwość ich stosowania w dużych grupach populacji i większa możliwość powtarzania badań. Jednak uzyskane dane mogą być tylko wówczas wiarygodne, gdy zachowa się reprezentatywność badanych grup oraz użyje wnikliwie ułożonego kwestionariusza. Często w ocenie sposobu żywienia danej grupy ludności łączy się metody oceny jakościowej z metodami ilościowymi, dzięki czemu uzyskuje się pełne dane o sposobie żywienia.

8.2.

ILOŚCIOWE METODY OCENY ŻYWIENIA

Metody ilościowe służą do uzyskania danych o ilościach spożywanych produktów oraz określanie wartości odżywczych racji pokarmowych. Dokładność tych badań zależy od potrzeb i możliwości techniczno-organizacyjnych. Ogólnie ilościowe metody oceny żywienia można podzielić na: • ilościowe pośrednie; • ilościowe bezpośrednie. METODY ILOŚCIOWE POŚREDNIE Metoda bilansu żywności należy do metod ilościowych pośrednich. Przy zastosowaniu tej metody można uzyskać ogólne informacje o spożyciu żywności w danym kraju. Dane zbierane przy jej zastosowaniu pozwalają odpowiedzieć na pytanie, czy istnieje w kraju zalecana równowaga w spożyciu produktów żywnościowych oraz w jakim stopniu globalnie pokryte są zalecane normy na zapotrzebowanie energetyczne i składniki pokarmowe. Bilans żywności otrzymuje się przez zsumowanie produkcji krajowej z importem i saldem w jednostkach gospodarki uspołecznionej i odjęcie od tego sumy eksportu, zużycia na cele poza konsumpcyjne (siew, pasza, produkcja artykułów nie żywnościowych), straty w przechowywaniu i transporcie. Ze średniego spożycia, wyrażonego w produktach w przeliczeniu na jednego mieszkańca, oblicza się wartość energetyczną oraz zawartość poszczególnych składników pokarmowych w tych produktach i całej racji pokarmowej. Jest to informacja orientacyjna, uniemożliwiająca zróżnicowanie spożycia produktów w zależności od czynników społecznych i ekonomicznych. Dane uzyskane na podstawie metody bilansu żywności są podstawą do planowania polityki rolnej i wyżywienia kraju oraz orientacyjnych prognoz co do możliwości zaspokojenia zapotrzebowania ludności na energię i białko. Jest jednak metodą najmniej dokładną.

186

A. Lebiedzińska

METODY ILOŚCIOWE BEZPOŚREDNIE

• • • • • •

Do ilościowych bezpośrednich metod oceny żywienia zaliczamy: metodę budżetów rodzinnych; metodę inwentarzową; metodę wagową; metodę historii żywienia; metodę wywiadu 24-godzinnego; metodą chemiczno-analityczną.

Metoda budżetów rodzinnych informuje o strukturze spożycia poszczególnych produktów w wylosowanych gospodarstwach domowych. Źródłem tych informacji jest tzw. książeczka budżetowa prowadzona przez osobę reprezentującą dane gospodarstwo domowe (osobę robiącą zakupy lub planującą żywienie domowe), zapisuje się w niej: • daty dokonania zakupu żywności; • nazwy i ilości zakupionego artykułu; • źródła nabycia danego artykułu.

Zapisywane są również artykuły żywnościowe pobrane z własnego gospodarstwa rolnego bądź z ogródka działkowego. Zapisy takie prowadzone są przez wszystkie miesiące roku lub tylko przez kwartał. Badanie to umożliwia określenie jaki jest sezonowy rozkład spożycia. Metoda budżetów polega więc na codziennym zapisywaniu ilościowym zakupionych produktów żywnościowych, otrzymywanych lub wyprodukowanych w domu oraz opisaniu ich wartości. Badania te mają jednak ograniczoną wartość, gdyż nie uwzględniają odpadków stołowych i kuchennych, sposobu przyrządzania potraw, rozkładu posiłków w ciągu dnia. Taka analiza umożliwia jednak zaobserwowanie tendencji w spożyciu różnych grup produktów, w zależności od dostępności, zamożności społeczeństwa, świadomości i panujących trendów żywieniowych. Metoda inwentarzowa służy do oceny sposobu żywienia m.in. zakładów prowadzących całodzienne wyżywienie ludności (szpitale, więzienia, domy dziecka, domy pomocy społecznej itp.) oraz pojedynczych rodzin. Polega ona na wyliczeniu różnicy między ilością produktów znajdujących się w magazynie i zakupionych w trakcie prowadzenia badania, a pozostających po jego zakończeniu. Z różnicy tej można wyliczyć ilość i masę produktów zużytych na przygotowanie posiłków dla jednej osoby w ciągu jednego dnia. Metoda inwentarzowa w zastosowaniu do badania sposobu żywienia rodzin wymaga dużej liczby dobrze przeszkolonego personelu. Jest to metoda pracochłonna zarówno dla osoby prowadzącej badania jak i dla badanych, na których spoczywa ciężar prowadzenia notatek i ważenia produktów żywnościowych. Dlatego trwa zwykle 7 dni. Jest dokładniejsza od metod poprzednich, gdyż uwzględnia niejadalne części produktów oraz resztki kuchenne i talerzowe. Metoda wagowa jest najbardziej miarodajną metodą umożliwiającą ustalenie faktycznego spożycia potraw, a więc i składników odżywczych. Istota tej metody polega na ważeniu poszczególnych produktów używanych do sporządzania posiłków oraz przygotowywanych z nich potraw i pozostających resztek kuchennych i talerzowych (ważenie

8. Ocena sposobu żywienia

187

żywności przed przygotowaniem, po przygotowaniu lub ugotowaniu tj. przed jedzeniem, a następnie zważenie nie spożytej żywności i odpadów talerzowych). Wynik oceny podaje się w ilościach produktów przypadających w ciągu jednego dnia na jedną osobę. Metoda ta jest bardzo pracochłonna. Metoda wywiadu 24-godzinnego jest przydatna do oceny sposobu żywienia populacji (większej liczby ludności). Polega ona na zastosowaniu kwestionariusza wywiadu lub kwestionariusza ankiety. Należy do metod szybkich i w miarę tanich, a przy ocenie sposobu żywienia dużych grup ludności, daje dostatecznie wiarygodne wyniki. Zbierany wywiad żywieniowy dotyczy posiłków spożytych w ciągu dnia poprzedzającego badanie. Nie może to być dzień nietypowy w żywieniu osoby badanej (np. przed przygotowywaniem jej do badań biochemicznych, dzień postu, dzień świąteczny itp.). Najczęściej (dla dokładności zebrania danych) wywiad żywieniowy u danej osoby powtarza się kilka razy (np. trzy razy w kolejnych dniach tygodnia), a następnie uzyskane wyniki o spożyciu ulegają uśrednieniu. Pytania zawarte w kwestionariuszach dotyczą składu i ilości posiłków głównych, a także posiłków i produktów żywnościowych dojadanych między posiłkami oraz pory spożywania posiłków. Wielkość porcji szacuje się w miarach kuchennych lub na podstawie atlasu fotografii produktów i potraw. W ten sposób uzyskane ilości, wyrażone w gramach danego produktu, przeliczane są (na podstawie opracowanych tabel lub programu komputerowego) na ilość zawartych w nich podstawowych składników odżywczych, witamin i biopierwiastków. Analizując uzyskane dane można obliczyć dzienne spożycie białka, tłuszczów, węglowodanów i innych składników odżywczych, wyznaczyć wartość energetyczną zawartą w badanej dziennej racji pokarmowej dla każdego z respondentów. Porównując uzyskane dane z normami dziennego spożycia w zależności od wieku, płci, aktywności fizycznej i stanu fizjologicznego dokonujemy oceny sposobu żywienia. Metoda historii żywienia polega na zbieraniu danych na podstawie wywiadu z respondentem dotyczącego zwyczajów żywieniowych (częstości i ilości najczęściej spożywanych posiłków w określonym przedziale czasowym, tygodnia, miesiąca, roku). Dane ilościowe szacuje się w miarach kuchennych. Narzędziem badawczym jest kwestionariusz, którego główną część stanowi spis artykułów żywnościowych z poszczególnych grup produktów, według którego zadaje się badanemu pytania o częstości spożywania danego produktu oraz o średnią wielkość spożywanej porcji (album produktów i potraw). Ze względu na możliwość szybkiego zbadania dużej liczby osób metoda ta daje zupełnie wiarygodne wyniki, choć zawiera dane przybliżone ilościowo co do średniego spożycia różnych produktów. Niezależnie od zastosowanej metody oceny żywienia, po ocenie ilości spożytych produktów i potraw należy przystąpić do oceny zawartości składników odżywczych (wyrażonych w gramach/osobę/dzień). W tym celu należy wypisać wszystkie spożyte produkty w ciągu jednego dnia wraz z ich ilością i na podstawie tabel wartości odżywczej produktów spożywczych i potraw obliczyć zawartość składników odżywczych (białek, tłuszczów, węglowodanów, witamin, makro- i mikroelementów) oraz wartość energetyczną spożytej dziennej racji pokarmowej. Końcowym etapem tych badań jest porównanie uzyskanych wyników z normami żywieniowymi.

188

A. Lebiedzińska

Metody chemiczno-analityczne zalicza się je do najdokładniejszych metod oceny żywienia, jednak są stosowane w badaniach niewielkiej liczby osób, bądź jako metoda odwoławcza w stosunku do innych stosowanych metod. Cechą charakterystyczną analizy żywności jest konieczność analizowania bardzo zróżnicowanego materiału pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Wymaga to stosowania różnorodnych technik ekstrakcji analitu i zastosowania wielu metod instrumentalnych. W analizie żywności stosuje się szeroko zróżnicowane metody fizyczne, chemiczne i biologiczne, włączając techniki kolorymetryczne, fluorometryczne, spektrometryczne i elektrochemiczne. Lista surowców i produktów spożywczych uwzględnionych w Official Methods of Analysis of AOAC International obejmuje różne grupy środków spożywczych, w tym produkty zbożowe, ryby i inne produkty pochodzenia morskiego, owoce i przetwory owocowe, warzywa i ich przetwory, mięso i jego przetwory, produkty mleczarskie, oleje i tłuszcze, orzechy i inne. Rozwój nowoczesnych metod analitycznych doprowadził do obniżenia poziomu wykrywalności i zwiększenia precyzji pomiaru. Ich kontrola wymaga specjalnych, często całkowicie nowych metod analizy.

•

Badania analityczne mogą być prowadzone na podstawie: Pobranych próbek z posiłku lub z całodziennych racji pokarmowych (przy żywieniu zbiorowym z uwzględnieniem resztek talerzowych).

W metodzie tej waży się wszystkie produkty znajdujące się na talerzu, z każdego posiłku, homogenizuje się posiłek (lub/i całodzienną rację pokarmową, w przypadku badań całodziennych racji pokarmowych). Następnie, z jednorodnej masy pobiera się próbki do badań analitycznych. Metody odtwarzania racji pokarmowych w warunkach laboratoryjnych

Badania prowadzi się na podstawie danych o spożyciu poszczególnych produktów i potraw uzyskanych z wywiadu od respondentów. Następnie po ustaleniu wielkości porcji dziennych racji pokarmowych dokonuje się analogicznego odtwarzania tych posiłków w warunkach laboratoryjnych i dalszą ocenę analityczną. Metody oceny żywienia całodziennego w zakładach żywienia zbiorowego

Do oceny jakości żywienia konsumentów w zakładach żywienia zbiorowego, prowadzących wyżywienie całodzienne lub częściowe, może służyć: • porównanie średniego dekadowego (z 10 dni) zużycia produktów użytych do przygotowania racji pokarmowych odnotowanych w raportach magazynowych z należną dzienną racją pokarmową (normą wyżywienia); • obliczanie wartości energetycznej i zawartości składników odżywczych w racji pokarmowej na podstawie tabel składu i wartości odżywczej produktów i porównaniu wyników z zalecanymi normami; • ocena jakościowa jadłospisów; • ocena częstości i ilości spożywania posiłków w ciągu dnia (dotyczy zakładów żywienia zbiorowego całodziennego).

8. Ocena sposobu żywienia

189

Najczęściej ocena sposobu żywienia w zakładach żywienia zbiorowego przeprowadzana przez służby sanitarno – epidemiologiczne koncentruje się na porównaniu ilości produktów spożywczych wydanych z magazynu z należną racją pokarmową. Materiał wyjściowy do tej oceny stanowią dzienne raporty magazynowe z kolejnych 10 dni. W raportach tych powinny być podane dokładne ilości wszystkich produktów spożywczych zużytych do przyrządzania posiłków w każdym dniu oraz liczby osób żywionych. Do raportu powinien być dołączony również jadłospis na dany dzień wraz z gramaturą potraw. Wyliczone średnie dzienne zużycie produktów spożywanych na 1 osobę porównuje się z należną dla danej grupy żywionych racją pokarmową, a ostatnio z normami wyżywienia dla określonych grup ludności, opracowanymi na podstawie norm żywienia opublikowanych przez Jarosza i Bułhak-Jachymczyk (2008). W ocenie sposobu żywienia na podstawie tabel wartości odżywczej żywności przed porównaniem wyników z zalecanymi normami należy dla energii i składników odżywczych przeprowadzić redukcję wyników o tzw. straty nieuniknione (tj. resztki talerzowe i kotłowe oraz odpadki kuchenne) w wysokości 15% w odniesieniu do racji pokarmowych dla grup dzieci do lat 6 oraz 10% w żywieniu pozostałych grup żywności. Ponadto zawartość witamin należy redukować o tzw. straty technologiczne (obróbka wstępna surowców, obróbka termiczna, przechowywanie). Bibliografia

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Jeukendrup A., Gleeson M.: Sport Nutrition. Human Kinetics, Champaign, United States of America 2004. Gawęcki J., Hryniewiecki L. /red./: Żywienie Człowieka. Podstawy Nauki o Żywieniu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004 Gertig H., Przysławski J.: Bromatologia. Zarys Nauki o Żywności i Żywieniu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2006. Hasik J., Gawęcki, J.: Żywienie Człowieka Zdrowego i Chorego. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000. Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B. /red./: Normy Żywienia Człowieka. PZWL, Warszawa 2008. Karczewski J.K. /red./: Higiena. Podręcznik dla Studentów Pielęgniarstwa. Wydawnictwo Czelej, Lublin 2002. Ziemlański Ś. /red./: Normy Żywienia Człowieka. Fizjologiczne Podstawy. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2001.

190

9.

OCENA STANU ODŻYWIENIA Jakub Czaja, Anna Lebiedzińska

Stan odżywienia organizmu to stan zdrowia wynikający ze zwyczajowego spożywania żywności, wchłaniania i wykorzystania wchodzących w jej skład substancji odżywczych oraz działania czynników patologicznych wpływających na te procesy. Celem oceny stanu odżywienia jest określenie stopnia i rodzaju niedożywienia lub nadmiernego odżywienia (nadwagi lub otyłości). Dokonuje się jej na podstawie wywiadu żywieniowego oraz badań antropometrycznych, biochemicznych i immunologicznych, których wyniki rozpatrywane łącznie umożliwiają identyfikację chorych niedożywionych lub otyłych oraz ustalenie wskazań do leczenia żywieniowego. Aby ocenić stan odżywienia należy przeprowadzić badania wielokierunkowe, w których skład wchodzą: • badanie lekarskie; • badanie antropometryczne; • biochemiczne badania krwi (czasami i innych materiałów biologicznych, np. mocz, włosy); • badania immunologiczne; • badania hemodynamiczne (w tym ocena sprawności fizycznej). Nieprawidłowy stan odżywienia organizmu może być uwarunkowany różnorodnymi czynnikami, które ujęto w dwie grupy: • przyczyny pierwotne; • przyczyny wtórne. PIERWOTNE PRZYCZYNY NIEPRAWIDŁOWOŚCI W STANIE ODŻYWIENIA

Przyczyny pierwotne są to wady w sposobie żywienia, polegające na nieprawidłowym dostarczaniu różnych składników ożywczych, w wyniku których dochodzi do zaburzeń stanu odżywienia. Przyczyny (wady) pierwotne można podzielić na cztery grupy: Niedobory lub nadmiary ilościowe spożywanej żywności (a z nią wartości energetycznej), w wyniku których zakłócony jest bilans energetyczny ustroju. W skrajnych przypadkach stan taki prowadzi do wyniszczenia lub otyłości. 2. Niedobory jakościowe wynikające z niedostatecznej podaży jednego lub więcej składników odżywczych (np. białka, witamin, żelaza, wapnia, jodu, fluoru, itp.). 3. Niewłaściwy wzajemny stosunek składników odżywczych, np. nadmiar tłuszczów pochodzenia zwierzęcego, zbyt niskie spożycie tłuszczów pochodzenia roślinnego, nadmiar rafinowanych produktów węglowodanowych (cukier, słodycze) przy niedostatecznym spożyciu błonnika pokarmowego itp. 4. Nieprawidłowy tryb żywienia, np. nieregularne spożywanie posiłków, nieprawidłowy rozdział dziennej racji pokarmowej na posiłki (np. zbyt obfite śniadanie czy obiado-kolacja), monotonność potraw. 1.

9. Ocena stanu odżywienia

191

WTÓRNE PRZYCZYNY NIEPRAWIDŁOWOŚCI W STANIE ODŻYWIENIA

O wtórnych przyczynach upośledzających stan odżywienia mówimy wtedy, gdy skład pożywienia jest prawidłowy, ale jego wykorzystanie niedostateczne wskutek zaburzeń w przyjmowaniu pokarmu, trawieniu, wchłanianiu, rozprowadzaniu składników odżywczych do tkanek lub wskutek nadmiernego ich wydalania. • • • • •

Wśród przyczyn wtórnych upośledzających stan odżywienia wyróżnia się: czynniki utrudniające przyjmowanie pożywienia (np. brak uzębienia, wrzody żołądka, czy dwunastnicy, alergie pokarmowe, kamica żółciowa, niektóre choroby psychiczne); czynniki upośledzające wchłanianie (choroby trzustki i wątroby, zespół złego wchłaniania, przewlekłe biegunki, pasożyty jelitowe); czynniki upośledzające wykorzystanie składników odżywczych (cukrzyca, przewlekły alkoholizm); czynniki zwiększające zapotrzebowanie (ciąża i okres karmienia piersią, nadczynność tarczycy, stany gorączkowe); czynniki zwiększające wydalanie składników odżywczych (wielomocz w cukrzycy, zespół nerczycowy, uporczywe wymioty ciężarnych).

Przy badaniu stanu odżywienia osób chorych, lekarz zwykle bierze pod uwagę przyczyny wtórne, które mogły stać się przyczyną zaistniałego stanu klinicznego pacjenta. Należy jednak pamiętać, że stan chorego często powiązany jest z jego warunkami bytowania, a zatem i sposobem żywienia. Natomiast w badaniach populacyjnych stanu odżywienia głównie zwraca się uwagę na przyczyny pierwotne. W badaniach tych istnieje z kolei potrzeba uwzględnienia przyczyn wtórnych, które mogą współistnieć z przyczynami pierwotnymi (potrzeba pogłębienia wiadomości o stanie zdrowia lub choroby badanej osoby). Zawartość ilościowa poszczególnych produktów w racji pokarmowej powinna zależeć od wieku, płci, stanu fizjologicznego oraz wykonywanej pracy. Niestety zbyt często obserwuje się nieprawidłowe proporcje ilościowe, jak i jakościowe w żywieniu ludzi. Oceniając stan odżywienia ocenia się stan zdrowia organizmu. Kompleksowa ocena obejmuje ocenę antropometryczną, ogólnolekarską, jak również ocenę biochemiczną. Ze względu na wysokie koszty, w ocenie stanu odżywienia wykorzystuje się przede wszystkim wywiad i ocenę lekarską połączoną z pomiarami antropometrycznymi

192

9.1.

J. Czaja, A. Lebiedzińska

BADANIA ANTROPOMETRYCZNE, LEKARSKIE I BIOCHEMICZNE

Pomiary antropometryczne pozwalają na określenie morfologicznych cech organizmu i stadium jego rozwoju. Mierniki somatyczne określane badaniem antropometrycznym, a wykorzystywane w ocenie stanu odżywienia można pozdzielić na trzy grupy: • pomiary opisujące rozmiary ciała (pomiary masy ciała, wysokości, długości poszczególnych odcinków ciała, obwodów, itp.); • pomiary określające składniki ciała (tkanka tłuszczowa, tkanka mięśniowa, kościec, płyny ustrojowe, itp.); • mierniki określające procesy dojrzewania organizmu (wskaźniki dojrzałości szkieletowej, zębowej, morfologicznej i płciowej). Badania antropometryczne wykorzystuje się w przypadku osób, u których występuje długotrwałe zachwianie równowagi energetycznej organizmu (niezrównoważony bilans energetyczny) prowadzące do zbyt niskiej lub zbyt wysokiej masy ciała. Badania antropometryczne opierają się o pomiary oceniające rozmiary ciała lub o pomiary oceniające skład ciała. Ciężar ciała jest skorelowany z jego rozmiarami, a przede wszystkim ze wzrostem. W takiej ocenie korzysta się z pomiarów wzrostu i wagi osoby badanej. Właściwy stosunek wzrostu do wagi określa Wskaźnik Queteleta zwany wskaźnikiem masy ciała BMI (Body Mass Index). BMI =

masa ciałi [kg] 2 wzrost [m]

Wskaźnik BMI jest pozwala ocenić stan zaburzeń bilansu energii. W przybliżeniu określa zawartość tkanki tłuszczowej, jednocześnie wskazując na stan niedożywienia i otyłość (tabela 45). Zaletą wskaźnika masy ciała jest fakt, iż jego wartość koreluje z ryzykiem wystąpienia wielu chorób, jak również ze wskaźnikami umieralności. BMI posiada jednak pewne ograniczenia. Za jego pomocą nie jesteśmy w stanie określić składu ciała, a więc proporcji masy mięśniowej do tkanki tłuszczowej stanowiącej jeden z czynników wpływających na stan zdrowia organizmu. Wartość wskaźnika Queteleta nie świadczy o ryzyku zachorowań w przypadku osób o dużej zawartości tkanki mięśniowej (sportowcy, osoby ciężko pracujące fizycznie), których wartość BMI przekracza 25. Podobnie, w przypadku osób o niskiej masie mięśniowej (osoby starsze, osoby w trakcie rekonwalescencji) może dojść do niedoszacowania prawdziwej zawartości tkanki tłuszczowej.

9. Ocena stanu odżywienia

193

Tabela 45. Wartości wskaźnika Queteleta, a stan zaburzenia bilansu energetycznego organizmu osób dorosłych wg WHO (2003) Wartość BMI

Stan zdrowia organizmu

< 16,0

Niedożywienie, III stopień chronicznego niedoboru energii

16 – 16,9

Niedożywienie, II stopień chronicznego niedoboru energii

17 – 18,4

Niedożywienie, I stopień chronicznego niedoboru energii

18,5 – 24,9

Zakres normy

25 – 29,9

Nadwaga, I stopień otyłości

30 – 34,9

Otyłość, II stopień otyłości

35 – 39,9

Otyłość, II stopień otyłości

> 40,0

Otyłość, III stopień otyłości

Antropometryczna ocena składu ciała umożliwiająca określenie zawartości tkanki tłuszczowej i jej dystrybucję oparta jest o: • pomiary obwodu talii • pomiary wskaźnika biodra/talia (WHR) • pomiary fałdów skórnych Pomiar obwodu talii koreluje z zawartością tłuszczu wewnątrzbrzusznego, jak również z całkowitą zawartością tkanki tłuszczowej organizmu ludzkiego. Obwód pasa powyżej 80 cm u kobiet i 94 cm u mężczyzn może sugerować zbyt wysoką zawartość tkanki tłuszczowej i może prowadzić do zwiększonego ryzyka zachorowania na choroby tzw. Zespołu metabolicznego. Pomiar wskaźnika biodra/talia WHR (Waist Hip Ratio) polega na zmierzeniu obwodu talii i podzieleniu uzyskanej wartości przez obwód bioder. WHR =

obwód pasa [cm] obwód bioder [cm]

Wartości wskaźnika WHR świadczą o rozkładzie tkanki tłuszczowej w organizmie i potencjalnym ryzyku zachorowania na chroniczne choroby niezakaźne. Prawidłowe wartości WHR dla kobiet wynoszą ok. 0,8-0,85 i są niższe niż dla mężczyzn, dla których prawidłowy stosunek pas/biodra powinien wynosić ok. 0,9-0,95. Niższa wartość wskaźnika WHR w przypadku kobiet, wynika z proporcjonalnie większej miednicy kobiet. Wartość WHR wyższe niż prawidłowe mogą świadczyć o otyłości brzusznej typu „jabłko” (androidalnej), a niższe o otyłości pośladkowo – udowej typu „gruszka” (gynoidalnej) (tabela 46).

194

J. Czaja, A. Lebiedzińska

Tabela 46. Wartość wskaźnika WHR a rozmieszczenie tkanki tłuszczowej Płeć

Typ androidalny „jabłko”

Wartość prawidłowa

Typ gynoidalny „gruszka”

Kobiety

> 0,8-0,85

0,8-0,85

< 0,8-0,85

Mężczyźni

> 0,9-0,95

0,9-0,95

< 0,9-0,95

Otyłość brzuszna świadczy o nagromadzeniu tkanki tłuszczowej w okolicach jamy brzusznej i znacznie zwiększa ryzyko zachorowania na choroby układu sercowo- naczyniowego w porównaniu z otyłością pośladkowo-udową. Zgromadzony w okolicach wątroby tłuszcz powoduje zwiększoną produkcję cholesterolu i wolnych kwasów tłuszczowych, które dostając się do krwi zatykają naczynia krwionośne. Przykładowo ryzyko ataku serca u mężczyzn wzrasta dwukrotnie, gdy WHR wynosi 1,1 zamiast prawidłowego 0,95. Pomiar fałdów skórnych jest metodą umożliwiającą określenie zawartości tłuszczu w organizmie. Dokonując pomiaru grubości fałdów w trzech, bądź czterech miejscach (rycina 17.A. i 17.B.) przy użyciu fałdomierza można określić grubość tkanki tłuszczowej podskórnej, która bezpośrednio koreluje z zawartością tkanki tłuszczowej w całym organizmie.

Rycina 17. Miejsca pomiaru fałdów skórnych w metodzie opartej o pomiar w czterech (A) lub trzech (B) miejscach [8]

Korzystając z wzoru Durnin’a i Wormersley’a (4 fałdy), bądź modyfikacji Jaksona i Pollocka (3 fałdy) możemy obliczyć gęstość ciała: Gęstość ciała = C - [M (log10 z sumy czterech fałdów)] Znając gęstość ciała można obliczyć zawartość tkanki tłuszczowej korzystając ze wzoru Sirie’go: % tkanki tłuszczowej = (495/gęstość ciała) - 450 W przypadku osób ciężko pracujących fizycznie oraz sportowców posiadających zwiększoną ilość tkanki mięśniowej wykorzystuje się wzór Modelsky’ego: % tkanki tłuszczowej = (521/gęstość ciała) - 478

9. Ocena stanu odżywienia

195

Zawartość tkanki tłuszczowej u osób zdrowych waha się w granicach 18-25 % w przypadku kobiet oraz 13 – 18% w przypadku mężczyzn. Wyższa zawartość tkanki tłuszczowej u kobiet warunkowana jest metabolizmem hormonów płciowych oraz funkcjami rozrodczymi. Minimalna zawartość tkanki tłuszczowej nie powinna być niższa niż 5% u mężczyzn oraz 12% u kobiet, gdyż taka ilość warunkuje przebieg podstawowych funkcji organizmu. Metody antropometryczne stanowią przydatne narzędzie w określaniu składu ciała. Cechują je prostota wykonania i jasność procedur, niski nakład finansowy, dowolne miejsce wykonania badań, jak również dokładność sięgająca 3-4% w przypadku zastosowania standaryzowanych procedur. Są najczęściej stosowane, stanowią alternatywę dla kosztownych badań laboratoryjnych, takich jak densytometria, pomiar bioimpedencji, absorpcjometria podwójnej energii promieni rtg (DEXA – dual energy X-ray), czy metody rezonansu magnetycznego, które określają skład ciała. Ćwiczenie 1

WYZNACZANIE WSKAŹNIKA BMI Wykonanie ćwiczenia

Wykorzystując dane przykładowych osób dorosłych (masa ciała, wzrost) oblicz wskaźnik BMI. W oparciu o tabelę 43 określ stan odżywienia omawianych osób. Ćwiczenie 2

WYZNACZANIE WHR SWOJEGO CIAŁA Wykonanie ćwiczenia

Wykorzystując pomiar obwodu pasa oraz obwodu bioder osób dorosłych należy wyznaczyć wartość WHR. W oparciu o tabelę 44 określ typ budowy swojego ciała.

196

J. Czaja, A. Lebiedzińska

WYWIAD I BADANIA LEKARSKIE

Podczas badania za pomocą kwestionariusza wywiadu zbierane są informacje dotyczące historii żywienia i zwyczajów żywieniowych, sytuacji społeczno-ekonomicznej oraz historii ewentualnej choroby. Ilość, jakość oraz częstość spożywanego pokarmu wpływają na skład organizmu. W badaniu stanu odżywienia, gdzie punkttem wyjścia jest rejestracja objawów dostępnych w czasie ogólnego badania pacjenta, ocenia się jego wygląd: • postawa ciała; • rozwój kośćca i mięśni (szczególnie u dzieci i młodzieży); • wyraz twarzy (kształt, pigmentacja, łojotok w fałdach nosowo-policzkowych); • włosy (połysk, barwa, gęstość, grubość); • oczy (stan spojówek, rogówki, powiek); • wargi (wygląd kącików ust); • zęby (szkliwo, nalot, stan próchnicy, braki w uzębieniu); • język (obrzmienie, zaczerwienienie, naloty, brodawki); • dziąsła (struktura, krwawienia); • gruczoły (tarczyca, ślinianki przyuszne); • skóra (wilgotność, nadmierne rogowacenie, wybroczyny, pigmentacja, wykwity skórne); • paznokcie (kształt, prążkowanie); • ewentualne cechy niedożywienia czy nadwagi lub otyłości. Konsumpcja zbyt dużej ilości pokarmu prowadzi do zespołu chorób metabolicznych. Niewystarczająca ilość pożywienia w diecie człowieka oraz nieodpowiednia jego jakość może prowadzić do stanu niedożywienia. Sytuacja społeczno-ekonomiczna wpływa na jakość i rodzaj wybieranych produktów. Rodzaj i jakość wybieranego produktu spożywczego zależy od jego ceny, jak również od stanu wiedzy żywieniowej konsumenta. Przebyte choroby mogą również wpływać na stan odżywienia organizmu poprzez zmianę zapotrzebowania na energię i składniki odżywcze (tabela 47). Badania ogólnolekarskie oceniają objawy kliniczne istniejących niedoborów poprzez szczegółowe oględziny zewnętrznych powierzchni ciała: twarzy, skóry, włosów, paznokci, warg i języka, oczu, zębów i dziąseł oraz wyglądu szyi (ślinianki i tarczyca). Wszelkie zmiany mogą świadczyć o niedoborach żywieniowych.

9. Ocena stanu odżywienia

197

Tabela 47. Zmiana zapotrzebowania na energię i składniki odżywcze w wyniku przebiegu wybranych chorób Jednostka chorobowa

Wzrost zapotrzebowania

Zapalenie płuc

↑ energia, ↑ białko

Niedokrwistość na tle niedoboru żelaza

↑ żelazo, ↑ witamina C

Niedokrwistość złośliwa

↑ witamina B12

Nadciśnienie z chorobami serca Nadciśnienie z niedokrwienną chorobą serca Alkoholowa marskość wątroby Chroniczne choroby nerek (nie dializowane) Osteoporoza

Spadek zapotrzebowania

↑ magnez

↓ sód

↑ potas

↓ sód ↓ cholesterol ↓ tłuszcz

↑ witaminy B, C, A, D

↓ białko (przy uszkodzonej wątrobie), ↓ sód ↓ białko, ↓ witamina D

↑ wapń, ↑ witamina D

198

J. Czaja, A. Lebiedzińska

BADANIA BIOCHEMICZNE

Bardzo często zmiany metaboliczne na tle żywieniowym wyprzedzają kliniczne objawy niedożywienia. Z tego względu badania biochemiczne są szczególnie przydatne w wykrywaniu subklinicznych stanów niedoborów i znajdują szerokie zastosowanie w badaniach grup populacyjnych najbardziej wrażliwych na wady żywieniowe, np. kobiety ciężarne, niemowlęta, dzieci, młodzież. Badania biochemiczne stanowią drugi etap badań nad stanem odżywienia organizmu i zalecane są wówczas, gdy wyniki badania ogólnolekarskiego i pomiarów antropometrycznych odbiegają od powszechnie przyjętych norm. Badania te obejmują testy na zawartość składników odżywczych w płynach ustrojowych, ilości oraz rodzaju wydalanych wraz z moczem i kałem związków oraz testy informujące o funkcjonalnych konsekwencjach poszczególnych składników odżywczych, takich jak zmiany aktywności enzymów lub zmiany immunologiczne organizmu. Umożliwiają określenie stanu odżywienia białkowego, witaminowego, stanu odżywienia w składniki mineralne oraz ocenę profilu lipidowego krwi. W zależności od celu badania wykorzystuje się najczęściej oznaczenia stężenia poszczególnych składników odżywczych bądź ich metabolitów w surowicy krwi, moczu lub erytrocytach lub aktywność związanych z nimi enzymów. Aktualnie stosowane próby i testy biochemiczne pozwalają określić: • poziom podstawowych składników odżywczych w płynach ustrojowych tj. we krwi, (zawartość witamin A, C, kwasu foliowego oraz żelaza, jodu itp.) oraz moczu ( poziom ryboflawiny); • stan niedożywienia na podstawie stężenia białek w surowicy (poziom albumin, transferyny, prealbumny); • badania wykrywające zaburzenia metaboliczne spowodowane niewłaściwym dostarczaniem danego składnika do ustroju (zawartość hemoglobiny, hematokryt, poziom glukozy na czczo, poziom lipidów, białka całkowitego oraz albumin i globulin, elektrolitów itp.) oraz w moczu (przy podejrzeniu niedoboru białka oznaczanie mocznika, kreatyniny, hydroksyproliny).

9. Ocena stanu odżywienia

199

Tabela 48. Objawy kliniczne niedoborów wybranych składników odżywczych Niedobór składnika odżywczego Witamina A Witamina K

Skóra Szorstkość, zrogowacenie Wybroczyny skórne, purpurowa barwa

Błony śluzowe

Włosy i paznokcie

Oczy

Keratynizacja

Kseroftalmia, keratomalacja

Witamina C

Krwawe wybroczyny, purpurowa barwa

Krwawienia

Zaćma

Witamina B2

Stany zapalne, pękanie i łuszczenie warg

Zapalenie języka i jamy ustnej

Fotofobia

Niacyna

Pigmentacja, wysypka,

Zapalenie języka i jamy ustnej Zapalenie języka

Witamina B12 Biotyna

Stany zapalne

Kwas pantotenowy

Pieczenie rąk i stóp

Wapń

Mrowienie warg, języka, palców i nóg

Żelazo

Bladość, szorstkość, pękanie warg

Zmiany przednowotworowe, bladość

Łamliwość

Cynk

Zmiany rumieniowe, upośledzone gojenie ran

Utrata smaku i węchu

Wypadanie włosów

Jod Miedź

Łysienie

Wole endemiczne i inne konsekwencje Obniżona pigmentacja

Zapalenie spojówek

200

J. Czaja, A. Lebiedzińska

Bibliografia

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Bean A.: Żywienie w sporcie. Zysk i S-KA, Poznań 2008. Durnin J.V.G.A., Womersley J.: Body fat assessed from total body density and its estimation from skinfold thickness: measurements on 481 men and women aged from 16 to 72 years. British Journal of Nutrition, 1974, 32, s.77. Gawęcki J., Hryniewiecki L. /red./: Żywienie Człowieka. Podstawy Nauki o Żywieniu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004 Gertig, H., Przysławski, J.: Bromatologia. Zarys Nauki o Żywności i Żywieniu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2006. Hasik, J., Gawęcki, J.: Żywienie Człowieka Zdrowego i Chorego. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000. Houtkooper L.B.: Body composition. Sport Nutrition for Health and Performance, Human Kinetics 2000, s. 199-219 Jarosz M., Bułhak-Jachymczyk B. /red./: Normy Żywienia Człowieka. PZWL, Warszawa 2008. Jeukendrup A., Gleeson M.: Sport Nutrition. Human Kinetics, Champaign, United States of America 2004. Kuciel G., Łysiak-Szydłowska W.: Metody oceny niedożywienia i efektywności terapii żywieniowej. Anestezjologia Intensywna Terapia 2001, 33, 29-33. Lean M.E.J.: Waist circumference as a measure for indicating need for weight management. BMJ 1995, 311, s. 158-161. Pollock M.L., Jackson A.S.: Research progress in validation of clinical methods of assessing body composition. Medicine & Science in Sport and Exercise 1984, 16, s. 606-613. Sun G. i in.: Comparision of multifrequency bioelectrical impedance analysis with dual-energy X-ray absorbtiometry for assessment of percentage body fat in large, healthy population. American Journal of Clinical Nutrition 2005, 81, s.74-78. Wang Y., i in.: Comparison of abdominal adiposity and overall obesity In predicting risk of type 2 diabetes among men. American Journal of Clinical Nutrition 2005, 8, s. 555-563. WHO. Diet, nutrition and the prevention of chronic diseases. Report of WHO Study Group. Geneva, 1990. WHO. Diet, nutrition and the prevention of chronic diseases. Report of a Joint WHO/FAO Expert consultation. Geneva, 2003. WHO. Obesity. Preventing and managing the global epidemic. Report of WHO consultation. Geneva, 2000. Ziemlański Ś. /red./: Normy Żywienia Człowieka. Fizjologiczne Podstawy. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2001.

201

10. PODSTAWY DIETETYKI W PROFILAKTYCE NIEZAKAŹNYCH CHORÓB METABOLICZNYCH Anna Lebiedzińska, Jakub Czaja Dietetyka jest działem nauki o żywieniu ustalającym na podstawie najnowszej zdobyczy nauk medycznych zasady racjonalnego żywienia człowieka chorego. Można w niej wyodrębnić: • dietetykę kliniczną; • dietetykę społeczną. Dietetyka kliniczna jest to sposób żywienia ludzi w stanach ostrego przebiegu choroby, gdy dietetyka stanowi składową część leczenia. Dietetyka społeczna jest to sposób żywienia dietetycznego w chorobach przewlekłych bądź żywienie profilaktyczne, nie dopuszczające do wystąpienia schorzenia lub jego zaostrzenia. Żywieniem dietetycznym nazywamy taki sposób odżywiania człowieka, który ma na celu dostarczenie jego organizmowi wszelkich niezbędnych składników pokarmowych, w ilościach odpowiadających zapotrzebowaniu zmienionego przez chorobę ustroju, będących w stanie zagwarantować mu prawidłowe odżywianie, z równoczesnym odciążeniem tych narządów, które zostały upośledzone w wyniku procesów chorobowych. Podstawą żywienia dietetycznego są normy i zalecenia dotyczące żywienia człowieka zdrowego, z pewnymi zmianami w zależności od typu choroby, stopnia jej zaawansowania, odporności organizmu, itp. Zmiany te polegają głównie na zwiększeniu lub zmniejszeniu, a niejednokrotnie na wykluczeniu, jakiegoś składnika, dodaniu nowego, niezbędnego do prawidłowego procesu leczenia, a poza tym dotyczą głównie sposobów przygotowywania posiłków, eliminowania tych produktów spożywczych lub potraw, które mogłyby przyczyniać się do wywołania choroby lub pogorszenia aktualnego stanu zdrowia. Żywienie człowieka chorego było zawsze w kręgu zainteresowań, a szczególnym przedmiotem badań był wpływ poszczególnych produktów czy potraw na przebieg choroby i wyniki jej leczenia. Nie zawsze jednak interpretacja tych schorzeń była trafna i miała naukowe uzasadnienie. Podstawy naukowe do planowania żywienia człowieka chorego stworzono stosunkowo niedawno. Wzrosło też zainteresowanie żywieniem osób w ciężkich stanach klinicznych, zwłaszcza żywieniem pozajelitowym oraz przygotowaniem odżywek przemysłowych. Ze względu na obecny styl życia (dążenie do małej aktywności fizycznej) oraz spożywanie żywności nadmiernie oczyszczonej, w dietetyce zwraca się uwagę na skutki wyeliminowania substancji resztkowych, a tym samym częstsze występowanie chorób przewodu pokarmowego (uchyłkowatość jelit, nowotwory jelita grubego, zaparcia), cukrzycy czy miażdżycy. Żywienie dietetyczne ze względu na cel, jakiemu służy, powinno być opracowane niezwykle starannie, a posiłki sporządzane i podawane w warunkach nie budzących jakichkolwiek zastrzeżeń sanitarno-higienicznych. Drugim bardzo ważnym zaleceniem w żywieniu człowieka chorego jest regularność podawania posiłków (o określonej porze

202

A. Lebiedzińska, J. Czaja

dnia, w odstępach czasu nie większych niż 3-4 godziny), niezbyt obfitych, estetycznie podanych i urozmaiconych w granicach dozwolonych przez określoną dietę.

10.1. ŻYWIENIOWE UWARUNKOWANIA ROZWOJU CHORÓB NIEZAKAŹNYCH – DIETOPROFILAKTYKA I DIETOTERAPIA Nieodzownym warunkiem zachowania zdrowia jest prawidłowe żywienie. Istnieje wiele dowodów potwierdzających, że nieprawidłowe żywienie, czyli niezgodne z fizjologicznymi potrzebami organizmu, zostało uznane za czynnik ryzyka rozwoju wielu schorzeń. Zarówno niedobory, jak i nadmiary mogą być przyczyną chorób niezakaźnych, u podłoża których, leżą zaburzenia metaboliczne, co sprawia że schorzenia te nazywamy metabolicznymi chorobami dietozależnymi. Wieloletnia obserwacja i badania kliniczne dowodzą, iż u podłoża profilaktyki i leczenia chorób metabolicznych leży zmiana stylu życia, a zwłaszcza sposobu żywienia realizowana według podobnych zasad. Wśród schorzeń, w których zmiana sposobu żywienia jest podstawą postępowania leczniczego, wymienić należy otyłość i jej powikłania: miażdżycę, cukrzycę typu 2. i nadciśnienie. Wprawdzie stopień wpływu czynników żywieniowych na rozwój poszczególnych chorób jest różny, to jednak ze względu na znacząca rolę żywienia w ich rozwoju problem ten urasta do rozmiarów społecznego zagrożenia. Tak więc, wczesna prewencja i redukcja istniejącego już stopnia zagrożenia przez wprowadzenie racjonalnego żywienia jest nie tylko możliwa, ale konieczna z punktu widzenia medycznego, społecznego i ekonomicznego. Profilaktyka zdrowotna powinna być prowadzona w ciągu całego życia człowieka. Dobrze zbilansowana dieta i odpowiednia do wieku aktywność fizyczna zapobiegają rozwojowi chorób cywilizacyjnych (WHO, 2004). 10.1.1. ROLA ŻYWIENIA W PREWENCJI I W LECZENIU OTYŁOŚCI

Otyłość stanowi jeden z istotnych problemów zdrowia publicznego, występuje epidemicznie i jest jedną z głównych przyczyn zachorowalności i umieralności. Nasze społeczeństwo stoi w obliczu globalnej epidemii otyłości dotykającej już zarówno kraje rozwinięte jak i rozwijające się. Otyłość jest przewlekłą chorobą metaboliczną spowodowaną zaburzeniem homeostazy energii. Stan otyłości może wynikać z zaburzeń adaptacji organizmu (genotypu) do ciągle i szybko zmieniających się warunków stylu życia. Wydaje się jednak niemożliwe, aby za utrzymywanie się tendencji przyrostu masy ciała odpowiadały wyłącznie zmiany, jakie zaszły w ludzkim genomie. Najprawdopodobniej jest to połączenie predyspozycji genetycznych i czynników środowiskowych. Posiadanie tkanki tłuszczowej jest niezbędne dla życia człowieka. Cały zapas łatwo dostępnych węglowodanów (glikogen), w ustroju dorosłej osoby jest zbyt mały, aby zaspokoić ciągle zmieniające się wydatki energetyczne organizmu ludzkiego. W prawidłowych warunkach, zawartość tkanki tłuszczowej nie przekracza 18% rzeczywistej masy ciała u dorosłych mężczyzn i 28% u kobiet. Wartości te zależą jednak w dużej mierze od czynników konstytucjonalnych, wieku i warunków środowiskowych. Z

10. Podstawy dietetyki w profilaktyce chorób metabolicznych

203

otyłością mamy do czynienia gdy masa tłuszczu u mężczyzn przekracza 22% należnej masy ciała, a w przypadku kobiet 32% (tabela 49). W rozpoznawaniu otyłości istotne znaczenie ma określenie masy tkanki tłuszczowej, a nie tylko ogólnej masy ciała. Tabela 49. Zawartość tłuszczu w organizmie [6] Masa ciała

Zawartość u mężczyzn (%)

Zawartość u kobiet (%)

Prawidłowa

9-18

14-28

Nadwaga

19-22

29-32

Otyłość

> 22

>32

Aby określić zakres normy prawidłowej masy ciała ustala się empirycznie tabele jej wartości w zależności od płci, wieku, wzrostu i typów budowy ciała. W praktyce klinicznej istotne znaczenie ma należna masa ciała, którą można w indywidualnych przypadkach określać przez porównywanie rzeczywistej masy ciała i zespołu parametrów określających stan zdrowia. Całkowita masa ciała (BM – body mass) składa się z masy beztłuszczowej ciała (FFM – fat free mass) oraz masy tłuszczowej (FM- fat mass). FFM równa się różnicy BM – FM. Wyróżnia się także masę mięśni szkieletowych (SM – sceletal muscle mass), która stanowi ok. 40% masy ciała u osób młodych oraz 30% u osób powyżej 65 roku życia. Za metabolicznie aktywne parametry uznaje się zazwyczaj komórkową masę ciała (BCM – body cell mass) i SM (stanowi zazwyczaj ok. 60% komórkowej masy ciała). Metody oznaczania masy ciała i jej poszczególnych składników różnią się znacznie zarówno pod względem technicznym, jak i osiąganej dokładności. Do metod tych należą takie nieskomplikowane metody jak antropometria i analiza bioimpedancji (przewodnictwo bioelektryczne ciała). Wielkość przewodnictwa jest proporcjonalna do całkowitej masy wody w organizmie oraz do masy tkanek zawierających dużą ilość wody, czyli do beztłuszczowej masy ciała i do masy mięśni szkieletowych. Do bardziej skomplikowanych, specjalistycznych metod oznaczeń masy tłuszczowej ciała należą; absorpcjometria podwójnej energii promieni rtg (DEXA – dual energy X-ray absorptiomerty), ważenie hydrostatyczne, pletyzmografia powietrzna, metoda z użyciem 40K, metoda rozcieńczania deuteru i bromków oraz metoda rezonansu magnetycznego z tomografią (MRI). W organizmie ludzkim, rozwój tkanki tłuszczowej rozpoczyna się około 14 tygodnia życia płodowego, początkowo występuje ona w postaci niezróżnicowanej. Następnie, wokół struktur pochodzenia mezenchymalnego zaczyna gromadzić się tkanka tłuszczowa i rozwija się sieć naczyń włosowatych. Zgromadzone, wokół siatki naczyń włosowatych, komórki mezenchymy przekształcają się w adypoblasty, dając początek prekursorom komórek tłuszczowych – preadypocytom. Tkanka tłuszczowa rozrasta się poprzez powiększenie rozmiarów komórek (hipertrofia) oraz zwiększenie liczby komórek (hiperplazja).

204

A. Lebiedzińska, J. Czaja

W pierwszym roku życia, u zdrowego dziecka, masa komórek tłuszczowych zwiększa się pięciokrotnie. Na przełomie pierwszego i drugiego roku życia następuje dalszy wzrost liczby tych komórek i jest to tzw. pierwszy okres krytyczny rozwoju tkanki tłuszczowej. Zazwyczaj do 8-10 roku życia, wielkość i liczba komórek tłuszczowych utrzymuje się na stałym poziomie. W okresie pomiędzy 10 a 18 rokiem życia, następuje drugi okres krytyczny rozwoju tkanki tłuszczowej, w którym czynniki środowiskowe i hormonalne wywierają największy wpływ na liczbę, wielkość i funkcjonowanie komórek tłuszczowych. Tkanka tłuszczowa jest heterogenna zarówno pod względem morfologii jak i funkcji. Podstawową strukturę tkanki tłuszczowej stanowią dojrzałe adypocyty, komórki podścieliska, naczynia krwionośne i limfatyczne oraz struktury nerwowe. Dojrzałe adypocytów stanowią komórki o różnej wielkości. Ich średnica może się wahać w granicach od 20 do 200 μm. W organizmie człowieka wyróżnia się dwa rodzaje tkanki tłuszczowej – tkankę tłuszczową białą (WAT – white adipose tissue) i tkankę tłuszczową brunatną (BAT- brown adipose tissue), rozmieszone w różnych okolicach ciała. Proporcje ilościowe tych tkanek u ludzi są zróżnicowane, zależą od wieku, uwarunkowań rodzinnych, uwarunkowań środowiskowych a także od metabolizmu i unerwienia. Tkanka tłuszczowa brunatna pełni funkcję regulatora termogenezy. Gromadzi ona i syntetyzuje niektóre hormony steroidowe oraz podlega szybkiej regulacji przez gonadotropiny, kortyzol i katecholaminy. U dorosłych, komórki tej tkanki są pojedynczo rozproszone w tkance tłuszczowej białej, głównie trzewnej. Niedorozwój BAT u noworodków z małą masą urodzeniową, może odgrywać istotną rolę w procesie wczesnego rozwoju oporności na insulinę. Drugi rodzaj tkanki tłuszczowej, tj. tkanka tłuszczowa biała (WAT), stanowi zasadniczy magazyn tłuszczu u człowieka i złożona jest z dużych, kulistych adypocytów, w których cytoplazma z peryferyjnie położonym jądrem wypełniona jest dużą kroplą tłuszczu. Tkanka tłuszczowa biała jest zaopatrywana w krew przez gęstą siatkę włosowatych naczyń krwionośnych. Podstawową funkcją tkanki tłuszczowej białej jest magazynowanie energii w postaci skumulowanych triglicerydów i estrów cholesterolu oraz w uwalnianiu substratów energetycznych – wolnych kwasów tłuszczowych. Odkładanie energii w postaci tłuszczów obojętnych odbywa się po każdym posiłku, a mobilizowanie jej na potrzeby ustroju następuje zawsze pod wpływem bodźców uwalniających kwasy tłuszczowe. Jeżeli odkładanie przeważa ilościowo nad zużywaniem energii w ciągu dostatecznie długiego czasu, to pojawia się otyłość. Etiologia otyłości jest nie do końca poznana. Na jej powstawanie i rozwój mają wpływ zarówno czynniki genetyczne, jak i środowiskowe. Wpływ czynników genetycznych ocenia się na 35-40%, natomiast środowiskowych na 25-48%. Dotychczas nie zidentyfikowano głównego genu czy też mutacji w obrębie genów, które byłyby czynnikami sprawczymi powstawania otyłości. Wyodrębniono natomiast wiele wariantów genów, których sama obecność nie wystarcza do powstania otyłości, ale wpływa na fenotypową ekspresję choroby. W tym aspekcie wydaje się, że otyłość jest złożoną chorobą, do której powstania predysponuje kilka genów, a choroba manifestuje się na skutek przedłużonej ekspozycji na czynniki środowiskowe. Do zaburzeń mechanizmu homeostazy energetycznej dochodzi przy usunięciu pewnych fizjologicznych bodźców z codziennego życia, jak np. przy ograniczeniu wysiłku fizycznego. Prowadzi to do powiększenia komórek tłuszczowych w sposób niezależny od potrzeb organizmu. U osób szczególnie aktywnych fizycznie komórki tłuszczowe mają mniejszą objętość niż u ludzi unikających wysiłku fizycznego.

10. Podstawy dietetyki w profilaktyce chorób metabolicznych

205

Podstawowym czynnikiem środowiskowym, który zmienił się w ostatnich latach, jest aktywność fizyczna. Na skutek postępu technologicznego możliwe stało się znaczące zmniejszenie wydatku energetycznego związanego z codzienną aktywnością fizyczną i pracą zawodową. Równocześnie zwiększył się dostęp do żywności i jej konsumpcji, wzrosła również wartość energetyczna łatwo dostępnych pokarmów. Żywność o wysokiej wartości energetycznej zawiera zwykle dużą ilość tłuszczu, cukru, skrobi, podczas gdy żywność o niskiej wartości energetycznej zawiera więcej wody (warzywa, owoce). Niestety, zmniejszenie zawartości tłuszczu w produktach i nieograniczona konsumpcja żywności beztłuszczowej i niskotłuszczowej nie rozwiązuje problemu otyłości. Bilans energetyczny organizmu ludzkiego określa się jako równowagę pomiędzy ilością energii dostarczonej z pożywieniem a wydatkami energetycznymi organizmu. O ujemnym bilansie energetycznym mówimy wtedy, gdy wartość energetyczna całodziennej racji pokarmowej jest zbyt niska w stosunku do potrzeb organizmu (po pewnym czasie następuje utrata masy ciała, niedożywienie). Dodatni bilans energetyczny, to nadmierne spożycie pokarmów stałych i płynnych (w tym soki, słodzone napoje, kompoty, itp.) w stosunku do wydatkowania energii (na podstawową przemianę materii, aktywność fizyczną zawodową i pozazawodową, pracę umysłową, termogenezę), co powoduje gromadzenie tkanki tłuszczowej prowadząc w następstwie do nadwagi lub otyłości. Żywność stała się dziś przedmiotem agresywnej reklamy. Niestety najczęściej reklamowane są dania typu fast food oraz żywność i napoje, których spożycie powinno być niewielkie (chipsy, słodycze). Często grupę docelową reklam stanowią dzieci, które mają duży wpływ na wybór określonych produktów żywnościowych przez rodziców. Reklama wpływa również na częstsze konsumowanie żywności przygotowywanej poza domem oraz na wybór pokarmów o dużej wartości energetycznej. W ostatnich dziesięcioleciach opracowanie nowych technologii produkcji żywności spowodowało pojawienie się w codziennym jadłospisie nowych produktów, a nowe sposoby utrwalania, przechowywania i obróbki żywności bardzo ułatwiły dostęp do pokarmów i ich przygotowywanie. Z alarmujących danych badań epidemiologicznych wynika, iż znaczny odsetek ludności świata spełnia kryterium nadwagi lub otyłości i niestety liczba ta dramatycznie rośnie. Powstawaniu otyłości sprzyjają nieprawidłowe nawyki żywieniowe, takie jak: częste pojadanie wysokoenergetycznych produktów pomiędzy posiłkami, picie napojów słodzonych, zbyt szybkie spożywanie pokarmu czy niewłaściwe rozłożenie posiłków w ciągu dnia. W maju 2004 r. w czasopiśmie Science ukazał się artykuł p.t. „Wróg publiczny numer 1: tytoń czy otyłość?” z którego wynika, że mamy do czynienia z globalną epidemią. Tycie nie jest już tylko problemem USA, podobny trend występuje w Europie, krajach Bliskiego Wschodu i w Południowo-Wschodniej Azji. Być może „słodzenie”, a nie eliminacja tłuszczu z diety jest przyczyną nadwagi i otyłości? Na przestrzeni ostatniego ćwierćwiecza doszło do wypierania tradycyjnych produktów węglowodanowych o długim czasie uwalniania na korzyść wysoko-przetworzonych, rafinowanych cukrów, określanych jako „puste kalorie”. Odczuwanie smaku słodkiego jako przyjemności (neurochemia w mózgu) powoduje, iż wybieramy słodkie owoce, słodzone napoje, soki i słodycze, instynktownie odsuwając gorzkie warzywa. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) w 2004 roku ogłosiła Globalną Strategię WHO dotyczącą diety, aktywności fizycznej i zdrowia. Zaleca się między innymi, by

206

A. Lebiedzińska, J. Czaja

dieta współczesnego człowieka była oparta na produktach bogato-węglowodanowych z dużą zawartością błonnika i niskim indeksem glikemicznym (GI). Na zdrowie człowieka wpływają bodźce fizykochemiczne, sfera emocjonalna, uwarunkowania społeczne, a także wiedza kształtująca potrzeby żywieniowe (dobór składników odżywczych, przygotowanie pokarmów i styl życia). Bardzo ważna jest integrująca rola procesów endogennych organizmu, którego homeostaza i homeoreza są określane na drodze determinacji genetycznej i uwarunkowań środowiskowych. Osiadły tryb życia, a zwłaszcza proces domestykacji, doprowadził do powstania nowych zespołów czynników łączących żywienie oraz otoczenie biotyczne i abiotyczne warunków bytowania człowieka. ZAPOBIEGANIE I LECZENIE OTYŁOŚCI Osoba z umiarkowaną nadwagą, nie wykazująca innych czynników zagrożenia zdrowia, nie powinna być kwalifikowana do leczenia. W takich przypadkach postępowanie medyczne powinno ograniczyć się do poinformowania o zasadach racjonalnego żywienia oraz o potrzebie zwiększonej aktywności fizycznej. W przypadku chorego z nadwagą i zaburzeniami metabolizmu węglowodanów i/lub lipidów, chorobą serca, podwyższonym ciśnieniem tętniczym krwi lub przerostem lewej komory serca (lub gdy z wywiadów rodzinnych dowiadujemy się o cukrzycy, otyłości, nadciśnieniu, kamicy żółciowej lub dnie moczanowej) należy dążyć do redukcji masy ciała. Otyłość jest wskazaniem do leczenia, niezależnie od współistniejących czynników ryzyka lub chorób towarzyszących. Pożądanym celem leczenia jest stopniowa redukcja masy ciała. Za zadowalający efekt odchudzania uważa się ubytek wynoszący 5-10% wyjściowej masy ciała. W programach odchudzania o udowodnionej skuteczności, znajdują się; dieta, wysiłek fizyczny i terapia behawioralna (guidelines). Zmiana stylu życia może być jedynym zaleceniem terapeutycznym w stosunku do osób, u których nie występują chroniczne choroby niezakaźne, zwykle towarzyszące nadwadze i otyłości, a wartość BMI mieści się w zakresie 25-30 kg/m2. DIETY STOSOWANE W LECZENIU OTYŁOŚCI

Aktualnie, wśród badaczy panuje pogląd, że podstawowe znaczenie w obniżeniu masy ciała ma deficyt energetyczny związany z ograniczeniem wartości energetycznej pokarmów. Uzyskanie redukcji masy ciała u ludzi otyłych jest możliwe w większości przypadków. Jednakże zazwyczaj trudne jest długookresowe utrzymanie uzyskanego efektu redukcji masy ciała. Skuteczna kontrola zachowania się masy ciała po leczeniu odchudzającym wymaga samodyscypliny pacjenta (przestrzegania zasad prawidłowego żywienia i odpowiedniej aktywności fizycznej), co w większości przypadków okazuje się zawodne. W praktyce, często są stosowane metody leczenia otyłości sprzeczne z zasadami naukowymi. Znajdują się zwolennicy stosowania diet o zmodyfikowanej zawartości głównych składników odżywczych. Wśród naukowców toczy się nieustannie spór o słuszność stosowania diety nisko- i wysoko-węglowodanowej. Każda z tych diet ma wielu zwolenników i przeciwników.

10. Podstawy dietetyki w profilaktyce chorób metabolicznych

207

Celem większości stosowanych diet jest długoterminowe zmniejszenie spożywania tłuszczów z jednoczesnym zaleceniem zwiększenia spożycia warzyw, owoców, ziaren zbóż, najczęściej w połączeniu z regularnym wysiłkiem fizycznym. Istnieje też wiele tzw. „diet cudownych”, które spotykają się z dużą akceptacją chorych, a ich popularność zmienia się w zależności od aktualnych trendów mody i agresywności reklamy. Zasadniczą wspólną cechą wszystkich tych diet jest ich jednostronność. Wśród często omawianych diet znajduje się kontrowersyjna dieta Atkinsa. W diecie tej podstawą uzyskania spadku masy ciała jest bardzo ograniczone spożywanie węglowodanów, a zasadniczym źródłem energii są tłuszcze i białka. Zwolennicy tej diety niskowęglowodanowej podkreślają uzyskiwany przy jej stosowaniu szybki spadek masy ciała, obniżenie stężenia triglicerydów we krwi i zmniejszenie odczuwania głodu spowodowane rozwijającą się ketozą. W krótkim okresie stosowania dieta niskowęglowodanowa powoduje dużą utratę wody (w związku z szybkim wyczerpywaniem się zasobów glikogenu, który wiąże znaczące ilości wody). Tłumaczy to fakt, iż zmniejszenie masy ciała podczas stosowania diet niskowęglowodanowych jest większe, aniżeli w przypadku innych diet odchudzających. Ponadto wykazano, że diety niskowęglowodanowe mogą powodować spadek stężenia lipidów, glukozy i insuliny w surowicy, a także obniżać ciśnienie tętnicze, są to niewątpliwe zalety diety. Panuje jednak pogląd, że omawiana dieta jest żywieniowo nieodpowiednia, może prowadzić do niedoboru niektórych niezbędnych składników odżywczych, przez co wymaga suplementacji. Rozpowszechnienie otyłości w Stanach Zjednoczonych wzrosło wyraźnie od lat 70. XX w. (mimo znaczącego spadku procentowego udziału energii pochodzącej z tłuszczu w diecie). Podczas gdy w diecie przeciętnego Amerykanina malało spożycie tłuszczu, to kompensacyjnie wzrastało spożycie węglowodanów, zwłaszcza bogatych w rafinowaną skrobię i cukry proste. Tłuszcze usunięte z produktów trzeba było - po prostu - zastąpić czymś równie atrakcyjnym pod względem smakowym. Bardzo znaczący okazał się tu również efekt psychologiczny. Konsumenci uznali, że skoro produkty te nie zawierają szkodliwych tłuszczów, to można się nimi objadać bez ograniczeń. Bardzo możliwe, że na tym polegała poprzednio niedostrzegana pułapka. Wiąże się ona z wpływem węglowodanów na wydzielanie insuliny i regulację apetytu. Dlatego kolejną alternatywą w leczeniu otyłości okazała się dieta o niskim indeksie glikemicznym (GI). DIETA O NISKIM INDEKSIE GLIKEMICZNYM Indeks glikemiczny (GI) definiowany jest jako pole powierzchni pod krzywą odpowiedzi glikemicznej mierzonej przez 2 godziny po spożyciu 50 g przyswajalnych węglowodanów z badanego produktu spożywczego. IG wyrażany jest w stosunku do odpowiedzi glikemicznej na taką samą ilość węglowodanów (50 g) pochodzące ze standardowego produktu (glukoza lub białe pieczywo) spożytego przez tę sama osobę. Na wartość indeksu glikemicznego produktu wpływają różne czynniki, zależy to od ilości węglowodanów w produkcie oraz od ich rodzaju. Sugeruje się, że żywność o niskim indeksie glikemicznym może wpływać korzystnie na regulację masy ciała poprzez zwiększenie sytości i sprzyjanie utlenianiu tłuszczu kosztem spalania węglowodanów. Żywność o niskim GI charakteryzuje się wolniejszym tempem trawienia i wchłaniania w jelicie cienkim, receptory w przewodzie pokarmowym są stymulowane przez dłuższy czas, a w rezultacie przedłużone jest sprzężenie zwrotne związane ze stymulacją wydzielania cholecystokininy i GLP-1 (glukagon like peptid I) i pobudzanie ośrodka sytości w mó-

208

A. Lebiedzińska, J. Czaja

zgu. W czasie 2 h po spożyciu posiłku zawierającego węglowodany rośnie stężenie glukozy we krwi, a to stymuluje wydzielanie zwiększonej ilości insuliny. Zwiększone stężenie insuliny w stosunku do stężenia glukagonu we krwi tworzy silny bodziec anaboliczny, który inicjuje zwiększenie magazynowania składników energetycznych (tłuszczu i glukozy), stymuluje glikogenezę i lipogenezę, a hamuje glukoneogenezę i lipolizę (zahamowana zostaje hormonozależna lipaza lipoproteinowa w tkance tłuszczowej). W czasie, gdy na skutek działania insuliny spada stężenie glukozy, pojawia się odczucie głodu. Częste dostarczanie posiłków o wysokim GI sprzyja rozwojowi insulinooporności i skutkuje hiperinsulinemią. Obiecujące wyniki przyniosły sześcioletnie, kohortowe prospektywne badania duńskie (185 mężczyzn i 191 kobiet), które wykazały istotne korelacje między dietą o wysokim IG, a przyrostem masy ciała, procentową zawartością tkanki tłuszczowej, obwodem talii u kobiet (nie wykazano tego u mężczyzn). Wysoki indeks glikemiczny prowadził do przyrostu masy ciała, tkanki tłuszczowej i obwodu talii, zwłaszcza u kobiet o siedzącym trybie życia. W badaniach populacji polskiej, u 67 otyłych kobiet (18-60 lat), bez przewlekłych schorzeń, nie przyjmujących leków hormonalnych, sprawdzano wpływ stosowania diety o niskim indeksie i tradycyjnej diety ubogoenergetycznej (1000 kcal) na zmiany masy i składu ciała, zawartość wody całkowitej i wewnątrzkomórkowej. Po 3 miesięcznej dietoterapii, u wszystkich kobiet stosujących zarówno tradycyjną dietę niskoenergetyczną, jak i dietę opartą o produkty z niskim indeksem glikemicznym, zaobserwowano istotne zmniejszenie masy ciała. Zmiany te były znacząco większe jedynie u kobiet regularnie miesiączkujących, stosujących dietę o niskim IG, w stosunku do kobiet z grupy kontrolnej. Liczne badania dotyczyły efektu oddziaływania pojedynczych posiłków na reakcje metaboliczne organizmu, mogące mieć wpływ na powstawanie otyłości. Jednym z pierwszych było badanie nastoletnich otyłych chłopców, w którym wykazano, iż spożycie żywności po posiłku o średnim GI było o 53% wyższe, a po posiłku o wysokim GI o 81% wyższe, w stosunku do posiłku o niskim GI. Ponadto, zaobserwowano wyższe stężenie insuliny we krwi, niższe stężenie glukagonu, niższe poposiłkowe stężenie kwasów tłuszczowych we krwi i podwyższone stężenie epinefryny po posiłku o wysokim indeksie glikemicznym. Wyniki przytoczonych powyżej badań sugerują, że nawet pojedynczy posiłek może mieć znaczący wpływ na to, co wybierzemy do jedzenia w kolejnych posiłkach oraz kiedy ponownie wystąpi wzrost łaknienia. Nawet jeśli rezultaty stosowanych diet o niskim IG nie różnią się istotnie od wyników innych diet, to ma ona niezaprzeczalnie lepszy wpływ na wskaźniki lipidowe, glikemię i insulinemię oraz skład ciała. Ponadto jest lepiej tolerowana przez pacjentów i zmniejsza odczuwanie głodu typowe dla standardowo stosowanych diet redukujących masę ciała. W terapii otyłości rozpatrywana jest też przydatność i skuteczność innych diet tj.: dieta śródziemnomorska, która uważana jest za najskuteczniejszą w redukcji i późniejszym utrzymaniu zredukowanej masy ciała u osób otyłych, obniżaniu stężenia cholesterolu LDL oraz stężenia glukozy w surowicy krwi u chorych z cukrzycą . Istotnym wsparciem leczenia dietetycznego jest zwiększenie aktywności ruchowej osób leczonych.

10. Podstawy dietetyki w profilaktyce chorób metabolicznych

209

LECZENIE FARMAKOLOGICZNE

W przypadku braku skuteczności terapii behawioralnej można rozważyć stosowanie leczenia farmakologicznego. Towarzystwa naukowe sugerują stosowanie farmakoterapii u pacjentów otyłych, BMI>30 kg/m2, lub mających nadwagę, BMI>27 kg/m2, z jednoczesnym występowaniem u nich dodatkowych czynników ryzyka chorób metabolicznych (nadciśnienie tętnicze, cukrzyca typu 2, podwyższone poziomy cholesterolu LDL lub obniżenie HDL, podwyższenie zawartości triglicerydów, choroba wieńcowa, zespół bezdechu sennego). Obecnie stosowane leki wspomagające leczenie otyłości możemy podzielić w zależności od ich głównego punktu działania. Do pierwszej grupy zaliczamy leki wpływające na ośrodek sytości i głodu. Kolejną grupę stanowią leki wpływające na proces trawienia i wchłaniania oraz preparaty zwiększające wydatek energetyczny organizmu. Skuteczność niektórych leków (sibutramina) może wynikać z kilku mechanizmów działania. Aktualnie podstawowymi lekami stosowanymi w leczeniu otyłości są sibutramina i orlistat. Sibutramina działa na ośrodkowy układ nerwowy (hamuje wchwyt zwrotny serotoniny i noradrenaliny z przestrzeni międzysynaptycznej). Orlistat działa w przewodzie pokarmowym (jest inhibitorem lipazy trzustkowej i żołądkowej). Tłuszcz pokarmowy ze względu na wysoką wartość kaloryczną (spalenie 1 g dostarcza ok. 9 kcal), poprawę walorów smakowych potraw i niskie właściwości sycące odgrywa ważną rolę w patogenezie otyłości. Leczenie orlistatem prowadzi do hamowania hydrolizy tłuszczów, wtórnie doprowadzając do hamowania wchłaniania kwasów tłuszczowych i glicerolu w jelitach z jednoczesnym zwiększeniem ich wydalania z kałem. Zastosowanie rutynowej dawki orlistatu (3x120 mg/dzień) z równoczesnymi ograniczeniami dietetycznymi powoduje 30% upośledzenie wchłaniania tłuszczów w świetle jelita. Stosowanie tego leku korzystnie wpływa na stężenie lipidów surowicy, ale może powodować biegunkę tłuszczową. Inne działania niepożądane, tj. dyskomfort w jamie brzusznej, gazy jelitowe, tłuszczowe lub oleiste stolce, częste defekacje i tłuste plamienia, są przemijające (o ile chory zmieni swoje nawyki żywieniowe i nie będzie spożywał zbyt dużej ilości tłuszczu). Uczy to osobę otyłą właściwego modelu żywienia. Poza tym u pacjentów z cukrzycą typu 2 po roku leczenia orlistatem uzyskano istotną redukcję masy ciała w porównaniu z placebo. Metformina była także lekiem ocenianym pod względem wpływu na masę ciała. Lek ten zmniejsza glukoneogenezę w wątrobie i zwiększa obwodową wrażliwość tkanek na insulinę oraz hamuje wchłanianie glukozy w przewodzie pokarmowym. Wywiera również korzystny wpływ na stężenie lipidów w surowicy, zmniejszając stężenie cholesterolu całkowitego, cholesterolu LDL oraz triglicerydów, dlatego też stosowana jest w leczeniu cukrzycy typu 2 ze współistniejącą otyłością. Do chwili obecnej metformina nie uzyskała rejestracji leku stosowanego w leczeniu otyłości, której nie towarzyszy cukrzyca. Ustawicznie poszukuje się skutecznych i pozbawionych działań niepożądanych leków i innych sposobów, które mogłyby doprowadzić do trwałej redukcji masy ciała oraz poprawy profilu ryzyka sercowo-naczyniowego. Na razie jednak, zmiana stylu życia prowadząca do zwiększenia aktywności fizycznej oraz zmiana jakości i ilości przyjmowanych pokarmów, a w konsekwencji do redukcji masy ciała, stwarzają szanse do ograniczenia rozwoju epidemii otyłości.

210

A. Lebiedzińska, J. Czaja

10.1.2. ŻYWIENIE W CUKRZYCY

Cukrzyca jest chorobą przewlekłą, która wymaga stałej opieki medycznej oraz szkolenia chorych w zakresie samokontroli w celu zapobiegania ostrym powikłaniom oraz zmniejszenia ryzyka powikłań odległych. Główne powikłania cukrzycy to makroangiopatia wyrażająca się przede wszystkim w postaci choroby niedokrwiennej serca oraz miażdżycy naczyń obwodowych, a także mikroangiopatie takie jak: nefropatia, retinopatia i neuropatia. •

• •

Kryteria rozpoznania cukrzycy opierają się na badaniu poziomu glukozy: Kliniczne objawy cukrzycy i przygodne stężenie glukozy w osoczu ≥ 200 mg/L (11,1 mM/L). „Przygodne” oznacza pomiar glikemii o jakiejkolwiek porze dnia, bez względu na czas, jaki upłynął od ostatniego posiłku. Klasyczne objawy cukrzycy obejmują: wielomocz, wzmożone pragnienie i niewyjaśnioną utratę masy ciała; Stężenie glukozy na czczo (co najmniej 8 godz. po posiłku) ≥ 126 mg/L (7,0 mM/L); Stężenie glukozy po 2 godzinach od obciążenia 75 g glukozy (test tolerancji glukozy).

Zainteresowanie rolą żywienia w leczeniu zaburzeń metabolicznych sięga bardzo dawnych czasów i wiąże się głównie z leczeniem cukrzycy. Poglądy na sposób żywienia w tej chorobie wynikały z wiedzy lekarskiej rozwijanej w drodze obserwacji stanu pacjenta w zależności od jego żywienia. Początkowo zalecano chorym diety niskoenergetyczne (1200 kcal), niestety taka kuracja często kończyła się śmiercią. Po odejściu od diet głodowych dominowała tendencja do dużej podaży tłuszczu przy znacznym ograniczeniu węglowodanów. W miarę upływu lat zaczęto rekomendować ograniczenie spożycia tłuszczu zwiększając jednocześnie zawartość węglowodanów w diecie. Znajduje to wytłumaczenie w postępie wiedzy na temat żywienia w rozwoju miażdżycy, która jest głównym powikłaniem i przyczyną zgonów u pacjenta z cukrzycą typu 2. U chorych na cukrzycę typu 2. poza miażdżycą często obserwuje się nadwagę i otyłość oraz nadciśnienie krwi i hiperlipidemię. Dlatego też, celem diety u chorych na cukrzycę jest nie tylko obniżanie poziomu glukozy w surowicy, ale również zwalczanie towarzyszących zaburzeń metabolicznych. Przystępując do leczenia pacjenta z cukrzycą, należy pamiętać, iż pierwotnym celem leczenia dietetycznego jest uzyskanie, bądź utrzymanie prawidłowych wartości glukozy i lipidów we krwi oraz ciśnienia tętniczego. U osób z nadwagą, bądź otyłością niezbędne jest zastosowanie diety niskoenergetycznej i utrata masy ciała. Zaleca się umiarkowane ograniczenie kalorii (200-500 kcal, tj. mniej niż średnie dzienne zapotrzebowanie) z odpowiednim ograniczeniem tłuszczu ogółem i z jednoczesnym zwiększeniem aktywności fizycznej. Umiarkowana redukcja masy ciała o 5-9 kg pozwala zredukować hiperglikemię, dyslipidemię i nadciśnienie. Zgodnie z obecnie przyjętymi poglądami spożycie białka przez chorych na cukrzycę nie różni się od zaleceń dla populacji ogólnej i winno znajdować się na poziomie ∼1025% ogółu energii. Białko powinno być pochodzenia zwierzęcego i roślinnego. Zaostrzenia w spożyciu białka dotyczą chorych z nefropatią. Obecnie powszechnie przyjmuje się, iż spożycie białka winno być na poziomie 0,8 g/kg na dobę, chociaż rozważana jest mniejsza ilość tzn. 0,6 g /kg/dobę.

10. Podstawy dietetyki w profilaktyce chorób metabolicznych

211

W celu osiągnięcia celów terapeutycznych należy ograniczyć spożycie tłuszczu do 30% ogółu energii. Mniej niż 10% energii powinny stanowić kwasy tłuszczowe nasycone. Podobny odsetek dotyczy spożycia kwasów tłuszczowych wielonienasyconych. Na spożycie energii pochodzącej z kwasów tłuszczowych jednonienasyconych i węglowodanów pozostaje 60-70%. Dystrybucja energii z tych dwóch składników winna być zindywidualizowana w zależności od oceny żywienia i celów leczenia. U osób z hipercholesterolemią należy bardziej ograniczyć spożycie kwasów tłuszczowych nasyconych (