Inulina i jej wpływ na zdrowie. Właściwości i zastosowanie

Wraz z rozwojem nauki i badań nad zdrowiem ludzkim uzyskaliśmy nowe informacje na temat szkodliwości produktów spożywczych. Wiemy, w jaki sposób możemy uniknąć wystąpienia określonych chorób dietozależnych oraz jesteśmy świadomi roli mikrobioty w prawidłowym funkcjonowaniu całego organizmu. Pod wpływem tych informacji wiele osób decyduje się na modyfikację swoich nawyków żywieniowych. Ma to na celu podniesienie jakości życia. W związku z tym rezygnują z nadmiaru tłuszczów i cukrów, których nadmiar jest charakterystyczny dla diety zachodniej.

Obserwuje się natomiast wzrost spożycia naturalnych substancji prebiotycznych i probiotycznych, produktów niskoprzetworzonych i niskokalorycznych. W efekcie producenci żywności poszukują substancji i sposobów, które umożliwią ograniczenie stosowania niepożądanych przez konsumentów składników w ich produktach. Substancja, która jest jedną z odpowiedzi na powyższe potrzeby, jest odkryta już na początku XIX wieku inulina.

Spis treści:

1. Czym jest inulina?
2. Źródła inuliny
3. Zastosowanie inuliny
4. Wpływ na zdrowie
5. Zastosowanie w badaniach diagnostycznych
6. Podsumowanie
7. Bibliografia

Czym jest inulina?

Inulina jest zbudowana z oligo- i polisacharydów, posiadających monomery fruktozy połączone wiązaniami glikozydowymi. Dzięki swojej budowie jest odporna na hydrolizę przez enzymy żołądkowo-jelitowe. U roślin pełni funkcje zapasowe – około 15% kwitnących gatunków zawiera inulinę jako główny węglowodan magazynujący.

Źródła w żywności

Do jej najbardziej popularnych źródeł należy cykoria i topinambur. Bulwy topinamburu zawierają około 17-20,5% inuliny, a świeża cykoria aż 68%! Z tego względu rośliny te są wykorzystywane w produkcji przemysłowej [1].

Inulina występuje również w mniejszych ilościach, w codziennych produktach spożywczych, takich jak owies, szparagi, cebule, banany czy pomidory [2].

Inulina w przemyśle spożywczym

Na proces izolacji inuliny z roślin składają się trzy podstawowe etapy: ekstrakcja, oczyszczanie (oddzielenie oczyszczonego związku) oraz suszenie.

Wydajność ekstrakcji proszku inuliny uzależniona jest od gatunku rośliny i metody ekstrakcji.

Zastosowanie inuliny

Należy zaznaczyć, że właściwości inuliny uzależnione są od jej stopnia polimeryzacji, czyli liczby powtarzalnych jednostek fruktozy w łańcuchu. Inulina o długim łańcuchu charakteryzuje się neutralnym smakiem i zapachem, umiarkowaną rozpuszczalnością w wodzie oraz większą zdolnością wiązania wody, niż gdy występuje w postaci fruktanów krótkołańcuchowych, które z kolei charakteryzują się słodyczą zbliżoną do sacharozy, łatwiejszą rozpuszczalnością w wodzie oraz hydrolizą w pH < 4,5.

Zważywszy na powyższe wykorzystanie inuliny, jest ograniczone w przypadku produktów o kwaśnym  charakterze, gdyż w wyniku hydrolizy powstaje fruktoza. Mimo tego inulina znalazła szerokie zastosowanie jako zamiennik cukrów i tłuszczy, gdyż jej kaloryczność wynosi zaledwie 1,5 kcal/g (6,3 kJ/g), co pozwala na zastąpienie 4 g (36 kcal) tłuszczu przez 1 g (1,5 kcal) inuliny.

Jest ona wykorzystywana głównie w produkcji żywności funkcjonalnej, w szczególności: produktów mleczarskich, niskotłuszczowych, cukierniczych, piekarniczych oraz napojów owocowych i warzywnych [3].

Inulina pełni również rolę środka wypełniającego lub zagęszczającego w lodach, pastach do kanapek, produktach czekoladowych i majonezach. Natomiast w przemyśle cukierniczym wykorzystywana jest również w celu poprawy jakości i trwałości wyrobów [4].

Jednakże producenci żywności, stosując inulinę, muszą ciągle poszukiwać balansu pomiędzy jej pozytywnym oraz negatywnym wpływem na jakość produktów. Przykład stanowi produkcja jogurtów o niskiej zawartości tłuszczu, w których inulina korzystnie wpływa na konsystencję, a także wzmacnia smak owoców, stanowiących dodatki smakowe. Z drugiej strony wpływa ona negatywnie na jakość tekstury jogurtu i akceptowalność barwy. Według badań najkorzystniejsze właściwości sensoryczne osiągały jogurty z dodatkiem inuliny na poziomie 2% [5].

Inulina – frakcja błonnika

Błonnikiem (włóknem pokarmowym) określa się pozostałości komórkowe roślin, opornych na działanie enzymów trawiennych człowieka, ale częściowo hydrolizowanych przez bakterie okrężnicy. Mogą mieć charakter polisacharydowy (celuloza, hemiceluloza, pektyny, gumy, śluzy), jak i niepolisacharydowy (ligniny).

Rozróżnia się również błonnik nierozpuszczalny i rozpuszczalny, który wytwarza lepkie substancje, chroniące ściany przewodu komórkowego i przyczyniające się do stymulacji różnicowania komórek nabłonka jelitowego.

Dodatkowo frakcja ta spowalnia procesy trawienia poprzez wydłużenie czasu, w jakim pokarm przebywa w żołądku. W efekcie przedłużeniu ulega uczucie sytości i spowolniony zostaje pasaż treści przez jelita.

Natomiast frakcja nierozpuszczalna wpływa na zwiększenie perystaltyki jelit, przyspiesza pasaż treści pokarmowej, co przyczynia się do poprawy ich pracy. Ponadto, buforuje i wiąże nadmiar kwasu solnego w żołądku, a także zwiększa wydzielanie soków trawiennych.

W naszej diecie wg zaleceń WHO, aby utrzymać prawidłowe funkcjonowanie organizmu, należy spożywać 25 g błonnika dziennie [6].

Inulina wykazuje właściwości zarówno frakcji rozpuszczalnej, jak i nierozpuszczalnej błonnika pokarmowego. Substancja ta nie jest trawiona w górnym odcinku przewodu pokarmowego. W formie niestrawionej przedostaje się więc do jelita grubego, gdzie w okrężnicy ulega fermentacji bakteryjnej.

W wyniku tego procesu powstają krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, zwiększa się masa kałowa oraz obniża pH okrężnicy.

Wyprodukowane krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, czyli maślany, octany i propiniany, są wychwytywane przez błonę śluzową okrężnicy. Następnie maślany zostają wykorzystane przez nabłonek okrężnicy, przyczyniając się do różnicowania komórek. Natomiast octany ulegają metabolizacji w nerkach, sercu, mózgu i mięśniach.

Propiniany, z kolei stanowią prekursor glukogenezy, utrudniając przy tym syntezę cholesterolu oraz wpływając na usuwanie go przez wątrobę.

Działanie prebiotyczne

Powyższe działania są charakterystyczne dla substancji, które określa się mianem prebiotyków [7]. Prebiotyki to substraty, selektywnie wykorzystywane przez mikroorganizm żywiciela, w celu osiągania korzyści zdrowotnych [8]. Dodatek prebiotyków do żywności jest uniwersalną metodą wzbogacania żywności, pozytywnie wpływającą na zdrowie konsumentów. Produkty spożywcze z dodatkiem inuliny wywołują szereg korzystnych zmian w organizmie.

Inulina – wpływ na zdrowie

Układ pokarmowy

Prawidłowy skład mikroflory przewodu pokarmowego warunkuje prawidłowe funkcjonowanie układu odpornościowego. Regularne spożywanie inuliny pozytywnie wpływa na tkanki limfoidalne, działające jako bariera pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a wewnętrznym. Wzmacnia to tym samym ochronę przed patogenami.

Dodatkowo rozwój mikroflory jelitowej, wspierany przez inulinę przyczynia się do zwiększenia biomasy kałowej. Dzięki temu reguluje perystaltykę jelit, zwiększa częstotliwość wydalania stolca. W związku z tym inulina łagodzi zaparcia, występujące często w starszym wieku [9].

Działanie przeciwnowotworowe

Wpływ inuliny na skład mikroflory układu pokarmowego ma zastosowanie również w leczeniu wielu chorób i stanów zapalnych jelit, takich jak rak jelita grubego lub odbytnicy. Schorzenia te są jedną z najczęstszych przyczyn zgonów spowodowanych nowotworami w krajach rozwiniętych. Badania na szczurach wskazują, że inulina ma zdolność zapobiegania karcynogenezie okrężnicy oraz zmniejsza liczbę i masę zmian, a także ryzyko rozwoju tych zmian do postaci złośliwej [10].

🔎 Dla kontrastu należy jednak wspomnieć o badaniu University of Toledo [16]. Naukowcy wykazali w nim, że u części populacji spożywanie żywności fortyfikowanej inuliną może hipotetycznie podnosić ryzyko wystąpienia ryzyko raka wątroby. W szczególności odnosi się to do osób z malformacjami naczyniowymi. Zespół badaczy już wcześniej wykazał [17] podobny efekt w modelu zwierzęcym. Stąd też naukowcy stawiają hipotezę, że przetworzony błonnik powinien być ostrożnie stosowany przez osoby z problemami z wątrobą związanymi ze zwiększonym stężeniem kwasów żółciowych.

Cukrzyca

Stwierdzone zostały również związki pomiędzy mikroflorą jelitową, a wrażliwością na insulinę, metabolizmem glukozy oraz masą ciała. Ponadto niestrawiony błonnik ma niższy potencjał wzrostu stężenia glukozy we krwi, czyli niższy indeks glikemiczny, przyczyniając się do homeostazy glukozy w organizmie.

Dodatkowo inulina zwiększa swoją objętość, wydłużając czas opróżniania żołądka, dlatego regularne spożycie inuliny może przyczynić się do poprawy metabolizmu, zmniejszenia insulinooporności oraz ograniczenia nagłych zmian w poziomie stężenia glukozy we krwi, co ma istotne znaczenie dla osób chorujących na cukrzycę typu 2 [11].

Cholesterol

Inulina przyczynia się także do obniżenia stężenia lipoprotein o bardzo małej gęstości (VLDL), triacylogliceroli oraz cholesterolu w surowicy. Jednakże dokładny mechanizm obniżenia lipidów u człowieka nie jest znany, prawdopodobnie wynika z redukcji lipogenezy wątroby [12].

Gospodarka wapnia

Bardzo interesującą funkcją inuliny jest również wpływ na gospodarkę wapnia w organizmie. Wapń jest wchłaniany w jelicie cienkim oraz w jelicie grubym poprzez połączenia między komórkami śluzówki. 

Istnieje wiele teorii, dotyczących wpływu inuliny na zwiększoną absorpcję wapnia. Jedna z nich zakłada obniżenie pH jelita grubego, wynikające z fermentacji inuliny, w której powstają krótkołańcuchowe kwasy. Obniżone pH sprzyja zwiększeniu biodostępności wapnia, poprawiając jego wchłanianie poprzez bierną dyfuzję w pierwszej części jelita grubego.

Zgodnie z inną teorią inulina wpływa na stymulację wzrostu komórek, co doprowadza do zwiększenia obszaru wchłaniania jelit, przyczyniając się do wzrostu absorpcji.

Wchłanianie żelaza

Aktualnie trwają również badania, dotyczące wpływu inuliny na wchłanianie żelaza w przypadku jego niedoboru. Są to bardzo istotne aspekty, gdyż niedobór zarówno wapnia, jak i żelaza jest częstą przyczyną wielu schorzeń [13].

Choroba Alzheimera

Bardzo interesujący jest także wpływ inuliny na rozwój choroby Alzheimera, której najsilniejszym genetycznym czynnikiem rozwoju choroby jest allel apolipoproteiny (APOE4). W przypadku nosicieli APOE4 ogólnoustrojowa dysfunkcja metaboliczna jest rozwijana znacznie wcześniej, zanim pojawią się pierwsze objawy choroby, ostatecznie prowadząc do znacznie ostrzejszego jej przebieg. Dlatego tak ważne jest, żeby starać się zachować prawidłowe funkcje metaboliczne.

Mając to na uwadze, wpływ inuliny na pożyteczną mikrobiotę oraz na nasilenie metabolizmu w jelicie może w sposób istotny zmniejszyć ryzyko wystąpienia choroby Alzheimera. Wiedzę tę można zastosować przy tworzeniu strategii wczesnego żywienia prewencyjnego, wykorzystującego dietę prebiotyczną w celu zwiększenia metabolizmu ogólnoustrojowego [14].

Alergie pokarmowe

🔎 Badania z Uniwersytetu Michigan [18] wykazały, że suplement diety na bazie inuliny może być wsparciem leczenia alergii pokarmowych. Terapia doustna oparta na żelu inulinowym w badaniu skutecznie zapobiegała reakcjom alergicznym u myszy. Mechanizmem odpowiedzialnym za ten efekt była remodelacja mikrobiomu jelitowego i normalizacja metabolitów, co prowadziło do długotrwałej ochrony przed alergenami, takimi jak orzeszki ziemne, białka jaja czy mleko.

Zastosowanie w badaniach diagnostycznych

Inulina, jako wielocukier, znalazła również zastosowanie w medycynie, gdzie wykorzystywana jest do określenia sprawności nerek. Zastosowanie to jest możliwe dzięki jej właściwości, polegającej na nie uleganiu zwrotnemu wchłanianiu w nerkach, co skutkuje tym, że cały jej przesączony ładunek wydziela się do moczu. Żeby obliczyć klirens nerkowy, niezbędne jest utrzymywanie przez określony czas stałego, znanego stężenia tego wielocukru we krwi oraz oznaczenie ilości inuliny wydzielonej do wyprodukowanego w tym okresie moczu. Ze względu na stosunkowo dużą niewygodę tej metody nie znalazła ona zastosowania w praktyce klinicznej, jednakże jest ona dużo dokładniejsza niż klirens kreatyniny, więc wykorzystuje się ją w badaniach naukowych [15].

Podsumowanie

Inulina warunkuje prawidłową pracę całego organizmu, ograniczając rozwój wielu chorób cywilizacyjnych. Jednakże należy mieć na uwadze, że jej nadmiar w diecie może mieć również niekorzystny wpływ na zdrowie. Objawia się to ograniczeniem wchłaniania niektórych witamin, szczególnie rozpuszczalnych w tłuszczach. Dodatkowo może przyczynić się także do podrażnienia jelit i biegunki, dlatego osoby, które dotychczas nie stosowały produktów bogatych w błonnik, powinny być ostrożne, wprowadzając ją do swojej diety. Niemniej stałe stosowanie inuliny w swojej codziennej diecie może przynieść szereg korzyści zdrowotnych w każdym wieku.

Bibliografia:

1. Ahmeda, W., & Rashid, S. (2017). Functional and therapeutic potential of inulin: A comprehensive review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, DOI: 10.1080/10408398.2017.1355775, s. 2.
2. Gupta, N., i in. (2019). Inulin: A novel and stretchy polysaccharide tool for biomedical and nutritional applications. International Journal of Biological Macromolecules, 132, s 858–863.
3. Czapski, J., Górecka, D. (2015). Żywność prozdrowotna – składniki i technologia (wyd.2). Poznań: wydawnictwo Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu.
4. Luo, D., i in. (2017). Effects of inulin with different degree of polymerization on gelatinization and retrogradation of wheat starch. Food Chemistry, 229, s.35–43.
5. Moghadam, B. E, Keivaninahr, F., Fouladi, M., Mokarram, R. R., & Nazem A. (2019). Inulin addition to yoghurt: Prebiotic activity, health effects and sensory properties. International Journal of Dairy Technology, vol 70, s. 2-3
6. Wojtasik, A., Kunachowicz, H., Pietraś, E. (2017). Błonnik pokarmowy (włókno pokarmowe). Red Jarosz, M. Normy żywienia dla populacji Polski
7. Ahmeda, W., & Rashid, S. (2017). Functional and therapeutic potential of inulin: A comprehensive review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, DOI: 10.1080/10408398.2017.1355775, s. 6-7.
8. Moghadam, B. E, Keivaninahr, F., Fouladi, M., Mokarram, R. R., & Nazem A. (2019). Inulin addition to yoghurt: Prebiotic activity, health effects and sensory properties. International Journal of Dairy Technology, vol 70, s. 4-8
9. Ahmeda, W., & Rashid, S. (2017). Functional and therapeutic potential of inulin: A comprehensive review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, DOI: 10.1080/10408398.2017.1355775, s. 8.
10. Gupta, N., i in. (2019). Inulin: A novel and stretchy polysaccharide tool for biomedical and nutritional applications. International Journal of Biological Macromolecules, 132, s 852–858.
11. Ahmeda, W., & Rashid, S. (2017). Functional and therapeutic potential of inulin: A comprehensive review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, DOI: 10.1080/10408398.2017.1355775, s. 9.
12. Moghadam, B. E, Keivaninahr, F., Fouladi, M., Mokarram, R. R., & Nazem A. (2019). Inulin addition to yoghurt: Prebiotic activity, health effects and sensory properties. International Journal of Dairy Technology, vol 70, s.1.
13. Shoaib, M., i. In (2016). Inulin: properties, health benefits and food applications. Carbohydrate Polymers.
14. D. Hoffman, J. D., i in. (2019). Dietary inulin alters the gut microbiome, enhances systemic metabolism and reduces neuroinflammation in an APOE4 mouse model. PLoS ONE 14(8): e0221828.
15. Gozdowska, J., Szarla, K., & Durlik, M. (2017). Pomiar przesączania kłębuszkowego u kandydatów na dawców nerki. Forum Nefrologiczne, 10 (1), 16-20.
16. San Yeoh, B., Saha, P., Golonka, R. M., Zou, J., Petrick, J. L., Abokor, A. A., Xiao, X., Bovilla, V. R., Bretin, A., Rivera-Esteban, J., Parisi, D., Florio, A. A., Weinstein, S. J., Albanes, D., Freeman, G. J., Gohara, A. F., Ciudin, A., Pericàs, J. M., Joe, B., Schwabe, R. F., … Vijay-Kumar, M. (2022). Enterohepatic Shunt-Driven Cholemia Predisposes to Liver Cancer. Gastroenterology, S0016-5085(22)00959-3. Advance online publication. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2022.08.033
17. Singh, V., Yeoh, B. S., Chassaing, B., Xiao, X., Saha, P., Aguilera Olvera, R., Lapek, J. D., Jr, Zhang, L., Wang, W. B., Hao, S., Flythe, M. D., Gonzalez, D. J., Cani, P. D., Conejo-Garcia, J. R., Xiong, N., Kennett, M. J., Joe, B., Patterson, A. D., Gewirtz, A. T., & Vijay-Kumar, M. (2018). Dysregulated Microbial Fermentation of Soluble Fiber Induces Cholestatic Liver Cancer. Cell, 175(3), 679–694.e22. https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.09.004
18. Kai Han, Fang Xie, Olamide Animasahun, Minal Nenwani, Sho Kitamoto, Yeji Kim, May Thazin Phoo, Jin Xu, Fulei Wuchu, Kehinde Omoloja, Abhinav Achreja, Srinadh Choppara, Zhaoheng Li, Wang Gong, Young Seok Cho, Hannah Dobson, Jinsung Ahn, Xingwu Zhou, Xuehui Huang, Xinran An, Alexander Kim, Yao Xu, Qi Wu, Soo-Hong Lee, Jessica J. O’Konek, Yuying Xie, Yu Leo Lei, Nobuhiko Kamada, Deepak Nagrath, James J. Moon. Inulin-gel-based oral immunotherapy remodels the small intestinal microbiome and suppresses food allergy. Nature Materials, 2024; DOI: 10.1038/s41563-024-01909-w

• Data pierwotnej publikacji: 11.02.2021
• Data ostatniej aktualizacji o wyniki badań: 13.07.2024