Введение
Природные растительные полисахариды
Инулины – это группа природных полисахаридов, производимых многими видами растений. Инулины относятся к классу пищевых волокон, известных как фруктаны. Некоторые растения используют инулин как способ запасания энергии, и он обычно содержится в корнях или корневищах. Большинство растений, синтезирующих и запасающих инулин, не запасают 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 улучшения пищевой ценности произведенных пищевых продуктов. Использование инулина для оценки функции почек является "золотым стандартом" для сравнения с другими методами определения скорости клубочковой фильтрации.
История и происхождение
Инулин – это природный запасной углевод, содержащийся более чем в 36 000 видов растений, включая агаву, пшеницу, лук, бананы, чеснок, спаржу, топинамбур и цикорий. Для этих растений инулин служит резервом энергии и для регулирования устойчивости к холоду. Благодаря своей растворимости в воде, он осмотически активен. Определенные растения могут изменять осмотический потенциал своих клеток, изменяя степень полимеризации молекул инулина посредством гидролиза. Изменяя осмотический потенциал, не изменяя общего количества углеводов, растения способны переносить холод и засуху в зимний период. Инулин был открыт в 1804 году немецким ученым Валентином Розе. Он выделил "особое вещество" из корней инулы гелениум путем экстракции кипящей водой. В 1920-х годах Дж. Ирвин использовал химические методы, такие как метилирование, для изучения молекулярной структуры инулина и разработал метод выделения этой новой ангидрофруктозы. В ходе исследований почечных канальцев в 1930-х годах ученые искали вещество, которое могло бы служить биомаркером, не подвергающимся реабсорбции или секреции после введения в канальцы. А. Н. Ричардс предложил использовать инулин из-за его высокой молекулярной массы и устойчивости к ферментам.
Химический состав и свойства
Инулин представляет собой гетерогенный набор полимеров фруктозы. Он состоит из глюкозильных звеньев, завершающих цепь, и повторяющихся фруктозильных звеньев, соединенных β-(2,1)-гликозидными связями. Степень полимеризации (DP) стандартного инулина варьируется от 2 до 60. После удаления фракций с DP ниже 10 в процессе производства, оставшийся продукт представляет собой высокоэффективный инулин. Он также может улучшать стабильность пен и эмульсий. Затем инулин выделяют, очищают и сушат распылением. Инулин также может быть синтезирован из сахарозы, включая инулин с длинной цепью, признанный GRAS. В начале XXI века использование инулина в переработанных пищевых продуктах было частично обусловлено его адаптивными свойствами для производства. Он одобрен FDA в качестве ингредиента для повышения содержания пищевых волокон в продуктах питания. Помимо универсальности, инулин обладает питательными преимуществами, увеличивая всасывание кальция и, возможно, магния, а также способствуя росту кишечной микрофлоры. Это относится и к молодым мужчинам. С точки зрения питания, он считается разновидностью растворимой клетчатки и иногда классифицируется как пребиотик. Ввиду ограниченной способности организма перерабатывать фруктаны, инулин оказывает минимальное влияние на уровень сахара в крови и может потенциально применяться в лечении заболеваний, связанных с нарушением углеводного обмена, таких как метаболический синдром.
Промышленное использование
Негидролизованный инулин также может быть напрямую преобразован в этанол в процессе одновременной сахарификации и ферментации, что открывает возможности для переработки богатых инулином сельскохозяйственных культур в этанол в качестве топлива.
Биохимия
Инулины – это полимеры, состоящие главным образом из фруктозных звеньев (фруктанов) и обычно содержащие концевую глюкозу. Фруктозные звенья в инулинах соединены β(2→1)-гликозидной связью. Молекула почти исключительно линейная, с разветвлением лишь в несколько процентов. В целом, растительные инулины содержат от 2 до 70 звеньев фруктозы, но молекулы, содержащие менее 10 звеньев, называются фруктоолигосахаридами, при этом простейшим является 1-кестоза, состоящая из двух звеньев фруктозы и одного звена глюкозы. Бактериальный инулин более сильно разветвлен (более 15% разветвления) и содержит десятки или сотни подединиц. Определение скорости клубочковой фильтрации (СКФ) с помощью инулина или синистрина по-прежнему считается «золотым стандартом». Однако в настоящее время он в значительной степени заменен другими, более простыми методами, являющимися приближениями СКФ. Эти методы, включающие измерение клиренса таких субстратов, как ЭДТА, иогексол, цистатин С, 125I-йоталамат (радиойоталамат натрия), радиоизотоп хрома 51Cr (хелатированный ЭДТА) и креатинин, подтвердили свою эффективность в крупных когортах пациентов с хронической болезнью почек. Для инулина и креатинина расчеты включают концентрации в моче и сыворотке крови. Однако, в отличие от креатинина, инулин не образуется в организме естественным путем. Это является преимуществом инулина (поскольку количество вводимого вещества известно) и недостатком (поскольку требуется инфузия).
Метаболизм in vivo
Инулин не переваривается ферментами птиалин и амилазой, которые предназначены для расщепления крахмала. В результате, он проходит через большую часть пищеварительной системы практически неизменным. Только в толстой кишке бактерии метаболизируют инулин, высвобождая значительное количество углекислого газа, водорода и/или метана. Продукты, содержащие инулин, могут вызывать повышенное газообразование, особенно у людей, не привыкших к его употреблению, поэтому начинать их прием следует умеренно. Инулин является растворимой клетчаткой, одним из трех типов пищевых волокон, включающих растворимую, нерастворимую клетчатку и устойчивый крахмал. Растворимая клетчатка растворяется в воде, образуя гелеобразную субстанцию. Некоторые виды растворимой клетчатки могут способствовать снижению уровня холестерина и глюкозы в крови. Поскольку нормальное пищеварение не расщепляет инулин до моносахаридов, он не вызывает повышения уровня сахара в крови и, следовательно, может быть полезен в контроле диабета. Инулин также стимулирует рост бактерий в кишечнике. Многие продукты, естественно богатые инулином или фруктоолигосахаридами, такие как цикорий, чеснок и лук-порей, на протяжении веков считались "средствами для поддержания здоровья". По состоянию на 2013 год, ни один регулирующий орган не разрешил использование заявлений о пользе для здоровья при рекламе пребиотиков как класса. Эффекты инулина на здоровье изучались в небольших клинических исследованиях, которые показали, что он может вызывать нежелательные явления со стороны желудочно-кишечного тракта, такие как вздутие живота и метеоризм, не влияет на уровень триглицеридов или развитие жировой болезни печени, может помочь предотвратить диарею путешественников и может способствовать увеличению всасывания кальция у подростков.