Magdalena Skotnicka, Magdalena Pieszko1, Kaja Karwowska MOŻLIWOŚĆ WYKORZYSTANIA WYBRANYCH
SUBSTANCJI WYSOKOBŁONNIKOWYCH W PROJEKTOWANIU ŻYWNOŚCI SYCĄCEJ Zakład Towaroznawstwa Żywności Gdański Uniwersytet Medyczn
Kierownik: dr hab. inż. M. Skotnicka
1Zakład Żywienia Klinicznego i Dietetyki Gdański Uniwersytet Medyczny
Kierownik: prof. dr hab. S. Małgorzewicz
Hasła kluczowe: sytość, glukomannan, β-glukany, guma guar, psyllium, błonnik pokarmowy.
Key words: satiety, glucomannan, β-glucans, guar gum, psyllium, dietary fiber. Otyłość jest złożoną chorobą wieloczynnikową. Rozmiary nadwagi i otyłości podwoiły się od 1980 r. do tego stopnia, że obecnie jedna trzecia populacji jest klasyfikowana jako osoby otyłe lub z nadwagą. Otyłość wpływa niekorzystnie nie-mal na wszystkie funkcje organizmu i zagraża zdrowiu publicznemu. Brak kontroli przyjmowania pokarmu, nadmierna wielkość porcji i zaburzona częstość spożywa-nia posiłków ma zasadnicze znaczenie dla rozwoju otyłości. Pragmatyczne podej-ście do problemu otyłości powinno polegać na małych zmianach w wielu obsza-rach związanych z żywnością i żywieniem. Jednym ze sposobów ograniczenia tego zjawiska może być wykorzystanie diety opartej o żywność wysoko sycącą. Wśród wielu składników żywności kształtujących sytość, na szczególne zainteresowanie zasługuje błonnik pokarmowy. Badania nad włóknami pokarmowymi wskazują, że ich obecność w posiłku przyczynia się do wystąpienia wrażenia rozdęcia żołądka i wzrostu lepkości treści żołądkowej. Rozpuszczalny w wodzie błonnik tworzy żel, który wydłuża pasaż jelitowy i absorpcję składników odżywczych, promując od-czucie sytości (1). Obecnie prowadzone są badania nad możliwością suplementacji i wzbogacania posiłków różnymi błonnikami roślinnymi. W opracowaniu przedsta-wiono najważniejsze substancje, które posiadają udokumentowane działanie sycące. Glukomannan
Glukomannan (GM) jest rozpuszczalnym w wodzie fermentującym błonnikiem pokarmowym ekstrahowanym z bulwy lub korzenia (Amorphophallus konjac lub
sta-bilizujący lub suplement. Glukomannan składa się z łańcucha polisacharydowego β-D-glukozy i β-D mannozy z przyłączonymi grupami acylowymi. W związku z tym, że amylaza trzustkowa i ślinowa nie potrafią rozdzielić wiązań β-1,4, prze-chodzi niemal niezmieniony do jelita grubego, gdzie jest fermentowany przez rezy-dujące tam bakterie (2).
Dzięki swoim właściwościom GM może promować odczucie sytości za pomocą kilku mechanizmów (3). Po pierwsze wysiłek związany z żuciem stymuluje sygna-ły w mózgu i żołądku, odpowiadając za wstępną sytość na początkowym etapie. Wykorzystanie w diecie GM może wpływać na opóźnianie opróżniania żołądka, a tym samym spowolnienie tranzytu w jelicie cienkim. W głównej mierze jest to spowodowane wzrostem lepkości treści pokarmowej. W skutek tego dochodzi do powolnego wchłaniania pokarmu w jelicie cienkim, co z kolei prowadzi do osłabie-nia poposiłkowego wzrostu poziomu insuliny. Badaosłabie-nia prowadzone przez Livieri i współpr. oraz Reffo (4, 5) wskazały, że dodatek 2-4 g glukomannanu dziennie dał znaczące rezultaty. Nastąpił spadek masy ciała oraz redukcja wartości energetycznej dobowych posiłków. Z kolei Sood i współpr. stwierdzili, że po suplementacji 1% GM nastąpił spadek masy ciała o 0,79 kg w cyklu 5 tygodniowym, co nie do końca należy uznać za wynik satysfakcjonujący (6) Najnowsze badania sugerują, że doda-tek 2-5 g glukomannanu w diecie nie wpływa znacząco na redukcje masy ciała (7). Z drugiej strony rośnie zainteresowanie naukowców żelami niskoenergetyczny-mi, w tym również na bazie glukomannanu. W badaniu Rayner’a i współpr. (8) pacjentom podawano glukomannan w postaci makaronu żelowego (KGM). Próbę kontrolną stanowił makaron (442 kcal), natomiast próbki właściwe makaron z 50% dodatkiem żelu (50-KGM 259 kcal) i porcja 100% makaronu żelowego (100-KGM 77 kcal). Oceniono poziom głodu i apetytu po 90 min oraz wartość energetycz-ną kolejnego posiłku. W badaniu odnotowano mniejsze odczucie głodu po 90 min, natomiast apetyt nie różnił się znacząco. Obiecujące wyniki mogą sugerować, że zastosowanie GM w diecie może skutecznie ograniczyć dobową wartość kaloryczną posiłków. Obecnie badania Rayner’a i jego zespołu dostarczyły wstępnych obser-wacji na temat fizjologicznego wpływu na kontrolę apetytu. Wyniki sugerują, że zastępowanie bogato energetycznych posiłków pokarmami żelowymi może pomóc w leczeniu nadwagi i otyłości poprzez obniżenie dobowego pobrania energii, przy niewielkim obniżeniu smakowitości (9). Dodatkowo stwierdzono że GM odzna-cza się względną tolerancją i niskim wskaźnikiem (< 0,05%) skutków negatywnych odczuwanych po spożyciu próbki przez badanych pacjentów. Wobec tych niejed-noznacznych wyników badań potrzebne są kolejne, które pozwolą określić wpływ glukomannanu na sytość i redukcję masy ciała.
β-Glukany
Innym ważnym składnikiem promującym odczucie sytości są β-glukany, które zalicza się do nieskrobiowych polisacharydów obecnych w różnych tkankach zbóż: pszenicy, owsa i jęczmienia. Glukany są liniowymi homopolimerami
D-glukopi-ranozylu, zaliczanymi również do frakcji rozpuszczalnej błonnika pokarmowego. Podstawowe cechy strukturalne cząsteczki β-glukanów wpływają na lepkość two-rzonych przez nie roztworów i ich właściwości żelujące (10). Ponadto, β-glukany ze względu na różną masę cząsteczkową i zmienność uwarunkowaną źródłem ich pochodzenia, posiadają zróżnicowane właściwości funkcjonalne, bowiem rozmiar i masa cząsteczki β-glukanu mogą być determinujące w kontekście lepkości produk-tu. Tym samym może mieć to znaczenie przy udziale tych związków w promowaniu sytości. Jednak wyniki badań (11, 12) sugerują, że zawartość β-glukanów w zbo-żach nie daje pożądanego efektu sycącego, bowiem zawartość ich jest zbyt niska. Z drugiej strony wykazano, że β-glukany (13, 14, 15) zawarte w zbożach zwiększają lepkość pokarmów. Trafiając do żołądka, formują kleisty roztwór, który spowalnia opróżnianie jego treści. Jednocześnie hamują i zaburzają proces perystaltyki jelita cienkiego. W ten sposób utrudniają trawienie i absorpcję substancji odżywczych z trawionych pokarmów. Badania Shimizu (16) pozwoliły na postawienie tezy o wpływie spożycia β-glukanów pszenicy na zmniejszenie obwodu w talii i ogra-niczenie tkanki tłuszczowej brzusznej. Jednak coraz częściej tak, jak w przypadku glukomannanu sugeruje się wzbogacanie żywności w skoncentrowane β-glukany, w celu ograniczenia odczucia głodu. Określono, że 3 g skoncentrowanego ekstrak-tu z jęczmienia wpływa na regulację apetyekstrak-tu oraz zmniejsza wartość energetyczną kolejnego posiłku po 3 godz. od spożycia (17). W innym badaniu wzbogacano kasz-kę ryżową dodając 1 g β-glukanu. Badano apetyt po 210 min za pomocą skali VAS (Visual Analogue Scale) oraz 24-godzinne spożycie energii. Ocena apetytu za po-mocą niestrukturyzowanej skali graficznej nie pokazała istotnych różnic, natomiast dobowe pobranie energii zmniejszyło się istotnie (p = 0,026), co może wskazywać na korzystny wpływ β-glukanów w redukcji energii pozyskiwanej z pokarmów (18). Podobne wyniki otrzymali badacze (19), którzy wzbogacali czekoladę mleczną i gorzką w dodatek 3 g dawki β-glukanów z owsa. Wyniki przeprowadzone z wyko-rzystaniem skali graficznej (VAS) pokazały, że żaden z testowanych pokarmów nie wywierał lepszego wpływu na uczucie sytości. Jednak spożycie energii przez osoby podczas lunchu przy spożyciu ad libitum było znacznie niższe w grupach spożywa-jących ciemną czekoladę (p = 0,014).
Psyllium
Psyllium jest rozpuszczalnym błonnikiem pozyskiwanym zazwyczaj z nasion babki jajowatej (Plantago ovata). Łuski psyllium zawierają duże ilości hemiceluloz i arabinoksylanów. Psyllium jest klasyfikowany jako śluzowate włókno ze względu na jego potężną zdolność do tworzenia żelu w wodzie. Wykorzystując tę wiedzę, rozpoczęto badania nad zastosowaniem psyllium w kontroli odczucia głodu i sytości.
W badaniu Brum i współpr.(20) oceniano wpływ psyllium na sytość, przy
użyciu losowej, podwójnie ślepej próby. Pierwsze badanie określiło działanie 3,4 g, 6,8 g i 10,2 g psyllium przyjmowanych przed śniadaniem i obiadem przez 3 dni. Drugie badanie określiło wpływ 6,8 g (przyjętego przed śniadaniem i
obia-dem w 1. i 2. dniu oraz przed śniadaniem w 3. dniu) na odczucie sytości uczestni-ków otrzymujących rano posiłek o ograniczonej energii (śniadanie) przez 3 dni. W badaniu pierwszym wszystkie 3 dawki psyllium skutkowały kierunkowym lub statystycznie istotnym zmniejszeniem głodu i chęci do jedzenia. Dawka 6,8 g za-pewniła bardziej spójne (p ≤ 0,013) efekty sycące w porównaniu z placebo. W ba-daniu drugim zaobserwowano znaczący (p ≤ 0,004) spadek 3-dniowego średniego odczucia głodu i chęci jedzenia, a także wzrost sytości po spożyciu psyllium w po-równaniu z placebo. Obiecujące wyniki analizy wskazują, że suplementacja psyl-lium może przyczynić się do zwiększonego uczucia sytości.
Celem kolejnego badania było ustalenie, czy suplementacja psyllium poprawia wskaźniki kontroli glikemii i masę ciała u pacjentów z cukrzycą typu 2. Część pa-cjentów otrzymywała 10,5 g błonnika psyllium, natomiast grupa kontrolna konty-nuowała regularną dietę przez osiem tygodni. Po 8 tygodniach interwencji wzbo-gacania rozpuszczalnym włóknem wykazano znaczne zmniejszenie BMI w grupie interwencyjnej (p <0,001) w porównaniu z grupą kontrolną (21). Inne badania suge-rują, że dodatek 5-7 g psyllium może efektywnie wspomagać kontrolę masy ciała, poprzez ograniczenie dobowych wartości kalorycznych posiłków (22, 23, 24). Guma guar
Guma guar (GG) jest sproszkowanym bielmem nasion rośliny strączkowej (Cyamopsis tetragonolobus L.). Związek ten jest polimerem D-galaktozy i D-man-nozy. GG znalazła szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym jako emulgator i stabilizator, bowiem najważniejszą cechą tej substancji jest wysoka lepkość. Dzię-ki tym właściwościom upatruje się korzystnego efektu w kontekście odczuwania sytości. Niestety wysoka lepkość natywnej gumy guar utrudnia włączenie jej jako składnika żywności funkcjonalnej. Dlatego na rynku obserwuje się głównie zhydro-lizowane gumy guar o niższej lepkości. Nie prowadzono badań porównawczych, ale zakłada się, że różnice w lepkości mogą wpływać na skuteczność w kształtowaniu sytości. Pierwsze badania w kierunku wpływu gumy guar na efekt sycący prowa-dzono już w 1975 r., gdzie pacjentom podawano (5,5 g) gumy guar i (16 g) mety-locelulozy przez tydzień. Badani tracili na masie ciała, a spożycie dobowej ener-gii było o 10% mniejsze (25). Te badania stały się impulsem do dalszych analiz w późniejszych latach. Regularne przyjmowanie błonnika w postaci guar w dawce 2 g na porcję zapewniło znaczące przedłużone efekty nasycenia po posiłku i zmini-malizowało spożycie kalorii między posiłkami o ok. 20% u osób zdrowych. Spożycie samego błonnika guar w dawce > 5 g na porcję lub jej kombinacji z białkiem (2,6 g błonnika guar + 8 g białka na porcję) wykazało silne efekty sytości u osób zdrowych. Błonnik guar zawierający > 85% błonnika pokarmowego i nieznacznym wpływie na smak, może być idealnym naturalnym błonnikiem pokarmowym do stosowania w żywności (26). W kolejnym badaniu porównano poposiłkowe odpowiedzi
glike-miczne i odczucia sytości po spożyciu 250 cm3 mleka 2% (z dodatkiem karageniny
ko-lejnym posiłku ad libitum po 120 min. Okazało się, że dodatek alginianu i GG spo-wodował niższe spożycie kalorii podczas kolejnego epizodu spożywania posiłku w stosunku do próby kontrolnej. Dodatkowo guma guar najsilniej tłumiła odczucie głodu spośród zaproponowanych wariantów badawczych (27). W następnym bada-niu podawano pacjentom 2-6 g, w zależności od modelu badawczego, częściowo zhydrolizowaną gumę guar (PHGG). We wszystkich wariantach mierzone parame-try sytości wskazywały znaczące (p < 0,05) efekty wpływające na potencjał sycący w porównaniu z próbą kontrolną. Dodatkowo wykazano, że suplementacja PHGG w dłuższym czasie może skutecznie zmniejszyć spożycie energii podczas całodzien-nego żywienia (28). Działanie hamujące głód w przypadku gumy guar związane jest z funkcją opóźniania tranzytu w okrężnicy, zwiększenia wydzielania hormonu sytości – cholecystokininy CKK i wzrostu percepcji sytości po posiłku, dlatego za-sadne wydaje się kontynuowanie badań nad właściwościami wysokosycącymi tego związku.
PODSUMOWANIE
Błonnik pokarmowy ma różne działanie fizjologiczne i zapewnia wiele korzy-ści, w tym wzmaga odczucie sytości. W głównej mierze odpowiadają za to jego wyjątkowe właściwości wypełniające i reologiczne. Lepkie włókna rozpuszczalne mogą być przydatne, ponieważ przedłużają fazę jelitową trawienia i wydłużają czas wchłaniania składników odżywczych. Wydaje się, że możliwości wykorzystania błonnika pokarmowego w projektowaniu żywności wysoko sycącej są bardzo obie-cujące, jednak konieczne są dalsze badania nad precyzyjnym określeniem wpływu poszczególnych frakcji błonnika pochodzącego z różnych źródeł na odczucie syto-ści i efekt tłumienia głodu.
M . S k o t n i c k a , M . P i e s z k o , K . K a r w o w s k a
POSSIBILITY OF USE OF SELECTED HIGH-FIBER SUBSTANCES IN THE DESIGN OF SATIATING FOOD
PIŚMIENNICTWO
1.Tang J., Larsen D.S., Ferguson L.R., James B.J.: The effect of textural complexity of solid foods on satiation. Physiol Behav, 2016; 163: 17–24. – 2. Shah B., Li B., Wang L., Liu S., Li Y., Fibre X.: Health benefits of konjac glucomannan with special focus on diabetes. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fiber, 2015; 5(2): 19-187. – 3. Keithley J., Swanson B.: Glucomannan and obesity: A critical review. Altern Ther Health Med 2005; 11(6): 30-34. – 4. Livieri C., Novazi F., Lorini R.:The use of highly purified glucomannan-based fibers in childhood obesity. La Pediatria Medica e Chirurgica: Medical and Surgical Pediatrics, 1992; 14(2): 195-198. – 5. Reffo G.C.: Glucomannan in hypertensive outpatients: pilot clini-cal trial. Curr Ther Res, 1988; 44: 22-27. – 6. Sood N., Baker W., Coleman C.L.: Effect of glucomannan on plasma lipid and glucose concentrations, body weight, and blood pressure: systematic review and meta-analysis. Am J Clin Nutr, 2008; 88(4): 1167-1175. – 7. Zalewski B.M., Chmielewska A., Szajewska
H.:The effect of glucomannan on body weight in overweight or obese children and adults: A systematic review of randomized controlled trials. Nutrition, 2015; 31(3): 437-442. – 8. Rayner M., Östbring K., Purhagen J.: Application of Natural Polymers in Food. Springer,115-116, 2016. – 9. Au-Yeung, F, Jovanovski, E., Jenkins A.L., Zurban A., Ho H.V.T., Vuksan V.: The effects of gelled konjac glucomannan fibre on appetite and energy intake in healthy individuals: a randomised cross-over trial. Br J Nutr, 2018; 119(1): 109-116. – 10. Vaikousi H., Biliaderis C.G., Izydorczyk M.S.: Solution flow behavior and gell-ing properties of water-soluble barley (1→3,1→4)-β-glucans varygell-ing in molecular size. J Cer Sci, 2004; 39(1): 119-137.
11. De Souza N. L., Bartz J., Zavareze E.D.R., De Oliveira P.D., Da Silva W.S.V., Alves G.H., Dias A.R.G.: Functional, thermal and rheological properties of oat β-glucan modified by acetylation. Food Chem, 2015; 178: 243–250.- 2015. – 12. Rebello C.J., Johnson W.D., Martin C.K., Han H., Chu Y.F., Bor-denave N., … Greenway F. L.: Instant Oatmeal Increases Satiety and Reduces Energy Intake Compared to a Ready-to-Eat Oat-Based Breakfast Cereal: A Randomized Crossover Trial. J Am Coll Nutr, 2016; 35(1): 41-49. – 13. Hartvigsen M.L., Gregersen S., Lærke H.N., Holst J.J., Bach Knudsen K.E., Hermansen K.: Effects of concentrated arabinoxylan and β-glucan compared with refined wheat and whole grain rye on glucose and appetite in subjects with the metabolic syndrome: a randomized study. Eur J Clin Nutr, 2014; 68(1): 84-90. – 14. Ye Z., Arumugam V., Haugabrooks E., Williamson P., Hendrich S.:Soluble dietary fiber (Fibersol-2) decreased hunger and increased satiety hormones in humans when ingested with a meal. Nutr Res, 2015; 35(5): 393-400. – 15. Alviña M., Araya H.: Functional Food to Regulate Satiety and Energy Intake in Human. The Open Agriculture Journal, 2016; 10(1): 58-68. – 16. Shimizu C., Kihara M., Aoe S., Araki S., Ito K., Hayashi K., Ikegami S.: Effect of High β-Glucan Barley on Serum Cholesterol Concentra-tions and Visceral Fat Area in Japanese Men—A Randomized, Double-blinded, Placebo-controlled Trial. Plant. Foods Hum. Nutr., 2008; 63(1): 21-25. – 17. Vitaglione P., Lumaga R.B., Montagnese C., Messia M.C., Marconi E., Scalfi L.: Satiating Effect of a Barley Beta-Glucan–Enriched Snack. J. Am. Coll. Nutr, 2010; 29(2): 113-121. – 18. Ng J., Brownlee I.A.: The effect of high β-glucan flour incorporation into instant rice porridge on satiety and energy intake. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre, 2017; 11: 60-66. – 19. Akyol A., Dasgin H., Ayaz A., Buyuktuncer Z.,Tanju Besler H.: β-glucan and dark chocolate: A randomized crossover study on short-term satiety and energy intake. Nutrients, 2014; 6(9): 3863-3877. – 20. Brum J.M., Gibb R.D., Peters J.C., Mattes R.D.: Satiety effects of psyllium in healthy volunteers. Appetite, 2016; 105: 27-36.
21. Abutair A.S., Naser I.A., Hamed A.T.: Soluble fibers from psyllium improve glycemic response and body weight among diabetes type 2 patients (randomized control trial). Nutr J, 2016, 15(1): 1-7. – 22. Verma, A., Morga R.: Psyllium (Plantago ovata) husk: a wonder food for good health. Int J Sci Res, 2013; 14(9): 2319-70634. – 23. Franco E.A.N., Sanches-Silva A., Ribeiro-Santos R., de Melo N.R.: Psyllium (Plantago ovata Forsk): From evidence of health benefits to its food application. Trends Food Sci Tech, 2020; 96:166-175. – 24. Skotnicka M., Ocieczek A.: Wpływ błonnika witalnego na poziom sytoś-ci w jagirtach naturalnych. Probl Hi Epidemiol, 2016; 97(2): 125-128. – 25. Slavin J., Green H.: Dietary fibre and satiety. Nutr Bull, 2007; 32(s1): 32-42. – 26. Rao T.P.: Role of guar fiber in appetite control. Physiol Behav, 2016; 164: 277-283. – 27. Arshad M.U., Ishtiaq S., Anjum F.M., Saeed F., Chatha S.A.S., Imran A.: Acute effects of different dietary polysaccharides added in milk on food intake, postprandial appetite and glycemic responses in healthy young females. Int J Food Sci. Nutr., 2016; 67(6): 715-722. – 28. Rao T.P., Hayakawa M., Minami T., Ishihara N., Kapoor M.P., Ohkubo T., Wakabayashi K.: Post-meal perceivable satiety and subsequent energy intake with intake of partially hydrolysed guar gum. Br. J. Nutr., 2015; 113(9): 1489-1498.
