Beta-glukan z owsa

Struktura powtórzeń β-glukanu owsianego

β-glukany owsa to rozpuszczalne w wodzie β-glukany pochodzące z bielma ziaren owsa, znane ze swojego udziału w diecie jako składnik rozpuszczalnego błonnika . Ze względu na swoje właściwości obniżania całkowitego cholesterolu w surowicy i cholesterolu lipoprotein o małej gęstości oraz potencjalnego zmniejszania ryzyka chorób sercowo-naczyniowych , β-glukany z owsa zostały uznane za kwalifikowane oświadczenie zdrowotne przez Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności i Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków .

Płatki owsiane używane do wytwarzania popularnych produktów z płatków owsianych

Miska płatków owsianych, powszechne źródło pokarmowe beta-glukanów

Historia

Produkty owsiane od wieków wykorzystywane są do celów leczniczych i kosmetycznych; jednak specyficzna rola β-glukanu została zbadana dopiero w XX wieku. β-glukany po raz pierwszy odkryto w porostach, a wkrótce potem w jęczmieniu. Po dołączeniu do Agriculture and Agri-Food Canada w 1969 roku, Peter J Wood odegrał kluczową rolę w wyizolowaniu i scharakteryzowaniu struktury i właściwości bioaktywnych β-glukanu z owsa. Zainteresowanie opinii publicznej β-glukanem z owsa pojawiło się po tym, jak w 1984 roku ogłoszono jego działanie obniżające poziom cholesterolu.

W 1997 roku, po dokonaniu przeglądu 33 badań klinicznych przeprowadzonych w ciągu ostatnich dziesięcioleci, FDA zatwierdziła twierdzenie, że spożywanie co najmniej 3 g β-glukanu z owsa dziennie „jako część diety o niskiej zawartości tłuszczów nasyconych i cholesterolu , może zmniejszyć ryzyko chorób serca”. Po raz pierwszy agencja zdrowia publicznego stwierdziła, że ​​interwencja dietetyczna może faktycznie pomóc w zapobieganiu chorobom. To oświadczenie zdrowotne zmobilizowało ruch dietetyczny, ponieważ lekarze i dietetycy po raz pierwszy mogli zalecić spożywanie określonej żywności do bezpośredniego zwalczania chorób.Od tego czasu spożycie owsa nadal zyskuje na znaczeniu w zapobieganiu chorobom, z zauważalnym wpływem na chorobę niedokrwienną serca i zapobieganie udarom, ale także w innych obszarach, takich jak redukcja BMI, obniżenie ciśnienia krwi i wysoce potwierdzone dowody na obniżenie poziomu cholesterolu w surowicy krwi .

Właściwości strukturalne

β-glukany zbożowe – w tym β-glukan z owsa, jęczmienia i pszenicy – ​​to liniowe polisacharydy połączone wiązaniami węglowymi 1,3 i 1,4. Większość wiązań β-glukanowych w zbożach składa się z 3 lub 4 wiązań beta-1,4-glikozydowych ( trimerów i tetramerów) połączonych ze sobą wiązaniami 1,3. W β-glukanie te trimery i tetramery są znane jako celotriozyl i celotetraozyl . Owies i jęczmień różnią się stosunkiem celotriozylu do cellotetraozylu, a jęczmień ma więcej wiązań 1-4 ze stopniem polimeryzacji wyższa niż 4. W owsie β-glukan znajduje się głównie w bielmie ziarna owsa, zwłaszcza w zewnętrznych warstwach tego bielma (wyraźna różnica w stosunku do jęczmienia, który zawiera β-glukan równomiernie w całym bielmie).

Większość płatków owsianych zawiera wagowo 3-6% β-glukanu. Owies można hodować selektywnie w oparciu o korzystne poziomy β-glukanu. Często młynarze przetwarzają tylko odmiany owsa zawierające co najmniej 4% wagowych β-glukanu. β-glukany owsiane są liniowe i połączone w miejscach węgla 1,3 i 1,4.

β-glukany owsiane mogą formować się w losową strukturę zwojów i płynąć z zachowaniem newtonowskim , aż osiągną stężenie krytyczne, w którym to momencie stają się pseudoplastyczne . Zdolność żelowania β-glukanu z owsa koreluje z procentową zawartością trimerów.

Ekstrakcja

Ekstrakcja β-glukanu z owsa może być utrudniona ze względu na tendencję do depolimeryzacji, która często występuje przy wysokim pH. Tak więc ekstrakcję β-glukanu prowadzi się zwykle przy bardziej obojętnym pH i generalnie w temperaturze 60-100 stopni Celsjusza. Zwykle β-glukan jest solubilizowany w procesie ekstrakcji z resztkową skrobią, która jest następnie usuwana przez hydrolizę z udziałem alfa-amylazy. Pozostały roztwór zwykle zawiera koekstrakty hemiceluloz i białek, które następnie można oddzielić przez selektywne wytrącanie. Poprzez mielenie na mokro, przesiewanie i ekstrakcję rozpuszczalnikiem, beta-glukany owsiane mogą osiągnąć czystość ekstrakcyjną do 95%.

Lepkość β-glukanu z owsa

W owsie β-glukan stanowi większość rozpuszczalnego błonnika; jednak β-glukany owsiane stają się nierozpuszczalne powyżej pewnego stężenia. Całkowita lepkość jest określana przez poziom rozpuszczalności, masę cząsteczkową i stosunek trimeru do tetrameru. Im niższy stosunek trimer-tetramer, tym wyższa lepkość β-glukanu w roztworze. Bardziej lepki wewnętrzny roztwór β-glukanu generalnie prowadzi do korzystnych efektów fizjologicznych – w tym wyraźniejszego efektu hipoglikemicznego i obniżenia poziomu cholesterolu oraz spadku poposiłkowego poziomu glukozy we krwi.

Efekty fizjologiczne

Jako błonnik fermentujący

Główny artykuł: Błonnik pokarmowy

W diecie β-glukany są źródłem rozpuszczalnego, ulegającego fermentacji błonnika – zwanego także błonnikiem prebiotycznym – który stanowi substrat dla mikrobiomu w jelicie grubym , zwiększając objętość kału i wytwarzając jako produkty uboczne krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe o szerokim zakresie aktywności fizjologicznej . Ta fermentacja wpływa na ekspresję wielu genów w jelicie grubym, co dodatkowo wpływa na funkcje trawienne oraz metabolizm cholesterolu i glukozy, a także na układ odpornościowy i inne funkcje systemowe.

cholesterol

W 1997 roku FDA uznała działanie β-glukanu z owsa na obniżenie poziomu cholesterolu. W Europie do Panelu EFSA NDA (Produkty Dietetyczne, Odżywianie i Alergie) złożono kilka próśb o oświadczenia zdrowotne , związanych z rolą β-glukanów w utrzymaniu prawidłowego stężenia cholesterolu we krwi oraz utrzymaniu lub osiągnięciu prawidłowej masy ciała. W lipcu 2009 r. Komitet Naukowy wydał następujące oświadczenia:

• Na podstawie dostępnych danych panel stwierdza, że ​​ustalono związek przyczynowo-skutkowy między spożywaniem beta-glukanów a „obniżeniem stężenia cholesterolu we krwi”.
• Poniższe sformułowanie odzwierciedla dowody naukowe: „Regularne spożywanie beta-glukanów przyczynia się do utrzymania prawidłowego stężenia cholesterolu we krwi”. Aby oświadczenie mogło być stosowane, żywność powinna dostarczać co najmniej 3 g/d beta-glukanów z owsa, otrębów owsianych, jęczmienia, otrębów jęczmiennych lub mieszanek nieprzetworzonych lub minimalnie przetworzonych beta-glukanów w jednej lub kilku porcjach. Populacją docelową są osoby dorosłe z prawidłowym lub nieznacznie podwyższonym stężeniem cholesterolu we krwi.

W listopadzie 2011 roku Komisja Europejska opublikowała swoją decyzję na korzyść beta-glukanów z owsa w związku z art. 14 Rozporządzenia KE w sprawie oznakowania środków spożywczych oświadczeniami żywieniowymi i zdrowotnymi pozwalającymi na określenie korzystnych dla zdrowia beta-glukanów z owsa. Zgodnie z opinią Panelu ds. Produktów Dietetycznych, Żywienia i Alergii (NDA) EFSA i rozporządzeniem (UE) nr. 1160/2011 Komisji, środki spożywcze, w których spożywa się 3 g beta-glukanu owsianego dziennie (1 g beta-glukanu owsianego na porcję) mogą zawierać następujące oświadczenie zdrowotne: „Bet-glukan owsiany obniża poziom cholesterolu we krwi. Obniżenie poziomu cholesterolu we krwi może zmniejszyć ryzyko choroby niedokrwiennej serca”.

β-glukan obniża poziom cholesterolu częściowo poprzez zwiększenie lepkości treści pokarmowej w jelicie cienkim, chociaż redukcja cholesterolu jest większa u osób z wyższym cholesterolem całkowitym i cholesterolem LDL we krwi. Dodatkowo badania sugerują, że zwiększa aktywność CYP7A1 , kluczowego enzymu w syntezie kwasów żółciowych , zwiększając w ten sposób wydalanie cholesterolu, oraz że może mieć dodatkowe mechanizmy przeciwmiażdżycowe. Stopień redukcji cholesterolu zależy od konkretnego szczepu β-glukanu w zakresie między masami cząsteczkowymi 26,8 i 3000 kD. Chociaż bardziej lepkie β-glukany skutkują bardziej lepkim roztworem treści pokarmowej jelit, a tym samym większym wchłanianiem cholesterolu, po osiągnięciu określonej masy cząsteczkowej β-glukany stają się mniej rozpuszczalne, a tym samym mają mniejszy wpływ na lepkość roztworu. Spożycie β-glukanu w postaci płynnej generalnie skutkuje większą solubilizacją, a β-glukan owsiany jest bardziej skuteczny w obniżaniu poziomu cholesterolu w sokach niż w twardych pokarmach, takich jak chleb i ciastka. Pomimo rozpoznanego wpływu lepkości na poziom cholesterolu w surowicy, nie ma aktualnych danych porównujących lepkość roztworu wewnętrznego i poziom cholesterolu w surowicy.

poziom cholesterolu całkowitego i lipoprotein o niskiej gęstości o 5 do 10% u osób z prawidłowym lub podwyższonym poziomem cholesterolu we krwi.

Trawienie

Podczas trawienia β-glukan zmienia właściwości fizyczne treści pokarmowej, podczas gdy substancje chemiczne w przewodzie pokarmowym rozkładają β-glukan, zmieniając jego skład. Fermentacja β-glukanów przez mikrobioty prowadzi do produkcji krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych i zmian w drobnoustrojach jelitowych, jak również do depolimeryzacji i zmian strukturalnych pierwotnego β-glukanu. W żołądku β-glukany pęcznieją i powodują rozdęcie żołądka – co jest związane ze szlakiem sygnałowym nasycenia – uczuciem sytości, co prowadzi do zmniejszenia apetytu. Badania wykazujące wpływ β-glukanu na opóźnione opróżnianie żołądka mogą się różnić ze względu na warianty kombinacji pokarmów, dawki β-glukanu i masę cząsteczkową oraz różnorodność źródła pożywienia. W jelicie cienkim β-glukan może zmniejszać strawność skrobi i wychwyt glukozy – co ma istotne znaczenie w redukcji poposiłkowego poziomu glukozy.

β-glukany owsiane mają działanie prebiotyczne polegające na selektywnej stymulacji wzrostu określonych nici drobnoustrojów w jelicie grubym, przy czym rodzaj stymulowanego drobnoustroju zależy od stopnia polimeryzacji β-glukanu. W szczególności Lactobacillus i Enterococcus są stymulowane przez wszystkie β-glukany z owsa, podczas gdy bakterie Bifidobacterium są również stymulowane przez β-glukanowe oligosacharydy z owsa . Rozpuszczalny β-glukan zwiększa masę stolca poprzez wzrost liczby komórek drobnoustrojów w okrężnicy.

Glukoza we krwi

Poposiłkowe stężenie glukozy we krwi obniża się po spożyciu posiłku zawierającego β-glukan na skutek zwiększonej lepkości jelit , co opóźnia opróżnianie żołądka i wydłuża drogę przez jelito cienkie. W jednym przeglądzie spadek netto wchłaniania glukozy we krwi zmniejszył poposiłkowe insuliny we krwi , poprawiając wrażliwość na insulinę . Metaanaliza badań klinicznych z 2021 r. wykazała, że ​​beta-glukan z owsa o masie cząsteczkowej większej niż 300 kg/mol zmniejsza przyrostowe pole pod krzywą o 23%, szczytowy poziom glukozy we krwi o 28%, a insuliny o 22% w sposób zależny od dawki, z podobnymi wynikami u uczestników z cukrzycą lub bez cukrzycy . Osoby z cukrzycą, które zwiększały dzienne spożycie beta-glukanów o więcej niż 3 gramy dziennie przez miesiące, również straciły na wadze.

Kosmetyki

β-glukan jest stosowany w różnych kremach, maściach i pudrach, które mogą wpływać na produkcję kolagenu i zaburzenia skórne.

Gojenie się ran i immunomodulacja

We wstępnych badaniach β-glukan z owsa jest badany pod kątem jego potencjalnego działania immunomodulującego, właściwości przeciwnowotworowych i stymulacji odkładania kolagenu, granulacji tkanek, reepitelizacji i infiltracji makrofagów w procesie gojenia się ran .