stringtranslate.com

Инулин

Инулины представляют собой группу природных полисахаридов, вырабатываемых многими типами растений , [1] в промышленных масштабах чаще всего извлекаемых из цикория . [2] 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 . Большинство растений, которые синтезируют и хранят инулин, не хранят другие формы углеводов, такие как крахмал . В 2018 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами США одобрило инулин в качестве ингредиента пищевых волокон, используемого для улучшения пищевой ценности производимых пищевых продуктов. [3] Использование инулина для измерения функции почек является «золотым стандартом» для сравнения с другими способами оценки скорости клубочковой фильтрации . [4]

Происхождение и история

Инулин — это естественный запас углеводов, присутствующий в более чем 36 000 видов растений, включая агаву , пшеницу , лук , бананы , чеснок , спаржу , топинамбур и цикорий . Для этих растений инулин используется в качестве энергетического резерва и для регулирования устойчивости к холоду. [5] [6] Поскольку он растворим в воде, он осмотически активен. Некоторые растения могут изменять осмотический потенциал своих клеток, изменяя степень полимеризации молекул инулина путем гидролиза . Изменяя осмотический потенциал без изменения общего количества углеводов, растения могут выдерживать холод и засуху в зимние периоды. [7]

Инулин был открыт в 1804 году немецким ученым Валентином Розе . Он обнаружил «своеобразное вещество» из корней Inula helenium путем экстракции кипящей водой. [7] [8] В 1920-х годах Дж. Ирвин использовал химические методы, такие как метилирование, для изучения молекулярной структуры инулина, и разработал метод выделения этой новой ангидрофруктозы . [8] [9] Во время исследований почечных канальцев в 1930-х годах исследователи искали вещество, которое могло бы служить биомаркером , который не реабсорбируется и не секретируется после введения в канальцы. [10] [11] А. Н. Ричардс представил инулин из-за его высокой молекулярной массы и устойчивости к ферментам . [10] Инулин используется для определения скорости клубочковой фильтрации почек . [12]

Химическая структура и свойства

Инулин представляет собой гетерогенный набор полимеров фруктозы . Он состоит из концевых глюкозильных фрагментов цепи и повторяющегося фруктозильного фрагмента, [13] которые связаны связями β(2,1). Степень полимеризации (СП) стандартного инулина составляет от 2 до 60. После удаления фракций с СП ниже 10 в процессе производства оставшийся продукт представляет собой высокоэффективный инулин. [5] [6] В некоторых статьях фракции с СП ниже 10 рассматривались как короткоцепочечные фруктоолигосахариды и инулином назывались только молекулы с более длинной цепью. [7]

Из-за связей β(2,1) инулин не переваривается ферментами в пищеварительной системе человека , что способствует его функциональным свойствам: пониженная калорийность, диетические волокна и пребиотические эффекты. Без цвета и запаха он мало влияет на сенсорные характеристики пищевых продуктов. Олигофруктоза имеет 35% сладости сахарозы , а ее профиль подслащивания похож на сахар. Стандартный инулин слегка сладкий, в то время как высокоэффективный инулин - нет. Его растворимость выше, чем у классических волокон. При тщательном смешивании с жидкостью инулин образует гель и белую кремообразную структуру, которая похожа на жир. Его трехмерная гелевая сеть, состоящая из нерастворимых субмикронных кристаллических частиц инулина, иммобилизует большое количество воды, обеспечивая его физическую стабильность. [14] Он также может улучшить стабильность пен и эмульсий. [6]

Использует

Сбор и добыча

Корень цикория является основным источником экстракции для коммерческого производства инулина. Процесс экстракции инулина аналогичен получению сахара из сахарной свеклы . [5] После сбора урожая корни цикория нарезают ломтиками и промывают, затем замачивают в растворителе (горячая вода или этанол); [15] затем инулин выделяют, очищают и сушат распылением. Инулин также может быть синтезирован из сахарозы . [5]

Обработанные продукты

Инулин получил статус «не возражает» как общепризнанный безопасный (GRAS) от Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA), [16] включая длинноцепочечный инулин как GRAS. [17] В начале 21-го века использование инулина в обработанных пищевых продуктах было отчасти обусловлено его адаптируемыми характеристиками для производства. [18] Он одобрен FDA в качестве ингредиента для повышения ценности пищевых волокон в обработанных пищевых продуктах. [3] Его вкус варьируется от пресного до слегка сладкого (около 10% сладости сахара/сахарозы). Его можно использовать для замены сахара, жира и муки. Это выгодно, поскольку инулин содержит 25–35% пищевой энергии углеводов (крахмала, сахара). [19] [20] Помимо того, что инулин является универсальным ингредиентом, инулин обеспечивает питательные преимущества за счет увеличения усвоения кальция [21] и, возможно, усвоения магния [22], одновременно способствуя росту кишечных бактерий . [18] Сообщается, что инулин цикория увеличивает усвоение кальция у молодых женщин с более низким усвоением кальция [23] и у молодых мужчин. [1] С точки зрения питания он считается формой растворимой клетчатки и иногда классифицируется как пребиотик. [18] С другой стороны, он также считается FODMAP , классом углеводов, которые быстро ферментируются в толстой кишке , производя газ. [18] Хотя FODMAP могут вызывать определенный дискомфорт в пищеварительном тракте у некоторых людей, они производят потенциально благоприятные изменения в кишечной флоре , которые способствуют поддержанию здоровья толстой кишки. [24] [25] [26]

Из-за ограниченной способности организма перерабатывать фруктаны инулин оказывает минимальное повышающее воздействие на уровень сахара в крови и может потенциально использоваться для лечения заболеваний, связанных с сахаром в крови, таких как метаболический синдром . [27]

Медицинский

Инулин и его аналог синистрин используются для измерения функции почек путем определения скорости клубочковой фильтрации (СКФ), которая представляет собой объем жидкости, отфильтрованной из капилляров почечных клубочков в капсулу Боумена за единицу времени. [28]

Хотя инулин является золотым стандартом для измерения СКФ, он редко используется на практике из-за дороговизны и сложности проведения теста; для этого требуется внутривенный (IV) доступ для инфузии инулина, а также до двенадцати образцов крови, взятых у пациента в течение четырех часов. [29] Для определения скорости клубочковой фильтрации у людей вводится большая начальная доза инулина, за которой следует постоянная инфузия инулина со скоростью, которая компенсирует его потерю с мочой, тем самым поддерживая достаточно постоянный уровень в плазме. [30] : 228  В Соединенных Штатах клиренс креатинина более широко используется для оценки СКФ. [31]

Систематический обзор клинических исследований низкого и среднего качества, проведенный в 2017 году, показал, что пищевые добавки с фруктанами типа инулина снижают уровень холестерина низкой плотности в крови , биомаркера сердечно -сосудистых заболеваний . [27]

Возможные побочные эффекты

В дозах 15–50 граммов в день пищевой инулин увеличивает частоту дефекации . [32] Возможные побочные эффекты регулярного использования инулина в рационе включают желудочно-кишечный дискомфорт, вздутие живота , метеоризм , диарею и воспаление желудка у людей с аллергией на инулин. [32] [33] [34]

Промышленное использование

Негидролизованный инулин также может быть напрямую преобразован в этанол в процессе одновременного осахаривания и ферментации, что может иметь потенциал для преобразования культур с высоким содержанием инулина в этанол для использования в качестве топлива. [35]

Биохимия

Инулины — это полимеры, состоящие в основном из фруктозных единиц ( фруктанов ) и обычно имеющие концевую глюкозу . Фруктозные единицы в инулинах соединены β(2→1) гликозидной связью . Молекула почти исключительно линейная, с лишь несколькими процентами разветвлений. [36] : 58  В целом, растительные инулины содержат от 2 до 70 единиц фруктозы [36] : 58  или иногда до 200, [37] : 17  но молекулы с менее чем 10 единицами называются фруктоолигосахаридами, простейшей из которых является 1- кестоза , которая имеет две единицы фруктозы и одну единицу глюкозы. Бактериальный инулин более разветвлен (более 15% разветвлений) и содержит порядка десятков или сотен субъединиц. [37] : 17 

Инулины называются следующим образом, где n — количество остатков фруктозы, а py — сокращение от пиранозила :

Гидролиз инулина может привести к образованию фруктоолигосахаридов, представляющих собой олигомеры со степенью полимеризации (СП) 10 или менее.

Расчет скорости клубочковой фильтрации

Инулин обрабатывается нефронами уникальным образом , поскольку он полностью фильтруется в клубочках , но не секретируется и не реабсорбируется канальцами. Это свойство инулина позволяет использовать клиренс инулина в клинических условиях как высокоточную меру скорости клубочковой фильтрации (СКФ) — скорости плазмы из афферентной артериолы , которая фильтруется в капсулу Боумена, измеряемую в мл/мин. [ необходима цитата ]

Полезно сравнить свойства инулина со свойствами парааминогиппуровой кислоты (ПАГ). ПАГ частично фильтруется из плазмы в клубочках и не реабсорбируется канальцами, аналогично инулину. ПАГ отличается от инулина тем, что фракция ПАГ, которая обходит клубочки и попадает в канальцевые клетки нефрона (через перитубулярные капилляры ), полностью секретируется. Таким образом, почечный клиренс ПАГ полезен для расчета почечного плазмотока (РПФ), который эмпирически равен (1- гематокрит ) умноженному на почечный кровоток . Следует отметить, что клиренс ПАГ отражает только РПФ в тех частях почки, которые занимаются образованием мочи, и, таким образом, занижает фактический РПФ примерно на 10%. [38]

Измерение СКФ с помощью инулина или синистрина по-прежнему считается золотым стандартом . Однако в настоящее время его в значительной степени заменили другие, более простые меры, которые являются приближениями СКФ. Эти меры, которые включают клиренс таких субстратов, как ЭДТА , иогексол , цистатин С , 125 I - иоталамат (радиоиоталамат натрия), радиоизотоп хрома 51 Cr (хелатированный с ЭДТА) и креатинин , подтвердили свою полезность в больших когортах пациентов с хроническим заболеванием почек. [ необходима цитата ]

Для инулина и креатинина расчеты включают концентрации в моче и сыворотке. Однако, в отличие от креатинина, инулин не присутствует в организме естественным образом. Это преимущество инулина (потому что количество инфузии будет известно) и недостаток (потому что инфузия необходима). [ необходима цитата ]

Метаболизмв естественных условиях

Инулин не переваривается человеческими ферментами птиалином и амилазой , которые адаптированы для переваривания крахмала, и в результате он проходит большую часть пищеварительной системы нетронутым. Только в толстой кишке бактерии метаболизируют инулин с высвобождением значительных количеств углекислого газа , водорода и/или метана . Продукты, содержащие инулин, могут быть довольно газообразными, особенно для тех, кто не привык к инулину, и эти продукты следует употреблять в умеренных количествах поначалу. [ необходима цитата ]

Инулин — это растворимая клетчатка, один из трех типов пищевых волокон, включая растворимый , нерастворимый и резистентный крахмал . Растворимая клетчатка растворяется в воде, образуя желеобразный материал. Некоторые растворимые волокна могут помочь снизить уровень холестерина и глюкозы в крови. [39]

Поскольку нормальное пищеварение не расщепляет инулин на моносахариды , он не повышает уровень сахара в крови и, следовательно, может быть полезен при лечении диабета. Инулин также стимулирует рост бактерий в кишечнике . [5] Инулин проходит через желудок и двенадцатиперстную кишку непереваренным и очень доступен для кишечной бактериальной флоры . Это делает его похожим на резистентные крахмалы и другие ферментируемые углеводы. [ требуется ссылка ]

Некоторые традиционные диеты содержат более 20 г инулина или фруктоолигосахаридов в день. Рацион доисторического охотника-собирателя в пустыне Чиуауа, по оценкам, включал 135 г фруктанов типа инулина в день. [40] Многие продукты с естественным высоким содержанием инулина или фруктоолигосахаридов, такие как цикорий, чеснок и лук-порей , на протяжении столетий считались «стимуляторами хорошего здоровья». [41]

По состоянию на 2013 год ни один регулирующий орган не разрешал делать заявления о пользе для здоровья при маркетинге пребиотиков как класса. Влияние инулина на здоровье изучалось в небольших клинических испытаниях, которые показали, что он вызывает желудочно-кишечные побочные эффекты, такие как вздутие живота и метеоризм, и не влияет на уровень триглицеридов или развитие жировой дистрофии печени . Он также может помочь предотвратить диарею путешественников и может помочь повысить усвоение кальция у подростков. [18]

Природные источники

Растения, содержащие высокие концентрации инулина, включают:

Ссылки

  1. ^ ab Roberfroid, MB (2003). «Введение в фруктаны инулинового типа». Br. J. Nutr . 93 : 13–26. doi : 10.1079/bjn20041350 . PMID  15877886.
  2. ^ Roberfroid MB (2007). «Фруктаны типа инулина: функциональные пищевые ингредиенты». Journal of Nutrition . 137 (11 suppl): 2493S–2502S. doi : 10.1093/jn/137.11.2493S . PMID  17951492.
  3. ^ ab «Декларация определенных изолированных или синтетических неперевариваемых углеводов как пищевых волокон на этикетках с фактами о питании и добавках: руководство для промышленности» (PDF) . Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США. 14 июня 2018 г. . Получено 15 июня 2018 г. .
  4. ^ Hsu, CY; Bansal, N. (август 2011 г.). «Измеренная СКФ как «золотой стандарт» — не все то золото, что блестит?». Клинический журнал Американского общества нефрологии . 6 (8): 1813–1814. doi : 10.2215/cjn.06040611 . PMID  21784836.
  5. ^ abcde Niness, KR (июль 1999). «Инулин и олигофруктоза: что они такое?». Журнал питания . 129 (7 Suppl): 1402S–6S. doi : 10.1093/jn/129.7.1402S . PMID  10395607.
  6. ^ abc Kalyani Nair, K.; Kharb, Suman; Thompkinson, DK (18 марта 2010 г.). «Диетическое волокно инулина с функциональными и полезными для здоровья свойствами — обзор». Food Reviews International . 26 (2): 189–203. doi :10.1080/87559121003590664. S2CID  84555786.
  7. ^ abc Boeckner, LS; Schnepf, MI; Tungland, BC (2001). Инулин: обзор его влияния на питание и здоровье . Advances in Food and Nutrition Research. Vol. 43. pp. 1–63. doi :10.1016/s1043-4526(01)43002-6. ISBN 978-0-12-016443-1. PMID  11285681.
  8. ^ ab Irvine, James Colquhoun; Soutar, Charles William (1920). "CLXV. Строение полисахаридов. Часть II. Превращение целлюлозы в глюкозу". Журнал химического общества, Труды . 117 : 1489–1500. doi :10.1039/CT9201701489.
  9. ^ Ирвин, Джеймс Колкухун; Стивенсон, Джон Уайтфорд (июль 1929 г.). «Молекулярная структура инулина. Выделение новой ангидрофруктозы». Журнал Американского химического общества . 51 (7): 2197–2203. doi :10.1021/ja01382a035.
  10. ^ ab Richards, AN; Westfall, BB; Bott, PA (1 октября 1934 г.). «Почечная экскреция инулина, креатинина и ксилозы у нормальных собак». Experimental Biology and Medicine . 32 (1): 73–75. doi :10.3181/00379727-32-7564P. S2CID  87153900.
  11. ^ Шеннон, JA; Смит, HW (июль 1935 г.). «Выделение инулина, ксилозы и мочевины нормальным и флоринизированным человеком». Журнал клинических исследований . 14 (4): 393–401. doi :10.1172/JCI100690. PMC 424694. PMID 16694313  . 
  12. ^ Coulthard, MG; Ruddock, V. (февраль 1983 г.). «Валидация инулина как маркера клубочковой фильтрации у недоношенных детей». Kidney International . 23 (2): 407–409. doi : 10.1038/ki.1983.34 . PMID  6842964.
  13. ^ Barclay, Thomas, et al. Инулин – универсальный полисахарид с многочисленными фармацевтическими и пищевыми химическими применениями. Дисс. Международный совет по фармацевтическим вспомогательным веществам, 2010.
  14. ^ Франк, А. (9 марта 2007 г.). «Технологическая функциональность инулина и олигофруктозы». British Journal of Nutrition . 87 (S2): S287–S291. doi : 10.1079/BJN/2002550 . PMID  12088531.
  15. ^ "Что такое инулин? Полный справочник часто задаваемых вопросов по инулину". Supplement Place . 15 мая 2019 г. Получено 5 ноября 2022 г.
  16. ^ Рулис, Алан М. (5 мая 2003 г.). «Ответное письмо агентства GRAS Notice No. GRN 000118». Управление по контролю за продуктами и лекарствами США.
  17. ^ Киф, Деннис М. (9 декабря 2015 г.). «Ответное письмо агентства GRAS Notice No. GRN 000576». Управление по контролю за продуктами и лекарствами США.
  18. ^ abcde Славин, Джоанн (2013-04-22). «Клетчатка и пребиотики: механизмы и польза для здоровья». Питательные вещества . 5 (4): 1417–1435. doi : 10.3390/nu5041417 . ISSN  2072-6643. PMC 3705355. PMID 23609775  . 
  19. ^ Роберфруа, МБ (1999). «Калорийность инулина и олигофруктозы». J. Nutr . 129 (7 Suppl): 1436S–7S. doi : 10.1093/jn/129.7.1436S . PMID  10395615.
  20. ^ "Калорийность инулина и олигофруктозы" [ постоянная мертвая ссылка ‍ ] .
  21. ^ Абрамс С.; Гриффин И.; Хоуторн К.; Лян Л.; Ганн С.; Дарлингтон Г.; Эллис К. (2005). «Комбинация пребиотических фруктанов с короткой и длинной цепью инулина усиливает усвоение кальция и минерализацию костей у молодых подростков». Am. J. Clin. Nutr . 82 (2): 471–476. doi : 10.1093/ajcn.82.2.471 . PMID  16087995.
  22. ^ Coudray C.; Demigné C.; Rayssiguier Y. (2003). «Влияние пищевых волокон на усвоение магния у животных и людей». J. Nutr . 133 (1): 1–4. doi : 10.1093/jn/133.1.1 . PMID  12514257.
  23. ^ Гриффин, И.Дж.; П.М. Хикс; Р.П. Хини; С.А. Абрамс (2003). «Обогащенный цикорийный инулин увеличивает усвоение кальция, в основном, у девочек с более низким усвоением кальция». Nutr. Res . 23 (7): 901–909. doi :10.1016/s0271-5317(03)00085-x.
  24. ^ Макхария А.; Катасси К.; Макхария ГК (2015). «Наложение синдрома раздраженного кишечника и нецелиакальной чувствительности к глютену: клиническая дилемма». Питательные вещества (обзор). 7 (12): 10417–26. doi : 10.3390/nu7125541 . PMC 4690093. PMID  26690475 . 
  25. ^ Грир Дж. Б.; О'Киф С. Дж. (2011). «Микробная индукция иммунитета, воспаления и рака». Front Physiol (Обзор). 1 : 168. doi : 10.3389/fphys.2010.00168 . PMC 3059938 . PMID  21423403. 
  26. ^ Андо А.; Цудзикава Т.; Фудзияма Й. (2003). «Роль пищевых волокон и короткоцепочечных жирных кислот в толстой кишке». Curr. Pharm. Des. (Обзор). 9 (4): 347–58. doi :10.2174/1381612033391973. PMID  12570825.
  27. ^ ab Liu, F.; Prabhakar, M.; Ju, J.; Long, H.; Zhou, HW (2017). «Влияние фруктанов типа инулина на липидный профиль крови и уровень глюкозы: систематический обзор и метаанализ рандомизированных контролируемых исследований». European Journal of Clinical Nutrition . 71 (1): 9–20. doi :10.1038/ejcn.2016.156. PMID  27623982. S2CID  13767136.
  28. ^ Носек, Томас М. "Раздел 7, Глава 4, Скорость клубочковой фильтрации". Основы физиологии человека . Архивировано из оригинала 24.03.2016.
  29. ^ Ланглуа, Валери (2008-01-01), Гири, Денис Ф.; Шефер, Франц (ред.), «ГЛАВА 2 — Лабораторная оценка в разном возрасте», Comprehensive Pediatric Nephrology , Филадельфия: Mosby, стр. 39–54, doi :10.1016/b978-0-323-04883-5.50008-8, ISBN 978-0-323-04883-5, получено 2022-02-11
  30. ^ Райт, Сэмсон (1972). Прикладная физиология Сэмсона Райта . Сирил Артур Кил, Нил Эрик (12-е изд.). Лондон: English Language Book Society и Oxford University Press. ISBN 0-19-263321-X. OCLC  396722036.
  31. ^ Иоффе, Маршалл; Сюй, Чи-юань; Фельдман, Гарольд И.; Вейр, Мэтью; Лэндис, Дж. Р.; Хамм, Л. Ли (2010). «Изменчивость измерений креатинина в клинических лабораториях: результаты исследования CRIC». Американский журнал нефрологии . 31 (5): 426–434. doi : 10.1159/000296250. ISSN  1421-9670. PMC 2883847. PMID 20389058  . 
  32. ^ ab Mysonhimer AR, Holscher HD (декабрь 2022 г.). «Желудочно - кишечные эффекты и переносимость потребления неперевариваемых углеводов». Advances in Nutrition . 13 (6): 2237–2276. doi :10.1093/advances/nmac094. PMC 9776669. PMID  36041173. 
  33. ^ Куссемент, Пол АА (1999). «Инулин и олигофруктоза: безопасное потребление и правовой статус». Журнал питания . 129 (7): 1412S–1417S. doi : 10.1093/jn/129.7.1412S . PMID  10395609.
  34. ^ Арифуззаман, Мохаммад (2022). «Инулинное волокно способствует образованию желчных кислот, полученных из микробиоты, и воспалению 2-го типа». Nature . 611 (7936): 578–584. Bibcode :2022Natur.611..578A. doi :10.1038/s41586-022-05380-y. PMC 10576985 . PMID  36323778. S2CID  253266833. 
  35. ^ Казуёси Охта; Шигеюки Хамада; Тоёхико Накамура (1992). «Производство высоких концентраций этанола из инулина путем одновременного осахаривания и ферментации с использованием Aspergillus niger и Saccharomyces cerevisiae». Прикладная и экологическая микробиология . 59 (3): 729–733. doi : 10.1128 /AEM.59.3.729-733.1993. PMC 202182. PMID  8481000. 
  36. ^ ab Kays, Stanley J.; Nottingham, Stephen F. (2007-08-13). Биология и химия топинамбура: Helianthus tuberosus L. CRC Press. ISBN 978-1-4200-4496-6.
  37. ^ аб Раутер, Амелия П.; Фогель, Пьер; Кено, Ив (20 сентября 2010 г.). Углеводы в устойчивом развитии И. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-14836-1.
  38. ^ Костанцо, Линда. Физиология, 4-е издание. Филадельфия: Lippincott Williams and Wilkins, 2007. Страницы 156–160.
  39. ^ Макрори, Джонсон В.; Маккеон, Никола М. (1 февраля 2017 г.). «Понимание физики функциональных волокон в желудочно-кишечном тракте: основанный на фактических данных подход к разрешению устойчивых заблуждений о нерастворимых и растворимых волокнах». Журнал Академии питания и диетологии . 117 (2): 251–264. doi : 10.1016/j.jand.2016.09.021 . PMID  27863994.
  40. ^ Лич, Дж. Д .; Соболик, К. Д. (2010). «Высокое потребление пребиотических фруктанов типа инулина в доисторической пустыне Чиуауа». Br. J. Nutr . 103 (11): 1558–61. doi : 10.1017/S0007114510000966 . PMID  20416127.
  41. ^ Куссеман П. (1999). «Инулин и олигофруктоза: безопасное потребление и правовой статус». J. Nutr . 129 (7 Suppl): 1412S–1417S. doi : 10.1093/jn/129.7.1412S . PMID  10395609.