Izomaltuloza: nowy, niefermentujący cukier w piwie i napojach na bazie piwa
Autorzy: Pahl, R.: VLB Berlin / Dörr, T.: Südzucker AG / Radowski, A.;
Hausmanns, S.: BENEO-Palatinit GmbH, Germany
www.beneo-palatinit.com

       Izomaltuloza (Palatinose™) to cukier występujący w postaci naturalnej w miodzie i melasie z trzciny cukrowej. Od wprowadzenia izomaltulozy w 2005 roku jest ona coraz bardziej popularna jako funkcjonalny węglowodan do produkcji napojów. Izomaltuloza wykazuje szereg specyficznych właściwości, dzięki którym idealnie nadaje się ona do wykorzystania w żywieniu ludzi, oferując ogromne możliwości w opracowywaniu innowacyjnych napojów energetycznych i napojów dla sportowców, a także funkcjonalnych napojów bezalkoholowych na bazie słodu o zrównoważonym i wydłużonym profilu uwalniania energii.

Wiązanie
1,6-glikozydowe między glukozą a fruktozą w izomaltulozie jest o wiele bardziej stabilne niż wiązanie 1,2 między glukozą a fruktozą w sacharozie. Większa stabilność wiązania odpowiada za spowolnienie hydrolizy izomaltulozy pod wpływem enzymów nie tylko u ludzi, lecz także w procesach technologicznych. Dlatego też stanowi ona źródło energii zrównoważonej i o dłuższym czasie uwalniania w żywieniu człowieka, a przy tym jest dość trudna do wykorzystania przez drobnoustroje stosowane w procesie produkcji piwa.

Jej sprawdzona odporność na fermentację wywoływaną przez bakterie kwasu mlekowego w jamie ustnej sugeruje, że również niemożliwe jest wykorzystanie jej przez inne drobnoustroje, tj. drożdże i bakterie występujące w procesie produkcji piwa. Ekstensywne badania przesiewowe wykazały, że szereg powszechnie stosowanych drożdży nie posiada zdolności fermentacji izomaltulozy, co korzystnie polepsza walory smakowe różnych gatunków piwa bezalkoholowego oraz piwa o obniżonej zawartości alkoholu, których smak zwykle nie jest zbyt wyrazisty.

 
Optymalny profil smaku

W badaniach przesiewowych modelowego roztworu zawierającego izomaltulozę jako jedyny z węglowodanów poddano badaniu ok. 60 różnych drożdży browarniczych (saccharomyces) pod kątem zdolności fermentacji tego cukru. Z badań wynika, że zdolność taką posiadają zaledwie bardzo nieliczne gatunki drożdży browarniczych. Badając kilka bardzo prostych parametrów, takich jak mętnienie, czy wydzielanie gazu świadczące o fermentacji izomaltulozy, stwierdzono, że jedynie trzy spośród badanych drożdży fermentacji dolnej i osiem spośród drożdży fermentacji górnej wykazuje zdolność tworzenia aktywności życiowej w oparciu o izomaltulozę.
       Te gatunki drożdży, które w ww. badaniach przesiewowych uzyskały najlepsze wyniki (największe tempo tworzenia gazu i największa objętość gazu) poddano fermentacji w większej skali. Stwierdzono wówczas, że drożdże te wywołują fermentację alkoholową na bazie izomaltulozy, jednak jej tempo jest różne (zobacz Rysunek 1).
       Rysunek 2 przedstawia wykres fermentacji brzeczki zawierającej izomaltulozę. Potwierdza on wyniki uzyskane w badaniach przesiewowych. Obserwowano niewielkie różnice w szybkości wychwytu fermentowalnych cukrów, lecz po osiągnięciu ostatecznego stopnia odfermentowania różnica 2% w ekstrakcie nadal posiadała wartości odżywcze.
       Ponieważ izomaltuloza była obecna w stężeniu zbliżonym do jej stężenia pierwotnego (2%),
w badaniach sensorycznych stwierdzono i zidentyfikowano korzystny wpływ na konsystencję i walory smakowe produkowanego piwa (zobacz rys. 3). W odniesieniu do innych istotnych w przypadku piwa parametrów jakościowych, w oparciu o uzyskane wyniki badań można stwierdzić, że węglowodan funkcjonalny nie wpływa w żaden sposób np. na stabilność piany czy też na mętnienie.
       Ta dodatkowa ilość izomaltulozy zwiększa ilość ekstraktu w końcowym produkcie piwnym, stwierdzono też znaczną poprawę konsystencji i pełni smaku, co korzystnie wpływa na ogólną jakość produktu.
      
      
Optymalna trwałość

Oprócz wyżej opisanych badań drożdży browarniczych badano szereg drobnoustrojów powodujących psucie się piwa pod kątem ich zdolności wykorzystywania izomaltulozy jako podłoża. W roztworze modelowym żaden z badanych rodzajów drobnoustrojów odpowiedzialnych za psucie się piwa nie posiadał zdolności wykorzystywania dostarczonego węglowodanu funkcjonalnego (rys. 4). Schizosaccharomyces pombe oraz Saccharomyces cerevisiae MJJ2, które są zdolne do wykorzystania izomaltulozy, zastosowano w celach porównawczych dla sprawdzenia, czy roztwór modelowy tworzy warunki umożliwiające fermentację izomaltulozy.
       Na rys. 5 przedstawiono wyniki ekstensywnych badań, jakim poddano drinki typu shandy (piwo
z lemoniadą) w celu oceny psucia się piwa w obecności izomaltulozy. Badanym parametrem było mętnienie. W przypadku drinków typu shandy mieszano standardowe piwo typu pilzner z lemoniadą w proporcji 1:1, przy czym lemoniada różniła się tylko rodzajem użytej substancji słodzącej: sacharoza, izomaltuloza, lub sztuczne substancje silnie słodzące. Ilości substancji słodzących regulowano tak, by utrzymać zbliżoną słodkość napojów. Następnie tak otrzymane mieszanki piwne inkubowano z różnymi drobnoustrojami powodującymi psucie się piwa. Stwierdzono, że mieszanki piwa z lemoniadą słodzone sacharozą oraz napoje zawierające sztuczne substancje słodzące psuły się dość szybko, natomiast w przypadku napojów zawierających izomaltulozę tempo mętnienia było znacznie mniejsze. Można założyć, że nowy cukier hamował wykorzystanie dekstryn, albowiem w przeciwnym wypadku psucie się piwa następowałoby równie szybko, jak w przypadku napojów zawierających sztuczne substancje silnie słodzące.
       Zbadano także napój shandy sporządzony z piwa niskoalkoholowego, które w ogóle nie zawierało węglowodanów. Wykorzystanie w badaniach takiego piwa pozwoliło na niewprowadzanie węglowodanów
w piwnej części napoju, pozostawiając jedynie cukry wprowadzane w jego części lemoniadowej. Stwierdzono, że napoje, których lemoniadowa część zawierała silnie słodzące substancje sztuczne lub izomaltulozę nie ulegały psuciu pod wpływem typowych drobnoustrojów powodujących psucie się piwa
(rys. 6).
      
Badaniom towarzyszyły próby smakowe, w których wyniku stwierdzono, że mieszanka piwa
z lemoniadą zawierającą izomaltulozę posiada bardziej akceptowalne cechy sensoryczne niż napój shandy zawierający sztuczne substancje słodzące oraz że izomaltuloza jako substancja słodząca jest porównywalna z sacharozą.
      
Optymalna funkcjonalność odżywcza

Węglowodany stanowią ważną część naszej diety, ponieważ dostarczają glukozę; ta zaś jest preferowanym źródłem energii niezbędnej dla aktywności fizycznej i umysłowej. Należy jednak pamiętać, że węglowodany różnią się między sobą. W ostatnich latach obserwowano zwiększone zainteresowanie właściwościami funkcjonalnymi różnych węglowodanów i ich wpływem na równowagę energetyczną ludzkiego organizmu. Liczy się już nie tylko ilość spożywanego węglowodanu, lecz także jego rodzaj i efekt fizjologiczny na poziom glukozy we krwi oraz poziom insuliny jako części zdrowej diety. Szczególnie węglowodany o niskim indeksie glikemicznym – i dlatego wolno przyswajalne – postrzegane są jako korzystniejsze od ogólnie dostępnych produktów węglowodanowych.
       Izomaltuloza rozkładana jest przez sacharozę-izomaltazę – ten sam zespół enzymów, który powoduje hydrolizę skrobi. Badania kinetyczne nad enzymami wykazały, że tempo rozpadu tego węglowodanu funkcjonalnego jest 4 do 5 razy wolniejsze niż sacharozy, jednak w końcowej części jelita cienkiego etapy trawienia i wchłaniania są zakończone. W rezultacie izomaltuloza zapewnia organizmowi pełną porcję energii (4 kcal/g), lecz w dłuższym okresie czasu.
       Ta szczególna właściwość powolnego uwalniania w jelicie cienkim uwidacznia się w formie bardziej zrównoważonego dostarczania glukozy. I tak, izomaltuloza wykazuje mniejszy wzrost stężenia cukru we krwi jednak przy dłuższym efekcie czasowym i nie powoduje niepożądanego dużego spadku poniżej linii bazowej, charakterystycznego dla tradycyjnych cukrów (rys. 7). Dla mięśni i mózgu oznacza to nieustanny dopływ dłużej działających porcji energii w postaci glukozy. Niski indeks glikemiczny izomaltulozy (GI:32) odpowiada za uwalnianie mniejszej ilości insuliny i ułatwia spalanie większej ilości tłuszczów jako energii dla organizmu w czasie ćwiczeń.


Wniosek
       Ocena rozkładu izomaltulozy disacharydowej w celu oznaczenia jej przydatności w produkcji piwa
i napojów piwnych dała obiecujące wyniki. Ekstensywne badania przesiewowe wykazały, że najczęściej stosowane drożdże browarnicze nie są zdolne do fermentacji izomaltulozy. Wynika z tego, że przemysł browarniczy mógłby odnieść korzyści z dodawania nowego cukru na jak najwcześniejszym etapie procesu produkcji piwa. Dowiedziono, że w gotowym produkcie cukier ten ma sprawdzony korzystny wpływ na walory smakowe piw bezalkoholowych i o obniżonej zawartości alkoholu, których smak zwykle nie jest zbyt wyrazisty. Stwierdzono, że w napojach piwnych (takich jak mieszanki piwa z lemoniadą) izomaltuloza nie ulega fermentacji pod wpływem szeregu zanieczyszczających piwo drobnoustrojów takich jak Lactobacillus brevis czy Saccaromyces diastaticus. Ponadto, jeżeli w napoju piwnym obecny jest tylko ten węglowodan, można uzyskać wzrost stabilności mikrobiologicznej produktu. Jako substytut słodu, syropu sacharozowego lub glukozowego izomaltuloza może poprawić funkcjonalność odżywczą bezalkoholowych napojów na bazie piwa słodowego, stanowiąc korzyść dla zdrowia jako źródło energii o „przedłużonym działaniu” czyli energii „zrównoważonej”. Można stąd wysnuć wniosek, że zastosowanie izomaltulozy w produkcji piwa i napojów piwnych spowoduje poprawę smaku i profilu sensorycznego, jak również trwałości produktów i ich wartości odżywczej.
Opisy do rysunków


Rysunek 1: Ilość izomaltulozy zużytej po upływie 5 i 11 dni pod wpływem fermentacji (ok. 1,5 x 106 komórek na 500 ml, 28°C, warunki tlenowe).
Isomaltulose [%] – Izomaltuloza [%]
Isomaltulose [%] after 5 days – Izomaltuloza [%] po 5 dniach
Isomaltulose [%] after 11 days – Izomaltuloza [%] po 11 dniach
Microorganism - Drobnoustroje
Reference - Porównanie
 

Rysunek 2: Fermentacja brzeczki z dodatkiem i bez dodatku izomaltulozy w temp. 12°C, fermentacja otwarta.
Extract (apparent) – Ekstrakt (pozorny)
Day (0,1,2,3,4,5,6) – Dzień (0,1,2,3,4,5,6)
Alcohol reduced beer without isomaltulose – Piwo o obniżonej zawartości alkoholu bez izomaltulozy
Alcohol reduced beer with isomaltulose – Piwo o obniżonej zawartości alkoholu z izomaltulozą


Rysunek 3: Porównanie walorów smakowych piwa o obniżonej zawartości alkoholu z izomaltulozą i bez izomaltulozy (10 testerów).
Quality of smell – Jakość zapachu
Hop-aroma – Aromat chmielowy
Bitterness – Goryczka
Wort aroma – Aromat brzeczki
Malt aroma – Aromat słodu
Palatefulness – Pełnia smakowa
Sparkling quality – Jakość musowania
Sweetness – Słodkość
Total quality – Jakość ogólna

Ideal – Idealne
Alcohol reduced beer w/o isomaltulose – Piwo o obniżonej zawartości alkoholu bez izomaltulozy
Alcohol reduced beer with isomaltulose – Piwo o obniżonej zawartości alkoholu z izomaltulozą

Rysunek 4: Fermentacja izomaltulozy pod wpływem drobnoustrojów powodujących psucie się piwa i dwóch rodzajów drożdży powodujących fermentację izomaltulozy w roztworu modelowym w warunkach beztlenowych, 28°C, 7 dni, skala laboratoryjna.
Isomaltulose – Izomaltuloza
Microorganism – Drobnoustroje
Reference – Porównanie



Rysunek 5: Mętnienie w mieszankach na bazie standardowego piwa typu pilzner po inkubacji z Saccharomyces diastaticus (ok. 1,5 x 106 komórek na 500 ml, 28°C, 14 dni, zmętnienie maks.: 20 EBC w temperaturze 90°).
Turbidity – Mętnienie
Time – Czas
Day 0,.. – Dzień 0,...
Isomaltulose – Izomaltuloza
Sucrose – Sacharoza
Intense sweeteners – Substancje silnie słodzące
 
Rysunek 6: Mętnienie w mieszankach na bazie piwa typu pilzner lite po inkubacji z Saccharomyces diastaticus (ok. 1,5 x 106 komórek na 500 ml, 28°C, 14 dni, zmętnienie maks.: 20 EBC w temperaturze 90°).
Turbidity – Mętnienie
Time – Czas
Day 0,.. – Dzień 0,...
Isomaltulose – Izomaltuloza
Sucrose – Sacharoza
Intense sweeteners – Substancje silnie słodzące



Rysunek 7: Krzywa cukrowa dla izomaltulozy w porównaniu z sacharozą.
Energy supply – Dostarczanie energii
Time (2 hours) – Czas (2 godziny)
Sucrose – Sacharoza
Isomaltulose – Izomaltuloza