PL205817B1 - Zastosowanie pullulanu do wytwarzania leku oraz produkt zastępujący posiłek - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie pullulanu do wytwarzania leku oraz produkt zastępujący posiłek.

Wynalazek znajduje zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym oraz w wybranych gałęziach przemysłu spożywczego i skierowany jest do osób cierpiących na cukrzycę i stosujących dietę cukrzycową.

Podstawowym sposobem leczenia nietolerancji glukozy jest ścisłe przestrzeganie diety, co minimalizuje wzrost poziomu glukozy po posiłku, oraz w wielu przypadkach, stosowanie leków (insuliny lub doustnych środków przeciwcukrzycowych).

Przed rokiem 1921, jedynym uznanym sposobem leczenia cukrzycy (DM) było głodzenie. Od czasu odkrycia egzogennej insuliny, leczenie koncentruje się głównie wokół diety. Przez ostatnie 75 lat zmieniły się zalecenia dotyczące podziału kalorii pochodzących z węglowodanów i tłuszczy. W tablicy 1 poniżej przedstawiono podziały umożliwiające najlepszą kontrolę metabolizmu, na podstawie ówczesnych opinii.

T a b l i c a 1: Historia zaleceń dotyczących podziału kalorii u osób z DM

Rok	Węglowodany (%)	Białka (%)	Tłuszcze (%)
1921	20	10	70
1950	40	20	40
1971	45	20	35
1986	50-60	12-20	30
1994	*	10-20	* λ

* na podstawie oceny wartości odżywczych λ <10% tłuszczów nasyconych

Dawniej zalecano ograniczenie węglowodanów w diecie, ponieważ kontrola glikemii była na ogół lepsza przy tego typu zastrzeżeniu. Jednakże, po latach, badacze stwierdzili, że uboga w węglowodany i bogata w tłuszcze dieta wiąże się z dyslipidemią i chorobami sercowo-naczyniowymi. W roku 1950, American Diabetes Association (ADA) zalecało zwiększenie proporcji kalorii pochodzących z węglowodanów w celu zmniejszenia ryzyka chorób sercowo-naczyniowych. W miarę jak środowisko medyczne coraz lepiej poznawało istotę cukrzycy, zalecenia dietetyczne zmieniały się w kierunku większego spożycia węglowodanów.

Do tej ewolucji częściowo przyczyniło się stwierdzenie, że nie wszystkie węglowodany powodują jednakowy wzrost glikemii. Cukry proste, takie jak glukoza, są u człowieka szybko wchłaniane i natychmiast powodują gwałtowny wzrost poziomu glukozy we krwi cukrzyka. Bardziej złoż one węglowodany, takie jak skrobie, nie powodują tak gwałtownego wzrostu glikemii. Węglowodany złożone nie wchłaniają się bezpośrednio. Są one enzymatycznie przekształcane w glukozę i inne cukry proste, podczas procesu trawienia. Tak więc, węglowodany złożone powodują u cukrzyków łagodniejszy wzrost glikemii, ponieważ są one stopniowo przekształcane w glukozę i ich wchłanianie zachodzi wolniej.

Inne węglowodany złożone, takie jak włókna pokarmowe, uważa się za nie ulegające trawieniu. Te nie ulegające trawieniu węglowodany są zazwyczaj polimerycznymi wielocukrami. Zawierają one wiązania glikozydowe, których ludzkie enzymy nie mogą rozszczepić. Tak więc, podczas gdy polisacharydy wywołują u pacjenta poczucie sytości, nie są one trawione i nie prowadzą ostatecznie do wchłaniania glukozy.

Tsuji i in., w J. Agric Food Chem 1998, 46, 2253, przedstawił w postaci wykresu jaki wpływ na poziom glukozy we krwi na modelu szczurzym miał nie ulegający trawieniu polisacharyd. Wykres ten odtworzono poniżej dla wygody czytelnika:

PL 205 817 B1

Podsumowując, wykres przedstawia znaczny (w przybliżeniu 5-krotny) wzrost poziomu glukozy we krwi po doustnym podaniu glukozy. W przeciwieństwie do tego, opisywany przez Tsuji nie ulegający trawieniu polisacharyd, Fibersol™, nie powodował u zwierząt w zasadzie żadnej zmiany w poziomie glukozy we krwi.

Tak więc, w dziedzinie nauk dotyczących żywności i żywienia stosuje się termin „polisacharyd nie ulegający trawieniu. Stosuje się go do opisu węglowodanu, którego enzymy trawienne człowieka nie są w stanie przemienić w glukozę, lub inne cukry proste. W literaturze opisano wiele polisacharydów nie ulegających trawieniu. Obejmują one pektyny, celulozy, gumy roślinne (np. guma guar), hemicelulozę, polidekstrozę, gumę ksantanową, inulinę, eksudaty roślinne, polisarcharydy glonów, zmodyfikowane celulozy, zmodyfikowane skrobie (np. Fibersol™ 2), itp.

Kolejny węglowodan nie ulegający trawieniu określany mianem pullulan jest dostępny z firmy Hayashibara Co., Ltd., z Okayamy, Japonia. Według doniesień Hayashibara, pullulan jest jadalnym plastikiem o właściwościach adhezyjnych. Według doniesień, pullulan jest bezpieczny do stosowania jako składnik pożywienia. Znajduje on zastosowanie jako środek postaciujący w przyprawach, sosach i produktach mięsnych. Hayashibara poleca także stosowanie pullulanu jako jadalnego tuszu.

W firmie Hayashibara oszacowano stopień trawienia pullulanu. Wedł ug doniesień , pullulan nie ulega trawieniu, podobnie jak celuloza lub pektyna. Dane w tablicy I pochodzą z informacji handlowych Hayashibara. Przedstawiają one wpływ enzymów trawiennych na pullulan.

T a b l i c a 1:

Wpływ różnych enzymów na pullulan według doniesień producenta, Havashibara Co. Ltd.

Pochodzenie enzymu	pH	Próbka 1*	Próbka 2*
3 godz.	22 godz.	3 godz.	22 godz.
jelito cienkie świni	6,8	0	0,72	0,088	0,51
trzustka	5,0	0,46	0,90	1,52	-
ślina	6,0	0,48	2,33	0,48	2,5
wątroba świni	6,8	0,72	-	0,72	-

* Powstawanie mniejszych cukrów (w miligramach) na 20 mg pullulanu (tj. przerwanie wiązań pomiędzy podjednostkami glukozy pullulanu).

Właściwości pullulanu oszacowali, oprócz Hayashibara, także inni. Zwraca się tu uwagę na opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki Płn. nr 5116820 i 4629725. Hiji donosi, że pullulan hamuje wchłanianie sacharozy. Tak więc, można go dodawać do produktów spożywczych przeznaczonych dla cukrzyków w ilości od 0,25% do 5%, w oparciu o całkowitą masę węglowodanów obecnych

PL 205 817 B1 w takim poż ywieniu. Hiji donosi tak ż e, ż e jednoczesne podawanie kwasu gymnemic zwię ksza wł a ś ciwości pullulanu hamujące wchłanianie.

Kimoto i in. opublikowali wyniki badania na zwierzętach dotyczących bezpieczeństwa pullulanu. Food and Chemical Toxicology 23, (1997) 323-329. Również według doniesień Kimoto, pullulan jest polisacharydem nie ulegającym trawieniu. Na stronie 324, Kimoto i in. donosi, że przy wystawieniu pullulanu na działanie enzymów wytworzyły się minimalne ilości glukozy.

Tak więc słuszną interpretacją dotychczasowych doniesień jest fakt, że pullulan opisuje się jako polisacharyd nie ulegający trawieniu. Oznacza to, że u ludzi pullulan nie ulega przemianie w glukozę i spoż ycie pullulanu nie spowoduje zwię kszenia poziomu glukozy w osoczu. Tak wię c, podczas gdy doniesienia literaturowe opisują skuteczność pullulanu jako włókna pokarmowego, nie motywują one zastosowania pullulanu jako wolno trawionego węglowodanu. Z dotychczasowych doniesień wynika, że takie zastosowanie byłoby bezcelowe ponieważ organizm człowieka nie jest w stanie przekształcić pullulanu w glukozę ani w inne cukry proste.

Niniejszy wynalazek ujawnia, że pullulan został nieprawidłowo scharakteryzowany w piśmiennictwie. Pullulan nie jest węglowodanem nie ulegającym trawieniu. Właściwie, odkryto, że pullulan jest wolno trawionym węglowodanem. Oznacza to, że enzymy człowieka stopniowo przekształcają pullulan w glukozę. Ta stopniowa konwersja pullulanu w glukozę powoduje u ludzi stopniowy wzrost poziomu glukozy we krwi. Odkrycie to było bezpośrednią przesłanką do obecnego wynalazku.

Istotą wynalazku jest zastosowanie pullulanu do wytwarzania leku do uzyskania łagodnego wzrostu glikemii u pacjentów cierpiących na cukrzycę, przy czym pullulan jest. zawarty w produkcie zastępującym posiłek.

Innym aspektem wynalazku jest produkt zastępujący posiłek. Produkt zastępujący posiłek według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera:

źródło białka zapewniające od 10 do 35% całkowitej ilości kalorii;

źródło tłuszczu zapewniające od 10 do 50% całkowitej ilości kalorii; oraz układ węglowodanów zapewniający od 25 do 80% całkowitej ilości kalorii, w którym pullulan zapewnia od 10 do 50% całkowitej ilości kalorii; a także minerały i witaminy.

Korzystnie, gdy produkt zastępujący posiłek według wynalazku jest w postaci batonu lub napoju.

Stwierdzenie wspomnianej nieprawidłowej charakterystyki pullulanu spowodowało, że zgłaszający odkryli wiele nowych zastosowań pullulanu. Będąc wolno trawionym węglowodanem, pullulan może być wprowadzany w znacznych ilościach do produktów spożywczych przeznaczonych dla cukrzyków, tym samym zapewniając łagodny wzrost glikemii. Pullulan, oprócz wymienionego już wprowadzania go do produktów zastępujących posiłek, takich jak napoje i batony, alternatywnie można wprowadzać do dietetycznych przekąsek przeznaczonych dla cukrzyków. Pullulan można także stosować do kontroli nocnej hipoglikemii u cukrzyków potrzebujących takiego leczenia.

Pullulan można także stosować w produktach spożywczych przeznaczonych do zastosowania w programie redukcji masy ciała. Stopniowe uwalnianie glukozy z pullulanu zapewni poczucie sytoś ci u tych osób. Pullulan można także stosować w środkach spożywczych i napojach przeznaczonych dla sportowców (tj. „napoje sportowe i „batony sportowe). Pullulan będzie także korzystny u pacjentów z obniżoną tolerancją glukozy. Osoby te często określa się jako bę dące w stanie przedcukrzycowym lub osoby z ryzykiem zapadnięcia na cukrzycę. Podsumowując, pullulan można stosować w dowolnym zastosowaniu odpowiednim dla wolno trawionego węglowodanu.

Poniżej opisano znaczenia terminów stosowanych w niniejszym opisie. Liczba mnoga i pojedyncza powinny być traktowane jako równoznaczne, poza znaczeniem określającym ilość:

a) „względny wzrost glikemii (GI) oblicza się dzieląc powierzchnię pod krzywą (AUC) wzrostu glukozy we krwi dla testowanego pożywienia przez AUC wzrostu glukozy we krwi dla pożywienia stanowiącego standard odniesienia i mnożąc przez 100, przy czym, zawartości węglowodanów w pożywieniu testowanym i odniesienia są takie same. Pożywieniem odniesienia jest zazwyczaj glukoza lub biały chleb, które mają wzorcowy GI wynoszący 100,

b) termin „łagodny wzrost glikemii odnosi się do zmniejszenia „względnego wzrostu glikemii w porównaniu z równoważ n ą dawką glukozy,

c) termin „hipoglikemia oznacza zmniejszenie stężenia glukozy we krwi do poziomu wystarczającego do wywołania objawów, które ustępują po przywróceniu prawidłowego stężenia glukozy,

d) termin „DM oznacza cukrzycę i jest opisany szczegółowo w Joslin's Diabetes Mellitus. Kahn i Weir (ed.) 1994,

PL 205 817 B1

e) termin „węglowodan nie ulegający trawieniu oznacza węglowodan, który jest odporny na trawienie przez enzymy endogenne w górnym odcinku przewodu pokarmowego u człowieka, lub jakiegokolwiek nie-przeżuwacza,

f) terminy „węglowodan nie ulegający trawieniu, „polisacharyd nie ulegający trawieniu, „węglowodan nie podlegający trawieniu, i „polisacharyd nie podlegający trawieniu powinno się traktować jak synonimy,

g) termin „wolno trawiony węglowodan odnosi się do węglowodanu, który charakteryzuje się powolnym tempem trawienia, czego wzorcem jest surowa skrobia kukurydziana, a dokładniej ulega trawieniu wolniej niż zhydrolizowana skrobia kukurydziana, (np. Lodex 15® firmy Cerester),

h) termin „szybko trawiony węglowodan odnosi się do węglowodanu, który ulega szybkiemu trawieniu, np. niemodyfikowana maltodekstryna (np. Lodex 15® firmy Cerester) i ulega trawieniu z szybkością równą lub wię kszą niż niemodyfikowana maltodekstryna, taka jak Lodex 15®,

i) termin „całkowita ilość kalorii odnosi się do całkowitej zawartości kalorycznej gotowego produktu spożywczego o określonej masie lub objętości,

j) terminy „produkt zastępujący posiłek i „środki odżywcze powinny być traktowane jako synonimy.

k) termin „całkowita zawartość węglowodanów odnosi się do sumy wszystkich składników węglowodanowych, analitycznie określanych terminem sucha pozostałość - (popiół + tłuszcze + białka), i) termin „wzorzec dobowego spożycia czyli RDI odnosi się do ustalonych wzorców dietycznych w oparciu o zalecane racje żywieniowe dla niezbędnych witamin i minerałów. Zalecane racje żywieniowe oznaczają zestaw szacunkowych racji spożywczych ustalonych przez National Academy of Sciences, które uaktualnia się okresowo tak, aby odzwierciedlały aktualny stan wiedzy naukowej,

m) termin „pacjent odnosi się do ludzi, psów, kotów i dowolnych innych zwierząt nieprzeżuwających,

n) jakiekolwiek odniesienie do zakresu liczbowego w tym zgłoszeniu powinno być rozumiane jako poprzedzone słowem „około. Ponadto, każdy zakres liczbowy powinien być rozumiany jako obejmujący ograniczenie dotyczące podzbioru tego zakresu. Przykładowo, ujawnienie zakresu od 1 do 10 powinno być rozumiane w opisie i zastrzeżeniach patentowych jako wskazanie dla dowolnego podzbioru tego zakresu (tj., zakresów 2-9, 3-6, 4-5, 2,2-3,6, 2,1-9,9, itp.).

Jak wykazano powyżej, poprzednie doniesienia piśmiennictwa niewłaściwie scharakteryzowały pullulan. Znajdują się tam dane zwierzęce dokumentujące, że pullulan jest węglowodanem nie podlegającym trawieniu. Jak pokazuje rozdział tego zgłoszenia dotyczący doświadczeń, ta charakterystyka jest błędna. Zgłaszający wykazali u ludzi, że pullulan jest wolno trawionym węglowodanem.

Pullulan jest rozpuszczalnym w wodzie, lepkim polisacharydem, alfa-glukanem, składającym się z jednostek glukozy składających się na względnie prostą liniową budowę, tj., jednostek trzech powiązanych alfa-1,4 cząsteczek glukozy, które są wielokrotnie spolimeryzowane poprzez wiązania alfa-1,6 na krańcowej glukozie. Typowe skrobie spożywcze takie jak skrobia kukurydziana, składają się w 27% z amylozy (czą steczki alfa-1,4 glukozy) i w 73% z amylopektyny, która zawiera glukozę wią zaną zarówno alfa-1,4 jak i alfa-1,6. Jednakże, w pullulanie wiązanie alfa-1,6 służy do wiązania krzyżowego poszczególnych krótkich łańcuchów prowadząc w rezultacie do budowy schodkowej (struktura A). Jako że średnia masa cząsteczkowa pullulanu wynosi 50000-500000, „n na fig. 2 mieści się w zakresie od 300 do 3000. Kimoto i in. Food and Chemical Toxicology 35 (1997) 323-329.

PL 205 817 B1

Struktura A

Pullulan opracowuje się pozakomórkowo za pomocą grzybów tzw. „czarnych drożdży”, Aureobasidium pullulans. Wytwarza się go w hodowli tych grzybów na podłożu będącym wystarczającym źródłem węgla, azotu i minerałów, z napowietrzaniem. Pullulan uzyskuje się z płynnej hodowli przez odwirowanie. Poddaje się go następnie zazwyczaj frakcjonowaniu z alkoholem i oczyszcza metodami znanymi w dziedzinie Kimoto i in., powyżej. Pullulan jest także dostępny na rynku z firmy Hayashibara Co. Ltd. z Okayama, Japonia.

Jak wykazano powyżej, odkryto, że pullulan jest wolno trawionym węglowodanem. Efekt ten można osiągnąć dla dowolnych cząsteczek pullulanu o różnych masach cząsteczkowych, jak opisano powyżej. Pullulan można podawać jako mieszaninę związków o różnych masach cząsteczkowych. Jeśli to pożądane, można także stosować wysoko oczyszczoną substancję o jednolitej masie cząsteczkowej.

Korzystne działanie, które pullulan wywiera na poziom glukozy we krwi cukrzyka można osiągnąć na wiele sposobów. Jeśli to pożądane, pullulan można podawać bez jakiegokolwiek nośnika. Pullulan można po prostu rozpuścić w wodzie i podać cukrzykowi. Alternatywnie, pullulanem można pokropić pożywienie, rozpuścić w kawie, itp. Całkowita dawka dobowa dla cukrzyka będzie się mieścić w szerokim zakresie, ale zazwyczaj cukrzycy odnosz ą korzyść ze spoż ycia 1-150 g/dobę pullulanu.

W kolejnym rozwiązaniu, pullulan można włączyć w skład pigułek, kapsułek, szybko rozpuszczających się tabletek, pastylek do ssania, itp. Te farmaceutyczne postacie dawkowania są szczególnie przydatne w leczeniu, lub zapobieganiu, hipoglikemii. Dawka w hipoglikemii może wahać się w szerokim zakresie, ale zazwyczaj mieści się w zakresie od 1 do 20 g/dawkę , a bardziej typowo 5 g/dawkę. Sposoby wytwarzania takich postaci dawkowania są dobrze znane w dziedzinie. Odnoś nie uzyskania wskazówek co do sposobów wytworzenia takich postaci dawkowania, zwraca się uwagę czytelnika na najnowsze wydanie Remingtons Pharmaceutical Sciences.

Podczas gdy pullulan można podawać jako pojedynczą jednostkę, jest on zazwyczaj włączany do produktów spożywczych i spożywany przez cukrzyka podczas posiłków lub przekąsek. Jeśli to pożądane, cukrzyk może po prostu zmodyfikować przepis zazwyczaj spożywanych pokarmów. Po prostu, można wymienić glukozę i inne szybko trawione węglowodany, na pullulan w równoważnej ilości. Zastąpienie szybko trawionych cukrów pullulanem znacznie zmniejszy wskaźnik glikemiczny pożywienia. Osoby próbujące schudnąć mogą stosować podobną strategię, ponieważ pullulan zapewni przedłużone uwalnianie glukozy i opóźni chęć spożycia dodatkowych kalorii u tych osób.

Podczas gdy taka strategia zapewnia pokarmy powodujące łagodny wzrost glikemii, powoduje także względnie mdłą dietę, uważaną przez wiele osób za nie do przyjęcia, ponieważ pullulan jest bez smaku. Tak więc, w kolejnym rozwiązaniu, pullulan włącza się w skład napojów, batonów, ciastek, itp., które specjalnie zaprojektowano w celu zwiększenia walorów smakowych pullulanu, a tym samym zwiększenia jego akceptacji przez pacjenta/konsumenta.

Zazwyczaj, pullulan włącza się do napojów zastępujących posiłek takich jak Glucerna®, Ensure®, Choice DM®, Slim Fast®, Pediasure®, Glytrol®, Resource® Diabetic, itp. Pullulan można także włączyć w skład batonów zastępujących posiłek takich jak PowerBars®, batony Glucerna®, batony Choice DM®, batony Ensure®, oraz batony Boost®, itp. Alternatywnie, pullulan można włączyć w skł ad soków, napojów gazowanych, wody butelkowanej, itp. Sposoby wytwarzania któregokolwiek z tych produktów spoż ywczych lub napojów są dobrze znane w dziedzinie. Poniż sze omówienie ma na celu zilustrowanie takich produktów zastępujących posiłek dla cukrzyków i dla osób z nadwagą oraz ich przygotowanie.

Większość produktów zastępujących posiłek (tj., batony lub płyny) zapewnia kalorie z tłuszczów, węglowodanów i białek. Produkty te zazwyczaj także zawierają witaminy i minerały, ponieważ w założeniu, mają być one odpowiednie do zastosowania jako jedyne źródło pożywienia. Podczas gdy te produkty zastępujące posiłek mogą służyć jako jedyne źródło pożywienia, zazwyczaj tak się nie dzieje. Pacjenci spożywają te produkty aby zastąpić jeden lub dwa posiłki dziennie, lub jako zdrową przekąskę. Produkty odżywcze według wynalazku powinny być zaprojektowane tak, aby uwzględniać każde z tych rozwiązań.

Ilość składników odżywczych może wahać się w szerokim zakresie zależnie od docelowej populacji pacjentów (tj., cukrzycy czy niecukrzycy, walory organoleptyczne, preferencje kulturalne, zastosowanie, itp.). Jednakże, ogólną nieograniczającą zasadą dotyczącą składu tych produktów zastępujących posiłek według wynalazku jest, że zawierają one następujące względne ilości białka, tłuszczu i węglowodanów (w oparciu o względną zawartość procentową całkowitej ilości kalorii):

PL 205 817 B1

T a b l i c a 2: Zakresy składników w produktach odżywczych

Składnik	Korzystny zakres (% kalorii)	Bardziej korzystny zakres (% kalorii)
źródło białka	0-35	15-25
źródło tłuszczu	<55	10-40
układ węglowodanów*	25-100	25-55

*w tym pullulan

Nowatorskim aspektem produktów zastępujących posiłek jest zastosowanie pullulanu jako istotnego źródła kalorii z węglowodanów. Jak wykazano powyżej, węglowodany zapewniają od około 25-100% całkowitej ilości kalorii. Powinno się włączyć do produktu wystarczającą ilość pullulanu tak, aby pullulan stanowił co najmniej 5% wagowo układu węglowodanów (mierzonego na podstawie suchej masy, tj. nie rozpuszczonego w płynie). Bardziej typowo, pullulan będzie obejmował od około 5 do około 100% wagowo układu węglowodanów. Alternatywnie, pullulan powinien zapewnić co najmniej 5% całkowitych kalorii pochodzących z węglowodanów, a jeszcze bardziej typowo od 10 do 50%.

Pozostałą część węglowodanów (tj., jeden lub więcej węglowodanów w tym pullulan) można zapewnić za pomocą dowolnego układu węglowodanów odpowiednich dla ludzi, biorąc pod uwagę odpowiednie ograniczenia dietetyczne (tj., czy są przeznaczone dla cukrzyków). Przykłady odpowiednich węglowodanów, które można stosować obejmują skrobię, zmodyfikowaną skrobię, zhydrolizowaną skrobię kukurydzianą, maltodekstrynę, polimery glukozy, sacharozę, części stałe syropu kukurydzianego, glukozę, fruktozę, laktozę, syrop kukurydziany bogaty we fruktozę, fruktooligosacharydy, miód, błonnik pokarmowy, alkohole cukrowe (np. maltitol).

W celu wspomagania moderowania poziomu glukozy we krwi cukrzyków opracowano specjalne mieszanki węglowodanów przeznaczonych dla cukrzyków. Przykłady takich mieszanek węglowodanów przedstawiono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4921877, Cashmere i in., w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5776887, Wibert i in., w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5292723, Audry i in. i w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5470839, Laughlin i in., których treść załączono na zasadzie odsyłacza. Aby bardziej zmniejszyć wskaźnik glikemiczny produktu, w połączeniu z pullulanem można stosować którekolwiek z tych mieszanek węglowodanów.

Jeśli to pożądane, do układu węglowodanów można także wprowadzić niewchłaniające się węglowodany. Te niewchłaniające się węglowodany będą stanowiły najwyżej około 20% wagowo układu węglowodanów, a bardziej typowo, najwyżej około 15% wagowo układu węglowodanów. Termin „niewchłaniające się węglowodany odnosi się do grupy węglowodanów o stopniu polimeryzacji powyżej około 20 i/lub masie cząsteczkowej powyżej około 3600, tj. odpornych na endogenne enzymy trawienne górnego przewodu pokarmowego człowieka. Niewchłaniające się węglowodany charakteryzują się wieloma cechami całkowitego błonnika pokarmowego. Jednakże, nie dają się one oszacować ilościowo metodą AACC 32-07 dla włókien pokarmowych i w konsekwencji nie włączono ich w wartości całkowitego błonnika pokarmowego według wynalazku. Przykłady źródeł niewchłaniających się węglowodanów według wynalazku zazwyczaj obejmują chemicznie zmodyfikowane skrobie takie jak Fibersol, polidekstroza i inulina.

Zazwyczaj, układ węglowodanów będzie także obejmował błonnik pokarmowy. Ilość błonnika pokarmowego może zmieniać się znacznie ale będzie zazwyczaj mieścić się w zakresie od 3 do 20% wagowo układu węglowodanów (na podstawie suchej masy). Stosowany tu i w zastrzeżeniach patentowych termin błonnik pokarmowy odnosi się do wszystkich składników pożywienia, które w przewodzie pokarmowym człowieka nie są rozbijane przez enzymy endogenne na małe cząsteczki wchłaniane do krwiobiegu. Te składniki pożywienia to przeważnie celulozy, hemicelulozy, pektyny, gumy, substancje kleiste i ligniny. Włókna pokarmowe różnią się znacznie składem chemicznym i budową fizyczną, a więc funkcją fizjologiczną.

Właściwości włókien pokarmowych (lub układów włókien pokarmowych), które wpływają na funkcje fizjologiczne to rozpuszczalność i zdolność do fermentacji. Pod względem rozpuszczalności, włókna pokarmowe można podzielić na typy rozpuszczalne i nierozpuszczalne na podstawie ich zdolności do rozpuszczenia w buforowanym roztworze przy określonym pH. Źródła włókien pokarmowych różnią się pod względem zawartości włókien rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych. Stosowany tu i w zastrzeżeniach patentowych termin „rozpuszczalny i „nierozpuszczalny błonnik pokarmowy określono na podstawie sposobu 32-07 według American Association of Cereal Chemists (AACC). Stosowany tu i w zastrzeżeniach patentowych termin „całkowity błonnik pokarmowy lub „błonnik pokarmowy ma być rozumiany jako suma rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych włókien pokarmowych określonych za pomocą sposobu 32-07 AACC, w którym wagowo, błonnik pokarmowy stanowi co najmniej

PL 205 817 B1

70% źródła włókien pokarmowych. Stosowany tu i w zastrzeżeniach patentowych termin źródło „rozpuszczalnego błonnika oznacza źródło włókna pokarmowego, w którym co najmniej 60% błonnika stanowi błonnik rozpuszczalny co określa się za pomocą sposobu 32-07 AACC, a termin źródło „nierozpuszczalnego błonnika oznacza źródło włókna pokarmowego, w którym co najmniej 60% całkowitego błonnika stanowi błonnik nierozpuszczalny co określa się za pomocą sposobu 32-07 AACC.

Przedstawicielami źródeł rozpuszczalnego błonnika pokarmowego są guma arabska, sól sodowa karboksymetylocelulozy, guma guar, pektyna owoców cytrusowych, pektyna o małej i dużej zawartości grup metoksylowych, glikany owsiane i jęczmienne, karragenina i psyllium. Na rynku dostępne są liczne źródła rozpuszczalnego błonnika pokarmowego. Przykładowo, guma arabska, karboksymetyloceluloza, guma guar, pektyna i pektyny o małej i dużej zawartości grup metoksylowych są dostępne z firmy TIC Gums, Inc. z Belcamp, Maryland. Glikany owsiane i jęczmienne są dostępne z firmy Mountain Lake Specialty Ingredients, Inc. z Omaha, Nebraska. Psyllium jest dostępne z firmy Meer Corporation z North Bergen, New Jersey, podczas gdy karragenina jest dostępna z firmy FMC Corporation, Philadelphia, Pennsylvania.

Przedstawicielami nierozpuszczalnych włókien pokarmowych są włókno otrębów owsianych, włókno łusek grochu, włókno łusek sojowych, włókno liścieni sojowych, włókno buraka cukrowego, celuloza i otręby kukurydziane. Liczne źródła nierozpuszczalnych włókien pokarmowych są także dostępne na rynku. Przykładowo, otręby kukurydziane są dostępne z firmy Quaker Oats z Chicago, Illinois; włókno otrębów owsianych z firmy Canadian Harvest z Cambridge, Minnesota; włókno łuski grochu z firmy Woodstone Foods z Winnipeg, Canada; włókno łusek sojowych i włókno otrębów owsianych z firmy The Fibrad Group z LaVale, Maryland; włókno liścieni sojowych z firmy Protein Technologies International z St. Louis, Missouri; włókno buraka cukrowego z firmy Delta Fiber Foods z Minneapolis, Minnesota i celuloza z firmy James River Corp. z Saddle Brook, New Jersey.

Bardziej szczegółowe omówienie włókien pokarmowych i ich włączania w skład receptury można odnaleźć w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Płn. nr 5085883, Garleb i in., który załączono tutaj na zasadzie odsyłacza.

Oprócz włókien pokarmowych, środki odżywcze mogą także zawierać nieulegające trawieniu oligosacharydy takie jak fruktooligosacharydy (FOS). Nieulegające trawieniu oligosacharydy szybko i w znacznym stopniu ulegają fermentacji przy udziale mikroorganizmów beztlenowych zasiedlają cych jelito grube z powstaniem krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Te oligosacharydy stanowią preferowane źródła energii dla większości gatunków Bifidobacterium, ale nie są wykorzystywane przez potencjalnie patogenne organizmy takie jak Clostridium perfingens, C. difficile, lub E. coli. Termin „nieulegający trawieniu oligosacharyd odnosi się do małej grupy węglowodanów o stopniu polimeryzacji mniejszym lub równym około 20 i/lub masie cząsteczkowej mniejszej lub równej około 3600, tj. odpornej na endogenne enzymy trawienne górnego odcinka przewodu pokarmowego człowieka.

Produkty zastępujące posiłek zawierają także zazwyczaj źródło białka. Źródło białka może obejmować nienaruszone białka, zhydrolizowane białka, aminokwasy, lub pewne ich kombinacje. Białka, które można stosować w produktach odżywczych obejmują dowolne białka nadające się do spożycia przez człowieka. Takie białka są dobrze znane w dziedzinie i można je łatwo wybrać w przygotowaniu takich produktów. Przykłady odpowiednich do zastosowania białek zazwyczaj obejmują kazeinę, serwatkę, białka mleka, soję, groch, ryż, kukurydzę, zhydrolizowane białka i ich mieszaniny. Na rynku źródła białka są łatwo dostępne i znane w dziedzinie. Przykładowo, kazeiniany, serwatka, zhydrolizowane kazeiniany, zhydrolizowana serwatka i białka mleka są dostępne z firmy New Zealand Milk Products z Santa Rosa, California. Soja i zhydrolizowane białka sojowe są dostępne z firmy Protein Technologies International z Saint Louis, Missouri. Białko grochu jest dostępne z firmy Feinkost Ingredients Company z Lodi, Ohio. Białko ryżu jest dostępne z firmy California Natural Products z Lathrop, California. Biał ko kukurydziane jest dostępne z firmy EnerGenetics Inc. z Keokuk, Iowa.

Trzecim składnikiem produktów odżywczych według wynalazku są tłuszcze. Źródłem tłuszczu dla wynalazku może być dowolne źródło tłuszczu lub mieszanka źródeł tłuszczu odpowiednich nadających się do spożycia przez człowieka. Zazwyczaj, tłuszcz zapewnia pożądane poziomy nasyconych, wielonienasyconych i jednonienasyconych kwasów tłuszczowych. Fachowiec w dziedzinie łatwo obliczy ile źródła tłuszczu powinno się dodać do produktu odżywczego w celu uzyskania pożądanych poziomów nasyconych, wielonienasyconych i jednonienasyconych kwasów tłuszczowych. Przykłady tłuszczów jadalnych są dobrze znane w dziedzinie i zazwyczaj obejmują olej sojowy, oliwę z oliwek, olej ze zwierząt morskich, olej słonecznikowy, olej słonecznikowy bogaty w kwas oleinowy, olej szafranowy, olej szafranowy bogaty w kwas oleinowy, frakcjonowany olej kokosowy, olej z nasion bawełny, olej kukurydziany, olej canola, olej palmowy, olej z ziaren palPL 205 817 B1 my, olej lniany, triglicerydy średniołańcuchowe (MCT) i ich mieszaniny. Jeśli to pożądane, do produktów odżywczych można wprowadzić strukturalne lipidy.

W dziedzinie znane i ł atwo dostę pne są liczne źródł a rynkowe tł uszczów wyszczególnionych powyżej. Przykładowo, oleje sojowy i canola są dostępne z firmy Archer Daniels Midland z Decatur, Illinois. Oleje kukurydziany, z orzechów kokosowych, palmowy i z nasion palmy są dostępne z firmy Premier Edible Oils Corporation z Portland, Oregon. Frakcjonowany olej kokosowy jest dostępny z firmy Henkel Corporation z LaGrange, Illinois. Oleje szafranowy i s ł onecznikowy bogate w kwas oleinowy są dostępne z firmy SVO Specialty Products z Eastlake, Ohio. Olej ze zwierząt morskich jest dostępny z firmy Mochida International z Tokyo, Japonia. Oliwa z oliwek jest dostępna z firmy Anglia Oils z North Humberside, Wielka Brytania. Oleje słonecznikowy i z nasion bawełny są dostępne z firmy Cargil z Minneapolis, Minnesota. Olej szafranowy jest dostę pny z firmy California Oils Corporation z Richmond, California. Strukturalne lipidy są dostępne z firmy Stepan Oils, mającej filie w Stanów Zjednoczonych Ameryki Pin., osiągalnej pod adresem www.stepan.com.

Kompozycje odżywcze według wynalazku zazwyczaj zawierają witaminy i minerały. Witaminy i minerały są, jak wiadomo, niezbędne w codziennej diecie. W dziedzinie docenia się fakt, że dla pewnych witamin i minerałów ustalono minimalne dawki, co do których wiadomo, że są niezbędnie do prawidłowych funkcji fizjologicznych. Lekarze praktykujący rozumieją także, że w celu wyrównania pewnych strat zachodzących podczas przetwarzania i przechowywania takich kompozycji, do kompozycji odżywczych trzeba dodać dodatkowe witaminy i składniki mineralne w odpowiednich ilościach. Ponadto, lekarze praktykujący rozumieją, że pewne mikroelementy, takie jak chrom, karnityna, tauryna i witamina E mogą być potencjalnie korzystne dla pacjentów z cukrzycą oraz że, z uwagi na większy metabolizm u ludzi z cukrzycą typu 2 może wystąpić większe zapotrzebowanie na pewne mikroskładniki odżywcze w diecie takie jak kwas askorbinowy.

Przykład układu witamin i minerałów w gotowym produkcie spożywczym stosowanym jako jedyne źródło pożywienia zazwyczaj zawiera co najmniej 100% RDI dla witamin A, B1, B2, B6, B12, C-D, E, K, beta-karoten, biotyna, kwas foliowy, kwas pantotenowy, niacyna i cholina; minerałów wapń, magnez, potas, sód, fosofor i chlor; mikroelementów żelazo, cynk, mangan, miedź i jod; pierwiastków śladowych jak chrom, molibden, selen oraz warunkowo zasadnicze składniki odżywcze m-inozytol, karnityna i tauryna w ilości od około 350 Kcal do około 5600 Kcal.

Przykład układu witamin i minerałów w produkcie spożywczym stosowanym jako uzupełnienie odżywcze zazwyczaj zawiera co najmniej 25% RDI dla witamin A, B1, B2, B6, B12, C-D, E, K, beta-karoten, biotyna, kwas foliowy, kwas pantotenowy, niacyna i cholina; minerałów wapń, magnez, potas, sód, fosofor i chlor; mikroelementów żelazo, cynk, mangan, miedź i jod; pierwiastków śladowych chrom, molibden, selen; oraz warunkowo, zasadnicze składniki odżywcze m-inozytol, karnityna i tauryna w pojedynczej porcji lub w ilości od około 50 Kcal do około 800 Kcal.

W celu poprawy walorów organoleptycznych kompozycji do produktu odżywczego można także dodać sztuczne środki słodzące. Przykłady odpowiednich sztucznych środków słodzących obejmują sacharynę, aspartam, acesulfam K i sukralozę. Dobrze, jeśli produkty odżywcze według wynalazku także obejmują substancje smakowe i/lub zabarwienie w celu zapewnienia produktowi odżywczemu do stosowania doustnego przyjemnego wyglądu i możliwego do przyjęcia smaku. Przykłady przydatnych substancji smakowych zazwyczaj obejmują, np. smak truskawkowy, brzoskwiniowy, masła orzechowego, czekoladowy, bananowy, malinowy, pomarańczowy, jagodowy i waniliowy.

Produkty odżywcze według wynalazku można wytwarzać stosując techniki dobrze znane w dziedzinie. Ogólnie rzecz biorąc, do wytworzenia płynnych produktów zastępujących posiłek, stosuje się mieszankę olejów i włókien pokarmowych zawierającą wszystkie oleje, dowolny emulgator, włókno pokarmowe i witaminy rozpuszczalne w tłuszczach. Przez zmieszanie razem węglowodanów i minerałów oraz białka w wodzie wytwarza się oddzielnie jeszcze trzy zawiesiny (węglowodanową i dwie białkowe). Zawiesiny te następnie miesza się razem z mieszanką olejów. Uzyskaną mieszaninę homogenizuje się, poddaje obróbce termicznej, standaryzuje za pomocą witamin rozpuszczalnych w wodzie, aromatyzuje, a ostatecznie, płyn sterylizuje się lub osusza w celu wytworzenia proszku. Alternatywnie, można utrzymywać nierozcieńczoną postać shomogenizowaną i wprowadzać do odpowiednich pojemników w postaci budyniu lub osuszyć z wytworzeniem proszku. Następnie, produkt pakuje się. Zazwyczaj opakowanie podaje zalecenia co do stosowania przez końcowego konsumenta (tj., do spożycia przez cukrzyka, w celu ułatwienia schudnięcia, itp.)

Wykorzystując techniki znane w dziedzinie można także wytwarzać stałe kompozycje odżywcze takie jak batony, ciastka, itp. Przykładowo, można je wytwarzać stosując znaną w dziedzinie technologię formowa10

PL 205 817 B1 nia przez wytłaczanie na zimno. W celu przygotowania takich kompozycji, zazwyczaj wszystkie sproszkowane składniki miesza się razem na sucho. Takie składniki zazwyczaj obejmują białka, przedmieszki witamin, pewne węglowodany, itp. Następnie, miesza się razem składniki rozpuszczalne w tłuszczach i miesza z powyższą sproszkowaną przedmieszką. Na koniec, jakiekolwiek płynne składniki miesza się z wytworzeniem kompozycji, tworząc plastyczną kompozycję przypominającą surowe ciasto.

Powyższy proces ma na celu wytworzenie plastycznej masy, którą można następnie uformować, bez występowania dalszych przemian fizycznych lub chemicznych, za pomocą procedury znanej jako formowanie na zimno lub wytłaczanie. W procesie tym, plastyczną masę wtłacza się pod względnie małym ciśnieniem do formy, co nadaje pożądany kształt. Uzyskany produkt wytłaczania odcina się następnie w odpowiednim miejscu z wytworzeniem produktu o pożądanej masie. Jeśli to pożądane, produkt w postaci stałej powleka się następnie w celu zwiększenia walorów smakowych i pakuje do transportu. Zazwyczaj opakowanie zawiera opis sposobu użycia dla ostatecznego konsumenta (tj., do spożycia przez cukrzyka, w celu ułatwienia schudnięcia, itp.)

Stałe środki odżywcze według wynalazku można także wytwarzać za pomocą wypiekania lub wytłaczania na gorąco z uzyskaniem płatków, ciastek i krakersów. Aby wytworzyć pożądany produkt końcowy, fachowiec w dziedzinie może wybrać jeden z wielu dostępnych procesów produkcyjnych.

Jak wskazano powyżej, pullulan można także wprowadzać do soków, napojów niegazowanych, napojów gazowanych, aromatyzowanych wód (poniżej określanych ogólnie mianem „napoje), itp. Pullulan zazwyczaj stanowi od 10 do 100% całkowitej zawartości węglowodanów w tych napojach. Sposoby wytwarzania takich napojów są dobrze znane w dziedzinie. Zwraca się tu uwagę czytelnika na opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki Płn. nr 6176980 i 5792502, treść każdego z których załącza się tu na zasadzie odsyłacza. Przykładowo, wszystkie węglowodany, w tym pullulan rozpuszcza się w odpowiedniej objętości wody. Następnie, ewentualnie dodaje się substancje smakowe, barwniki, witaminy, itp.. Mieszaninę następnie pasteryzuje się, pakuje i przechowuje aż do czasu transportu.

Rozwiązania według wynalazku można, oczywiście, zrealizować innymi sposobami niż przedstawione tutaj, nie odchodząc od myśli przewodniej i zakresu wynalazku. Przedstawione obecne rozwiązania należy więc traktować przede wszystkim jako przykładowe, a nie ograniczające wynalazek.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na podstawie opisanych dalej przykładów wykonania oraz na podstawie załączonego rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wzrost glikemii u szczurów Zucker karmionych pullulanem i maltodekstryną jak opisano w przykładzie IV, fig. 2 przedstawia narastanie zmian poziomu glukozy we krwi jak opisano w przykładzie IV, na fig. 3 przedstawiono do celów porównawczych dane opublikowane przez Pfizer Inc., Polydextrose food additive petition. Nowy York: Pfizer Inc., 1978 (petition FDA (A3441)), które porównują wzrost glikemii wywołany glukozą z polisacharydem nie ulegającym trawieniu, polidekstrozą, u osób z cukrzycą typu II. Z wykresu wynika, że węglowodany nie ulegające trawieniu nie miały właściwie żadnego wpływu na poziom glukozy we krwi u tych osób (tj. podany związek nie ulegał przekształceniu w glukozę). Na fig. 4 przedstawiono wzrost glikemii u pacjentów którym podawano maltodekstrynę i pullulan, jak opisano w przykładzie V.

P r z y k ł a d I według wynalazku

Jednym ze sposobów klasyfikowania węglowodanów pod względem ich nadawania się do wprowadzenia do diety cukrzycowej jest określenie szybkości, z jaką ulegają one trawieniu przez enzymy zwierzęce lub ludzkie na modelu trawienia in vitro. Technika ta jest dobrze znana w dziedzinie i został a opisana przez Muir i O'Dea w American Journal of Clinical Nutritional (1992) 56: 123-127 oraz w American Journal of Clinical Nutritional (1993) 57: 540-546. Analizę tę prowadzono początkowo dla pullulanu. Próbkę pullulanu poddano obróbce termicznej w autoklawie przez 10 minut przy 15 psi i 121°C w celu odtworzenia warunków zazwyczaj panujących przy wytwarzaniu żywności.

Otrzymano następujące wyniki:

T a b l i c a A Trawienie pullulanu* in vitro

% strawionego pullulanu
Składnik	0 godz.	0,5 godz.	1 godz.	2,5 godz.	5 godz.	15 godz.
„surowy” pullulan	0,0	24,2	27,6	42,4	56,5	90,0
„gotowany” pullulan	0,1	31,5	31,8	44,3	50,5	86,9

PL 205 817 B1 *Procent ulegającej trawieniu skrobi, wyrażony jako procent masy składnika, określonej sposobem Muir i O'Dea (układu enzymów α-amylaza i amyloglikozydaza; 1992); wykazano, że 15 godzinna inkubacja in vitro koreluje z ilością skrobi unikającej strawienia w jelicie cienkim (Muir i O'Dea 1993).

Wartości w czasie 0 oznaczają procent wolnej glukozy w próbkach. Wszystkie wartości są średnimi z dwóch próbek.

Nieoczekiwanie okazało się, że pullulan uległ strawieniu, w przeciwieństwie do dotychczasowych doniesień. Pullulan okazał się ulegać trawieniu in vitro powoli, podobnie jak nieugotowana skrobia kukurydziana. Jednakże, powolne tempo trawienia in vitro utrzymywało się dla pullulanu także po ugotowaniu, które powoduje, że skrobia kukurydziana ulega trawieniu szybko.

P r z y k ł a d II

W oparciu o te zaskakujące dane opisane w przykładzie I, doświadczenie powtórzono z dodatkowymi próbkami pullulanu o różnej masie cząsteczkowej. Dla celów porównawczych, badano także glukozę. Dane dla skrobi kukurydzianej według doniesień w piśmiennictwie opisano poniżej.

T a b l i c a B Trawienie skrobi pullulanu in vitro (sposób opisany przez Muir i O'Dea)* % strawionej skrobi (w odniesieniu do suchej masy) czas trawienia skrobi

Składnik	0 godz.	0,5 godz.	1 godz.	2,5 godz.	5 godz.	15 godz.
glukoza	110,8	101,5	100,3	100,2	102,4	103,0
glukoza, C	101,5	90,9	104,5	91,4	96,7	91,1
PF20	4,9	13,1	18,0	39,3	48,0	93,7
PF20, C	5,9	16,6	20,9	45,0	53,6	95,5
PI20	1,2	13,1	17,3	41,7	53,6	103,0
PI20, C	1,1	13,5	19,5	42,6	54,4	96,0

* Wartości są średnimi z dwóch analiz. Procent ulegającej trawieniu skrobi, wyrażony jako procent suchej masy składników, określono sposobami Muir'a i O'Dea'a (układ enzymów α-amylazy i amyloglukozydazy; 1992); wykazano, że 15 godzinna inkubacja in vitro koreluje z ilością skrobi unikającej strawienia w jelicie cienkim (Muir i O'Dea 1993). Wartości w czasie 0 oznaczają procent wolnej glukozy w próbkach. C = ugotowany. PF20 = spożywczy pullulan, o masie cząsteczkowej 200000. PI20 = farmaceutyczny pullulan, o masie cząsteczkowej 200000.

Jako kontrolę testowano glukozę i uzyskano oczekiwane wyniki. Różne rodzaje pullulanu zachowywały się jak wolno trawiony węglowodan.

P r z y k ł a d IIII

Ten przykład opisuje dalszą pracę nad pullulanem in vitro.

T a b l i c a C Trawienie skrobi pullulanu in vitro (sposób opisany przez Muir i O'Dea)* % strawionej skrobi (w odniesieniu do suchej masy) czas trawienia skrobi

składnik	0 godz.	0,5 godz.	1 godz.	2,5 godz.	5 godz.	15 godz.
skrobia kukurydziana	0±0	30,4±0,9	30,1±0,3	55,2±1,8	62,4±1,2	78,4±0,3
glukoza, C	95	97,8	100	102	108,3	108
PA, C	3,0	30,8	33,8	34,1	41,4	70,2
PB, C	2,3	27,2	25,8	31,5	54	59,8
PC, C	2,3	17,1	19,4	21,5	35	59,2
PF10, C	14	24,5	56,4	61,2	77,4	91,8

* Dane historyczne dotyczące surowej skrobi kukurydzianej Sigma. Procent ulegającej trawieniu skrobi, wyrażony jako procent suchej masy składników, określony sposobami Muir i O'Dea (układ enzymów α-amylaza i amyloglikozydaza; 1992); wykazano, że 15 godzinna inkubacja in vitro koreluje z ilością skrobi unikającej strawienia w jelicie cienkim (Muir i O'Dea 1993). Wartości w czasie 0 oznaczają procent wolnej glukozy w próbkach. C = ugotowany.

Wartości dla glukozy i pullulanu są średnimi z trzykrotnej analizy. PA = pullulan o masie cząsteczkowej 6010. PB = pullulan o masie cząsteczkowej 13900. PC = pullulan o masie cząsteczkowej 49200. PF10 = spożywczy pullulan o masie cząsteczkowej 100000.

PL 205 817 B1

Pullulan o różnych masach cząsteczkowych ulegał trawieniu powoli i byłby efektywny w produkcie spożywczym.

P r z y k ł a d IV

Przykład ten ilustruje zdolność pullulanu do funkcjonowania jako wolno trawionego węglowodanu na modelu zwierzęcym cukrzycy typu 2 (insulinooporność).

Przedmiotem tego doświadczenia było porównanie wzrostu glikemii po posiłku u samców szczurów Zucker fatty fa/fa karmionych pullulanem w porównaniu z maltodekstryna. Z firmy Harlan Sprague Dawley, Inc. (Indianapolis, IN) uzyskano dwadzieścia samców szczurów Zucker fatty fa/fa w wieku pięciu tygodni. Szczury umieszczono indywidualnie w wiszą cych klatkach Naglene® na suchej podściółce (Sani-Chips, Harlan Teklad) i zapewniono im nieograniczony dostęp do wody i karmy dla szczurów (granulowanej; 8640 Harlan Teklad 22/5 Rodent Diet; Harlan Teklad, Madison, WI). W zwierzętarni utrzymywano temperaturę 19 do 23°C, względną wilgotność 30 do 70% i 12 godzinny cykl światło-ciemność. Szczury brano rękami 4 do 5 razy na tydzień przez 3 tygodnie poprzedzające to doświadczenie w celu oswojenia ich z ludzkim dotykiem w czasie doświadczenia. Ponadto, szczury przyuczono do przyjmowania doustnie ze strzykawki płynnego roztworu węglowodanów dla celu testu tolerancji posiłku. Protokół traktowania zwierząt został przejrzany i zatwierdzony przez The Ohio State University Animal Care Committee).

Testem kontrolnym był test obciążenia maltodekstryna (Lodex® 15; Cerestar USA Inc., Hammond, IN) w dawce ~0,9 g/kg masy ciała. Przed testem obciążenia, Lodex® rozcieńczono wodą do uzyskania 25% (wagowych/objętość) roztworu (całkowita objętość 10 ml). Podobnie przygotowano 25% (wagowych) roztwór pullulanu (Sigma, St. Louis, MO) (całkowita masa 14 g). Na 2 godziny przed testowaniem, oba roztwory ogrzano w kuchence mikrofalowej przez 30 sekund w celu całkowitego rozpuszczenia roztworów węglowodanów.

Te dwa roztwory żywieniowe oszacowano równolegle (10 szczurów na roztwór). W czasie testowania, szczury ważyły 275 ± 5,5 g (średnia ± SEM) i miały po 8 tygodni. Po nocnym głodzeniu przez 16 godzin, szczury poddano testowi tolerancji posiłku. Szczurom losowo podawano per os jeden z dwóch roztworów żywieniowych (1 ml). Wszystkie szczury spożyły posiłek w ciągu 10-minutowego okresu czasu. Pobrano próbki krwi w punkcie wyjściowym i w 30, 60, 90, 120 i 180 minucie po posiłku w celu analizy glikemii (Precision G®; Medisense, Bedford, MA). Podczas doświadczenia szczury miały wolny dostęp do wody.

Próbki krwi pobrano z żyły ogonowej i około 5 μl krwi naniesiono bezpośrednio na pasek testowy glukozy we krwi Precision G® i zanalizowano pod kątem stężenia glukozy we krwi. Stosowano pełną krew, jednakże, wskaźnik Precision G koryguje pomiar glukozy i podaje wynik odpowiadający glukozie w miligramach na decylitr osocza.

Wyniki

Na fig. 1 znajduje się poposiłkowy wzrost glikemii u samców szczurów Zucker fatty fa/fa karmionych maltodekstryną lub pullulanem, a na fig. 2 znajduje się wzrost glukozy we krwi od wartości wyjściowej. Wyjściowe wartości glukozy we krwi nie różniły się (116 ± 5 i 115 ± 5 mg/dl; odpowiednio, dla maltodekstryny i pullulanu). U szczurów karmionych pullulanem, w 30 minucie po posiłku (fig. 2) zarejestrowano 45% obniżenie wzrostu glukozy we krwi względem wartości wyjściowych (P < 0,01). Obliczono powierzchnię pod krzywą (AUC) (Wolever i Jenkins, The use of glycemic index in predicting the blood glucose response to mixed meals. Am. J. Clin. Nutr. 1986, 43, 167-172.) i stwierdzono, że jest mniejsza (P < 0,05) dla szczurów karmionych pullulanem (3-godzinna AUC 4812 ± 581 i 2889 ± 486, odpowiednio, dla maltodekstryny i pullulanu).

P r z y k ł a d V

Głównym celem było określenie wzrostu glikemii po posiłku w odpowiedzi na pullulan i maltodekstrynę u zdrowych, dorosłych nie cierpiących na cukrzycę.

W badaniu wzięło udział 36 zdrowych dorosłych osób spełniających wszystkie wymagane kryteria. Dwudziestu ośmiu badanych wypełniło protokół. To podwójnie ślepe badanie wzorowano na modelu badań krzyżowych z zastosowaniem dwóch terapii w dwóch okresach czasu z co najmniej czterodobowym okresem czasu na usunięcie leku z organizmu pomiędzy testami. W przeciągu 14 dni badani zgłosili się powtórnie w celu powtórzenia analizy przy odpowiedniej terapii krzyżowej. Badanych randomizowano do grup leczenia w równych ilościach za pomocą generowanych komputerowo losowych przydziałów.

Spełniające kryteria osoby poinstruowano, żeby stosowały dietę bogatą w węglowodany (ponad 150 g węglowodanów dziennie) w ciągu trzech dni przed każdym testem. Każdy badany rejestrował

PL 205 817 B1 w dzienniku przyjęte pokarmy w celu określenia spożycia węglowodanów. W wieczór poprzedzający test tolerancji glukozy w posiłku, badani spożyli bezresztkową kolację składającą się z jednej puszki czekolady Ensure Plus® o objętości 8 uncji (237 ml) oraz batonów Ensure® Nutrition and Energy dla zapewnienia około jednej trzeciej dobowego zapotrzebowania kalorycznego każdego z badanych, jak oszacowano za pomocą równania Harrisa-Benedicta (Harris i Benedict, A biometric study of basal metabolism in man; Carnegie Institute: Washington, D.C, str. 227 (publ. nr 279), 1919) pomnożonego przez współczynnik aktywności 1,3. Badani byli głodzeni przez noc (10 do 16 godzin) przed testem. Podczas głodzenia, badani mogli przyjmować tylko wodę. Palenie było zabronione. Badani nie ćwiczyli przez 24 godzinny okres poprzedzający test tolerancji glukozy w posiłku.

Rano po nocnym głodzeniu, badani przyjechali do testującego laboratorium i odpoczywali przez co najmniej 30 minut przed pobraniem wyjściowych próbek krwi. Bezpośrednio przed testem tolerancji glukozy pobrano krew przez nakłucie palca (wykonane samodzielnie, jeśli badany nie życzył sobie inaczej; przy użyciu sterylnego urządzenia do nakłuwania). Następnie, badani spożyli odpowiedni produkt testowy w ciągu 10-minutowego okresu czasu i kolejne próbki krwi pobierano podczas testu tolerancji glukozy przez samodzielnie wykonywane nakłucie palca w 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150 i 180 minucie po posiłku w przeciągu ± 5 minut każdego z tych punktów czasu. Zmierzono poziom glukozy we krwi włośniczkowej stosując analizator YSI (model YSI 2700 Select Biochemistry Analyzer, Yellow Springs Instruments, Yellow Springs, OH). Obliczono powierzchnię pod krzywą narastania glukozy według Wolever i in. (The glycemic index: methodology and clinical implications. Amer. J. Clin. Nutr. 1991, 54, 846-854). Przez kolejne 48 godzin po teście, badani rejestrowali zażywane lekarstwa i subiektywne dane dotyczące przewodu pokarmowego odnośnie tolerancji.

Przez trzy kolejne dni przed badaniem rejestrowano przyjmowane pokarmy. Badani zapisywali ilość i rodzaj wszystkich pokarmów i płynów przyjmowanych w tym okresie czasu. Po zakończeniu każdego zestawu 3-dniowego zapisywania danych dotyczących diety, badający lub koordynator omawiał zapisane dane z każdym badanym w celu zapewnienia, że: 1) zarejestrowano najdokładniejsze określania rozmiarów porcji każdego pokarmu i 2) zarejestrowane dane były wystarczające do określenia dobowej ilości spożywanych węglowodanów w trzydniowym okresie (dobowe zapotrzebowanie > 150 gramów).

Podczas poprzedzającej wizyty, badanym dawano produkty handlowe Ensure® do spożycia jako posiłek w wieczór poprzedzający wizytę 1 i wizytę 2. Badanych pytano o stosowanie się do zaleceń dotyczących tych wieczornych posiłków, co rejestrowano na formularzu sprawozdania przypadku. Podczas wizyty 1 i wizyty 2 personel badający był świadkiem spożycia badanego produktu przez każdego z badanych podczas testu tolerancji glukozy w posiłku. Badani przyjmowali badany produkt w cał o ś ci w przeciągu 10-minutowego okresu czasu i stosowanie si ę do zaleceń rejestrowano na formularzu sprawozdania przypadku.

Badani wywodzili się z różnych populacji, obejmujących badanych z poprzedniego doświadczenia i inne osoby z populacji ogólnej. Badani dopuszczani do udziału w badaniu mieli spełniać następujące kryteria. Kryteria dopuszczające do udziału w badaniu obejmowały osoby: w wieku 18-75 lat; mężczyzn lub kobiety nieciężarne, co najmniej sześć tygodni po porodzie oraz nie karmiące; nie przyjmujące w tym okresie doustnych leków antykoncepcyjnych ani doustnej hormonalnej terapii zastępczej; o wskaźniku masy ciała (BMI) 20-28 kg/m²; osoby bez cukrzycy lub nietolerancji glukozy (glukoza w przesiewowym badaniu krwi włośniczkowej < 110 mg/dl); bez aktywnych chorób metabolicznych lub chorób przewodu pokarmowego, które mogłyby utrudniać wchłanianie, dystrybucję, metabolizm lub wydalanie środków odżywczych oraz bez żadnej ze znanych alergii pokarmowych; w przeciągu ostatnich 3 miesięcy nie przechodzące zakażenia (wymagającego leczenia lub hospitalizacji), zabiegu operacyjnego ani terapii kortykosteroidami ani, w przeciągu ostatnich 3 tygodni antybiotykoterapii; nie zażywające codziennie lekarstw (np. acetaminofenu, salicylanów, diuretyków, itp.), które mogłyby interferować z absorpcją, metabolizmem, wydalaniem środków odżywczych lub motoryką żołądka; osoby nie palące; oraz, które przed jakimkolwiek udziałem w badaniu z własnej woli podpisały i oznaczyły datą formularz zgody pacjenta.

Gdy spełnione były kryteria udziału w badaniu oraz otrzymano zgodę pacjenta lub prawnie dopuszczalnego przedstawiciela badanego, przed jakimkolwiek udziałem w badaniu, przeprowadzono przyporządkowywanie leczenia stosując prospektywnie generowany plan randomizacji. Badany otrzymywał oba badane produkty w przypadkowej kolejności. Badani byli zobowiązani spożywać co najmniej 150 g węglowodanów dziennie przez 3 dni poprzedzające badanie, spożyć bezresztkowy posiłek w wieczór poprzedzający badanie, powstrzymać się od ćwiczeń fizycznych przez 24-godzinny

PL 205 817 B1

okres poprzedzający badanie oraz pozostawać na czczo przez 10 do 16 godzin przed testem tolerancji glukozy. W przypadku gdy badani nie wypełnili tych wytycznych przed testem, odsyłano ich na inny termin badania. Badający byli odpowiedzialni za udostępnienie i rozprowadzenie badanego produktu. Badani otrzymali oba produkty w przypadkowej kolejności. Substancjami badanymi w tym doświadczeniu były: 1) maltodekstryna i 2) pullulan. Maltodekstryna jest częściowo zhydrolizowaną skrobią kukurydzianą, która jest powszechnym składnikiem w wielu przetwarzanych produktach spożywczych i na ogół jest uznawana za bezpieczną (GRAS; 21 CFR 184,1444). Pullulan jest skrobiopodobnym składnikiem pożywienia, który stosuje się jako dietetyczną gumę, jako substancję postaciującą do tofu, szynki i parówek, jako substrat substancji smakowych i jako środek zabezpieczania substancji smakowych przez mikroopłaszczenie, oraz jako jadalną błonę (Kimoto i in., Safety studies of a nowel starch, pullulan: chronic toxicity in rats and bacterial mutagenicity. Food and Chemical Toxicology 1997, 35, 323-329). Węglowodany te wprowadzano do napojów sokopodobnych (~25 g na 250 ml) i aromatyzowane w celu zwiększenia walorów smakowych. Szczegółowy opis składu odżywczego produktów znajduje się w poniższych tablicach. T a b l i c a D: Skład badanych produktów
	Kontrola	Test
	jednostki na porcję objętości 8 uncji
maltodekstryna, g	25	0
pullan, g	0	25
sód, mg	27	27
potas, mg	47	47
chlorek, mg	42	42
witamina C, mg	60	60
Na każdy test tolerancji glukozy w posiłku badani spożywali produkt w porcjach po 2-8 uncji, co stanowiło ogółem 50 g węglowodanów. T a b l i c a E: Spis składników
	Kontrola	Test
	jednostki na porcję
chlorek sodu, g	200	200
cytrynian potasu, g	400	400
cytrynian sodu, g	10	10
kwas askorbinowy, g	1000	1000
pullulan PF-10, funty	0	65
Maltrin M 100, funty	65	0
woda, funty	540	540
sztuczne owoce leśne, funty	1,2	1,2
naturalny cynamon, g	110	110
FD&C Red #3, g	52	52
FD&C Blue #1, g	3	3
sukraloza w proszku, g	68	68

Badanie składało się z dwóch dni leczenia (wizyta 1 i wizyta 2) z co najmniej czterodniowym okresem, a optymalnie, maksymalnie 14-dniowym okresem czasu na usunięcie substancji z organizmu pomiędzy badaniami. Do każdego testu tolerancji glukozy, badani spożywali 2 porcje (~8 uncji/porcję) badanego produktu zapewniającego 50 g węglowodanów. Badane produkty spożywano w podobnym czasie każ dego dnia podczas każ dej z wizyt.

PL 205 817 B1

Było to krzyżowe, randomizowane, podwójnie ślepe badanie obejmujące dwie terapie, podzielone na dwa okresy i prowadzone w jednym miejscu. Co najmniej 26 badanych (co najmniej po 13 w każdej serii leczenia) randomizowano w celu uzyskania kompletnego zestawu (okres 1 i 2) wartości dla zmiennych wstępnych. Analizy statystyczne i podsumowania przeprowadzono na podstawie dających się oszacować danych i celu leczenia (wtórne dane dla wszystkich randomizowanych badanych). Brakujących danych nie wykorzystywano, a badany obiekt, u którego wystąpił brak informacji dla ustalonej zmiennej co najmniej w jednym lub więcej okresach, nie był włączany do analizy dotyczącej tej zmiennej. Nie prowadzono analizy czasowej.

Dla każdego z dwóch okresów analizy krzyżowej analizę przeprowadzono w dwóch etapach. Pierwszy dotyczył testu dla efektu sekwencyjności: a) dla dwóch badań porównywano sekwencje dla wartości, dla sum dwóch okresów, stosując dwustronny t-test lub (w przypadku rozkładu różnego od normalnego) dwustronny rangowy test Wilcoxon'a. Drugi test przeprowadzono dla efektu badania:

a) jeżeli sekwencyjny efekt nie był istotny ((p>0,10)) wówczas dla dwóch badań porównywano sekwencje dla wartości, dla różnicy dwóch okresów, stosując dwustronny t-test lub (w przypadku rozkładu różnego od normalnego) dwustronny rangowy test Wilcoxon'a b) jeśli ten efekt sekwencyjności jest istotny (p<0,10) wówczas porównuje się dwa badania wykorzystując tylko dane dla pierwszego okresu i stosując dwustronny t-test lub (w przypadku rozkładu różnego od normalnego) dwustronny rangowy test Wilcoxon'a

We wszystkich przypadkach (za wyjątkiem badania efektu sekwencyjności) przyjęto poziom istotności p poniżej 0,05.

Wyniki badań zilustrowano na wykresie, fig. 4, na którym przedstawiono wzrost glikemii po posiłku u zdrowych osób karmionych maltodekstryną (kontrola) lub pullulanem. Z wykresu wynika, że pullulan spowodował wzrost poziomu glukozy we krwi powyżej wartości wyjściowych (na czczo) w 3-godzinnym okresie po posiłku. Gdyby pullulan był odporny na trawienie, jak dotychczas przedstawiano w piśmiennictwie, to nie należałoby oczekiwać wzrostu glukozy we krwi po posiłku. Jako przykład potwierdzający jest wykres na fig. 3, który przedstawia minimalne zmiany w stężeniu glukozy we krwi u osób z cukrzycą, którym podawano polidekstrozę jako polisacharyd nie ulegający trawieniu.

Zmniejszone odchylenie od linii odniesienia we wczesnej fazie, a następnie utrzymujące się odchylenie w później fazie, w porównaniu z maltodekstryną jako szybko trawioną skrobią dowodzi, że pullulan był wolno trawiony w czasie 3-godzinnego testu tolerancji glukozy w posiłku. Powierzchnia pod krzywą wzrostu glukozy była również mniejsza (P < 0,01) w przypadku pacjentów, którym podawano pullulan (268 ± 15,6 mmola. min/l dla maltodekstryny wobec 135 ± 11,6 mmola. min/l dla pullulanu).

Claims (3)

1. Zastosowanie pullulanu do wytwarzania leku do uzyskania łagodnego wzrostu glikemii u pacjentów cierpiących na cukrzycę, przy czym pullulan jest zawarty w produkcie zastępującym posiłek.

2. Produkt zastępujący posiłek, znamienny tym, że zawiera: źródło białka zapewniające od 10 do 35% całkowitej ilości kalorii; źródło tłuszczu zapewniające od 10 do 50% całkowitej ilości kalorii; oraz układ węglowodanów zapewniający od 25 do 80% całkowitej ilości kalorii, w którym pullulan zapewnia od 10 do 50% całkowitej ilości kalorii; a także minerały i witaminy.

3. Produkt zastępujący posiłek według zastrz. 2, znamienny tym, że jest w postaci batonu lub napoju.

PL 205 817 B1

Rysunki

Wzrost glikemii wywołany pullulanem i maltodekstryną

-i— Maltodekstryna —o— Pullulan poziom glukozy w osoczu, mmol/decylitr

Fig. 1

PL 205 817 B1

Narastanie zmian poziomu glukozy w osoczu względem wartości wyjściowej

Maltodekstryna —o-- p_un_uj_an poziom glukozy w osoczu, mmol/decylitr

Fig. 2

PL 205 817 B1

Wzrost glikemii po posiłku u pacjentów z cukrzyca typu 2 (dane z Food Additive Petition firmy Pfizer 1978) poziom glukozy w osoczu, mmol/decylitr

Fig. 3

PL 205 817 B1

Δ poziom glukozy we krwi (mmol/litr)

Wartości oznaczają średnią ± SEM, n=28. *P < 0,05, **P < 0,01