ПОЛУЖИДКИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКТ, СОДЕРЖАЩИЙ ВОЛОКНА БЕТА-ГЛЮКАНОВ И ГУАРОВУЮ СМОЛУ, И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА
SEMI-LIQUID FOOD PRODUCT CONTAINING BETA-GLUCAN FIBRES AND GUAR GUM AND SUCH PRODUCT APPLICATION AS A FUNCTIONAL FOOD PRODUCT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к новым пищевым продуктам, содержащим пищевые волокна (гуаровую смолу и волокна β-глюкана), предназначенным для снижения инсулинемического ответа на прием пищи.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обычная пища, содержащая белки, липиды и углеводы, приводит к быстрому повышению содержания глюкозы в крови (гликемии) в результате всасывания углеводов.
Глюкоза и жирные кислоты (ЖК) являются двумя основными источниками энергии в организме, и их использование взаимосвязано. Соответствующий уровень их использования определяет инсулин. При отсутствии инсулина, т.е. через длительное время после приема пищи, инсулинозависимые ткани (мышцы, жировая ткань) используют глюкозу лишь в очень малой степени, липолиз и циркуляция жирных кислот повышаются. Интенсивность окисления ЖК определяется их концентрацией в крови, т.е. подчиняется закону действующих масс (Zurlo F., Lillioja S., Esposito-Del Puente A., Nyomba B.L, Raz I., Saad M.F., Swinburn B.A., Lissner L, Heitmann B.L.Dietary fat and obesity: evidence from epidemiology. Eur. J. Clin. Nutr., 1995; 49: 79-90). Интенсивность окисления глюкозы подчинялась бы тому же закону, если бы не было инсулина. Таким образом, равновесие между окислением глюкозы и окислением липидов осуществляется на основе простой конкуренции субстратов, но с учетом того, что инсулин отдает приоритет использованию глюкозы, которая стимулирует его секрецию (Kelley D.E., Mokan M., Simoneau J.A., Mandarino L.J. Interaction between glucose and free fatty acid metabolism in human skeletal muscle. The Journal of clinical investigation 1993; 92: 91-8).
Постпрандиальная ситуация (первые два часа после приема пищи) сочетает повышенное содержание глюкозы в крови (гипергликемию) с повышенным содержанием инсулина в крови (гиперинсулинемией), которые она провоцирует. Последствием этого гормонального изменения является стимуляция использования глюкозы чувствительными к инсулину тканями, главным образом путем увеличения переноса глюкозы в клетки. В то же время повышение концентрации в крови инсулина соответствует понижению концентрации в крови циркулирующих ЖК. В действительности, инсулин ингибирует мобилизацию накопленных липидов и способствует их накоплению в жировых тканях (Sadur C.N., Eckel R.H. Insulin stimulation of adipose tissue lipoprotein lipase. Use of the euglycemic clamp technique. The Journal of clinical investigation 1982; 69: 1119-25; Stralfors P., Bjorgell P., Belfrage P. Hormonal regulation of hormone-sensitive lipase in intact adipocytes: identification of phosphorylated sites and effects on the phosphorylation by lipolytic hormones and insulin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 1984; 3317-21).
Так, сразу после приема пищи окисление глюкозы и накопление ЖК в форме триглицеридов (ТГ) в жировых тканях осуществляются тем интенсивнее, чем выше секреция инсулина. Секреция инсулина зависит от количества и качества простых углеводов (например, фруктозы и глюкозы), а также от скорости всасывания потребленных углеводов (углеводов, называемых «медленными» или «быстрыми»). Затем содержании глюкозы в крови (гликемия) и содержание инсулина в крови (инсулинемия) постепенно снижаются (сначала - синтез липидов), затем понемногу усиливается торможение мобилизации накопленных липидов. К этим эндогенным ЖК добавляются ЖК, поглощенные во время приема пищи, и, в таком случае, окисление первых и вторых сберегает глюкозу, в большей или меньшей степени задерживая неожиданное появление гипогликемического «сигнала голода». Циркулирующие ЖК еще в начале приема пищи накапливаются на случай будущего эпизода гипергликемии и затем мобилизуются в случае необходимости, когда это снова позволит инсулинемия (Gomez F., Jequier E., Chabot V., Buber V., Felber J.P. Carbohydrate and lipid oxidation in normal human subjects: ins influence on glucose tolerance and insulin response to glucose. Metabolism: clinical and experimental 1972; 21: 381-91).
В результате существующих пищевых привычек поступающее количество энергии превышает ежедневные энергетические затраты. Этот избыток энергии накапливается в организме благодаря повышенной секреции инсулина.
Как это предотвратить? Для начала необходимо ограничить потребление энергии сверх ежедневных энергетических затрат. Одним из средств является уменьшение содержания липидов в пище, а также снижение секреции инсулина путем изменения поступления углеводов таким образом, чтобы они меньше стимулировали секрецию инсулина. Эти два этих средства позволяют снизить количество поглощенной энергии, а также улучшить ее преобразование в организме с помощью инсулина.
Задачей авторов настоящего изобретения является определение ингредиентов, способных снизить инсулинемический ответ на прием пищи у людей, в частности, у здоровых людей с нормальным или избыточным весом (20<ИМТ<30) (ИМТ - Индекс Массы Тела), при незначительном повышении гликемического ответа.
Было проведено множество исследований, посвященных воздействию растворимых пищевых волокон. В частности, можно назвать исследования Spiller et al., в которых описывается гиполипидемический эффект волокон гуаровой смолы или β-глюкана (Guar gum and plasma cholesterol. Effect of guar gum and an oat fibre source on plasma lipoproteins and cholesterol in hypercholesterolemic adults G.A. Spiller, J.W. Farquhar, J.E. Gates and S.F. Nichols Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 1991; 11; 120-), исследование Begin et al., описывающее влияние растворимых пищевых волокон (гуаровой смолы, карбоксиметилцеллюлозы, слизи горчицы или β-глюкана овса) на гликемию и инсулинемию (Effect of dietary fibers on glycemia and insulinemia and on gastrointestinal function in rats, Begin F., Vachon C., Jones J.D., Wood P.J., Savoie L., Can J Physiol Pharmacol. 1989 Oct.; 67(10): 1265-71) или исследование Vachon et al., в котором установлено, что растворимые пищевые волокна (карбоксиметилцеллюлоза, гуаровая смола, β-глюкан овса или слизь горчицы) оказывают положительное воздействие на постпрандиальную инсулинемию, но мало влияют на гликемию (Concentration effect of soluble dietary fibers on postprandial glucise and insulin in the rat, Vachon C., Jones J.D., Wood P.J., Savoie L., Can J Physiol Pharmacol. 1988 Okt; 66(6): 801-6). Заявка на патент US 2004/0096479 описывает пищевую добавку, содержащую значительное количество волокон, причем эти волокна включают в себя, по меньшей мере, смесь трех видов волокон: гуаровой смолы, овса и подорожника.
После приема пищи инсулинемический и гликемический ответы можно измерять и наблюдать в течение некоторого времени с помощью регулярного взятия крови (ср. фиг.1).
После приема пищи гликемический профиль с течением времени показывает пик, за которым через два часа следует возвращение к базовому значению. Инсулинемический профиль параллелен гликемическому. Пик и площадь под кривой (ППК) являются двумя показателями постпрандиальных гликемического и инсулинемического профилей.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является определение новых пищевых продуктов, уменьшающих пик и площадь под кривой инсулинемии, сохраняя при этом нормальный гликемический профиль.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что соединение гуаровой смолы с волокнами β-глюкана позволяет за счет синергетического эффекта снизить инсулинемический ответ, сохраняя при этом нормальный гликемический профиль.
Таким образом, настоящее изобретение относится к пищевому продукту, содержащему от 2,5 до 16 г гуаровой смолы и от 2,8 до 11,3 г волокон β-глюкана на порцию пищевого продукта. В пищевом продукте в соответствии с настоящим изобретением массовое соотношение гуаровая смола: волокна β-глюкана составляет от 2:1 до 4:1, предпочтительно указанное соотношение составляет 2:1.
Содержание гуаровой смолы в пищевом продукте в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно составляет от 8 до 16 г, более предпочтительно от 8 до 12 г, еще более предпочтительно 8 г, а содержание волокон β-глюкана составляет от 3 до 4 г, предпочтительно 3 г на порцию пищевого продукта.
В соответствии с настоящим изобретением масса порции пищевого продукта составляет от 125 до 250 г, предпочтительно от 150 до 250 г, более предпочтительно 150 г.
Гуаровую смолу получают из эндосперма зерна гуарового дерева, Cyamopsis tetragonolobus, также называемого «Indian cluster bean».
Она содержит приблизительно 83% галактоманнанов с высокой молекулярной массой, растворимых в воде волокон с очень высокой вязкостью. Это делает ее хорошим пищевым загустителем или стабилизатором. В современной пищевой промышленности ее применяют только в этом качестве.
Гуаровая смола может быть частично гидролизованной ферментным способом, что снижает ее вязкость и влияет на ее свойства. Степень вязкости пропорциональна содержанию галактоманнанов в молекуле.
В соответствии с настоящим изобретением гуаровая смола является частично гидролизованной. Молекулярная масса гуаровой смолы предпочтительно составляет от 10 до 300 кДа, более предпочтительно от 10 до 100 кДа, еще более предпочтительно от 10 до 30 кДа, наиболее предпочтительно 20 кДа.
Гуаровую смолу диспергируют в пищевом продукте в соответствии с настоящим изобретением, ее можно вводить, например, в виде сиропа.
β-глюканы представляют собой полисахариды, которые извлекают из клеточной стенки зеленых растений, злаковых культур (овса и ячменя) и некоторых водорослей и грибов (маитаке и шиитаке). Главным образом они состоят из молекул глюкозы или их производных, связанных между собой β-связями (β1-3 или β1-4 и/или β1-6).
Это растворимое и вязкое волокно, вязкость которого зависит от молекулярной массы и введенной дозы.
Источником волокон β-глюкана наиболее часто является экстракт овса или ячменя, обогащенный указанными волокнами. Однако следует заметить, что мука или отруби ячменя или овса имеют очень низкое содержание волокон β-глюкана (приблизительно 3 мас.% (м/м - масса/масса) только в отрубях овса, от 0,1 до 4 мас.% (м/м) в овсяной муке), вследствие чего их применение в качестве источника волокон β-глюкана представляется маловероятным, с другой стороны, коммерчески доступны очищенные экстракты волокон β-глюкана. В частности, компания Cargill предлагает очищенный экстракт β-глюкана ячменя, содержащий более 70% β-глюкана (под коммерческим названием Barliv™).
Волокна β-глюкана овса, имеющие более высокую молекулярную массу, более предпочтительны, чем волокна β-глюкана ячменя. В то же время, хотя можно применять зерна ячменя в любой форме, предпочтительно применяют цельные зерна, богатые амилозой (такой экстракт выпускает в продажу компания Cargill под коммерческим названием Barliv™).
Пищевой продукт в соответствии с настоящим изобретением является полужидким и может содержать твердые ингредиенты, такие как хрустящие хлопья, богатые волокнами β-глюкана овса.
В соответствии с настоящим изобретением полужидкий пищевой продукт имеет активность воды (AW) более 0,90 (активность воды представляет собой отношение давления водяного пара над продуктом к давлению водяного пара над чистой водой при той же температуре).
Гуаровую смолу вводят в продукт в виде сиропа на основе воды и порошка гуаровой смолы или в виде продуктов из плодов на основе воды, плодов, сахара, стабилизаторов и порошка гуаровой смолы.
Волокна β-глюкана можно либо диспергировать в пищевом продукте в соответствии с настоящим изобретением либо вводить в пищевой продукт в твердой форме:
- волокна β-глюкана (в частности, извлеченные из овса и содержащие незначительное количество β-глюкана) можно вводить в виде хрустящих хлопьев, содержащихся в отдельной части упаковки, например, расположенной над стаканчиком йогурта, и смешивать с полужидким продуктом непосредственно перед употреблением;
- волокна β-глюкана (в частности, извлеченные из ячменя и обогащенные β-глюканом, таким как Barliv™) можно вводить способом в соответствии с настоящим изобретением, описание которого будет приведено ниже.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения волокна β-глюкана диспергируют в пищевом продукте.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения волокна β-глюкана вводят в пищевой продукт следующим способом:
a) приготовление термически обработанного полужидкого водосодержащего раствора, содержащего волокна β-глюкана и, по меньшей мере, частично гидролизованную гуаровую смолу;
b) введение этого термически обработанного раствора в пищевой продукт.
Под «термической обработкой» следует понимать «термическую обработку для устранения микробиологических загрязнений». Эта обработка может представлять собой пастеризацию, стерилизацию или любой другой способ термической обработки.
Под «полужидким» следует понимать раствор, вязкость которого (измеренная при температуре 10°C) составляет менее 10000 мПа·с.
Помимо значительной структурирующей способности волокна β-глюкана обладают значительной желирующей способностью. Однако авторы изобретения доказали, что можно приготовить термически обработанный полужидкий водосодержащий раствор, содержащий значительное количество волокон β-глюкана, с помощью применения гуаровой смолы, по меньшей мере, частично гидролизованной, в сочетании с применением способа медленного охлаждения при сдвиге.
В соответствии с указанным вариантом осуществления, молекулярная масса, по меньшей мере, частично гидролизованной гуаровой смолы предпочтительно составляет от 10 до 100 кДа, более предпочтительно от 10 до 50 кДа, еще более предпочтительно от 10 до 30 кДа. Наиболее предпочтительно молекулярная масса, по меньшей мере, частично гидролизованной гуаровой смолы составляет приблизительно 20 кДа. По меньшей мере, частично гидролизованную гуаровую смолу предпочтительно получают путем ферментного гидролиза гуаровой смолы.
Минимальное содержание, по меньшей мере, частично гидролизованной гуаровой смолы в качестве вещества, понижающего вязкость, в водосодержащем растворе в соответствии с настоящим изобретением варьируется от 5 до 30 масс.% от общей массы раствора.
Содержание вещества, понижающего вязкость, зависит, с одной стороны, от содержания волокон β-глюкана и, с другой стороны, от кинетики скорости охлаждения при осуществлении способа получения.
Чем выше содержание в растворе β-глюкана, тем больше требуется вещества, понижающего вязкость (по меньшей мере, частично гидролизованной гуаровой смолы). Также, чем медленнее кинетика охлаждения при осуществлении способа получения, тем меньше требуется вещества, понижающего вязкость (по меньшей мере, частично гидролизованной гуаровой смолы).
Способ определения минимального содержания добавляемого вещества, понижающего вязкость, будет описан в примере 2.
Способ приготовления термически обработанного водосодержащего раствора в соответствии с настоящим изобретением включает в себя этап медленного охлаждения при сдвиге термически обработанной дисперсии, содержащей:
- воду;
- по меньшей мере, частично гидролизованную гуаровую смолу, и
- волокна β-глюкана,
до температуры, составляющей от 4 до 30°С.
В частности способ включает в себя следующие последовательные этапы:
a. Диспергирование, по меньшей мере, частично гидролизованной гуаровой смолы и волокон β-глюкана в воде;
b. Нагрев дисперсии, полученной на предыдущем этапе, до температуры выдерживания и выдерживание дисперсии при указанной температуре выдержки;
c. Медленное охлаждение при сдвиге дисперсии, полученной на этапе b, до температуры, составляющей от 4 до 30°C.
Авторы изобретения установили, что помимо добавления вещества, понижающего вязкость, этап медленного охлаждения при сдвиге является необходимым для введения волокон β-глюкана в водосодержащий раствор, исключая, как слишком сильное повышение вязкости, так и схватывание (желирование). В действительности, установлено, что при резком охлаждении происходит желирование полученного раствора. Это также наблюдается при статическом охлаждении (т.е. без сдвига).
Дисперсии, имеющие вязкость более 10000 мПа·с, создают значительные трудности при перекачивании. В соответствии с настоящим изобретением полужидкая дисперсия представляет собой дисперсию, имеющую вязкость (измеренную при 10°C) менее 10000 мПа·с.
Охлаждение предпочтительно осуществляют с максимальной скоростью, составляющей 2°C/мин.
При фиксированном содержании вещества, понижающего вязкость (по меньшей мере, частично гидролизованной гуаровой смолы), более медленная кинетика охлаждения позволяет ввести больше волокон β-глюкана.
В экономическом отношении трудно представить себе охлаждение, продолжающееся более одного дня. Таким образом, предпочтительно охлаждение осуществляют со скоростью от 0,15 до 1°C/мин.
-1
-1
-1
При охлаждении скорость сдвига обычно составляет от 10 до 800 с, предпочтительно от 50 до 500 с, более предпочтительно от 50 до 300 с. Казалось бы, скорость сдвига не оказывает заметного воздействия на вязкость и схватывание полученного полужидкого водосодержащего раствора. Однако сдвиг при охлаждении является абсолютно необходимым.
Условия термической обработки соответствуют обычно применяемым в пищевой промышленности. Так, температура выдерживания предпочтительно составляет от 80 до 95°C. Продолжительность выдерживания предпочтительно варьируется от 2 до 20 минут.
Способ может включать в себя после этапа a) и перед этапом b) этап добавления в полученную дисперсию концентрата сока плодов, концентрированного плодового пюре, кусочков плодов и/или сахара.
На этапе c) водосодержащий раствор охлаждают до температуры применения или выдерживания/хранения. В пищевой промышленности обычная температура хранения составляет 10°C.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения волокна β-глюкана присутствуют в пищевом продукте в твердой форме. В частности, волокна β-глюкана присутствуют в виде зерновых хлопьев.
Обычно эти продукты содержатся в упаковке, состоящей из двух частей, причем одна часть содержит пищевой продукт, а другая часть содержит хлопья, содержащие волокна β-глюкана, предназначенные для добавления в пищевой продукт перед употреблением.
В соответствии с настоящим изобретением пищевой продукт предпочтительно является полужидким пищевым продуктом, выбираемым из группы, состоящей из продуктов на основе сои, на основе плодов и/или овощей, начинок для зерновых продуктов и молочных продуктов. В частности, пищевой продукт выбирают из группы, состоящей из молочных продуктов.
В частности молочные продукты являются ферментированными молочными продуктами.
Под «ферментированными молочными продуктами», в частност, подразумевают ферментированные молочные продукты, готовые к потреблению человеком, т.е. ферментированные молочные продукты питания. В настоящей заявке под этим термином, в частности, подразумеваются ферментированные молочные изделия и йогурты. В качестве альтернативы ферментированные молочные продукты питания могут являться творогами или «petits-suisses» (мягкими творожными сырками).
Термины «ферментированное молоко» и «йогурты» имеют обычные для молочной промышленности значения, т.е. продукты, предназначенные для потребления человеком и полученные посредством молочнокислого ферментирования молочного субстрата. Эти продукты могут содержать вторичные ингредиенты, такие как плоды, овощи, сахар и т.д. Можно, например, обратиться к Постановлению Французской республики №88-1203 от 30 декабря 1988, опубликованному в Официальном Журнале Французской республики 31 декабря 1988, о ферментированном молоке и йогурте.
Также можно обратиться к «Кодекс Алиментариус» (подготовленный Комиссией Кодекс Алиментариус и опубликованный Информационным Отделом Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), доступный в режиме онлайн по адресу http://www.codexalimentarius.net: в частности, том №12 Кодекс Алиментариус «Стандарт кодекса на молоко и молочные продукты» и стандарт «CODEX STAN A-1 1(a)-1975»).
Под термином «ферментированное молоко» в контексте настоящей заявки подразумевается молочный продукт, приготовленный из молочного субстрата, подвергшегося обработке, по меньшей мере, эквивалентной пастеризации, засеянный культурами микроорганизмов, принадлежащих к виду или видам, характерным для каждого продукта. «Ферментированное молоко» не подвергалось никакой обработке, позволяющей изъять составной элемент применяемого молочного субстрата, и в особенности, не подвергалось обезвоживанию коагулята. Коагуляция «ферментированного молока» не должна осуществляться никакими другими средствами, кроме тех, которые происходят от активности применяемых микроорганизмов.
Что касается термина «йогурт», он относится к ферментированному молоку, полученному в соответствии с локальными и постоянными обычаями, путем развития особых термофильных молочных бактерий, а именно Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus, которые должны содержаться живыми в готовом продукте в количестве, по меньшей мере, 10 миллионов бактерий на один грамм по отношению к молочной части.
В некоторых странах законодательство разрешает добавление других молочных бактерий при производстве йогурта, и в особенности дополнительное применение штаммов Bifidobacterium и/или Lactobacillus acidophilus и/или Lactobacillus case.
Эти дополнительные молочные штаммы предназначены для придания готовому продукту различных свойств, таких как содействие равновесию кишечной флоры или модулирование иммунной системы.
На практике термин «ферментированное молоко» обычно употребляется для обозначения ферментированных молочных изделий, отличных от йогурта, и ферментированное молоко может в зависимости от страны называться, например, «кефир», «кумыс», «Lassi», «Dahi», «Leben», «Filmjolk», «Villi», «ацидофилин».
Количество свободной молочной кислоты, содержащейся в ферментированном молочном субстрате, при продаже потребителю не должно составлять меньше 0,6 г на 100 г, а содержание белков по отношению к молочной части не должно быть меньше, чем в нормальном молоке.
Под термином «творог» или «мягкий творожный сырок» («petit-suisse») в контексте настоящей заявки подразумевается невыдержанный, несоленый сыр, подвергавшийся ферментации только молочными бактериями (никакой другой ферментации, кроме молочной).
Содержание сухого вещества в творогах может быть снижено до 15 или 10 г на 100 г творога в соответствии с содержанием жиров, которое составляет или на 25% больше 20 г, или всего 20 г на 100 г творога после полного обезвоживания. Содержание сухого вещества в твороге составляет от 13 до 20%. Содержание же сухого вещества в мягком творожном сырке не ниже 23 г на 100 г продукта. Обычно оно составляет от 25 до 30%. Твороги и мягкие творожные сырки обычно входят в группу продуктов под названием «свежие сыры», обычно применяемым в области техники, к которой относится настоящее изобретение.
Настоящее изобретение также относится к применению пищевого продукта в соответствии с настоящим изобретением в качестве функционального продукта питания.
Функциональный продукт питания представляет собой обычный продукт питания или имеет вид такого продукта, который составляет часть обычного питания и имеет свойства, позволяющие оказывать благотворное физиологическое воздействие, превосходящее его обычные питательные функции, или снижать риск возникновения хронических заболеваний.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения функциональный продукт питания предназначен для профилактики диабета, ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний и профилактики и/или лечения избыточного веса.
В действительности, было установлено, что указанный функциональный продукт питания позволяет снизить постпрандиальную инсулинемию, при этом сохраняя нормальный гликемический профиль. Таким образом, этот функциональный продукт питания может применяться для замедления всасывания глюкозы тканями, не вызывая, тем не менее, гипергликемию, вредную для организма.
Таким образом, функциональный продукт питания может применяться для профилактики диабета 2 типа. В действительности, диабет 2 типа является патологией, которая появляется в течение жизни и которую вызывает, помимо прочего, избыточное питание, а также потребление низкокачественных пищевых продуктов. Связанным с ним физиологическим изменением, которое предшествует заболеванию, является повышение интолерантности к глюкозе, которая характеризуется нарушением равновесия между циркулирующей глюкозой и секрецией инсулина. Другими словами, для поддержания того же количества глюкозы в крови человек, интолерантный к глюкозе, должен секретировать большее количество инсулина. Это явление усиливается в процессе развития патологии и приводит к состоянию, когда количество секретируемого инсулина становится чрезмерным, но уже не является достаточным для восстановления нормального уровня гликемии, т.е. базовой гликемии.
Это приводит к возникновению двух опасных явлений:
1) повышенная концентрация глюкозы в крови вызывает «отравление» организма, которое выражается в макро- и микроваскулярных осложнениях;
2) истощение поджелудочной железы, которая поддерживает гипергликемию, не секретируя достаточное количество инсулина.
Таким образом, функциональный продукт питания, позволяющий лучше регулировать количество секретируемого инсулина в зависимости от постпрандиальной гликемии, может помочь профилактике диабета.
Функциональный продукт питания может также применяться для профилактики ожирения и избыточного веса благодаря улучшению распределенииия энергетических резервов с течением времени.
В действительности повышенная секреция инсулина на каждой постпрандиальной фазе, т.е. в течение почти всей фазы бодрствования пациента, способствует использованию глюкозы в качестве энергетического субстрата в ущерб жирным кислотам. Жирные кислоты, не использованные в качестве энергетических субстратов, увеличивают жировые резервы человека, и, таким образом, могут способствовать избыточному весу и, в дальнейшем, развитию ожирения путем накопления значительной массы в патологической стадии.
Так, функциональный продукт питания, уменьшающий секрецию инсулина, позволяет лучше использовать жирные кислоты и, таким образом, лучше регулировать отдаленное накопление жировой массы, что улучшает профилактику избыточного веса и ожирения.
Функциональный продукт питания может применяться также для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, благодаря улучшению контроля постпрандиальных инсулинемии и гликемии.
В действительности, частые эпизоды гиперинсулинемии и гипергликемии, так же, как и низкая чувствительность к инсулину, являются факторами риска сердечнососудистых заболеваний. Чрезмерная секреция инсулина связана, помимо прочего, с повышением печеночной секреции C-реактивного белка (СРБ), являющегося показателем воспалительного процесса, обычно применяемым в качестве маркера атеротромбоза, приводящего к сердечным осложнениям. К тому же, снижение частоты эпизодов гиперинсулинемии и гипергликемии позволяет также снизить содержание ЛПНП-холестерина и общего холестерина, и улучшить соотношение ЛПНП/ЛПВП-холестерина. А ведь повышение содержания, как общего, так и ЛПНП-холестерина, является предшественником сердечных осложнений.
Таким образом, функциональный продукт питания, ограничивающий эпизоды гиперинсулинемии, полезен для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний.
Наконец, настоящее изобретение также относится к применению соединения гуаровой смолы и волокон β-глюкана для изготовления функционального продукта питания, предназначенного для профилактики диабета, ожирения, сердечнососудистых заболеваний и для профилактики или лечения избыточного веса.
В функциональном продукте питания массовое соотношение гуаровая смола: волокна β-глюкана составляет от 2:1 до 4:1. В частности, функциональный продукт питания содержит от 2 до 13 масс.% гуаровой смолы и от 2 до 9 масс.% волокон β-глюкана от общей массы функционального продукта питания. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения функциональный продукт питания является молочным продуктом.
Ниже с помощью прилагаемых графических материалов будут приведены примеры, иллюстрирующие настоящее изобретение.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг.1 представлено изменение постпрандиальных гликемии и инсулинемии в зависимости от времени.
На фиг.2 представлено изменение постпрандиальной инсулинемии (pM) в зависимости от времени (мин) для разных тестируемых продуктов (ср. пример 1).
На фиг.3 представлено изменение постпрандиальной гликемии (mM) в зависимости от времени (мин) для разных тестируемых продуктов (ср. пример 1).
На фиг.4 представлено определение минимального содержания частично гидролизованной гуаровой смолы (PHGG) по отношению к содержанию β-глюкана (мас.%) для кинетики охлаждения.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Влияние молочного продукта, содержащего гуаровую смолу и волокна β-глюкана, на постпрандиальную инсулинемию здоровых людей
Задачей настоящего исследования является определение влияния тестируемого охлажденного молочного продукта (ОМП), составляющего часть завтрака, на постпрандиальную инсулинемию здоровых людей. Это влияние сравнивали с влиянием контрольного завтрака.
Материал и способы
1. Лица, принимающие участие в исследовании
Для проведения этого исследования привлекли 12 человек, здоровых, некурящих, в возрасте от 18 до 45 лет. Для обеспечения достаточного количества испытуемых для этого исследования дополнительно привлекли 12 человек, что позволяло заменить любого испытуемого, преждевременно исключенного из исследования.
→ Критерии включения
1. Мужчины и женщины в возрасте от 18 до 45 лет.
2. Некурящие.
2
3. Стабильный вес: значения ИМТ от 19 до 25 кг/м.
4. Здоровые люди, имеющие:
- нормальную толерантность к глюкозе;
- нормальный профиль крови для нескольких маркеров метаболического здоровья (полный клинический анализ крови, гамма-ГТ, ACT, АЛТ, глюкоза, ТАГ, общий холестерин, ЛПВП-холестерин, ЛПНП-холестерин);
- нормальное систолическое давление крови (от 100 до 150 мм рт.ст.);
- нормальное диастолическое давление крови (от 60 до 90 мм рт.ст.);
- нормальный сердечный ритм в состоянии покоя (от 50 до 90 ударов в минуту через 3 минуты покоя).
5. Стабильные пищевые привычки; нормальный уровень питания; отсутствие в анамнезе пищевых расстройств или строгой диеты.
6. Умеренная физическая активность.
7. Способность воздерживаться от пищи в течение, по меньшей мере, 10 часов ночью перед каждым сеансом испытания.
8. Способность воздерживаться от употребления бобовых и алкоголя в день перед каждым сеансом испытания.
9. Способность осуществить 2 испытательных сеанса в неделю.
10. Наличие социальной или другой страховки.
11. Справка о том, что человек не проходит лечения от анорексии, потери веса или любого лечения, которое может быть связано с метаболизмом или диетическими привычками.
12. Письменное согласие человека на участие в исследовании.
2. Тестируемые пищевые продукты
Тестовые завтраки включали в себя белый хлеб, охлажденный молочный продукт (ОМП) и минеральную воду. В каждом из завтраков отличающимся элементом являлся только ОМП, поскольку он содержал добавленные активные ингредиенты. Этими ингредиентами являлись гуаровая смола и β-глюканы овса.
Гуаровую смолу вводили в ОМП в виде сиропа, β-глюканы вводили в виде «хрустящих хлопьев», содержащихся в «верхнем стаканчике», смешивая с ОМП в момент употребления. Физическая форма введения β-глюкана в продукт не влияет на его воздействие.
Тестовые ОМП, содержащие активные ингредиенты и рекомендованные коктейли, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Содержание активных ингредиентов в разных тестируемых молочных продуктах
Активный ингредиент тестового ОМП
β-глюкан овса (г)
Гуаровая смола (г)
Контрольный завтрак
0
0
1 - только β-глюкан
3,6
0
2 - β-глюкан + гуаровая смола
3,6
8,1
3 - только гуаровая смола
0
8,1
Каждый из ОМП (контрольный или тестовый) употребляли с белым хлебом и минеральной водой. Каждый из завтраков вносил постоянное количество свободных углеводов, составляющее 50 г, постоянный объем воды, составляющий 250 мл, и постоянное количество ОМП, составляющее 150 г. Свободные углеводы поступали, как с ОМП, так и с хлебом. Таким образом, состав питательных макроэлементов ОМП и хлеба позволяет определить количество хлеба для потребления с ОМП для внесения 50 г углеводов.
Таблица 2
Состав питательных макроэлементов в 100 г тестируемого продукта
Состав
Тестируемые продукты
Контрольный
β-глюкан
β-глюкан + гуаровая смола
Гуаровая смола
Влага (г)
88,1
76,5
70,9
81,1
Белки (г)
4,2
6,0
5,15
4,12
Жиры (г)
0,1
1,3
1,06
0,12
Общий сахар (г)
4,6
5,6
5,51
5,69
Общий крахмал (г)
0
3,3
3,28
0
Общие свободные углеводы в охлажденном молочном продукте (г)
4,6
8,9
8,8
5,7
Пищевые волокна (г)
0
6,48
8,96
5,3
Белый хлеб
Потребленное количество (г)
84,7
76,7
76,7
82,6
Внесенное количество углеводов (г)
45,4
41,1
41,2
44,3
Сумма свободных углеводов в завтраке (г)
50
50
50
50
3. Введение продуктов
Каждый из 12 человек, участвующих в исследовании, в каждом случае потребил все четыре тестируемых завтрака.
Каждый из последовательных сеансов испытаний был отделен от другого, по меньшей мере, одним днем. К тому же испытуемых приглашали принять участие, по меньшей мере, в двух испытательных сеансах в неделю в течение большей части времени их участия в исследовании, но минимальное требуемое участие составляло один испытательный сеанс в неделю. Все завтраки давали испытуемым в случайном порядке в соответствии с таблицей рандомизации, составленной биостатистиками. Контрольный завтрак (обычный молочный продукт + хлеб + вода) и тестируемый завтрак (тестовый молочный продукт + хлеб + вода) подавали испытуемым порциями, содержащими по 50 граммов свободных углеводов. Каждую из порций взвешивали до и после потребления. Каждый из завтраков, тестовый или контрольный, а также воду, испытуемые употребляли в удобном для них темпе в течение максимально 12 минут. Все тестируемые завтраки испытуемые потребляли утром натощак, приблизительно в то же время, в которое обычно завтракали.
4. Способ испытания
4.1 Схема исследования и протокол испытаний
Целью этого исследования являлось изучение краткосрочных постпрандиальных воздействий контрольного продукта и 3 тестовых продуктов, потребляемых во время завтрака, на гликемию и инсулинемию в течение двух часов. Результаты, полученные для тестируемых продуктов, сравнивали с результатами, полученными для контрольного завтрака (обычный молочный продукт + хлеб + вода). Исследование являлось перекрестным и слепым.
4.2 Основные условия испытаний
Сначала в ходе сеанса отсева исследователь убеждался в том, что каждый из испытуемых здоров (медицинский осмотр) и может принимать участие в исследовании. Указанное исследование состояло в повторных измерениях гликемии и инсулинемии с помощью образца крови, взятого из пальца. Для каждого взятия образца испытуемый опускал руки в ведро с теплой водой для усиления циркуляции крови в пальцах. Через 1-1,5 минуты образец крови брали из кончика пальца (-5 минут), затем, через пять минут, брали следующий образец (0 минут).
Каждому из испытуемых, сидящих за столом, подавали тестовый или контрольный завтрак, который испытуемый должен был употребить в течение 12 минут. Для каждого из испытуемых включали хронометр в момент начала еды (О минут). Другие взятия крови осуществляли через 15, 30, 45, 60, 90 и 120 минут после начала еды. В течение 120 минут сеанса испытаний испытуемый оставался сидеть в спокойной обстановке без напряжения.
4.3 Оцениваемые параметры
→ Подсчет площадей под кривой для инсулинемии и гликемии
Для каждого испытательного сеанса, составляющего 120 минут, плазменные концентрации глюкозы из восьми взятых у испытуемого в течение сеанса образцов плазмы (2 в период, называемый базовым, и 6 в постпрандиальный период) применяли для подсчета площади под кривой (ППК) с помощью трапециевидной линейки, с базисной линией, сведенной до нуля. Под базисной линией здесь следует понимать среднюю между концентрациями глюкозы в -5 минут и в 0 минут. Любой отрицательный участок под базовой линей игнорируют. Значения ППК позволяют сравнивать комплексные воздействия тестируемых продуктов на фиксированный период времени. Значение ППК рассчитывали для каждого испытуемого и для каждого продукта. Среднее значение ППК для 12 испытуемых принимали в качестве окончательного значения ППК инсулинемии и гликемии для каждого продукта.
Образец крови собирали в пластиковую микропробирку объемом 1,5 мл, содержащую 10 международных единиц антикоагулянта, гепарина натриевой соли. Немедленно после взятия кровь смешивали с антикоагулянтом, осторожно переворачивая пробирку. Затем пробирку центрифугировали. Плазму немедленно переносили в маркированную микропробирку и выдерживали при температуре 20°C до анализа (<3 дней для плазменной глюкозы и <1 месяца для плазменного инсулина).
Дублирующие измерения плазменных концентраций глюкозы из 5 мкп образцов проводили с помощью спектрометра, осуществляя ферментативный анализ глюкозы гексокиназы/глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Все восемь образцов крови, взятых у одного испытуемого во время испытательного сеанса, анализировали в одной серии анализов. Каждую из серий анализов осуществляли со стандартными контрольными образцами и с аппаратным контролем сыворотки. Плазменные концентрации инсулина измеряли с помощью радиоиммунологического набора с закрытыми пробирками с антителами в твердой фазе.
Статистические анализы
Задачи и применяемые статистические принципы
Статистический анализ осуществляли с помощью двух взаимодополняющих подходов:
- В ответ на какие из тестируемых завтраков, по сравнению с контрольным завтраком, площадь под кривой инсулинемии значительно снижается с сохранением при этом нормальной гликемии?
Для ответа на этот вопрос применяли полный дисперсионный анализ, дополненный тестом сравнения средней величины.
- какие из тестируемых завтраков значительно снижают соотношение между инсулинемическими ответами на тестовый и на контрольный завтраки?
Для ответа на этот вопрос применяли расчет достоверности относительного ответа, полученного с помощью дисперсионного анализа.
Показатели
Показателями инсулинемического ответа являются площадь под кривой и относительное значение инсулинемии в ответ на контрольный завтрак. Ингредиент является «активным», если он значительно снижает профиль и/или ППК.
Анализ расхождений с протоколом
Анализ расхождений с протоколом (незначительных и принципиальных) осуществляли для каждого из испытуемых. Испытуемые, имеющие значительные отклонения по сравнению с протоколом, были включены в ITT-популяцию (общая выборка) и исключены из PP-популяции (популяция по протоколу) для статистического анализа. Анализ данных осуществляли на следующих популяциях:
- ITT-популяция, т.е. все испытуемые, участвующие в исследовании, рандомизированные и получившие, по меньшей мере, один из продуктов;
- PP-популяция, состоящая из испытуемых, включенных в группу ITT, не имеющих существенного расхождения с протоколом.
Из 12 взятых случайным образом испытуемых ни один не имел существенных расхождений с протоколом.
Создание матрицы данных
Сначала нормальность данных оценивали с помощью теста Шапиро.
Предварительная обработка для дисперсионного анализа.
Для каждого отдельно взятого продукта каждый испытуемый, у которого значения инсулинемии и гликемии по отношению к контрольному продукту отличаются от среднего значения по группе больше, чем на 2 стандартных отклонения, должен быть при расчете среднего из группы исключен.
Дескриптивный статистический анализ
Дескриптивные статистические анализы (среднее значение, медиана, стандартное отклонение, стандартная ошибка среднего (СОС), коэффициент вариации (кв), минимум и максимум) осуществляли для плазменных концентраций инсулина и глюкозы для каждого времени (-5, 0, 15, 30, 45, 60, 90 и 120 минут) для каждого тестируемого продукта и контрольного продукта, а также для значений инсулинемии и гликемии, относящихся к контролю для каждого тестируемого продукта.
Дисперсионный анализ и сравнение средних значений
Дисперсионные анализы проводили для того, чтобы определить, существуют ли значительные расхождения между средними значениями ППК инсулинемии и гликемии в результате приема пищи. Если произведенный эффект считали статистически значимым, проводили апостериорный тест сравнения средних значений (тест Даннетта) для определения специфических значимых различий между тестовой и контрольной едой.
Расчет доверительного интервала относительного значения
Анализ относительного инсулинового и гликемического ответов по отношению к контрольному завтраку проводили при помощи расчета доверительного интервала, полученного из дисперсионного анализа. Если доверительный интервал относительного ответа для данного завтрака исключал значение 100, это означало, что он отличается от контрольного завтрака.
Результаты
Исследование инсулинемии
→ Инсулинемический профиль и площадь под кривой (ППК)
Результаты приведены на фиг.2, представляющей изменение уровня инсулинемии (pM) в зависимости от времени (мин).
Условные обозначения:
контрольный завтрак
только гуаровая смола
только β-глюкан
β-глюкан + гуаровая смола
Инсулинемия испытуемых перед потреблением завтрака не имела значительных различий в зависимости от завтрака (p=0,55), она составляла приблизительно 21,5 pM.
Сравнение с контрольным завтраком:
- Завтрак, содержащий ОМП с гуаровой смолой и β-глюканом, имеет тенденцию к уменьшению площади под инсулинемической кривой по сравнению с контрольным завтраком;
- Завтрак, содержащий β-глюканы и гуаровую смолу, имеет тенденцию к наиболее значительному уменьшению ППК по сравнению с контрольным завтраком.
→ Инсулинемический ответ (ППК)
Результаты дисперсионного анализа площади под кривой инсулинемического ответа приведены в таблице 3.
Таблица 3
Сводная таблица ППК инсулинемии
Завтрак
Продукт, содержащий один или несколько из следующих ингредиентов:
ППК инсулинемии (pM/мин.)
Pr>|t| (даннетт)
Контрольный
ОМП без активных ингредиентов
11812
-
1
β-глюкан
12166
0,842
2
Гуаровая смола
11102
0,886
3
β-глюкан + гуаровая смола
9390
0,037
Только β-глюкан или только гуаровая смола не снижают значительно инсулинемический ответ. Сочетание двух ингредиентов в одном продукте обеспечивает уменьшение площади под кривой (-2422 pM/мин.; P<0,05), превышающее сумму воздействий двух ингредиентов, взятых отдельно (+356 и -710 pM/мин., соответственно). Таким образом, снижение инсулинемического ответа на завтрак, состоящий из ОМП и коктейля (гуаровая смола + β-глюканы), составляет приблизительно 21%, тогда как снижение инсулинемического ответа на завтрак, состоящий из ОМП, содержащего только гуаровую смолу или только β-глюкан, практически не изменяется (+3% и -6% для β-глюкана и гуаровой смолы, соответственно) по сравнению с завтраком, не содержащим активного ингредиента.
Результаты инсулинемического ответа по отношению к контрольному завтраку приведены в таблице 4.
Доверительный интервал, определенный из дисперсионного анализа.
Этот анализ позволяет показать, что относительное значение инсулинового ответа значительно меньше по сравнению с контрольным завтраком, поскольку значение 100 исключено из доверительного интервала по отношению к завтраку, содержащему β-глюканы и гуаровую смолу. Это не относится к двум завтракам, содержащим один или другой из ингредиентов, значения для которых не отличаются от контрольного завтрака.
Итак, коктейль β-глюкан + гуаровая смола значительно снижает (p<0,05) инсулинемический ответ на 21%, со значительным снижением по сравнению с двумя ингредиентами, взятыми отдельно.
Исследование гликемии
→ Гликемический профиль и площадь под кривой (ППК)
Результаты приведены на фиг.3, представляющей оценку уровня концентрации глюкозы (mM) в зависимости от времени (мин.).
Условные обозначения:
контрольный завтрак
только гуаровая смола
только β-глюкан
β-глюкан + гуаровая смола
Гликемия испытуемых перед потреблением завтрака не имела значительных различий в зависимости от завтрака (р=0,33), она составляла приблизительно 5,15 mM.
β-глюканы и гуаровая смола, по отдельности добавленные в коктейль, не снижают гликемический ответ.
Таблица 5
Сводная таблица ППК гликемии
Завтрак
Продукт, содержащий один или несколько из следующих ингредиентов:
ППК гликемии (Mm/мин)
Pr>|t| (даннетг)
Контрольный
ОМП без активных ингредиентов
101,6
-
1
β-глюкан
95,3
0,803
2
Гуаровая смола
89,4
0,630
3
β-глюкан + гуаровая смола
83,8
0,178
Коктейль β-глюкан + гуаровая смола поддерживает нормальный уровень гликемии.
Результаты гликемического ответа по отношению к контрольному завтраку приведены в таблице 6.
Таблица 6
Сводная таблица относительных гликемических ответов
Завтрак
Продукт, содержащий один или несколько из следующих ингредиентов:
Действительный гликемический ответ (%)
Предполагаемый гликемиический ответ (%)
Отрицательное ограничение
Положительное ограничение
Контрольное значение (100), включенное в интервал
Контрольный
ОМП без активных ингредиентов
100
1
β-глюкан
104,8
100,8
76,4
125,30
Да
2
Гуаровая смола
96,8
96,8
73,3
120,4
Да
3
β-глюкан + гуаровая смола
88,3
84,6
60,2
109,1
Да
100 = значение контрольного завтрака
Доверительный интервал, определенный из дисперсионного анализа.
Относительный гликемический ответ по отношению к контрольному завтраку не отличается в зависимости от тестируемого завтрака.
Итак, все завтраки равны в отношении гликемического ответа.
Синтез результатов
Таблица 7 резюмирует значимость ингредиентов, а также степень их влияния на снижение различных исследуемых критериев по сравнению с контрольным завтраком при использовании плана испытаний.
Таблица 7
Влияние гуаровой смолы и β-глюканов на инсулинемию и гликемию
Продукт, содержащий один или несколько из следующих ингредиентов:
ППК инсулинемии
Инсулинемия по сравнению с контрольной
ППК гликемии
Гликемия по сравнению с контрольной
β-глюкан
Незначительное отличие
Незначительное отличие
Незначительное отличие
Незначительное отличие
Гуаровая смола
Незначительное отличие
Незначительное отличие
Незначительное отличие
Незначительное отличие
β-глюкан + гуаровая смола
↓ - p<0,05
↓ - значительно отличается
Незначительное отличие
Незначительное отличие
Общие выводы
Введение коктейля, содержащего 3,6 г β-глюкана и 8,1 г гуаровой смолы в охлажденный молочный продукт, синергетическим образом снижает инсулинемический ответ на прием пищи, при этом сохраняя пик и следующий за ним спад постпрандиальной гликемии на нормальном уровне.
Пример 2
Определение оптимальных концентраций β-глюкана и частично гидролизованной гуаровой смолы
-1
Определенное количество частично гидролизованной гуаровой смолы (PHGG: Sunfiber R - Taiyo Kagaku - Fiderstadt, Germany) и волокон β-глюкана (Barliv™ - Cargill - Minneapolis, MN, USA) диспергировали в воде. Затем эту дисперсию нагревали до 95°C и выдерживали при этой температуре. Наконец, дисперсию медленно охлаждали (в течение 120 минут) при сдвиге (150 с) до 10°C.
Вязкость полученного раствора (измеренную с помощью реометра PHYSICA UDS 200 - Anton Paar) измеряли сразу после изготовления (Д0) и через день после изготовления (Д+1).
Затем состояние полученного раствора оценивали в Д+1. Образцом для сравнения при этой оценке являлось состояние продукта, который не подвергался сдвигу, но подвергался такой же термической обработке.
Полученные результаты приведены в таблице 8.
Таблица 8
Концентрация (мас.%)
Вязкость (мПа·с при 64 с<sup>-1</sup>)
Состояние
β-глюкан
PHGG
Д0
Д+1
3
6
1870
Не желируется
3,5
5
2750
Желируется
5
5
7520
Желируется
5
7,5
5750
Очень слабый гель
8
15
7530
Не желируется
Указанные результаты также представлены на фиг.4, на которой содержание (в мас.%) PHGG отложено по оси ординат, а содержание β-глюкана (в мас.%) отложено по оси абсцисс.
Заштрихованная зона над кривой соответствует зоне, в которой дисперсия не желируется (зона «отсутствия желирования»), тогда как зона под кривой соответствует зоне желирования (зона «желирования»).
Полученная кривая показывает минимальное содержание PHGG, необходимое по отношению к желательному содержанию β-глюкана, для кинетики охлаждения.
Минимальные содержания PHGG для других кинетик охлаждения можно легко определить путем воспроизведения примера 2 по отношению к выбранной кинетике.