Antinutričné látky v zrninách
Vo výžive sa využívajú rôznymi spôsobmi upravené rastlinné produkty - zrno alebo vegetačná hmota a z nich vytvorené potraviny. Najrozšírenejším rastlinným produktom, ktorý tvorí súčasť potravy je zrno obilnín a strukovín. Zrno strukovín v porovnaní s obilninami vykazuje 2-4 násobné vyšší obsah bielkovín( 20-40 %) ale i priaznivejšiu skladbu esenciálnych aminokyselín. Okrem toho strukoviny a najmä sójové boby sa vyznačujú vysokým obsahom tukov, ktorý dosahuje 12-45 % v závislosti od odrody a podmienok pestovania. Z hľadiska objektívneho hodnotenia nutričnej kvality je potrebne uviesť, že strukoviny a najmä sója obsahuje aj látky antinutričnej povahy, ktoré znižujú výživnú kvalitu.
Medzi najrozširenejšie antinutričné látky zrnín patria : inhibitory proteináz, lektíny, taniny, fytáty, nestráviteľné oligosacharidy, imunoaktívne bielkovíny(alergény) a ďalšie látky. Medzi bielkoviny s antitryptickou aktivitou patri predovšetkym tzv. Kunitz inhibítor (trypsín inhibítor-TI), ktorý kompetetívne pôsobí na aktívne centrum trypsínu, jeho molekulová hmotnosť je okolo 20 tisíc, čo zodpovedá polypeptidu zloženému zo 180 aminokyselín. Medzi ďalšie TI patri Bowman-Birkove inhibítory o mol. hmotnosti okolo 6-10 tis. Antitryptickú aktivitu je možne odstrániť termickou úpravou (30 minútovým varom).
Alergecidne bielkoviny sóje sú spravidla viazané na subfrakcie 2 S a 7 S globulínových bielkovín. Existujú názory, že alimentárne alergie sójových proteínov spôsobuje proteín GlymI (lipofilný o hmotnosti 34 kDa), ktorý je identifikovateľný IgE imunoglobulínom séra senzitívnych pacientov s atopickou dermatidídou. Alimentárne alergie vyvolávajú aj niektoré komponenty prolaminových bielkovín zrna obilnín(pšenica, jačmeň, raž, ovos), preto patria medzi antinutrične prírodne látky. Veľmi rozšírené látky prítomne v zrninách s antimetabolickou aktivitou sú fytáty (kys. fytoová, myoinozitol hexafosfát), ich obsah v obilninách je od 0,1 do 0,5 % (v celozrnnej muke až 1 %)a v sóji okolo 1,0-2,5 %. Vyskytujú vo forme soli jedno a dvojmocných katiónov(Ca, Mg, Zn a Fe) a sú lokalizované v aleurónovej vrstve semena. Chemická štruktúra fytátov(fytínu) vykazuje vlastnosti chelátov, čo ma negatívny účinok na rozpustnosť a tým aj stráviteľnosť jedno a najmä dvojmocných katiónov. I napriek vysokému obsahu železa,vápnika a ďalších katiónov v zrninách ich prístupnosť a stráviteľnosť je nízka. Fytáty obsahujú až 85 % celkového disponibilného fosforu v zrne a s bielkovinami tvoria stabilne organo-minerálne, čo spôsobuje nedostatočnú rozpustnosť a katalytickú aktivitu bielkovinového komplexu. Fytáty reagujú s mnohými enzýmami, najmä enzýmami pankreasu (trypsín, pepsín, alfa-amyláza, beta-galaktozidáza) čo určuje nízku stráviteľnosť bielkovín a sacharidov a môže byť aj príčinou hypertrofie pankreasu. Tvorba fytátov a ich akumulácia v zrne sa uskutočňuje počas formovania zrna, najmä v poslednej fáze dozrievania. Počas klíčenia semien pôsobením endogénnej 3-fytázy dochádza k čiastočnej hydrolýze fytátov a uvoľňovaniu anorganického fosforu. Na rozdiel od rastlín v mikroorganizmoch je prítomná 6-fytáza, ktorá sa uplatňuje pri fermentačnom spracovaní sóje a výrobe sójových produktov.
Kondenzované taníny sú najrozšírenejšou skupinou polyfenolov lokalizovaných v obalových vrstvách semena, ich obsah v sóji je okolo 1 %. Z chemického hľadiska taníny sú to oligoméry flavan-3-olov a flavan-3,4-diolov, vytvárajú väzby s katalytickými bielkovinami za vzniku neaktívnych komplexov, čo sa prejavuje v znížení rozpustnosti a stráviteľnosti bielkovín. Taktiež sa podieľajú na adsorpcii železitých iónov, spôsobujú poruchy trávenia a vstrebávania iónov železa a poškodenie mucinovej vrstvy taviaceho traktu.
Lektíny sú glykoproteiny s charakteristickou schopnosťou špecificky viazať sa na molekuly sacharidov. Aglutinujú červené krvinky preto získali odvodený názov hemagluteníny. Sójový lektín(sójový aglutinín) je zložený z dvoch rôznych podjednotiek o celkovej hmotnosti okolo 120 tis. Vo svojej štruktúre obsahujú približne 7 % sacharidov. Antinutritívne vlastnosti spočívajú v ich schopnosti vyvolávať tvorbu protilátok a vznik viacerých foriem alergie, vykazujú antitrypticku aktivitu, spôsobujú zníženie obsahu inzulínu v krvi a inhibujú aktivitu disacharidáz. Ďalej sa vyznačujú schopnosťou absorpcie nehemového železa a lipidov. Predpokladá sa, že podiel lektínov na celkovej inhibícii aktivity trypsínu je až 25 %. Lektíny sa viažu na epitelové bunky tenkého čreva čo narušuje priebeh vstrebávania živín a pravdepodobne sú zodpovedné aj za degeneratívne zmeny na pečeni a obličkách.
Nizkomolekulové oligosacharidy s výskytom α-galaktozidickej a β-fruktozidickej väzby(rafinóza, stachyóza, verbaskóza), ktoré nie sú hydrolyzovateľne amylolytickými enzýmami slín a pankreasu. Obsah nehydrolyzovateľných oligosacharidov je okolo 1-2 % hmotnosti zrna sóje. V dôsledku nedostatočnej hydrolyzovateľnosti v tenkom čreve prechádzajú do hrubého čreva vo forme oligosacharidov, kde sú zdrojom uhlíka pre črevnú mikroflóru. Enzymatickou výbavou prirodzenej mikroflóry hrubého čreva oligosacharidy podliehajú hydrolýze za tvorby CO2, vodíka a metanú, čo vyvoláva jav nadúvania(flatulenciu) a spôsobuje stav čiastočnej nevoľnosti. K analogickému efektu dochádza i v dôsledku zníženiu trávenia bielkovín, sacharidov a tukov. Úprava sójových bobov namáčaním vo vode, eventuálne premývaním horúcim roztokom 40 % etanolu sa odstraňuje efekt nadúvania.
Osobitnou skupinou látok prítomnych najmä v zrne obilnín sú purotioniny, ich obsah nepresahuje 0,5 %. Tieto bielkoviny sú rozpustne v nepolárnych rozpúšťadlách a vyznačujú sa nízkou molekulovou hmotnosťou a vysokým podielom zásaditých aminokyselín(lyzín a arginín),kde podiel lyzínu prekračuje 8%.
Celiakálne ochorenie sa vyskytuje u malej časti populácie ľudí, ktoré je spôsobené zásobnými bielkovinami tzv. lepkovými. Vo všeobecnosti sa vychádza z poznania, že okolo 0,1-0,5 % predstaviteľov stredoeurópskej populácie vykazuje manifestovanú intoleranciu(neznášanlivosť)na prítomnosť v potrave prolamínovych bielkovín obilnín(pšenica, jačmeň, raž, a ovos). Príčina neznášanlivosti je vo vysokej frekvencii vyskytu prolamínovych oligopeptidových fragmentov(gliadínu, hordeínu a avenínu) zložených z vysokého podielu glutamínu vo väzbe s prolínom, ktoré sú rezistentne na trypsín. Minimálnou alergecídnou štruktúrou je tetrapeptid. V procese trávenia pôsobením deaminačného enzýmu transglutaminázy molekuly glutamínu v tenkom čreve sú transformovane na glutamát, pritom vznikajú imunoaktivné(alergecídne) oligopeptidy, ktoré vykazuju vlastnosti antigénu. Uvedené špecifické oligopeptídy sú rozpoznávané T-lymfocytmi. Takto vytvorené štiepne produkty hydrolýzy prolamínov sa viažu na špecifické receptory enterocytov, čím odštartujú imunitnu reakciu za vzniku protilátok, ktoré navodia stav celiakálneho ochorenia spojeného s nasledovnými patologickými zmenami: narušenie aktivity tráviacich enzýmov, trávenia a metabolizmu látok, deštrukcia štruktúry tenkého čreva, ktorá znižuje povrch pre vstrebávanie živín a vznik maloabsopčného syndrómu. Maloabsorpčný syndróm vytvára stav deficitu metabolitov, vitamínov rozpustných v tukoch a minerálnych látok(najmä Fe, Zn, Se a Ca). Podľa platnej legislatívy pre bezlepkové potraviny je limit na obsah lepkových bielkovín 200 mg.kg-1 a pre gliadíny 100 mg na kg produktu. Avšak najpreukaznejším kritériom vhodnosti potravín pre potreby bezlepkovej diéty sú výsledky stanovené metódou ELISA, kde limit pre obsah lepkových bielkovín je < 0,02 %. Referenčná hodnota je čiastočne závislá od typu použitého kitu Elisa. Obilne produkty pre bezlepkovú diétu na baze obilnín nie je možne riešiť technológiou ich pestovania. V súčasnej dobe neboli vyšľachtené špeciálne genotypy obilnín vhodne pre potreby celiatikov. Teoreticky je síce možne metódami génového inžinierstva pripraviť genotypy bez prítomnosti alergecídnych fragmentov prolamínových bielkovín. Avšak pestovanie takýchto genotypov nie je reálne z dôvodu ich nízkej úrody a nevhodnosti pre pekárenské využitie. Jedinou reálnou terapiou ochorenia je prísna bezlepková diéta spojená s vylúčením z potravy produktov zo zrna pšenice, raže, jačmeňa a ovsa.