Ботанічний опис
Топінамбур насправді не належить до артишоку (Cynara), а до сімейства соняшникових (Helianthus). Зараз східне узбережжя Північної Америки вважається його батьківщиною, де він живе і сьогодні в дикій природі. Її бульби споживали індіанці як картоплю. Він приїхав із Америки спочатку до Франції Самуелем де Шампленом, потім до Італії та Німеччини. A XVII. Він був відомий майже у всіх європейських країнах до кінця 20 століття. В Оксфордському англійському словнику вперше згадується назва «Артишоки з Єрусалиму» в 1620 році. Цікаво, що на той час про картоплю в Угорщині навіть не знали.
Коріння топінамбуру схожі на картоплю, але з більш міцним, додатковим коренем пензлика. Корінь бере свій початок не тільки від пагона, а й від міжвузлів бульби, що знаходяться поблизу верхівкової бруньки. На початку розвитку коренів коріння, як правило, ще не розгалужені, але на них є ряд коренів волосся. Після 3-го місяця починається формування вкраденого і бульб. Столос - це підземні бічні пагони з довгими стеблами, функцією яких є формування бульб. Вони можуть розгалужуватися і мати на собі вузлики, подібні до стебла, які після розвитку бульб виконують роль з’єднання їх, живлення. Довжина столонів також є важливим фактором з точки зору врожаю, оскільки вона визначає глибину, на якій бульби, що розвиваються на них, трапляються, групами або розкидані. Коріння топінамбура, вирощених на певній території, дуже пристосовані до ґрунтових умов місцевості. Його міцне коріння, розвинене на ґрунтах, бідних поживними речовинами, демонструє високий ступінь невибагливості, що дозволяє максимально засвоювати поживні речовини навіть в умовах обмежених ресурсів. У той же час постійно розкладається корінна маса, що залишається в ґрунті, сприяє збільшенню вмісту гумусу в ґрунті.
Бульба топінамбура - підземний, короткостеблевий, видозмінений пагін, що розвивається в кінці столонів. Під час формування останні 5-10 міжвузлів столона потовщуються, а на стороні столона утворюється більш витягнута яйцеподібна формула. Її поверхня покрита тоншою шкіркою (перидермою), тоншою, ніж у картоплі, навколо неї лускаті кільця. В частині, обмеженій лускатими кільцями, є 2-2 виступаючі бруньки в протилежних положеннях. Загалом можна виділити чотири основні типи форми: грушеві, яйцеподібні, веретенові та неправильні (розгалужені) бульби. Окрім сортових відмінностей, на форму бульб впливає також ущільнення грунту. На пухких піщаних грунтах бульба є більш гладкою, менш розгалуженою, тоді як ущільнений ґрунт сприяє розгалуженню. Колір оболонки бульби також мінливий, з усіма відтінками від білого до димчастого. Ми виділяємо три основних кольори: білий (майже білий, жовтуватий), рожевий (червоний, фіолетовий, синюватий) і дим (бронзовий). На додаток до сортових характеристик, кислотність грунту також може спричинити суттєві відмінності в межах даного сорту. Кольорові бульби, як правило, більш регулярні, гладкі, довговічні, але дають менше.
Значення вмісту
Сучасна наука про харчування надає великого значення вмісту клітковини в продуктах. Кількість клітковини, необхідна для нормального функціонування травного тракту, забезпечується в основному споживанням їжі рослинного походження, а за вмістом клітковини бульби топінамбура займають чільне місце. Ми розрізняємо “сиру клітковину” та “харчову клітковину” відповідно до розчинності волокон та методів визначення, заснованих на розчинності. «Сира клітковина» - це частина поживних речовин, яка залишається після закипання у сильнокислому та лужному середовищі, тоді як «харчові волокна» є неперетравлюваною частиною травних ферментів ссавців. Вміст сирої клітковини в бульбах артишоку становить близько 0,6-1,5 г/100 г. На основі вимірювань з угорськими сортами артишоку вміст сирої клітковини становить 0,99 г/100 г (Barta, 2000). Вміст харчових волокон перевищує це значення, приблизно 3,0-4,0 г/100г. Значну частину інуліну можна виявити за допомогою аналізу харчових волокон, що моделює травну систему людини.
Фізіологічні ефекти
Кандидоз найбільш поширений серед молодих жінок, які в основному використовують естрогенвмісні контрацептиви та антибіотики, особливо ті, що містять тетрациклін, метридиназол або еритроміцин-містять креми. В результаті імунна система ослаблюється і замінюється звичайною мікробіотою кишечника, яка в іншому випадку могла б запобігти росту Candida, Candida sp. кроки. Симптоми хворих на кандидоз зникають після відновлення здорової бактеріальної біоти.
Встановлено, що дитяча харчова алергія пов'язана зі зменшенням кількості молочної кислоти та біфідобактерій майже без винятку (Roberfroid et al., 1995; Gibson et al., 1995). Харчову алергію можна усунути за допомогою інуліну, доданого в мюслі або сік, як відновлювальне втручання в мікрофлорі кишечника.
Відомо, що печінка синтезує жирні кислоти та тригліцериди з вуглеводів, якщо організм не жирує з інших джерел. Це, серед іншого, пов’язано з тим, що рівень холестерину, який можна визначити індивідуально, може бути високим, незважаючи на нежирну дієту. Показано, що за допомогою ізольованої культури клітин печінки інулін пригнічує активність ферменту, який сприяє утворенню тригліцеридів жирних кислот (Williams, 1999).
Одним із ефективних способів досягти ефекту зниження рівня холестерину та тригліцеридів є змішування 1-2 столових ложок порошку артишоку в 1-1,5 дл апельсинового соку, який споживає не тільки користь інуліну, але й основні мінерали, що беруть участь у профілактика серцево-судинних захворювань. Також отримують калій (Luo et al., 1996; Yamashita et al., 1984).
При діабеті інулін як джерело вуглеводної енергії є важливим, оскільки він не підвищує рівень цукру в крові навіть при тривалому споживанні (Roberfroid et al., 1993; Rumessen & Gudmand-Hoyer, 1998).
Загальновідомо, що на ліпідний гомеостаз організму, крім харчових факторів, впливає і ряд генетичних факторів. Жирова тканина виділяє різні поліпептиди, такі як лептин, резистин та адипонектин, які в сукупності називаються адипоцитокінами. Збалансоване їх утворення відіграє важливу роль у гомеостазі метаболізму глюкози та ліпідів. Лептин регулює апетит, почуття голоду. Існував позитивний зв’язок між лептином, індексом маси тіла, інсуліном натще і артеріальним тиском. Із зменшенням маси тіла зменшується і концентрація лептину. При низькому рівні адипонектину у ожиріних спостерігається інсулінорезистентність, діабет та атеросклероз. Рівень адипонектину в сироватці крові збільшується в результаті хірургічного схуднення. Резистин може бути відповідальним за інсулінорезистентність у людей із ожирінням (Valsamakis, 2004).
Роль генетичних факторів, включаючи однонуклеотидні поліморфізми (ОНП), у метаболізмі ліпідів широко вивчена. Показано, що носії алелів X447 гена LPL мають нижчий рівень Tg і вищий рівень холестерину ЛПВЩ (Lee et al., 2004). Зниження активності печінкової ліпопротеїнової ліпази (HL) приблизно на 30% було описано в присутності алелю Т-514 у промоторі гена (Deeb et al., 2000). Подібні поліморфізми, що впливають на метаболізм ліпідів і цукру, були описані для генів лептину (Takahashi-Yasuno et al., 2003), адипонектину (Vasseur et al., 2002) та резистину (Cho et al., 2004). За даними Delzenne & Kok (2001), олігофруктози пригнічують синтез жирних кислот “de novo”, зменшуючи експресію генів ліпогенних ферментів.
Листяні стебла топінамбура можна годувати зеленими, силосувати або робити з них сіно, годувати у вигляді сінного борошна. Цінна т. Зв полісахариди: інулін, левулін та споріднені сполуки можуть бути перетворені у фруктозу, фруктозу. Зелений стебель топінамбура і переважно бульба використовуються в кормі тваринам. Так, вівці, молочні кози, корови, коні, кролики, нутрії, птиця (качки, кури) свині та ін. Повідомляють про сприятливий досвід. про використання топінамбура в кормі тваринам (Bolduan et al., 1993; Farnworth et al., 1992). У деяких випадках зелену рослину випасали або зробили з неї борошно. Поки що мало хто мав справу з силосуванням. Деякі також повідомляють про використання в ігрових садах. У цьому випадку тварини повинні бути звичні споживати бульбу (за винятком кабана).
Як і багато інших рослин, топінамбур придатний для бродіння (силосування) в анаеробних умовах. Під час бродіння зменшення вмісту N менш помітно в топінамбурі, проте вміст вуглеводів, що відновлюється, вищий, ніж в інших рослинах. Якщо топінамбур силосується люцерною, споживання кормів тваринами збільшується, а коефіцієнт засвоюваності зменшується (Duranti et al., 1992; Lindberg et al., 1986; Ko & An, 1987). Кілька авторів повідомляють про їхній досвід годування птиці (курей та курчат-бройлерів) (Chambers et al., 1997; Kleessen et al., 2003; Rodriguez et al., 1996). Слід підкреслити, що годування топінамбуром зменшувало частоту бактеріальних захворювань та покращувало розвиток та функцію імунної системи тварин. Через низький вміст білка та клітковини використання топінамбура в кормі кроликів також має сприятливий ефект (Mesini, 1996).
Більшість авторів повідомляють про годування артишоків свинями. Таким чином, напр. якщо свиней випасають на топінамбурі протягом 2 годин на день, склад туші покращується, а ступінь відгодівлі зменшується (Stoll & Holfiker; 1995; Dufey, 1995; Jost, 1995; Piloto et al., 1998). Борошно з топінамбура також їдять тварини, але за даними Farnworth та співавт. (1992; 1993), використання кормів зросло, але оцінки кормів немає.
Farnworth et al. (1995) також вивчали свинячий гній. Було встановлено, що гній тварин, які також вживали топінамбур, мав кілька (різних) вмістів кислоти і також відрізнявся за кольором від контрольної групи. Також Farnworth та співавт. (1991) поїли поросят-сисунів сумішшю з борошна топінамбура. Згідно з їх описом, годування кормами не впливало на смертність поросят.
Роль зеленого пагона рослини артишоку у випасі овець підкреслюють Петков та ін. (1997). Тварини воліють пасти пагони після звикання. Встановлено, що зелена частина рослини над землею є відповідною добавкою до корму. Ця ж дослідницька група також дійшла висновку, що бульби є підходящим кормовим інгредієнтом і на відгодівлі тварин.
Северіні та ін. (1990) не виявили різниці в хімічних компонентах довгих м'язів спини овець між експериментальними та контрольними тваринами після годування артишоку. У годівлі великої рогатої худоби Helianthus tuberosus фігурує у працях багатьох дослідників. Rawate and Hill (1985) звертають увагу на важливість вмісту білка топінамбура та рекомендують згодовувати його жуйним. Керхер і Ромза (1985) використовували силос з топінамбура під час годівлі м’ясної худоби і порівнювали його з результатами підживлення кукурудзяного силосу. Вони виявили, що останні призвели до більш сприятливого набору ваги. Wieczorek (1988) та Polman (1994) припускають, що різні харчові та технічні культури все ще корисні в кормі для тварин після переробки у залишки.
Інулін та фруктоолігосахариди Визначення фруктану - це збірний термін, який позначає вуглеводи, в яких переважна більшість глікозидних зв’язків є фруктозил-фруктозними зв’язками. Інулін є лінійним ланцюговим фруктозним полімером, тоді як фруктоолігосахариди можна класифікувати як олігомерні фруктани.
Загальна інформація
Інулін можна ідентифікувати як полідисперсну вуглеводну сполуку, що складається в основному з β (2-1) фруктозил-фруктозних зв’язків. Інулін - це вуглевод, що міститься в різних частинах рослин, і на сьогоднішній день він знаходиться у понад 36 000 сортів рослин (Carpita et al., 1989; van Loo et al., 1995). Інулін утворюється з сахарози в присутності донора фруктози в результаті ряду реакцій переносу фруктози, тому він може також містити молекулу глюкози з кінцевим ланцюгом. Ферментами, що беруть участь у синтезі інуліну, є сахароза-сахароза-фруктозилтрансферази (ЄС 2.4.1.99), які каталізують перенесення фруктозильної групи з однієї молекули сахарози в іншу, в результаті чого утворюється 1-кестоза (глюкозил-1,2-фрутозил-1,2 -фруктоза). Подовження ланцюга каталізує 1F-фруктан-фруктан-фруктозилтрансфераза. За своєю хімічною структурою інуліни можуть бути α-D-глюкопіранозил- [β-D-фруктофуранозил] (n-1) -D-фруктофуранозид та β-D-фруктофуранозил- [D-фруктофуранозил] (n-1) -D -фруктофуранозид, де n ”- ступінь полімеризації або кількість молекул β-D-фруктофуранози; G і F представляють молекули глюкози та фруктози (Robertfroid & Delzenne, 1998). Інулін є запасом поживної речовини в багатьох рослинах і накопичується в спеціалізованих органах.
З рослин, що містять інулін, три види мають харчове значення. У Мексиці агаву (Agave azul tequilana) вирощують на більш ніж 20 000 га для отримання текіли. Цей національний спирт - це рафінований дистилят ферментованого соку агави, що містить інулін. Вид дріжджів (Kluyveromyces marxianus), який природно росте на агавені, використовується для бродіння інуліну.
Два інших види, топінамбур (Helianthus tuberosus L.) та цикорій (Cichorium intybus) широко використовуються у харчовій промисловості (виробництво алкоголю, фруктозного сиропу, олігофруктози та інуліну).
Фізіологічні властивості
Інулін у значних кількостях присутній у клітинних їстівних фруктах та овочах. Середньодобове споживання його, за оцінками, становить 1-4 грами в США, тоді як 3-11 грамів у Європі. Найпоширенішими природними джерелами є пшениця, цибуля, банани, часник та цибуля-порей (van Loo et al., 1995). Інулін та олігофруктози цикорію вважаються природними харчовими інгредієнтами в Європі та мають статус GRAS у США.
Синтетичні фруктани були визначені спеціальними організаціями Європейської Комісії як "нові продукти харчування". Інулін можна використовувати як замінник жиру, фруктани типу інуліну як замінник цукру або для технологічних цілей (поліпшення запасів, стабілізація піни або повнота) у різних продуктах харчування, таких як кисломолочні продукти, десерти, хлібобулочні вироби та дитячі суміші Crittenden & Payne, 1996).
В інуліні та олігофруктанах подібної структури зв’язки β-конфігурації в аномерному атомі С2 фруктозних одиниць протистоять гідролізуючому ефекту травних ферментів людини, специфічних для α-глюкозидних зв’язків. Це підтверджується результатами досліджень in vitro та in vivo. Отже, ці сполуки класифікуються як неперетравлювані олігосахариди (Delzenne & Robertfroid, 1994). Дослідження in vivo показують, що близько 86-89% фруктанів інулінового типу потрапляють в товсту кишку в неушкодженій формі (Buch Knudsen & Hessov, 1995; Ellegärd et al., 1997; Molis et al., 1996), де мешканець служить субстрат росту мікробіоти (Gibson & Robertfroid 1995). Ці мікроорганізми не обов’язково є постійними мешканцями травної системи, але вони відіграють значну роль у здоров’ї людей і тварин (Holzapfel et al., 1998; Holzapfel et al., 2001). Товста кишка дуже багата мікроорганізмами. Отримано 1012 живих клітин. Мікробіота впливає на фізіологічні процеси в хазяїні через бродіння неперетравленого матеріалу, що надходить у товсту кишку. Ферментація не засвоюваних вуглеводів утворює коротколанцюгові карбонові кислоти (оцтову, пропіонову та масляну кислоти) та молочну кислоту, завдяки чому частина енергетичного вмісту не засвоюваних вуглеводів стає доступною для метаболізму.
Дослідження in vitro та in vivo демонструють, що фруктани типу інуліну ферментуються бактеріями, що колонізують товсту кишку, а кінцевими продуктами цього процесу є нижчі карбонові кислоти та молочна кислота. Високі концентрації коротколанцюгових жирних кислот допомагають всмоктуванню мінералів, особливо іонів Ca + та Mg +, в товстій кишці (Thompson et al., 1991; Younes et al., 1996). Іони Са + і Mg + мають велике значення в товстій кишці, оскільки вони підтримують здоров'я товстої кишки, регулюючи клітинний цикл (Lipkin & Newmark 1985). Іони Са + зменшують шкідливу дію жовчі та жирних кислот, утворюючи нерозчинні солі жовчі та жирних кислот (Wargowich et al., 1984).
Дослідження на людях демонструють, що фруктани типу інуліну вибірково стимулюють ріст популяції біфідобактерій, яка є однією з мікробіоти кишечника, що визначається як пробіотик. Оскільки пребіотики за визначенням є неживими харчовими інгредієнтами, які вибірково підтримують активність або ріст пробіотичних бактерій, фруктани інулінового типу можна вважати пребіотиками (Gibson & Wang, 1994; Robertfroid et al., 1995).
Збільшення калових мас спостерігалось як у щурів (Robertfroid et al., 1993), так і в клінічних випробуваннях (Gibson et al., 1995) через стимуляцію росту бактерій під час споживання інуліну та олігофруктози.
Наукове обгрунтування впливу фруктанів інулінового типу на глікемію ще не до кінця зрозуміле, і наявні дані в деяких випадках суперечливі, вказуючи на переважну роль фізіологічних станів.
Існує дві гіпотези щодо впливу фруктанів інулінового типу на глікемію:
- вони не засвоюються у верхніх відділах шлунково-кишкового тракту, тому подібно до інших продуктів харчування
впливають на всмоктування макроелементів, особливо вуглеводів, затримуючи спорожнення шлунка та скорочуючи прохід через тонкий кишечник. - може змінити метаболізм глюкози в печінці. Карбонові кислоти з короткими ланцюгами, особливо пропіонат, відповідають за розвиток рівня глюкози в крові натще натще через споживання фруктанів (Boillot et al., 1995).
Фруктани типу інуліну можуть побічно впливати на метаболізм тригліцеридів. З одного боку, шляхом зміни рівня глюкози та/або інсуліну, оскільки жироутворюючі ферменти індукуються глюкозою, а посилена транскрипція генів стає можливою завдяки інсуліну (Girard et al., 1997). З іншого боку, пропіонат пригнічує синтез жирних кислот, тоді як ацетат є субстратом для синтезу.
Кількісне та якісне визначення фруктанів типу інуліну
Метод, розроблений для кількісного визначення фруктанів інулінового типу в рослинах і продуктах харчування, заснований на обробці зразків ферментом інуліназою (Hoebregs, 1998).