Нерафинированный тростниковый сахар | Изготавливается из сока сахарного тростника, который выпаривают особым образом. | Золотисто-коричневые кристаллы или гранулы, покрытые мелассой (патокой), с легким привкусом карамели и мелассы. | Богат минералами (магний, кальций, железо, фосфор, калий, медь), витаминами и растительными волокнами. | Содержит такое же количество фруктозы, что и белый сахар (50%), поэтому употреблять его следует умеренно. Самый высокий ГИ из природных подсластителей. Не рекомендуется диабетикам. |
Кокосовый сахар | Изготавливается из нектара соцветий кокосовой пальмы. Нектар выпаривают и охлаждают. | По виду и цвету напоминает тростниковый сахар, но в гранулах. Имеет разный аромат, в зависимости от страны происхождения: кокосовый, карамельный и даже ореховый. | Насыщен витаминами группы В, С и РР, минералами (азотом, фосфором, калием, натрием, хлором, серой), 16 аминокислотами и другими ферментами.![]() Содержит в 10 раз больше цинка, в 4 раза больше магния и в 36 раз больше железа, чем другие подсластители. Имеет в составе инулин, способный замедлять абсорбцию глюкозы, понижая тем самым гликемический индекс. Заряжает энергией, не способствует набору веса, благотворно влияет на мозговую деятельность. Улучшает работу сердца и сосудов. | Поскольку этот сахар менее сладкий по сравнению с белым, может возникнуть соблазн увеличить дозу. |
Сироп якона | Изготавливается из корней растения якона. Сок, выжатый из корней, затем выпаривают, чтобы он стал гуще. | Сироп коричневого цвета, по вкусу напоминает карамель или патоку. | Около 50 % сиропа составляют фруктоолигосахариды, один из которых — инулин, очень полезное вещество для микрофлоры кишечника. Также содержит фруктозу, глюкозу и сахарозу. Способствует потере веса, так как снижает аппетит. Регулирует сахар в крови. Снижает холестерин. Помогает уменьшить диабетические и метаболические синдромы. | Не выдерживает высокую температурную обработку. Относится к продуктам, которые вызывают вздутие живота и метеоризм. |
Финиковый сахар | Изготавливается из высушенных фиников, путем размалывания, при минимальной термообработке. | Порошок с крупными гранулами и вкусом финика и карамели. Слегка влажный на вид. | № 1 по содержанию антиоксидантов. Состоит из натуральных волокон, дубильных веществ, флавоноидов, витаминов и минералов (кальций, медь, железо, магний, фосфор, цинк, марганец, селен). Благодаря высокому содержанию фтора укрепляет зубную эмаль. Борется с депрессией, повышает работоспособность и внимание. Укрепляет женский организм в последние месяцы беременности и обогащает материнское молоко витаминами. | Имеет повышенное содержание фруктозы.![]() |
Стевия | Растение в виде кустика с очень сладкими листьями. Способы заготовки стевии — сушка и экстрагирование. | В продаже часто встречается в виде прозрачной жидкости, белого или зеленого порошка, гранул и таблеток. Сладость стевия приобретает благодаря накоплению вещества — стевиозида. Стевия без добавок имеет специфический растительный привкус. | Не влияет на уровень глюкозы в крови. Содержание фруктозы — 0 %. Обладает легким антибактериальным действием. Идеальный подсластитель как для здоровых людей, так и для страдающих диабетом, ожирением, сердечно-сосудистыми расстройствами и многими другими заболеваниями. Улучшает состояние зубов, останавливает рост опухолей, замедляет процесс старения, выводит радиоактивные вещества и пр. | Употребление листьев в крайне больших дозах может служить противозачаточным средством.![]() |
Кленовый сироп | Изготавливается из сока сахарного клена, который сгущают путем выпаривания. Органический кленовый сироп — гарантия неиспользования параформальдегида и свинца при его производстве. | Отличается нежным вкусом с тонкими древесными нотками. Светлый сироп имеет более тонкий вкус по сравнению с темным. Темный сироп дает сильный привкус блюдам. | Богат минералами: марганцем, калием, кальцием, цинком, магнием, железом, фосфором и витаминами группы В. Содержит декстрозу вместо сахарозы. Невысокий уровень фруктозы. Усиливает потенцию, помогает в борьбе с онкологическими и сердечно-сосудистыми заболеваниями, укрепляет иммунитет. Содержит антиоксиданты. В полезном сиропе не должно быть добавок. | Не рекомендуется диабетикам. |
Сырой мед | Продукт производства пчел. Сырой мед не подвергается нагреву и фильтрации после откачки. | Впитывает в себя ароматы тех цветков, нектар с которых собрали пчелы.![]() Цвет зависит от растения, с которого пчелы собрали нектар: от светло-желтого до бурого. | Настоящий суперфуд — кладезь витаминов, ферментов и 18-ти аминокислот. Богат энзимами, железом, цинком, калием, кальцием, витаминами В6, В2 и РР. Имеет антибактериальные, противовирусные и противогрибковые свойства. Чем выше число, указанное на этикетке с медом, тем лучше его антибиотические свойства. Помогает справиться с сезонной аллергией. Нейтрализует свободные радикалы. Способствует размножению здоровой микрофлоры в ЖКТ. | Высокое содержание фруктозы (40 %). Может вызвать сонливость. Мед не рекомендуется давать маленьким детям до 7 лет из-за спор ботулизма, которые могут в нем содержаться. Может вызвать аллергию. Не годится для температурной обработки — при нагревании выше 60°C в нем начинают образовываться канцерогены. Не рекомендуется диабетикам. |
Сироп топинамбура | Изготавливается из клубней топинамбура (земляной груши) путем низкотемпературной варки.![]() | Напоминает цветочный мед, имеет насыщенный золотисто-янтарный цвет и легкий картофельный привкус. | Примерно на 40 % состоит из волокон. Лидер по содержанию редких полезных веществ — фруктанов, которые дают длительное чувство насыщения. Богат органическими кислотами, минеральными веществами, аминокислотами, полисахаридами и витаминами (С, B1, B2 и PP). Содержит инулин, который улучшает обмен веществ, снижает уровень холестерина, поддерживает микрофлору кишечника. Лечит болезни ЖКТ, выводит токсины из печени, восстанавливает работу сердца и сосудов, снижает давление и устраняет мигрени. Подходит для диабетиков. | Сироп может вызвать повышенное газообразование и боли в области кишечника. |
Сироп агавы | Изготавливают из сока агавы, который подвергают фильтрации, гидролизу и сгущению. RAW-сиропы изготавливают при минимальной термической обработке ниже 46°С. Сиропы темного цвета меньше фильтруют по сравнению со светлыми сортами и подвергают более длительному гидролизу. Органический сироп агавы — гарантия отсутствия химических веществ при производстве. | Золотистого или темно-коричневого цвета со вкусом нежного цветочного меда. Светлые сорта более карамельные, темные — с оттенком патоки. На 25 % слаще сахара. | Содержит витамины Е, К, А, В, D и группы В, железо, магний, кальций, калий, фосфор, натрий, цинк, медь, селен, смолы, эфирные масла и другие полезные вещества. Богат инулином, который способствует выработке в желудочно-кишечном тракте защитных пробиотиков. Содержит сапонины — вещества, которые способствуют снижению уровня холестерина в крови, ингибируют рост раковых опухолей, дают противовоспалительный эффект, повышают тонус иммунной системы. «Живой», т. е. подвергнутый минимальной щадящей термической обработке, сохраняет фруктаны — вещества, которые лечат остеопороз, укрепляют костный аппарат, дарят чувство сытости, снижают аппетит. Причем в темном сиропе фруктанов больше. Действует успокаивающе на нервную систему. Незаменимое средство в борьбе с лишним весом, выводит из организма лишнюю жидкость. Улучшает обмен веществ. | Высокое содержание фруктозы. |
польза и вред, состав и гликемический индекс, калорийность на 100 грамм, как приготовить домашних условиях, отзывы
Сироп топинамбура не так популярен среди наших соотечественников. А о том, как выглядит сам плод, наверняка знают единицы. И очень жаль. Поскольку топинамбур обладает множеством полезных элементов и минералов, помогает справляться с различными недугами и является универсальным средством для профилактики большого числа заболеваний. Топинамбур можно использовать для приготовления различных блюд и напитков, употреблять в пищу вместо яблок или в качестве заменителя сахара. Данный продукт оценят многие – и диабетики, и поклонники правильного питания, так как в отличие от сахарозы сироп топинамбура насыщает организм оптимальным количеством фруктозы и способствует насыщению организма.
Что это за растение?
Топинамбур – это многолетнее растение с желтыми цветами, похожими на цветную ромашку или на маленький подсолнух. Но вся ценность скрывается под землей. Сладкий корнеплод имеет большое количество полезных элементов, а по вкусу немного напоминает орех. Внешне топинамбур похож на имбирь или грушу необычной формы. Но имеет белую и мягкую сочную мякоть. И при приготовлении сиропа сохраняет максимальное количество питательных веществ. И, что немаловажно, сохраняется натуральная и приятная сладость. В готовом виде сироп используется в качестве природного подсластителя или заменителя сахара.
Родиной топинамбура является Южная Америка, именно здесь выращивается этот сладкий и полезный корнеплод в больших количествах. И на территории жарких стран можно встретить топинамбур растущим в естественной дикой природе. Впервые открыли для себя топинамбур индейцы, которые дали ему название «солнечный корень» и добавляли измельченный корнеплод при приготовлении пищи. А через некоторое время в XVII веке топинамбур появился во Франции, и все благодаря путешественникам. Затем топинамбур быстро набрал популярность в странах Европы и начал активно выращиваться в качестве овощной и кормовой культуры. Тогда и появилось новое название «топинамбо» в честь племени индейцев Чили.
Только лишь через столетие сладкий корнеплод появился в России, но и на сегодняшний день он остается не столь популярным среди наших соотечественников и выращивается исключительно в западной части страны. И в данный момент налажены поставки топинамбура из других стран: Китая, Румынии и Германии. В разных странах корнеплод имеет свое название и употребляется в пищу по-разному. В Китае он получил название китайская картошка, а в Румынии – волошская репа. А в США и Голландии используют корнеплод для приготовления кофе. В нашей стране, к примеру, топинамбур имеет еще одно название – земляная груша и чаще всего используется при приготовлении сиропа.
Но также корнеплод можно добавлять при приготовлении некоторых блюд:
- в сыром виде как дополнительный ингредиент для салата;
- при термообработке для приготовления супов или вторых блюд;
- в измельченном виде топинамбур можно использовать для выпечки и приготовления десертов;
- для приготовления кваса или морса;
- для приготовления сиропа, который можно добавлять в чай или употреблять в пищу в готовом виде.
Выращивать топинамбур можно самостоятельно на дачном участке. В летний период овощ может использоваться для украшения участка – растение имеет длинный стебель, на котором появляются цветы в августе. Топинамбур неприхотлив в уходе и может даже зимовать в земле в умеренном климате до -30 С. Поэтому часть урожая рекомендуется выкопать поздней осенью, а вторую часть корнеплода оставить в земле до весны. Это связано также и с тем, что срок годности топинамбура в сыром виде сравнительно недолгий, поэтому необходимо будет сразу позаботиться о приготовлении сиропа. К тому же считается, что весной топинамбур имеет более приятный и насыщенный вкус, а также обладает большим количеством полезных элементов.
Уникальность топинамбура заключается в большом содержании фруктанов. Это редкие полимеры, которые содержатся в других продуктах в небольшом количестве. А рекордная концентрация имеется именно в клубнях топинамбура. Что позволяет полностью заменить сахар и использовать лишь натуральные природные подсластители. При этом постоянное потребление сиропа способствует росту дружественных бактерий в кишечнике и помогает очищать организм от токсинов и шлаков. А также повышает иммунитет и защищает от ряда заболеваний.
Состав и гликемический индекс
Топинамбур имеет сбалансированный химический состав. И несмотря на сладкий вкус, гликемический индекс сиропа из топинамбура составляет 13-15 GL. Это натуральный подсластитель, который не повышает резко уровень сахара в крови, что важно для диабетиков. В состав сиропа входит больше количество пищевых волокон – около 40%. Преимущество пищевых волокон в том, что они насыщают организм и сохраняют чувство сытости надолго.
Но также топинамбур содержит рекордное количество полезных элементов и биологически активных веществ.
- Клетчатка.
Позволяет сократить риск появления гастрита, панкреатита и злокачественных образований.
- Полисахаридный комплекс инулин. Его содержание может достигать 20%.
- Лимонная кислота. Является непревзойденным элементом для поддержания гормональной системы. А также лимонная кислота способствует ускоренной переработке углеводов в энергию.
- Яблочная кислота. Насыщает клетки и способствует поддержанию кислотно-щелочного баланса в организме. Помогает бороться иммунной системе с инфекционными и вирусными заболеваниями.
- Янтарная кислота. Необходима для поддержания энергии и сил.
- Фумаровая кислота. Ускоряет восстановление кожного покрова после различных заболеваний и порезов.
- Пропандионовая кислота. Помогает бороться с повышенным стрессом.
- Минералы и микроэлементы.
Полезные для нашего организма железо, магний, кальций, калий, марганец, фосфор и цинк.
- Аминокислоты. Обеспечивают нормальную работу организма и слаженную работу всех органов.
- Витамины группы В, А, Е, С и РР. Оказывают многогранное действие на организм и укрепление центральной нервной системы.
- Пектины. Помогают выводить токсины и вредные вещества из организма, но при этом сохраняют микрофлору кишечника.
Такой уникальный состав и отсутствие тяжелых металлов позволяют употреблять в пищу сироп топинамбура не только взрослым, но и детям.
Сколько калорий содержится?
Рассматривать топинамбур можно и в качестве дополнительной составляющей диетического питания. Этот пункт, несомненно, важен для поклонников здорового образа жизни и правильного питания. Пищевая ценность корнеплода топинамбура в сыром виде на 100 г такова.
Пищевая ценность и калорийность готового сладкого сиропа составляет 267 кКал в 100 граммах. Несмотря на сладкий вкус, сироп содержит медленные углеводы, которые постепенно превращаются в энергию, а не откладываются в жировых тканях. Поэтому употреблять сироп топинамбура можно не только в первой половине дня.
Полезные свойства
Польза топинамбура подтверждена проведенными исследованиями учеными разных стран. И рекордное количество полезных элементов и минералов присутствует именно в этом корнеплоде.
Способность бороться с многочисленными недугами и заболеваниями доказана врачами.
- Сироп топинамбура рекомендуется употреблять больным при диабете, поскольку это натуральный и биологически активный заменитель сахара.
При регулярном приеме можно поддерживать уровень сахара в крови на нужном уровне без использования инсулина для диабетиков. Подтверждение этому – многочисленные клинические испытания Академии Медицинских Наук РФ.
- Также это отличное средство для укрепления иммунитета – постоянное употребление в пищу топинамбура в сыром виде или в качестве сиропа помогает повысить сопротивляемость организма к различным инфекционным и вирусным заболеваниям. Поэтому рекомендуется употреблять в целях профилактики в период обострений ОРЗ и ОРВИ по 2-3 столовых ложки сиропа ежедневно.
- Сироп позволяет увеличить мозговую активность и повысить концентрацию при интеллектуальных нагрузках, поэтому рекомендуется для приема в напряженный период, к примеру, во время сессии у студентов, в период отчетности на работе или в стрессовых ситуациях.
- Сироп топинамбура увеличивает силу и выносливость при выполнении физических упражнений, поэтому рекомендуется для употребления спортсменам во время тренировок, в период активной и усиленной подготовки к соревнованиям.
- Является натуральным природным энергетиком – это отличный способ избавиться от хронической усталости, сонливости или быстрой утомляемости.
- Во время беременности сироп способствует уменьшению неприятных ощущений во время токсикоза и благоприятно влияет на здоровое развитие ребенка.
- Особенно полезен сироп детям в период активного роста. Большое количество кальция и микроэлементов способствует правильному формированию и укреплению костной ткани растущего организма.
- Регулярное потребление сиропа способствует избавлению от головной боли – в целях профилактики мигрени необходимо потреблять ежедневно по 2 ст. ложки сиропа.
- Топинамбур является отличным средством для профилактики появления раковых заболеваний и способствует замедлению роста опухолевых клеток.
- Полезная добавка для уменьшения болезненных ощущений при ревматизме, остеопорозе и лечении суставов.
- Уменьшает отечность – способствует нормализации водного баланса в организме.
- Употребление сиропа в качестве пищевой добавки помогает восстановить метаболизм, избавиться от тучности и поддерживать фигуру.
- Помогает избавиться от пищеварительных сбоев организма. Регулирует работу и приводит в норму пищеварительную систему организма.
- Нормализует работу кишечника и помогает справиться с дисбактериозом.
- Считается отличным средством избавления от изжоги. Уменьшает кислотность желудка и избавляет от неприятных ощущений даже после употребления тяжелой пищи.
- Ускоряет восстановление функций желудочно-кишечного тракта. Пищевые волокна, которые содержатся в корнеплоде топинамбура в большом количестве, способствуют противодействию карциноме ЖКТ.
- Способствует естественному очищению печени от ядов и защите почек, но стоит проявлять осторожность при удаленном желчном пузыре, поэтому перед употреблением необходимо проконсультироваться с терапевтом.
- Оказывает помощь сердечной мышце. Биологически активные компоненты помогают стабилизировать артериальное давление, очистить стенки сосудов и снизить вероятность возникновения аритмии.
- Является одним из лучших средств в профилактике тромбоза вен. Кровеносные сосуды расширяются, сгустки крови удаляются, а стенки постепенно очищаются.
Перечислять полезные свойства можно долго. Также сироп топинамбура рекомендуется употреблять не только в качестве лечения, но и в целях профилактики некоторых заболеваний, таких как ожирение, диабет и нарушение обмена веществ. На сегодняшний день известно множество натуральных и безвредных заменителей сахара: мед, сироп сахарного тростника или кукурузный сироп. Но в отличие от них, сироп топинамбура имеет больше полезных свойств и при потреблении уровень сахара не поднимается резко вверх.
Для мужчин топинамбур является натуральным природным заменителем виагры. А также защищает от онкологических заболеваний и препятствует развитию аденомы простаты. Для женщин сироп топинамбура полезен не только при похудении. Постоянное употребление в пищу помогает снизить вероятность новообразований молочной железы и является отличным источником кальция, что особенно необходимо в период беременности. Есть множество рецептов с положительными отзывами по использованию полезного корнеплода в качестве основы косметических и омолаживающих процедур для сохранения молодости и красоты кожи.
Вред
Несмотря на большое количество полезных элементов и веществ, не стоит думать, что сироп из топинамбура – это панацея.
Ежедневное употребление в пищу имеет некоторые противопоказания.
- Индивидуальная непереносимость организма. Как и любой новый продукт топинамбур следует вводить в ежедневный рацион постепенно и с осторожностью, уделяя особое внимание возможным реакциям организма.
- Желчнокаменная болезнь. Стоит проконсультироваться с лечащим врачом, поскольку ежедневное потребление сладкого лечебного сиропа может спровоцировать движение камней и стать причиной забитого мочеточника.
- Потребление в сыром виде без термообработки может вызвать метеоризм.
- Во время беременности и в период кормления грудью также необходимо проконсультироваться с лечащим врачом.
В некоторых случаях проблемы могут возникнуть из-за неправильного выращивания корнеплода. Или из-за содержания в сиропе дополнительных компонентов, на которые имеется индивидуальная непереносимость. В аптеке, к примеру, на сегодняшний день можно приобрести сироп топинамбура с шиповником, клюквой, малиной или вишней. В остальных случаях сироп топинамбура не может причинить вреда организму.
Как приготовить?
Готовый сироп можно приобрести в аптеке, а также сделать самостоятельно в домашних условиях. Качественный сироп состоит из трех компонентов: волокон клубней, воды и лимонного сока. Ингредиенты берутся в равных пропорциях. Для приготовления рекомендуется использовать посуду из стекла, фарфора или нержавеющей стали. Пластик, дерево, эмаль или железо для этого лучше не использовать.
Рецепт приготовления сиропа топинамбура прост.
- Перед приготовлением сладкие клубни тщательно вымыть, высушить и очистить от кожуры. Хотя в некоторых рецептах рекомендуется оставить кожуру, поскольку в ней содержится большое количество витаминов.
- После этого на мелкой терке топинамбур измельчается. Для облегчения процесса можно использовать блендер или кухонный комбайн. Во время измельчения выделится большое количество сока, который нужно перелить в подготовленную емкость.
- Выделившийся сок необходимо поставить на медленный огонь и разогреть на слабом огне в течение 10 минут. Затем остудить при комнатной температуре и снова нагреть. Такую процедуру необходимо повторить 5 раз.
- Затем добавляется лимонный сок, вода, полученная смесь тщательно перемешивается. В небольшой кастрюльке нагревается еще раз на медленном огне в течение 10 минут на плите.
- После этого необходимо оставить емкость с сиропом настояться на пару часов. А затем процедить через марлю, разлить по стерилизованным емкостям и убрать в холодильник на два дня.
Готовый сироп имеет красивый янтарный оттенок и обладает приятным сладким вкусом с небольшой кислинкой. Хранить необходимо в закрытой емкости в холодильнике.
Применение
Сироп топинамбура можно давать детям в раннем возрасте в период прикорма. Большое содержание кальция способствует формированию и укреплению костной ткани, а белки являются прочным фундаментом для общего развития малыша. Рекомендуемая суточная доза для детей – половина чайной ложки сиропа в сутки. Постепенно дозировку можно увеличивать до 1-2 чайных ложек в день. Готовый натуральный сироп для детей можно добавлять в молочные продукты: йогурт, сметану, творожок.
Сироп топинамбура может употребляться при лечении заболеваний в качестве лекарственного препарата или с целью профилактики. От этого зависит и суточная рекомендуемая доза.
В целях профилактики рекомендуется принимать сироп:
- детям до 6 лет – 0,5-2 чайные ложки в день;
- детям от 6 до 12 лет – 0,5-2 столовые ложки в день;
- взрослым – 3-4 столовые ложки в день.
При онкологических заболеваниях и восстановлении организма после лучевой и химиотерапии рекомендуемая суточная дозировка сиропа составляет 4-7 столовых ложек в день. Но перед употреблением необходимо проконсультироваться с лечащим врачом. При лечении диабета рекомендуемая дозировка 4-5 столовых ложек в день. Перед применением необходимо проконсультироваться со специалистом, поскольку возможно уменьшение доза до 3-4 столовых ложек. При соблюдении диеты для сладкоежек рекомендуется принимать сироп дважды в день утром по одной столовой ложке за час до еды, а вечером 2 столовые ложки через полчаса после ужина. В таком случае обмен веществ быстро нормализуется, а потребность в потреблении сахара сократится.
О пользе применения сиропа топинамбура смотрите в следующем видео.
ТОП ХУДШИХ САХАРОЗАМЕНИТЕЛЕЙ | LIZA.HEALTH
ТОП ХУДШИХ САХАРОЗАМЕНИТЕЛЕЙ
Поступил запрос на обзор сахарозаменителей. Нужен вкусный, безопасный, полезный. Начнем с топа худших сахарозаменителей.
1. Фруктоза. До сих пор во всех магазинах полки ломятся от товаров ДЛЯ ДИАБЕТИКОВ на основе фруктозы. Это смешно и грустно, но люди ведутся на этот маркетинговый ход. А зря, фруктоза еще опаснее чем сахар, ОСОБЕННО для диабетиков. Это даже заслуживает отдельного поста!
2. Мальтодекстрин (патока). Его получают в результате переработки крахмала, представляет собой полимер глюкозы и его гликемический индекс 135. Для сравнения у обычного сахара ГИ равен 70. Ну и на что такой сахарозаменитель?
В эту же корзину летят – кукурузный сироп (ГИ = 115), виноградный, пшеничный и рисовый сиропы (ГИ=100), мёд (ГИ = 90), финиковый сироп (ГИ=80)
3. Сироп топинамбура. Если посмотрим на гликемический индекс продукта, то он равен 15 единиц. И всё бы ничего, но он на 70-80% состоит из ФРУКТОЗЫ, поэтому в топку. Да и калорийность далеко не нулевая. На 100 г – 267 ккал, у сахара для сравнения 398 ккал. Да, меньше, но разница не весомая.
4. Сироп агавы – на 90% состоит из фруктозы, а калорийность на 100 г – 310 ккал. Еще хуже чем сахар!
5. Аспартам
6. Сахарин
7. Цикламат
8. Ацесульфам калия
А эти сахарозаменители просто не очень люблю за некоторый химозный горьковатый вкус, за ненатуральность и, конечно, за множество противоречивых исследований, которые то подтверждают, то опровергают канцерогенное действие этих подсластителей. На себе проверять не хотелось бы)
Ну и последний, не самый плохой сахарозаменитель, потому что гликемический и инсулиновый индексы данного сахзама близятся к 0. Однако есть некоторые важные моменты.
9. Cукралоза – это сахар, только подвергнутый реакции хлорирования. В результате этого она полностью меняет свои свойства, абсолютно отличающиеся от сахара. Однако согласно многим исследованиям сукралоза, попадая в кишечник, токсично влияет на микрофлору, в частности приводит к уменьшению популяции Сlostridium cluster, что в итоге приводило у подопытных к нарушению пищеварения, а также развитию колита (воспаления кишечника), обусловленного дефицитом бутирата (антивоспалительного агента), который производится как раз выше названными бактериями + мне не понравилось то, что сукралоза влияет на процесс обратного всасывания холестерина в кишечнике, что может увеличивать концентрацию холестерина в крови.
Употреблять их или нет решать только вам, но я бы посоветовала выбирать более безопасные сахарозаменители, о которых я напишу в следующей статье!
Больше полезных статей на моей странице в инстаграм @liza_gromi
Сироп топинамбура: мое разочарование | Без сахара
«Натуральные» сладкие сиропы часто рекламируют как элемент «здорового» рациона и хорошую альтернативу сахару. Знаменитый кленовый, сироп агавы, сироп топинамбура и т. д. Я упоминала о них в обзоре сахарозаменителей, а сейчас расскажу, как сама столкнулась с одним из них на практике.
Кстати, о кленовом сиропе я впервые прочитала давным-давно — в детской книжке о мишках Гамми, но так до сих пор его и не попробовала. А вот сироп топинамбура заинтересовал меня намного сильнее. О нем я узнала на сайте одной маленькой кондитерской, где делают десерты без сахара, глютена, лактозы и т. д. Я даже попробовала как-то раз их чизкейк — и это было нечто. В итоге я решила, что эти люди точно в теме, а значит, к сиропу топинамбура стоит присмотреться.
Сам топинамбур у нас можно встретить на дачных участках. Его клубни похожи на картошку и вполне съедобны, хотя популярностью почему-то не пользуются (судя по всему, зря).
Сироп делают как раз из клубней. У него низкий ГИ — около 15 единиц — и приятный медовый вкус. На какое-то время он стал моим фаворитом. Очень кстати оказалось, что он продается в сети «ВкусВилл», так что специально ездить по магазинам со всякой экзотикой не пришлось.
Но потом я копнула чуть глубже и узнала, что он на состоит из фруктозы примерно на 80-90%. О самой фруктозе я уже писала: сахарозаменитель это очень сомнительный, даже диабетикам ее последнее время советуют все реже. И для организма нет особой разницы между фруктозой из пакета и из сиропа.
Ещё пишут, что в сиропе топинамбура якобы есть инулин — полезные пищевые волокна, обладающие сладким вкусом. В клубнях он действительно есть, но увы, при обычном способе производства весь инулин из клубней превращается как раз во фруктозу. Чтобы в этом убедиться, достаточно почитать вместо завлекающих описаний на сайтах интернет-магазинов научные статьи по пищевой промышленности. В них этот сироп так и называется — глюкозно-фруктозный. Так как помимо 80-90% фруктозы практически все остальное в нем — глюкоза.
В кондитерской об этом, кажется, не догадываются. А может, у них какой-то свой сироп, с другой технологией производства?..
В конце концов я не стала отказываться от этого сиропа полностью — добавляю в творог вместо меда. Но особых надежд на него уже не возлагаю и ищу новые альтернативы.
Если без сахара, то не обязательно полезно
Недавно в кафе меня убеждали не заморачиваться с количеством пирожных, над которыми я раздумывала, потому что они «абсолютно без сахара». И что я могу взять оба и не переживать. Сладко, а без сахара! Ешьте, не переживайте.
Я прочитала состав – на втором месте шел сироп топинамбура.
Благодаря такой умелой подаче у потребителей создается впечатление, что раз еда формально без сахара, то можно употреблять ее в любых количествах.
Это не верно.
Станет ли продукт полезнее, если в его названии слово «сахар» заменить на «сироп»?
Согласно определению ВОЗ – и сахар, и мед, и сироп агавы, и любой другой сироп – это свободные сахара. Т.е. то, что добавил производитель или мы в пищевые продукты/напитки. Допустимое количество свободных сахаров для взрослого человека в зависимости от пола, возраста и уровня активности — от 6 до 12 чайных ложек в день (5-10% общей потребляемой энергии).
Различные сиропы (например — агавы, топинамбура итд) в большей степени состоит из фруктозы. У нее ниже гликемический индекс, т.е. она не вызывает резкого скачка сахара в крови.
На основании этого факта создан миф о ее пользе.
Что говорит наука?
Чрезмерное потребление фруктозы опасно: увеличивается риск метаболического синдрома и диабета второго типа [1, 2], есть риски развития неалкогольной жировой болезни печени [3, 4, 5]. Также высокое потребление фруктозы связано с повреждением генов в головном мозге. А это может привести к ряду психических заболеваний: болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, депрессия и тд.
Почему так?
Глюкоза, которая содержится в обычном сахаре, необходима* организму. Она присутствует во всех наших клетках. Необходимости же во фруктозе у организма нет, поэтому она хуже усваивается.
*Кстати, не обязательно потреблять глюкозу извне, организм умеет «добывать» ее из белков и жиров.
Значит ли, что и фрукты есть опасно? Там же много фруктозы
Во-первых, не так уж и много:
- в 1 ч.л. сиропа агавы содержит 6 г фруктозы;
- в 1 яблоке содержится 9 г фруктозы;
- в 1 абрикосе – менее 1 г;
- в 1 большом персике – 1,5 г;
При этом съесть 40 персиков Вы вряд ли сможете, а вот 10 чайных ложек сиропа – запросто.
Кроме того, цельные фрукты содержат клетчатку и другие полезные вещества, от которых очищен сироп.
Получить переизбыток фруктозы из фруктов практически невозможно, а вот из сиропов – запросто.
Итог
Если Вам вкуснее выпечка с кленовым сиропом или каша с сиропом рожкового дерева – на здоровье. Но помните, что эти порции учитываются в общем дневном балансе свободных сахаров.
Для здоровья полезно не превышать допустимые нормы употребления свободных сахаров, а заменять сахар чем-либо «более натуральным» — бесполезно или опасно.
Аналогичная ситуация с пометками «здоровье», «фитнес», «обезжиренный», «органик», «био» итд. Часто это просто маркетинговый ход.
Чем заменить сахар при правильном питании? – 4fresh блог
И, несмотря на все старания, нам очень сложно отказаться от любимых десертов, сладких конфет и бабушкиных бисквитов.
За последние две сотни лет количество потребляемого нами сахара возросло почти в 30 раз. Например, в полулитре газировки спрятано около 20 чайных ложек сахара, что больше чем в 3 раза превышает рекомендованную суточную норму для женщин!
Рафинированный сахар — это обманка, содержащая в себе пустые калории, которые с радостью откладываются в боках и животике. К тому же излишек сахара неблагоприятно сказывается на работе иммунной системы, портит зубы, вызывает такое страшное заболевание, как диабет, и ко всему прочему, от него не так-то просто отказаться, потому что мы быстро привыкаем к сахару и начинаем чувствовать зависимость.
Почему стоит обратить внимание на сахарозаменители?
Все бы ничего, если бы мы, как наши предки, от которых нам и досталась эта тяга к сладкому, удовлетворяли бы ее только натуральными фруктами и ягодами. Но в наше время мы плотно привязываемся к добавленному сахару — пустышке, не приносящей нам ничего, кроме вреда.
Для того чтобы справиться с этой привычкой и помочь вкусовым рецепторам вспомнить, кто есть друг, а кто враг, лучше всего максимально снизить потребление белого сахара.
Натуральные и полезные сахарозаменители (есть и вредные, но об этом позже) помогут вам не только легко справиться с этой вредной привычной, но и научиться готовить для себя и своих родных по-настоящему вкусные и полезные десерты.
Итак, чем заменить сахар при правильном питании?
Сахарозаменители без вреда для здоровья
Пора знакомиться с новыми друзьями. В мире существует большое количество натуральных подсластителей, мы расскажем вам о нескольких из них, самых популярных и полезных для здоровья. Все эти сахарозаменители имеют разную калорийность и разные полезные свойства, но каждый из них может стать вашим верным соратником на пути к здоровому питанию.
Сироп топинамбура
Сироп топинамбура — это один из видов жидкого сахарозаменителя. Благодаря низкому гликемическому индексу (13-17), это то, чем можно заменить сахар при сахарном диабете. Топинамбур получают из клубней земляной груши.
Он настолько полезен для нашего здоровья, что его иногда причисляют к команде суперфудов. В нем содержится несколько незаменимых аминокислот — лизин, валин, аргинин и другие. Топинамбур богат железом, кремнием, калием и другими важными веществами и содержит в себе большое количество витаминов. Сироп имеет приятный сладкий вкус и сохранил в себе все ценные свойства корня топинамбура.
[:товар:BINA0015:] | [:товар:BINA0016:] | [:товар:BINA0018:] |
Кленовый сироп
[:товар:ecor0052:] |
Кленовый сироп — это натуральный и безопасный сахарозаменитель, который получается путем выпаривания кленового сока, — старый традиционный способ, которым пользовались еще индейцы. Кленовый сироп — это то, чем можно заменить сахар при похудении, он также богат многими полезными элементами и витаминами: цинком, железом, магнием и другими. К тому же такой сироп — природный источник антиоксидантов, которые помогают сохранить наш организм молодым и здоровым на клеточном уровне и нормализовать иммунитет. Кленовый сироп отличается сладким вкусом и хорошо подойдет как для приготовления десертов, так и для того, чтобы добавить сладость блюдам с нейтральным вкусом. |
Сироп рожкового дерева
Сироп рожкового дерева — один из самых популярных натуральных подсластителей, обладающий приятным сладким вкусом. Полезен ли этот сахарозаменитель? Он изготавливается из плодов рожкового дерева, которые, в свою очередь, обладают массой ценных качеств и свойств. Рожковое дерево часто добавляется в различные лекарственные средства, направленные на укрепление иммунитета, борьбу с простудными заболеваниями, кашлем, ОРВИ, для нормализации работы желудочно-кишечного тракта, чтобы помочь организму очиститься от загрязнений и токсинов. |
[:товар:rofo0008:] |
Сироп агавы
Можно ли беременным этот сахарозаменитель? Скажем сразу, при всех своих полезных качествах, сироп агавы не рекомендуется употреблять беременным женщинам или тем, кто только планирует малыша.
Во всех остальных случаях сироп агавы может похвастаться большим количеством полезных свойств. В первую очередь нельзя не сказать про низкий гликемический индекс сиропа агавы — всего 15-17. Это натуральный сахарозаменитель для диабетиков.
[:товар:rofo0015:] |
При этом сироп отличается очень сладким вкусом, поэтому при приготовлении сладкой выпечки один стакан обычного сахар можно заменить всего третью чашки этого продукта. В сиропе содержится целый ряд полезных элементов (железо, кальций и другие), а еще это натуральный источник инулина. Он благоприятным образом сказывается на состоянии желудочно-кишечного тракта и помогает восстановить микрофлору кишечника. |
Сироп шелковицы
Не зря в восточных странах шелковицу называют королевой ягод, ведь она невероятно полезна для нашего здоровья и при этом обладает приятным сладковатым вкусом. Это то, чем без вреда можно заменить сахар при диете.
Шелковица припрятала для нас целый ряд полезных веществ и витаминов — фосфор, калий, селен, цинк и многие другие, а так же это ценный источник антиоксидантов. Так как шелковица — скоропортящийся продукт, люди придумали способ, как сохранить все ее целебные свойства, — так и появился сироп из шелковицы. Сироп из шелковицы можно использовать не только как натуральный подсластитель, но и как верный помощник при больном горле и простуде. Сироп также благоприятно влияет на работу ЖКТ и помогает справиться с анемией.
[:товар:rofo0010:] | [:товар:rofo0016:] |
Другие полезные сиропы
Среди натуральных заменителей сахара с низким гликемическим индексом также выделяют сироп ячменного солода, рисовый и финиковые сиропы. Все они богаты витаминами и полезными минералами и обладают гораздо меньшей калорийностью, чем сахар. Рисовый сироп, к тому же — это, в первую очередь, сложные углеводы, которые надолго насыщают наш организм.
Все эти сиропы можно добавлять в чай, выпечку или употреблять просто так. Но, конечно, помните — во всем должна быть мера :)
[:товар:ecor0051:] | [:товар:ecor0050:] | [:товар:ecor0086:] |
Мед
Да, наш любимый фруктовый и цветочный мед — это самый простой сахарозаменитель, при диете и просто так, который найдется, пожалуй, в каждом доме. Оговоримся, что это не то, чем можно заменить сахар в кофе и в чае, так как при нагревании мед теряет свои волшебные свойства и может даже навредить.
Поэтому для чая и выпечки все-таки рекомендуем использовать именно сиропы. А медом — наслаждаться просто так. Ведь он содержит в себе большое количество полезных веществ, укрепляет иммунитет, обладает антибактериальными свойствами и еще мед просто очень-очень вкусный.
[:товар:elfa0164:] | [:товар:alne0017:] | [:товар:nect0003:] |
Осторожно: опасность!
Да, популярные сахарозаменители действительно обладают большим количество уникальных свойств, помогают сохранить красивую фигуру, здоровый организм и дать отпор сахарному диабету. Многие другие сахарозаменители: стевия, жидкий виноградный сахар, мед финиковой пальмы и прочие, не упомянутые нами, также очень полезны для нас.
Но среди прочих подсластителей есть и те, которые могут, наоборот, навредить здоровью. Кто же они?
- Сахарин — вреден для желудка и является канцерогеном.
- Аспартам — канцероген, может вызвать отравление, спровоцировать головную боль, депрессию и др.
- Сукразит — токсичен для нас.
- Цикламат — может быть вреден беременным женщинам, может вызвать почечную недостаточность.
Синтетические сахарозаменители, может, и имеют низкий гликемический индекс, но все они являются «пустышками», не приносящими нашему организму никаких полезных элементов. Именно поэтому этих продуктов следует избегать.
И пусть в вашем доме всегда будет стоять сладкий запах свежеиспеченных сладостей — сделанных из правильных продуктов и потому полезных для всей семьи!
Сравнение сиропа из топинамбура и сиропа цикория
Нерафинированные сиропы из различных растительных источников всё больше используются в продуктах здорового питания как ингредиенты для замены сахара и патоки, придания вкуса и аромата в печенье, мороженом, зерновых завтраках (батончики, гранола), в соусах, детском питании, молочных продуктах, десертах и т. д. Среди них овсяный сироп, сироп топинамбура, финиковый сироп, рисовый сироп, сироп цикория, сироп агавы, спельтовый сироп и т.д. Некоторые из них, в первую очередь овсяный сироп, может быть отличной основой для приготовления молока, либо использован в качестве топпинга (сладкого соуса) для различных блюд.
Помимо отличий во вкусовом профиле и интенсивности сладости эти сиропы отличаются способом производства, что является немаловажным фактором при выборе ингредиента.
В данной статье анализируются сравнительные характеристики сиропа топинамбура и сиропа цикория, поскольку оба этих растения являются источником инулина, растворимых пищевых волокон, обладающих многими полезными для здоровья человека свойствами. Свежий корень цикория может содержать от 13 до 23%[1], а клубни топинамбура до 8 до 13 % инулина от сырого веса[2], что является близкими значениями. Естественно предположить, что сиропы из топинамбура и цикория должны обладать сходными свойствами и быть взаимозаменяемыми. Несколько опережая текст статьи, скажем, что это не совсем так. Причиной является принципиальная разница в способе их производства.
Инулины представляют собой группу встречающихся в природе полисахаридов, вырабатываемых многими видами растений. Инулины относятся к классу пищевых волокон, известных как фруктаны. Инулин используется некоторыми растениями в качестве средства хранения энергии и обычно содержится в корнях или корневищах. С точки зрения химического строения, инулин представляет собой полимер, состоящий из молекул фруктозы, соединенных β (2,1) связями, иногда с остатком глюкозы на конце цепи. Степень полимеризации (DP) нативного инулина в среднем 10, варьируясь при этом от 2 до 60. Иногда фракции инулина с DP ниже 10 называют фруктоолигосахаридами или олигофруктозой.
Из-за того, что остатки фруктозы соединены в молекуле инулина β(2,1)-связью, он не переваривается ферментами пищеварительной системы человека, а поэтому относится не к углеводам, а к пищевым волокнам. Благодаря своему уникальному строению инулин обладает полезными для здоровья функциональным свойствам: пониженной калорийностью и пребиотическим эффектом. Он не имеет цвета и запаха и мало влияет на сенсорные характеристики пищевых продуктов, где используется как ингредиент. Сладость олигофруктозы Fibrulose F97 составляет примерно треть от сладости сахарозы, а ее профиль сладости очень похож на сахар. Нативный инулин Fibruline Instant слегка сладкий, а «длинный» инулин Fibruline XL с высокой степенью полимеризации – совершенно несладкий.
Растворимость нативного инулина в воде составляет около 10%, что совершенно недостаточно для приготовления из него сиропа. Как известно, сиропы должны обладать как минимум 75-85 % содержанием сухих веществ, чтобы быть стабильными при хранении. Для повышения растворимости инулина его подвергают частичному или полному гидролизу с помощью различных технологических приемов.
Для приготовления сиропа топинамбура в России традиционно используется уже десятки лет известный и описанный в литературе способ кислотного гидролиза, состоящий из нескольких этапов.[3],[4] На первом этапе клубни моют, чистят и измельчают. Затем с помощью горячей воды из полученной кашицы экстрагируют инулин. Полученный «сок» отфильтровывают и направляют в реактор, где при температуре от 80 до 134оС производится гидролиз содержащегося в нём инулина с помощью соляной, серной или органических кислот при рН 2,0. По окончании гидролиза раствор направляют в нейтрализатор, где кислоту нейтрализуют с помощью кальцинированной соды. В процессе кислотного гидролиза инулин полностью расщепляется, превращаясь во фруктозу. Далее полученный гидролизат с содержанием сухих веществ около 15% уваривают до 70–75%-ного сиропа, либо просто добавляют кристаллическую фруктозу до необходимого уровня сухих веществ. Готовый сироп топинамбура содержит 90–95% фруктозы и 5–10% глюкозы в расчете на сухое вещество. Данный способ получения сиропа из топинамбура является коммерчески выгодным и его можно применять, используя стандартное существующее оборудование, выпускаемое для крахмалопаточной промышленности. Сироп фруктозы, которым в сущности и является сироп топинамбура, обладает низким гликемическим индексом, не вызывает резкого увеличения уровня сахара в крови.
Однако данный способ производства сиропа топинамбура имеет существенные недостатки. Во-первых, наиболее важное вещество, содержащееся в клубнях топинамбура – инулин, подвергается полному гидролизу. Производители сиропа топинамбура предпочитают не сообщать потребителю, что инулина или олигофруктозы в сиропе нет, но, тем не менее, безосновательно заявляют о наличии у сиропа «пребиотических» и иных полезных свойств, которыми фруктоза совершенно не обладает.
Во-вторых, фруктоза – основной компонент сиропа топинамбура – относится к с моносахаридам, а, стало быть, сироп топинамбура не может быть позиционирован как продукт «без сахара», как это часто указывают на этикетке. Такая маркировка, согласно Техническому регламенту ТР ТС 022/2011[5] допускается только если в пищевом продукте сахара (сумма моно- и дисахаридов) составляют не более 0,5 г на 100 мл.
Третий недостаток кислотного способа производства сиропа топинамбура, возможно, требует наибольшего внимания людей, серьезно относящихся к своему питанию. Он состоит в том, что в ходе подобного технологического процесса неизбежно образование опасных побочных веществ, загрязняющих конечный продукт, в частности ГМФ, о котором следует рассказать подробнее.
Органическое соединение, известное как 5-гидроксиметилфурфурол (ГМФ), образуется в мёде и в различных обработанных пищевых продуктах, когда сахара нагревают в кислой среде. Помимо режимов переработки, на образование ГМФ влияет соблюдение условий и срока хранения пищевого продукта, и поэтому содержание ГМФ и стало удачным показателем качества мёда. ГМФ легко всасывается из пищи через желудочно-кишечный тракт и после метаболизма в различные производные выводится с мочой. ГМФ и его метаболиты обладают целым рядом вредных для здоровья человека эффектов – мутагенным, генотоксическим, органотоксичным и ингибирующим действием на ферменты. Таким образом, ГМФ является промышленным загрязнителем, который с недавнего времени привлекает большое внимание ученых. В апреле 2018 года в авторитетном журнале Chemistry Central Journal опубликован обзор, где собрана обновленная информация, касающаяся образования ГМФ, процедур его обнаружения, стратегий смягчения последствий и воздействия ГМФ на медоносных пчел и здоровье человека.[6]
Концентрация ГМФ широко признана в качестве параметра для оценки свежести мёда, потому что это вещество обычно отсутствует (или присутствует только в очень небольших количествах) в свежем мёде, в то время как его концентрация имеет тенденцию повышаться во время промышленной обработки или из-за старения. Предыдущие исследования показали, что мёд, хранящийся при низких температурах или в свежем состоянии, имеет низкие или минимальные концентрации ГМФ, в то время как выдержанный или мёд, хранящийся при сравнительно более высокой или средней температуре, имеет высокие концентрации ГМФ. В дополнение к условиям хранения, использование металлических контейнеров также является критическим фактором, влияющими на уровни ГМФ. Следовательно, более высокая концентрация ГМФ указывает на плохие условия хранения или избыточный нагрев мёда. Международная комиссия Codex Alimentarius Standard установила максимальный предел для ГМФ в мёде в 40 мг/кг (с более высоким пределом в 80 мг/кг для мёда, происходящего из тропических регионов), чтобы гарантировать, что продукт не подвергался интенсивному нагреванию во время обработки и безопасен для потребления.[7] Действующий в Российской Федерации ГОСТ Р 54644-2011 устанавливает даже более жесткие требования к мёду по содержанию ГМФ — не более 25 мг/кг.[8]
ГМФ присутствует не только в мёде; он встречается в различных концентрациях в промышленно изготовленных пищевых продуктах, содержащих сахар: от хлопьев для завтрака, хлеба, молочных продуктов и фруктовых соков до ликеров. Поэтому содержание ГМФ считается одним из основных показателей качества многих продуктов.[9] Считается, что человек может суммарно из всех продуктов питания за сутки принимать от 30 до 150 мг ГМФ без особого вреда для здоровья. Однако безопасные уровни потребления ГМФ всё еще недостаточно четко определены и требуют дальнейшего внимательного изучения.[10]
Образование ГМФ в процессе кислотного гидролиза клубней топинамбура было обнаружено в 1985 году Toran-Diaz и соавторами. Они проводили исследование по использованию клубней топинамбура в качестве сырья для получения этилового спирта.[11] Оказалось, что ГМФ – побочный продукт кислотного гидролиза – резко подавлял рост бактерий на стадии брожения, что приводило к низкому выходу этанола. Ту же проблему в 2011 году обнаружила другая группа ученых, которые пытались получить биоэтанол из клубней топинамбура с помощью кислотного гидролиза и последующего сбраживания сусла с помощью традиционных дрожжей Saccharomyces cerevisiae.[12] Было установлено, что в зависимости от температуры, рН и времени гидролиза концентрация ГМФ в осахаренном сусле из клубней топинамбура может достигать чудовищной концентрации 1050 мг/л. Здесь следует отметить, что при производстве сиропа топинамбура сусло еще и уваривают до необходимого содержания сухих веществ, что неизбежно должно приводить к кратному увеличению концентрации ГМФ в продукте как из-за эффекта концентрирования, так и вследствие продолжительной термической обработки сусла в условиях остаточной кислотности.
К сожалению, существующая на сегодняшний день в России нормативная база не предполагает обязательного государственного надзора за содержанием ГМФ в сиропе топинамбура. Тем не менее, возможность контролировать этот показатель есть у предприятий, использующих данный ингредиент в производстве и ответственно относящихся к безопасности своей продукции. Качественная реакция Селиванова-Фиге позволяет даже в условиях производственной лаборатории с помощью несложного оборудования и реактивов контролировать содержание ГМФ. Проведение качественной реакции на ГМФ следует осуществлять по ГОСТ Р 52834, пункт 3.4.[13] Метод основан на образовании в кислой среде продукта взаимодействия ГМФ с резорцином, окрашенного в вишнево-красный цвет. Диапазон определения массовой доли ГМФ: не более 25,0 мг/кг – реакция отрицательная, не менее 25,0 мг/кг – реакция положительная.
Продолжение данной статьи об особенностях производства и отличиях сиропа цикория читайте в следующей публикации нашего блога.
Список литературы:
[1] Chicory Root Yield and Carbohydrate Composition is Influenced by Cultivar Selection, Planting, and Harvest Date Wilson, Robert; S; Y (2004). Crop Sci. 44 (3): 748–752. doi:10.2135/cropsci2004.0748.
[2] Quantification of Inulin Content in Selected Accessions of Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.). Brkljača, J.; Bodroža-Solarov, M.; Krulj, J.; Terzić, S.; Mikić, A.; Jeromela, A. Marjanović (2014). Helia. 37 (60). doi:10.1515/helia-2014-0009.
[3] Производство фруктозного сиропа из топинамбура кислотным способом. E. В. Ли, Г. М. Суслянок, О. С. Соколова. Аграрная Россия. 2017. № 2. УДК 635.24:664.162.72(045)
[4] Production of inulin and high-fructose syrup from jerusalem artichoke tuber, Helianthus tuberosus L. [2009]
Abozed, S.S. Abdelrashid, A. El-Kalyoub, M. Hamad, K.I. 417 Annals Agric. Sci., Ain Shams Univ., Cairo, 54(2), 417- 423, 2009
[5] Технический регламент Таможенного союза «Пищевая продукция в части ее маркировки» ТР ТС 022
[6] 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) levels in honey and other food products: effects on bees and human health
Ummay Mahfuza Shapla, Md. Solayman, Nadia Alam, Md. Ibrahim Khalil, Siew Hua Gan. Chem Cent J. 2018; 12: 35. Published online 2018 Apr 4. doi: 10.1186/s13065-018-0408-3
[7] Alimentarius C. Revised codex standard for honey. Codex Stan. 2001;12:1982.
[8] ГОСТ Р 54644-2011. Мед натуральный. Технические условия
[9] Bachmann S, Meier M, Kanzig A. 5-Hydroxymethyl-2-furfural (HMF) in lebensmitteln. Lebensmittelchemie. 1997;51:49–50.
[10] Ulbricht RJ, Northup SJ, Thomas JA. A review of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in parenteral solutions. Toxicol Sci. 1984;4:843–853. doi: 10.1093/toxsci/4.5.843.
[11] Effect of acid or enzymatic hydrolysis on ethanol production by Zymomonas mobilis growing on Jerusalem artichoke juice. I. Toran-Diaz, V. K. JainJ-J., AllaisJ. Baratti. Biotechnology Letters¸ July 1985, Volume 7, Issue 7, pp 527–530
[12] Bioethanol production from Jerusalem artichoke by acid hydrolysis. Rom. Biotechnol. Razmovski R.N., Šcban M.B., Vučurović V.M. Lett. 2011;16:6497–6503.
[13] ГОСТ Р 52834-2007 Мед натуральный. Методы определения гидроксиметилфурфураля
Топинамбур против диабета
Топинамбур не зря называют картофелем для диабетиков. Научные исследования подтверждают, что Топинмбур обладает многими полезными свойствами при диабете благодаря своим диабетическим ингредиентам. В дополнение к низкому гликемическому индексу 2, большому количеству витаминов и минералов, топинамбур является особенным, главным образом, инулином с множеством сахаров. Инулин оказывает гармонизирующее и оптимизирующее действие на весь обмен веществ. Эффект подавления аппетита и лишь незначительное повышение уровня сахара в крови являются дополнительными положительными характеристиками.
Диабетический картофель и диабетическая диета
Клубень содержит значительно на калорий на меньше по сравнению с картофелем и, прежде всего, содержит много калия . Иерусалимский артишок считается отличным заменителем картофеля и широко используется в терапии диабета . Множественный сахарный инулин в основном разлагается в толстой кишке.Как клетчатка, она набухает в желудке и кишечнике за счет поглощения воды. Она снижает аппетит и оказывает продолжительное, насыщающее действие . Поскольку -кратный сахар в основном добывается в толстой кишке , уровень сахара в крови увеличивается только незначительно .Если вы вводите инсулин, вам может потребоваться скорректировать его количество после консультации с врачом. Иерусалимский артишок также считается пребиотиком, то есть добавкой пищи в диете диабета.
Современная диета не дает возможности избавиться от положительных штаммов бактерий в кишечнике.Топинамбур в значительной степени способствует притуплению положительных культур в толстой кишке. Оптимизируется весь метаболизм, улучшается прием пищи и ее оценка, а также улучшается здоровье кишечника. Существуют мнения, которые описывают топинамбур как эффективное средство предотвращения колоректального рака. рак . Ученые считают, что прием 5-10 г инулина в день имеет положительный эффект на здоровье кишечника . Таким образом, при ежедневном приеме 8 г инулина наблюдалось десятикратное увеличение положительных бифидных батарей.(Исследование Токийского университета Томотари Мицуока, 1987 г.)
Здесь вы можете купить топиунамбур специально для диабетиков. Все товары очень подходят!
Универсальность при диабете
Приятная универсальность, поскольку можно использовать топинамбур.
- В виде свежих овощей в салатах, в качестве гарнира, основного блюда или десерта
- В сушеном виде в виде чипсов, хрустящих хлебцев, муки или гранул
- В жидком виде в виде сиропа
- В виде капсул и таблеток
побочные эффекты
Топинамбур обладает множеством положительных характеристик.Там, где свет является также тенью, с чувствительными людьми может случиться так, что использование инулина приводит к метеоризму и расстройству желудка . Как правило, эти признаки исчезают после короткого периода оседания . Штаммы бактерий в толстой кишке делают свое дело и довольно активны, поэтому мы рекомендуем вам вначале осторожно увеличить употребление топинамбура.
Как и многие природные средства, регулярное и непрерывное потребление топинамбура на эффективнее , чем преувеличенная разовая доза.В оптимальном случае вам удастся регулярно обогащать свой рацион топинамбуром. Мы получили много положительных отзывов от наших клиентов и с нетерпением ждем вашего ответа.
Источники
Вы должны знать, что о раке толстой кишки
Альтернатива терапии топинамбуром
Справочник по диабету
Перспективы топинамбура в функциональных пищевых ингредиентах и производстве биоэнергии
Реферат
Топинамбур, местное растение Севера Недавно Америка была признана многообещающей биомассой для развития биоэкономики с рядом преимуществ по сравнению с традиционными культурами, такими как культивирование с низкими затратами, высокая урожайность, широкая адаптация к климатическим и почвенным условиям и сильная устойчивость к вредителям и болезням растений.Из топинамбура можно получить самые разные биопродукты, включая инулин, фруктозу, натуральные фунгициды, антиоксиданты и биоэтанол. В этом документе представлен обзор выращивания топинамбура, получения биопродуктов и применимых технологий производства, с тем чтобы привлечь больше внимания к этой ценной культуре для ее применения в качестве источников биотоплива, функционального питания и биологически активных ингредиентов.
Ключевые слова: Топинамбур, Функциональное питание, Молочная кислота, Биоактивные ингредиенты, Биоэтанол, Биобутанол
1.Введение
С начала 21 века цивилизация столкнулась с двумя серьезными проблемами: неуклонным сокращением объемов ископаемого топлива и экологическими проблемами, вызванными широким использованием этих ископаемых видов топлива для производства энергии и химикатов. Одним из эффективных способов решения этих проблем является использование биомассы вместо ископаемого топлива для производства топлива и химикатов, новая область, получившая название «биоэкономика». Этот тип экономики, несомненно, способствует экологической, социальной и экономической устойчивости, если он хорошо спроектирован и реализован [1], [2], [3].Критическим аспектом перехода от нынешней «нефтеэкономики» к «биоэкономике» является минимизация воздействия новых применений биомассы (например, топлива и химикатов) на традиционные виды использования биомассы (например, продукты питания и корма), тем самым предотвращая любые возникающие в результате экономический дисбаланс. Поэтому значительная научная и промышленная деятельность сосредоточена на выявлении обильных источников биомассы и / или выращивании сельскохозяйственных культур, которые менее конкурентоспособны с традиционными культурами с точки зрения потребностей в воде, земле и питательных веществах.Доступность и применение источников биомассы зависят от региона, поэтому важно определить виды растений, подходящие для местных условий культивирования, чтобы повысить экономическую жизнеспособность производства биомассы [4], [5], [6]. Два часто приводимых примера успешного перехода к биоэкономике включают производство биоэтанола из сахарного тростника в Бразилии и производство биодизеля из несъедобного масла Jatropha в Южной Азии; однако эти виды не могут быть легко применены в Северной Америке без учета степени климатической адаптации [7], [8], [9].
Топинамбур — растение, произрастающее в Северной Америке. Он имеет ряд преимуществ перед традиционно сельскохозяйственными культурами, включая высокую скорость роста, хорошую устойчивость к морозам, засухе и плохой почве, сильную устойчивость к вредителям и болезням растений, с минимальной или нулевой потребностью в удобрениях [10], [11]. Традиционно топинамбур использовался в пищу или корм для животных [12], [13], и в течение последних двух десятилетий изучались альтернативные варианты использования, особенно для производства функциональных пищевых ингредиентов, таких как инулин, олигофруктоза и фруктоза [14]. , [15].Также обнаружено, что некоторые биоактивные ингредиенты могут быть извлечены из его листьев и стеблей, что создает возможность для применения в фармацевтическом секторе [16], [17]. В последнее время возобновился и быстро растет интерес к использованию клубней топинамбура, богатого инулином, в качестве сырья для производства биоэтанола [18], [19]. Примеры многократного применения топинамбура показаны в. Эти разнообразные применения наряду с низкой стоимостью плантаций делают топинамбур перспективной биомассой для развития биоэкономики.
Многократное применение топинамбура.
Этот обзор представляет собой всесторонний обзор выращивания топинамбура, производства различных потенциальных биопродуктов и применяемых технологий производства. Большое внимание уделяется производству биоэтанола из топинамбура.
2. Характеристики топинамбура
Топинамбур ( Helianthus tuberosus ) — многолетнее растение, состоящее из стебля около 1–3 м высотой, небольших желтых цветков, волосистых листьев овальной формы и подземной системы корневищ с небольшими поросльями. клубни.Это вид покрытосеменных растений семейства сложноцветных, которые обычно называют семейством подсолнечника или маргариток [10], [20], [21], [22]. Стебли толстые и ребристые, со временем могут стать деревянистыми. Его листья чередуются у верхушки стебля, нижние листья крупнее и шире и могут вырастать до 30 см в длину, а верхние — меньше и уже. Что касается цветочных головок, каждая имеет ширину 5–7,5 см и образована небольшими желтыми трубчатыми дисковыми цветками в центре и окруженными соцветиями, которые встречаются отдельно или группами на концах крыловидных ветвей и основных стеблей.Что касается клубней, то они неровные и удлиненные, от узловатых до круглых гроздей. Цвет клубней варьируется от бледно-коричневого до белого, красного и пурпурного [10], [23]. Морфология топинамбура и клубней проиллюстрирована на рис.
Растение и клубни топинамбура.
Топинамбур впервые был выращен коренными американцами задолго до прихода европейцев и назывался солнечным корнем. После того, как топинамбур был завезен в Европу, ему стали приписывать различные латинские и общеупотребительные названия.Кейс и Ноттингем [22] собрали и сообщили около 100 общих имен, используемых на разных языках. Некоторые из наиболее часто используемых английских названий включают топинамбур, топинамбур, лесной подсолнух или земляное яблоко. Интересно, что название «топинамбур» вводит в заблуждение, поскольку это один из видов подсолнечника того же рода, что и садовый подсолнух; однако это не имеет отношения к Иерусалиму и не является разновидностью артишока [24].
3. Выращивание топинамбура
Топинамбур произрастает в регионах с умеренным климатом в Северной Америке и может переносить годовое количество осадков от 31 до 282 см с приемлемым средним температурным диапазоном 6.3–26,6 ° C и pH 4,5–8,2. Хотя он может хорошо адаптироваться к широкому спектру типов почвы и уровней pH в солнечном месте, слабощелочные почвы благоприятны для выращивания артишока. Как правило, растение может переносить отрицательные температуры, в то время как клубни могут выдерживать замораживание в течение нескольких месяцев, даже если мороз убивает стебли и листья. Морозостойкость клубней позволяет хранить их в земле в холодную зиму до тех пор, пока они не соберут необходимый урожай [10], [22].
В нескольких исследованиях было предложено сажать топинамбур ранней весной на глубину 10–15 см.Расстояние между семенными клубнями в каждом ряду составляет 30–60 см, а между рядами — 45–120 см. Оптимальная температура почвы для посадки составляет от 6 до 7 ° C из-за того, что клубни переходят в состояние покоя при температуре ниже 5 ° C. В идеале его следует высаживать в хорошо дренированную почву с небольшой щелочностью. Предлагаемое значение pH почвы для роста колеблется от 4,5 до 8,2. Орошение обычно не требуется, и растение обычно готово к сбору примерно через 125 дней. Урожайность относительно высока, обычно 16–20 т / га для клубней и 18–28 т / га зеленой массы для листвы.Его можно собирать с помощью картофелеуборочной техники. Собранный урожай требует осторожного обращения, чтобы не допустить образования синяков. Рекомендуемые условия хранения: 0–2 ° C при относительной влажности 95% в течение 4–5 месяцев [10], [13], [25], [26]. Топинамбур имеет агрессивную природу, и с ним следует осторожно обращаться с клубнями, пропущенными во время сбора урожая, которые, как ожидается, будут агрессивно расти в следующем сезоне. Однако такой агрессивный характер является преимуществом и снижает потребность в борьбе с вредителями, поскольку растение растет очень быстро [13], [27].
В связи с потенциальным применением топинамбура в биоэнергетическом секторе, в настоящее время многие фермеры все чаще выращивают его как специализированное растение. Хотя ожидается агрессивный рост, для выращивания в промышленных масштабах все же может потребоваться выявление региональных вредителей и болезней, которые могут повлиять на рост сельскохозяйственных культур. К сожалению, по этому аспекту опубликовано очень мало исследований. Маккартер и Кейс [28] обнаружили, что ржавчина и мучнистая роса, вызываемые Puccinia helianthi и Erysiphe cichoracearum , соответственно, снижают урожайность клубней.Другие потенциальные проблемы, такие как слизни, птицы, олени и кролики, могут представлять угрозу для растений, как и такие болезни, как мучнистая роса и гниль Sclerotinia [13], [29].
4. Биопродукты из топинамбура
4.1. Функциональные пищевые продукты
Функциональные пищевые продукты определяются как пищевые продукты, которые, как доказано, влияют по крайней мере на одну целевую функцию в организме, помимо основных питательных эффектов, таким образом, чтобы либо улучшить самочувствие и здоровье, либо снизить риск заболевания. .Функциональная пища должна оставаться в форме обычной пищи, а не в таблетках или капсулах, и демонстрировать свои эффекты в количествах, которые могут быть потреблены с пищей. Функциональная пища может быть натуральной пищей или пищей, в которую был добавлен или удален один или несколько компонентов, или пищей, в которой природа / биодоступность одного или нескольких компонентов была изменена, или любая комбинация этих возможностей [ 30], [31]. Топинамбур — это натуральное сырье для получения ряда функциональных пищевых ингредиентов, таких как инулин, олигофруктоза и фруктоза [10], [22], [31], [32], обладающих как питательными, так и функциональными свойствами, особенно полезными для люди с диабетом 2 типа и ожирением [33], [34], [35].
4.1.1. Инулин
Инулин представляет собой полисахарид, похожий на крахмал, и существует в виде белого порошка с нейтральным вкусом. Химически это линейный биополимер d-фруктозных звеньев, соединенных β (2,1) гликозидными связями и оканчивающихся одной молекулой d-глюкозы, связанной с цепью фруктозы связью α (2,1). Степень полимеризации инулина обычно колеблется от 2 до 60. На сегодняшний день инулин все чаще используется в качестве функциональных ингредиентов в пищевых продуктах, подвергшихся обработке, благодаря его уникальным характеристикам [10], [36], [37].
Инулин с связями β (2,1) между мономерами фруктозы не может перевариваться кишечными ферментами человека, что дает повод для важных применений в функциональных продуктах питания, подходящих для лечения диабета 2 типа, ожирения и других состояний здоровья, связанных с сахаром в крови [ 33], [36], [37], [38], [39]. При пероральном приеме инулин проходит через рот, желудок и тонкий кишечник без метаболизма, пока не попадает в толстый кишечник, где он ферментируется микрофлорой толстого кишечника.Таким образом, потребление инулина не влияет на уровень сахара в крови и стимуляцию секреции инсулина. Неперевариваемая природа инулина по своей природе приводит к тому, что его калорийность значительно ниже, чем у других типичных углеводов, поскольку энергия получается только в результате метаболизма жирных кислот и лактата, возникающего в результате ферментации. Следовательно, инулин можно использовать для замены жира, сахара и муки в молочных продуктах, злаках и выпечке для снижения калорийности [40], [41], [42]. Кроме того, инулин считается формой растворимых пищевых волокон и относится к пребиотикам.Инулин влияет на функции кишечника, увеличивая частоту стула и количество стула, особенно у пациентов с запорами, наряду с уменьшением значения pH кала. Эти эффекты помогают подавить выработку гнилостного вещества в толстой кишке [33], [37], [43], [44], [45]. Инулин в качестве пребиотика также имитирует рост существующих штаммов полезных бактерий в толстой кишке, что улучшает всасывание важных минеральных компонентов, таких как кальций и магний, а также синтез витаминов группы B [33], [36], [46], [ 47], [48], [49].Было также обнаружено, что включение инулина в рацион снижает содержание липидов в крови и печени у крыс, получавших насыщенные жиры. Однако подобные эффекты у людей еще не подтверждены [50], [51], [52], [53]. Недавние исследования показали, что инулин играет важную роль в предотвращении и подавлении рака прямой кишки, толстой кишки и молочной железы [37], [54], [55], [56], [57], [58].
Олигофруктоза, еще один функциональный ингредиент, представляет собой короткоцепочечный полисахарид, содержащий меньше фруктозных единиц (2–10).Его можно получить в результате частичного гидролиза инулина. Олигофруктоза имеет очень похожие функциональные и питательные свойства, как инулин [31], [33], [37], [42], [44], [59], [60], и ее применение в качестве функционального пищевого ингредиента неоднократно не указывается в Эта бумага.
Учитывая эти преимущества инулина для здоровья, разработка более эффективных процессов производства инулина и идентификации сырья привлекла большое внимание. Топинамбур и цикорий — два наиболее часто используемых источника инулина в промышленных масштабах [37].Клубни топинамбура содержат большое количество цепочек инулина средней длины, которые можно экстрагировать с помощью процессов, аналогичных экстракции сахара из сахарного тростника. Типичный процесс производства инулина включает три основных этапа, а именно предварительную обработку, экстракцию и очистку. Для увеличения скорости диффузии клубни топинамбура сначала нарезают и измельчают на мелкие частицы. Добыча обычно проводится в горячей воде. После отделения от твердых остатков инулин и водный раствор дополнительно очищают путем отбеливания, адсорбции активированным углем или ионного обмена.Затем очищенный инулин в воде концентрируется и сушится с получением готовых порошков чистого инулина [61]. Несмотря на то, что процесс производства инулина несложен, получить инулин хорошего качества и с высоким выходом все еще сложно. Таким образом, здесь кратко рассматриваются усилия, направленные на повышение экономической целесообразности производства инулина.
Клубни топинамбура содержат фермент, существующий в их эпидермальных клетках, называемый полифенолоксидазой (ППО). После сбора урожая клубни продолжают выполнять ряд физиологических и метаболических функций.PPO может окислять эндогенные полифенолы в меланин в присутствии кислорода. Этот процесс известен как потемнение, которое серьезно влияет на питательные вещества, вкус и внешний вид готового продукта. Ли [62] систематически исследовал влияние температуры и значения pH на активность PPO и предположил, что предварительная обработка топинамбура в воде с нейтральным значением pH при 80 ° C в течение 2 минут подавляла активность фермента и, таким образом, эффективно устраняла появление потемнения. В исследовании, проведенном Jiang [63], было оценено влияние рабочих параметров экстракции на выход инулина и оптимальные условия экстракции для достижения выхода инулина 89.Было обеспечено 5%: температура экстракции 70 ° C, отношение воды к твердому веществу топинамбура 15: 1, время экстракции 90 мин и два раза повторной экстракции твердых остатков. Кирстан [64] предпринял попытку ферментативного метода выделения инулина из топинамбура, ожидая увеличения выхода инулина. Однако их исследования показали, что ферментативная обработка сырого топинамбура не дает значительного улучшения эффективности экстракции, а лучший метод экстракции требует использования некоторых механических средств.Обработка ультразвуком все чаще используется для экстракции биоактивных ингредиентов из овощей растворителем, поскольку она способна улучшить массоперенос и проникновение растворителя [65]. Исследование [66], проведенное в отношении сравнения производительности между традиционной экстракцией, прямой ультразвуковой экстракцией и непрямой ультразвуковой экстракцией, показало, что непрямая ультразвуковая экстракция была наиболее подходящим методом для экстракции инулина из топинамбура. Экстракция с помощью микроволн — еще один многообещающий метод повышения эффективности экстракции [67].Xiao et al. [68] применили процесс экстракции с помощью микроволнового излучения для выделения инулина. Они заметили, что с помощью микроволн выход инулина увеличился с 10,8% до 12,2% на влажной основе, в то время как время экстракции сократилось со 100 минут до всего 6 минут. Группа Чжу [69] использовала трехступенчатую экстракцию гомогената для получения инулина. По сравнению с традиционной экстракцией горячей водой этот процесс имел ряд преимуществ, включая более высокие выходы, меньшее разложение инулина, работу при комнатной температуре и гораздо меньшее количество используемой воды.
4.1.2. Фруктоза
Инулин может быть полностью гидролизован до его мономера, фруктозы, которая широко используется в качестве подсластителя вместо сахарозы или глюкозы в функциональных пищевых продуктах, фармацевтических препаратах и напитках. Наиболее существенное различие между фруктозой и другими моносахаридами — это разница в гликемическом индексе (GI). GI был впервые представлен Jenkins et al. [70] как средство классификации углеводов в соответствии с их способностью повышать уровень глюкозы в крови, и использовался для помощи людям с диабетом 2 типа и ожирением при выборе продуктов питания.Основываясь на этом определении [70], GI определяется путем измерения реакции глюкозы в крови, вызванной приемом определенного количества углеводов, относительно повышения уровня глюкозы в крови, вызванного тем же количеством потребления глюкозы. ГИ глюкозы принимается равным 100, ГИ сахарозы — 65, а ГИ фруктозы — только 23 [71]. Значительно низкий ГИ фруктозы делает ее наиболее подходящим подсластителем для пациентов с диабетом или ожирением [34], [35], [72]. Что еще более интересно, сладость фруктозы, как сообщалось, на 100–150% выше, чем у сахарозы, что указывает на то, что использование меньшего количества фруктозы может обеспечить такую же текстуру и сладость в пище, чем при использовании других сахаров [73], [74] ], [75], [76] . Меньшее потребление сахара определенно помогает уменьшить разложение и агрегацию микробов во рту, что снижает вероятность кариеса. Поэтому он чрезвычайно привлекателен как фруктозная добавка, не только удовлетворяет вкусовые рецепторы, но и приносит значительную пользу для здоровья.
Обычно фруктозу получают в результате гидролиза крахмала с участием трех ферментов амилазы или альфа-амилазы и глюкоамилазы в три этапа, в то время как полученный гидролизат содержит 45% фруктозы и 55% глюкозы [77], [78].Инулин является более выгодным сырьем, чем крахмал, поскольку для гидролиза инулина требуется только однократный ферментативный гидролиз с инулиназой в качестве биокатализатора [79], при этом выход фруктозы достигает 95% [77]. Экономичность процесса гидролиза тесно связана с активностью и стабильностью фермента, режимом работы и конфигурацией биореактора. По сравнению с большинством химических реакций, биологические реакции, такие как гидролиз, протекают относительно медленно. Это требует длительного времени реакции или использования больших биореакторов.Кроме того, большие количества фермента, участвующего в гидролизе, остаются в реакционной среде после реакции, и их очень трудно восстановить. Поэтому были проведены значительные исследования для иммобилизации фермента для удержания биокатализатора и в то же время для достижения непрерывной работы. Ricca et al. [80] рассмотрели основные достижения, достигнутые в производстве фруктозы путем ферментативного гидролиза инулина до 2007 г. Прогресс, достигнутый за последние годы, или исследования, не охваченные в обзоре Ricca, суммируются здесь с акцентом на разработку новых ферментов, иммобилизацию ферментов и инновационный биореактор. дизайн.
Исследования, проведенные Sirisansaneeyakul, et al. [81] сосредоточили внимание на синергетическом эффекте комбинированной экзо- и эндоинулиназной системы. Они заметили, что ферментная система, состоящая из инулиназ плесени и дрожжей с соотношением компонентов смеси 5: 1, лучше справляется с гидролизом инулина, чем только плесень и дрожжи. Полученный гидролизат содержал 78,2% фруктозы. Yu et al. [82] разработали новый рекомбинантный штамм Saccharomyces cerevisiae , секретирующий инулиназу, для производства фруктозы, не содержащей глюкозы, из топинамбура.Такой рекомбинантный биокатализатор был способен гидролизовать инулин до фруктозы и глюкозы и впоследствии метаболизировать глюкозу. В результате в гидролизате накапливалась только фруктоза, что обеспечивало многообещающий одностадийный процесс получения фруктозы высокой чистоты. Guiraud et al. [83] попытались иммобилизовать инулиназу на матрице DEAE-целлюлозы с помощью простого метода адсорбции. Свежеприготовленный катализатор испытывали в реакторе непрерывного действия при скорости потока 10 мл / ч, растворе инулина 5 г / л, при 40 ° C в течение 3 недель, достигая степени превращения инулина 100%.В исследовании, проведенном Santa et al. [84], новый метод иммобилизации золь-гель был использован для осаждения инулиназы на пористой матрице ксерогеля кремнезема. Этот биокатализатор продемонстрировал многообещающую стабильность работы при 40 ° C в течение 20 последовательных 24-часовых циклов без заметного снижения выхода продукта. Singh et al. [85] разработали стабильный проточный реактор с инулиназой, иммобилизованной на Duolite A568, для гидролиза инулина. Реактор мог работать непрерывно со скоростью 4 мл / ч при 55 ° C в течение 75 дней, а экспериментальный период полураспада составлял 72 дня, что является очень обнадеживающим достижением в непрерывном гидролизе инулина.Группа Чжу [86], [87] проводила текущие исследования производства фруктозы из топинамбура с начала 1990-х годов [86]. Был разработан инновационный динамический мембранный сепаратор, который был соединен с реактором гидролиза, который мог одновременно проводить реакцию и разделение. Фермент фильтровали через мембранный спектрометр и возвращали в реактор гидролиза, обеспечивая рентабельный процесс производства фруктозы. Этот уникальный дизайн применяется в промышленных масштабах.
4.2. Биоактивные соединения
Помимо функциональных пищевых продуктов, полученных из клубней топинамбура, листья также имеют важное применение. Листья топинамбура традиционно используются в народной медицине для лечения переломов костей, кожных ран, отеков и боли [88], [89], [90]. Ряд ценных биологически активных соединений, имеющих лекарственное значение, был выделен из надземных частей топинамбура, демонстрируя противогрибковое, антиоксидантное, противораковое действие и другие лечебные эффекты [16], [17], [88], [91], [92] , [93], [94], [95], [96], [97], [98].
В исследовании, проведенном Nakagawa et al. [92], два лектина были выделены из каллуса топинамбура и затем очищены с помощью хроматографии и препаративного электрофореза. Оба лектина показали сильную активность в отношении гемагглютинации. Pan et al. [16] успешно выделили девять биоактивных соединений из цельного растения топинамбура, включая ent-17-оксокаур-15 (16) -en-19-оевую кислоту, ent-17-гидроксикаур-15 (16) -en-19- овая кислота, метиловый эфир энт-15β-гидроксикаур-16 (17) -ен-19-овой кислоты, энт-15-нор-14-оксолабда-8 (17), 12E-диен-18-овая кислота, 4,15 -изоатрипликолид ангелат, 4,15-изоатрипликолид метилакрилат, (+) — пинорезинол, (-) — лолиолид и ванилин.Затем биоактивность девяти соединений оценивали с использованием линии клеток рака молочной железы человека MCF-7 и биоанализа активации защиты изофлавоноидов сои. Два соединения были идентифицированы как цитотоксические агенты, одно из которых было способно стимулировать защитные метаболиты, а четыре из которых были способны блокировать накопление изофлавонов в сое. Непрерывные усилия по извлечению биоактивных ингредиентов из листьев топинамбура в команде Сяо и Юаня [17], [93], [94] привели к важным достижениям.Шесть фенольных экстрактов из листьев топинамбура проявляют активность по улавливанию свободных радикалов, что делает листья топинамбура хорошим источником природных антиоксидантов [17], [95]. Совсем недавно эта группа [94] дополнительно выделила серию сесквитерпеновых лактонов, проявляющих цитотоксичность в отношении линий раковых клеток, что согласуется с результатами, представленными Pan et al. [16].
Экстракты из листьев топинамбура также обладают противогрибковыми свойствами [96], [97], [98].Лю и др. [96] использовали различные растворители для экстракции листьев топинамбура и протестировали противогрибковые свойства экстрактов на нескольких грибах, таких как Rhizoctonia solani, Gibberella zeae, Alternaria solani и Botrytis cinerea . Их исследование показало, что экстракты листьев топинамбура из разных растворителей проявляли разную противогрибковую активность. Например, ингибирующее действие водных экстрактов было ниже, чем у органических растворителей. Экстракты из этилацетата показали самую высокую ингибирующую активность по отношению к четырем грибам, задействованным в этом исследовании.В то время как исследование Han et al. [97] обнаружили, что ацетоновые экстракты листьев топинамбура продемонстрировали самую сильную ингибирующую способность к серой гнили перца в рамках их экспериментов. В более позднем исследовании, проведенном Chen et al. [98] шесть фенольных кислот были выделены из листьев топинамбура с использованием н-бутанола в качестве растворителя, и среди шести выделенных фенольных кислот кофеиновая кислота, 3,4-дикафеоилхиновая кислота и 1,5-дикафеоилхиновая кислота были определены как ответственные за г.zeae ингибирование. Это исследование достаточно демонстрирует, что листья топинамбура являются потенциальным источником природных фунгицидов.
Обычная экстракция растворителем является основной технологией экстракции для отделения биоактивных ингредиентов из листьев топинамбура. Поскольку листья содержат широкий спектр химических соединений, экстракты с использованием различных растворителей без дополнительной очистки показали различную биоактивность [96], [97], [98]. Поэтому необходима дальнейшая работа по извлечению биоактивных веществ, последующему разделению экстрактов, идентификации и характеризации биоактивности каждого соединения.На высвобождение биологически активных соединений из топинамбура может повлиять обработка. Например, недавно было обнаружено, что процессы выдувания и экструзии увеличивают общее содержание фенолов, активность по улавливанию свободных радикалов и снижают антиоксидантные свойства железа в настое чая из топинамбура по сравнению с обработкой путем обжарки и сушки горячим воздухом [99]. Более того, предыдущее исследование показало, что сочетание высокого гидростатического давления (HPP) и ферментативной обработки и ферментации увеличивает содержание фенолов и антиоксидантную активность экстракта клубней топинамбура in vitro (улавливание радикалов и супероксид) по сравнению с водной экстракцией [100] .Следовательно, для промышленного производства биоактивных соединений из топинамбура необходимо критически оценить технологию обработки и экстракции и выбрать ее в соответствии с физико-химическими свойствами целевых ингредиентов и природой растительной матрицы. В дополнение к HPP, другие нетрадиционные методы экстракции, такие как ультразвуковая, микроволновая и сверхкритическая жидкостная экстракция, могут рассматриваться как альтернативные подходы для увеличения выхода и сохранения биологической активности ингредиентов топинамбура [101], [102] .
4.3. Биотопливо
4.3.1. Этанол
Топинамбур (JA) в настоящее время признан новой энергетической культурой для производства биоэтанола; однако производство этанола из топинамбура имеет долгую историю. В 19 веке французский химик Ансельм Пайен продвигал клубни топинамбура для производства пива во Франции. Интересно, что пиво, полученное из клубней топинамбура, сладкое и имеет фруктовый вкус [103], [104]. Благодаря уникальному аромату этанол из топинамбура также использовался для производства бренди во Франции и Германии, а также для производства сакэ в Японии [105].Во время и после Первой мировой войны Британский департамент научных и промышленных исследований провел обширные исследования по разработке топливного этанола из топинамбура. Было продемонстрировано, что топинамбур способен производить такое же количество ферментируемых углеводов на акр для алкоголя, что и сахарная свекла, и больше, чем ирландский картофель. Однако с развитием современной нефтяной промышленности интерес к топливному этанолу снизился [106], [107]. В 1980-х возобновление интереса к этанолу из топинамбура стимулировалось нефтяным кризисом 1973 года [108], [109]; однако это исследование снова было прервано из-за снижения цен на нефть после кризиса.Возобновление интереса к топинамбур как источнику для производства этанола снова произошло, и на этот раз в значительной степени обусловлено быстрым сокращением запасов ископаемого топлива в сочетании с негативными последствиями чрезмерного потребления топлива на основе нефти для окружающей среды, такими как глобальное потепление, изменение климата, кислотные дожди и разрушение озонового слоя. Были предприняты большие усилия и значительный прогресс в разработке биотоплива, в основном биоэтанола и биодизеля, для замены нефтяного топлива [110], [111]. В настоящее время в Северной Америке кукуруза, пшеница и ячмень являются доминирующим сырьем для коммерческого производства биоэтанола, но они конкурируют с продуктами питания и кормами, вызывая жаркие споры о «топливе против продуктов питания».Как следствие, усилия переориентируются на использование лигноцеллюлозной биомассы (сельскохозяйственные и лесные отходы) и / или выращивание специальных энергетических культур [1], [112], [113], [114], [115]. Несомненно, лигноцеллюлоза является наиболее экономичным и широко доступным сырьем, однако дорогостоящая предварительная обработка для превращения целлюлозы в сбраживаемый сахар является ключевым техническим препятствием для экономически конкурентоспособного производства. Производство биоэтанола из лигноцеллюлозной биомассы все еще находится на стадии разработки [116].Клубни топинамбура богаты инулином, который легко гидролизуется, а затем с помощью биокатализаторов превращается в этанол. Выход этанола эквивалентен выходу сахарного тростника и вдвое больше выхода кукурузы. Эти характеристики делают топинамбур прекрасным субстратом для производства этанола [18], [19], [117], [118], [119], и недавно он был включен в список самых многообещающих энергетических культур в Китае, Европе и других странах. Новая Зеландия [4], [120], [121], [122]. Как правило, существует два пути производства биоэтанола из клубней топинамбура: (1) раздельный гидролиз и ферментация (SHF) и (2) одновременное осахаривание и ферментация (SSF), как показано на.
Два маршрута производства биоэтанола из клубней топинамбура.
4.4. Раздельный гидролиз и ферментация
Метод раздельного гидролиза и ферментации (SHF) характеризуется тем, что гидролиз инулина и ферментация сахара проводятся в двух отдельных реакторах. Обычно клубни топинамбура перерабатывают в кашицеобразную массу, а затем гидролизуют до сбраживаемых сахаров (фруктозы и глюкозы) с использованием разбавленных минеральных кислот или фермента инулиназы. Затем сбраживаемый сахар отделяется от твердых остатков и переносится в ферментер, где сахар ферментируется в этанол с использованием дрожжей, таких как Zymomonas mobilis, Kluyveromyces marxianus и Saccharomyces cerevisae .
Исследования гидролиза инулина для производства фруктозы изложены в разделе 4.1.2. [77], [78], [79], [80], [81], [82], [83], [84], [85], [86], [87] Приготовленная таким образом фруктоза может быть дополнительно превращается в этанол. Для производства этанола, начиная с клубней посредством процесса СВЧ, стадия гидролиза оказывает значительное влияние на следующую стадию ферментации. Полный гидролиз инулина дает максимальное количество сахара, что приводит к высокому выходу этанола. Однако в процессе гидролиза могут образовываться некоторые побочные продукты, которые могут ингибировать активность дрожжей на стадии ферментации, следовательно, увеличивая время ферментации.Fleming et al. [123] исследовали эффективность различных минеральных кислот (соляной, серной, лимонной и фосфорной кислот) при гидролизе клубней топинамбура. Они пришли к выводу, что между этими кислотами не было значительной разницы в их влиянии на гидролиз инулина. Исследование, проведенное Toran-Diaz et al. [124] оценили влияние кислотного или ферментативного гидролиза инулина на последующее спиртовое брожение. Было обнаружено, что кислотный гидролиз происходит быстрее, чем ферментативный гидролиз, в то время как побочные продукты кислотного гидролиза ингибируют рост дрожжей на последующей стадии ферментации, что приводит к низкому выходу этанола.Было также замечено, что Z. mobilis был способен сбраживать сок топинамбура в этанол без добавления каких-либо других питательных веществ, и выход этанола при ферментации Z. mobilis был выше, чем при использовании K. marxianus . Ким и Хэмди [125] оптимизировали условия гидролиза для достижения полного гидролиза инулина и минимального образования ингибиторов дрожжей. Они предложили гидролизовать суспензию топинамбура в 0,1 М HCl при 97 ° C в течение 15 мин.В таких условиях было достигнуто максимальное снижение содержания сахара до 84,8% эквивалента фруктозы, в то время как концентрация ингибитора 5-гидроксиметилфурфурола (HMF) составляла 0,07%, что ниже 0,1%, предела ингибирования роста дрожжей. Размовски и др. [126] исследовали влияние температуры, времени пребывания и гидромодуля на гидролиз топинамбура. Гидролизаты топинамбура, полученные в различных условиях гидролиза, были дополнительно испытаны в спиртовой ферментации с использованием S. cerevisiae в качестве биокатализатора.Они обнаружили, что кислотный гидролиз при высоких температурах и длительном времени пребывания увеличивает концентрацию дрожжевого ингибитора HMF и ускоряет разложение фруктана. Основываясь на их экспериментальных результатах, самый высокий выход этанола 7,6 мас. / Мас. Был получен при проведении кислотного гидролиза при 126 ° C, времени пребывания 60 минут и соотношении гидромодулей 1: 1. Zubr [127] исследовал влияние нескольких ферментов на гидролиз клубней топинамбура, включая Novozym 188, Celluclast, Novo 230, Novo SP 249 и их комбинации.Их работа показала, что целлюлолитические ферменты, такие как Novozym 188 и Cellules, имеют очень неутешительную эффективность, генерируя небольшое количество фруктозы и глюкозы. Novo 230 был наиболее эффективным ферментом для гидролиза инулина, давая самый высокий выход сахара в рамках экспериментов авторов. В то же время S. cerevisae , традиционные пивные дрожжи, были идентифицированы как эффективный катализатор спиртовой ферментации этих сбраживаемых сахаров, полученных на стадии гидролиза.
4.5. Одновременное осахаривание и ферментация
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) характеризуется тем, что гидролиз инулина и ферментация сахара проводятся в одном биореакторе с использованием комбинированных биокатализаторов. Очевидно, что такое прямое превращение растворимого инулина в этанол без предварительной стадии гидролиза очень выгодно с точки зрения капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Более того, процесс SSF значительно снижает потери сбраживаемого сахара, вызванные разделением и переносом сахаров из гидролизера в ферментер, как в процессе SHF.Для производства этанола из топинамбура посредством SSF основным техническим препятствием является определение наиболее эффективных ферментов, способных облегчить как гидролиз, так и ферментацию.
Один из подходов — использовать смесь инулиназы и дрожжей для преобразования измельченных клубней топинамбура в этанол. Ким и Ри [128] ко-иммобилизовали инулиназу и Z. moblilis в альгинатных гранулах, чтобы облегчить одностадийное производство этанола из клубней топинамбура в непрерывном режиме.Максимальная производительность по этанолу составила 55,1 г / л / ч, а выход составил 95% от теоретического выхода. В исследовании, опубликованном Nakamura et al. [129], [130], одновременный гидролиз и ферментация клубней проводилась в периодическом режиме с использованием смеси Aspergillus niger 817 и S. cerevisiae 1200. Концентрация этанола составляла 10,4% (об. / Об.) Для Время брожения 15 ч; выход составил 92% от теоретического выхода. Szambelan et al. [131] сравнили выход этанола от различных процессов с использованием отдельных дрожжей и смешанной культуры микроорганизмов.Смешанная культура Kluyveromyces fragilis и Z. mobilis или K. fragilis и S. cerevisiae дала наилучшие результаты в рамках исследования авторов. Выход этанола составлял 94% от максимального теоретического выхода, а концентрация этанола составляла 9,9% (об. / Об.). Ge et al. [132] предприняли попытку нового изолированного штамма, вызывающего гиперпродуцирование экстроинулиназы, A. niger SL-09, связанного с S. cerevisiae Z-06, для ферментации измельченных клубней топинамбура в этанол в периодической операции.Концентрация этанола достигала 19,5% (об. / Об.) В течение 48 ч ферментации с эффективностью преобразования 90%. Результат этого исследования важен в том, что высокая концентрация этанола в готовом ферментационном бульоне может значительно снизить стоимость последующей стадии дистилляции, делая общее производство этанола более экономически рентабельным.
Использование смеси ферментов позволяет осуществлять одновременный гидролиз и ферментацию клубней топинамбура для производства этанола.Однако эти процессы с участием двух видов с разными условиями культивирования создают трудности для оптимизации процесса. Производительность по этанолу была снижена из-за того, что оба биокатализатора работали в неоптимальных условиях. Еще одна попытка заключается в использовании дрожжей, обладающих инулиназной активностью, для одновременного осахаривания и ферментации. Guiraud et al. [133] впервые продемонстрировали, что K. fragilis и K. fragilis , обладающие инулиназной активностью, способны напрямую преобразовывать клубни топинамбура в этанол.После их новаторских исследований были предприняты многочисленные усилия по разработке и / или скринингу более эффективных штаммов для облегчения SHF топинамбура. Duvnjak [134] оценил эффективность нескольких дрожжей при гидролизе и ферментации, включая K. marxianus ATCC12708, K. marxianus ATCC 10,606, Kluyveromyces cerevisiae ATCC 22,295 и K. fragilis . Их работа показала, что сок топинамбура содержал достаточно питательных веществ как для роста дрожжей, так и для производства этанола. K. marxianus ATCC12708 был идентифицирован как наиболее подходящие дрожжи, обеспечивающие выход этанола 87,5% от теоретического значения в течение 25 часов ферментации. С начала 1980-х годов команда профессора Маргаритиса [108], [109], [135], [136], [137], [138], [139], [140], [141], [142], [143] ], [144], [145], [146], [147], [148], [149] посвятили свои исследования производству этанола из топинамбура. Были проведены обширные работы, начиная от скрининга дрожжей [135], метода иммобилизации ферментов [136], [139], [140], [141], [142], периодического и непрерывного режимов работы [106], [141], [177]. ], кинетики производства этанола [136], [138], [142], [143] и гидролиза инулина [146], [147], [148], [149], которые заложили ценную основу для исследований Этанол из топинамбура.В своей ранней работе было продемонстрировано, что K. marxianus UCD (FST) 55-82 являются наиболее подходящими дрожжами для ферментации клубней топинамбура среди восьми дрожжей, испытанных в их исследовании [135]. K. marxianus UCD (FST) 55-82 с инулиназной активностью дополнительно использовали в биореакторе непрерывного действия для гидролиза и ферментации сока топинамбура с получением этанола с выходом 90% от теоретического значения [108]. Эффективность этих дрожжей также была протестирована в периодическом режиме производства этанола [108].Концентрация этанола составляла 44 г / л в конце периода ферментации, равного 60 часам, с достижением выхода 88% от теоретического выхода. Negro et al. [150] провели прямую ферментацию инулина с использованием K. marxianus CECT 10,875. Концентрация этанола в конце ферментации составляла 19 г / л с выходом 96% от теоретического выхода. Работа Lim et al. [151] идентифицировали S. cerevisiae KCCM50549 как другие многообещающие дрожжи для процесса SFH клубней топинамбура, давая относительно высокую концентрацию этанола 36.2 г / л и выход 70% от теоретического значения в течение 30 часов. Этанол, произведенный из этих дрожжей, в 1,6 раза выше, чем из S. cerevisiae NCY625. Yu et al. [152] заметили, что Kluyveromyces cicerisporus Y179 проявляли высокий уровень активности инулиназы, что подходило для производства этанола методом SSH. Результаты экспериментов показали, что эти дрожжи производили больше этанола при 30 ° C, чем при 37 ° C или 42 ° C. После 144 ч ферментации этанол с концентрацией 12.Было достигнуто 3% (об. / Об.), И выход этанола составил 86,9% от теоретического значения. Группа доктора Бая [153], [154], [155], [156] провела текущие исследования по производству этанола из клубней топинамбура с использованием консолидированной стратегии биопереработки (CBP), которая объединяла производство инулиназы, гидролиз инулина и ферментацию этанола. В ранней работе, проведенной Yuan et al. [153] K. marxianus ATCC8554, как было доказано, обладает хорошей способностью к спиртовому брожению и высокой производительностью инулиназы.Использование этих дрожжей непосредственно преобразовало клубни топинамбура в этанол, достигнув выхода этанола 87% при времени ферментации 84 часа. Юань и др. [155] далее разработали новые рекомбинантные дрожжи, которые содержали коммерчески доступные S. cerevisiae 6525, интегрированные геном инулиназы, клонированным из K. marxianus . При использовании этих новых дрожжей концентрация этанола в бульоне была значительно увеличена до 72,5 г / л в конце 48-часовой ферментации при использовании штамма-хозяина S.cerevisiae 6525, концентрация этанола составила всего 67,0 г / л за 60 часов. Юань и др. [156] также применили K. marxianus со сверхэкспрессией гена инулиназы при ферментации клубней топинамбура. Наблюдалось значительное улучшение производительности этанола, подробные данные о котором приведены в. Исследования команды доктора Чи [157], [158], [159] были сосредоточены на разработке и применении Saccharomyces sp W0 с экспрессией гена инулиназы в производстве этанола из топинамбура.Ген экзо-инулиназы и ген эндо-инулиназы были интегрированы в Saccharomyces sp W0 соответственно. Продуктивность этанола с использованием Saccharomyces sp W0 с экспрессией гена инулиназы и без нее суммирована в. Hu et al. [160] исследовали активность 21 недавно выделенного и 65 ранее доступных штаммов S. cerevisiae при прямой ферментации топинамбура посредством консолидированной биопроцессинга (CBP). Их работа идентифицировала K. marxianus PT-1 и S.cerevisiae JZ1C в качестве хороших термостойких штаммов-кандидатов для производства этанола топинамбура. В экспериментальных условиях эти два штамма дали 90% и 79,7% теоретического выхода этанола соответственно при 40 ° C в течение 84 часов ферментации. Совсем недавно Guo et al. [161] сообщили об улучшенном процессе CBP в биореакторе со спиральной ленточной мешалкой с использованием мутантных дрожжей, S. cerevisiae DQ1. Концентрация этанола достигла 128 г / л, что очень многообещающе. суммирует биокатализаторы, условия ферментации и продуктивность этанола различных процессов SSF для производства этанола из топинамбура, рассмотренных в этой статье.
Таблица 1
Процессы SSF описаны в литературе.
Биокатализаторы | Условия ферментации | Концентрация этанола | Выход a | Ссылка |
---|---|---|---|---|
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) | 35 ° C, непрерывно | 55,1 г / л / ч | 95% | Kim [128] 1990 |
A.niger 817 + S. cerevisiae 1200 | 30 ° C, 15 ч | 10,4% (об. / об.) | 92% | Nakamura et al. [130] 1996 |
K. fragilis + Z. moblilis 3881 | 30 ° C, 72 часа | 9,9% (об. / Об.) | 94% | Szambelan и другие. [131] 2005 |
K. fragilis + S. cerevisiae Bc16a | 30 ° C, 72 ч | 9.1% (об. / Об.) | 86% | |
A. niger SL-09 + S. cerevisiae Z-06 | 30 ° C, 48 ч | 19,6 % (об. / об.) | 90% | Ge and Zhang [132] 2005 |
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) (дрожжи с инулиназной активностью) | ||||
K. fragilis | 28 ° C, 6 дней | 11.1% (об. / Об.) | 98% | Guiraud et al. [133] 1981 |
K. marxianus | 28 ° C, 6 дней | 11,5% (об. / Об.) | 98% | |
K. marxianus ATCC12708 | 28 ° C, 30 ч | 14 г / л | 87% | Duvnjak et al. [134] 1981 |
K. marxianus ATCC 10606 | 28 ° C, 30 ч | 12 г / л | 83% | |
K.cicerisporus ATCC 22295 | 28 ° C, 30 ч | 13 г / л | 86% | |
K. fragilis 105 | 28 ° C, 30 часов | 11 г / л | 79%||
K. marxianus UCD 55-82 | 35 ° C, 60 часов | 44 г / л | 88% | Bajpai and Margaritis [138295, |
K. marxianus UCD 55-82 | 35 ° C, непрерывно | 7 г / л / ч | 90% | Sachs et al.[106], 1982 |
K. marxianus CECT 10875 | 28 ° C, 30 ч | 19 г / л | 96% | негр [150], 2006 |
K. cicerisporus Y179 | 30 ° C, 144 ч | 12,3% (об. / Об.) | 86,9 | Yu et al. [152], 2010 |
S. cerevisiae KCCM50549 | 30 ° C, 36 ч | 32,6 г / л | 70% | Lim et al.[151] 2011 |
K. marxianus ATCC8554 | 35 ° C, 84 ч | 60,9 г / л | 87% | Юань и др. [153], 2008 г. |
S. cerevisiae 6525 с клонированным геном инулиназы | 35 ° C, 48 ч, | 72,5 г / л | 85% | Yuan et al. [155], 2013 |
K. marxianus со сверхэкспрессией гена инулиназы | 35 ° C, 72 ч, | 96.2 г / л | 93% | Yuan et al. [156] 2013 |
Saccharomyces sp W0 с геном экзоинулиназы | 28 ° C, 144 ч | 12,5% (об. / Об.) | 62,5% | Zhang et al. [157] 2010 |
Saccharomyces sp W0 с 18S рДНК интеграция гена экзоинулиназы | 28 ° C, 120 ч | 12,6% (об. / Об.) | 66% | Yuan et al. [156] 2011 |
Saccharomyces sp W0 с геном эндо-инулиназы | 30 ° C, 120 ч | 12.6% (об. / Об.) | 65% | Li et al. [159] 2013 |
K. marxianus PT-1 | 40 ° C, 84 ч | 73,6 г / л | 90% | Hu et al. [160] 2012 |
или S. cerevisiae JZ1C | 40 ° C, 84 ч | 65,2 г / л | 79,7% | |
S. cerevisiae DQ4 30 ° | , 72 ч128,1 г / л | 73.5% | Guo et al. [161] 2013 |
4.5.1. Бутанол
Биобутанол как новое поколение биотоплива в последнее время привлекает все большее внимание из-за его более высокой теплотворной способности и низкой летучести по сравнению с биоэтанолом. Проведены разведочные исследования производства бутанола из топинамбура. Sarchami и Rehmann [162] оптимизировали ферментативный гидролиз инулина из топинамбура и получили максимальную конверсию инулина 94,5% в оптимальных условиях (температура 48 ° C, pH 4.8, концентрация субстрата 60 г / л, загрузка фермента 10 единиц / г субстрата и время ферментации 24 ч) с получением бутанола 9,6 г / л. Chen et al. [163] использовали Clostridium acetobutylicum L7 для гидролиза сока топинамбура. Было обнаружено, что при исходной концентрации сахара 62,87 г / л за 60 ч ферментации было получено 11,2 г / л бутанола, а соотношение бутанола, ацетона и этанола составляло 0,64: 0,29: 0,05.
4.6. Химические вещества
Молочная кислота широко используется в пищевой, фармацевтической и химической промышленности и является важным строительным блоком для синтеза различных химических веществ [164], [165].В ответ на растущий спрос на молочную кислоту топинамбур выделяется как дешевое сырье для производства молочной кислоты. Ge et al. [165] впервые попытались использовать смешанную культуру A. niger SL-09 и Lactobacillus sp для получения молочной кислоты из JA. В процессе SSF самая высокая концентрация молочной кислоты 120,5 г / л была получена за 36 часов периодической ферментации с подпиткой с высокой эффективностью преобразования 94,5%. Эта группа дополнительно усовершенствовала процесс, введя Lactobacillus casei G-02, что привело к увеличению концентрации молочной кислоты до 141.5 г / л [166]. Об этом сообщили Choi et al. что прямая ферментация молочной кислоты может быть реализована с использованием Lactobacillus paracasei без предварительной стадии гидролиза инулина. Концентрация молочной кислоты составляла 92,5 г / л, а эффективность преобразования сахаров типа инулина в молочную кислоту составляла 98% от теоретического выхода [167]. Дао и др. [168] разработали практичный и экономичный способ получения молочной кислоты из JA. Они использовали коммерчески доступные глюкоамилазу, глюкоамилазу GA-L New и Pediococcus acidilactici DQ 2 для гидролиза и ферментации пробирок JA.Была получена концентрация молочной кислоты 111,5 г / л. Другое исследование производства молочной кислоты [169], проведенное Wang et al. использовали термофильный штамм Basillus coagulans . Полученная молочная кислота составляла 134 г / л с начальной концентрацией сахара 140 г / л. Исследования Shi et al. [170] сосредоточены на разработке эффективных биореакторов. Биореактор с волокнистым слоем с иммобилизованным Lactococcus lactis значительно повышает общую эффективность производства, в результате чего концентрация молочной кислоты составляет 142 г / л в периодическом режиме с подпиткой.
Топинамбур также может образовывать множество других химических веществ [164], [171], таких как масляная кислота [172], лимонная кислота [173], янтарная кислота [174], 2,3-бутандиол [175], [176] и сорбит [177]. Сообщалось о нескольких исследованиях, подробности которых не приводятся в данной статье.
Перспективы топинамбура в функциональных пищевых ингредиентах и производстве биоэнергии
Реферат
Топинамбур, местное растение Северной Америки, недавно было признано многообещающей биомассой для развития биоэкономики с рядом преимуществ перед традиционными культурами, такими как низкие затраты на выращивание, высокая урожайность, широкая адаптация к климатическим и почвенным условиям и высокая устойчивость к вредителям и болезням растений.Из топинамбура можно получить самые разные биопродукты, включая инулин, фруктозу, натуральные фунгициды, антиоксиданты и биоэтанол. В этом документе представлен обзор выращивания топинамбура, получения биопродуктов и применимых технологий производства, с тем чтобы привлечь больше внимания к этой ценной культуре для ее применения в качестве источников биотоплива, функционального питания и биологически активных ингредиентов.
Ключевые слова: Топинамбур, Функциональное питание, Молочная кислота, Биоактивные ингредиенты, Биоэтанол, Биобутанол
1.Введение
С начала 21 века цивилизация столкнулась с двумя серьезными проблемами: неуклонным сокращением объемов ископаемого топлива и экологическими проблемами, вызванными широким использованием этих ископаемых видов топлива для производства энергии и химикатов. Одним из эффективных способов решения этих проблем является использование биомассы вместо ископаемого топлива для производства топлива и химикатов, новая область, получившая название «биоэкономика». Этот тип экономики, несомненно, способствует экологической, социальной и экономической устойчивости, если он хорошо спроектирован и реализован [1], [2], [3].Критическим аспектом перехода от нынешней «нефтеэкономики» к «биоэкономике» является минимизация воздействия новых применений биомассы (например, топлива и химикатов) на традиционные виды использования биомассы (например, продукты питания и корма), тем самым предотвращая любые возникающие в результате экономический дисбаланс. Поэтому значительная научная и промышленная деятельность сосредоточена на выявлении обильных источников биомассы и / или выращивании сельскохозяйственных культур, которые менее конкурентоспособны с традиционными культурами с точки зрения потребностей в воде, земле и питательных веществах.Доступность и применение источников биомассы зависят от региона, поэтому важно определить виды растений, подходящие для местных условий культивирования, чтобы повысить экономическую жизнеспособность производства биомассы [4], [5], [6]. Два часто приводимых примера успешного перехода к биоэкономике включают производство биоэтанола из сахарного тростника в Бразилии и производство биодизеля из несъедобного масла Jatropha в Южной Азии; однако эти виды не могут быть легко применены в Северной Америке без учета степени климатической адаптации [7], [8], [9].
Топинамбур — растение, произрастающее в Северной Америке. Он имеет ряд преимуществ перед традиционно сельскохозяйственными культурами, включая высокую скорость роста, хорошую устойчивость к морозам, засухе и плохой почве, сильную устойчивость к вредителям и болезням растений, с минимальной или нулевой потребностью в удобрениях [10], [11]. Традиционно топинамбур использовался в пищу или корм для животных [12], [13], и в течение последних двух десятилетий изучались альтернативные варианты использования, особенно для производства функциональных пищевых ингредиентов, таких как инулин, олигофруктоза и фруктоза [14]. , [15].Также обнаружено, что некоторые биоактивные ингредиенты могут быть извлечены из его листьев и стеблей, что создает возможность для применения в фармацевтическом секторе [16], [17]. В последнее время возобновился и быстро растет интерес к использованию клубней топинамбура, богатого инулином, в качестве сырья для производства биоэтанола [18], [19]. Примеры многократного применения топинамбура показаны в. Эти разнообразные применения наряду с низкой стоимостью плантаций делают топинамбур перспективной биомассой для развития биоэкономики.
Многократное применение топинамбура.
Этот обзор представляет собой всесторонний обзор выращивания топинамбура, производства различных потенциальных биопродуктов и применяемых технологий производства. Большое внимание уделяется производству биоэтанола из топинамбура.
2. Характеристики топинамбура
Топинамбур ( Helianthus tuberosus ) — многолетнее растение, состоящее из стебля около 1–3 м высотой, небольших желтых цветков, волосистых листьев овальной формы и подземной системы корневищ с небольшими поросльями. клубни.Это вид покрытосеменных растений семейства сложноцветных, которые обычно называют семейством подсолнечника или маргариток [10], [20], [21], [22]. Стебли толстые и ребристые, со временем могут стать деревянистыми. Его листья чередуются у верхушки стебля, нижние листья крупнее и шире и могут вырастать до 30 см в длину, а верхние — меньше и уже. Что касается цветочных головок, каждая имеет ширину 5–7,5 см и образована небольшими желтыми трубчатыми дисковыми цветками в центре и окруженными соцветиями, которые встречаются отдельно или группами на концах крыловидных ветвей и основных стеблей.Что касается клубней, то они неровные и удлиненные, от узловатых до круглых гроздей. Цвет клубней варьируется от бледно-коричневого до белого, красного и пурпурного [10], [23]. Морфология топинамбура и клубней проиллюстрирована на рис.
Растение и клубни топинамбура.
Топинамбур впервые был выращен коренными американцами задолго до прихода европейцев и назывался солнечным корнем. После того, как топинамбур был завезен в Европу, ему стали приписывать различные латинские и общеупотребительные названия.Кейс и Ноттингем [22] собрали и сообщили около 100 общих имен, используемых на разных языках. Некоторые из наиболее часто используемых английских названий включают топинамбур, топинамбур, лесной подсолнух или земляное яблоко. Интересно, что название «топинамбур» вводит в заблуждение, поскольку это один из видов подсолнечника того же рода, что и садовый подсолнух; однако это не имеет отношения к Иерусалиму и не является разновидностью артишока [24].
3. Выращивание топинамбура
Топинамбур произрастает в регионах с умеренным климатом в Северной Америке и может переносить годовое количество осадков от 31 до 282 см с приемлемым средним температурным диапазоном 6.3–26,6 ° C и pH 4,5–8,2. Хотя он может хорошо адаптироваться к широкому спектру типов почвы и уровней pH в солнечном месте, слабощелочные почвы благоприятны для выращивания артишока. Как правило, растение может переносить отрицательные температуры, в то время как клубни могут выдерживать замораживание в течение нескольких месяцев, даже если мороз убивает стебли и листья. Морозостойкость клубней позволяет хранить их в земле в холодную зиму до тех пор, пока они не соберут необходимый урожай [10], [22].
В нескольких исследованиях было предложено сажать топинамбур ранней весной на глубину 10–15 см.Расстояние между семенными клубнями в каждом ряду составляет 30–60 см, а между рядами — 45–120 см. Оптимальная температура почвы для посадки составляет от 6 до 7 ° C из-за того, что клубни переходят в состояние покоя при температуре ниже 5 ° C. В идеале его следует высаживать в хорошо дренированную почву с небольшой щелочностью. Предлагаемое значение pH почвы для роста колеблется от 4,5 до 8,2. Орошение обычно не требуется, и растение обычно готово к сбору примерно через 125 дней. Урожайность относительно высока, обычно 16–20 т / га для клубней и 18–28 т / га зеленой массы для листвы.Его можно собирать с помощью картофелеуборочной техники. Собранный урожай требует осторожного обращения, чтобы не допустить образования синяков. Рекомендуемые условия хранения: 0–2 ° C при относительной влажности 95% в течение 4–5 месяцев [10], [13], [25], [26]. Топинамбур имеет агрессивную природу, и с ним следует осторожно обращаться с клубнями, пропущенными во время сбора урожая, которые, как ожидается, будут агрессивно расти в следующем сезоне. Однако такой агрессивный характер является преимуществом и снижает потребность в борьбе с вредителями, поскольку растение растет очень быстро [13], [27].
В связи с потенциальным применением топинамбура в биоэнергетическом секторе, в настоящее время многие фермеры все чаще выращивают его как специализированное растение. Хотя ожидается агрессивный рост, для выращивания в промышленных масштабах все же может потребоваться выявление региональных вредителей и болезней, которые могут повлиять на рост сельскохозяйственных культур. К сожалению, по этому аспекту опубликовано очень мало исследований. Маккартер и Кейс [28] обнаружили, что ржавчина и мучнистая роса, вызываемые Puccinia helianthi и Erysiphe cichoracearum , соответственно, снижают урожайность клубней.Другие потенциальные проблемы, такие как слизни, птицы, олени и кролики, могут представлять угрозу для растений, как и такие болезни, как мучнистая роса и гниль Sclerotinia [13], [29].
4. Биопродукты из топинамбура
4.1. Функциональные пищевые продукты
Функциональные пищевые продукты определяются как пищевые продукты, которые, как доказано, влияют по крайней мере на одну целевую функцию в организме, помимо основных питательных эффектов, таким образом, чтобы либо улучшить самочувствие и здоровье, либо снизить риск заболевания. .Функциональная пища должна оставаться в форме обычной пищи, а не в таблетках или капсулах, и демонстрировать свои эффекты в количествах, которые могут быть потреблены с пищей. Функциональная пища может быть натуральной пищей или пищей, в которую был добавлен или удален один или несколько компонентов, или пищей, в которой природа / биодоступность одного или нескольких компонентов была изменена, или любая комбинация этих возможностей [ 30], [31]. Топинамбур — это натуральное сырье для получения ряда функциональных пищевых ингредиентов, таких как инулин, олигофруктоза и фруктоза [10], [22], [31], [32], обладающих как питательными, так и функциональными свойствами, особенно полезными для люди с диабетом 2 типа и ожирением [33], [34], [35].
4.1.1. Инулин
Инулин представляет собой полисахарид, похожий на крахмал, и существует в виде белого порошка с нейтральным вкусом. Химически это линейный биополимер d-фруктозных звеньев, соединенных β (2,1) гликозидными связями и оканчивающихся одной молекулой d-глюкозы, связанной с цепью фруктозы связью α (2,1). Степень полимеризации инулина обычно колеблется от 2 до 60. На сегодняшний день инулин все чаще используется в качестве функциональных ингредиентов в пищевых продуктах, подвергшихся обработке, благодаря его уникальным характеристикам [10], [36], [37].
Инулин с связями β (2,1) между мономерами фруктозы не может перевариваться кишечными ферментами человека, что дает повод для важных применений в функциональных продуктах питания, подходящих для лечения диабета 2 типа, ожирения и других состояний здоровья, связанных с сахаром в крови [ 33], [36], [37], [38], [39]. При пероральном приеме инулин проходит через рот, желудок и тонкий кишечник без метаболизма, пока не попадает в толстый кишечник, где он ферментируется микрофлорой толстого кишечника.Таким образом, потребление инулина не влияет на уровень сахара в крови и стимуляцию секреции инсулина. Неперевариваемая природа инулина по своей природе приводит к тому, что его калорийность значительно ниже, чем у других типичных углеводов, поскольку энергия получается только в результате метаболизма жирных кислот и лактата, возникающего в результате ферментации. Следовательно, инулин можно использовать для замены жира, сахара и муки в молочных продуктах, злаках и выпечке для снижения калорийности [40], [41], [42]. Кроме того, инулин считается формой растворимых пищевых волокон и относится к пребиотикам.Инулин влияет на функции кишечника, увеличивая частоту стула и количество стула, особенно у пациентов с запорами, наряду с уменьшением значения pH кала. Эти эффекты помогают подавить выработку гнилостного вещества в толстой кишке [33], [37], [43], [44], [45]. Инулин в качестве пребиотика также имитирует рост существующих штаммов полезных бактерий в толстой кишке, что улучшает всасывание важных минеральных компонентов, таких как кальций и магний, а также синтез витаминов группы B [33], [36], [46], [ 47], [48], [49].Было также обнаружено, что включение инулина в рацион снижает содержание липидов в крови и печени у крыс, получавших насыщенные жиры. Однако подобные эффекты у людей еще не подтверждены [50], [51], [52], [53]. Недавние исследования показали, что инулин играет важную роль в предотвращении и подавлении рака прямой кишки, толстой кишки и молочной железы [37], [54], [55], [56], [57], [58].
Олигофруктоза, еще один функциональный ингредиент, представляет собой короткоцепочечный полисахарид, содержащий меньше фруктозных единиц (2–10).Его можно получить в результате частичного гидролиза инулина. Олигофруктоза имеет очень похожие функциональные и питательные свойства, как инулин [31], [33], [37], [42], [44], [59], [60], и ее применение в качестве функционального пищевого ингредиента неоднократно не указывается в Эта бумага.
Учитывая эти преимущества инулина для здоровья, разработка более эффективных процессов производства инулина и идентификации сырья привлекла большое внимание. Топинамбур и цикорий — два наиболее часто используемых источника инулина в промышленных масштабах [37].Клубни топинамбура содержат большое количество цепочек инулина средней длины, которые можно экстрагировать с помощью процессов, аналогичных экстракции сахара из сахарного тростника. Типичный процесс производства инулина включает три основных этапа, а именно предварительную обработку, экстракцию и очистку. Для увеличения скорости диффузии клубни топинамбура сначала нарезают и измельчают на мелкие частицы. Добыча обычно проводится в горячей воде. После отделения от твердых остатков инулин и водный раствор дополнительно очищают путем отбеливания, адсорбции активированным углем или ионного обмена.Затем очищенный инулин в воде концентрируется и сушится с получением готовых порошков чистого инулина [61]. Несмотря на то, что процесс производства инулина несложен, получить инулин хорошего качества и с высоким выходом все еще сложно. Таким образом, здесь кратко рассматриваются усилия, направленные на повышение экономической целесообразности производства инулина.
Клубни топинамбура содержат фермент, существующий в их эпидермальных клетках, называемый полифенолоксидазой (ППО). После сбора урожая клубни продолжают выполнять ряд физиологических и метаболических функций.PPO может окислять эндогенные полифенолы в меланин в присутствии кислорода. Этот процесс известен как потемнение, которое серьезно влияет на питательные вещества, вкус и внешний вид готового продукта. Ли [62] систематически исследовал влияние температуры и значения pH на активность PPO и предположил, что предварительная обработка топинамбура в воде с нейтральным значением pH при 80 ° C в течение 2 минут подавляла активность фермента и, таким образом, эффективно устраняла появление потемнения. В исследовании, проведенном Jiang [63], было оценено влияние рабочих параметров экстракции на выход инулина и оптимальные условия экстракции для достижения выхода инулина 89.Было обеспечено 5%: температура экстракции 70 ° C, отношение воды к твердому веществу топинамбура 15: 1, время экстракции 90 мин и два раза повторной экстракции твердых остатков. Кирстан [64] предпринял попытку ферментативного метода выделения инулина из топинамбура, ожидая увеличения выхода инулина. Однако их исследования показали, что ферментативная обработка сырого топинамбура не дает значительного улучшения эффективности экстракции, а лучший метод экстракции требует использования некоторых механических средств.Обработка ультразвуком все чаще используется для экстракции биоактивных ингредиентов из овощей растворителем, поскольку она способна улучшить массоперенос и проникновение растворителя [65]. Исследование [66], проведенное в отношении сравнения производительности между традиционной экстракцией, прямой ультразвуковой экстракцией и непрямой ультразвуковой экстракцией, показало, что непрямая ультразвуковая экстракция была наиболее подходящим методом для экстракции инулина из топинамбура. Экстракция с помощью микроволн — еще один многообещающий метод повышения эффективности экстракции [67].Xiao et al. [68] применили процесс экстракции с помощью микроволнового излучения для выделения инулина. Они заметили, что с помощью микроволн выход инулина увеличился с 10,8% до 12,2% на влажной основе, в то время как время экстракции сократилось со 100 минут до всего 6 минут. Группа Чжу [69] использовала трехступенчатую экстракцию гомогената для получения инулина. По сравнению с традиционной экстракцией горячей водой этот процесс имел ряд преимуществ, включая более высокие выходы, меньшее разложение инулина, работу при комнатной температуре и гораздо меньшее количество используемой воды.
4.1.2. Фруктоза
Инулин может быть полностью гидролизован до его мономера, фруктозы, которая широко используется в качестве подсластителя вместо сахарозы или глюкозы в функциональных пищевых продуктах, фармацевтических препаратах и напитках. Наиболее существенное различие между фруктозой и другими моносахаридами — это разница в гликемическом индексе (GI). GI был впервые представлен Jenkins et al. [70] как средство классификации углеводов в соответствии с их способностью повышать уровень глюкозы в крови, и использовался для помощи людям с диабетом 2 типа и ожирением при выборе продуктов питания.Основываясь на этом определении [70], GI определяется путем измерения реакции глюкозы в крови, вызванной приемом определенного количества углеводов, относительно повышения уровня глюкозы в крови, вызванного тем же количеством потребления глюкозы. ГИ глюкозы принимается равным 100, ГИ сахарозы — 65, а ГИ фруктозы — только 23 [71]. Значительно низкий ГИ фруктозы делает ее наиболее подходящим подсластителем для пациентов с диабетом или ожирением [34], [35], [72]. Что еще более интересно, сладость фруктозы, как сообщалось, на 100–150% выше, чем у сахарозы, что указывает на то, что использование меньшего количества фруктозы может обеспечить такую же текстуру и сладость в пище, чем при использовании других сахаров [73], [74] ], [75], [76] . Меньшее потребление сахара определенно помогает уменьшить разложение и агрегацию микробов во рту, что снижает вероятность кариеса. Поэтому он чрезвычайно привлекателен как фруктозная добавка, не только удовлетворяет вкусовые рецепторы, но и приносит значительную пользу для здоровья.
Обычно фруктозу получают в результате гидролиза крахмала с участием трех ферментов амилазы или альфа-амилазы и глюкоамилазы в три этапа, в то время как полученный гидролизат содержит 45% фруктозы и 55% глюкозы [77], [78].Инулин является более выгодным сырьем, чем крахмал, поскольку для гидролиза инулина требуется только однократный ферментативный гидролиз с инулиназой в качестве биокатализатора [79], при этом выход фруктозы достигает 95% [77]. Экономичность процесса гидролиза тесно связана с активностью и стабильностью фермента, режимом работы и конфигурацией биореактора. По сравнению с большинством химических реакций, биологические реакции, такие как гидролиз, протекают относительно медленно. Это требует длительного времени реакции или использования больших биореакторов.Кроме того, большие количества фермента, участвующего в гидролизе, остаются в реакционной среде после реакции, и их очень трудно восстановить. Поэтому были проведены значительные исследования для иммобилизации фермента для удержания биокатализатора и в то же время для достижения непрерывной работы. Ricca et al. [80] рассмотрели основные достижения, достигнутые в производстве фруктозы путем ферментативного гидролиза инулина до 2007 г. Прогресс, достигнутый за последние годы, или исследования, не охваченные в обзоре Ricca, суммируются здесь с акцентом на разработку новых ферментов, иммобилизацию ферментов и инновационный биореактор. дизайн.
Исследования, проведенные Sirisansaneeyakul, et al. [81] сосредоточили внимание на синергетическом эффекте комбинированной экзо- и эндоинулиназной системы. Они заметили, что ферментная система, состоящая из инулиназ плесени и дрожжей с соотношением компонентов смеси 5: 1, лучше справляется с гидролизом инулина, чем только плесень и дрожжи. Полученный гидролизат содержал 78,2% фруктозы. Yu et al. [82] разработали новый рекомбинантный штамм Saccharomyces cerevisiae , секретирующий инулиназу, для производства фруктозы, не содержащей глюкозы, из топинамбура.Такой рекомбинантный биокатализатор был способен гидролизовать инулин до фруктозы и глюкозы и впоследствии метаболизировать глюкозу. В результате в гидролизате накапливалась только фруктоза, что обеспечивало многообещающий одностадийный процесс получения фруктозы высокой чистоты. Guiraud et al. [83] попытались иммобилизовать инулиназу на матрице DEAE-целлюлозы с помощью простого метода адсорбции. Свежеприготовленный катализатор испытывали в реакторе непрерывного действия при скорости потока 10 мл / ч, растворе инулина 5 г / л, при 40 ° C в течение 3 недель, достигая степени превращения инулина 100%.В исследовании, проведенном Santa et al. [84], новый метод иммобилизации золь-гель был использован для осаждения инулиназы на пористой матрице ксерогеля кремнезема. Этот биокатализатор продемонстрировал многообещающую стабильность работы при 40 ° C в течение 20 последовательных 24-часовых циклов без заметного снижения выхода продукта. Singh et al. [85] разработали стабильный проточный реактор с инулиназой, иммобилизованной на Duolite A568, для гидролиза инулина. Реактор мог работать непрерывно со скоростью 4 мл / ч при 55 ° C в течение 75 дней, а экспериментальный период полураспада составлял 72 дня, что является очень обнадеживающим достижением в непрерывном гидролизе инулина.Группа Чжу [86], [87] проводила текущие исследования производства фруктозы из топинамбура с начала 1990-х годов [86]. Был разработан инновационный динамический мембранный сепаратор, который был соединен с реактором гидролиза, который мог одновременно проводить реакцию и разделение. Фермент фильтровали через мембранный спектрометр и возвращали в реактор гидролиза, обеспечивая рентабельный процесс производства фруктозы. Этот уникальный дизайн применяется в промышленных масштабах.
4.2. Биоактивные соединения
Помимо функциональных пищевых продуктов, полученных из клубней топинамбура, листья также имеют важное применение. Листья топинамбура традиционно используются в народной медицине для лечения переломов костей, кожных ран, отеков и боли [88], [89], [90]. Ряд ценных биологически активных соединений, имеющих лекарственное значение, был выделен из надземных частей топинамбура, демонстрируя противогрибковое, антиоксидантное, противораковое действие и другие лечебные эффекты [16], [17], [88], [91], [92] , [93], [94], [95], [96], [97], [98].
В исследовании, проведенном Nakagawa et al. [92], два лектина были выделены из каллуса топинамбура и затем очищены с помощью хроматографии и препаративного электрофореза. Оба лектина показали сильную активность в отношении гемагглютинации. Pan et al. [16] успешно выделили девять биоактивных соединений из цельного растения топинамбура, включая ent-17-оксокаур-15 (16) -en-19-оевую кислоту, ent-17-гидроксикаур-15 (16) -en-19- овая кислота, метиловый эфир энт-15β-гидроксикаур-16 (17) -ен-19-овой кислоты, энт-15-нор-14-оксолабда-8 (17), 12E-диен-18-овая кислота, 4,15 -изоатрипликолид ангелат, 4,15-изоатрипликолид метилакрилат, (+) — пинорезинол, (-) — лолиолид и ванилин.Затем биоактивность девяти соединений оценивали с использованием линии клеток рака молочной железы человека MCF-7 и биоанализа активации защиты изофлавоноидов сои. Два соединения были идентифицированы как цитотоксические агенты, одно из которых было способно стимулировать защитные метаболиты, а четыре из которых были способны блокировать накопление изофлавонов в сое. Непрерывные усилия по извлечению биоактивных ингредиентов из листьев топинамбура в команде Сяо и Юаня [17], [93], [94] привели к важным достижениям.Шесть фенольных экстрактов из листьев топинамбура проявляют активность по улавливанию свободных радикалов, что делает листья топинамбура хорошим источником природных антиоксидантов [17], [95]. Совсем недавно эта группа [94] дополнительно выделила серию сесквитерпеновых лактонов, проявляющих цитотоксичность в отношении линий раковых клеток, что согласуется с результатами, представленными Pan et al. [16].
Экстракты из листьев топинамбура также обладают противогрибковыми свойствами [96], [97], [98].Лю и др. [96] использовали различные растворители для экстракции листьев топинамбура и протестировали противогрибковые свойства экстрактов на нескольких грибах, таких как Rhizoctonia solani, Gibberella zeae, Alternaria solani и Botrytis cinerea . Их исследование показало, что экстракты листьев топинамбура из разных растворителей проявляли разную противогрибковую активность. Например, ингибирующее действие водных экстрактов было ниже, чем у органических растворителей. Экстракты из этилацетата показали самую высокую ингибирующую активность по отношению к четырем грибам, задействованным в этом исследовании.В то время как исследование Han et al. [97] обнаружили, что ацетоновые экстракты листьев топинамбура продемонстрировали самую сильную ингибирующую способность к серой гнили перца в рамках их экспериментов. В более позднем исследовании, проведенном Chen et al. [98] шесть фенольных кислот были выделены из листьев топинамбура с использованием н-бутанола в качестве растворителя, и среди шести выделенных фенольных кислот кофеиновая кислота, 3,4-дикафеоилхиновая кислота и 1,5-дикафеоилхиновая кислота были определены как ответственные за г.zeae ингибирование. Это исследование достаточно демонстрирует, что листья топинамбура являются потенциальным источником природных фунгицидов.
Обычная экстракция растворителем является основной технологией экстракции для отделения биоактивных ингредиентов из листьев топинамбура. Поскольку листья содержат широкий спектр химических соединений, экстракты с использованием различных растворителей без дополнительной очистки показали различную биоактивность [96], [97], [98]. Поэтому необходима дальнейшая работа по извлечению биоактивных веществ, последующему разделению экстрактов, идентификации и характеризации биоактивности каждого соединения.На высвобождение биологически активных соединений из топинамбура может повлиять обработка. Например, недавно было обнаружено, что процессы выдувания и экструзии увеличивают общее содержание фенолов, активность по улавливанию свободных радикалов и снижают антиоксидантные свойства железа в настое чая из топинамбура по сравнению с обработкой путем обжарки и сушки горячим воздухом [99]. Более того, предыдущее исследование показало, что сочетание высокого гидростатического давления (HPP) и ферментативной обработки и ферментации увеличивает содержание фенолов и антиоксидантную активность экстракта клубней топинамбура in vitro (улавливание радикалов и супероксид) по сравнению с водной экстракцией [100] .Следовательно, для промышленного производства биоактивных соединений из топинамбура необходимо критически оценить технологию обработки и экстракции и выбрать ее в соответствии с физико-химическими свойствами целевых ингредиентов и природой растительной матрицы. В дополнение к HPP, другие нетрадиционные методы экстракции, такие как ультразвуковая, микроволновая и сверхкритическая жидкостная экстракция, могут рассматриваться как альтернативные подходы для увеличения выхода и сохранения биологической активности ингредиентов топинамбура [101], [102] .
4.3. Биотопливо
4.3.1. Этанол
Топинамбур (JA) в настоящее время признан новой энергетической культурой для производства биоэтанола; однако производство этанола из топинамбура имеет долгую историю. В 19 веке французский химик Ансельм Пайен продвигал клубни топинамбура для производства пива во Франции. Интересно, что пиво, полученное из клубней топинамбура, сладкое и имеет фруктовый вкус [103], [104]. Благодаря уникальному аромату этанол из топинамбура также использовался для производства бренди во Франции и Германии, а также для производства сакэ в Японии [105].Во время и после Первой мировой войны Британский департамент научных и промышленных исследований провел обширные исследования по разработке топливного этанола из топинамбура. Было продемонстрировано, что топинамбур способен производить такое же количество ферментируемых углеводов на акр для алкоголя, что и сахарная свекла, и больше, чем ирландский картофель. Однако с развитием современной нефтяной промышленности интерес к топливному этанолу снизился [106], [107]. В 1980-х возобновление интереса к этанолу из топинамбура стимулировалось нефтяным кризисом 1973 года [108], [109]; однако это исследование снова было прервано из-за снижения цен на нефть после кризиса.Возобновление интереса к топинамбур как источнику для производства этанола снова произошло, и на этот раз в значительной степени обусловлено быстрым сокращением запасов ископаемого топлива в сочетании с негативными последствиями чрезмерного потребления топлива на основе нефти для окружающей среды, такими как глобальное потепление, изменение климата, кислотные дожди и разрушение озонового слоя. Были предприняты большие усилия и значительный прогресс в разработке биотоплива, в основном биоэтанола и биодизеля, для замены нефтяного топлива [110], [111]. В настоящее время в Северной Америке кукуруза, пшеница и ячмень являются доминирующим сырьем для коммерческого производства биоэтанола, но они конкурируют с продуктами питания и кормами, вызывая жаркие споры о «топливе против продуктов питания».Как следствие, усилия переориентируются на использование лигноцеллюлозной биомассы (сельскохозяйственные и лесные отходы) и / или выращивание специальных энергетических культур [1], [112], [113], [114], [115]. Несомненно, лигноцеллюлоза является наиболее экономичным и широко доступным сырьем, однако дорогостоящая предварительная обработка для превращения целлюлозы в сбраживаемый сахар является ключевым техническим препятствием для экономически конкурентоспособного производства. Производство биоэтанола из лигноцеллюлозной биомассы все еще находится на стадии разработки [116].Клубни топинамбура богаты инулином, который легко гидролизуется, а затем с помощью биокатализаторов превращается в этанол. Выход этанола эквивалентен выходу сахарного тростника и вдвое больше выхода кукурузы. Эти характеристики делают топинамбур прекрасным субстратом для производства этанола [18], [19], [117], [118], [119], и недавно он был включен в список самых многообещающих энергетических культур в Китае, Европе и других странах. Новая Зеландия [4], [120], [121], [122]. Как правило, существует два пути производства биоэтанола из клубней топинамбура: (1) раздельный гидролиз и ферментация (SHF) и (2) одновременное осахаривание и ферментация (SSF), как показано на.
Два маршрута производства биоэтанола из клубней топинамбура.
4.4. Раздельный гидролиз и ферментация
Метод раздельного гидролиза и ферментации (SHF) характеризуется тем, что гидролиз инулина и ферментация сахара проводятся в двух отдельных реакторах. Обычно клубни топинамбура перерабатывают в кашицеобразную массу, а затем гидролизуют до сбраживаемых сахаров (фруктозы и глюкозы) с использованием разбавленных минеральных кислот или фермента инулиназы. Затем сбраживаемый сахар отделяется от твердых остатков и переносится в ферментер, где сахар ферментируется в этанол с использованием дрожжей, таких как Zymomonas mobilis, Kluyveromyces marxianus и Saccharomyces cerevisae .
Исследования гидролиза инулина для производства фруктозы изложены в разделе 4.1.2. [77], [78], [79], [80], [81], [82], [83], [84], [85], [86], [87] Приготовленная таким образом фруктоза может быть дополнительно превращается в этанол. Для производства этанола, начиная с клубней посредством процесса СВЧ, стадия гидролиза оказывает значительное влияние на следующую стадию ферментации. Полный гидролиз инулина дает максимальное количество сахара, что приводит к высокому выходу этанола. Однако в процессе гидролиза могут образовываться некоторые побочные продукты, которые могут ингибировать активность дрожжей на стадии ферментации, следовательно, увеличивая время ферментации.Fleming et al. [123] исследовали эффективность различных минеральных кислот (соляной, серной, лимонной и фосфорной кислот) при гидролизе клубней топинамбура. Они пришли к выводу, что между этими кислотами не было значительной разницы в их влиянии на гидролиз инулина. Исследование, проведенное Toran-Diaz et al. [124] оценили влияние кислотного или ферментативного гидролиза инулина на последующее спиртовое брожение. Было обнаружено, что кислотный гидролиз происходит быстрее, чем ферментативный гидролиз, в то время как побочные продукты кислотного гидролиза ингибируют рост дрожжей на последующей стадии ферментации, что приводит к низкому выходу этанола.Было также замечено, что Z. mobilis был способен сбраживать сок топинамбура в этанол без добавления каких-либо других питательных веществ, и выход этанола при ферментации Z. mobilis был выше, чем при использовании K. marxianus . Ким и Хэмди [125] оптимизировали условия гидролиза для достижения полного гидролиза инулина и минимального образования ингибиторов дрожжей. Они предложили гидролизовать суспензию топинамбура в 0,1 М HCl при 97 ° C в течение 15 мин.В таких условиях было достигнуто максимальное снижение содержания сахара до 84,8% эквивалента фруктозы, в то время как концентрация ингибитора 5-гидроксиметилфурфурола (HMF) составляла 0,07%, что ниже 0,1%, предела ингибирования роста дрожжей. Размовски и др. [126] исследовали влияние температуры, времени пребывания и гидромодуля на гидролиз топинамбура. Гидролизаты топинамбура, полученные в различных условиях гидролиза, были дополнительно испытаны в спиртовой ферментации с использованием S. cerevisiae в качестве биокатализатора.Они обнаружили, что кислотный гидролиз при высоких температурах и длительном времени пребывания увеличивает концентрацию дрожжевого ингибитора HMF и ускоряет разложение фруктана. Основываясь на их экспериментальных результатах, самый высокий выход этанола 7,6 мас. / Мас. Был получен при проведении кислотного гидролиза при 126 ° C, времени пребывания 60 минут и соотношении гидромодулей 1: 1. Zubr [127] исследовал влияние нескольких ферментов на гидролиз клубней топинамбура, включая Novozym 188, Celluclast, Novo 230, Novo SP 249 и их комбинации.Их работа показала, что целлюлолитические ферменты, такие как Novozym 188 и Cellules, имеют очень неутешительную эффективность, генерируя небольшое количество фруктозы и глюкозы. Novo 230 был наиболее эффективным ферментом для гидролиза инулина, давая самый высокий выход сахара в рамках экспериментов авторов. В то же время S. cerevisae , традиционные пивные дрожжи, были идентифицированы как эффективный катализатор спиртовой ферментации этих сбраживаемых сахаров, полученных на стадии гидролиза.
4.5. Одновременное осахаривание и ферментация
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) характеризуется тем, что гидролиз инулина и ферментация сахара проводятся в одном биореакторе с использованием комбинированных биокатализаторов. Очевидно, что такое прямое превращение растворимого инулина в этанол без предварительной стадии гидролиза очень выгодно с точки зрения капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Более того, процесс SSF значительно снижает потери сбраживаемого сахара, вызванные разделением и переносом сахаров из гидролизера в ферментер, как в процессе SHF.Для производства этанола из топинамбура посредством SSF основным техническим препятствием является определение наиболее эффективных ферментов, способных облегчить как гидролиз, так и ферментацию.
Один из подходов — использовать смесь инулиназы и дрожжей для преобразования измельченных клубней топинамбура в этанол. Ким и Ри [128] ко-иммобилизовали инулиназу и Z. moblilis в альгинатных гранулах, чтобы облегчить одностадийное производство этанола из клубней топинамбура в непрерывном режиме.Максимальная производительность по этанолу составила 55,1 г / л / ч, а выход составил 95% от теоретического выхода. В исследовании, опубликованном Nakamura et al. [129], [130], одновременный гидролиз и ферментация клубней проводилась в периодическом режиме с использованием смеси Aspergillus niger 817 и S. cerevisiae 1200. Концентрация этанола составляла 10,4% (об. / Об.) Для Время брожения 15 ч; выход составил 92% от теоретического выхода. Szambelan et al. [131] сравнили выход этанола от различных процессов с использованием отдельных дрожжей и смешанной культуры микроорганизмов.Смешанная культура Kluyveromyces fragilis и Z. mobilis или K. fragilis и S. cerevisiae дала наилучшие результаты в рамках исследования авторов. Выход этанола составлял 94% от максимального теоретического выхода, а концентрация этанола составляла 9,9% (об. / Об.). Ge et al. [132] предприняли попытку нового изолированного штамма, вызывающего гиперпродуцирование экстроинулиназы, A. niger SL-09, связанного с S. cerevisiae Z-06, для ферментации измельченных клубней топинамбура в этанол в периодической операции.Концентрация этанола достигала 19,5% (об. / Об.) В течение 48 ч ферментации с эффективностью преобразования 90%. Результат этого исследования важен в том, что высокая концентрация этанола в готовом ферментационном бульоне может значительно снизить стоимость последующей стадии дистилляции, делая общее производство этанола более экономически рентабельным.
Использование смеси ферментов позволяет осуществлять одновременный гидролиз и ферментацию клубней топинамбура для производства этанола.Однако эти процессы с участием двух видов с разными условиями культивирования создают трудности для оптимизации процесса. Производительность по этанолу была снижена из-за того, что оба биокатализатора работали в неоптимальных условиях. Еще одна попытка заключается в использовании дрожжей, обладающих инулиназной активностью, для одновременного осахаривания и ферментации. Guiraud et al. [133] впервые продемонстрировали, что K. fragilis и K. fragilis , обладающие инулиназной активностью, способны напрямую преобразовывать клубни топинамбура в этанол.После их новаторских исследований были предприняты многочисленные усилия по разработке и / или скринингу более эффективных штаммов для облегчения SHF топинамбура. Duvnjak [134] оценил эффективность нескольких дрожжей при гидролизе и ферментации, включая K. marxianus ATCC12708, K. marxianus ATCC 10,606, Kluyveromyces cerevisiae ATCC 22,295 и K. fragilis . Их работа показала, что сок топинамбура содержал достаточно питательных веществ как для роста дрожжей, так и для производства этанола. K. marxianus ATCC12708 был идентифицирован как наиболее подходящие дрожжи, обеспечивающие выход этанола 87,5% от теоретического значения в течение 25 часов ферментации. С начала 1980-х годов команда профессора Маргаритиса [108], [109], [135], [136], [137], [138], [139], [140], [141], [142], [143] ], [144], [145], [146], [147], [148], [149] посвятили свои исследования производству этанола из топинамбура. Были проведены обширные работы, начиная от скрининга дрожжей [135], метода иммобилизации ферментов [136], [139], [140], [141], [142], периодического и непрерывного режимов работы [106], [141], [177]. ], кинетики производства этанола [136], [138], [142], [143] и гидролиза инулина [146], [147], [148], [149], которые заложили ценную основу для исследований Этанол из топинамбура.В своей ранней работе было продемонстрировано, что K. marxianus UCD (FST) 55-82 являются наиболее подходящими дрожжами для ферментации клубней топинамбура среди восьми дрожжей, испытанных в их исследовании [135]. K. marxianus UCD (FST) 55-82 с инулиназной активностью дополнительно использовали в биореакторе непрерывного действия для гидролиза и ферментации сока топинамбура с получением этанола с выходом 90% от теоретического значения [108]. Эффективность этих дрожжей также была протестирована в периодическом режиме производства этанола [108].Концентрация этанола составляла 44 г / л в конце периода ферментации, равного 60 часам, с достижением выхода 88% от теоретического выхода. Negro et al. [150] провели прямую ферментацию инулина с использованием K. marxianus CECT 10,875. Концентрация этанола в конце ферментации составляла 19 г / л с выходом 96% от теоретического выхода. Работа Lim et al. [151] идентифицировали S. cerevisiae KCCM50549 как другие многообещающие дрожжи для процесса SFH клубней топинамбура, давая относительно высокую концентрацию этанола 36.2 г / л и выход 70% от теоретического значения в течение 30 часов. Этанол, произведенный из этих дрожжей, в 1,6 раза выше, чем из S. cerevisiae NCY625. Yu et al. [152] заметили, что Kluyveromyces cicerisporus Y179 проявляли высокий уровень активности инулиназы, что подходило для производства этанола методом SSH. Результаты экспериментов показали, что эти дрожжи производили больше этанола при 30 ° C, чем при 37 ° C или 42 ° C. После 144 ч ферментации этанол с концентрацией 12.Было достигнуто 3% (об. / Об.), И выход этанола составил 86,9% от теоретического значения. Группа доктора Бая [153], [154], [155], [156] провела текущие исследования по производству этанола из клубней топинамбура с использованием консолидированной стратегии биопереработки (CBP), которая объединяла производство инулиназы, гидролиз инулина и ферментацию этанола. В ранней работе, проведенной Yuan et al. [153] K. marxianus ATCC8554, как было доказано, обладает хорошей способностью к спиртовому брожению и высокой производительностью инулиназы.Использование этих дрожжей непосредственно преобразовало клубни топинамбура в этанол, достигнув выхода этанола 87% при времени ферментации 84 часа. Юань и др. [155] далее разработали новые рекомбинантные дрожжи, которые содержали коммерчески доступные S. cerevisiae 6525, интегрированные геном инулиназы, клонированным из K. marxianus . При использовании этих новых дрожжей концентрация этанола в бульоне была значительно увеличена до 72,5 г / л в конце 48-часовой ферментации при использовании штамма-хозяина S.cerevisiae 6525, концентрация этанола составила всего 67,0 г / л за 60 часов. Юань и др. [156] также применили K. marxianus со сверхэкспрессией гена инулиназы при ферментации клубней топинамбура. Наблюдалось значительное улучшение производительности этанола, подробные данные о котором приведены в. Исследования команды доктора Чи [157], [158], [159] были сосредоточены на разработке и применении Saccharomyces sp W0 с экспрессией гена инулиназы в производстве этанола из топинамбура.Ген экзо-инулиназы и ген эндо-инулиназы были интегрированы в Saccharomyces sp W0 соответственно. Продуктивность этанола с использованием Saccharomyces sp W0 с экспрессией гена инулиназы и без нее суммирована в. Hu et al. [160] исследовали активность 21 недавно выделенного и 65 ранее доступных штаммов S. cerevisiae при прямой ферментации топинамбура посредством консолидированной биопроцессинга (CBP). Их работа идентифицировала K. marxianus PT-1 и S.cerevisiae JZ1C в качестве хороших термостойких штаммов-кандидатов для производства этанола топинамбура. В экспериментальных условиях эти два штамма дали 90% и 79,7% теоретического выхода этанола соответственно при 40 ° C в течение 84 часов ферментации. Совсем недавно Guo et al. [161] сообщили об улучшенном процессе CBP в биореакторе со спиральной ленточной мешалкой с использованием мутантных дрожжей, S. cerevisiae DQ1. Концентрация этанола достигла 128 г / л, что очень многообещающе. суммирует биокатализаторы, условия ферментации и продуктивность этанола различных процессов SSF для производства этанола из топинамбура, рассмотренных в этой статье.
Таблица 1
Процессы SSF описаны в литературе.
Биокатализаторы | Условия ферментации | Концентрация этанола | Выход a | Ссылка |
---|---|---|---|---|
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) | 35 ° C, непрерывно | 55,1 г / л / ч | 95% | Kim [128] 1990 |
A.niger 817 + S. cerevisiae 1200 | 30 ° C, 15 ч | 10,4% (об. / об.) | 92% | Nakamura et al. [130] 1996 |
K. fragilis + Z. moblilis 3881 | 30 ° C, 72 часа | 9,9% (об. / Об.) | 94% | Szambelan и другие. [131] 2005 |
K. fragilis + S. cerevisiae Bc16a | 30 ° C, 72 ч | 9.1% (об. / Об.) | 86% | |
A. niger SL-09 + S. cerevisiae Z-06 | 30 ° C, 48 ч | 19,6 % (об. / об.) | 90% | Ge and Zhang [132] 2005 |
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) (дрожжи с инулиназной активностью) | ||||
K. fragilis | 28 ° C, 6 дней | 11.1% (об. / Об.) | 98% | Guiraud et al. [133] 1981 |
K. marxianus | 28 ° C, 6 дней | 11,5% (об. / Об.) | 98% | |
K. marxianus ATCC12708 | 28 ° C, 30 ч | 14 г / л | 87% | Duvnjak et al. [134] 1981 |
K. marxianus ATCC 10606 | 28 ° C, 30 ч | 12 г / л | 83% | |
K.cicerisporus ATCC 22295 | 28 ° C, 30 ч | 13 г / л | 86% | |
K. fragilis 105 | 28 ° C, 30 часов | 11 г / л | 79%||
K. marxianus UCD 55-82 | 35 ° C, 60 часов | 44 г / л | 88% | Bajpai and Margaritis [138295, |
K. marxianus UCD 55-82 | 35 ° C, непрерывно | 7 г / л / ч | 90% | Sachs et al.[106], 1982 |
K. marxianus CECT 10875 | 28 ° C, 30 ч | 19 г / л | 96% | негр [150], 2006 |
K. cicerisporus Y179 | 30 ° C, 144 ч | 12,3% (об. / Об.) | 86,9 | Yu et al. [152], 2010 |
S. cerevisiae KCCM50549 | 30 ° C, 36 ч | 32,6 г / л | 70% | Lim et al.[151] 2011 |
K. marxianus ATCC8554 | 35 ° C, 84 ч | 60,9 г / л | 87% | Юань и др. [153], 2008 г. |
S. cerevisiae 6525 с клонированным геном инулиназы | 35 ° C, 48 ч, | 72,5 г / л | 85% | Yuan et al. [155], 2013 |
K. marxianus со сверхэкспрессией гена инулиназы | 35 ° C, 72 ч, | 96.2 г / л | 93% | Yuan et al. [156] 2013 |
Saccharomyces sp W0 с геном экзоинулиназы | 28 ° C, 144 ч | 12,5% (об. / Об.) | 62,5% | Zhang et al. [157] 2010 |
Saccharomyces sp W0 с 18S рДНК интеграция гена экзоинулиназы | 28 ° C, 120 ч | 12,6% (об. / Об.) | 66% | Yuan et al. [156] 2011 |
Saccharomyces sp W0 с геном эндо-инулиназы | 30 ° C, 120 ч | 12.6% (об. / Об.) | 65% | Li et al. [159] 2013 |
K. marxianus PT-1 | 40 ° C, 84 ч | 73,6 г / л | 90% | Hu et al. [160] 2012 |
или S. cerevisiae JZ1C | 40 ° C, 84 ч | 65,2 г / л | 79,7% | |
S. cerevisiae DQ4 30 ° | , 72 ч128,1 г / л | 73.5% | Guo et al. [161] 2013 |
4.5.1. Бутанол
Биобутанол как новое поколение биотоплива в последнее время привлекает все большее внимание из-за его более высокой теплотворной способности и низкой летучести по сравнению с биоэтанолом. Проведены разведочные исследования производства бутанола из топинамбура. Sarchami и Rehmann [162] оптимизировали ферментативный гидролиз инулина из топинамбура и получили максимальную конверсию инулина 94,5% в оптимальных условиях (температура 48 ° C, pH 4.8, концентрация субстрата 60 г / л, загрузка фермента 10 единиц / г субстрата и время ферментации 24 ч) с получением бутанола 9,6 г / л. Chen et al. [163] использовали Clostridium acetobutylicum L7 для гидролиза сока топинамбура. Было обнаружено, что при исходной концентрации сахара 62,87 г / л за 60 ч ферментации было получено 11,2 г / л бутанола, а соотношение бутанола, ацетона и этанола составляло 0,64: 0,29: 0,05.
4.6. Химические вещества
Молочная кислота широко используется в пищевой, фармацевтической и химической промышленности и является важным строительным блоком для синтеза различных химических веществ [164], [165].В ответ на растущий спрос на молочную кислоту топинамбур выделяется как дешевое сырье для производства молочной кислоты. Ge et al. [165] впервые попытались использовать смешанную культуру A. niger SL-09 и Lactobacillus sp для получения молочной кислоты из JA. В процессе SSF самая высокая концентрация молочной кислоты 120,5 г / л была получена за 36 часов периодической ферментации с подпиткой с высокой эффективностью преобразования 94,5%. Эта группа дополнительно усовершенствовала процесс, введя Lactobacillus casei G-02, что привело к увеличению концентрации молочной кислоты до 141.5 г / л [166]. Об этом сообщили Choi et al. что прямая ферментация молочной кислоты может быть реализована с использованием Lactobacillus paracasei без предварительной стадии гидролиза инулина. Концентрация молочной кислоты составляла 92,5 г / л, а эффективность преобразования сахаров типа инулина в молочную кислоту составляла 98% от теоретического выхода [167]. Дао и др. [168] разработали практичный и экономичный способ получения молочной кислоты из JA. Они использовали коммерчески доступные глюкоамилазу, глюкоамилазу GA-L New и Pediococcus acidilactici DQ 2 для гидролиза и ферментации пробирок JA.Была получена концентрация молочной кислоты 111,5 г / л. Другое исследование производства молочной кислоты [169], проведенное Wang et al. использовали термофильный штамм Basillus coagulans . Полученная молочная кислота составляла 134 г / л с начальной концентрацией сахара 140 г / л. Исследования Shi et al. [170] сосредоточены на разработке эффективных биореакторов. Биореактор с волокнистым слоем с иммобилизованным Lactococcus lactis значительно повышает общую эффективность производства, в результате чего концентрация молочной кислоты составляет 142 г / л в периодическом режиме с подпиткой.
Топинамбур также может образовывать множество других химических веществ [164], [171], таких как масляная кислота [172], лимонная кислота [173], янтарная кислота [174], 2,3-бутандиол [175], [176] и сорбит [177]. Сообщалось о нескольких исследованиях, подробности которых не приводятся в данной статье.
Перспективы топинамбура в функциональных пищевых ингредиентах и производстве биоэнергии
Реферат
Топинамбур, местное растение Северной Америки, недавно было признано многообещающей биомассой для развития биоэкономики с рядом преимуществ перед традиционными культурами, такими как низкие затраты на выращивание, высокая урожайность, широкая адаптация к климатическим и почвенным условиям и высокая устойчивость к вредителям и болезням растений.Из топинамбура можно получить самые разные биопродукты, включая инулин, фруктозу, натуральные фунгициды, антиоксиданты и биоэтанол. В этом документе представлен обзор выращивания топинамбура, получения биопродуктов и применимых технологий производства, с тем чтобы привлечь больше внимания к этой ценной культуре для ее применения в качестве источников биотоплива, функционального питания и биологически активных ингредиентов.
Ключевые слова: Топинамбур, Функциональное питание, Молочная кислота, Биоактивные ингредиенты, Биоэтанол, Биобутанол
1.Введение
С начала 21 века цивилизация столкнулась с двумя серьезными проблемами: неуклонным сокращением объемов ископаемого топлива и экологическими проблемами, вызванными широким использованием этих ископаемых видов топлива для производства энергии и химикатов. Одним из эффективных способов решения этих проблем является использование биомассы вместо ископаемого топлива для производства топлива и химикатов, новая область, получившая название «биоэкономика». Этот тип экономики, несомненно, способствует экологической, социальной и экономической устойчивости, если он хорошо спроектирован и реализован [1], [2], [3].Критическим аспектом перехода от нынешней «нефтеэкономики» к «биоэкономике» является минимизация воздействия новых применений биомассы (например, топлива и химикатов) на традиционные виды использования биомассы (например, продукты питания и корма), тем самым предотвращая любые возникающие в результате экономический дисбаланс. Поэтому значительная научная и промышленная деятельность сосредоточена на выявлении обильных источников биомассы и / или выращивании сельскохозяйственных культур, которые менее конкурентоспособны с традиционными культурами с точки зрения потребностей в воде, земле и питательных веществах.Доступность и применение источников биомассы зависят от региона, поэтому важно определить виды растений, подходящие для местных условий культивирования, чтобы повысить экономическую жизнеспособность производства биомассы [4], [5], [6]. Два часто приводимых примера успешного перехода к биоэкономике включают производство биоэтанола из сахарного тростника в Бразилии и производство биодизеля из несъедобного масла Jatropha в Южной Азии; однако эти виды не могут быть легко применены в Северной Америке без учета степени климатической адаптации [7], [8], [9].
Топинамбур — растение, произрастающее в Северной Америке. Он имеет ряд преимуществ перед традиционно сельскохозяйственными культурами, включая высокую скорость роста, хорошую устойчивость к морозам, засухе и плохой почве, сильную устойчивость к вредителям и болезням растений, с минимальной или нулевой потребностью в удобрениях [10], [11]. Традиционно топинамбур использовался в пищу или корм для животных [12], [13], и в течение последних двух десятилетий изучались альтернативные варианты использования, особенно для производства функциональных пищевых ингредиентов, таких как инулин, олигофруктоза и фруктоза [14]. , [15].Также обнаружено, что некоторые биоактивные ингредиенты могут быть извлечены из его листьев и стеблей, что создает возможность для применения в фармацевтическом секторе [16], [17]. В последнее время возобновился и быстро растет интерес к использованию клубней топинамбура, богатого инулином, в качестве сырья для производства биоэтанола [18], [19]. Примеры многократного применения топинамбура показаны в. Эти разнообразные применения наряду с низкой стоимостью плантаций делают топинамбур перспективной биомассой для развития биоэкономики.
Многократное применение топинамбура.
Этот обзор представляет собой всесторонний обзор выращивания топинамбура, производства различных потенциальных биопродуктов и применяемых технологий производства. Большое внимание уделяется производству биоэтанола из топинамбура.
2. Характеристики топинамбура
Топинамбур ( Helianthus tuberosus ) — многолетнее растение, состоящее из стебля около 1–3 м высотой, небольших желтых цветков, волосистых листьев овальной формы и подземной системы корневищ с небольшими поросльями. клубни.Это вид покрытосеменных растений семейства сложноцветных, которые обычно называют семейством подсолнечника или маргариток [10], [20], [21], [22]. Стебли толстые и ребристые, со временем могут стать деревянистыми. Его листья чередуются у верхушки стебля, нижние листья крупнее и шире и могут вырастать до 30 см в длину, а верхние — меньше и уже. Что касается цветочных головок, каждая имеет ширину 5–7,5 см и образована небольшими желтыми трубчатыми дисковыми цветками в центре и окруженными соцветиями, которые встречаются отдельно или группами на концах крыловидных ветвей и основных стеблей.Что касается клубней, то они неровные и удлиненные, от узловатых до круглых гроздей. Цвет клубней варьируется от бледно-коричневого до белого, красного и пурпурного [10], [23]. Морфология топинамбура и клубней проиллюстрирована на рис.
Растение и клубни топинамбура.
Топинамбур впервые был выращен коренными американцами задолго до прихода европейцев и назывался солнечным корнем. После того, как топинамбур был завезен в Европу, ему стали приписывать различные латинские и общеупотребительные названия.Кейс и Ноттингем [22] собрали и сообщили около 100 общих имен, используемых на разных языках. Некоторые из наиболее часто используемых английских названий включают топинамбур, топинамбур, лесной подсолнух или земляное яблоко. Интересно, что название «топинамбур» вводит в заблуждение, поскольку это один из видов подсолнечника того же рода, что и садовый подсолнух; однако это не имеет отношения к Иерусалиму и не является разновидностью артишока [24].
3. Выращивание топинамбура
Топинамбур произрастает в регионах с умеренным климатом в Северной Америке и может переносить годовое количество осадков от 31 до 282 см с приемлемым средним температурным диапазоном 6.3–26,6 ° C и pH 4,5–8,2. Хотя он может хорошо адаптироваться к широкому спектру типов почвы и уровней pH в солнечном месте, слабощелочные почвы благоприятны для выращивания артишока. Как правило, растение может переносить отрицательные температуры, в то время как клубни могут выдерживать замораживание в течение нескольких месяцев, даже если мороз убивает стебли и листья. Морозостойкость клубней позволяет хранить их в земле в холодную зиму до тех пор, пока они не соберут необходимый урожай [10], [22].
В нескольких исследованиях было предложено сажать топинамбур ранней весной на глубину 10–15 см.Расстояние между семенными клубнями в каждом ряду составляет 30–60 см, а между рядами — 45–120 см. Оптимальная температура почвы для посадки составляет от 6 до 7 ° C из-за того, что клубни переходят в состояние покоя при температуре ниже 5 ° C. В идеале его следует высаживать в хорошо дренированную почву с небольшой щелочностью. Предлагаемое значение pH почвы для роста колеблется от 4,5 до 8,2. Орошение обычно не требуется, и растение обычно готово к сбору примерно через 125 дней. Урожайность относительно высока, обычно 16–20 т / га для клубней и 18–28 т / га зеленой массы для листвы.Его можно собирать с помощью картофелеуборочной техники. Собранный урожай требует осторожного обращения, чтобы не допустить образования синяков. Рекомендуемые условия хранения: 0–2 ° C при относительной влажности 95% в течение 4–5 месяцев [10], [13], [25], [26]. Топинамбур имеет агрессивную природу, и с ним следует осторожно обращаться с клубнями, пропущенными во время сбора урожая, которые, как ожидается, будут агрессивно расти в следующем сезоне. Однако такой агрессивный характер является преимуществом и снижает потребность в борьбе с вредителями, поскольку растение растет очень быстро [13], [27].
В связи с потенциальным применением топинамбура в биоэнергетическом секторе, в настоящее время многие фермеры все чаще выращивают его как специализированное растение. Хотя ожидается агрессивный рост, для выращивания в промышленных масштабах все же может потребоваться выявление региональных вредителей и болезней, которые могут повлиять на рост сельскохозяйственных культур. К сожалению, по этому аспекту опубликовано очень мало исследований. Маккартер и Кейс [28] обнаружили, что ржавчина и мучнистая роса, вызываемые Puccinia helianthi и Erysiphe cichoracearum , соответственно, снижают урожайность клубней.Другие потенциальные проблемы, такие как слизни, птицы, олени и кролики, могут представлять угрозу для растений, как и такие болезни, как мучнистая роса и гниль Sclerotinia [13], [29].
4. Биопродукты из топинамбура
4.1. Функциональные пищевые продукты
Функциональные пищевые продукты определяются как пищевые продукты, которые, как доказано, влияют по крайней мере на одну целевую функцию в организме, помимо основных питательных эффектов, таким образом, чтобы либо улучшить самочувствие и здоровье, либо снизить риск заболевания. .Функциональная пища должна оставаться в форме обычной пищи, а не в таблетках или капсулах, и демонстрировать свои эффекты в количествах, которые могут быть потреблены с пищей. Функциональная пища может быть натуральной пищей или пищей, в которую был добавлен или удален один или несколько компонентов, или пищей, в которой природа / биодоступность одного или нескольких компонентов была изменена, или любая комбинация этих возможностей [ 30], [31]. Топинамбур — это натуральное сырье для получения ряда функциональных пищевых ингредиентов, таких как инулин, олигофруктоза и фруктоза [10], [22], [31], [32], обладающих как питательными, так и функциональными свойствами, особенно полезными для люди с диабетом 2 типа и ожирением [33], [34], [35].
4.1.1. Инулин
Инулин представляет собой полисахарид, похожий на крахмал, и существует в виде белого порошка с нейтральным вкусом. Химически это линейный биополимер d-фруктозных звеньев, соединенных β (2,1) гликозидными связями и оканчивающихся одной молекулой d-глюкозы, связанной с цепью фруктозы связью α (2,1). Степень полимеризации инулина обычно колеблется от 2 до 60. На сегодняшний день инулин все чаще используется в качестве функциональных ингредиентов в пищевых продуктах, подвергшихся обработке, благодаря его уникальным характеристикам [10], [36], [37].
Инулин с связями β (2,1) между мономерами фруктозы не может перевариваться кишечными ферментами человека, что дает повод для важных применений в функциональных продуктах питания, подходящих для лечения диабета 2 типа, ожирения и других состояний здоровья, связанных с сахаром в крови [ 33], [36], [37], [38], [39]. При пероральном приеме инулин проходит через рот, желудок и тонкий кишечник без метаболизма, пока не попадает в толстый кишечник, где он ферментируется микрофлорой толстого кишечника.Таким образом, потребление инулина не влияет на уровень сахара в крови и стимуляцию секреции инсулина. Неперевариваемая природа инулина по своей природе приводит к тому, что его калорийность значительно ниже, чем у других типичных углеводов, поскольку энергия получается только в результате метаболизма жирных кислот и лактата, возникающего в результате ферментации. Следовательно, инулин можно использовать для замены жира, сахара и муки в молочных продуктах, злаках и выпечке для снижения калорийности [40], [41], [42]. Кроме того, инулин считается формой растворимых пищевых волокон и относится к пребиотикам.Инулин влияет на функции кишечника, увеличивая частоту стула и количество стула, особенно у пациентов с запорами, наряду с уменьшением значения pH кала. Эти эффекты помогают подавить выработку гнилостного вещества в толстой кишке [33], [37], [43], [44], [45]. Инулин в качестве пребиотика также имитирует рост существующих штаммов полезных бактерий в толстой кишке, что улучшает всасывание важных минеральных компонентов, таких как кальций и магний, а также синтез витаминов группы B [33], [36], [46], [ 47], [48], [49].Было также обнаружено, что включение инулина в рацион снижает содержание липидов в крови и печени у крыс, получавших насыщенные жиры. Однако подобные эффекты у людей еще не подтверждены [50], [51], [52], [53]. Недавние исследования показали, что инулин играет важную роль в предотвращении и подавлении рака прямой кишки, толстой кишки и молочной железы [37], [54], [55], [56], [57], [58].
Олигофруктоза, еще один функциональный ингредиент, представляет собой короткоцепочечный полисахарид, содержащий меньше фруктозных единиц (2–10).Его можно получить в результате частичного гидролиза инулина. Олигофруктоза имеет очень похожие функциональные и питательные свойства, как инулин [31], [33], [37], [42], [44], [59], [60], и ее применение в качестве функционального пищевого ингредиента неоднократно не указывается в Эта бумага.
Учитывая эти преимущества инулина для здоровья, разработка более эффективных процессов производства инулина и идентификации сырья привлекла большое внимание. Топинамбур и цикорий — два наиболее часто используемых источника инулина в промышленных масштабах [37].Клубни топинамбура содержат большое количество цепочек инулина средней длины, которые можно экстрагировать с помощью процессов, аналогичных экстракции сахара из сахарного тростника. Типичный процесс производства инулина включает три основных этапа, а именно предварительную обработку, экстракцию и очистку. Для увеличения скорости диффузии клубни топинамбура сначала нарезают и измельчают на мелкие частицы. Добыча обычно проводится в горячей воде. После отделения от твердых остатков инулин и водный раствор дополнительно очищают путем отбеливания, адсорбции активированным углем или ионного обмена.Затем очищенный инулин в воде концентрируется и сушится с получением готовых порошков чистого инулина [61]. Несмотря на то, что процесс производства инулина несложен, получить инулин хорошего качества и с высоким выходом все еще сложно. Таким образом, здесь кратко рассматриваются усилия, направленные на повышение экономической целесообразности производства инулина.
Клубни топинамбура содержат фермент, существующий в их эпидермальных клетках, называемый полифенолоксидазой (ППО). После сбора урожая клубни продолжают выполнять ряд физиологических и метаболических функций.PPO может окислять эндогенные полифенолы в меланин в присутствии кислорода. Этот процесс известен как потемнение, которое серьезно влияет на питательные вещества, вкус и внешний вид готового продукта. Ли [62] систематически исследовал влияние температуры и значения pH на активность PPO и предположил, что предварительная обработка топинамбура в воде с нейтральным значением pH при 80 ° C в течение 2 минут подавляла активность фермента и, таким образом, эффективно устраняла появление потемнения. В исследовании, проведенном Jiang [63], было оценено влияние рабочих параметров экстракции на выход инулина и оптимальные условия экстракции для достижения выхода инулина 89.Было обеспечено 5%: температура экстракции 70 ° C, отношение воды к твердому веществу топинамбура 15: 1, время экстракции 90 мин и два раза повторной экстракции твердых остатков. Кирстан [64] предпринял попытку ферментативного метода выделения инулина из топинамбура, ожидая увеличения выхода инулина. Однако их исследования показали, что ферментативная обработка сырого топинамбура не дает значительного улучшения эффективности экстракции, а лучший метод экстракции требует использования некоторых механических средств.Обработка ультразвуком все чаще используется для экстракции биоактивных ингредиентов из овощей растворителем, поскольку она способна улучшить массоперенос и проникновение растворителя [65]. Исследование [66], проведенное в отношении сравнения производительности между традиционной экстракцией, прямой ультразвуковой экстракцией и непрямой ультразвуковой экстракцией, показало, что непрямая ультразвуковая экстракция была наиболее подходящим методом для экстракции инулина из топинамбура. Экстракция с помощью микроволн — еще один многообещающий метод повышения эффективности экстракции [67].Xiao et al. [68] применили процесс экстракции с помощью микроволнового излучения для выделения инулина. Они заметили, что с помощью микроволн выход инулина увеличился с 10,8% до 12,2% на влажной основе, в то время как время экстракции сократилось со 100 минут до всего 6 минут. Группа Чжу [69] использовала трехступенчатую экстракцию гомогената для получения инулина. По сравнению с традиционной экстракцией горячей водой этот процесс имел ряд преимуществ, включая более высокие выходы, меньшее разложение инулина, работу при комнатной температуре и гораздо меньшее количество используемой воды.
4.1.2. Фруктоза
Инулин может быть полностью гидролизован до его мономера, фруктозы, которая широко используется в качестве подсластителя вместо сахарозы или глюкозы в функциональных пищевых продуктах, фармацевтических препаратах и напитках. Наиболее существенное различие между фруктозой и другими моносахаридами — это разница в гликемическом индексе (GI). GI был впервые представлен Jenkins et al. [70] как средство классификации углеводов в соответствии с их способностью повышать уровень глюкозы в крови, и использовался для помощи людям с диабетом 2 типа и ожирением при выборе продуктов питания.Основываясь на этом определении [70], GI определяется путем измерения реакции глюкозы в крови, вызванной приемом определенного количества углеводов, относительно повышения уровня глюкозы в крови, вызванного тем же количеством потребления глюкозы. ГИ глюкозы принимается равным 100, ГИ сахарозы — 65, а ГИ фруктозы — только 23 [71]. Значительно низкий ГИ фруктозы делает ее наиболее подходящим подсластителем для пациентов с диабетом или ожирением [34], [35], [72]. Что еще более интересно, сладость фруктозы, как сообщалось, на 100–150% выше, чем у сахарозы, что указывает на то, что использование меньшего количества фруктозы может обеспечить такую же текстуру и сладость в пище, чем при использовании других сахаров [73], [74] ], [75], [76] . Меньшее потребление сахара определенно помогает уменьшить разложение и агрегацию микробов во рту, что снижает вероятность кариеса. Поэтому он чрезвычайно привлекателен как фруктозная добавка, не только удовлетворяет вкусовые рецепторы, но и приносит значительную пользу для здоровья.
Обычно фруктозу получают в результате гидролиза крахмала с участием трех ферментов амилазы или альфа-амилазы и глюкоамилазы в три этапа, в то время как полученный гидролизат содержит 45% фруктозы и 55% глюкозы [77], [78].Инулин является более выгодным сырьем, чем крахмал, поскольку для гидролиза инулина требуется только однократный ферментативный гидролиз с инулиназой в качестве биокатализатора [79], при этом выход фруктозы достигает 95% [77]. Экономичность процесса гидролиза тесно связана с активностью и стабильностью фермента, режимом работы и конфигурацией биореактора. По сравнению с большинством химических реакций, биологические реакции, такие как гидролиз, протекают относительно медленно. Это требует длительного времени реакции или использования больших биореакторов.Кроме того, большие количества фермента, участвующего в гидролизе, остаются в реакционной среде после реакции, и их очень трудно восстановить. Поэтому были проведены значительные исследования для иммобилизации фермента для удержания биокатализатора и в то же время для достижения непрерывной работы. Ricca et al. [80] рассмотрели основные достижения, достигнутые в производстве фруктозы путем ферментативного гидролиза инулина до 2007 г. Прогресс, достигнутый за последние годы, или исследования, не охваченные в обзоре Ricca, суммируются здесь с акцентом на разработку новых ферментов, иммобилизацию ферментов и инновационный биореактор. дизайн.
Исследования, проведенные Sirisansaneeyakul, et al. [81] сосредоточили внимание на синергетическом эффекте комбинированной экзо- и эндоинулиназной системы. Они заметили, что ферментная система, состоящая из инулиназ плесени и дрожжей с соотношением компонентов смеси 5: 1, лучше справляется с гидролизом инулина, чем только плесень и дрожжи. Полученный гидролизат содержал 78,2% фруктозы. Yu et al. [82] разработали новый рекомбинантный штамм Saccharomyces cerevisiae , секретирующий инулиназу, для производства фруктозы, не содержащей глюкозы, из топинамбура.Такой рекомбинантный биокатализатор был способен гидролизовать инулин до фруктозы и глюкозы и впоследствии метаболизировать глюкозу. В результате в гидролизате накапливалась только фруктоза, что обеспечивало многообещающий одностадийный процесс получения фруктозы высокой чистоты. Guiraud et al. [83] попытались иммобилизовать инулиназу на матрице DEAE-целлюлозы с помощью простого метода адсорбции. Свежеприготовленный катализатор испытывали в реакторе непрерывного действия при скорости потока 10 мл / ч, растворе инулина 5 г / л, при 40 ° C в течение 3 недель, достигая степени превращения инулина 100%.В исследовании, проведенном Santa et al. [84], новый метод иммобилизации золь-гель был использован для осаждения инулиназы на пористой матрице ксерогеля кремнезема. Этот биокатализатор продемонстрировал многообещающую стабильность работы при 40 ° C в течение 20 последовательных 24-часовых циклов без заметного снижения выхода продукта. Singh et al. [85] разработали стабильный проточный реактор с инулиназой, иммобилизованной на Duolite A568, для гидролиза инулина. Реактор мог работать непрерывно со скоростью 4 мл / ч при 55 ° C в течение 75 дней, а экспериментальный период полураспада составлял 72 дня, что является очень обнадеживающим достижением в непрерывном гидролизе инулина.Группа Чжу [86], [87] проводила текущие исследования производства фруктозы из топинамбура с начала 1990-х годов [86]. Был разработан инновационный динамический мембранный сепаратор, который был соединен с реактором гидролиза, который мог одновременно проводить реакцию и разделение. Фермент фильтровали через мембранный спектрометр и возвращали в реактор гидролиза, обеспечивая рентабельный процесс производства фруктозы. Этот уникальный дизайн применяется в промышленных масштабах.
4.2. Биоактивные соединения
Помимо функциональных пищевых продуктов, полученных из клубней топинамбура, листья также имеют важное применение. Листья топинамбура традиционно используются в народной медицине для лечения переломов костей, кожных ран, отеков и боли [88], [89], [90]. Ряд ценных биологически активных соединений, имеющих лекарственное значение, был выделен из надземных частей топинамбура, демонстрируя противогрибковое, антиоксидантное, противораковое действие и другие лечебные эффекты [16], [17], [88], [91], [92] , [93], [94], [95], [96], [97], [98].
В исследовании, проведенном Nakagawa et al. [92], два лектина были выделены из каллуса топинамбура и затем очищены с помощью хроматографии и препаративного электрофореза. Оба лектина показали сильную активность в отношении гемагглютинации. Pan et al. [16] успешно выделили девять биоактивных соединений из цельного растения топинамбура, включая ent-17-оксокаур-15 (16) -en-19-оевую кислоту, ent-17-гидроксикаур-15 (16) -en-19- овая кислота, метиловый эфир энт-15β-гидроксикаур-16 (17) -ен-19-овой кислоты, энт-15-нор-14-оксолабда-8 (17), 12E-диен-18-овая кислота, 4,15 -изоатрипликолид ангелат, 4,15-изоатрипликолид метилакрилат, (+) — пинорезинол, (-) — лолиолид и ванилин.Затем биоактивность девяти соединений оценивали с использованием линии клеток рака молочной железы человека MCF-7 и биоанализа активации защиты изофлавоноидов сои. Два соединения были идентифицированы как цитотоксические агенты, одно из которых было способно стимулировать защитные метаболиты, а четыре из которых были способны блокировать накопление изофлавонов в сое. Непрерывные усилия по извлечению биоактивных ингредиентов из листьев топинамбура в команде Сяо и Юаня [17], [93], [94] привели к важным достижениям.Шесть фенольных экстрактов из листьев топинамбура проявляют активность по улавливанию свободных радикалов, что делает листья топинамбура хорошим источником природных антиоксидантов [17], [95]. Совсем недавно эта группа [94] дополнительно выделила серию сесквитерпеновых лактонов, проявляющих цитотоксичность в отношении линий раковых клеток, что согласуется с результатами, представленными Pan et al. [16].
Экстракты из листьев топинамбура также обладают противогрибковыми свойствами [96], [97], [98].Лю и др. [96] использовали различные растворители для экстракции листьев топинамбура и протестировали противогрибковые свойства экстрактов на нескольких грибах, таких как Rhizoctonia solani, Gibberella zeae, Alternaria solani и Botrytis cinerea . Их исследование показало, что экстракты листьев топинамбура из разных растворителей проявляли разную противогрибковую активность. Например, ингибирующее действие водных экстрактов было ниже, чем у органических растворителей. Экстракты из этилацетата показали самую высокую ингибирующую активность по отношению к четырем грибам, задействованным в этом исследовании.В то время как исследование Han et al. [97] обнаружили, что ацетоновые экстракты листьев топинамбура продемонстрировали самую сильную ингибирующую способность к серой гнили перца в рамках их экспериментов. В более позднем исследовании, проведенном Chen et al. [98] шесть фенольных кислот были выделены из листьев топинамбура с использованием н-бутанола в качестве растворителя, и среди шести выделенных фенольных кислот кофеиновая кислота, 3,4-дикафеоилхиновая кислота и 1,5-дикафеоилхиновая кислота были определены как ответственные за г.zeae ингибирование. Это исследование достаточно демонстрирует, что листья топинамбура являются потенциальным источником природных фунгицидов.
Обычная экстракция растворителем является основной технологией экстракции для отделения биоактивных ингредиентов из листьев топинамбура. Поскольку листья содержат широкий спектр химических соединений, экстракты с использованием различных растворителей без дополнительной очистки показали различную биоактивность [96], [97], [98]. Поэтому необходима дальнейшая работа по извлечению биоактивных веществ, последующему разделению экстрактов, идентификации и характеризации биоактивности каждого соединения.На высвобождение биологически активных соединений из топинамбура может повлиять обработка. Например, недавно было обнаружено, что процессы выдувания и экструзии увеличивают общее содержание фенолов, активность по улавливанию свободных радикалов и снижают антиоксидантные свойства железа в настое чая из топинамбура по сравнению с обработкой путем обжарки и сушки горячим воздухом [99]. Более того, предыдущее исследование показало, что сочетание высокого гидростатического давления (HPP) и ферментативной обработки и ферментации увеличивает содержание фенолов и антиоксидантную активность экстракта клубней топинамбура in vitro (улавливание радикалов и супероксид) по сравнению с водной экстракцией [100] .Следовательно, для промышленного производства биоактивных соединений из топинамбура необходимо критически оценить технологию обработки и экстракции и выбрать ее в соответствии с физико-химическими свойствами целевых ингредиентов и природой растительной матрицы. В дополнение к HPP, другие нетрадиционные методы экстракции, такие как ультразвуковая, микроволновая и сверхкритическая жидкостная экстракция, могут рассматриваться как альтернативные подходы для увеличения выхода и сохранения биологической активности ингредиентов топинамбура [101], [102] .
4.3. Биотопливо
4.3.1. Этанол
Топинамбур (JA) в настоящее время признан новой энергетической культурой для производства биоэтанола; однако производство этанола из топинамбура имеет долгую историю. В 19 веке французский химик Ансельм Пайен продвигал клубни топинамбура для производства пива во Франции. Интересно, что пиво, полученное из клубней топинамбура, сладкое и имеет фруктовый вкус [103], [104]. Благодаря уникальному аромату этанол из топинамбура также использовался для производства бренди во Франции и Германии, а также для производства сакэ в Японии [105].Во время и после Первой мировой войны Британский департамент научных и промышленных исследований провел обширные исследования по разработке топливного этанола из топинамбура. Было продемонстрировано, что топинамбур способен производить такое же количество ферментируемых углеводов на акр для алкоголя, что и сахарная свекла, и больше, чем ирландский картофель. Однако с развитием современной нефтяной промышленности интерес к топливному этанолу снизился [106], [107]. В 1980-х возобновление интереса к этанолу из топинамбура стимулировалось нефтяным кризисом 1973 года [108], [109]; однако это исследование снова было прервано из-за снижения цен на нефть после кризиса.Возобновление интереса к топинамбур как источнику для производства этанола снова произошло, и на этот раз в значительной степени обусловлено быстрым сокращением запасов ископаемого топлива в сочетании с негативными последствиями чрезмерного потребления топлива на основе нефти для окружающей среды, такими как глобальное потепление, изменение климата, кислотные дожди и разрушение озонового слоя. Были предприняты большие усилия и значительный прогресс в разработке биотоплива, в основном биоэтанола и биодизеля, для замены нефтяного топлива [110], [111]. В настоящее время в Северной Америке кукуруза, пшеница и ячмень являются доминирующим сырьем для коммерческого производства биоэтанола, но они конкурируют с продуктами питания и кормами, вызывая жаркие споры о «топливе против продуктов питания».Как следствие, усилия переориентируются на использование лигноцеллюлозной биомассы (сельскохозяйственные и лесные отходы) и / или выращивание специальных энергетических культур [1], [112], [113], [114], [115]. Несомненно, лигноцеллюлоза является наиболее экономичным и широко доступным сырьем, однако дорогостоящая предварительная обработка для превращения целлюлозы в сбраживаемый сахар является ключевым техническим препятствием для экономически конкурентоспособного производства. Производство биоэтанола из лигноцеллюлозной биомассы все еще находится на стадии разработки [116].Клубни топинамбура богаты инулином, который легко гидролизуется, а затем с помощью биокатализаторов превращается в этанол. Выход этанола эквивалентен выходу сахарного тростника и вдвое больше выхода кукурузы. Эти характеристики делают топинамбур прекрасным субстратом для производства этанола [18], [19], [117], [118], [119], и недавно он был включен в список самых многообещающих энергетических культур в Китае, Европе и других странах. Новая Зеландия [4], [120], [121], [122]. Как правило, существует два пути производства биоэтанола из клубней топинамбура: (1) раздельный гидролиз и ферментация (SHF) и (2) одновременное осахаривание и ферментация (SSF), как показано на.
Два маршрута производства биоэтанола из клубней топинамбура.
4.4. Раздельный гидролиз и ферментация
Метод раздельного гидролиза и ферментации (SHF) характеризуется тем, что гидролиз инулина и ферментация сахара проводятся в двух отдельных реакторах. Обычно клубни топинамбура перерабатывают в кашицеобразную массу, а затем гидролизуют до сбраживаемых сахаров (фруктозы и глюкозы) с использованием разбавленных минеральных кислот или фермента инулиназы. Затем сбраживаемый сахар отделяется от твердых остатков и переносится в ферментер, где сахар ферментируется в этанол с использованием дрожжей, таких как Zymomonas mobilis, Kluyveromyces marxianus и Saccharomyces cerevisae .
Исследования гидролиза инулина для производства фруктозы изложены в разделе 4.1.2. [77], [78], [79], [80], [81], [82], [83], [84], [85], [86], [87] Приготовленная таким образом фруктоза может быть дополнительно превращается в этанол. Для производства этанола, начиная с клубней посредством процесса СВЧ, стадия гидролиза оказывает значительное влияние на следующую стадию ферментации. Полный гидролиз инулина дает максимальное количество сахара, что приводит к высокому выходу этанола. Однако в процессе гидролиза могут образовываться некоторые побочные продукты, которые могут ингибировать активность дрожжей на стадии ферментации, следовательно, увеличивая время ферментации.Fleming et al. [123] исследовали эффективность различных минеральных кислот (соляной, серной, лимонной и фосфорной кислот) при гидролизе клубней топинамбура. Они пришли к выводу, что между этими кислотами не было значительной разницы в их влиянии на гидролиз инулина. Исследование, проведенное Toran-Diaz et al. [124] оценили влияние кислотного или ферментативного гидролиза инулина на последующее спиртовое брожение. Было обнаружено, что кислотный гидролиз происходит быстрее, чем ферментативный гидролиз, в то время как побочные продукты кислотного гидролиза ингибируют рост дрожжей на последующей стадии ферментации, что приводит к низкому выходу этанола.Было также замечено, что Z. mobilis был способен сбраживать сок топинамбура в этанол без добавления каких-либо других питательных веществ, и выход этанола при ферментации Z. mobilis был выше, чем при использовании K. marxianus . Ким и Хэмди [125] оптимизировали условия гидролиза для достижения полного гидролиза инулина и минимального образования ингибиторов дрожжей. Они предложили гидролизовать суспензию топинамбура в 0,1 М HCl при 97 ° C в течение 15 мин.В таких условиях было достигнуто максимальное снижение содержания сахара до 84,8% эквивалента фруктозы, в то время как концентрация ингибитора 5-гидроксиметилфурфурола (HMF) составляла 0,07%, что ниже 0,1%, предела ингибирования роста дрожжей. Размовски и др. [126] исследовали влияние температуры, времени пребывания и гидромодуля на гидролиз топинамбура. Гидролизаты топинамбура, полученные в различных условиях гидролиза, были дополнительно испытаны в спиртовой ферментации с использованием S. cerevisiae в качестве биокатализатора.Они обнаружили, что кислотный гидролиз при высоких температурах и длительном времени пребывания увеличивает концентрацию дрожжевого ингибитора HMF и ускоряет разложение фруктана. Основываясь на их экспериментальных результатах, самый высокий выход этанола 7,6 мас. / Мас. Был получен при проведении кислотного гидролиза при 126 ° C, времени пребывания 60 минут и соотношении гидромодулей 1: 1. Zubr [127] исследовал влияние нескольких ферментов на гидролиз клубней топинамбура, включая Novozym 188, Celluclast, Novo 230, Novo SP 249 и их комбинации.Их работа показала, что целлюлолитические ферменты, такие как Novozym 188 и Cellules, имеют очень неутешительную эффективность, генерируя небольшое количество фруктозы и глюкозы. Novo 230 был наиболее эффективным ферментом для гидролиза инулина, давая самый высокий выход сахара в рамках экспериментов авторов. В то же время S. cerevisae , традиционные пивные дрожжи, были идентифицированы как эффективный катализатор спиртовой ферментации этих сбраживаемых сахаров, полученных на стадии гидролиза.
4.5. Одновременное осахаривание и ферментация
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) характеризуется тем, что гидролиз инулина и ферментация сахара проводятся в одном биореакторе с использованием комбинированных биокатализаторов. Очевидно, что такое прямое превращение растворимого инулина в этанол без предварительной стадии гидролиза очень выгодно с точки зрения капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Более того, процесс SSF значительно снижает потери сбраживаемого сахара, вызванные разделением и переносом сахаров из гидролизера в ферментер, как в процессе SHF.Для производства этанола из топинамбура посредством SSF основным техническим препятствием является определение наиболее эффективных ферментов, способных облегчить как гидролиз, так и ферментацию.
Один из подходов — использовать смесь инулиназы и дрожжей для преобразования измельченных клубней топинамбура в этанол. Ким и Ри [128] ко-иммобилизовали инулиназу и Z. moblilis в альгинатных гранулах, чтобы облегчить одностадийное производство этанола из клубней топинамбура в непрерывном режиме.Максимальная производительность по этанолу составила 55,1 г / л / ч, а выход составил 95% от теоретического выхода. В исследовании, опубликованном Nakamura et al. [129], [130], одновременный гидролиз и ферментация клубней проводилась в периодическом режиме с использованием смеси Aspergillus niger 817 и S. cerevisiae 1200. Концентрация этанола составляла 10,4% (об. / Об.) Для Время брожения 15 ч; выход составил 92% от теоретического выхода. Szambelan et al. [131] сравнили выход этанола от различных процессов с использованием отдельных дрожжей и смешанной культуры микроорганизмов.Смешанная культура Kluyveromyces fragilis и Z. mobilis или K. fragilis и S. cerevisiae дала наилучшие результаты в рамках исследования авторов. Выход этанола составлял 94% от максимального теоретического выхода, а концентрация этанола составляла 9,9% (об. / Об.). Ge et al. [132] предприняли попытку нового изолированного штамма, вызывающего гиперпродуцирование экстроинулиназы, A. niger SL-09, связанного с S. cerevisiae Z-06, для ферментации измельченных клубней топинамбура в этанол в периодической операции.Концентрация этанола достигала 19,5% (об. / Об.) В течение 48 ч ферментации с эффективностью преобразования 90%. Результат этого исследования важен в том, что высокая концентрация этанола в готовом ферментационном бульоне может значительно снизить стоимость последующей стадии дистилляции, делая общее производство этанола более экономически рентабельным.
Использование смеси ферментов позволяет осуществлять одновременный гидролиз и ферментацию клубней топинамбура для производства этанола.Однако эти процессы с участием двух видов с разными условиями культивирования создают трудности для оптимизации процесса. Производительность по этанолу была снижена из-за того, что оба биокатализатора работали в неоптимальных условиях. Еще одна попытка заключается в использовании дрожжей, обладающих инулиназной активностью, для одновременного осахаривания и ферментации. Guiraud et al. [133] впервые продемонстрировали, что K. fragilis и K. fragilis , обладающие инулиназной активностью, способны напрямую преобразовывать клубни топинамбура в этанол.После их новаторских исследований были предприняты многочисленные усилия по разработке и / или скринингу более эффективных штаммов для облегчения SHF топинамбура. Duvnjak [134] оценил эффективность нескольких дрожжей при гидролизе и ферментации, включая K. marxianus ATCC12708, K. marxianus ATCC 10,606, Kluyveromyces cerevisiae ATCC 22,295 и K. fragilis . Их работа показала, что сок топинамбура содержал достаточно питательных веществ как для роста дрожжей, так и для производства этанола. K. marxianus ATCC12708 был идентифицирован как наиболее подходящие дрожжи, обеспечивающие выход этанола 87,5% от теоретического значения в течение 25 часов ферментации. С начала 1980-х годов команда профессора Маргаритиса [108], [109], [135], [136], [137], [138], [139], [140], [141], [142], [143] ], [144], [145], [146], [147], [148], [149] посвятили свои исследования производству этанола из топинамбура. Были проведены обширные работы, начиная от скрининга дрожжей [135], метода иммобилизации ферментов [136], [139], [140], [141], [142], периодического и непрерывного режимов работы [106], [141], [177]. ], кинетики производства этанола [136], [138], [142], [143] и гидролиза инулина [146], [147], [148], [149], которые заложили ценную основу для исследований Этанол из топинамбура.В своей ранней работе было продемонстрировано, что K. marxianus UCD (FST) 55-82 являются наиболее подходящими дрожжами для ферментации клубней топинамбура среди восьми дрожжей, испытанных в их исследовании [135]. K. marxianus UCD (FST) 55-82 с инулиназной активностью дополнительно использовали в биореакторе непрерывного действия для гидролиза и ферментации сока топинамбура с получением этанола с выходом 90% от теоретического значения [108]. Эффективность этих дрожжей также была протестирована в периодическом режиме производства этанола [108].Концентрация этанола составляла 44 г / л в конце периода ферментации, равного 60 часам, с достижением выхода 88% от теоретического выхода. Negro et al. [150] провели прямую ферментацию инулина с использованием K. marxianus CECT 10,875. Концентрация этанола в конце ферментации составляла 19 г / л с выходом 96% от теоретического выхода. Работа Lim et al. [151] идентифицировали S. cerevisiae KCCM50549 как другие многообещающие дрожжи для процесса SFH клубней топинамбура, давая относительно высокую концентрацию этанола 36.2 г / л и выход 70% от теоретического значения в течение 30 часов. Этанол, произведенный из этих дрожжей, в 1,6 раза выше, чем из S. cerevisiae NCY625. Yu et al. [152] заметили, что Kluyveromyces cicerisporus Y179 проявляли высокий уровень активности инулиназы, что подходило для производства этанола методом SSH. Результаты экспериментов показали, что эти дрожжи производили больше этанола при 30 ° C, чем при 37 ° C или 42 ° C. После 144 ч ферментации этанол с концентрацией 12.Было достигнуто 3% (об. / Об.), И выход этанола составил 86,9% от теоретического значения. Группа доктора Бая [153], [154], [155], [156] провела текущие исследования по производству этанола из клубней топинамбура с использованием консолидированной стратегии биопереработки (CBP), которая объединяла производство инулиназы, гидролиз инулина и ферментацию этанола. В ранней работе, проведенной Yuan et al. [153] K. marxianus ATCC8554, как было доказано, обладает хорошей способностью к спиртовому брожению и высокой производительностью инулиназы.Использование этих дрожжей непосредственно преобразовало клубни топинамбура в этанол, достигнув выхода этанола 87% при времени ферментации 84 часа. Юань и др. [155] далее разработали новые рекомбинантные дрожжи, которые содержали коммерчески доступные S. cerevisiae 6525, интегрированные геном инулиназы, клонированным из K. marxianus . При использовании этих новых дрожжей концентрация этанола в бульоне была значительно увеличена до 72,5 г / л в конце 48-часовой ферментации при использовании штамма-хозяина S.cerevisiae 6525, концентрация этанола составила всего 67,0 г / л за 60 часов. Юань и др. [156] также применили K. marxianus со сверхэкспрессией гена инулиназы при ферментации клубней топинамбура. Наблюдалось значительное улучшение производительности этанола, подробные данные о котором приведены в. Исследования команды доктора Чи [157], [158], [159] были сосредоточены на разработке и применении Saccharomyces sp W0 с экспрессией гена инулиназы в производстве этанола из топинамбура.Ген экзо-инулиназы и ген эндо-инулиназы были интегрированы в Saccharomyces sp W0 соответственно. Продуктивность этанола с использованием Saccharomyces sp W0 с экспрессией гена инулиназы и без нее суммирована в. Hu et al. [160] исследовали активность 21 недавно выделенного и 65 ранее доступных штаммов S. cerevisiae при прямой ферментации топинамбура посредством консолидированной биопроцессинга (CBP). Их работа идентифицировала K. marxianus PT-1 и S.cerevisiae JZ1C в качестве хороших термостойких штаммов-кандидатов для производства этанола топинамбура. В экспериментальных условиях эти два штамма дали 90% и 79,7% теоретического выхода этанола соответственно при 40 ° C в течение 84 часов ферментации. Совсем недавно Guo et al. [161] сообщили об улучшенном процессе CBP в биореакторе со спиральной ленточной мешалкой с использованием мутантных дрожжей, S. cerevisiae DQ1. Концентрация этанола достигла 128 г / л, что очень многообещающе. суммирует биокатализаторы, условия ферментации и продуктивность этанола различных процессов SSF для производства этанола из топинамбура, рассмотренных в этой статье.
Таблица 1
Процессы SSF описаны в литературе.
Биокатализаторы | Условия ферментации | Концентрация этанола | Выход a | Ссылка |
---|---|---|---|---|
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) | 35 ° C, непрерывно | 55,1 г / л / ч | 95% | Kim [128] 1990 |
A.niger 817 + S. cerevisiae 1200 | 30 ° C, 15 ч | 10,4% (об. / об.) | 92% | Nakamura et al. [130] 1996 |
K. fragilis + Z. moblilis 3881 | 30 ° C, 72 часа | 9,9% (об. / Об.) | 94% | Szambelan и другие. [131] 2005 |
K. fragilis + S. cerevisiae Bc16a | 30 ° C, 72 ч | 9.1% (об. / Об.) | 86% | |
A. niger SL-09 + S. cerevisiae Z-06 | 30 ° C, 48 ч | 19,6 % (об. / об.) | 90% | Ge and Zhang [132] 2005 |
Одновременное осахаривание и ферментация (SSF) (дрожжи с инулиназной активностью) | ||||
K. fragilis | 28 ° C, 6 дней | 11.1% (об. / Об.) | 98% | Guiraud et al. [133] 1981 |
K. marxianus | 28 ° C, 6 дней | 11,5% (об. / Об.) | 98% | |
K. marxianus ATCC12708 | 28 ° C, 30 ч | 14 г / л | 87% | Duvnjak et al. [134] 1981 |
K. marxianus ATCC 10606 | 28 ° C, 30 ч | 12 г / л | 83% | |
K.cicerisporus ATCC 22295 | 28 ° C, 30 ч | 13 г / л | 86% | |
K. fragilis 105 | 28 ° C, 30 часов | 11 г / л | 79%||
K. marxianus UCD 55-82 | 35 ° C, 60 часов | 44 г / л | 88% | Bajpai and Margaritis [138295, |
K. marxianus UCD 55-82 | 35 ° C, непрерывно | 7 г / л / ч | 90% | Sachs et al.[106], 1982 |
K. marxianus CECT 10875 | 28 ° C, 30 ч | 19 г / л | 96% | негр [150], 2006 |
K. cicerisporus Y179 | 30 ° C, 144 ч | 12,3% (об. / Об.) | 86,9 | Yu et al. [152], 2010 |
S. cerevisiae KCCM50549 | 30 ° C, 36 ч | 32,6 г / л | 70% | Lim et al.[151] 2011 |
K. marxianus ATCC8554 | 35 ° C, 84 ч | 60,9 г / л | 87% | Юань и др. [153], 2008 г. |
S. cerevisiae 6525 с клонированным геном инулиназы | 35 ° C, 48 ч, | 72,5 г / л | 85% | Yuan et al. [155], 2013 |
K. marxianus со сверхэкспрессией гена инулиназы | 35 ° C, 72 ч, | 96.2 г / л | 93% | Yuan et al. [156] 2013 |
Saccharomyces sp W0 с геном экзоинулиназы | 28 ° C, 144 ч | 12,5% (об. / Об.) | 62,5% | Zhang et al. [157] 2010 |
Saccharomyces sp W0 с 18S рДНК интеграция гена экзоинулиназы | 28 ° C, 120 ч | 12,6% (об. / Об.) | 66% | Yuan et al. [156] 2011 |
Saccharomyces sp W0 с геном эндо-инулиназы | 30 ° C, 120 ч | 12.6% (об. / Об.) | 65% | Li et al. [159] 2013 |
K. marxianus PT-1 | 40 ° C, 84 ч | 73,6 г / л | 90% | Hu et al. [160] 2012 |
или S. cerevisiae JZ1C | 40 ° C, 84 ч | 65,2 г / л | 79,7% | |
S. cerevisiae DQ4 30 ° | , 72 ч128,1 г / л | 73.5% | Guo et al. [161] 2013 |
4.5.1. Бутанол
Биобутанол как новое поколение биотоплива в последнее время привлекает все большее внимание из-за его более высокой теплотворной способности и низкой летучести по сравнению с биоэтанолом. Проведены разведочные исследования производства бутанола из топинамбура. Sarchami и Rehmann [162] оптимизировали ферментативный гидролиз инулина из топинамбура и получили максимальную конверсию инулина 94,5% в оптимальных условиях (температура 48 ° C, pH 4.8, концентрация субстрата 60 г / л, загрузка фермента 10 единиц / г субстрата и время ферментации 24 ч) с получением бутанола 9,6 г / л. Chen et al. [163] использовали Clostridium acetobutylicum L7 для гидролиза сока топинамбура. Было обнаружено, что при исходной концентрации сахара 62,87 г / л за 60 ч ферментации было получено 11,2 г / л бутанола, а соотношение бутанола, ацетона и этанола составляло 0,64: 0,29: 0,05.
4.6. Химические вещества
Молочная кислота широко используется в пищевой, фармацевтической и химической промышленности и является важным строительным блоком для синтеза различных химических веществ [164], [165].В ответ на растущий спрос на молочную кислоту топинамбур выделяется как дешевое сырье для производства молочной кислоты. Ge et al. [165] впервые попытались использовать смешанную культуру A. niger SL-09 и Lactobacillus sp для получения молочной кислоты из JA. В процессе SSF самая высокая концентрация молочной кислоты 120,5 г / л была получена за 36 часов периодической ферментации с подпиткой с высокой эффективностью преобразования 94,5%. Эта группа дополнительно усовершенствовала процесс, введя Lactobacillus casei G-02, что привело к увеличению концентрации молочной кислоты до 141.5 г / л [166]. Об этом сообщили Choi et al. что прямая ферментация молочной кислоты может быть реализована с использованием Lactobacillus paracasei без предварительной стадии гидролиза инулина. Концентрация молочной кислоты составляла 92,5 г / л, а эффективность преобразования сахаров типа инулина в молочную кислоту составляла 98% от теоретического выхода [167]. Дао и др. [168] разработали практичный и экономичный способ получения молочной кислоты из JA. Они использовали коммерчески доступные глюкоамилазу, глюкоамилазу GA-L New и Pediococcus acidilactici DQ 2 для гидролиза и ферментации пробирок JA.Была получена концентрация молочной кислоты 111,5 г / л. Другое исследование производства молочной кислоты [169], проведенное Wang et al. использовали термофильный штамм Basillus coagulans . Полученная молочная кислота составляла 134 г / л с начальной концентрацией сахара 140 г / л. Исследования Shi et al. [170] сосредоточены на разработке эффективных биореакторов. Биореактор с волокнистым слоем с иммобилизованным Lactococcus lactis значительно повышает общую эффективность производства, в результате чего концентрация молочной кислоты составляет 142 г / л в периодическом режиме с подпиткой.
Топинамбур также может образовывать множество других химических веществ [164], [171], таких как масляная кислота [172], лимонная кислота [173], янтарная кислота [174], 2,3-бутандиол [175], [176] и сорбит [177]. Сообщалось о нескольких исследованиях, подробности которых не приводятся в данной статье.
(PDF) Анализ состава, пользы для здоровья и будущего рыночного потенциала топинамбура в Канаде
http://jfr.ccsenet.org Journal of Food Research Vol.6, № 5; 2017
82
87870 & v = 2.1 & it = r & sid = summon & authCount = 1
Лаурензо, К. С., Навиа, Дж. Л., и Нейдич, Д. С. (1999). Приготовление инулиновых продуктов. Соединенные Штаты Америки.
Получено с
http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=/netahtml/PTO/search-bo
ol.html & r = 1 & f = G & l = 50 & d = PALL & RefSrch = yes & Query = PN / 5968365
Li, L., Ли, Л., Ван, Ю., Ду, Ю., и Цинь, С. (2013). Продукция биопереработки из инулинсодержащей культуры артишок Иерусалимский
. Письма о биотехнологии, 35 (4), 471-477. https://doi.org/10.1007/s10529-012-1104-3
Линьюнь, В., Цзяньхуа, В., Сяодун, З., Да, Т., Ялин, Ю., Ченган, К.,… Фан, З. (2007). Исследования технических условий экстракции инулина
из клубней топинамбура. Журнал пищевой инженерии,
79 (3), 1087-1093.https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2006.03.028
Лонг, Х. Х., Шао, Х. Б., Лю, Л., Лю, Л. П., и Лю, З. П. (2016). Топинамбур: экологически чистая биомасса
, сырье для биоперерабатывающего завода. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, 54, 1382-1388.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.063
Луке Р. и Мелеро Дж. А. (2012). Извлечение липидов из микроводорослей. Успехи в производстве биодизеля:
Процессы и технологии (стр.213). Издательство Вудхед.
Матиас, Дж., Гонсалес, Дж., Рояно, Л., и Баррена, Р. А. (2011). Анализ сахаров методом жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии
в клубнях топинамбура для оптимизации производства биоэтанола. Биомасса и биоэнергетика,
35 (5), 2006-2012. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.01.056
Менсинк, М. А., Фрейлинк, Х. В., Ван дер Вурт, Мааршалк, К., и Хинрикс, В. Л. Дж. (2015). Инулин, гибкий олигосахарид I
: обзор его физико-химических характеристик.Углеводные полимеры, 130, 405-419.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.05.026
Мейер, Д., и Блаауухед, Дж. П. (2009). Инулин. В Справочнике по гидроколлоидам (стр. 829-848). Вудхед
Издательство.
Оливейра, Р. П. Д. С., Перего, П., Оливейра, М. Н. Де, и Конверти, А. (2011). Эффект взаимодействия инулина как пребиотика и синбиотика
между пробиотиками для повышения плотности ферментированного молока. Журнал пищевой инженерии,
107 (1), 36-40.https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.06.005
Министерство сельского хозяйства Онтарио, продовольствие и сельское хозяйство. (2012). Особые урожаи: топинамбур.
Получено с http://www.omafra.gov.on.ca/CropOp/en/indus_misc/pharm/ja.html
Pareyt, B., Talhaoui, F., Kerckhofs, G., Brijs, K. , Goesaert, H., Wevers, M., & Delcour, JA (2009). Роль сахара и жира
в сахарном печенье: структурные и текстурные свойства. Журнал пищевой инженерии, 90 (3),
400-408.https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2008.07.010
Ramnani, P., Gaudier, E., Bingham, M., van Bruggen, P., Tuohy, KM, & Gibson, GR (2010 г. ). Пребиотический эффект
выстрелов из фруктов и овощей, содержащих инулин топинамбура: исследование с участием человека. Британский журнал
по питанию, 104 (2), 233-40. https://doi.org/10.1017/S000711451000036X
Rocky Mountain Soda Company. (2016). Oogave FAQ. Получено 19 декабря 2016 г. с номера
https: // www.rockymountainsoda.com/oogave/faq
Ронкарт, С. Н., Блекер, К. С., Фурмануар, Х., Фуни, К., Деруан, К., Ван Херк, Дж. К., и Пакот, М.
(2007). Выделение и идентификация инулоолигосахаридов в результате гидролиза инулина. Analytica
Chimica Acta, 604 (1), 81-87. https://doi.org/10.1016/j.aca.2007.07.073
Rößle, C., Ktenioudaki, A., & Gallagher, E. (2011). Инулин и олигофруктоза как заменители жира и сахара в быстром хлебе (лепешках)
: подход к составлению смеси.Европейские исследования и технологии пищевых продуктов, 233 (1), 167-181.
https://doi.org/10.1007/s00217-011-1514-9
Рубель И. А., Перес Э. Э., Дженовезе Д. Б. и Манрике Г. Д. (2014). Пребиотическая активность in vitro богатых инулином
углеводов, экстрагированных из клубней топинамбура (Helianthus tuberosus L.) при разном времени хранения
с помощью Lactobacillus paracasei. Food Research International, 62, 59-65.
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2014.02.024
Рубель И. А., Перес Э. Э., Манрике Г. Д. и Дженовезе Д. Б. (2015). Обогащение волокон пшеничного хлеба
инулином топинамбура: Влияние на реологию теста и качество хлеба. Структура питания, 3, 21-29.
https://doi.org/10.1016/j.foostr.2014.11.001
Саенгканук, А., Нучадомронг, С., Джоглой, С., Патанотай, А., и Шриджаранаи, С. (2011). Упрощенный
14 Овощи с высоким ГИ, вредные для диабета
Гликемический индекс (ГИ) овощей намекает на их способность вызывать быстрое повышение уровня сахара в крови после употребления.
Вот список из 14 овощей, которые вредны для диабета из-за высокого гликемического индекса
14 овощей с высоким ГИ, вредных для диабета
1. МорковьМорковь, называемая «Гаджар» на хинди — продукты с высоким гликемическим индексом. Все мы знаем, что морковь — это разновидность корнеплода и разновидность корнеплода.
Значение гликемического индекса гаджара составляет 71, что в конечном итоге является высоким значением гликемического индекса.
Пациентам с диабетом рекомендуется принимать только 45-60 граммов сырой моркови за один прием пищи, чтобы избежать нестабильности уровня сахара в крови.
Обратите внимание, когда мы готовим морковь, значения ГИ увеличиваются. Итак, если у вас есть морковь в вареном виде, обязательно добавляйте продукты с низким гликемическим индексом.
Если мы рассмотрим одну морковь среднего размера, она будет содержать примерно 10,5 граммов углеводов и иметь гликемическую нагрузку 7,5.
2. КартофельГликемический индекс картофеля очень высок. Все мы знаем, что значение ГИ выше 70 делает овощи плохим вариантом для пациентов с диабетом. Таким образом, картофель не подходит для здоровья пациентов с диабетом, поскольку значение ГИ картофеля колеблется от 58 до 111.
Если рассматривать средние значения, то значение ГИ вареного картофеля составляет 78, а значение ГИ вареного картофеля — 87.
Картофель повышает уровень сахара в организме. Итак, нужно иметь в виду, что нужно принимать достаточное количество картофеля в рацион, если у них диабет.
Картофель не только является продуктом с высоким гликемическим индексом, но и обладает хорошей питательной ценностью.
Картофель богат витаминами и минералами, включая калий, витамин B6, витамин C, медь, фосфор, пищевые волокна, марганец, пантотеновую кислоту и т. Д.
3. СвеклаСвекла имеет значение гликемического индекса 61, что является умеренным значением гликемического индекса.
Значение гликемического индекса помогает нам определить, как еда повышает уровень сахара в крови в организме. Если пища имеет высокое значение гликемического индекса, она повысит уровень сахара в крови в организме, а если пища имеет низкое значение гликемического индекса, она не повысит уровень сахара в крови в организме.
Свекла бывает разных сортов.Мы можем различать разные сорта свеклы по цвету. Свекла бывает разных цветов: розового, белого, желтого или темно-фиолетового.
Кроме того, свекла богата витаминами и минералами, такими как марганец, фолиевая кислота, железо, калий, витамин С и т. Д.
Помимо этого, свекла также обладает многими преимуществами для здоровья, такими как снижение кровяного давления в организме и повышение выносливости при физических упражнениях.
4. ТыкваГликемический индекс тыквы составляет 75, что является высоким значением гликемического индекса.
Однако гликемическая нагрузка тыквы низкая и составляет всего 3 единицы.
Изучив значения гликемического индекса и гликемической нагрузки тыкв, мы узнаем, что тыквы можно есть в ограниченных количествах, если они хотят оставаться здоровыми. Чем больше тыквы, тем выше уровень сахара в крови.
В тыкве очень мало калорий, что сделало этот продукт очень полезным.
Люди предпочитают добавлять тыкву в свой рацион, потому что в ней меньше калорий и, кроме того, она богата питательными веществами, что позволяет любому человеку оставаться в форме.
Однако людям, страдающим диабетом, следует немного избегать тыкв из-за их значения гликемического индекса.
5. ЯмсСодержание углеводов в ямсе очень высокое, поэтому его высокий гликемический индекс составляет 51.
Если кто-то употребляет большое количество ямса в своем рационе, это может повысить уровень сахара в крови.
Углеводы, содержащиеся в ямсе, очень быстро растворяются в кровотоке, что приводит к колебаниям уровня сахара в крови.
Пациентам с диабетом рекомендуется добавлять в свой рацион батат в ограниченных количествах, чтобы нанести вред своему здоровью.
6. Тапиока и маниокаТапиока имеет высокое содержание существующих питательных углеводов, что приводит к увеличению уровня сахара в крови. Судя по уровню HbA1c, иногда люди с диабетом могут умеренно питаться.
Однако добавьте в него и другие овощи или увеличьте содержание клетчатки в цельной пище, что приведет к высокому уровню сахара в крови. По этой причине попробуйте добавить диету с низким гликемическим индексом, чтобы предотвратить осложнения со здоровьем, связанные с диабетом.
Инсулин — это гормон, который помогает при диабете; употребление в пищу продуктов, богатых клетчаткой, может помочь снизить уровень крови. Такие ингредиенты, как тапиока, которая имеет высокий гликемический индекс, поэтому уровень сахара в крови быстро повышается после ее употребления.
Маниока также обладает высоким гликемическим индексом, составляющим около 94,7. Больным сахарным диабетом рекомендуется есть его в ограниченных количествах, чтобы это не повлияло на их здоровье. Высокое значение гликемического индекса вызывает немедленное повышение уровня сахара в крови, что приводит к таким проблемам, как метаболический синдром, ожирение и т. Д.
7. Репа и брюкваРепа имеет высокий гликемический индекс, равный 62. Вот почему при употреблении репы уровень сахара в организме может повышаться. Они богаты углеводами, и это основная причина их высокого значения гликемического индекса. Однако это значение можно уменьшить, если добавить в рацион немного белков с репой. Белки помогут контролировать внезапное повышение уровня сахара в крови.
Брюква также имеет высокий гликемический индекс 72, что может повышать уровень сахара в крови в организме.Пациентам с диабетом рекомендуется есть брюква в ограниченных количествах, так как этот овощ может отрицательно сказаться на их здоровье. В этом овоще очень много углеводов, поэтому брюква не считается идеальной пищей для любого больного диабетом.
8. РедисRaphanus sativus, который обычно называют редисом, представляет собой разновидность корнеплодов. Этот овощ предпочитают есть во всем мире. Следовательно, следует знать его влияние на пациентов с диабетом.
Не рекомендуется есть редьку в больших количествах, если у вас диабет.
Гликемический индекс редиса умеренно высокий, а пища с высоким гликемическим индексом обычно не рекомендуется для пациентов с диабетом.
9. ПастернакЗначение гликемического индекса у овощей пастернак очень высокое, примерно 72.
Однако следует отметить, что пастернак почти не содержит сахара, и поэтому для некоторых это безопасный выбор. пациенты с диабетом.
Кроме того, пастернак может действовать как антиоксидант в организме и может помочь в снижении веса. Он также улучшает работу иммунной системы. Иммунная система организма помогает нам бороться с любыми болезнями, а этот овощ помогает нам укреплять нашу иммунную систему.
Кроме того, пастернак также богат минералами, такими как клетчатка, и поэтому очень полезен для нас.
10. Сахарная кукурузаГликемический индекс сладкой кукурузы относительно высок, поэтому сладкая кукуруза — неправильный выбор для любого больного диабетом.
Пищевые культуры с высокими значениями гликемического индекса не рекомендуются для больных сахарным диабетом. Эта пища может очень быстро поднять уровень сахара в крови в организме.
Если какой-либо больной диабетом включает сладкую кукурузу в свой рацион, он должен принять надлежащие меры предосторожности, поскольку это может нанести вред их здоровью.
Однако сладкая кукуруза имеет и некоторые преимущества:
- предотвращает хронические заболевания
- помогает улучшить пищеварение и многое другое.
У этого овоща более низкий гликемический индекс, чем у картофеля. Однако значение умеренно высокое.
Включение топинамбура в обычный рацион в течение более длительного времени может помочь пациенту с диабетом оставаться здоровым и безопасным для пациентов с диабетом.
150 г топинамбура может содержать 115 калорий, 25,0 г углеводов, 2,5 г клетчатки, 15,0 г сахара и почти не содержать жира.
Топинамбур имеет много преимуществ. Вот некоторые из них:
- помогают улучшить пищеварение
- понижают уровень холестерина в организме, помогают в образовании красных кровяных телец и, следовательно, обеспечивают организм энергией.
Полезно употреблять меньшее количество хрена. Однако, если есть большее количество хрена, это может вызвать колебания уровня сахара в крови.
Если есть в больших количествах, может повыситься уровень сахара в крови, что приведет к увеличению веса.
Хрен очень полезен в ограниченных количествах, а также имеет много преимуществ для здоровья. Некоторые преимущества хрена включают:
- Хрен предотвращает рак
- Укрепляет иммунную систему организма
- Улучшает пищеварение
Значение гликемического индекса сладкого картофеля зависит от того, каким образом он был включен в рацион. Другими словами, значение ГИ сладкого картофеля различается в зависимости от формы. Сладкий картофель можно включать в рацион в 4 различных формах.
Когда мы варим сладкий картофель, его гликемический индекс снижается. Например: когда картофель варится в течение 8 минут, его значение GI составляет 61, тогда как, когда мы даем ему кипеть в течение 30 минут, его значение GI изменяется на 46, что является сравнительно низким значением GI.
Жареный сладкий картофель имеет очень высокое значение GI, равное 82. Это высокое значение обусловлено тем, что в процессе выпечки нарушается содержание крахмала в картофеле, что приводит к повышению значения GI.
Если мы запекаем сладкий картофель в течение примерно 45 минут, он будет иметь наивысшее значение GI 94.
Когда мы сравним значение гликемического индекса жареной версии сладкого картофеля с запеченной и жареной версией, мы увидим, что Жареный сладкий картофель имеет сравнительно низкие значения ГИ, чем другие.
14. Водяные каштаныПолезно употреблять меньшее количество водяных каштанов. Однако употребление большего количества водяных каштанов может вызвать колебания уровня сахара в крови.
Если есть в больших количествах, может повыситься уровень сахара в крови, что приведет к увеличению веса.
Водяные каштаны очень полезны в ограниченных количествах и также имеют много преимуществ для здоровья. Вот некоторые преимущества водяных каштанов:
- Понижает кровяное давление
- Действует как антиоксидант
- Предотвращает рак
- https: // www.ijnpnd.com/article.asp?issn=2231-0738;year=2011;volume=1;issue=1;spage=27;epage=35;aulast=Asif
- https://care.diabetesjournals.org/content /31/7/1311.short
- https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/CIRCULATIONAHA.115.018585
- https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-nutritional -наука / статья / потребление-фруктов-овощей-и-риска-диабета-2-го типа-4-летнее-продольное-исследование-среди-взрослых-шведов / 405FBE041BE2DB47D2023970A1B51FF2
- https: // академический.oup.com/jn/article/146/7/1453S/4585719?login=true
- https://ajph.aphapublications.org/doi/abs/10.2105/AJPH.2013.301420
- https: //journals.plos. org / plosone / article? id = 10.1371 / journal.pone.0088547
- https://jandonline.org/article/S0002-8223(06)01400-3/abstract
- https://journals.sagepub.com/ doi / abs / 10.1177 / 1757975
3925 - https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11892-010-0093-7
Доктор Шэрон Байсил — врач, удостоенный международных наград, известный созданием инновационных технологий для профилактика и лечение диабета.Он разработал приложение для Android под названием Beat Diabetes, которое в настоящее время является самым загружаемым диабетическим приложением в Индии. Оно было признано Healthline «Приложением года для лечения диабета» во всем мире. За последние 4 года доктор Шарон помог более 100 000 диабетиков из 140 стран контролировать уровень сахара в крови. Вы можете прочитать все самые продаваемые электронные книги по диабету доктора Шэрон Байсил MD , щелкнув здесь . Последние сообщения Dr Sharon Baisil MD (посмотреть все)Some Sweet News for Paleo Dieters —
По FoodTrients
Сладкие новости для людей, сидящих на палео диете
Дженни Айви
Как следует из названия, палеодиеты обычно соответствуют правилам доисторического или палеолитического образа жизни.Другими словами, если пещерный человек не может получить к нему доступ или это не происходит в природе, это, так сказать, неприемлемо для людей, сидящих на палеодиете.
Ориентированная в первую очередь на потребление настоящей, необработанной, неупакованной пищи (например, постное мясо, яйца, овощи и ограниченное количество фруктов и орехов), палеодиета включает в себя простые, но питательные продукты. Зерновые, молочные продукты и полуфабрикаты исключены из списка, как и сахар — часто скрытый основной продукт наших современных диет.
В то время как других ингредиентов лучше избегать, сахар или подсластители — в некоторых вариантах — используются для улучшения вкуса многих упакованных продуктов.Они могут быть очевидными элементами, частью конфет и десертов, или неоднозначными компонентами так называемой здоровой пищи, такой как бекон из индейки и обезжиренная заправка для салатов.
Несмотря на то, что им предстоит пройти узкий путь, люди, сидящие на палеодиете, могут смело переходить на добавки с низким гликемическим индексом. Вот 8 палео-дружественных подсластителей, любезно предоставленных Джейн Бартелеми, шеф-поваром Палео и автором «Палеодесертов»:
Сырой мед
В то время как сырой, необработанный мед считается суперпродуктом и безопасен для палео, в меде очень много углеводов и калорий, и, по словам Бартелеми, он зарезервирован как «угощение» для палео.Поскольку он вдвое слаще столового сахара, его рекомендуется использовать экономно.
Сырые медовые продукты, чтобы попробовать:
Эритритол
Эритрит — это чистый кристаллический полиоловый подсластитель, который на 70 процентов сладок, как сахар, и не имеет побочных эффектов со стороны желудочно-кишечного тракта, как некоторые другие полиолы. При покупке ищите эритрит, не содержащий ГМО.
Пробовать продуктов с эритритом:
Сироп топинамбура
Сироп топинамбура имеет сладкий вкус и низкий гликемический индекс, что отлично подходит для диабетиков и людей, сидящих на палеодиете.Сироп артишока богат инулином, пребиотиком, который питает другие пробиотики в организме, поэтому он может быть полезен для благоприятной флоры кишечного тракта.
Сироп из топинамбура, продукты, которые стоит попробовать:
Порошок Lucuma
Порошок Lucuma — это сладкий порошок южноамериканского фрукта Lucuma, который считается низким содержанием углеводов. По словам Бартелеми, его сладость делает его восхитительным дополнением к безглютеновой муке.
Lucuma Powder продуктов, которые стоит попробовать:
Фрукты Луо Хан Го (Монахи)
Произносится Lo-Han-GWO, эта китайская трава представляет собой восхитительный подсластитель с нулевым содержанием углеводов и калорий, который в 20 раз слаще сахара.Фрукты Луо Хан Го — это полностью натуральная (палео) пища, а сухой цельный фруктовый порошок имеет восхитительный вкус, похожий на шоколад или патоку. Вы можете купить сушеные фрукты в чистом виде у травника и измельчить их в порошок с помощью суперблендера.
Продуктов из плодов монахов, которые стоит попробовать:
Сок кленовый необработанный
Чистый сок кленовых деревьев — это действительно натуральный (и палео) подсластитель, веками используемый американскими индейцами. Это густой, липкий, слегка сладкий сок.Его кипятят и уменьшают до 2 процентов от его объема, чтобы сделать коммерческий кленовый сироп. Его можно добавлять в рецепты, и некоторые компании продают его как более вкусную альтернативу кокосовой воде.
Продукты из сырого кленового сока:
Сушеный лист стевии
Неочищенные сушеные листья южноамериканского растения Stevia Rebaudiana в 30–45 раз слаще столового сахара. Чистая стевия доступна как растение в горшке, в виде сушеных листьев или в виде зеленого порошка.Сырая стевия — действительно натуральный (и палео) подсластитель.
Продукты из сушеных листьев стевии, чтобы попробовать:
Яконный сироп
Вкусный сироп из корня южноамериканского клубня, на вкус как карамель. Высокое содержание фруктоолигосахаридов, которые имеют сладкий вкус, но содержат мало калорий и углеводов. Поскольку не существует отраслевого стандарта, некоторые сиропы подвергаются интенсивной обработке, варке и, следовательно, с высоким содержанием углеводов. Я предлагаю проявить осторожность, если вы чувствительны к сахару. Если вы можете очистить сырый якон от кожуры, в нем меньше углеводов и сахара.
Пробовать сироп из якона:
ИСТОЧНИК: Эта статья размещена с разрешения Delicious Living (и ее материнской компании New Hope Network), пользующегося доверием в естественном сообществе живых существ в течение 30 лет.
О FoodTrients
Сочетая свою страсть к еде и пожизненную приверженность пропаганде здорового образа жизни, Грейс О создала FoodTrients®, уникальную программу для улучшения самочувствия.Грейс О — шеф-повар-фьюжн, перед которым стоит миссия: готовить рецепты для поддержания долгой и радостной жизни, основанные на науке о борьбе со старением и ее работе в сфере здравоохранения. Сочетая в себе еду и уникальные вкусы, полученные за всю жизнь путешествий из Азии в Европу и Америку, Грейс О побуждает молодых и старых праздновать полноценную жизнь, полную разнообразия. Советы по образу жизни, антивозрастные рецепты и секреты целебных свойств пищи — это центральные элементы FoodTrients ™ — все они доступны в поваренных книгах, электронных информационных бюллетенях и FoodTrients.com. foodtrients.com .