Клетчатка бананов

Клетчатка кожуры бананов

По данным исследований, проведенных в Университете Льеж, Бельгия, содержание общей пищевой клетчатки в сухой кожуре любых бананов составляет 20-30%, но эти показатели очень зависят от сорта, стадии зрелости этих фруктов и условий их выращивания, и в целом, у десертных бананов (которые мы и употребляем в пищу) клетчатки меньше, чем у кормовых плантанов. Кожура зеленых (незрелых) плантанов содержит 40% крахмала, а десертных бананов - около 15%. Во всех видах бананов по мере их созревания в кожуре содержание лигнина увеличивается с 7 до 15%, крахмал кожуры превращается в простые свободные сахара, содержание которых достигает в зрелых плодах 30% (Happi E. Ripening influences banana and plantain peels composition and energy content. Trop. Anim. Health Prod., 2011, 43 (1): 171-177).

В Технологическом Университете MARA, Шах-Алам, Малайзия изучали химические и функциональные свойства муки из кожуры четырех местных сортов бананов. Сырье сушили при 60°C в течение 12 часов. Содержание сырого белка в муке было менее 10%, а общее содержание углеводов колебалось в пределах 64,6-72,8%. Во всех образцах содержание общей клетчатки составляло 31,7-37,6%, в основной нерастворимой 31,5-37,4%; растворимой же было крайне мало – всего 0,23-1,1%. Что касается функциональных свойств этой клетчатки, то показатели ее водо- и маслоудерживающей способности находилось в пределах 5,8-6,4 г/г и 1,8-2,3 г/г, соответственно. Индекс водопоглощения, индекс водорастворимости и способность к набуханию были на уровне 6,5-8,1 г/г, 0,1-0,2 г/г и 3,6-7,3 г/г, соответственно (Bakar S. Chemical and Functional Properties of Local Banana Peel Flour / Journal of Food and Nutrition Research. 2018, 6(8), 492-496) .

В настоящее время существуют 4 основных технологии переработки кожуры бананов и плантанов для получения концентрата пищевой клетчатки: сухой помол, влажный помол, влажный помол с промывкой холодной водой, влажный помол с промывкой горячей водой. Технологи из Колледжа фармации, Тумкур, Индия в своей работе сравнили влияние этих технологий на химический состав и свойства получаемого концентрата клетчатки. Сухой помол по сравнению с влажным определял более высокое содержание в получаемом концентрате жира, белка и крахмала, что приводило к снижению водо- и маслоудерживающей способности клетчатки. Промывка после мокрого помола холодной водой повышала концентрацию общей клетчатки за счет более значимого удаления белков и жиров. Процесс промывки горячей водой вызывал более высокие потери фракции растворимой клетчатки, что приводило к более выраженному снижению водо- и маслоудерживающей способности продукта по сравнению с использованием холодной воды. В итоге, влажный помол и промывка холодной водой позволяют получать продукт с самой высокой концентрацией суммы пищевой клетчатки и растворимой клетчатки с высокой водо- и маслоудерживающей способностями (Prashanthi D. A review on multiple uses of banana peel / International Journal of Scientific Development and Research, 2020, 5, 3, 120-122).

Физико-химические параметры клетчатки, экстрагируемой из кожуры бананов в различных условиях, изучали технологи из Сельскохозяйственного Университета Гембло, Бельгия. Для этой цели ими были использованы различные режимы экстракции: рН 1,5 и 2,0, температура 80 и 90°С, время экстракции 1 и 4 ч. Авторы показали, что, в зависимости от условий экстракции, содержание суммы клетчатки в сырой кожуре составляет 8,4-19,2%, в сухой – до 50%. Основные компоненты нерастворимой клетчатки - целлюлоза (7.6-9.6%), гемицеллюлоза (6.4-9.4%) и лигнин (6-12%). Экстрагируемые пектины включали нейтральные сахара и галактуроновую кислоту. Средняя молекулярная масса пектинов колебалась от 87 до 248 кДа и эти показатели в основном зависели от рН и времени экстракции. Наиболее важным параметром, влияющим на выход и химический состав пектинов, являлась рН экстракции. Более низкие значения рН негативно влияли на содержание галактуроновой кислоты в пектине, но увеличивали его выход. Значения степени метилирования существенно снижались с увеличением температуры и времени экстракции (Happi E. Characterisation of pectins extracted from banana peels (Musa AAA) under different conditions using an experimental design / Food chemistry, 2008, 108, 2, 463-471).

Технологи из нескольких Университетов Тайланда экстрагировали пектины из кожуры бананов пяти различных сортов с помощью раствора лимонной кислоты. Для оценки потенциала банановой кожуры в качестве альтернативного источника коммерческого пектина авторы сравнили химические характеристики полученной клетчатки с наиболее часто используемыми пектинами цитрусового и яблочного жмыха, которые были экстрагированы в тех же условиях. Выход пектинов из банановой кожуры колебался от 15,89 до 24,08%. Эта клетчатка была отнесена к категории пектинов с высоким содержанием метоксилов со степенью этерификации от 63,15 до 72,03% и эти показатели пектинов кожуры бананов были сравнимы с таковыми у пектинов из кожуры цитрусовых (62,83%), но были выше, чем у пектина из яблочного жмыха (58,44%) (Khamsucharit P. Characterization of pectin extracted from banana peels of different varieties / Food Sci Biotechnol. 2017, 27 (3): 623-629).

Клетчатку различных видов из банановой кожуры извлекали также технологи Египта. Содержание лигноцеллюлозы составляло 41-49%, пектина 12,8-13%, доступных углеводов 19,6-26,3%, общих углеводов 73,3-75,4%. Оптимальными условиями экстракции пектина были температура 90-95°С, рН 2 и время 60 мин. Степень этерификации пектина была в пределах от 62,43 до 64,11%, а содержание метоксильных групп находится составляло 5,7-6,7%. Полученный пектин был испытан в качестве желирующего агента при приготовлении инжирного джема (Ragab A. Banana (Musa sp) peela as a source of pectin and some food / Nutrients, 2017, DOI:10.21608/ajas.2016.2755 Corpus ID: 199534281).

Известно, что такой вид клетчатки, как полифруктант инулин, обладает гипогликемическим эффектом, в связи с чем инулин широко используется в диетотерапии больных сахарным диабетом. В Технологическом Университете Хефей, Китай в эксперименте изучали подобный эффект общей пищевой, нерастворимой и растворимой клетчатки банановой кожуры. Для индукции диабета у мышей использовали рацион с высоким содержанием жиров и химическое соединение стрептозотоцин. После 5 недель кормления больных животных клетчаткой из банановой кожуры потребление пищи мышами сократилось, их масса тела снизилась, уровень липидов и глюкозы в крови уменьшился, уровни инсулина натощак и глюкагоноподобного пептида-1 (этот пептидный гормон из семейства инкретинов вырабатывается в кишечнике в ответ на приём пищи и регулирует секрецию инсулина) возросли, а повреждение тканей печени и поджелудочной железы уменьшилось. В этом отношении растворимая клетчатка банановой кожуры обладала более значительным эффектом, чем общая и нерастворимая. Результаты анализа фекальной микробиоты показали, что все три вида клетчатки кожура бананов снижают явления дисбактериоза кишечника, способствуя возрастанию содержания короткоцепочечных жирных кислот, но наиболее выраженный эффект показан после применения растворимой клетчатки. Кроме того, было показано, что любая клетчатка кожуры бананов повышает чувствительность клеток печени к инсулину и улучшает передачу сигнала этого гормона. Авторы работы полагают, что применение клетчатки банановой кожуры, особенно растворимых форм, может быть использовано в комплексе диеты для профилактики и/или лечения сахарного диабета 2 типа (Wang M. Anti-diabetic effect of banana peel dietary fibers on type 2 diabetic mellitus mice induced by streptozotocin and high-sugar and high-fat diet / Journal of Food Biochemistry, 2022, 46, 10, e14275)

Перспективы применения клетчатки банановой кожуры при сахарном диабете также изучали в Университете Путра, Селангор, Малайзия. Авторы работы показали, что показатели водо- и маслоудерживающей способности клетчатки составляют 0,7 и 0,3 г/г, соответственно; ее способности к набуханию - 0,73 мл/г; способности абсорбировать глюкозу - 6,58–31,72%; индекс задержки усвоения глюкозы составляет 0,162–19,211 ммоль/г. Авторы выявили также у такой клетчатки свойство подавлять активность α-амилазы (этот фермент гидролизует полисахаридную цепь крахмала и других длинноцепочечных углеводов) с эффективностью 8,9 мкг/мл, что сопоставимо с эффектом гипогликемического лекарственного препарата акарбозы (ее эффект составляет 8,6 мкг/мл). Способностью клетчатки кожуры бананов подавлять активность α-амилазы авторы объясняют ее свойство препятствовать диффузии глюкозы и проявлять гипогликемический эффект в эксперименте у животных с моделью сахарного диабета 2 типа (Zaidan U. Biofunctional characteristics of banana peel dietary fibre (BPDF) and its associated in vitro antidiabetic properties / International Food Research Journal, 2021, 28 (2): 401 - 406)

Представляет интерес и нерастворимая клетчатка кожуры бананов, в первую очередь целлюлоза. В Отделе Агро-Индустрии, Наресуан, Таиланд, была разработана технология извлечения очищенной целлюлозы из клетчатки банановой кожуры. Удаление жира проводились с применением 90% этанола в течение 16 часов, удаление белка – с использованием гидроксида натрия с pH 11,6 в течение 24 часов; последующее отбеливание осуществляли путем замачивания в 15% перекиси водорода на 3 ч. Полученный концентрат промывали водой и сушили при 60°С в течение 10 часов. Тем не менее, по физико-химическим и микробиологическим показателям, а также функциональным свойствам полученная целлюлоза несколько уступала технической целлюлозе, получаемой из древесины (Singanusong R. Extraction and properties of cellulose from banana peels / Sci. Technol. 2014, 21, 3, 201-213)

В Школе фармации и управления технологиями, Мумбаи, Индия изучали перспективы получения из порошка банановой кожуры порошок нанокристаллической целлюлозы (НКЦ), которая широко применяется в фармации и косметологии. Для этой цели измельченную кожуру обрабатывали щелочью и отбеливали для удаления лигнина и гемицеллюлозы, а затем подвергали кислотному гидролизу для получения НКЦ. В оптимальных условиях (использование 55% серной кислоты в объеме 200 мл при температуре 50°С в течение 60 мин) выход НКЦ составил 29,9%. Применение метода инфракрасной спектроскопии показало успешное удаление лигнина и гемицеллюлозы из готового продукта; рентгеноструктурный анализ выявил, что индекс кристалличности НКЦ составляет 64,12%; термогравиметрический анализ показал хорошую стабильность готового продукта. В совокупности, все эти методы подтвердили высокое качество нового продукта и возможность использования такой нанокристаллической целлюлозы для самых различных целей (Mishra S. Banana Peel Waste: An Emerging Cellulosic Material to Extract Nanocrystalline Cellulose / ACS Omega 2023, 8, 1, 1140–1145).

Таким образом, банановая кожура, с учетом гигантского количества ее ежегодно образующихся объемов – это практически неисчерпаемый источник различных видов дешевой клетчатки - ценнейшего сырья для самых различных видов промышленности, в первую очередь, пищевой. Об этом направлении применения клетчатки кожуры бананов и, в целом, муки из этого сырья, будет рассказано в следующей статье.