Ocena zawartości i potencjalnej biodostępności składników

812
Probl Hig Epidemiol 2015, 96(4): 812-815
Ocena zawartości i potencjalnej biodostępności składników
mineralnych z wybranych produktów wysokobłonnikowych
Evaluation of content and potential bioavailability of minerals from selected food products
rich in dietary fiber
Zbigniew Krejpcio 1/, Joanna Suliburska 1/, Halina Staniek 1/, Ewelina Król 1/, Rafał Wójciak 1,2/,
Katarzyna Marcinek 1/, Agnieszka Grochowicz 1/
1/
2/
Zakład Higieny i Toksykologii Żywności, Katedra Higieny Żywienia Człowieka, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Zakład Psychologii Klinicznej, Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
Wprowadzenie. Błonnik pokarmowy odgrywa bardzo ważną rolę
w prawidłowym funkcjonowaniu przewodu pokarmowego, m.in. zapobiega
zaparciom, obniża poziom cholesterolu i trójglicerydów, stabilizuje poziom
glukozy. Jednak spożywany w nadmiarze może ograniczać wchłanianie
składników mineralnych, co wynika z jego zdolności do wiązania jonów
metali i tworzenia kompleksów.
Cel. Określenie zawartości składników mineralnych (Ca, Mg, Fe, Zn
i Cu) oraz ich potencjalnej biodostępności w wybranych 6 produktach
wysokobłonnikowych, w warunkach in vitro.
Materiały i metody. Materiałem do badań były ogólnodostępne w handlu
detalicznym wybrane produkty (ziarno amarantusa, otręby owsiane, musli
z otrębami, musli 6 zbóż, ciasteczka zbożowe Saimki i preparat błonnikowy
Fibella). Zawartość Ca, Mg, Fe, Zn i Cu w produktach natywnych oznaczono
metodą ASA, a potencjalną biodostępność względną metodą trawienia
enzymatycznego w warunkach in vitro.
Wyniki. Zawartość składników mineralnych w badanych produktach
wysokobłonnikowych była bardzo zróżnicowana i zależała zarówno od
rodzaju i składu surowcowego produktu, jak i od rodzaju pierwiastka
mineralnego i wynosiła (w mg/100 g s.m.) dla: Ca (15,39-178,7);
Mg (32,27-259,57); Fe (1,31-7,70); Zn (1,64-4,28) i Cu (0,16-0,95).
Biodostępność względna składników mineralnych w badanych produktach
wysokobłonnikowych zależała od rodzaju pierwiastka i produktu, przy czym
była ogólnie najwyższa dla Zn (34-72%), umiarkowana dla Mg (12-41%),
Cu (11-37%) i Fe (6-45%), a najniższa dla Ca (6-15%).
Wnioski. Zawartość składników mineralnych w produktach
wysokobłonnikowych zależy od rodzaju pierwiastka i produktu.
Biodostępność względna składników mineralnych nie zależy od ich
zawartości natywnej w produktach wysokobłonnikowych.
Introduction. Dietary fiber plays a very important role in proper functioning
of alimentary tract, prevents constipation, lowers blood cholesterol and
lipids, stabilizes the blood glucose level. However an excessive fiber intake
reduces the bioavailability of minerals, due to metal chelating affinity and
formation of complexes.
Aim. To assess in vitro the content and potential bioavailability of minerals
(Ca, Mg, Fe, Zn and Cu) in 6 kinds of food products rich in dietary fiber.
Material & Method. The materials studied were 6 types of high fiber
food products (amaranth, oat bran, muesli with bran, muesli of 6 cereals,
Saimki cereal cookies and Fibella – a high fiber formula). The content of
minerals in food products was determined by the AAS method, while their
potential bioavailability by the enzymatic digestion, in vitro.
Results. The mineral content in the studied food products was highly
variable and depended on the type and composition of product and type of
mineral, and amounted to (in mg/100 g of dry mass): Ca (15.39‑178.7);
Mg (32.27-259.57); Fe (1.31-7.70); Zn (1.64-4.28) and Cu (0.16-0.95).
The potential bioavailability of minerals in the studied high fiber food
products depended on the type of mineral and product, being the highest
for Zn (34-72%), moderate for Mg (12-41%), Cu (11-37%) and Fe
(6‑45%), while the lowest for Ca (6-15%).
Conclusion. The mineral content in products rich in dietary fiber depends
on the type of mineral and food product. The relative bioavailability of
minerals in these products does not correlate with their native content.
Key words: high fiber food products, minerals, content, bioavailability
Słowa kluczowe: produkty wysokobłonnikowe, składniki mineralne,
zawartość, biodostępność
© Probl Hig Epidemiol 2015, 96(4): 812-815
www.phie.pl
Nadesłano: 19.05.2015
Zakwalifikowano do druku: 04.12.2015
Adres do korespondencji / Address for correspondence
prof. dr hab. Zbigniew Krejpcio
Zakład Higieny i Toksykologii Żywności, Katedra Higieny Żywienia
Człowieka, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
ul. Wojska Polskiego 31, 60-624 Poznań
tel. 605 83 02 23, e-mail: [email protected]
Krejpcio Z i wsp. Ocena zawartości i potencjalnej biodostępności składników mineralnych z wybranych produktów ...
Wprowadzenie
W polskiej racji pokarmowej, źródłem błonnika
pokarmowego są przede wszystkim przetwory zbożowe (wnoszą ok. 58% tego składnika) oraz warzywa
i ziemniaki (33%) [4, 5]. Według zaleceń żywieniowych, ilość tego składnika w diecie powinna wynosić,
w zależności od grupy wiekowej ludności i płci od 10
do 24 g/d [3]. Zdaniem ekspertów EFSA, spożycie
błonnika pokarmowego wyższe niż 25 g/d może dawać
efekt pozytywny przy utrzymaniu należnej masy ciała
lub redukcji ryzyka chorób dietozależnych [6].
W ostatnich latach na rynku żywności pojawiło
się szereg produktów naturalnie bogatych lub wzbogaconych w błonnik pokarmowy, takie jak np. otręby
zbożowe, nasiona, preparaty wzbogacone w określone
frakcje włókna pokarmowego. Produkty takie są także
źródłem niezbędnych makro- i mikroelementów, jednak ich biodostępność jest ograniczona przez obecność
niektórych włókien pokarmowych (np. pektyny) oraz
innych związków posiadających zdolność wiązania
jonów metali (np. związki polifenolowe, taniny, fityniany, szczawiany).
Cel
Określenie zawartości składników mineralnych
(Ca, Mg, Fe, Zn i Cu) oraz ich potencjalnej biodostępności w wybranych 6 produktach wysokobłonnikowych, w warunkach in vitro.
Materiały i metody
Materiał do badań stanowiło 6 wybranych
produktów wysokobłonnikowych zawierających co
najmniej 8 g błonnika/100 g, takie jak: ziarno amarantusa, otręby owsiane, musli z otrębami, musli 6 zbóż,
ciasteczka zbożowe Saimki i preparat błonnikowy
Fibella. Produkty te zakupiono w handlu detalicznym (w sklepach ze „zdrową żywnością”) na terenie
miasta Poznania, w okresie od października 2010 r.
do lutego 2011 r. Z produktów handlowych sporządzono średnie próbki laboratoryjne, które dokładnie
zmielono i następnie pobrano po ok. 2 g w trzech powtórzeniach dla każdej próbki do tygli kwarcowych.
Zawartość wody w materiale zbożowym oznaczono
metodą suszarkową. Wysuszone próbki spopielano
w piecu muflowym (Nabertherm P330, GmbH, Germany) w temp. 250-450°C. Uzyskany popiół (wolny
od cząstek węgla) rozpuszczono na gorąco w 1 mol/
dm3 HNO3 (Merck) i przenoszono ilościowo do kolbek
miarowych z PP o pojemności 50 cm3. W roztworach
mineralizatów, po odpowiednim rozcieńczeniu roztworem 1 mol/dm3 HNO3 (lub dla Ca i Mg – roztworem 0,3% LaCl3), oznaczono zawartości Ca, Mg, Fe,
Zn i Cu metodą płomieniowej atomowej spektrome-
813
trii absorpcyjnej (ASA) przy użyciu spektrometru
AAS-3 (Zeiss, Jena). Wyniki pomiarów wyrażono
jako średnie arytmetyczne i odchylenia standardowe
uzyskane z 3 równoległych powtórzeń, w mg/100 g
s.m. produktu. Poprawność procedury analitycznej
określono na podstawie wielkości odzysku (recovery)
poszczególnych składników mineralnych dla certyfikowanego materiału odniesienia (Soya Bean Flour,
INCT-SBF-4), który wynosił dla Ca, Mg, Fe, Zn i Cu
odpowiednio: 98,2; 96,6; 96,7; 94,2 i 98,5%. Granica
oznaczalności metody (LOQ) wynosiła dla Ca, Mg,
Fe, Zn i Cu odpowiednio: 0,040; 0,010; 0,050; 0,050
i 0,020 (mg/dm3).
W celu określenia potencjalnej biodostępności
względnej Ca, Mg, Fe, Zn i Cu z surowców i produktów
zbożowych, próbki poddano trawieniu enzymatycznemu w warunkach in vitro [7, 8]. Z każdego materiału
odważono w kolbce stożkowej po 2 g rozdrobnionej
próbki i dodano 20 cm3 wody dejonizowanej. Następnie doprowadzano odczyn mieszaniny do pH 2,0 za
pomocą roztworu 0,1 mol/dm3 HCl oraz poddano
działaniu pepsyny (0,5 cm3/100 cm3 homogenatu).
Próbki umieszczono w termostatowanej łaźni wodnej
o temp. 37°C i wytrząsano przez 2 godziny, kontrolując
jednocześnie pH. Następnie doprowadzono pH do
wartości 6,8-7,0 oraz poddano działaniu pankreatyny
(10 cm3/40 cm3 homogenatu) i ponownie wytrząsano w łaźni wodnej w tych samych warunkach przez
4 godziny. Po zakończeniu procesu trawienia próbki
odwirowano przez 10 minut przy szybkości 3800
obrotów/min. Następnie pobrano 10 cm3 klarownego
supernatantu do naczyń teflonowych i dodano 5 cm3
stężonego kwasu azotowego(V) (Merck), po czym
umieszczono w piecu mikrofalowym MARS-5 (CEM
Corp.) Po zakończeniu mineralizacji próbki przenoszono ilościowo do kolbek miarowych o pojemości
50 cm3. Oznaczenie zawartości pierwiastków Ca, Mg,
Fe, Zn i Cu wykonano metodą spektrometrii absorpcji
atomowej (spektrometr AAS-3, Zeiss). Każda z próbek
była analizowana w trzech powtórzeniach. Potencjalną
biodostępność względną (Bw), wyrażoną w % ilości
natywnej, zwaną dalej „biodostępnością” wyrażono
jako stosunek ilości składnika mineralnego uwolnionego z podczas trawienia enzymatycznego z jednostki
masy produktu (x1), do całkowitej ilości tego składnika w jednostce masy produktu (x2), pomnożony przez
100, wg wzoru: Bw [%]=(x1/x2)*100%. Uzyskane
wyniki analizowano statystycznie z wykorzystaniem
analizy wariancji jednoczynnikowej ANOVA, testu
Tukeya, przy poziomie istotności α=0,05. Wszystkie
obliczenia wykonano przy pomocy programów komputerowych Excel 2007 oraz Statistica 10.0.
814
Probl Hig Epidemiol 2015, 96(4): 812-815
Wyniki
II). Wyższą wartością wskaźnika Bw dla Ca odznaczały się ciasteczka zbożowe Saimki (15,42%), a najniższą musli z otrębami (6,04%). Najwyższą wartość
Bw dla Mg wykazywał preparat błonnikowy Fibella
(41,73%), a najniższą otręby owsiane (12,01%).
W przypadku Fe najwyższą wartość Bw oznaczono
w musli z otrębami (45,73%), a najniższą w otrębach
owsianych (6,44%). Najwyższą wartość Bw dla Zn
charakteryzował się amarantus (72,72%), a najniższą
musli 6 zbóż (34,38%). Najwyższą wartość Bw dla
Cu charakteryzowały się otręby owsiane (37,60%),
a najniższą preparat błonnikowy Fibella (11,46%).
W tabeli I przedstawiono zawartość Ca, Mg, Fe, Zn
i Cu w produktach wysokobłonnikowych w mg/100
g s.m. Zawartość Ca w produktach wysokobłonnikowych była bardzo zróżnicowana i wahała się średnio od
15,39 do 178,73 mg/100 g s.m. Najwyższą zawartością
Ca charakteryzował się amarantus (178,73 mg/100 g
s.m.), a najniższą musli 6 zbóż (15,39 mg/100 g s.m.).
Zawartość Mg w produktach wysokobłonnikowych
wahała się średnio od 32,27 do 259,57 mg/100 g
s.m. Najwięcej Mg zawierały otręby owsiane (259,57
mg/100 g s.m.), a najmniej preparat błonnikowy Fibella (32,27 mg/100 g s.m.). Poziom Fe w produktach
wahał się od 1,31 do 7,70 mg/100 g s.m., przy czym
najwięcej tego składnika zawierał amarantus (7,70
mg/100 g s.m.), a najmniej preparat błonnikowy Fibella (1,31 mg/100 g s.m.). Zawartość Zn w produktach
wysokobłonnikowych mieściła się w zakresie od 1,64
do 4,28 mg/100 g s.m. Najwięcej Zn zawierał preparat
błonnikowy Fibella (4,28 mg/100 g s.m.), a najmniej
musli 6 zbóż (1,64 mg/100 g s.m.). Poziom Cu w produktach wysokobłonnikowych wahał się w przedziale
od 0,16 do 0,84 mg/100 g s.m.). Najwięcej tego
pierwiastka stwierdzono w ciasteczkach zbożowych
Saimki (0,95 mg/100g s.m.), a najmniej w preparacie
błonnikowym Fibella (0,16 mg/100g s.m.).
Biodostępność względna (Bw) składników mineralnych nie korelowała z ich zawartością natywną
w badanych produktach wysokobłonnikowych (tab.
Dyskusja
Ogólnie stwierdzono, że zawartość składników
mineralnych produktach wysokobłonnikowych jest
bardzo zróżnicowana i zależy od wielu czynników,
m.in. od składu surowcowego i jego pochodzenia, rodzaju i ilości użytych frakcji oraz rodzaju pierwiastka
mineralnego. Składniki mineralne gromadzą się z nierównym stopniu w różnych częściach anatomicznych
rośliny, przy czym największe ilości występują zwykle
w okrywie okołonasiennej. Jony metali są wiązane
przez szereg organicznych ligandów, m.in. przez fityniany, związki polifenolowe, taniny, błonnik pokarmowy, szczawiany. Największe powinowactwo do jonów
dwuwartościowych wykazują fityniany i pektyny,
a także związki posiadające w strukturze cząsteczki
wolne grupy karboksylowe, hydroksylowe i aminowe
[9].
Tabela I. Zawartość składników mineralnych w produktach wysokobłonnikowych [mg/100 g s.m.]
Table I. Mineral content in high fiber food products [mg/100 g of d.m.]
Zawartość /Content [xśr±SD, mg/100 g s.m. (d.m.)]
Produkt /Product
Ca
Mg
Fe
Zn
Cu
amarantus /amaranth
178,73±7,61e
131,54±0,49d
7,70±0,04d
2,73±0,02b
0,84±0,02d
otręby owsiane /oat bran
133,02±2,46c
259,57±3,84f
4,11±0,06c
3,24±0,02c
0,31±0,01b
musli z otrębami /muesli with bran
55,03±2,17
101,68±0,38
2,66±0,04
2,24±0,01
0,47±0,01c
musli 6 zbóż /muesli of 6 cereals
15,39±4,96
71,87±1,07
2,15±0,01
a
1,64±0,01
0,43±0,01c
ciasteczka zbożowe Saimki /Saimki cereal cookies
42,08±1,48b
154,32±0,27e
4,26±0,03c
3,67±0,01c
0,95±0,01d
preparat błonnikowy Fibella /Fibella – a high fiber formula
150,45±0,34d
32,27±0,18a
1,31±0,02a
4,28±0,02d
0,16±0,01a
b
a
c
b
b
b
b
*Średnie w kolumnach oznaczone różnymi literami różnią się istotnie, przy poziomie istotności p<0,05 /Mean values marked with different letters are signifi‑
cantly different, at the significance level of p<0.05
Tabela II. Biodostępność względna (Bw) składników mineralnych z produktów wysokobłonnikowych [% ilości natywnej]
Table II. Potential bioavailability (Pb) of minerals from high fiber food products [% of native content]
Produkt /Product
Bw /Pb [xśr±SD, %]
Ca
Mg
Fe
Zn
Cu
amarantus /amaranth
6,41±0,55a
22,54±1,40b
7,43±0,32a
72,72±3,75d
30,84±0,22c
otręby owsiane /oat bran
7,46±0,72a
12,01±0,57a
6,44±1,43a
53,62±4,02c
37,60±2,78c
musli z otrębami /muesli with bran
6,04±0,74
a
19,92±0,94
45,73±3,85
c
58,13±1,66
26,8±1,62b
musli 6 zbóż /muesli of 6 cereals
7,10±2,24
a
20,71±1,18
28,49±1,32
a
34,38±1,71
18,66±7,58b
ciasteczka zbożowe Saimki /Saimki cereal cookies
15,42±0,13
35,08±1,16
26,77±3,03
b
49,72±3,38
19,08±7,92b
preparat błonnikowy Fibella /Fibella – a high fiber formula
12,07±0,42b
41,73±0,77d
11,28±0,72b
44,89±1,11b
11,46±2,06a
b
b
b
c
d
c
c
*Biodostępności względne w kolumnach oznaczone różnymi literami różnią się istotnie, przy poziomie istotności p<0,05 /Relative bioavailability values
marked with different letters are significantly different, at the significance level of p<0.05
Krejpcio Z i wsp. Ocena zawartości i potencjalnej biodostępności składników mineralnych z wybranych produktów ...
W poprzedniej pracy autorów [8] wykazano, że
największy wpływ na biodostępność Ca, Mg, Fe i Zn
(ale nie Cu) z ziarna zbóż ma usunięcie łuski, co
można tłumaczyć zmniejszeniem zawartości związków chelatujących metale (polifenoli, szczawianów,
fitynianów). Innym czynnikiem determinującym biodostępność składników mineralnych jest błonnik pokarmowy zawarty głównie w okrywie okołonasiennej
ziarna, który może wpływać na aktywność enzymów
trawiennych [10]. Amarowicz i wsp. [11] podają,
że niektóre składniki błonnika pokarmowego mogą
oddziaływać z grupami amfoterycznymi enzymów
trawiennych, prowadząc do zmniejszenia ich aktywności. Ponadto niektóre frakcje hydratowane błonnika
mogą zmniejszać oddziaływanie enzymu z substratem.
W naszej poprzedniej pracy [7] wykazano, że stopień
uwalniania Ca z ziarna ryżu białego (obłuszczonego)
był wyższy (o ok 130%) niż z ziarna ryżu brązowego
(z łuską), natomiast w przypadku Zn zanotowano
815
zależność odwrotną. Z kolei Gillooly i wsp. [12] donoszą, że wchłanianie Fe z otrębów pszennych było
znacznie wyższe w porównaniu z mąką pszenną.
Natomiast Franz i wsp. [13] zaobserwowali, że uwalnianie cynku z mąki pszennej i ziarna obłuszczonego
było wyższe niż z mąki pełnoziarnowej.
Wnioski
1. Zawartość składników mineralnych (Ca, Mg, Fe,
Zn i Cu) w badanych produktach wysokobłonnikowych była bardzo zróżnicowana i zależała
zarówno od rodzaju i składu surowcowego produktu, jak i od rodzaju pierwiastka mineralnego.
2. Biodostępność względna składników mineralnych
nie korelowała z ich zawartością w badanych produktach wysokobłonnikowych; ogólnie najwyższą
biodostępność oznaczono dla Zn (34-72%),
umiarkowaną dla Mg (12-41%), Cu (11-37%)
i Fe (6-45%), a najniższą dla Ca (6-15%).
Piśmiennictwo / References
1. Dyrektywa Komisji Europejskiej 90/496/EEC z dnia 20 maja
2008.
2. Jarosz M (red). Normy żywienia dla populacji polskiej –
nowelizacja. IŻŻ, Warszawa 2012.
3. Kunachowicz H, Nadolna I, Iwanow K i wsp. Wartość
odżywcza wybranych produktów spożywczych i typowych
potraw. PZWL, Warszawa 2012.
4. Statement of the Scientific Panel on Dietetic Products,
Nutrition and Allergies on a request from the Commission
related to dietary fiber. EFSA J 2007.
5. Bienkiewicz M, Bator E, Bronkowska M. Błonnik pokarmowy
i jego znaczenie w profilaktyce zdrowotnej. Probl Hig
Epidemiol 2015, 96(1): 57-63.
6. EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition, and Allergies
(NDA). Scientific Opinion on Dietary Reference Values for
carbohydrates and dietary fiber. EFSA J 2010, 8(3): 1462(77
pp).
7. Suliburska J, Krejpcio Z. Evaluation of the content and
bioaccessibility of iron, zinc, calcium and magnesium from
groats, rice, leguminous grains and nuts. J Food Sci Technol
2014, 51(3): 589-594.
8. Krejpcio Z, Suliburska J, Król E i wsp. Wpływ rodzaju
ziarna zboża i stopnia jego przetworzenia na potencjalną
biodostępność składników mineralnych w warunkach in
vitro. Bromat Chem Toksykol 2015, 1: 74-80.
9. Beecher GR. Phytonutrients’ role in metabolism: effects
on resistance do degenerative processes. Nutr Rev 1999,
57(9Pt2): S3-S6.
10. Krejpcio Z, Suliburska J, Hyżyk A, et al. Ocena zawartości
i potencjalnej biodostępności składników mineralnych
z żywności dla diabetyków. Bromat Chem Toksykol 2012,
3: 1105-1109.
11. Amarowicz R, Korczakowska B, Smoczyńska K. Effect of
fiber from buckwheat on the in vitro enzymatic digestion of
protein. Nahrung 1988, 32(10): 1005-1006.
12. Gillooly M, Bothwell TH, Charlton RW, et al. Factors affecting
the absorption of iron from cereals. Br J Nutr 1984, 51(1):
37-46.
13. Franz KB, Kennedy BM, Fellers DA. Relative bioavailability
of zinc from selected cereals and legumes using rat growth.
J Nutr 1980, 110(11): 2272-2283.