Τα νεοφανή – λειτουργικά τρόφιμα έχουν αρχίσει να εισέρχονται στην αγορά καλύπτοντας σύγχρονες ανάγκες των καταναλωτών. Με την ιδιότητά τους να προσφέρουν συγκεκριμένα υγιεινά οφέλη, πέραν του διαθρεπτικού περιεχομένου τους, τα λειτουργικά τρόφιμα αποτελούν τον κύριο τομέα ανάπτυξης της βιομηχανίας τροφίμων. Η εμφάνιση των νεοφανών αυτών τροφίμων είναι αποτέλεσμα μακροχρόνιων ερευνητικών μελετών και της ανάπτυξης της βιοτεχνολογίας που επέτρεψαν την επιτυχή αντιμετώπιση συγκεκριμένων τεχνολογικών προβλημάτων που πιθανόν προκύπτουν.
Η εργασία αυτή έχει στόχο να παρουσιάσει συγκεκριμένα παραδείγματα λειτουργικών τροφίμων η υλοποίηση των οποίων βασίσθηκε σε εφαρμογές της νανο-βιοτεχνολογίας. Προϊόντα με συγκεκριμένη λειτουργική δράση στον οργανισμό μας, όπως π.χ. οι φυτοστερόλες, το λυκοπένιο, η λουτεΐνη, ενσωματώνονται σε τρόφιμα ή εμπλουτίζουν υπάρχοντα τρόφιμα του καθημερινού διαιτολογίου μας, κατόπιν μετατροπών που υφίστανται ώστε να είναι βιοδιαθέσιμα και σε ικανή ποσότητα. Η βιοτεχνολογική χρήση ενζύμων και νανοδιασπορών προσφέρεται για τη ήπια και βιοσυμβατή μεταβολή της διαλυτότητας των ενώσεων αυτών εξασφαλίζοντας την ενσωμάτωσή τους στα λειτουργικά τρόφιμα.
Τι είναι τα λειτουργικά τρόφιμα;
Με τον όρο «νεοφανή» τρόφιμα αποδόθηκε στα ελληνικά ο αγγλικός όρος «novel foods» ο οποίος χρησιμοποιείται κυρίως σε νομικά κείμενα για να περιγραφεί η νέα κατηγορία τροφίμων που εμφανίσθηκε στην αγορά τα τελευταία χρόνια. Η νέα αυτή κατηγορία τροφίμων περιγράφεται συχνότερα από τον όρο «λειτουργικά τρόφιμα», «functional foods». Όμως και ο όρος αυτός δεν έχει έναν ευρέως αποδεκτό ορισμό.
Πολλοί διεθνείς οργανισμοί έχουν προτείνει ορισμούς για να περιγράψουν τα λειτουργικά τρόφιμα δίνοντας έμφαση στα στοιχεία εκείνα που από τη σκοπιά τους χαρακτηρίζουν τη «λειτουργικότητα» των νέων τροφίμων.
Ενδεικτικά αναφέρουμε τους ορισμούς:
- Του International Food Information Council (IFIC) ως «Τρόφιμα που προσφέρουν συγκεκριμένα υγιεινά οφέλη, πέραν του διαθρεπτικού περιεχομένου τους».
- Του Health Canada ως «Τρόφιμα παρόμοια σε εμφάνιση με συμβατικά, τα οποία καταναλώνονται στα πλαίσια συνήθους δίαιτας και προσφέρουν πέραν των διαθρεπτικών τους ιδιοτήτων και αποδεδειγμένα οφέλη στη μείωση του κινδύνου εμφάνισης χρονίων παθήσεων».
- Του Institute of Medicine of the National Academy of Sciences (US) ως «Τρόφιμα στα οποία η συγκέντρωση ενός ή περισσοτέρων συστατικών του έχει αυξηθεί ώστε να ενισχυθεί η συνεισφορά τους στην υγεία».
Σύμφωνα με τον πρώτο ορισμό στην κατηγορία των λειτουργικών τροφίμων θα μπορούσαν να περιληφθούν και γνωστά απλά τρόφιμα που δεν έχουν υποστεί επεξεργασία (φρούτα που περιέχουν βιταμίνες και ίνες, τομάτες που περιέχουν λυκοπένιο κ.α.). Ο τρίτος ορισμός αν και θέτει την προϋπόθεση της επέμβασης στο προσφερόμενο τρόφιμο περιορίζεται σε ενίσχυση των υπαρχόντων συστατικών του.
Οι διαφορές στους ορισμούς δικαιολογούν και τις διαφορές πολιτικής που ασκούν οι ελεγκτικοί φορείς κρατών όπως οι ΗΠΑ, η Ιαπωνία και η Ευρωπαϊκή Ένωση. Έτσι στις δυο πρώτες οι περιορισμοί στην έγκριση νέων λειτουργικών τροφίμων είναι πολύ λιγότεροι από την ΕΕ, όπου ο αρμόδιος φορέας EFSA, απαιτεί διασταυρωμένα αποδεικτικά στοιχεία για να επιτρέψει τον χαρακτηρισμό ενός τροφίμου ως φέρον συγκεκριμένη υγιεινή ιδιότητα.
Ποιος ο ρόλος της τεχνολογίας στην παρασκευή των τροφίμων;
Η σχέση τροφίμων και τεχνολογίας ανάγεται στο απώτερο παρελθόν. Κάθε εμπειρική πρακτική που εφαρμοζόταν στα τρόφιμα αντικατόπτριζε και την ανάπτυξη της εποχής. Σήμερα γνωρίζουμε ότι πολλές από τις παμπάλαιες τεχνικές έχουν τη βάση τους στη βιοτεχνολογία. Απλά παραδείγματα είναι η παρασκευή γιαούρτης, τυριών, ψωμιού όπου απαιτείται η χρήση (μικρο)οργανισμών ή ουσιών που παραλαμβάνονται από αυτούς: ότι δηλαδή απαιτεί ο ορισμός της βιοτεχνολογίας σύμφωνα με την European Federation of Biotechnology.
Ο περασμένος αιώνας είδε την εντυπωσιακή ανάπτυξη της βιομηχανίας τροφίμων μέσω της ενσωμάτωσης κυρίως της χημικής τεχνολογίας. Τα τελευταία χρόνια όμως, παρατηρείται μια ολοένα αυξανόμενη στροφή των εφαρμοζόμενων τεχνολογιών προς ηπιότερες μεταξύ των οποίων και οι σύγχρονες βιοτεχνολογικές εφαρμογές. Η τάση δε είναι τέτοια που να θεωρείται ότι στο μέλλον η βιοτεχνολογία θα αποτελεί την αποκλειστική επιλογή της βιομηχανίας τροφίμων.
Τι είναι η βιοτεχνολογία και ποιος ο ρόλος της στη παρασκευή τροφίμων;
Αναφερόμενοι σε βιοτεχνολογικές εφαρμογές σε τρόφιμα δεν εννοούμε τη χρήση Γενετικά Τροποποιημένων Οργανισμών ή προϊόντων που προέρχονται από αυτούς. Τέτοια προϊόντα εξ άλλου δεν επιτρέπεται να περιλαμβάνονται στα νεοφανή – λειτουργικά τρόφιμα, τουλάχιστον από την EFSA.
Οι βιοτεχνολογικές τεχνικές που βρίσκουν εφαρμογή στα τρόφιμα προέρχονται από τη Βιομηχανική Βιοτεχνολογία (ονομαζόμενη και λευκή Βιοτεχνολογία σε αντιδιαστολή με την παρεξηγημένη πράσινη Βιοτεχνολογία).
Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η Βιοκατάλυση δηλαδή η χρήση ενζύμων για ήπιες βιομετατροπές. Με την τεχνική αυτή μπορεί να επιτευχθεί η ενδο-εστεροποίηση λιπαρών για χρήση στην παρασκευή σύγχρονων μαργαρινών αποφεύγοντας την υδρογόνωση και κατ’ επέκταση την παρουσία των επιβλαβών trans λιπαρών οξέων.
Πως παρασκευάζονται τα λειτουργικά τρόφιμα μέσω της βιοτεχνολογίας;
Στην παγκόσμια αγορά σήμερα συναντάμε ποικιλία λειτουργικών τροφίμων με συγκεκριμένους ισχυρισμούς υγιεινών οφελών. Η στοχευόμενη προστασία που προσφέρεται από τα τρόφιμα αυτά αναφέρεται σε χρόνιες παθήσεις όπως τα καρδιαγγειακά προβλήματα και τη συναφή μείωση της χοληστερόλης, διάφορες μορφές καρκίνου, οφθαλμολογικές παθήσεις, γαστροεντερικά κ.α.
Στη συνέχεια θα αναφερθούμε στα λειτουργικά τρόφιμα που περιλαμβάνουν ως ενεργά συστατικά τις Φυτοστερόλες το Λυκοπένιο και τη Λουτεϊνη δίνοντας έμφαση στα τεχνολογικά προβλήματα που αντιμετωπίζονται κατά την παραγωγή τους.
Πώς προστίθενται οι φυτοστερόλες στα τρόφιμα;
Από τα πλέον χαρακτηριστικά παραδείγματα λειτουργικών τροφίμων είναι εκείνα που έχουν εμπλουτισθεί με φυτοστερόλες. Εκτεταμένες κλινικές μελέτες έχουν αποδείξει ότι προσλαμβάνοντας καθημερινά 2g φυτοστερολών επιτυγχάνεται μείωση της χοληστερόλης κατά 10-15% 3,4. Η δράση τους βασίζεται στην παρεμπόδιση απορρόφησης της χοληστερόλης στο έντερο προκαλώντας τελικά την απομάκρυνσή της σε ποσοστό έως και 80%. Η παρεμπόδιση απορρόφησης της χοληστερόλης είναι μηχανική και επιτυγχάνεται χάρη στον ανταγωνισμό των παρεμφερούς δομής μορίων της χοληστερόλης και των φυτοστερολών κατά τη μεταφορά και εναπόθεση.
Οι φυτοστερόλες είναι φυσικά προϊόντα φυτικής προέλευσης που περιέχονται και σε παραδοσιακά τρόφιμα, σε πολύ μικρές όμως ποσότητες για να έχουν αποτέλεσμα στη μείωση της χοληστερόλης. Στο ελαιόλαδο για παράδειγμα περιέχονται 1500-2000 ppm φυτοστερολών και επομένως θα απαιτείτο η κατανάλωση ενός λίτρου ημερησίως.
Το πρόβλημα που αντιμετώπισε η βιομηχανία στην παραγωγή εμπλουτισμένων με φυτοστερόλες τροφίμων είναι η περιορισμένη τους διαλυτότητα σε έλαια, ενώ συγχρόνως είναι αδιάλυτες στο νερό. Δεν ήταν επομένως δυνατό να παρασκευασθούν τρόφιμα είτε με ελαιώδες είτε με υδάτινο περιβάλλον που να περιέχουν τις αυξημένες ποσότητες φυτοστερολών. Η λύση δόθηκε με την μοριακή τροποποίηση των φυτοστερολών προς ενώσεις με λιπόφιλο χαρακτήρα.
Τα λιπαρά οξέα που χρησιμοποιούνται σ’ αυτές τις τροποποιήσεις είναι φυτικής προέλευσης και συνήθως πολυακόρεστα ώστε να έχουν θετική συμβολή στη διατροφή. Η αποτελεσματικότητα στη μείωση της χοληστερόλης των εστέρων των φυτοστερολών δεν αλλάζει αφού ο εστερικός δεσμός υδρολύεται στο όξινο περιβάλλον του στομάχου απελευθερώνοντας τις φυτοστερόλες.
Η επίτευξη της εστεροποίησης των φυτοστερολών γίνεται χάρη στη βιοκαταλυτική δράση ενζύμων όπως οι λιπάσες. Τα ένζυμα αυτά φυσιολογικά καταλύουν την διάσπαση των τριγλυκεριδίων προς γλυκερόλη και ελεύθερα λιπαρά οξέα. Σε περιβάλλοντα με περιορισμένες ποσότητες νερού όμως, είναι δυνατόν να αντιστραφεί η πορεία της αντίδρασης και να επιτευχθούν συνθέσεις προϊόντων όπως οι εστέρες. Έτσι έχουν αναπτυχθεί βιοκαταλυτικές εστεροποιήσεις χρησιμοποιώντας ένζυμα σε μη υδατικούς διαλύτες, ακινητοποιημένα ένζυμα σε πολυμερή υποστρώματα, ένζυμα τροποποιημένα ως προς τη διαλυτότητα, ένζυμα σε νανοδιασπορές αμφίφιλων μορίων.
Ποια η σχέση του λυκοπενίου με τη βιοτεχνολογία;
Το λυκοπένιο είναι ένα καροτενοειδές που προσδίδει το κόκκινο χρώμα σε φυτικά τρόφιμα όπως η τομάτα, το καρπούζι, το ροζ γκρέϊπφρουτ, τα σανγκουίνια, κλπ. Είναι ισχυρό αντιοξειδωτικό με αποδεδειγμένη ικανότητα δέσμευσης ελευθέρων ριζών. Συσχετίζεται με προστατευτική δράση κατά μορφών καρκίνου όπως του προστάτη και του στήθους, αλλά και κατά της αθηρωμάτωσης και συναφών καρδιοπαθειών.
Είναι αξιοσημείωτο ότι η περιεκτικότητα σε λυκοπένιο εξαρτάται από τη μορφή του τροφίμου. Στην τομάτα για παράδειγμα η συγκέντρωση του λυκοπενίου αυξάνεται με την επεξεργασία προς πιο αφυδατωμένες μορφές (πολτός, σάλτσα).
Ανάλογη είναι και μεταβολή της βιοδιαθεσιμότητας του στον οργανισμό μέσω των τροφών. Το πρόβλημα είναι ότι το λυκοπένιο είναι πρακτικά αδιάλυτο σε νερό και λάδι. Η βιοδιαθεσιμότητα όχι μόνο εξαρτάται από την επεξεργασία του τροφίμου αλλά παρουσία διαιτητικών ινών μειώνεται κατά 40 – 74%.
Για να αυξηθεί η ποσότητα βιοδιαθέσιμου λυκοπενίου η βιομηχανία τροφίμων αξιοποίησε τα ερευνητικά αποτελέσματα της νανοτεχνολογίας και συγκεκριμένα των νανοδιασπορών. Τα συστήματα αυτά βασίζονται σε φυσικά αμφίφιλα μόρια (π.χ.λεκιθίνες) που έχουν τη δυνατότητα να σχηματίζουν αυθόρμητα μοριακούς σχηματισμούς διαστάσεων λίγων νανομέτρων. Στους νανοσχηματισμούς αυτούς τα αμφίφιλα μόρια προσανατολίζονται με τρόπο ώστε να εκθέτουν προς το περιβάλλον τα τμήματά τους που έχουν παρεμφερείς ιδιότητες (υδρόφιλα προς το νερό, ή λιπόφιλα προς το έλαιο) προστατεύοντας συγχρόνως τα υπόλοιπα τμήματα.
Συνέπεια αυτού είναι ότι τα συστήματα αυτά μπορούν να «φιλοξενήσουν» ενώσεις με πολλή περιορισμένη διαλυτότητα, όπως το λυκοπένιο. Τα λειτουργικά τρόφιμα που αναπτύχθηκαν όπως η ενισχυμένη σάλτσα τομάτας ή ο χυμός λαχανικών χρησιμοποιούν μοριακά οχήματα.
Ο μηχανισμός μεταφοράς του λυκοπενίου στον οργανισμό βασίζεται στο ότι τα μοριακά οχήματα διασφαλίζουν τη μεταφορά του υδρόφοβου λυκοπενίου μέχρι το κύτταρο όπου και απελευθερώνεται μέσω αλληλεπίδρασης των αμφίφιλων μορίων του οχήματος και της κυτταρικής μεμβράνης.
Η συγκέντρωση του λυκοπενίου στον ορρό ως προς τον χρόνο κατόπιν χορήγησης ισοδύναμης ποσότητας μέσω φρέσκων τοματών και λειτουργικού τροφίμου με βάση μοριακά οχήματα. Η αποτελεσματικότητα του λειτουργικού τροφίμου είναι εμφανής αφού ο τριπλασιασμός της βιοδιαθεσιμότητας παραμένει καθ’ όλη τη διάρκεια του κύκλου.
Πως προστίθεται η λουτεΐνη στα λειτουργικά τρόφιμα;
Η λουτεΐνη είναι ένα άλλο καροτενοειδές που βρίσκεται σε διάφορα πράσινα λαχανικά όπως οι λαχανίδες, το μπρόκολο, το σπανάκι, κλπ. Είναι ισχυρό αντιοξειδωτικό με αποδεδειγμένη ικανότητα δέσμευσης ελευθέρων ριζών.
Συσχετίζεται με προστατευτική δράση κατά κατά παθήσεων των οφθαλμών όπως καταρράκτης και γεροντικός εκφυλισμός ωχράς κυλίδος. Δρα ως φίλτρο για υψηλής ενέργειας ακτινοβολίες (βαθύ γαλάζιο –σχεδόν UV) και εντοπίζεται στην ωχρά κυλίδα του ματιού.
Παρατίθενται παραδείγματα φυσικών τρόφιμα πλούσια σε λουτεΐνη. Όπως και στην περίπτωση του λυκοπενίου και η περιεκτικότητα σε λουτεΐνη εξαρτάται από τη μορφή του τροφίμου. Έτσι στο σπανάκι η συγκέντρωση της λουτεΐνης αυξάνεται με το μαγείρευμα. Αντίστοιχα παρατηρείται μείωση της βιοδιαθεσιμότητας όταν η πρόσληψη λουτεΐνης γίνεται από το ωμό σπανάκι, μείωση που επιτείνεται από την παρουσία διαιτητικών ινών.
Για την αύξηση της βιοδιαθεσιμότητας της λουτεΐνης έχουν εφαρμοσθεί λύσεις ανάλογες με τις περιπτώσεις των φυτοστερολών και του λυκοπενίου. Σε αντίθεση με το λυκοπένιο η λουτεΐνη διαθέτει δυο φαινολικά υδροξύλια τα οποία επιδέχονται εστεροποίηση με λιπαρά οξέα. Είναι επομένως δυνατή η σημαντική αύξηση της λιποφιλίας της λουτεΐνης, όπως των φυτοστερολών, και η διαλυτοποίηση της σε τρόφιμα με ελαιώδες περιβάλλον.
Πέρα από τη βιοκαταλυτική εστεροποίηση με χρήση λιπασών ή εστερασών σε μη συμβατικά μέσα, έχει προταθεί και η απομόνωση φυσικών εστέρων της λουτεΐνης από το φυτό marigold (Tagetes erecta) με εφαρμογή της τεχνολογίας της εκχύλισης με υπερκρίσιμα ρευστά. Η αναπτυσσόμενη τεχνολογία αυτή αξιοποιεί τις ιδιαίτερες διαλυτικές δυνατότητες που έχει το διοξείδιο του άνθρακα όταν βρεθεί σε υπερκρίσιμες συνθήκες (scCO2).
Συγκεκριμένα σε πιέσεις άνω των 100 Atm και θερμοκρασίες άνω των 32 °C το διοξείδιο του άνθρακα μεταπίπτει στην κατάσταση του υπερκρίσιμου ρευστού και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διαλύτης. Το ενδιαφέρον στη χρήση scCO2 απορρέει από την ευκολία παραλαβής των εκχυλισμάτων με απομάκρυνσή του μέσω απλής εκτόνωσης προς την αέρια κατάσταση. Η μέθοδος εξελίσσεται ως μια από τις πλέον ήπιες διεργασίες με αποφυγή χρήσης χημικών διαλυτών θεωρούμενη ως κατ’ εξοχήν «πράσινη» τεχνολογία. Λουτεΐνη μπορεί να προστεθεί σε λειτουργικά τρόφιμα αξιοποιώντας την τεχνολογία των νανοδιασπορών. Στην περίπτωση αυτή γίνεται χρήση νανοδιασπορών ως μοριακά οχήματα λουτεΐνης – αντίστροφα ανάλογα του λυκοπενίου (με βάση αμφίφιλα μόρια παράγωγα σακχαρόζης). Τα αμφίφιλα μόρια προσανατολίζονται με αντίστροφο τρόπο, με τις υδρόφοβες ουρές προς το εξωτερικό ελαιώδες περιβάλλον προστατεύοντας τις πολικές περιοχές, όπου μπορεί να «φιλοξενηθεί» η λουτεΐνη.
Είναι ασφαλή τα λειτουργικά τρόφιμα;
Για την αποτίμηση της ασφάλειας των λειτουργικών τροφίμων πρέπει να συνεκτιμηθούν πολλοί παράγοντες. Κάθε περίπτωση εξετάζεται χωριστά και τουλάχιστον στην Ευρωπαϊκή Ένωση το πλαίσιο αδειοδότησης είναι πολύ αυστηρό.
Για να κυκλοφορήσει στην ευρωπαϊκή αγορά ένα νέο λειτουργικό τρόφιμο πρέπει να κατατεθεί στην EFSA πλήρης φάκελος με όλη την επιστημονική τεκμηρίωση για τις δηλούμενες υγιεινές ιδιότητες (health claims) οι οποίες και ελέγχονται εργαστηριακά. Με βάση τους ισχύοντες κανόνες συστατικά λειτουργικών τροφίμων μπορούν να είναι μόνο φυσικά προϊόντα, αποκλειομένων έτσι και των γενετικά τροποποιημένων.
Εξ’ άλλου από ανωτέρω έγινε εμφανές ότι γίνεται χρήση «πράσινων» τεχνικών απομόνωσης ενεργών συστατικών ή/και εφαρμόζονται ήπιες βιοτεχνολογικές μέθοδοι και βιοσυμβατά υλικά.
