بخشی از مقاله
چکیده:
پري بیوتیکها ترکیبات ویژهاي هستند که با تحریک رشد و زنده مانی باکتريهاي پروبیوتیک بر سلامتی انسان اثر میگذارند و فیبرهاي غذایی یکی از متداولترین انواع پري بیوتیکها میباشند. فیبرهاي متداول مانند پکتین، سلولز و غیره به صورت اختصاصی توسط باکتريهاي پروبیوتیک متابولیزه نمیگردند ولی برخی فیبرهاي غذایی نظیر الیگوساکاریدهاي غیر قابل هضم از جمله اینولین، گالاکتوالیگوساکاریدها و لاکتولوز داراي خواص فیزیکوشیمیایی و فیزیولوژیکی خاصی هستند که کاربرد آنها را بعنوان یک عامل پري بیوتیک امکانپذیر میسازد.
این ترکیبات علاوه بر اثرات سلامتیبخش ،داراي قابلیتهاي بالایی در بهبود کیفیت و خواص فیزیکوشیمیایی و عملکردي مواد غذایی میباشند و به همین دلیل بسیاري از پژوهشگران بدنبال کشف الیگوساکاریدهاي جدید جهت کاربرد در مجصولات با خواص سلامتی بخش هستند. در این مقاله اهمیت انواع فیبرهاي غذایی پري بیوتیک ، خواص، منابع، فرایندهاي تولید و کاربردهاي صنعتی آنها و همچنین پیشرفتهاي اخیر در این زمینه بیان گردیده است.
مقدمه:
اخیرا تاثیر رژیم غذایی بر سلامت به صورت فزایندهاي مورد توجه قرار گرفته است و تقاضا براي انواع خاصی از کربوهیدراتهاي غذایی غیر قابل هضم افزایش یافته است. اثرات سلامتی بخش این گروه از کربوهیدراتها به خوبی به اثبات رسیده است - . - 13 پري بیوتیکها ترکیبات ویژهاي هستند که با تحریک رشد و زنده مانی باکتريهاي پروبیوتیک بر سلامتی انسان اثر میگذارند و فیبرهاي غذایی یکی از متداولترین انواع پري بیوتیکها میباشند .
فیبرهاي غذایی درجه حلالیت متفاوتی را نشان میدهند. گروهی از آنها مانند پکتین، همیسلولز، صمغ گوار و اینولین محلول در آب هستند. امکان تشکیل ژل در دستگاه گوارش توسط این گروه بدلیل افزایش سطح قابل دسترس فعالیت آنزیم به قابلیت تخمیر پذیري آنها بوسیله فلور میکروبی دستگاه گوارش کمک مینماید. تخمیر پذیري نسبی فیبرهاي مختلف به خصوصیات فیزیکوشیمیایی آنها بستگی دارد.
سایز ذرات و درجه حلالیت فیبر از طریق تاثیر بر مساحت سطح در دسترس فعالیت باکتریایی، بر میزان حساسیت فیبر به تخمیر باکتریایی موثر است. فیبرهاي متداول مانند پکتین، سلولز و غیره به صورت اختصاصی توسط باکتريهاي پروبیوتیک متابولیزه نمیگردند ولی برخی فیبرهاي غذایی نظیر الیگوساکاریدهاي غیر قابل هضم از جمله اینولین، گالاکتوالیگوساکاریدها و لاکتولوز داراي خواص فیزیکوشیمیایی و فیزیولوژیکی خاصی هستند که کاربرد آنها را بعنوان یک عامل پري بیوتیک امکانپذیر میسازد.
پري بیوتیکها در برابر شرایط اسیدي معده و آنزیمهاي روده کوچک مقاوم بوده و بعد از رسیدن به روده بزرگ، توسط باکتريهاي پروبیوتیک تخمیر و با تولید اسیدهاي چرب کوتاه زنجیر، ویتامینها ، ترکیبات ضد میکروبی و سایر مواد سبب بهبود عملکرد دستگاه گوارش و افزایش قدرت ایمنی بدن در برابر بیماريها و جلوگیري از سرطان روده و ... میشوند
الیگوساکاریدها از سال 1980 به عنوان عوامل حجم دهنده کم کالري بصورت تجاري درآمدند و وجود مزایاي فیزیولوژیکی ویژه سبب افزایش محبوبیت آنها در بین مصرف کنندگان گردیده است. الیگوساکاریدها کربوهیدراتهاي با وزن مولکولی پایین، حاوي بخش قندي با درجه پلیمریزاسیون 10-3 میباشند
در این اولیگوساکاریدها اتصالات اوزیدي بین واحدهاي منوساکارید بگونه اي است که باعث مقاومت آنها نسبت به فعالیت آنزیمهاي هیدرولیز کننده دستگاه گوارش انسان میگردد
شیرین کنندگی الیگوساکاریدها 0/6- 0/3 ساکارز میباشد. این خاصیت منجر به کاربرد آنها در فرمولاسیونهاي غذایی به عنوان جایگزین ساکارز گردیده است. بعلاوه بدلیل میزان کالري کم این ترکیبات کاربرد آنها بعنوان عوامل حجم دهنده در فرمولاسیونهاي غذایی امکانپذیر گردیده است. با توجه به توانایی بالاي نگهداري رطوبت بدون افزایش فعالیت آبی به عنوان جاذب رطوبت کاربرد دارند. خصوصیات این ترکیبات از جمله شیرینی نسبی، خواص ارگانولپتیک و پایداري در محدوده وسیعی از pH و دما، کاربرد آنها را در مواد غذایی میسر می سازد.
الیگوساکاریدها به صورت طبیعی در گیاهان و به میزان کمتر در شیر انسان و کلستروم حیوانات یافت شده است - . - 2 الیگوساکاریدها ي طبیعی یا سنتزي داراي قابلیت افزایش رشد و فعالیت پروبیوتیکها و بهبود فلور میکروبی روده میباشند و براي سلامت انسان مفیدند. اینها پلیساکاریدهایی هستند که داراي قابلیت زنده مانی در شرایط اسیدي و آنزیمی روده کوچکاند و بوسیله پروبیوتیکهاي روده بزرگ تخمیر و منجر به تولید اسیدهاي چرب زنجیر کوتاه، ویتامینها و ترکیباتی با قابلیت تنظیم حرکات روده، جلوگیري از سرطان، بهبود جذب املاح و کاهش کلسترول میشوند.
الیگوساکاریدهاي قابل غیر قابل هضم را میتوان مستقیما از منابع طبیعی استخراج و یا بوسیله فرایندهاي شیمیایی هیدرولیز کننده پلیساکاریدها و یا سنتزهاي آنزیمی و شیمیایی از ديساکاریدها بدست آورد.
انواع الیگوساکاریدها با خاصیت پري بیوتیک
الیگوساکاریدهاي با منابع طبیعی
گالاکتوالیگوساکاریدها - OSچ - : گالاکتوالیگوساکاریدها الیگوساکاریدهاي حاوي گالاکتوز به فرم Glu α1-4[βGal1-6]n که n=5-2 میباشند.
این ترکیب در شیر انسان، شیر گاو و ماست یافت میشود و یا ممکن است توسط آنزیم بتاگالاکتوزیداز از لاکتوز سنتز شود - . - 6 این ترکیب قابلیت گذر از لوله گوارش و رسیدن به روده کوچک را دارد. در روده بزرگ توسط میکروارگانیسمها هیدرولیز و تولید اسیدهاي چرب زنجیر کوتاه مثل استیک، پروپیونیک و بوتیریک اسید و گازهایی مثل H2، CH4 و CO2 مینماید.
از هیدرولیز این ترکیب ترکیباتی مثل لاکتات حاصل میگردد که قابلیت افزایش رشد بیفیدوباکترها و لاکتوباسیلوسها را دارد. گالاکتوالیگوساکاریدها با کاهش میزان pH روده بزرگ از تولید اسیدهاي صفراوي ثانویه که منجر به سرطان میگردد جلوگیري و متعاقبا از سرطان روده جلوگیري مینماید. همچنین فعالیت آنزیمهاي مختلف باکتریایی مثل بتاگالاکتوزیداز و نیتروریداکتاز که در تولید سموم مداخله مینمایند را تنظیم مینماید. همچنین کاهش ترکیبات پر خطري مثل آمونیا، ایندول و βکروسول توسط گالاکتوالیگوساکاریدها مشاهده گردیده است
Sofia و همکاران - - 2000 در مطالعه اي بر روي تاثیر مصرف 10 گرم GOS در روز روي فلور میکروبی روده 12 داوطلب داراي جمعیت میکروبی کمتر از نرمال، افزایش تعداد میکروبی را مشاهده نمودند - Chonan . - 21 و همکاران - - 1997 تعدادي موش را به مدت 14 روز با میزان %5 w/v GOS تغذیه نمود و افزایش میزان جذب کلسیم و منیزیم را مشاهده نمود
اینولین و فروکتوالیگوساکاریدها: اینولین پلیساکاریدي داراي ساختار Glu α1-2 [βru1-2]n با n> 10 است. خویشاوندان ساختاري اینولین، فروکتوالیگوساکاریدها - FOS، یک نسخه با وزن مولکولی کمتر - یهترین الیگوساکارید براي تاثیر بر بیفیدوباکترهاي روده است و به عنوان یکی از بهترین پریبیوتیکها در نظر گرفته میشود. اینولین پلی ساکاریدي است که گیاهان به عنوان یک ماده غذایی ذخیره مینمایند. اینولین عموما در گیاهان، باکتريها و قارچها یافت میشود. این ترکیب در بیشتر از 3600 میوه و سبزي بخصوص در خانواده cichorium مثل کاسنی، موز، پیاز و سیر یافت میشود. اینولین در روده کوچک هضم نمیشود ولی در روده بزرگ توسط میکروارگانیسمها مورد استفاده قرار میگیرد
اینولین و FOS به راحتی قادر به انحلال در آب 80°c میباشد ولی در آب سرد و الکل بسیار کم محلولاند. این ترکیبات پایدار و بدون خواص حسی نامطلوبند. به همین جهت در صنعت غذا در راستاي بهبود خواص حسی و فیزیکی محصولات کاربرد دارند. به عنوان مثال جهت حفظ تازگی و رطوبت در کیکها و پایداري نوشیدنیها کاربرد دارند. FOS و اینولین بدون هضم شدن از روده عبور و به روده بزرگ میرسد در نتیجه داراي خواص پریبیوتیکی است
اضافه نمودن 2 g/d اینولین و فروکتوالیگوساکاریدها به غذاي نوزاد منجر به کاهش شیوع اسهال و استفراغ و سرماخوردگی در نوزادان میگردد.
همچنین در مطالعهاي بر روي نوزادان بیمارستانی در تگزاس کودکان تغذیه شده به مدت 1 سال با آب میوه و شیر حاوي اینولین کاهش در هموستاز کلسیم استخوان مشاهده گردیده است - . - 20 با افزودن اینولین، الیگوفروکتوز و گالاکتوالیگوساکاریدها به صورت مجزا و یا در ترکیب با یکدیگر به غذاي کودك، افزایش تعداد بیفیدوباکترها و لاکتوباسیلوسها از 31 به %59 کل فلور میکروبی روده در مدت 6 هفته در سیستم گوارش نوزاد مشابه تغذیه با شیر مادر مشاهده گردیده است.
الیگوساکاریدهاي دانه لوبیا: الیگوساکاریدهاي اصلی موجود در لوبیاي سویا رافینوز و استاکیوزاند. این ترکیبات داراي قابلیت پایداري در برابر آنزیم-هاي معده و روده کوچک میباشند و توسط فلور میکروبی روده بزرگ هیدرولیز میگردند و منجر به بهبود رشد بیفیدوباکترها در روده بزرگ می-گردند
الیگوساکاریدهاي مصنوعی
لاکتوسوکروز: لاکتوسوکروز توسط آنزیم بتافروکتوفورانوزیداز از مخلوط لاکتوز و ساکارز تولید میشود. اثرات بیفیدوژنیک آن در کشتهاي خالص مشاهده گردیده است.
Ohkusa و همکاران 3 داوطلب را با میزان 2 g/d لاکتوسوکروز تغذیه نمودند و به میزان 0/7 افزایش رشد بیفیدوباکترها و 0/6 کاهش رشد میکروارگانیسمهاي مضر را مشاهده نمودند. بعلاوه در این بررسی میزان اسیدهاي زنجیر کوتاه مثل استیک و بوتیریک اسید نیز افزایش یافت
لاکتولوز: یک ديساکارید سنتزي از لاکتوز به فرم Gal β1-4 Fru میباشد. نظر به اینکه در روده جذب یا هیدرولیز نمیگردد عموما بعنوان ملین کاربرد دارد. توجه به لاکتولوز بعنوان یک فاکتور بیفیدوژنیک نیز پذیرفته شده است. محلول در آب، کم محلول در متانول و نامحلول در اتر است. در روده کوچک غیر قابل هضم و جذب است در عین حال داراي قابلیت هیدرولیز در روده بزرگ توسط باکتريها میباشد که منجر به افزایش جمعیت میکروارگانیسمهاي بومی میگردد. مشاهده گردیده است این ترکیبات به جلوگیري از سرطان کولون، کاهش پاتوژنها و بهبود سیستم ایمنی کمک مینماید
لاکتولوز به میزان بسیار اندك در منلبع طبیعی یافت میگردد. لاکتولوز در غذاهاي مختلفی نظیر ماست، شیرینی جات، کیک و شکلات به عنوان ترکیب عملگرا براي بهبود ارزش تغذیهاي این محصولات افزوده میشود - . - 17
ایزومالتوالیگوساکاریدها: این ترکیب از مونومرهاي گلوکز متصل با پیوندهاي گلیکوزیدي α1-6 تشکیل شده است که توسط آنزیم از نشاسته تولیدمیگردد. اجزایی از آن مثل ایزو مالتوز میتوانند در روده کوچک هضم گردند.
Olano-martin و همکاران افزایش میزان بیفیدو باکترها را در روده بزرگ نمونههاي مورد آزمون تغذیه شده با 20 g/d ایزومالتوالیگوساکارید را مشاهده نمودند. تخمیر این ترکیب توسط باکتريهاي اسید لاکتیک تولید بوتیرات مینماید
گلوکوالیگوساکاریدها: این ترکیب از طریق جابجایی مولکولهاي گلوکز از مولکول دهنده سوکروز به یک مولکول پذیرنده مثل مالتوز توسط آنزیم گلوکوزیل ترانسفراز حاصل از Leuconostoc mesenteroides بدست میآید. همچنین این ترکیب از β گلوکان درخت بلوط نیز قابل استحصال است. این ترکیب می تواند توسط بیفیدوباکترها بجز B.bifidum و همچنین لاکتوباسیلوسها تخمیر گردد..
Asahara و همکاران - - 2001 تاثیر این ترکیب بر فعالیت Bifidobacterium breve در موشها را بررسی نمودند و تاثیر این ترکیب را بر کاهش آلودگی سالمونلا را مشاهده نمودند.
زایلوالیگوساکاریدها: این ترکیب از مولکولهاي زایلوز متصل شده با پیوندهاي β1-4 تشکیل شده و عموما حاوي زایلوبیوز، زایلوتریوز و زایلوتترااوز-اند. زایلوالیگوساکاریدها توسط بیفیدوباکترها و لاکتوباسیلوسها هیدرولیز میگردد و در افزایش پروبیوتیکها و کاهش باکتريهاي مضر نسبت به فروکتوالیگوساکاریدها موثرتر است. این ترکیب از پوسته نخود، سبوس گندم، پوسته جو، بقایاي حاصل از آبجو سازي، پوسته بادام، بامبو، ساقه ذرت و غیره قابل استخراج است
الیگوساکاریدهاي حاصل از منابع غیر مرسوم
Wichienchot و همکاران - - 2010 الیگوساکاریدهاي پري بیوتیکی را از منابع غیر مرسومی نظیر گوشت میوه اژدها و Thammarutwasik و همکاران - - 2009 از دانه Jackfruit جداسازي نمودند.
الیگوساکاریدهایی نیز از دیواده سلولی پلیساکاریدي گیاهان نظیر آرابینوگالاکتان از سویا، آرابینان از چغندر قند، آرابینوزایلان از آرد گندم و پلی-گالاکتورونان و رامنوگالاکتورانان حاصل از سیب تولید گردیده است
دو الیگوساکارید جدید β-D-Fructopyranosyl- - 2-6 - -β-D-Glucopyranosyl- - 1-3 - -D-Glucopyranose و β-D-Fructopyranosyl- - 2-6 - - - 2-6 - -β-D-Glucopyranosyl- - 1-3 - -D-Glucopyranose از نوشیدنی تخمیري حاصل از 50 نوع میوه و سبزي جداسازي شده است. میزان بالایی از الیگوساکاریدهاي خانواده رافینوز از گونههاي وحشی متعلق به خانواده بقولات استخراج گرددیده است - . - 15 الیگوساکارید Neogaro از هیدرولیز آنزیمی آگاروز بدست آمده است
کاربرد الیگوساکاریدها در غذاهاي فراسودمند
برخی از مهمترین کاربردهاي اولیگوساکاریدها ي پري بیوتیک در زیر بیان شده است:
-1 نوشیدنیهاي عملگرا حاوي اینولین و الیگوفروکتوز در راستاي بهبود کارایی سیستم گوارش، تقویت استخوانها و افزایش قدرت سیستم ایمنی در برابر بیماريها
-2 غلات صبحانهاي حاوي افزودنی فیبرهاي غذایی در راستاي افزایش پریبیوتیکها کارایی سیستم هاضمه و بهبود رشد پروبیوتیکها
-3 غذاي نوزاد حاوي افزودنی پري بیوتیکی در راستاي بهبود کارایی سیستم هاضمه و سیستم ایمنی در مقابله با بیماريها
