Функциональная нутрициология веществ, обладающих пребиотической активностью

Функциональная нутрициология – наука о пищевых веществах и компонентах, содержащихся в продуктах питания, их метаболизме и функциональном действии на организм.

Под пребиотиком понимают:

- неперевариваемый пищевой ингредиент, способный улучшать состояние здоровья человека посредством избирательной стимуляции роста и/или активности одного или ограниченного количества видов бактерий в толстой кишке [587];

- избирательно ферментируемые кишечными микроорганизмами ингредиенты пищи, специфически меняющие состав и/или активность микрофлоры, что ведет к улучшению самочувствия и здоровья человека [669];

- вещества, обладающие устойчивостью к желудочному соку, неперевариваемые ферментами желудочно-кишечного тракта и не всасывающиеся в нем, а также ферментируемые ферментными системами нормальной микрофлоры и избирательно стимулирующие ее размножение и/или меняющие ее функциональную активность, вследствие чего отмечается улучшение самочувствия и состояния здоровья человека [134, 587].

Таким образом, с точки зрения двух принципиально важных моментов – специфической ферментации только бактериальным пулом и изменения активности/численности строго определенных полезных популяций микроорганизмов (преимущественно бифидо- и лактобактерий) – собственно пребиотиками могут считаться только фруктоолигосахариды и галактоолигосахариды. Из фруктоолигосахаров в наибольшей степени этим критериям удовлетворяет инулин [669].

Однако следует признать, что такой подход также неоправданно сужает спектр пребиотических субстанций и не может в полной мере объяснить широкий спектр клинических эффектов собственно пробиотической терапии, связанной с применением других натуральных пребиотических веществ и комплексов. В связи с этим предлагается вместо пребиотиков использовать термин вещества, обладающие пребиотической активностью.

Например, дисахарид лактоза, которой богато молоко, а точнее, получающаяся из нее галактоза, является источником энергии для микроорганизмов, причем, наиболее активно метаболизируется лактобациллами и бифидобактериями, стимулируя из приоритетное развитие. N-ацетилглю-козамин, содержащийся в женском, но отсутствующий в коровьем молоке, стимулирует рост бифидобактерий. Это способствует опережающему размножению бифидобактерий и их повышенному содержанию в кишечнике новорожденных при естественном вскармливании [265].

В суточном рационе взрослого человека должно содержаться не менее 30–45 г веществ, обладающих пребиотической активностью, тогда как в нашей стране суточная потребность населения в них удовлетворяется лишь на 1/3. Поэтому для обеспечения энергией микрофлоры кишечного тракта необходимо вводить соответствующие субстраты.

Список веществ, обладающих пребиотическим действием, достаточно обширен. В табл. 1.11 приведены основные группы веществ [265, 285, 511].

Охарактеризуем некоторые из перечисленных веществ с пребиотическим эффектом более подробно.

Ксилит и сорбит – пяти- и шестиатомные алифатические спирты со сладким вкусом. Не утилизируются в ЖКТ, в толстой кишке ферментируются бифидо- и лактобактериями. Сорбит утилизируется большинством встречающихся штаммов бифидобактерий.

Аналогичный эффект присущ раффинозе и ксилобиозе. Последняя широко используется в пищевой промышленности Японии как бифидогенный фактор. Она обладает низкой сахаристостью (1/3 обычного сахара), низкой точкой замерзания (–10°С), хорошо удерживает воду и таким образом способствует сохранению свежести продуктов.

Таблица 1.11 – Примеры веществ, обладающих пребиоитическим действием

Группа веществ, обладающих пребиотическим действием	Вещества, обладающие пребиотическим действием
Моносахариды, дисахариды, спирты	Ксилит, мелибиоза, ксилобиоза, раффиноза, сорбит, лактоза и др.
Oлигосахариды	Лактулоза, лацитол, соевый олигосахарид, латитололигосахарид, фруктоолигосахарид, галактоолигосахарид, изомальтоолигосахарид, диксилоолигосахарид и др.
Полисахариды	Пектины, пуллулан, декстрин, инулин, хитозан и др.
Ферменты	Микробные галактозидазы, протеазы сахаромицетов и др.
Пептиды	Соевые, молочные и др.
Аминокислоты	Валин, аргинин, глутаминовая кислота и др.
Антиоксиданты	Витамины А, С, Е и каротин, глутатион, убихинон, соли селена и др.
Ненасыщенные жирные кислоты	Эйкозопентаеновая кислота и др.
Органические кислоты	Пропионовая, уксусная, лимонная и др.
Растительные и микробные экстракты	Морковный, картофельный, кукурузный, рисовый, тыквенный, чесночный, дрожжевой, экстракты водорослей, лекарственных растений и др.
Другие	Лецитин, пара-аминобензойная кислота, лизоцим, пищевые волокна, лактоферрин (содержится в женском молоке, естественным путем стимулирует рост микрофлоры у младенца), глюконовая кислота, крахмальная патока и др.

Лактоза при воздействии кишечных и микробных ферментов превращается в глюкозу и галактозу, последняя стимулирует рост бифидобактерий. Галактоза входит в состав всех 130 олигосахаридов женского молока, стимулирующих рост микрофлоры. В женском молоке концентрация олигосахаридов достигает 1 г/100 мл. После лактозы (7 г/100 мл) олигосахариды являются второй по значимости группой углеводов материнского молока. Олигосахариды не перевариваются в тонкой кишке под воздействием пищеварительных ферментов и достигают толстой кишки неизмененными. В нижнем отделе толстой кишки олигосахариды подвергаются ферментации бифидобактериями. Это приводит к увеличению общей бактериальной массы, повышению моторики кишечника.

В мировой практике наибольшее коммерческое значение имеют олигосахара (их получают прямой экстракцией естественных полисахаридов из растительного сырья, гидролизом растительных полисахаридов или путем энзиматического синтеза) и пищевые растворимые волокна типа инулина. В США в сутки человек потребляет 3–4 г олигосахаридов. К ним относят соединения, молекулы которых построены из остатков моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями. Строго разграничить олигосахариды и полисахариды сложно, поскольку природные углеводы представлены почти непрерывным рядом соединений от моносахаридов до высших полисахаридов. С методической точки зрения олигосахаридными соединениями считают те, которые содержат 8–10 моносахаридных звеньев, а к полисахаридным относят более высокомолекулярные сахара.

Как было сказано выше, важнейшим источником олигосахаридов являются продукты частичного гидролиза полисахаридов, при этом полисахариды расщепляются на олигомерные фрагменты. Кроме кислотного гидролиза используют ферментативное расщепление с помощью полисахаридаз. Принципиальным преимуществом ферментативного гидролиза перед кислотным является его специфичность. Базовая группа олигосахаридов получается из сахара, который выделяют из натуральных сахаров. Олигофруктоза, получаемая частичным энзиматическим гидролизом инулина, имеет степень полимеризации менее 10 (рафтилоза, Orafti).

В реакции, катализируемой 1,2-фруктан 1-фруктозилтрансферазой с сахаром в качестве субстрата, получается низкомолекулярный олигосахарид со степенью полимеризации менее 4-фруктоолигосахарид (неосахар, или актилайф, Beghin-Meji Industries, Paris, Франция). Короткоцепочечные фруктоолигосахариды – смесь олигосахаридов, содержащих глюкозу, связанную с фруктозой (n=4).

Олигосахарид, состоящий из остатка галактозы и остатка фруктозы, называется лактулоза («Лактулоза сироп», Италия, «Лактофильтрум», Россия). Олигосахариды в природе подвергаются расщеплению с помощью ферментов, катализирующих расщепление гликозидных связей – гликозидаз. Эти ферменты обычно индуцируются, то есть их выработка стимулируется добавлением субстрата ферментов.

Микроорганизмы кишечника утилизируют олигосахариды с помощью гликозидаз, и введение олигосахаридов приводит к увеличению продукции и усилению активности этих ферментов. Для многих гликозидаз характерно также и трансферазное действие, то есть они способны катализировать не только гидролиз гликозидной связи, но и перенос моносахаридного остатка с образованием нового олигосахарида. Из сказанного следует, что олигосахариды – не только энергетический субстрат для микроорганизмов кишечника, но, видимо, они запускают каскад ферментативных реакций.

Фруктозоолигосахарид(FOS) – смесь три-, тетра- и пентасахаридов глюкозы и фруктозы, входит в состав ряда коммерческих препаратов: Бифидо Бак и незарегистрированные в РФ средства: Neosugar, NutraFlora, Actilight. Промышленное производство путем энзиматического процессинга сахарозы осуществляет фирма Meiji Seika, производственные площади которой имеются в Японии, Южной Корее, Таиланде. Основной потребитель продукта – Япония (75% общего объема на сумму 1 миллиард иен), остальное экспортируется в США и Францию. Ежегодный прирост продаж составляет 30%. Фруктозоолигосахарид утилизируется большинством известных штаммов бифидобактерий, некоторыми штаммами лактобацилл, стрептококками, энтеробактериями, за исключением Echerichia coli и Salmonella. Не утилизируется клостридиями [256, 285, 511].

При назначении пожилым людям с дисбактериозом по 8 г в сутки фруктозоолигосахарида, качественный и количественный состав микрофлоры у них нормализовался. При запорах, диарее, язвенном колите назначали 1–4 г фруктозоолигосахарида. Отмечено снижение уровня холестерина. С лечебной целью назначают от 5 до 15 г в сутки в течение трех недель. Калорийность препарата низкая, он перспективен для борьбы с ожирением. Коэффициент сладости 0,4–0,6. Согласно данным японских исследователей, причиной существенного снижения смертности от рака толстой кишки в Японии по сравнению с североамериканцами (16 и 25 случаев на 100 000 соответственно) является широкое использование NutraFlora. Полагают, что антиканцерогенное действие NutraFlora реализуется за счет снижения уровня глюкуронидазы, гидролазы, гликолевой кислоты, ферментов, отвечающих за увеличение риска развития рака.

FOS входит в состав более 500 японских продуктов и считается стратегическим продуктом для поддержания здоровья нации. Французы вводят FOS в состав йогурта «Данон». В США выпускают 2 йогурта с FOS. Средняя цена суточной дозы FOS для потребителя составляет 60 центов. FOS получают микробиологическим синтезом с использованием сахарозы и Aspergillus niger. 450 г FOS стоит 5–9 долларов. Голландским ученым удалось имплантировать ген FOS в сахарный тростник. Пищевые волокна сахарного тростника, накапливающего FOS, создают дополнительные поверхности для адгезии и размножения бифидобактерий. Стоимость получения FOS из трансгенного сахарного тростника в 5–10 раз ниже микробиологического метода.

Не меньшее распространение получил инулин, относящийся, по мнению Roberfroid M.B., к истинным пребиотикам. Инулин является полисахаридом, построенным из остатков фруктозы, поэтому такие полисахариды называют растительными фруктанами, степень полимеризации инулина равна приблизительно 35 моносахаридным остаткам. Продукт со степенью полимеризации от 2 до 60 и выше, экстрагируемый из корней цикория, также идентифицируют как инулин. Так как инулин легко растворим в горячей воде и выпадает в осадок при охлаждении, он может быть экстрагирован водой из подземных частей многих растений, в которых он накапливается в качестве запасного углевода: артишока, девясила, одуванчика, цикория, фасоли и др. Корни одуванчика к осени накапливают до 40% инулина. Инулин, из которого получают олигомеры с низким молекулярным весом, называют «hight-performance inulin» (рафтилин, Orafti, Tienen, Бельгия).
Для фруктанов, так же, как и для олигосахаридов, характерна устойчивость к ферментам верхних отделов ЖКТ, в нерасщепленном виде они достигают слепой кишки, после чего начинается микробная ферментация. Интересной особенностью инулина как пребиотика является то, что он не влияет на рост бифидофлоры в случае нормального ее содержания, но стимулирует при уменьшении титра. Инулин назначают от 9 до 34 г в сутки. В виде муки из топинамбура он входит в состав комбинированного американского пробиотика Optiflora. В составе отечественных БАД инулин встречается часто. Инулин обладает синергетическим действием с олигосахаридами.

Исследования in vitro и in vivo продемонстрировали также его устойчивость к протеолитическому воздействию соляной кислоты желудочного сока и пищеварительным ферментам желудочно-кишечного тракта, кроме того, не вызывает сомнений бактериальная ферментация инулина и его стимулирующее влияние на рост бифидофлоры. В эксперименте на животных [134, 607], а затем и в исследованиях на добровольцах было показано, что назначение инулина пациентам с избыточной массой тела способствует снижению веса и в то же время позволяет улучшить состояние нормофлоры кишечника [712]. Еще одним потенциально важным направлением применения инулина и пробиотиков является гипогликемический и гиполипидемический [554] потенциал данной комбинации.

В последние годы именно эти вещества: лактулоза (лактусан), лактилол (пп. 1.6.1) и инулин – все чаще используются как добавки к пробиотическим препаратам.

Вещества, обладающие пребиотическим действием, не могут «работать» быстро, подавляющее большинство их эффектов связано с повышением функциональной активности бифидо- и лактобактерий, а также увеличением численности их популяции. По этим и ряду других причин именно профилактическая эффективность этой группы препаратов (т.е. заблаговременный прием) может считаться основной [134].

Сравнительное изучение пребиотиков и веществ, обладающих пребиотической активностью, показало, что чем короче цепь полисахарида, тем меньше специфичность ферментации определенными микроорганизмами кишечника. Поэтому использование низкомолекулярных олигосахаридов обеспечивает более эффективную ферментацию многими микроорганизмами нормальной микрофлоры кишечника.

Таким образом, концепция функциональной нутрициологиивеществ, обладающих пребиотичекой активностью, достаточно молода и продолжает интенсивно развиваться. Она подразумевает смену узколокалистического представления о доминировании бифидо- и лактогенных эффектов, а также распространение оценки пребиотического воздействия с позиций профилактики нарушений микробиоценоза у человека или животных. Последнее, в свою очередь, позволит расширить арсенал современных средств пребиотической направленности.