ایزومالتولوز
ایزومالتولوز با فرمول شیمیایی CHO یک ترکیب شیمیایی با شناسه پاب‌کم ۸۳۶۸۶ است؛ که جرم مولی آن ۳۴۲٫۲۹۶ g/mol می‌باشد. ایزومالتولوز یک کربوهیدرات دی ساکارید است که از گلوکز و فروکتوز تشکیل شده‌است. گلوکز و فروکتوز توسط یک پیوند آلفا-۱٬۶-گلیکوزیدیک متصل می‌شوند. ایزومالتولوز در عصاره عسل و نیشکر وجود دارد. طعم آن شبیه ساکارز (قند سفره) است. ایزومالتولوز که با نام تجاری Palatinose نیز شناخته می‌شود، با بازآرایی آنزیمی (ایزومریزاسیون) ساکارز از قند چغندر تولید می‌شود. آنزیم و منبع آن در آلمان در سال ۱۹۵۰ کشف شد و از آن زمان به بعد نقش فیزیولوژیکی و خصوصیات فیزیکی آن به‌طور گسترده مورد بررسی قرار گرفت. از ایزومالتولوز به عنوان جایگزین قند در غذاها در ژاپن از سال ۱۹۸۵، در اتحادیه اروپا از سال ۲۰۰۵، در ایالات متحده از سال ۲۰۰۶ و در استرالیا و نیوزیلند از سال ۲۰۰۷ استفاده می‌شود. روش‌های تحلیلی برای توصیف و سنجش ایزومالتولوز تجاری، به عنوان مثال، در Codex of Chemical Chemicals آورده شده‌است. خواص فیزیکی آن شباهت زیادی به ساکارز دارد و استفاده از آن را در دستور العمل‌ها و فرآیندهای موجود آسان می‌کند. ایزومالتولوز مانند ساکارز می‌تواند به گلوکز و فروکتوز تجزیه شود. با این حال، در حالی که در ساکارز گلوکز به کربن فروکتوز (یک اتصال α-۱٬۲) متصل است، در ایزومالتولوز ارتباط با کربن۶ (α-۱٬۶) است، و ایزومالتولوز را یک قند کاهنده می‌کند، بر خلاف ساکارز فروکتوز موجود در ایزومالتولوز در یک ساختار حلقه ای وجود دارد که به راحتی باز می‌شود تا یک گروه کربونیل مانند کتونها و آلدئیدها را به نمایش بگذارد، و این دلیل می‌شود که ایزومالتولوز قند کاهنده باشد. در مقایسه با ساکارز و اکثر کربوهیدراتهای دیگر، ایزومالتولوز یک بستر مناسب برای باکتریهای دهان نیست. در نتیجه، تولید اسید از ایزومالتولوز در دهان برای ایجاد پوسیدگی دندان بسیار کند است.
از نظر تغذیه ای، ایزومالتولوز منبع انرژی است و همان انرژی ساکارز را تأمین می‌کند. ایزومالتولوز مانند ساکارز شیرینی غذاها را تأمین می‌کند، اما ایزومالتولوز دارای طعم شیرین ملایمتری است. در تهیه و پردازش غذا، هر دو ایزومالتولوز و ساکارز دارای ویژگی‌های مشابهی هستند که دستورالعمل‌های رایج برای شکر قابل استفاده در ایزومالتولوز نیز می‌باشد.
ایزومالتولوز مانند ساکارز و بیشتر قندها یا مالتودکسترین‌ها منبع کربوهیدرات می‌باشد، به این معنا که در روده کوچک کاملاً متابولیزه شده و وارد روده بزرگ نمی‌شود و از طریق ادرار دفع نمی‌شود. هنگامی که توسط انسان خورده می‌شود، ایزومالتولوز به‌طور کامل هضم و جذب می‌شود. هضم روده ای آن نوسط آنزیم ایزومالتاز است که در سطح حاشیه دیواره داخلی روده کوچک قرار دارد. این آنزیم در غیر این صورت در هضم پیوندهای α-۱٬۶ موجود در نشاسته نقش دارد. محصولات هضم ایزومالتولوز گلوکز و فروکتوز هستند که جذب شده و وارد جریان خون می‌شوند. گلوکز و فروکتوز پس از جذب، همان مسیرهای متابولیکی را در بدن دنبال می‌کنند که گویی از ساکاروز گرفته شده‌اند. در حالی که فروکتوز بیشتر به ذخایر گلوکز یا گلیکوژن در کبد تبدیل می‌شود، گلوکز از روده کوچک و کبد از طریق سیستم گردش خون به قسمتهای مختلف بدن توزیع می‌شود که در آنجا متابولیسم سلولی را به عنوان منبع انرژی به‌طور مستقیم یا غیر مستقیم پس از ذخیره‌سازی به عنوان گلیکوژن در بافتهای بدن، به ویژه در عضلات اسکلتی در بدن خدمت می‌کند.
به عنوان یک منبع کربوهیدرات، مقدار انرژی غذایی ایزومالتولوز با ساکارز یکسان است. برای هر دو، ۴ کیلوکالری در گرم (۱۷ کیلوژول بر گرم) است، مقداری که در برچسب گذاری مواد غذایی یا برنامه‌ریزی غذایی استفاده می‌شود.
هضم و جذب ایزومالتولوز کند است و بنابراین به تدریج به صورت گلوکز و فروکتوز در جریان خون آزاد می‌شود. پس از مصرف، هضم آنزیمی ساکارز و ایزومالتولوز در همان مجموعه آنزیمی سوکراز-ایزومالتاز که در روده کوچک واقع شده‌است، اتفاق می‌افتد. چندین مطالعه نشان می‌دهد که این مجموعه ایزومالتولوز را کندتر از ساکارز تجزیه می‌کند. حداکثر سرعت ایزومالتاز در پردازش ایزومالتولوز (Vmax) 4.5 برابر کمتر از سوکراز برای ساکارز است.
به دلیل هضم آهسته، ایزومالتولوز در روده باریک انسان بیشتر از ساکارز حرکت می‌کند، این تفاوت در اثر پاسخ‌های هورمون‌های اینکرتین ایجاد می‌شود. هورمون اینکرتین پلی پپتید انسولینوتروپیک وابسته به گلوکز (GIP) پس از مصرف ایزومالتولوز نسبت به ساکارز، از قسمت اولیه (پروگزیمال) روده کوچک به مقدار کم ترشح می‌شود، در حالی که هورمون اینکرتین گلوکاگون مشابه پپتید 1 (GLP-۱) از قسمت بعدی (دیستال) روده کوچک با ایزومالتولوز در مقادیر بیشتری نسبت به ساکارز ترشح شده‌است.
در مقایسه با ساکارز، جذب انرژی به عنوان کربوهیدرات از ایزومالتولوز طولانی است.
غلظت گلوکز و انسولین خون بعد از مصرف ایزومالتولوز کمتر از مقادیر ساکارز یا گلوکز است، همان‌طور که در پایگاه داده GI دانشگاه سیدنی ثبت شده‌است شاخص قند خون (GI) ایزومالتولوز ۳۲ می‌باشد، در مقایسه با ۶۷ برای ساکارز و ۱۰۰ برای گلوکز، ایزومالتولوز را به کربوهیدرات با شاخص گلایسمی پایین تبدیل کرده‌است (GI <55).
تأیید پاسخ گلیسمی پایین به ایزومالتولوز در مطالعات متعدد برای گروه‌های مختلف جمعیتی از جمله افراد سالم، افراد دارای اضافه وزن یا چاقی، افراد پیش دیابتی و بیماران دیابتی نوع ۱ یا نوع ۲ ارائه شده‌است. در میان این مطالعات، همه پاسخ گلوکز خون پایین‌تر را برای ایزومالتولوز نشان می‌دهد و در مواردی که آزمایش شده‌است، کاهش پاسخ انسولین خون را نیز نشان می‌دهد. نقش مهمی برای هورمون اینکرتین GLP-1 ایجاد شده‌است که در پاسخ به جذب کربوهیدرات دیستال ترشح می‌شود و افزایش غلظت گلوکز خون بعد از غذا را محدود می‌کند.
به دنبال انتشار نظر مثبت از سوی سازمان ایمنی غذایی اروپاادعایی مربوط به پاسخ گلیسمی پایین ایزومالتولوز و پتانسیل آن در کاهش پاسخ گلوکز خون به غذاها هنگام جایگزینی سایر قندها، در قانون اتحادیه اروپا به تصویب رسیده‌است.
توسط کنسرسیوم بین‌المللی کیفیت کربوهیدرات از اجماع دانشمندان متخصص تغذیه نشان داده‌است که در دراز مدت، خوردن یک رژیم غذایی دارای کربوهیدرات کهاز، غلظت بالا و نامطلوب گلوکز در خون و نیاز به انسولین پیشگیری کند باعث کاهش دیابت، بیماری‌های قلبی عروقی و احتمالاً اضافه وزن و چاقی خواهد شد. نظارت مداوم بر غلظت گلوکز خون ۲۴ ساعته در رژیم‌های غذایی حاوی ایزومالتولوز به جای ساکارز، بیانگر کاهش گلوکز خون در طول روز و در نتیجه کاهش پاسخ به گلوکز خون در وعده‌های غذایی فردی است.
یک رژیم غذایی با قند خون پایین را می‌توان با انتخاب غذاهایی با خاصیت گلیسمی کم یا کاهش یافته، به‌طور خاص با انتخاب غذاهای با GI پایین از هر گروه غذایی (میوه، سبزیجات، غلات کامل و غیره) به دست آورد. استفاده از ایزومالتولوز به جای ساکارز و سایر کربوهیدرات‌ها امکان تولید غذاهایی با GI کاهش یافته را فراهم می‌کند. چندین مطالعه شواهدی از بهبود کنترل گلوکز خون و متابولیسم لیپید در افراد دیابتی و غیر دیابتی با مصرف منظم ایزومالتولوز در مقایسه با سایر کربوهیدرات‌ها مانند ساکارز، مالتودکسترین یا گلوکز ارائه می‌دهد.
در مقایسه با سایر کربوهیدرات‌ها، مصرف ایزومالتولوز با نرخ بالاتر اکسیداسیون چربی و میزان کمتری ذخیره چربی همراه است. از نظر مکانیکی این امر غلظت گلوکز خون کمتری را شامل می‌شود، پس محرک کاهش یافته‌ای برای ترشح انسولین ایجاد می‌کند، که به نوبه خود اجازه می‌دهد اسیدهای چرب بیشتری از بافت چربی برای اکسیداسیون به عنوان منبع انرژی آزاد شود. غلظت کمتر انسولین اکسیداسیون کربوهیدرات را کاهش می‌دهد و باعث می‌شود اسیدهای چرب بیشتری اکسیده شوند. غلظت انسولین پایین نیز میزان بازیافت اسیدهای چرب آزاد کبد را از طریق تری گلیسیریدهای پلاسما کاهش می‌دهد و ذخیره تری گلیسیریدها را در بافت چربی کاهش می‌دهد. مفاهیم عملی شامل میزان بالاتر اکسیداسیون چربی پس از مصرف ایزومالتولوز نسبت به کربوهیدرات‌های بالاتر قند خون است.
=مدیریت وزن و ترکیب بدن= مطالعات اثرات اکسیداسیون چربی و سایر واکنشهای متابولیکی را هنگام جایگزینی قندها با ایزومالتولوز در وعده‌های غذایی که توسط افراد سالم یابزرگسالان دارای اضافه وزن، با عدم تحمل گلوکز یا بدون آن، در حالی که عمدتاً کم‌تحرک است، بررسی کرده‌است. این مطالعات نشان داده‌است که ایزومالتولوز در کاهش چربی، حداقل چاقی مرکزی نقش دارد. چربی‌های شکمی هنگام مصرف ایزومالتولوز به جای ساکارز (جایگزینی قند) یا به جای کالری صبحانه (تا حد زیادی جایگزینی کربوهیدرات) کاهش می‌یابد. این مسئله در صورت کم هضم شدن کربوهیدرات و جذب آهسته آن در روده کوچک تحتانی (دیستال)، به دلیل GIP پایین و پاسخ GLP-1 بیشتر اتفاق می‌افتد.
=فعالیت بدنی و تغذیه ورزشی= مطالعات دیگر مزایای بالقوه انتشار آهسته و پایدار کربوهیدرات را در حین فعالیت بدنی بررسی کرده‌اند. با استفاده از ایزومالتولوز به جای سایر کربوهیدرات‌های خورده شده، میزان بالاتری از اکسیداسیون چربی نیز در طی فعالیت‌های استقامتی رخ می‌دهد، جایی که حفظ گلیکوژن مهم است. علاوه بر این، آزمایش‌های استفاده شده از یک نوشیدنی پروتئینی ریکاوری نشان داده‌است که استفاده از ایزومالتولوز و یک مکمل غذایی (β-هیدروکسی- β-متیل بوتیرات) می‌تواند به بهبودی مقاومت ورزشی کمک کند - بنابراین باعث کاهش آسیب عضلانی و بهبود عملکرد ورزشی می‌شود.
=بیماران دیابتی نوع ۱ که فعالیت بدنی دارند= در افراد مبتلا به دیابت نوع ۱، مصرف ایزومالتولوز به جای گلوکز بصورت مصرف معمولی کربوهیدرات قبل از ورزش ، کنترل قند خون را بهبود می‌بخشد و با حفظ عملکرد بدن از قند خون محافظت می‌کند. کاهش خطر هیپوگلیسمی ناشی از ورزش تا حدی ناشی از نیاز کمتر به انسولین از طریق تزریق است (۵۰٪ کمتر).
میزان تأمین گلوکز از کربوهیدراتهای رژیم غذایی می‌تواند بر عملکرد شناختی تأثیر بگذارد، در چندین مطالعه اثرات بر خلق و خو و حافظه نشان داده شده‌است که ایزومالتولوز را با کربوهیدرات‌های اندیس گلایسمی بالاتر در وعده صبحانه مقایسه می‌کند، که نشان دهنده بهبود خلق و خو و حافظه در کودکان سالم، میانسالان و بزرگسالان است.
ایزومالتولوز «دندان دوست است». تخمیر کربوهیدرات‌ها توسط باکتری‌های موجود در دهان (به ویژه روی دندان‌ها) عامل ایجاد پلاک‌های دندانی و اسیدهای دهان است. این اسید باعث از بین بردن مواد معدنی دندان و پوسیدگی دندان می‌شود. ایزومالتولوز تا حد زیادی در برابر تخمیر باکتریهای دهان مقاومت می‌کند و همان‌طور که توسط تله متری pH نشان داده شده‌است اولین کربوهیدرات در نوع خود با تولید اسید ناچیز بر روی دندان است. شواهد قوی ادعای «دندان دوست» را توسط سازمان غذا و دارو در ایالات متحده آمریکا و مقامات اروپایی پس از نظر مثبت از سازمان ایمنی غذایی اروپا تأیید کرده‌است.
ایزومالتولوز به دلیل خواص آن در غذاها، نوشیدنی‌ها و محصولات بهداشتی استفاده می‌شود. جایی که دارای مشخصاتی مانند: شیرینی مشابه شکر با قدرت شیرین سازی ملایمتر از ساکارز و بدون پس طعم فراهم می‌کند. جذب رطوبت (رطوبت) بسیار کم است، که به دلیل کلوخه شدن کم آنها به راحتی در نوشیدنی‌ها و سایر محصولات فوری قابل استفاده است. در طی فرآوری، از جمله شرایط اسیدی و محیط‌هایی که ممکن است باکتری رشد کند، بسیار پایدار است. به عنوان مثال، در نوشیدنی‌های ورزشی، ایزوتونیک بودن (فشار اسمزی برابر با مایعات موجود در بدن) می‌تواند در طول ذخیره‌سازی در مدت زمان ماندگاری نوشیدنی حفظ شود.
ایزومالتولوز در کالاهای پخته شده، مایه‌های شیرینی پزی، غلات صبحانه، محصولات لبنی، شیرینی‌های قندی (به عنوان مثال شکلات، ژله، شیرینی جات و آدامس‌ها)، دسرهای یخ زده، آب میوه‌ها، نوشیدنی‌های مالت، نوشیدنی‌های ورزشی، نوشیدنی‌های انرژی زا، نوشیدنی‌های فوری و تغذیه ویژه و بالینی کاربرد دارد.
ایزومالتولوز در بسیاری از مناطق جهان مجاز به استفاده در غذاها و نوشیدنی‌ها است. به عنوان مثال، به‌طور کلی توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده به عنوان بی خطر (GRAS) شناخته می‌شود، توسط کمیسیون اروپا به عنوان یک غذای جدید تأیید می‌شود، و در ژاپن دارای وضعیت FOSHU (غذایی برای استفاده خاص در بهداشت) است.