stringtranslate.com

Инулин

Инулины представляют собой группу встречающихся в природе полисахаридов , вырабатываемых многими видами растений , [1] которые в промышленных масштабах чаще всего извлекаются 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 санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило инулин в качестве ингредиента пищевых волокон, используемого для повышения пищевой ценности промышленных 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 — природный запасной углевод, присутствующий в более чем 36 000 видах растений, включая агаву , пшеницу , лук , бананы , чеснок , спаржу , топинамбур и цикорий . У этих растений инулин используется в качестве запаса энергии и для регулирования холодоустойчивости. [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 противостоять холоду и засухе в зимние периоды. [7]

Инулин был открыт в 1804 году немецким учёным Валентином Розе . Он обнаружил «своеобразное вещество» из корней Inula helenium путем экстракции в кипящей воде. [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 ввел 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 гетерогенную совокупность полимеров фруктозы . Он состоит из концевых глюкозильных фрагментов и повторяющегося фруктозильного фрагмента [13] , которые соединены β(2,1)-связями. Степень полимеризации (СП) стандартного инулина колеблется от 2 до 60. После удаления в процессе производства фракций со СП ниже 10, оставшийся продукт представляет собой высокоэффективный инулин. [5] [6] В некоторых статьях фракции с DP ниже 10 рассматривались как короткоцепочечные фруктоолигосахариды и назывались только более длинноцепочечные молекулы инулином. [7]

Из-за β(2,1)-связей инулин не переваривается ферментами пищеварительной системы человека , что способствует его функциональным свойствам: снижению калорийности, пищевым волокнам, пребиотическому действию. Не имея цвета и запаха, он мало влияет на органолептические характеристики пищевых продуктов. Олигофруктоза имеет 35% сладости сахарозы , а ее профиль сладости аналогичен сахару. Стандартный инулин слегка сладкий, а высокоэффективный инулин — нет. Его растворимость выше, чем у классических волокон. При тщательном смешивании с жидкостью инулин образует гель и белую кремообразную структуру, похожую на жир. Его трехмерная гелевая сетка, 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]

Использование

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 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 пищевые продукты

Инулин получил статус «отсутствие возражений» как общепризнанный как безопасный (GRAS) от Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) [16] , включая длинноцепочечный инулин как GRAS. [17] В начале 21 века использование инулина в обработанных пищевых продуктах было отчасти связано с его адаптируемыми характеристиками для производства. [18] Он одобрен FDA в качестве ингредиента, повышающего содержание клетчатки в промышленных 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 (крахмал, сахар). [19] [20] Помимо того, что инулин является универсальным ингредиентом, он обеспечивает питательные преимущества за счет увеличения усвоения кальция [21] и , возможно, магния [22] , одновременно способствуя росту кишечных бактерий . [18] Сообщается, что инулин из цикория увеличивает абсорбцию кальция у молодых женщин с более низкой абсорбцией кальция [23] и у молодых мужчин. [1] С точки зрения питания, он считается формой растворимой клетчатки и иногда относится к категории пребиотиков. [18] И наоборот, его также считают FODMAP , классом углеводов, которые быстро ферментируются в толстой кишке , образуя газ. [18] Хотя FODMAP могут вызывать определенный дискомфорт в пищеварении у некоторых людей, они вызывают 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 влияние на уровень сахара в крови и потенциально может быть использован при лечении заболеваний, связанных с уровнем сахара 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, фильтруемой из почечных клубочковых капилляров в капсулу Боумена за единицу времени. [28]

Хотя инулин является золотым стандартом для измерения СКФ, на практике он используется редко из-за дороговизны и сложности проведения теста; для этого требуется внутривенный (ВВ) доступ для введения инулина, а также взятие до двенадцати образцов крови у пациента в течение четырех часов. [29] Для определения скорости клубочковой фильтрации у человека вводят большую начальную дозу инулина, после чего следует постоянная инфузия инулина со скоростью, компенсирующей его потерю с мочой, таким образом поддерживая достаточно постоянный уровень в плазма. [30] : 228  В США клиренс креатинина более широко используется для оценки СКФ. [31]

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

Диета и побочные эффекты

Побочными эффектами диеты с пищевыми волокнами инулином, которые могут возникнуть, как правило, у чувствительных людей, являются: [32]

Промышленное использование

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

Биохимия

Инулины представляют собой полимеры , состоящие в основном из фруктозных единиц ( фруктанов ) и обычно имеющие концевую глюкозу . Фруктозные единицы инулина соединены гликозидной связью β(2→1) . Молекула почти исключительно линейна, с разветвлением всего несколько процентов. [36] : 58  Как правило, 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, простейшие из которых 1- кестоза , состоящая из двух единиц фруктозы и одной единицы глюкозы. Бактериальный инулин более разветвлен (более 15%) и содержит порядка десятков или сотен субъединиц. [37] : 17 

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

Гидролиз инулинов может привести к образованию фруктоолигосахаридов, которые представляют собой олигомеры со степенью полимеризации (СП) 10 и менее.

Расчет скорости клубочковой фильтрации

Инулин уникальным образом обрабатывается нефронами , поскольку он полностью фильтруется в клубочках , но не секретируется и не реабсорбируется канальцами. Это свойство инулина позволяет использовать клиренс инулина в клинических целях в качестве высокоточного показателя скорости клубочковой фильтрации (СКФ) — скорости плазмы из афферентной артериолы , которая фильтруется в капсулу Боумена, измеряемой в мл/мин. [ нужна цитата ]

Познавательно сравнить свойства инулина со свойствами парааминогиппуровой кислоты (ПАУ). ПАУ частично фильтруется из плазмы в клубочках и не реабсорбируется в канальцах аналогично инулину. ПАУ отличается от инулина тем, что часть ПАУ, которая минует клубочек и попадает в канальцевые клетки нефрона (через перитубулярные капилляры ), полностью секретируется. Таким образом, почечный клиренс ЛАГ полезен при расчете почечного плазменного потока (ПФП), который эмпирически равен (1- гематокриту ) разу почечного кровотока . Следует отметить, что клиренс ЛАГ отражает только RPF в тех частях почек, которые отвечают за образование мочи, и, таким образом, фактический RPF недооценивается примерно на 10%. [38]

Измерение СКФ инулином или синистрином до сих пор считается золотым стандартом . Однако в настоящее время он в значительной степени заменен другими, более простыми показателями, которые являются аппроксимацией СКФ. Эти меры, которые включают удаление таких субстратов, как ЭДТА , иогексол , цистатин С , 125 I - йоталамат (радиоталамат натрия), радиоизотоп хрома 51 Cr (хелатированный с ЭДТА) и креатинин , подтвердили свою полезность на больших группах пациентов. с хронической болезнью почек. [ нужна цитата ]

Как для инулина, так и для креатинина в расчетах учитываются концентрации в моче и сыворотке. Однако, в отличие от креатинина, инулин в природе не присутствует в организме. В этом есть преимущество инулина (поскольку вводимое количество будет известно) и недостаток (поскольку необходима инфузия). [ нужна цитата ]

Метаболизм in vivo

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

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

Поскольку нормальное пищеварение не расщепляет инулин на моносахариды , оно не повышает уровень сахара в крови и, следовательно, может быть полезным при лечении диабета. Инулин также стимулирует рост бактерий в кишечнике . [5] Инулин проходит через желудок и двенадцатиперстную кишку в непереваренном виде и легко доступен кишечной бактериальной флоре . Это делает его похожим на резистентные крахмалы и другие ферментируемые углеводы. [ нужна цитата ]

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

По состоянию на 2013 год ни один регулирующий орган не разрешал заявления о вреде для здоровья при маркетинге пребиотиков как класса. Влияние инулина на здоровье изучалось в небольших клинических исследованиях, которые показали, что он вызывает побочные эффекты со стороны желудочно-кишечного тракта, такие как вздутие живота и метеоризм, не влияет на уровень триглицеридов или развитие ожирения печени , может помочь предотвратить диарею путешественников и может помочь увеличить усвоение кальция у людей. подростки. [18]

Природные источники

К растениям, которые содержат высокие концентрации инулина, относятся:

Рекомендации

  1. ^ аб Роберфруа, МБ (2003). «Представляем фруктаны типа инулина». Бр. Дж. Нутр . 93 : 13–26. дои : 10.1079/bjn20041350 . ПМИД  15877886.
  2. ^ Роберфруа МБ (2007). «Фруктаны типа инулина: функциональные пищевые ингредиенты». Журнал питания . 137 (11 доп.): 2493S–2502S. дои : 10.1093/jn/137.11.2493S . ПМИД  17951492.
  3. ^ ab «Декларация некоторых изолированных или синтетических неперевариваемых углеводов в качестве пищевых волокон на этикетках с информацией о питании и пищевых добавках: Руководство для промышленности» (PDF) . Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. 14 июня 2018 года . Проверено 15 июня 2018 г.
  4. ^ Сюй, CY; Бансал, Н. (август 2011 г.). «Измерение СКФ как «золотой стандарт» — не все то золото, что блестит?». Клинический журнал Американского общества нефрологов . 6 (8): 1813–1814. дои : 10.2215/cjn.06040611 . ПМИД  21784836.
  5. ^ abcde Niness, КР (июль 1999 г.). «Инулин и олигофруктоза: что это такое?». Журнал питания . 129 (7 Доп.): 1402С–6С. дои : 10.1093/jn/129.7.1402S . ПМИД  10395607.
  6. ^ abc Кальяни Наир, К.; Харб, Суман; Томпкинсон, ДК (18 марта 2010 г.). «Пищевая клетчатка инулина с функциональными свойствами и свойствами для здоровья — обзор». Food Reviews International . 26 (2): 189–203. дои : 10.1080/87559121003590664. S2CID  84555786.
  7. ^ abc Бекнер, LS; Шнепф, Мичиган; Тунгланд, Британская Колумбия (2001). Инулин: обзор последствий для питания и здоровья . Достижения в области исследований продуктов питания и питания. Том. 43. стр. 1–63. дои : 10.1016/s1043-4526(01)43002-6. ISBN 978-0-12-016443-1. ПМИД  11285681.
  8. ^ аб Ирвин, Джеймс Колкухун; Сутар, Чарльз Уильям (1920). «CLXV. Строение полисахаридов. Часть II. Превращение целлюлозы в глюкозу». Журнал Химического общества, Сделки . 117 : 1489–1500. дои : 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. дои : 10.1021/ja01382a035.
  10. ^ Аб Ричардс, AN; Вестфолл, BB; Ботт, Пенсильвания (1 октября 1934 г.). «Почечная экскреция инулина, креатинина и ксилозы у нормальных собак». Экспериментальная биология и медицина . 32 (1): 73–75. дои : 10.3181/00379727-32-7564P. S2CID  87153900.
  11. ^ Шеннон, Дж.А.; Смит, HW (июль 1935 г.). «Выведение инулина, ксилозы и мочевины нормальным и флоринзинизированным человеком». Журнал клинических исследований . 14 (4): 393–401. дои : 10.1172/JCI100690. ПМК 424694 . ПМИД  16694313. 
  12. ^ Култхард, МГ; Раддок, В. (февраль 1983 г.). «Валидация инулина как маркера клубочковой фильтрации у недоношенных детей». Почки Интернешнл . 23 (2): 407–409. дои : 10.1038/ki.1983.34 . ПМИД  6842964.
  13. ^ Барклай, Томас и др. Инулин – универсальный полисахарид, имеющий множество фармацевтических и пищевых химических применений. Дисс. Международный совет по фармацевтическим вспомогательным веществам, 2010 г.
  14. ^ Франк, А. (9 марта 2007 г.). «Технологическая функциональность инулина и олигофруктозы». Британский журнал питания . 87 (С2): С287–С291. дои : 10.1079/BJN/2002550 . ПМИД  12088531.
  15. ^ «Что такое инулин? Полное руководство по часто задаваемым вопросам по инулину» . Дополнение Место . 15 мая 2019 г. Проверено 5 ноября 2022 г.
  16. ↑ Рулис, Алан М. (5 мая 2003 г.). «Письмо-ответ агентства, уведомление GRAS № GRN 000118». Управление по контролю за продуктами и лекарствами США.
  17. ↑ Киф, Деннис М. (9 декабря 2015 г.). «Письмо-ответ агентства, уведомление GRAS № GRN 000576». Управление по контролю за продуктами и лекарствами США.
  18. ^ abcde Славин, Джоанна (22 апреля 2013 г.). «Клетчатка и пребиотики: механизмы и польза для здоровья». Питательные вещества . 5 (4): 1417–1435. дои : 10.3390/nu5041417 . ISSN  2072-6643. ПМЦ 3705355 . ПМИД  23609775. 
  19. ^ Роберфруа, МБ (1999). «Калорийность инулина и олигофруктозы». Дж. Нутр . 129 (7 Доп.): 1436S–7S. дои : 10.1093/jn/129.7.1436S . ПМИД  10395615.
  20. ^ «Калорийность инулина и олигофруктозы» [ постоянная мертвая ссылка ] .
  21. ^ Абрамс С.; Гриффин И.; Хоторн К.; Лян Л.; Ганн С.; Дарлингтон Г.; Эллис К. (2005). «Комбинация пребиотических фруктанов типа инулина с короткой и длинной цепью улучшает усвоение кальция и минерализацию костей у молодых подростков». Являюсь. Дж. Клин. Нутр . 82 (2): 471–476. дои : 10.1093/ajcn.82.2.471 . ПМИД  16087995.
  22. ^ Кудрей С.; Деминье К.; Рэссигье Ю. (2003). «Влияние пищевых волокон на усвоение магния животными и людьми». Дж. Нутр . 133 (1): 1–4. дои : 10.1093/jn/133.1.1 . ПМИД  12514257.
  23. ^ Гриффин, Эй Джей; П.М. Хикс; Р.П. Хини; С.А. Абрамс (2003). «Обогащенный инулин цикория увеличивает усвоение кальция преимущественно у девочек с более низким усвоением кальция». Нутр. Рез . 23 (7): 901–909. дои : 10.1016/s0271-5317(03)00085-x.
  24. ^ Махария А.; Катаси С.; Махария ГК (2015). «Совпадение между синдромом раздраженного кишечника и нецелиакийной чувствительностью к глютену: клиническая дилемма». Питательные вещества (обзор). 7 (12): 10417–26. дои : 10.3390/nu7125541 . ПМК 4690093 . ПМИД  26690475. 
  25. ^ Грир Дж.Б.; О'Киф SJ (2011). «Микробная индукция иммунитета, воспаления и рака». Фронт Физиол (Обзор). 1 : 168. doi : 10.3389/fphys.2010.00168 . ПМК 3059938 . ПМИД  21423403. 
  26. ^ Андох А.; Цудзикава Т.; Фудзияма Ю. (2003). «Роль пищевых волокон и короткоцепочечных жирных кислот в толстой кишке». Курс. Фарм. Дес. (Обзор). 9 (4): 347–58. дои : 10.2174/1381612033391973. ПМИД  12570825.
  27. ^ Аб Лю, Ф.; Прабхакар, М.; Джу, Дж.; Лонг, Х.; Чжоу, HW (2017). «Влияние фруктанов типа инулина на липидный профиль крови и уровень глюкозы: систематический обзор и метаанализ рандомизированных контролируемых исследований». Европейский журнал клинического питания . 71 (1): 9–20. дои : 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 марта 2016 г.
  29. ^ Ланглуа, Валери (1 января 2008 г.), Гири, Денис Ф.; Шефер, Франц (ред.), «ГЛАВА 2 – Лабораторная оценка в разном возрасте», Комплексная педиатрическая нефрология , Филадельфия: Мосби, стр. 39–54, номер документа : 10.1016/b978-0-323-04883-5.50008-8, ISBN 978-0-323-04883-5, получено 11 февраля 2022 г.
  30. ^ Райт, Самсон (1972). Прикладная физиология Самсона Райта . Сирил Артур Кил, Нил Эрик (12-е изд.). Лондон: Книжное общество английского языка и издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-263321-Х. ОСЛК  396722036.
  31. ^ Иоффе, Маршалл; Сюй, Цзи-юань; Фельдман, Гарольд И.; Вейр, Мэтью; Лэндис, младший; Хэмм, Л. Ли (2010). «Вариабельность измерений креатинина в клинических лабораториях: результаты исследования CRIC». Американский журнал нефрологии . 31 (5): 426–434. дои : 10.1159/000296250. ISSN  1421-9670. ПМЦ 2883847 . ПМИД  20389058. 
  32. ^ Куссемент, Пол А.А. (1999). «Инулин и олигофруктоза: безопасное потребление и правовой статус». Журнал питания . 129 (7): 1412С–1417С. дои : 10.1093/jn/129.7.1412S . ПМИД  10395609.
  33. ^ Арифуззаман, Мохаммед (2022). «Клетчатка инулина способствует образованию желчных кислот, полученных из микробиоты, и воспалению 2 типа». Природа . 611 (7936): 578–584. Бибкод : 2022Natur.611..578A. дои : 10.1038/s41586-022-05380-y. ПМЦ 10576985 . PMID  36323778. S2CID  253266833. 
  34. ^ Баккетта, Жюстин (2008). "«Почечная гиперчувствительность» к инулину и IgA-нефропатии». Детская нефрология . 23 (10): 1883–1885. doi : 10.1007/s00467-008-0819-9. PMID  18535847. S2CID  25741852.
  35. ^ Казуёси Ота; Сигэюки Хамада; Тоёхико Накамура (1992). «Производство этанола в высоких концентрациях 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. ПМК 202182 . ПМИД  8481000. 
  36. ^ Аб Кейс, Стэнли Дж.; Ноттингем, Стивен Ф. (13 августа 2007 г.). 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: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс, 2007. Страницы 156–160.
  39. ^ МакРори, Джонсон В.; Маккеун, Никола М. (1 февраля 2017 г.). «Понимание физики функциональных волокон в желудочно-кишечном тракте: научно обоснованный подход к разрешению устойчивых заблуждений о нерастворимой и растворимой клетчатке». Журнал Академии питания и диетологии . 117 (2): 251–264. дои : 10.1016/j.jand.2016.09.021 . ПМИД  27863994.
  40. ^ Лич, Джей Ди ; Соболик, К.Д. (2010). «Высокое потребление пребиотических фруктанов типа инулина с пищей в доисторической пустыне Чиуауа». Бр. Дж. Нутр . 103 (11): 1558–61. дои : 10.1017/S0007114510000966 . ПМИД  20416127.
  41. ^ Куссемент П. (1999). «Инулин и олигофруктоза: безопасное потребление и правовой статус». Дж. Нутр . 129 (7 Доп.): 1412S–1417S. дои : 10.1093/jn/129.7.1412S . ПМИД  10395609.