Inulin - Inulin

Inulin
Inulin strukturformel.png
Bezeichner
ChEMBL
ChemSpider
Arzneimittelbank
ECHA-InfoCard 100.029.701 Bearbeite dies bei Wikidata
UNII
Eigenschaften
C 6 n H 10 n +2 O 5 n +1
Molmasse Polymer; hängt von n ab
Pharmakologie
V04CH01 ( WER )
Gefahren
NFPA 704 (Feuerdiamant)
1
1
0
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
☒Nein überprüfen  ( was ist   ?) prüfenJa☒Nein
Infobox-Referenzen

Inuline sind eine Gruppe natürlich vorkommender Polysaccharide, die von vielen Pflanzenarten produziert und industriell am häufigsten aus Chicorée gewonnen werden . Die Inuline gehören zu einer Klasse von Ballaststoffen, die als Fruktane bekannt sind . Inulin wird von einigen Pflanzen als Energiespeicher verwendet und kommt typischerweise in Wurzeln oder Rhizomen vor . Die meisten Pflanzen, die Inulin synthetisieren und speichern, speichern keine anderen Formen von Kohlenhydraten wie Stärke . In den Vereinigten Staaten hat die Food and Drug Administration 2018 Inulin als Ballaststoffzutat zugelassen, der zur Verbesserung des Nährwerts von hergestellten Lebensmitteln verwendet wird. Die Verwendung von Inulin zur Messung der Nierenfunktion ist der "Goldstandard" für den Vergleich mit anderen Methoden zur Schätzung der glomerulären Filtrationsrate .

Herkunft und Geschichte

Inulin ist ein natürliches Speicherkohlenhydrat, das in mehr als 36.000 Pflanzenarten vorkommt, darunter Agave , Weizen , Zwiebel , Bananen , Knoblauch , Spargel , Topinambur und Chicorée. Inulin dient diesen Pflanzen als Energiereserve und zur Regulierung der Kälteresistenz. Da es wasserlöslich ist, ist es osmotisch aktiv. Bestimmte Pflanzen können das osmotische Potenzial ihrer Zellen verändern, indem sie den Polymerisationsgrad von Inulinmolekülen durch Hydrolyse verändern. Durch die Änderung des osmotischen Potenzials ohne Änderung der Gesamtmenge an Kohlenhydraten können Pflanzen Kälte und Trockenheit während der Winterperioden standhalten.

Inulin wurde 1804 vom deutschen Wissenschaftler Valentin Rose entdeckt. Er fand „eine eigentümliche Substanz“ aus Inula-Helenium- Wurzeln durch Extraktion mit kochendem Wasser. Irvine verwendete chemische Methoden wie die Methylierung, um die molekulare Struktur von Inulin zu untersuchen, und er entwarf die Isolierungsmethode für diese neue Anhydrofructose. Während Studien an Nierentubuli in den 1930er Jahren suchten Forscher nach einer Substanz, die als Biomarker dienen könnte, die nach der Einführung in die Tubuli nicht resorbiert oder sezerniert wird. Richards führte Inulin wegen seines hohen Molekulargewichts und seiner Resistenz gegen Enzyme ein. Inulin wird verwendet, um die glomeruläre Filtrationsrate der Nieren zu bestimmen .

Chemische Struktur und Eigenschaften

Inulin ist eine heterogene Sammlung von Fructose- Polymeren. Es besteht aus kettenabbrechenden Glucosyl- Einheiten und einer sich wiederholenden Fructosyl-Einheit, die durch β(2,1)-Bindungen verbunden sind. Der Polymerisationsgrad (DP) von Standardinulin reicht von 2 bis 60. Nach Entfernung der Fraktionen mit einem DP von weniger als 10 während des Herstellungsprozesses ist das verbleibende Produkt Hochleistungsinulin. Einige Artikel betrachteten die Fraktionen mit einem DP von weniger als 10 als kurzkettige Fructooligosaccharide und nannten die längerkettigen Moleküle nur Inulin.

Aufgrund der β(2,1)-Bindungen wird Inulin nicht von Enzymen im menschlichen Verdauungssystem verdaut, was zu seinen funktionellen Eigenschaften beiträgt: reduzierter Kalorienwert, Ballaststoffe und präbiotische Wirkungen. Ohne Farbe und Geruch hat es wenig Einfluss auf die sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln. Oligofructose hat 35 % der Süße von Saccharose und sein Süßungsprofil ist dem von Zucker ähnlich. Standardinulin ist leicht süß, während Hochleistungsinulin dies nicht ist. Seine Löslichkeit ist höher als die der klassischen Fasern. Bei gründlicher Vermischung mit Flüssigkeit bildet Inulin ein Gel und eine weiße cremige Struktur, die fettähnlich ist. Sein dreidimensionales Gelnetzwerk, bestehend aus unlöslichen kristallinen Inulinpartikeln im Submikron-Bereich, immobilisiert große Mengen Wasser und sichert so seine physikalische Stabilität. Es kann auch die Stabilität von Schäumen und Emulsionen verbessern.

Verwendet

Ernte und Extraktion

Die Zichorienwurzel ist die Hauptextraktionsquelle für die kommerzielle Produktion von Inulin. Der Extraktionsprozess für Inulin ähnelt der Gewinnung von Zucker aus Zuckerrüben . Nach der Ernte werden die Chicorée-Wurzeln in Scheiben geschnitten und gewaschen, dann in einem Lösungsmittel eingeweicht ; das Inulin wird dann isoliert, gereinigt und sprühgetrocknet. Inulin kann auch aus Saccharose synthetisiert werden .

Verarbeitete Lebensmittel

Inulin erhielt von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) den Unbedenklichkeitsstatus als allgemein als sicher anerkannt (GRAS ) , einschließlich des langkettigen Inulins als GRAS. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts war die Verwendung von Inulin in verarbeiteten Lebensmitteln teilweise auf seine anpassungsfähigen Eigenschaften für die Herstellung zurückzuführen. Es ist von der FDA als Zutat zur Erhöhung des Ballaststoffwertes von Fertigprodukten zugelassen. Sein Geschmack reicht von mild bis leicht süß (ca. 10 % der Süße von Zucker/Saccharose). Es kann verwendet werden, um Zucker, Fett und Mehl zu ersetzen. Dies ist vorteilhaft, da Inulin 25–35% der Nahrungsenergie an Kohlenhydraten (Stärke, Zucker) enthält. Zusätzlich ist eine vielseitige Zutat zu sein, bietet Inulin Ernährungsvorteile durch Erhöhung Calciumabsorption und möglicherweise Magnesium - Absorption, während das Wachstum der Darm Förderung Bakterien . Es wird berichtet, dass Chicorée-Inulin die Calciumresorption bei jungen Frauen mit geringerer Calciumresorption und bei jungen Männern erhöht. In Bezug auf die Ernährung gilt es als eine Form löslicher Ballaststoffe und wird manchmal als Präbiotikum kategorisiert. Umgekehrt wird es auch als FODMAP angesehen , eine Klasse von Kohlenhydraten, die im Dickdarm schnell fermentiert werden und Gas produzieren. Obwohl FODMAPs bei manchen Menschen bestimmte Verdauungsbeschwerden verursachen können, bewirken sie potenziell günstige Veränderungen der Darmflora , die zur Gesunderhaltung des Dickdarms beitragen.

Aufgrund der begrenzten Fähigkeit des Körpers, Fruktane zu verarbeiten, hat Inulin einen minimalen Einfluss auf den Blutzucker und kann möglicherweise bei der Behandlung von blutzuckerbedingten Krankheiten wie dem metabolischen Syndrom eingesetzt werden .

Medizinisch

Inulin und sein Analogon Sinistrin werden verwendet, um die Nierenfunktion zu messen, indem die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) bestimmt wird, die das Flüssigkeitsvolumen ist, das pro Zeiteinheit aus den glomerulären Kapillaren der Nieren (Niere) in die Bowman-Kapsel gefiltert wird.

Inulin verstärkt das Wachstum und die Aktivitäten von Bakterien oder hemmt das Wachstum oder die Aktivitäten bestimmter pathogener Bakterien.

Die Forschung hat es mit mehreren gesundheitlichen Vorteilen in Verbindung gebracht, wie z. B. der Kontrolle von Diabetes, der Gewichtsabnahme und der Verbesserung der Verdauungsgesundheit.

Eine systematische Überprüfung der Ergebnisse klinischer Studien aus dem Jahr 2017 zeigte, dass eine Nahrungsergänzung mit Inulin die Biomarker des metabolischen Syndroms reduziert .

Ernährung und Nebenwirkungen

Die Nebenwirkungen der Inulin-Ballaststoff-Diät, die bei empfindlichen Personen auftreten können, sind:

  • Darmbeschwerden, einschließlich Blähungen, Blähungen, Magengeräusche, Aufstoßen und Krämpfe
  • Durchfall
  • Anaphylaktische allergische Reaktion (selten) – Inulin wird für GFR-Tests verwendet und hat in einigen Einzelfällen zu einer allergischen Reaktion geführt, die möglicherweise mit einer Nahrungsmittelallergie verbunden ist.

Industrielle Nutzung

Nicht hydrolysiertes Inulin kann in einem gleichzeitigen Verzuckerungs- und Fermentationsprozess auch direkt in Ethanol umgewandelt werden, was das Potenzial haben könnte, Pflanzen mit hohem Inulingehalt in Ethanol als Kraftstoff umzuwandeln.

Biochemie

Inuline sind Polymere, die hauptsächlich aus Fruktoseeinheiten ( Fruktanen ) bestehen und typischerweise eine endständige Glukose aufweisen . Die Fructose-Einheiten in Inulinen sind durch eine β(2→1) -glykosidische Bindung verbunden . Das Molekül ist fast ausschließlich linear mit nur wenigen Prozent Verzweigung. Im Allgemeinen enthalten pflanzliche Inuline zwischen 2 und 70 Fructoseeinheiten oder manchmal sogar bis zu 200, aber Moleküle mit weniger als 10 Einheiten werden Fructooligosaccharide genannt, wobei die einfachste 1- Kestose ist , die zwei Fructoseeinheiten und eine Glucoseeinheit hat. Bakterielles Inulin ist stärker verzweigt (mehr als 15% Verzweigung) und enthält in der Größenordnung von Dutzenden oder Hunderten von Untereinheiten.

Inuline werden wie folgt benannt, wobei n die Anzahl der Fructosereste und py die Abkürzung für Pyranosyl ist :

  • Inuline mit einer terminalen Glucose sind als alpha -D-Glucopyranosyl-&bgr;-D-fructofuranosyl](n-1)-D-fructofuranosides bekannt, abgekürzt als GpyFn .
  • Inuline ohne Glucose sind Beta -D-Fructopyranosyl-[D-Fructofuranosyl](n-1)-D-Fructofuranoside, abgekürzt als FpyFn .

Die Hydrolyse von Inulinen kann Fructooligosaccharide ergeben, die Oligomere mit einem Polymerisationsgrad (DP) von 10 oder weniger sind.

Berechnung der glomerulären Filtrationsrate

Inulin wird auf einzigartige Weise von Nephronen behandelt , da es im Glomerulus vollständig gefiltert wird, aber von den Tubuli weder sezerniert noch resorbiert wird. Diese Eigenschaft von Inulin ermöglicht die klinische Verwendung der Clearance von Inulin als hochgenaues Maß für die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) – die Plasmarate aus der afferenten Arteriole , die in die Bowman-Kapsel gefiltert wird, gemessen in ml/min.

Es ist aufschlussreich, die Eigenschaften von Inulin denen von Para-Aminohippursäure (PAH) gegenüberzustellen. PAH wird im Glomerulus teilweise aus dem Plasma gefiltert und nicht wie Inulin von den Tubuli resorbiert. PAH unterscheidet sich von Inulin darin, dass die Fraktion von PAH, die den Glomerulus umgeht und in die tubulären Zellen des Nephrons (über die peritubulären Kapillaren ) eindringt, vollständig sezerniert wird. Die renale Clearance von PAH ist daher bei der Berechnung des renalen Plasmaflusses (RPF) nützlich, der empirisch (1- Hämatokrit ) mal renaler Blutfluss ist . Bemerkenswert ist, dass die PAH-Clearance nur den RPF für Teile der Niere widerspiegelt, die mit der Urinbildung befasst sind, und somit den tatsächlichen RPF um etwa 10 % unterschätzt.

Die Messung der GFR durch Inulin oder Sinistrin gilt nach wie vor als Goldstandard . Es wurde jedoch inzwischen weitgehend durch andere, einfachere Maße ersetzt, die Annäherungen an die GFR sind. Diese Maßnahmen, die Clearance von Substraten wie beinhalten EDTA , Iohexol , Cystatin C , 125 I - Iothalamatnatrium (Natrium radioiothalamate), der Chromradioisotop 51 Cr (chelatisiert mit EDTA) und Kreatinin , haben ihre Nützlichkeit in großen Kohorten von Patienten bestätigt mit chronischer Nierenerkrankung.

Sowohl für Inulin als auch für Kreatinin werden Konzentrationen im Urin und im Serum berechnet. Im Gegensatz zu Kreatinin ist Inulin jedoch nicht natürlich im Körper vorhanden. Dies ist ein Vorteil von Inulin (weil die infundierte Menge bekannt ist) und ein Nachteil (weil eine Infusion notwendig ist).

Stoffwechsel in vivo

Inulin ist für die menschlichen Enzyme Ptyalin und Amylase unverdaulich , die an die Verdauung von Stärke angepasst sind. Infolgedessen passiert es einen Großteil des Verdauungssystems intakt. Nur im Dickdarm verstoffwechseln Bakterien Inulin, wobei erhebliche Mengen an Kohlendioxid , Wasserstoff und/oder Methan freigesetzt werden . Inulinhaltige Lebensmittel können , insbesondere bei Inulin- Ungewohnten , ziemlich blähend sein und sollten zunächst in Maßen verzehrt werden.

Inulin ist ein löslicher Ballaststoff, einer von drei Arten von Ballaststoffen, einschließlich löslicher , unlöslicher und resistenter Stärke . Lösliche Fasern lösen sich in Wasser auf, um ein gelatinöses Material zu bilden. Einige lösliche Ballaststoffe können helfen, den Cholesterin- und Glukosespiegel im Blut zu senken.

Da eine normale Verdauung Inulin nicht in Monosaccharide zerlegt , erhöht es den Blutzuckerspiegel nicht und kann daher bei der Behandlung von Diabetes hilfreich sein. Inulin stimuliert auch das Wachstum von Bakterien im Darm . Inulin passiert den Magen und den Zwölffingerdarm unverdaut und ist für die Bakterienflora des Darms hochverfügbar . Dadurch ähnelt es resistenten Stärken und anderen fermentierbaren Kohlenhydraten.

Einige traditionelle Diäten enthalten über 20 g Inulin oder Fructo-Oligosaccharide pro Tag. Die Nahrung des prähistorischen Jägers und Sammlers in der Chihuahua-Wüste wird auf 135 g Fruktane vom Inulin-Typ pro Tag geschätzt. Viele Lebensmittel, die von Natur aus reich an Inulin oder Fructo-Oligosacchariden sind, wie Chicorée, Knoblauch und Lauch , gelten seit Jahrhunderten als „Gesundheitsstimulanzien“.

Aufgrund seiner Resistenz gegenüber Verdauungsenzymen widersteht Inulin der Absorption während seines Durchgangs durch den oberen Magen-Darm-Trakt. Nach Erreichen des Dickdarms wird Inulin von Dickdarmbakterien in ein als Präbiotikum bekanntes Gel umgewandelt, ein Lebensmittelbestandteil, der für die Darmflora sehr nahrhaft ist . Bis 2013 hatte keine Regulierungsbehörde gesundheitsbezogene Angaben bei der Vermarktung von Präbiotika als Klasse zugelassen. Die gesundheitlichen Auswirkungen von Inulin wurden in kleinen klinischen Studien untersucht, die zeigten, dass es gastrointestinale Nebenwirkungen wie Blähungen und Blähungen verursacht, den Triglyceridspiegel oder die Entwicklung einer Fettleber nicht beeinflusst , Reisedurchfall verhindern und die Kalziumaufnahme bei Jugendlichen erhöhen kann .

Natürliche Quellen

Zu den Pflanzen, die hohe Konzentrationen von Inulin enthalten, gehören:

Verweise