Wykład prof. Wacława Leszczyńskiego
Magnificencjo Rektorze i Wysoki Senacie Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Szanowna Pani Dziekan i Dostojna Rado Wydziału Technologii Żywności.
Na początku swego wystąpienia chciałbym serdecznie podziękować za nadanie mi najwyższej godności akademickiej jaką stanowi doktorat honoris causa. Jest ona dla mnie jako nauczyciela akademickiego szczególnym wyróżnieniem zwłaszcza, że otrzymuję je od uczelni rolniczej, jak to wynika z jej nazwy. Choć od kilkudziesięciu lat przedmiotem mojej pracy badawczej i zajęć dydaktycznych jest technologia żywności, to jednak jestem absolwentem kierunku kształcenia rolnictwo i jestem z tego dumny i zadowolony. Znajomość problematyki rolniczej pomagała mi w badaniach oraz we współpracy z przedstawicielami nauki i praktyki rolniczej.
Za nadanie mi tego zaszczytnego wyróżnienia wielce wdzięczny jestem Pani Dziekan Profesor Teresie Fortunie i Radzie Wydziału Technologii Żywności uczelni krakowskiej. Wydział ten jest mi szczególnie bliski, gdyż jest on związany z moim Wydziałem Nauk o Żywności wspólnymi tradycjami lwowskiego ośrodka naukowego technologii żywności z czasów przed II Wojną Światową. Serdecznie dziękuję Magnificencji Rektorowi prof. Januszowi Żmiji oraz Wysokiemu Senatowi za akceptację wniosku Wydziału Technologii Żywności i pozytywne jego rozpatrzenie. Równocześnie wyrażam wdzięczność recenzentom postępowania w mojej sprawie, Pani Prof. Łucji Fornal i Panu Prof. Adolfowi Horubale za wielce pochlebne recenzje dotyczące mojego dorobku i osiągnięć.
Magnificencjo Rektorze, Wysoki Senacie, Szanowna Pani Dziekan, Czcigodna Rado Wydziału Technologii Żywności, Magnificencjo Rektorze mojej Uczelni, Najdostojniejszy Księże Biskupie, Szanowny Panie Dziekanie mego Wydziału, Panie i Panowie Profesorowie Drodzy Koledzy, Moja kochana Rodzino, Szanowni Państwo.
Jak wcześniej wspomniałem, od lat zajmuję się technologią żywności, czyli przemysłowym przetwarzaniem produktów rolniczych. W swojej pracy badawczej staram się, aby wyniki naszych prac mogły zostać zastosowane w praktyce przynosząc korzyści społeczeństwu i indywidualnym ludziom.
Zgodnie z akademicką tradycją, nowo mianowany doktor honoris causa powinien wygłosić wykład naukowy z dziedziny jaką się zajmuje w swych badaniach. Głównym obiektem moich zainteresowań naukowych jest skrobia, zwłaszcza ziemniaczana oraz jej przetwarzanie i zastosowanie. Wiele z tych badań zapewne nie wzbudziłoby Państwa zainteresowania, jako zbyt specjalistyczne. Jest jednak jeden temat z obszaru badania skrobi, dotyczący wszystkich ludzi, którzy spożywają produkty skrobiowe w jakiejkolwiek postaci – pieczywa, ziemniaków, kasz, makaronów, czy płatków i chrupek. Tematem tym zajmujemy się w naszej katedrze od około 10 lat, a dotyczy on skrobi opornej.
Skrobia oporna
Skrobia jest jednym z głównych składników codziennej diety człowieka. Zbudowana jest z łańcuchów cząsteczek reszt glukozowych. Spożyta skrobia, w przewodzie pokarmowym pod działaniem enzymów amylolitycznych ulega hydrolizie do glukozy, która jest wchłaniana w dwunastnicy, a zwłaszcza w jelicie cienkim i przechodzi do krwioobiegu. Wchłonięta glukoza jest jedynym źródłem energii dla centralnego układu nerwowego i krwinek czerwonych. Jest też niezbędna w procesie utleniania w organizmie kwasów tłuszczowych oraz do syntezy aminokwasów. W wyniku procesów enzymatycznych utleniania glukozy, z każdego grama organizm uzyskuje ok. 4 kcal (16,7 kJ) niezbędnej do życia energii.
Zapotrzebowanie organizmu na energię pokrywane jest w 50 do 60% przez węglowodany, głównie przez skrobię. Oczywiście nadmierne spożywanie węglowodanów może prowadzić do otyłości i skutków z nią związanych.
Do niedawna skrobia uchodziła za związek całkowicie trawiony, gdyż nie znajdywano jej w odchodach. Jak się jednak okazało, w pełni trawiona jest skrobia poddanej obróbce hydrotermicznej (czyli w postaci skleikowanej), spożyta zaraz po przygotowaniu. Również surowa skrobia z pewnych rodzajów roślin (np. zbóż), może ulegać całkowitemu, chociaż powolnemu strawieniu.
Pewna ilość spożywanej skrobi może być jednak niecałkowicie strawiona i w formie nienaruszonej, lub w postaci produktów jej niecałkowitej hydrolizy (nie do glukozy) przechodzi przez jelito cienkie do jelita grubego. Ta część skrobi została nazwana „skrobią oporną” (resistant starch - RS). Stanowi ona różnicę między ilością skrobi spożytej, a ilością skrobi rozłożonej przez enzymy do glukozy, która przez jelito cienkie dostała się do krwioobiegu. Skrobią oporną nazywamy więc sumę skrobi i produktów jej rozkładu niewchłanianej w jelicie cienkim zdrowego człowieka.
Wyróżnia się cztery formy skrobi opornej
- RS 1 – fizycznie niedostępna,
- RS 2 – skrobia surowych (nieskleikowanych) gałeczek niektórych gatunków roślin,
- RS 3 – skrobia zretrogradowana.
- RS 4 – skrobia chemicznie lub fizycznie zmodyfikowana.
Skrobię oporną typu 1 (RS 1), stanowi skrobia zawarta w komórkach roślinnych o nieuszkodzonych ścianach komórkowych, np. w ziarnie zbóż nie w pełni zmielonym. Jest ona niedostępna dla enzymów amylolitycznych, gdyż w przewodzie pokarmowym człowieka brak jest enzymów zdolnych do rozłożenia składników ścian komórek roślinnych. Skrobia ta wraz z fragmentem tkanki roślinnej przechodzi przez jelito cienkie w stanie nienaruszonym.
Skrobia oporna typu 2 (RS 2), to gałeczki surowej skrobi niektórych gatunków roślin, np. ziemniaka, czy banana. Oporność surowej skrobi ziemniaczanej na działanie enzymów amylolitycznych po raz pierwszy ogłosił w swej pracy doktorskiej obronionej na Politechnice Lwowskiej w 1937 r. Franciszek Nowotny, twórca technologii żywności w Krakowie. Stwierdził on, że surowa skrobia ziemniaczana w odróżnieniu od skrobi z innych gatunków roślin w bardzo małym stopniu ulega hydrolizie enzymatycznej. Pracą Franciszka Nowotnego opiekował się jego zwierzchnik Aleksander Tychowski w Katedrze Technologii Rolniczej w Dublanach będącej jednostką organizacyjną Politechniki Lwowskiej. Po II wojnie światowej prof. Tychowski był twórcą technologii żywności we Wrocławiu. Dopiero 40 lat później, bo w latach siedemdziesiątych XX wieku podobne wyniki co Franciszek Nowotny uzyskali badacze japońscy - Fuwa w 1977 r. i Sugimoto w 1980 r., a potem również i inni.
Skrobię oporną typu 3 (RS 3) stanowi substancja wytrącona z kleiku, lub żelu skrobiowego w procesie retrogradacji. Roztwór koloidalny skrobi powstały w czasie jej kleikowania, po obniżeniu temperatury żeluje. W wyniku tego stała faza skrobiowa tworzy strukturę siateczki, wiążącą w oczkach fazę wodną. Ułożone równolegle podwójne helisy łańcuchów skrobi podczas przechowywania żelu ulegają agregacji tworząc termostabilne struktury krystaliczne, przejawiające oporność na działanie enzymów amylolitycznych. Skrobia taka powstaje w czasie czerstwienia pieczywa, w schłodzonych ziemniakach po ugotowaniu i w innych produktach skrobiowych.
Skrobię oporną typu 4 (RS 4) stanowi skrobia zmodyfikowana chemicznie lub fizycznie (głównie termicznie), względnie przy zastosowaniu obu tych procesów. Wprowadzenie podczas modyfikacji chemicznej do łańcuchów skrobi różnych podstawników, które wiążą się z resztami glukozowymi i związane z tym zmiany przestrzenne struktury łańcuchów skrobi, utrudnia normalne działanie enzymów. Hydroksypropylowy fosforan dwuskrobiowy wykazuje dwukrotnie niższą podatność na działanie amylazy niż skrobia naturalna.
Właściwości skrobi opornej wykazuje fosforan monoskrobiowy skrobi naturalnej i rozpuszczalnej oraz produkty poddawania go działaniu pola mikrofalowego, a także inne skrobie chemicznie i fizycznie modyfikowane. Znaczną opornością (40-50%) na działanie amylaz odznaczają się preparaty skrobi retrogradowanej, a następnie modyfikowanej chemicznie.
Aby uzyskać jak największą ilość energii z potraw bogatych w węglowodany należy je spożywać bezpośrednio po obróbce termicznej, powodującej skleikowanie w nich skrobi, a co za tym idzie całkowite jej strawienie. Podczas przechowywania takich produktów, ze względów sanitarnych w warunkach chłodniczych, zachodzi proces retrogradacji skrobi. Proces ten zmniejsza ilość skrobi ulegającej strawieniu, powoduje więc obniżenie wartości kalorycznej produktu. W myśl obecnych poglądów na sposób odżywiania się, dąży się do ograniczenia kaloryczności posiłków, więc taki proces można uznać jako korzystny. Równocześnie przy wzroście spożycia żywności wysoko przetworzonej, nastąpiło znaczne ograniczenie w diecie ilości błonnika pokarmowego, niezbędnego do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Rolę błonnika pokarmowego może odgrywać skrobia oporna, będąca naturalnym składnikiem żywności zwiększającym jej masę, bez podwyższenia jej kaloryczności.
Spożywanie skrobi częściowo nietrawionej w jelicie cienkim (opornej), powoduje obniżenie poziomu glukozy we krwi i zapotrzebowania na niezbędną do jej metabolizowania insulinę. Skrobia oporna wypełnia przewód pokarmowy w większym stopniu, niż wchłaniana w większości w jelicie cienkim normalna skrobia i obniża wartość energetyczną diety. Efektem tego jest mniejszy przyrost ciała, a zwłaszcza tkanki tłuszczowej. Doświadczenie ze zwierzętami laboratoryjnymi wykazało, że zastąpienie w diecie skrobi, skrobią oporną powodowało zahamowanie przyrostu masy ich ciała w takim samym stopniu, jak przy zastąpieniu skrobi krzemionką. Zwierzęta doświadczalne żywione dietą z dodatkiem skrobi opornej odznaczały się obniżonymi przyrostami masy ciała i mniejszą ilością tłuszczu podskórnego, niż karmione normalną dietą.
Skrobia oporna po przejściu przez jelito cienkie trafia do jelita grubego, gdzie ulega fermentacji przez znajdującą się tam mikroflorę jelitową. Fermentację prowadzą głównie bakterie z rodzaju Bifidobacterium i Lactobacilus, które dzięki swej działalności uważane są za mikroorganizmy prozdrowotne i nazywane probiotykami. W wyniku procesów fermentacji powstają związki lotne - metan i wodór oraz krótko łańcuchowe kwasy tłuszczowe, głównie octowy, propionowy i masłowy. Stężenie tych kwasów jest znacznie większa, niż przy stosowaniu diety bez skrobi opornej. W wyniku tego, treść jelita grubego odznacza się obniżonym pH, niższym, niż w przypadku stosowania diety bez skrobi opornej. Pod wpływem niskiego pH i działania tworzących się kwasów następuje selekcja mikroflory jelitowej. Powstałe warunki stymulują rozwój korzystnych dla organizmu grup bakterii, zwłaszcza wspomnianych Bifidobacterium i Lactobacillus oraz hamują względnie ograniczają rozwój drobnoustrojów niekorzystnych, w tym patogennych, namnażających się intensywnie w środowisku obojętnym i zasadowym.
Powstałe kwasy tłuszczowe biorą udział w metabolizmie organizmu, wpływając na przemiany związków lipidowych, zwłaszcza cholesterolu i trójglicerydów. We krwi zwierząt doświadczalnych żywionych dietą z dodatkiem skrobi opornej stwierdzono znacznie niższy poziom cholesterolu i trójglicerydów, zwłaszcza ich lekkiej („złej”) frakcji, w porównaniu ze zwierzętami karmionymi paszą bez skrobi opornej. Skrobia oporna wywołuje również obniżenie zawartości cholesterolu w wątrobie. Przypuszcza się, że zmniejszanie się zawartości cholesterolu we krwi w wyniku spożywania skrobi opornej powodowane jest wywołanymi przez to zmianami w składzie kwasów żółciowych wydzielanych do jelita grubego. Skrobia oporna powoduje także zmniejszenie stężenia mocznika we krwi. Powstający w wyniku fermentacji skrobi opornej kwas masłowy w końcowym odcinku przewodu pokarmowego odgrywa ważną rolę w zapobieganiu tworzenia się raka jelita grubego i odbytu. Stwierdzono, że kwasu tego więcej się tworzy w wyniku fermentacji skrobi opornej niż polisacharydów nieskrobiowych. Zaobserwowane też lepsze wchłanianie magnezu i wapnia z pokarmu, przy stosowaniu w diecie dodatku skrobi opornej, wynika przypuszczalnie ze wzrostu kwasowości treści jelitowej będącej wynikiem wspomnianejfermentacji skrobi opornej. Przedstawione dane wskazują na to, że skrobia oporna wykazuje działanie prozdrowotne i jako pożywka dla bakterii probiotycznych odgrywa rolę prebiotyku.
Produkty spożywcze można wzbogacić przez dodatek preparatów skrobi opornej jako domieszki do surowców w procesie technologicznym. Preparaty takie poza opornością na działanie enzymów amylolitycznych muszą odznaczać się dobrymi właściwościami funkcjonalnymi (odpowiednie temperatury kleikowania gałeczek, wysoka wodochłonność, duża lepkość kleików itp.). Preparaty skrobiowe o wysokiej zawartości skrobi opornej produkowane są różnymi metodami i zaliczają się do różnych typów skrobi opornej. Można stosować skrobię oporną typu RS I, istnieją też handlowe preparaty wysokoamylozowej skrobi kukurydzianej typu RS II. Również w handlu znajdują się preparaty skrobi opornej typu RS III. Skrobia oporna typu RS IV reprezentowana jest jak dotąd tylko przez jeden japoński preparat handlowy będący zmodyfikowana dekstryną. W ośrodku wrocławskim otrzymano preparaty skrobi opornej typu RS IV wytworzone z krajowej skrobi ziemniaczanej zarówno naturalnej, jak i rozpuszczalnej. Charakteryzują się one wysoką opornością na działanie amylaz, dobrymi właściwościami funkcjonalnymi oraz potwierdzonym na zwierzętach doświadczalnych korzystnym działaniem prozdrowotnym.
