DE60309169T2

DE60309169T2 - Verwendung vom pullulan als langsam verdauliches kohlenhydrat

Info

Publication number: DE60309169T2
Application number: DE60309169T
Authority: DE
Inventors: W. Bryan Johnstown WOLF
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: HK1075183A1; EP1513418B1; CA2488723A1; WO2003105605A2; ATE342670T1; CN100577036C; US20030232067A1; CN1708236A; AU2003237258A1; PL205817B1; ZA200409649B; DE60309169D1; US20040127460A1; NO20050148L; SA03240243B1; CA2488723C; WO2003105605A3; AU2003237258B2; ECSP045490A; PT1513418E

Description

Diese Anmeldung richtet sich auf die Verwendung eines neuen langsam verdauten Kohlenhydrats, Pullulan, im Ernährungsmanagement von Diabetikern, insbesondere zur Erzeugung einer abgeschwächten glykämischen Reaktion in einem diabetischen Patienten.
Hintergrund
Die primäre Behandlung der Glukoseintoleranz ist die strikte Einhaltung einer Diät, die die postprandiale Glukosereaktion minimiert, und in vielen Fällen die Verwendung von Medikationen (Insulin oder oralen hypoglykämischen Wirkstoffen).
Vor 1921 war das Hungern die einzige anerkannte Behandlung von Diabetes Mellitus (DM). Seit der Entdeckung von exogenem Insulin war die Diät ein Haupt-Fokus der Therapie. Empfehlungen für die Verteilung von Kalorien aus Kohlenhydraten und Fetten sind über die letzten 75 Jahre geblieben. Basierend auf den Meinungen der jetzigen Zeit, sind die besten Mischungen, um eine metabolische Kontrolle zu fördern, in Tabelle 1 unten aufgelistet. Tabelle 1: Geschichte der empfohlenen kalorischen Verteilung von Personen mit DM

* basierend auf Ernährungsbewertung
^ < 10% gesättigtes Fett

Frühe Empfehlungen begrenzten die Nahrungskohlenhydrate, weil eine glykämische Kontrolle mit dieser Art von Regime im allgemeinen besser war. Jedoch haben Forscher über die Jahre herausgefunden, daß Niedrig-Kohlenhydrate, Hoch-Fett-Diäten mit Dyslipidämie und kardiovaskulären Erkrankungen in Zusammenhang stehen. 1950 empfahl die amerikanische Diabetesvereinigung (American Diabetes Association, (ADA)) einen Anstieg des Verhältnisses der Kalorien, die durch Kohlenhydrate bereitgestellt werden, um das kardiovaskuläre Risiko zu senken. Als die medizinische Gesellschaft größeres Verständnis über Diabetes gewonnen hatte, entwickelten sich die Ernährungsempfehlungen weiter indem ein erhöhter Verzehr von Kohlenhydraten vorgeschlagen wurde.
Ein Teil dieser Entwicklung stammte aus der Entdeckung, daß nicht alle Kohlenhydrate eine äquivalente glykämische Reaktion erzeugen. Einfache Zucker, wie zum Beispiel Glucose, werden schnell durch einen Menschen absorbiert und erzeugen eine sofortige Spitze in dem Blutglukosespiegel eines Diabetikers. Komplexere Kohlenhydrate, wie zum Beispiel Stärken, erzeugen keine solche sofortige Spitze. Komplexe Kohlenhydrate werden nicht direkt absorbiert. Sie werden während des Verdauungsprozesses enzymatisch zu Glucose und anderen einfachen Zuckern umgewandelt. Somit erzeugen komplexe Kohlenhydrate eine abgeschwächte glykämische Reaktion in Diabetikern, weil sie schrittweise zu Glucose umgewandelt werden und mit einer verminderten Geschwindigkeit absorbiert werden.
Andere komplexe Kohlenhydrate, wie zum Beispiel Fasern (Ballaststoffe), werden als unverdaulich erachtet. Diese unverdaulichen Kohlenhydrate sind typischerweise polymere Polysaccharide. Sie enthalten glykosidische Bindungen, welche menschliche Enzyme nicht in der Lage sind zu spalten. Somit werden sie, während die Polysaccharide ein Gefühl von Völle in den Patienten erzeugen, nicht verdaut und führen letztendlich nicht zu einer Absorption von Glucose.
Tsuji et al zeigten graphisch, welchen Einfluß ein unverdauliches Polysaccharid auf Blutglukosespiegel in einem Rattenmodell hatte, in J. Agric Food Chem 1998, 46, 2253. Dieses Diagramm ist unten für die Bequemlichkeit des Lesers wiedergegeben: Schema 1
Als ein Überblick über dieses Diagramm, erzeugte die orale Verabreichung von Glucose einen signifikanten Anstieg in den Blutglukosespiegeln (ungefähr 5-facher Anstieg). Im Gegensatz dazu erzeugte das unverdauliche Polysaccharid, das Tsuji charakterisierte, Fibersol^TM, im wesentlichen keine Veränderung in den Blutglukosespiegeln von Tieren.
Somit ist der Ausdruck "unverdauliches Polysaccharid" ein Begriff des Fachgebiets für Nahrungs- und Ernährungswissenschaftler. Er wird verwendet, um ein Kohlenhydrat zu beschreiben, das menschliche Verdauungsenzyme nicht in der Lage sind zu Glucose oder anderen einfachen Zuckern umzuwandeln. Eine Anzahl von unverdaulichen Polysacchariden wurden in der Literatur beschrieben. Diese schließen Pectine, Zellulosen, Pflanzengummis (z.B. Guargummi), Hemizellulose, Polydextrose, Xanthangummi, Inulin, Pflanzenexsudate, Algenpolysaccharide, modifizierte Zellulosen, modifizierte Stärken (z.B. Fibersol^TM 2) etc ein.
Anderes unverdauliches Kohlenhydrat ist erhältlich von Hayashibara Co., Ltd. von Okayama, Japan, und wird als Pullulan bezeichnet. Hayashibara berichtet, daß Pullulan ein eßbarer Kunststoff mit klebenden Eigenschaften ist. Es wird berichtet, das Pullulan für die Verwendung als ein Nahrungsmittelinhaltsstoff sicher ist. Es wurde als strukturgebender Stoff in Gewürzen, Zubereitungen und Fleischprodukten verwendet. Hayashibara empfiehlt auch die Verwendung von Pullulan als eine eßbare Tinte.
Hayashibara hat die Verdaulichkeit von Pullulan bewertet. Es wird berichtet, daß Pullulan unverdaulich ist, wie Zellulose oder Pectin. Die Daten in Tabelle 1 wurden aus einer Verkaufshilfe von Hayashibara widergegeben. Es werden die Effekte von Verdauungsenzymen auf Pullulan beschrieben. Tabelle 1: Die Effekte von unterschiedlichen Enzymen auf Pullulan wie durch den Hersteller Hayashibara Co., Ltd. beschrieben

* Bildung von reduzierenden Zuckern (in mg) pro 20 mg von Pulluan (d.h. Zusammenbruch der Brücken zwischen den Glukoseuntereinheiten von Pullulan)

Andere Rechtspersönlichkeiten neben Hayashibara haben die Eigenschaften von Pullulan ebenfalls bewertet. Die Ausmerksamkeit des Lesers wird auf United States Patent Nrn. 5,116,820 und 4,629,725 gelenkt. Hiji berichtet, daß Pullulan die Absorption von Saccharose hemmt. Somit kann es zu Nahrungsmitteln, die für Diabetiker entwickelt wurden, in Spiegeln von 0,25% bis 5% hinzugefügt werden, basierend auf dem Gesamtgewicht der in der Nahrung vorhandenen Kohlenhydrate. Hiji berichtet auch, daß die Co-Verabreichung von Gymnemic acid die anti-absorptiven Eigenschaften des Pullulans verstärkt.
Komito et al, berichteten die Ergebnisse eines Tier- Sicherheitsversuchs, der mit Pullulan durchgeführt wurde. Food und Chemical Toxicology 23 (1997) 323–329. Kimoto berichtet auch, daß Pullulan ein unverdauliches Polysaccharid ist. Auf Seite 324 berichten Kimoto et al, daß minimal Glucose erzeugt wurde durch Pullulan, wenn es gegenüber Enzymen ausgesetzt wurde.
US Patent 4629725 offenbart ein Verfahren zur Hemmung des Antiegs im Blutzuckergehalt, welcher üblicherweise durch die Aufnahme von Nahrung, welche Stärke und/oder Saccharose enthält, entsteht, durch Hinzufügen von Pullulan zu der Nahrung in einem Gewichtsverhältnis von Pullulan zu Stärke und/oder Saccharose von 1:400 bis 1:20. Es offenbart weiter ein Nahrungsprodukt, das Stärke und/oder Saccharose enthält, zu welchem Pullulan hinzugefügt wird, in einem Gewichtsverhältnis von Pullulan zu Stärke und/oder Saccharose von 1:400 bis 1:20.
US Patent 3875308 offenbart die Verwendung von Pullulan, um Stärke in einer festen und flüssigen Nahrung zu ersetzen, um den kalorischen Wert der Nahrung zu reduzieren.
Somit ist ein angemessenes Verständnis des Standes der Technik, daß von Pullulan berichtet wird, daß es ein unverdauliches Polysaccharid ist. Dies bedeutet, daß Menschen Pullulan nicht zu Glucose umwandeln werden, und die Aufnahme von Pullulan die Serumglukosespiegel nicht erhöhen wird. Somit würde, während die Literatur lehrt, daß Pullulan Wirksamkeit als eine Faser (als Ballaststoff) besitzen könnte, es jemanden nicht motivieren, Pullulan als langsam verdautes Kohlenhydrat zu verwenden. Der Stand der Technik lehrt, daß eine solche Verwendung aussichtslos wäre, weil Menschen nicht in der Lage sind Pullulan zu Glucose oder anderen einfachen Zuckern umzuwandeln.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde entdeckt, daß die Literatur Pullulan fehleingeschätzt hat.
Pullulan ist kein unverdauliches Kohlenhydrat. Tatsächlich wurde herausgefunden, daß Pullulan ein langsam verdautes Kohlenhydrat ist. Dies bedeutet, daß menschliche Enzyme Pullulan schrittweise zu Glucose umwandeln. Die schrittweise Umwandlung von Pullulan zu Glucose wird zu einem schrittweisen Anstieg in Blutglukosespiegeln in einem Menschen führen.
Die Entdeckung dieser Fehleinschätzung bedeutet, daß die Anmelder eine Anzahl von neuen Verwendungen für Pullulan entdeckt haben. Als ein langsam verdautes Kohlenhydrat können wesentliche Mengen des Pullulans in Nahrungsersatzprodukte, die für Diabetiker entwickelt wurden, eingeschlossen werden, wodurch eine abgeschwächte glykämische Reaktion bereitgestellt wird. Das Pullulan kann in Nahrungsersatzprodukte wie zum Beispiel Getränke und Riegel eingeschlossen werden. Das Pullulan kann auch verwendet werden, um nächtliche Hypoglykämie in Diabetikern zu kontrollieren, die eine solche Therapie benötigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die glykämische Reaktion von Zucker-Ratten, denen Pullulan und Maltodextrin gefüttert wurde, wie in Beispiel IV beschrieben.
2 zeigt die inkrementelle Änderung in den Blutglukosespiegeln, wie in Beispiel IV beschrieben.
3 wird für vergleichende Zwecke gezeigt. Sie offenbart Daten, die durch die Pfizer Inc., Polydextrose Lebensmittelzusatzstoff-Petition veröffentlicht wurden. New York: Pfizer Inc., 1978 (FDA Petition (A3441). Sie vergleicht die glykämische Reaktion, die durch Glucose und das unverdauliche Polysaccharid Polydextrose in Personen mit Altersdiabetes erneut wurde. Wie in 3 dargestellt, hatte das unverdauliche Kohlenhydrat im wesentlichen keine Auswirkung auf die Blutglukosespiegel der Personen, (d.h. die Verbindung wurde nicht zu Glucose umgewandelt).
4 zeigt die glykämische Reaktion von menschlichen Personen, denen Maltodextrin und Pullulan wie in Beispiel V beschrieben gefüttert wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie in dieser Anmeldung verwendet, haben die folgenden Ausdrücke die unten angegebenen Bedeutungen, so lange nicht anderweitig angegeben. Plural und Singular sollten als gleichbedeutend erachtet werden, anders als die Menge:

a) "relative glykämische Reaktion" (GI) wird berechnet durch Teilen der inkrementellen Blutglukose-Fläche unter der Kurve (AUC) der Testnahrung durch die inkrementelle Blutglukose-AUC der Referenznahrung und Multiplizieren mit 100, wobei der Kohlenhydratgehalt der Test- und Referenznahrung gleich ist. Die Referenznahrung ist typischerweise Glucose oder Weißbrot, welches den Standard-GI von 100 hat.
b) "Eine abgeschwächte glykämische Reaktion" bezieht sich auf eine Reduktion in der relativen glykämischen Reaktion, wenn verglichen mit einer äquivalenten Dosis von Glucose.
c) "Hypoglykämie" bezieht sich auf eine Abnahme in der Plasmaglukosekonzentration auf einen Spiegel, der ausreichend ist, um Symptome zu erzeugen, wobei die Symptome abgeschwächt werden, nach Wiederherstellung der normalen Glukosekonzentration.
d) "DM" bezieht sich auf Diabetes Mellitus und ist im Detail beschrieben in Joslin's Diabetes mellitus. Kahn und Weir (Hrsg.) 1994
e) "Unverdauliches Kohlenhydrat" bezieht sich auf ein Kohlenhydrat, das gegenüber endogener Verdauung in dem oberen Verdauungstrakt eines Menschen oder irgendeines anderen nicht-wiederkäuenden Tieres resistent ist.
f) Die Ausdrücke "unverdauliches Kohlenhydrat", "unverdauliches Polysaccharid", "nicht verdauliches Kohlenhydrat" und "nicht verdauliches Polysaccharid" sollten als Synonyme verstanden werden.
g) "Langsam verdautes Kohlenhydrat" bezieht sich auf ein Kohlenhydrat, das eine langsame Verdauungsgeschwindigkeit hat, worin der goldene Standard rohes Stärkemehl ist, und es genauer einer Verdauungsgeschwindigkeit hat, die langsamer ist als hydrolysiertes Stärkemehl (zum Beispiel Lodex^® 15 von Cerester).
h) "Schnell verdautes Kohlenhydrat" bezieht sich auf ein Kohlenhydrat, das schnell verdaut wird, zum Beispiel unmodifiziertes Maltodextrin (zum Beispiel Lodex^® 15 von Cerester) und es wird bei einer Geschwindigkeit verdaut, die gleich oder schneller ist als ein unmodifiziertes Maltodextrin, wie zum Beispiel Lodex^® 15.
i) Der Ausdruck "Gesamtkalorien" bezieht sich auf den gesamten kalorischen Gehalt eines definierten Gewichts oder Volumens des fertiggestellten Nahrungsprodukts.
j) der Ausdruck "Nahrungsersatzprodukt" und der Ausdruck "Nahrungsmittel" sollten als synonym erachtet werden.
k) Der Ausdruck "Gesamt-Kohlenhydratgehalt" bezieht sich auf die Summe aller Kohlenhydratkomponenten, analytisch definiert als Gesamtfeststoffe – (Asche+Fett+Protein).
l) Der Ausdruck "Referenz-Tagesdosen oder RDI" bezieht sich auf einen Satz von Ernährungsreferenzen, basierend auf den empfohlenen Nahrungszulässigkeiten für essentielle Vitamine und Mineralien. Die empfohlenen Nahrungszulässigkeiten sind ein Satz von geschätzten Nährstoffzulässigkeiten, die durch die National Academy of Sciences erstellt wurden, welche regelmäßig auf den neuesten Stand gebracht werden, um das derzeitige wissenschaftliche Verständnis widerzuspiegeln.
m) der Ausdruck "Patient" bezieht sich auf Menschen, Hunde, Katzen, und jegliche anderen nicht-wiederkäuenden Tiere.
n) Jede Bezugnahme auf einen numerischen Bereich in dieser Anmeldung sollte als durch das Adjektiv "ungefähr" modifiziert erachtet werden. Desweiteren sollte jeder numerische Bereich dahingehend angesehen werden, um eine Stütze für einen Anspruch bereitzustellen, der auf eine Untergruppe dieses Bereichs gerichtet ist. Zum Beispiel sollte eine Offenbarung eines Bereichs von 1 bis 10 dahingehend gesehen werden, um eine Stütze in der Beschreibung und den Ansprüchen für irgendeine Untergruppe in dem Bereich bereitzustellen (d.h. Bereiche von 2–9, 3–6, 4–5, 2,2–3,6, 2,1–9,9, etc).

Wie oben angegeben, hat der Stand der Technik Pullulan fehleingeschätzt. Die Literatur enthält Tierdaten, die dokumentieren, daß Pullulan ein nicht-verdauliches Kohlenhydrat ist. Wie in dem experimentellen Abschnitt dieser Anmeldung gezeigt werden wird, ist diese Charakterisierung falsch. Die Anmelder haben gezeigt, in Menschen, daß Pullulan ein langsam verdautes Kohlenhydrat ist.
Pullulan ist ein wasserlösliches, viskoses Polysaccharid, ein alpha-Glucan, bestehend aus Glukoseeinheiten mit einer relativ einfachen linearen Struktur, d.h. Einheiten von drei alpha-1,4-verknüpften Glukosemolekülen, welche wiederholt durch alpha-1,6-Bindungen auf der terminalen Glucose polymerisisert sind. Typische Nahrungsstärken, wie zum Beispiel Maisstärke, bestehen aus 27% Amylose (alpha 1,4-verknüpfte Glukosemoleküle) und 73% Amylopectin, welche sowohl alpha-1,4- als auch alpha-1,6-Glukosebindungen enthalten. Für Pullulan dient jedoch die alpha-1,6-Bindung dazu, einzelne kurze Ketten querzuvernetzen, was zu einer Treppenstufenstruktur führt (Struktur A). Da Pullulan ein durchschnittliches Molekulargewicht von 50,000-500,000 hat, liegt n in 2 im Bereich von 300 bis 3000. Kimoto et al food and Chemical Toxicology 35 (1997) 323–329.
Struktur A
Pullulan wird extrazellulär durch die schwarze Hefe Aureobasidium pullulans erzeugt. Es wird hergestellt durch Kultivieren dieser Hefe in einem Medium mit ausreichend Kohlenstoff- und Stickstoffquellen und Mineralien, unter Durchlüftung. Das Pullulan wird aus der Kulturflüssigkeit durch Zentrifugation gewonnen. Es wird dann typischerweise mit Alkohol fraktioniert und gereinigt, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Kimoto et al, oben. Pullulan ist auch kommerziell erhältlich von Hayashibara Co., Ltd. von Okayama, Japan.
Wie oben angegeben wurde herausgefunden, daß Pullulan ein langsam verdautes Kohlenhydrat ist. Dieser Effekt kann mit jedem der Pullulanmoleküle mit den variierenden Molekulargewichten, wie oben beschrieben, erzielt werden. Gemäß der Verwendung der vorliegenden Erfindung kann ein Nahrungsersatzprodukt, das das Pullulan enthält, verabreicht werden, worin das Pullulan eine Mischung aus Pullulan mit variierenden Molekulargewichten ist. Wenn gewünscht, können hochgereinigte Materialien eines einzelnen Molekulargewichts ebenso verwendet werden.
Die nützlichen Effekte, die Pullulan auf die Blutglukosespiegel eines Diabetikers hat, können in einer Vielzahl von Wegen erreicht werden. Wenn gewünscht, kann gemäß der Verwendung der vorliegenden Erfindung ein Nahrungsersatzprodukt, das das Pullulan enthält, verabreicht werden, worin das Pullulan ohne jeden Träger vorliegt. Die gesamte tägliche Dosis für den Diabetiker wird in großem Maße variieren, aber typischerweise wird ein Diabetiker aus dem Konsum von 1–150 g/Tag Pullulan einen Nutzen haben.
Während das Pullulan als eine einzelne Einheit verabreicht werden kann, wird es wie erwähnt in Nahrungsersatzprodukte eingeschlossen werden und von dem Diabetiker während seiner Mahlzeiten oder Snacks konsumiert werden. Wenn gewünscht, können Diabetiker einfach das Rezept von Nahrungsmitteln, die sie üblicherweise konsumieren, modifizieren. Sie können einfach Glucose und andere schnell verdaute Kohlenhydrate durch eine äquivalente Menge an Pullulan ersetzen. Das Ersetzen der schnell verdauten Zucker mit Pullulan wird den glykämischen Index der Nahrung signifikant vermindern.
Während eine solche Strategie Nahrungsmittel mit einer abgeschwächten glykämischen Reaktion erzeugen wird, wird sie auch eine relativ reizlose Diät erzeugen, die viele Personen schlecht finden werden, weil Pullulan geschmacklos ist. Deshalb wird das Pullulan in einer weiteren Ausführungsform in Getränke, Riegel, eingeschlossen werden, welche spezifisch dafür entwickelt wurden, um die Schmackhaftigkeit des Pullulans zu verbessern und dadurch die Patient/Verbraucher-Akzeptanz erhöhen.
Typischerweise wird das Pullulan in Nahrungsersatzgetränke eingeschlossen, wie zum Beispiel Glucerna^®, Ensure^®, Choice DM^®, Slim Fast^®, Pediasure^®, Glytrol^®, Resource^® Diabetic etc. Das Pullulan kann auch in Nahrungsersatzriegel eingeschlossen werden, wie zum Beispiel PowerBars^®, Glucerna^® bars, Choice DM^® bars, Ensure^® bars, und Boost^® bars, etc. Alternativ kann das Pullulan in Säfte, kohlensäurehaltige Getränke, Wasser in Flaschen, etc. eingeschlossen werden. Verfahren zur Erzeugung von irgendeinem solcher Nahrungsprodukte oder Getränke sind denjenigen, die im Fachgebiet bewandert sind, wohl bekannt. Die folgende Diskussion soll solche diabetischen Nahrungsersatzprodukte und ihre Herstellung veranschaulichen.
Die meisten Nahrungsersatzprodukte (d.h. Riegel oder Flüssigkeiten) liefern Kalorien aus Fett, Kohlenhydraten und Protein. Diese Produkte enthalten auch typischerweise Vitamine und Mineralien, weil sie für die Verwendung als die einzige Nahrungsquelle geeignet sein sollen. Obwohl diese Nahrungsersatzprodukte als die einzige Nahrungsquelle dienen können, tun sie es typischerweise nicht. Einzelne Personen konsumieren diese Produkte, um eine oder zwei Mahlzeiten am Tag zu ersetzen, oder um einen gesunden Snack bereitzustellen. Die Nahrungsprodukte dieser Erfindung sollten so ausgelegt werden, um jede dieser Ausführungsformen einzuschließen.
Die Menge dieser Nahrungsinhaltsstoffe kann in großem Maße variieren, abhängig von der angestrebten Patientenpopulation (d.h. Diabetiker vs. nicht Diabetiker, organoleptische Erwägungen, kulturelle Präferenzen, Verwendung, etc.). Als eine allgemeine, nicht beschränkende Richtlinie jedoch werden die Nahrungsersatzprodukte dieser Erfindung die folgenden relativen Mengen an Protein, Fett, und Kohlenhydraten enthalten (basierend auf dem relativen Prozentgehalt der Gesamtkalorien): Tabelle 2: Komponenten-Bereiche der Nahrungsformulierung

* einschließlich Pullulan

Die Neuheit dieser Nahrungsersatzprodukte ist die Verwendung von Pullulan, um eine signifikante Quelle an Kohlenhydratkalorien bereitzustellen. Wie oben angegeben wird das Kohlenhydrat von ungefähr 25–80% der Gesamtkalorien bereitstellen. Ausreichend Pullulan sollte in das Produkt eingeschlossen werden, so daß das Pullulan von 10 bis 50% der Gesamtkohlenhydratkalorien bereitstellt.
Der restliche Teil des Kohlenhydratsystems (d.h. ein oder mehrere Kohlenhydrate einschließlich Pullulan) kann durch irgendein Kohlenhydratsystem bereitgestellt werden, das für Menschen geeignet ist, wobei jegliche relevante diätetische Einschränkungen für einen Diabetiker in Betracht gezogen werden. Beispiele für geeignete Kohlenhydrate, die verwendet werden können, schließen Stärke, modifizierte Stärke, hydrolysierte Maisstärke, Maltodextrin, Glucosepolymere, Saccharose, Maisstärkesirupfeststoffe, Glucose, Fructose, Laktose, Maisstärkesirup mit hohem Fructoseanteil, Fructooligosaccharide, Honig, Ballaststoffe, Zuckeralkohole (z.B. Maltitol) ein.
Spezial-Kohlenhydratmischungen wurden für Diabetiker entwickelt, um bei der Abmilderung ihrer Blutglucosespiegel zu helfen. Beispiele für solche Kohlenhydratmischungen sind beschrieben in US Patent 4,921,877 von Cashmere et al., US Patent 5,776,887 von Wibert et al., US Patent 5,292,723 von Audry et al. und US Patent 5,470,839 von Laughlin et al, deren Inhalte alle durch die Bezugnahme eingeschlossen sind. Jede dieser Kohlenhydratmischungen kann zusammen mit Pullulan verwendet werden, um den glykämischen Index des Produkts weiter zu reduzieren.
Wenn gewünscht, können nicht absorbierende Kohlenhydrate ebenfalls in das Kohlenhydratsystem eingeschlossen werden. Dieses nicht absorbierende Kohlenhydrat wird weniger als oder gleich ungefähr 20 m/m% des Kohlenhydratsystems umfassen, und typischerweise weniger als oder gleich ungefähr 15 m/m% des Kohlenhydratsystems. Der Ausdruck "nicht absorbierende Kohlenhydrate" bezieht sich auf einen Kohlenhydratanteil mit einem Polymerisationsgrad von größer als ungefähr 20 und/oder einem Molekulargewicht von größer als ungefähr 3,600, das resistent ist gegenüber endogener Verdauung in dem menschlichen oberen Verdauungstrakt. Nicht absorbierende Kohlenhydrate besitzen viele der Charakteristika der Gesamtballststoffe. Jedoch können sie nicht quantifiziert werden durch das AACC Verfahren 32-07 für Fasern und folglich sind sie nicht in die Gesamtballststoffwerte der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Beispiele für nicht absorbierende Kohlenhydratquellen der vorliegenden Erfindung schließen typischerweise chemisch modifzierte Stärken, wie zum Beispiel Fibersol, Polydextrose und Inulin ein.
Typischerweise wird das Kohlenhydratsystem auch Ballaststoffe enthalten. Die Menge an Ballaststoff kann signifikant variieren, wird aber typischerweise im Bereich von 3 bis 20 m/m% des Kohlenhydratsystems (auf einer Trockengewichtbasis) liegen. Ballaststoffe (Nahrungsfasern), wie hierin und in den Ansprüchen verwendet, sollen alle Komponenten einer Nahrung sein, die nicht durch endogene Enzyme in dem menschlichen Verdauungstrakt zu kleinen Molekülen abgebaut werden, die in den Blutstrom absorbiert werden. Diese Nahrungskomponenten sind meistens Zellulosen, Hemizellulosen, Pectin, Gummis, Pflanzenschleime und Lignine. Fasern unterscheiden sich signifikant in ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer physikalischen Struktur und deshalb in ihren physiologischen Funktionen.
Die Eigenschaften von Fasern (oder Fasersystemen), die sich auf die physiologische Funktion auswirken, sind die Löslichkeit und die Fermentierbarkeit. Was die Löslichkeit betrifft, können Fasern in lösliche und unlösliche Typen eingeteilt werden, basierend auf der Kapazität der Faser in einer Pufferlösung bei einem definierten pH gelöst zu werden. Faserquellen unterscheiden sich in der Menge an löslicher und unlöslicher Faser, die sie enthalten. Wie hierin und in den Ansprüchen verwendet, wird "lösliche" und "unslösliche" Nahrungsfaser bestimmt unter Verwendung des American Association of Cereal Chemists (AACC) Verfahrens 32-07. Wie hierin und in den Ansprüchen verwendet, wird "Gesamtnahrungsfaser" oder "Nahrungsfaser" als die Summe der löslichen und unlöslichen Fasern verstanden, bestimmt durch das AACC Verfahren 32-07, und worin bezogen auf das Gewicht, mindestens 70% der Faserquelle Nahrungsfaser umfaßt. Wie hierin und in den Ansprüchen verwendet, ist eine "lösliche" Nahrungsfaserquelle eine Faserquelle, in welcher mindestens 60% der Nahrungsfaser lösliche Nahrungsfaser ist, wie durch das AACC Verfahren 32-07 bestimmt, und eine "unlösliche" Nahrungsfaserquelle ist eine Faserquelle, in welcher mindestens 60% der Gesamtnahrungsfaser unlösliche Nahrungsfaser ist, wie durch das AACC Verfahren 32-07 bestimmt.
Repräsentativ für lösliche Nahrungsfaserquellen sind Gummi arabikum, Natriumcarboxymethylzellulose, Guargummi, Citruspectin, Nieder- und Hoch-Methoxypectin, Hafer- und Gerstenglukane, Carrageenan und Psyllium. Vielzählige kommerzielle Quellen von löslichen Nahrungsfasern sind erhältlich. Zum Beispiel sind Gummi arabikum, Carboxymethylzellulose, Guargummi, Pectin und die Nieder- und Hoch-Methoxypectine erhältlich von TIC Gums, Inc. Von Belcamp, Maryland. Die Hafer- und Gerstenglukane sind erhältlich von Mountain Lake Specialty Ingredients, Inc. Von Omaha, Nebraska. Psyllium ist erhältlich von der Meer Corporation of North Bergen, New Jersey, während das Carrageenan erhältlich ist von FMC Corporation of Philadelphia, Pennsylvania.
Repräsentativ für die unlöslichen Nahrungsfasern sind Haferhülsenfaser, Erbsenhülsenfaser, Sojahülsenfaser, Sojakotyledonenfaser, Zuckerrübenfaser, Zellulose und Getreidekleie. Vielzählige Quellen für die unlöslichen Nahrungsfasern sind auch verfügbar. Zum Beispiel ist Getreidekleie erhältlich von Quaker Oats of Chicago, Illinois; Haferhülsenfaser von Canadian Harvest of Cambridge, Minnesota; Erbsenhülsenfaser von Woodstone Foods of Winnipeg, Canada; Sojahülsenfaser und Haferhülsenfaser von The Fibrad Group of LaVale, Maryland; Sojakotyledonenfaser von Protein Technologies International of St. Louis, Missouri; Zuckerrübenfaser von Delta Fiber Foods of Minneaplis, Minnesota und Zellulose von der James River Corp. of Saddle Brook, New Jersey.
Eine genauere Besprechung von Fasern und ihrem Einschluß in eine Formulierung kann in United States Patent Nr. 5,085,883 gefunden werden, veröffentlicht von Garleb et al, welches hierin durch die Bezugnahme eingeschlossen ist.
Zusätzlich zu Fasern können die Nahrungsmittel auch unverdauliche Oligosaccharide enthalten, wie zum Beispiel Fructooligosaccharide (FOS). Unverdauliche Oligosaccharide werden schnell und extensiv durch anaerobe Mikroorganismen, die im Dickdarm leben, zu kurzkettigen Fettsäuren fermentiert. Diese Oligosaccharide sind bevorzugte Energiequellen für die meisten Bifidobacterium-Spezies, werden aber von potentiell pathogenen Organismen, wie zum Beispiel Clostridium perfingens, C. difficile, oder E. Coli. Nicht verwendet. Der Ausdruck "unverdauliches Oligosaccharid" bezieht sich auf einen kleinen Kohlenhydratanteil mit einem Polymierisationsgrad von weniger als oder gleich ungefähr 20 und/oder einem Molekulargewicht von weniger als oder gleich ungefähr 3,600, welcher gegenüber endogener Verdauung in dem menschlichen oberen Verdauungstrakt resistent ist.
Die Nahrungsersatzprodukte enthalten auch typischerweise eine Proteinquelle. Die Proteinquelle kann intakte Proteine, hydrolysierte Proteine, Aminosäuren oder irgendeine Kombination daraus enthalten. Die Proteine, die in den Nahrungsprodukten verwendet werden können, schließen jedes Protein ein, das geeignet ist für den menschlichen Verzehr. Solche Proteine sind denjenigen, die im Fachgebiet bewandert sind, wohl bekannt und sie können leicht bei der Herstellung solcher Produkte ausgewählt werden. Beispiele für geeignete Proteine, die verwendet werden können, schließen typischerweise Casein, Molke, Milchprotein, Soja, Erbsen, Reis, Getreide, hydrolysiertes Protein und Mischungen daraus ein. Kommerzielle Proteinquellen sind leicht erhältlich und denjenigen, die im Fachgebiet tätig sind, bekannt. Zum Beispiel sind Caseinate, Molke, hydrolysierte Caseinate, hydrolysierte Molke und Milchproteine erhältlich von New Zealand Milk Products of Santa Rosa, California. Soja und hydrolylierte Sojaproteine sind erhältlich von Protein Technologies International of Saint Louis, Missouri. Erbsenprotein ist erhältlich von Feinkost Ingredients Company of Lodi, Ohio. Reisprotein ist erhältlich von California Natural Products of Lathrop, California. Getreideprotein ist erhältlich von EnerGenetics Inc. von Keokuk, Iowa.
Die dritte Komponente der Nahrungsprodukte dieser Erfindung ist das Fett. Die Fettquelle für die vorliegende Erfindung kann jede Fettquelle oder Mischung aus Fettquellen sein, die für den menschlichen Verzehr geeignet ist. Typischerweise stellt das Fett die gewünschten Spiegel an gesättigten polyungesättigten und monoungesättigten Fettsäuren bereit. Jemand, der im Fachgebiet bewandert ist, kann leicht berechnen, wie viel von einer Fettquelle zu dem Nahrungsprodukt hinzugefügt werden sollte, um die gewünschten Spiegel an gesättigten, polyungesättigten und monoungesättigten Fettsäuren zuzuführen. Beispiele für lebensmittelgerechte Fette sind im Fachgebiet wohl bekannt und schließen typischerweise Sojaöl, Olivenöl, Seetieröl, Sonnenblumenöl, Sonnenblumenöl mit hohem Ölsäuregehalt, Safloröl, Safloröl mit hohem Ölsäuregehalt, fraktioniertes Kokosnußöl, Baumwollsamenöl, Maiskeimöl, Kanolaöl, Palmöl, Palmkernöl, Leinöl, mittelkettige Triglyceride (MCT) und Mischungen daraus ein. Wenn gewünscht, können strukturierte Lipide in das Nahrungsprodukt eingeschlossen werden.
Vielzählige kommerzielle Quellen für die oben aufgelisteten Fette sind leicht erhältlich und jemandem, der im Fachgebiet tätig ist, bekannt. Zum Beispiel sind Soja und Kanolaöle erhältlich von Archer Daniels Midland of Decatur, Illinois. Getreide-, Kokosnuß-, Palm- und Palmkernöle sind erhältlich von Premier Edible Oils Corporation of Portland, Organ. Fraktioniertes Kokosnußöl ist erhältlich von Henkel Corporation of LaGrange, Illinois. Safloröl mit hohem Ölsäuregehalt und Sonnenblumenöl mit hohem Ölsäuregehalt sind erhältlich von SVO Specialty Products of Eastlake, Ohio. Seetieröl ist erhältlich von Mochida International of Tokyo, Japan. Olivenöl ist erhältlich von Anglia Oils of North Humberside, United Kingdom. Sonnenblumen- und Baumwollsamenöle sind erhältlich von Cargil of Minneapolis, Minnesota. Safloröl ist erhältlich von California Oil Corporation of Richmond, California. Strukturierte Lipide sind erhältlich von Stepan Oils, mit Büros in den United States und welche erreicht werden können unter www.stepan.com.
Die Nahrungszusammensetzungen der Erfindung enthalten typischerweise Vitamine und Mineralien. Vitamine und Mineralien werden in der täglichen Diät als essentiell verstanden. Diejenigen, die im Fachgebiet bewandert sind, wissen, daß Minimialerfordernisse erstellt wurden für bestimmte Vitamine und Mineralien, von denen bekannt ist, daß sie für die normale physiologische Funktion notwendig sind. Fachmänner verstehen auch, daß geeignete zusätzliche Mengen an Vitamin- und Mineralinhaltsstoffen für Nahrungszusammensetzungen bereitgestellt werden müssen, um geringe Verluste während der Verarbeitung und Lagerung solcher Zusammensetzungen zu kompensieren. Zusätzlich versteht der Fachmann, daß bestimmte Mikronährstoffe für Menschen mit Diabetes einen potentiellen Nutzen haben, wie zum Beispiel Chrom, Carnitin, Taurin und Vitamin E, und dass für bestimmte Mikronährstoffe, wie zum Beispiel Ascorbinsäure, aufgrund eines höheren Turnovers in Menschen mit Typ 2 Diabetes, höhere diätetische Anforderungen existieren können.
Ein Beispiel des Vitamin- und Mineralsystems für ein vollständiges Ernährungsprodukt, das als eine einzige Quelle an Nahrung verwendet wird, umfaßt typischerweise mindestens 100 der RDI für die Vitamine A, B₁, B₂, B₆, B₁₂, C, D, E, K, beta- Carotin, Biotin, Folsäure, Pantothensäure, Niacin und Cholin; die Mineralien Kalzium, Magnesium, Kalium, Natrium, Phosphor und Chlorid; die Spurenmineralien Eisen, Zink, Mangan, Kupfer und Jod; die Ultraspurenmineralien Chrom, Molybdän, Selen; und die bedingt essentiellen Nährstoffe m-Inositol, Carnitin und Taurin in von ungefähr 350 kcal bis ungefähr 5600 kcal.
Ein Beispiel des Vitamin- und Mineralsystems für ein Nahrungsprodukt, das als eine Nahrungsergänzung verwendet wird, umfaßt mindestens 25% der RDI für die Vitamine A, B₁, B₂, B₆, B₁₂, C, D, E, K, beta-Carotin, Biotin, Folsäure, Pantothensäure, Niacin und Cholin; die Mineralien Kalzium, Magnesium, Kalium, Natrium, Phosphor und Chlorid; die Spurenmineralien Eisen, Zink, Mangan, Kupfer und Jod; die Ultraspurenmineralien Chrom, Molybdän, Selen; und die bedingt essentiellen Nährstoffe m-Inositol, Carnitin und Taurin in einer einzelnen Portion oder von ungefähr 50 kcal bis ungefähr 800 kcal.
Künstliche Süßstoffe können auch zu dem Nahrungsprodukt hinzugefügt werden, um die organoleptische Qualität der Formulierung zu verbessern. Beispiele für geeignete künstliche Süßstoffe schließen Saccharin, Aspartam, Acesulfam K und Sucralose ein. Die Nahrungsprodukte der vorliegenden Erfindung werden auch wünschenswerterweise einen Geschmacks- und/oder Farbstoff einschließen, um die Nahrungsprodukte mit einem ansprechenden Aussehen und einem akzeptablen Geschmack für den oralen Verzehr bereitzustellen. Beispiele für nützliche Geschmacksstoffe schließen typischerweise zum Beispiel Erdbeer, Pfirsich, Erdnußbutter, Schokolade, Banane, Himbeer, Orange, Heidelbeere und Vanille ein.
Die Ernährungsprodukte dieser Erfindung können hergestellt werden unter Verwendung von Techniken, die denjenigen, die im Fachgebiet bewandert sind, wohl bekannt sind. Für flüssige Nahrungsersatzprodukte wird, allgemein gesprochen, eine Öl- und Fasermischung hergestellt, die alle Öle, jeglichen Emulgator, Faser und die fettlöslichen Vitamine enthält. Drei zusätzliche Aufschlämmungen (Kohlenhydrate- und zwei Protein-) werden separat hergestellt durch Mischen der Kohlenhydrate und Mineralien zusammen, und dem Protein in Wasser. Die Aufschlämmungen werden dann mit der Ölmischung zusammengemischt. Die resultierende Mischung wird homogenisiert, Hitzeverarbeitet, mit wasserlöslichen Vitaminen standardisiert, mit Geschmack versetzt und die Flüssigkeit wird end-sterilisiert oder getrocknet, um ein Pulver zu erzeugen. Alternativ kann die homogenisierte Formel unverdünnt gehalten werden und in geeignete Behälter gefüllt werden als Pudding oder getrocknet, um ein Pulver zu bilden. Das Produkt wird dann verpackt. Typischerweise wird die Packung eine Gebrauchsanweisung für den Endverbraucher bereitstellen (d.h., um von einem Diabetiker verzehrt zu werden).
Feste Nahrungszusammensetzungen, wie zum Beispiel Riegel, können auch hergestellt werden unter Verwendung von Techniken g die denjenigen, die im Fachgebiet bewandert sind, bekannt sind. Um solche Zusammensetzungen herzustellen, werden typischerweise alle gepulverten Komponenten trocken zusammengemischt. Solche Bestandteile schließen typischerweise die Proteine, Vitamin-Vormischungen, bestimmte Kohlenhydrate etc. ein. Die fettlöslichen Komponenten werden dann zusammengemischt und mit der oben genannten pulverisierten Vormischung vermischt. Letztlich werden dann alle flüssigen Komponenten in die Zusammensetzung gemischt, wobei eine Plastik-ähnliche Zusammensetzung oder ein Teig gebildet wird.
Das oben genannte Verfahren soll eine plastische Masse ergeben, welche dann in Form gebracht werden kann, ohne dass weitere physikalische oder chemische Änderungen auftreten, durch das Verfahren, das als Kaltformung oder Extrusion bekannt ist. In diesem Verfahren wird die plastische Masse bei relativ geringem Druck durch eine Form gedrückt, welche die gewünschte Form gibt. Das resultierende Exsudat wird dann in einer geeigneten Position geschnitten, um Produkte des gewünschten Gewichts zu ergeben. Wenn gewünscht, wird das feste Produkt dann beschichtet, um die Schmackhaftigkeit zu erhöhen, und für die Distribution verpackt. Typischerweise wird die Verpackung eine Gebrauchsanweisung für den Endverbraucher bereitstellen (d.h., um von einem Diabetiker konsumiert zu werden).
Wie oben angegeben kann das Pullulan auch in Säfte, kohlensäurefreie Getränke, kohlensäurehaltige Getränke, Wasser mit Geschmack (hiernach kollektiv "Getränke"), etc. eingeschlossen werden. Das Pullulan wird von 10 bis 50% der Gesamtkohlenhydratkalorien der Getränke bereitstellen. Verfahren zur Herstellung solcher Getränke sind im Fachgebiet wohl bekannt. Die Aufmerksamkeit des Lesers wird auf United States Patent Nrn. 6,176,980 und 5,792,502 gelenkt, deren Inhalte hiermit durch die Bezugnahme eingeschlossen sind. Zum Beispiel werden alle Kohlenhydrate, einschließlich dem Pullulan, in einem geeigneten Volumen von Wasser aufgelöst. Geschmacksstoffe, Farbstoffe, Vitamine etc. werden dann wahlweise hinzugefügt. Die Mischung wird dann pasteurisiert, verpackt und bis zur Versendung gelagert.
Beispiel I der Erfindung
Ein Verfahren zum Screening von Kohlenhydraten auf ihre Geeignetheit zum Einschluß in diabetische Ernährungen ist, die Geschwindigkeit zu bestimmen, bei welcher sie durch tierische oder menschliche Enzyme in einem in-vitro Verdauungsmodell verdaut werden. Diese Technik ist im Fachgebiet wohl bekannt und wurde beschrieben von Muir und O'Dea im American Journal of Clinical Nutritional (1992) 56:123–127 und American Journal of Clinical Nutritional (1993) 57: 540–546. Diese Analyse wurde anfangs an Pullulan durchgeführt. Eine Probe von Pullulan wurde durch Autoklavieren für 10 Minuten bei 15 psi und 121°C Hitzebehandelt, um Bedingungen zu wiederholen, die routinemäßig in der Herstellung von Nahrungsmitteln verwendet werden.
Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten: Tabelle A In Vitro Verdauung von Pullulan*

* Prozent verdauliche Stärke, ausgedrückt als ein Prozentsatz des

Inhaltsstoff-Gewichts, bestimmt durch das Verfahren von Muir und O'Dea (α-Amylase und Amyloglucosidaseenzymsystem; 1992); eine 15-stündige in vitro Inkubation hat gezeigt, daß sie mit der Menge an Stärke, die der Verdauung im Dünndarm entkommt, korreliert (Muir und O'Dea 1993). Die Zeit 0 Werte repräsentieren die prozentuale freie Glucose in Proben. Alle Werte sind Mittelwerte von zweifachen Proben.
Wir haben überraschend herausgefunden, das Pullulan verdaulich ist, im Gegensatz zum Stand der Technik. Ähnlich zu ungekochter Maisstärke zeigte Pullulan eine langsame Geschwindigkeit der in vitro Verdauung. Jedoch hielt Pullulan seine langsame Geschwindigkeit der in vitro Verdauung nach dem Kochen aufrecht, was Maisstärke dagegen schnell verdaulich macht.
Beispiel II
Basierend auf den überraschenden Daten, die in Beispiel I berichtet werden, wurde das Experiment mit zusätzlichen Proben von Pullulan mit variierendem Molekulargewicht wiederholt. Für Vergleichszwecke wurde Glucose ebenfalls getestet. Daten für Maisstärke, wie in der Literatur genannt, werden unten berichtet. Tabelle B In Vitro Stärke-Verdauung (Verfahren beschrieben durch Muir und O'Dea) von Pullulan*

* Werte sind Mittelwerte von zweifachen Analysen. Prozentsatz an verdaulicher Stärke, ausgedrückt als ein Prozentsatz an trockenen Inhaltsstoffen, bestimmt durch die Verfahren von Muir und O'Dea (α-Amylase und Amyloglucosidaseenzymsystem; 1992); eine 15-stündige in vitro Inkubation hat gezeigt, daß sie mit der Menge an Stärke, die der Verdauung im Dünndarm entkommt, korreliert (Muir und O'Dea 1993). Die Zeit 0 Werte repräsentieren die prozentuale freie Glucose in Proben. Alle Werte sind Mittelwerte von zweifachen Proben. C = gekocht. PF20 = lebensmittelgerechtes Pullulan, MW von 200,000. PI20 = Pullulan pharmazeutischer Reinheit, MW von 200,000.

Als eine Kontrolle wurde Glucose getestet und sie erzeugte das erwartete Ergebnis. Unterschiedliche Qualitäten von Pullulan wirkten als langsam verdautes Kohlenhydrat.
Beispiel III
Dieses Beispiel beschreibt weitere in vitro Arbeiten, die mit Pullulan durchgeführt wurden. Tabelle C In Vitro Stärke-Verdauung (Verfahren beschrieben durch Muir und O'Dea) von Pullulan*

* Historische Daten von Sigma's roher Maisstärke. Prozentanteil verdaulicher Stärke, ausgedrückt als ein Prozentanteil von trockenem Inhaltsstoff, bestimmt durch die Verfahren von Muir und O'Dea (α-Amylase und Amyloglucosidaseenzymsystem; 1992); eine 15-stündige in vitro Inkubation hat gezeigt, daß sie mit der Menge an Stärke, die der Verdauung im Dünndarm entkommt, korreliert (Muir und O'Dea 1993). Die Zeit 0 Werte repräsentieren die prozentuale freie Glucose in Proben. Alle Werte sind Mittelwerte von zweifachen Proben. C = gekocht. Werte für Glucose und Pullulan sind Mittelwerte von dreifachen Analysen. PA = Pullulan, MW von 6,010. PB = Pullulan, MW von 13,900. PC = Pullulan, MW von 49,200. PF10 = lebensmittelgerechtes Pullulan, MW von 100,000.

Unterschiedliche Molekulargewichte von Pullulan wurden alle bei einer langsamen Geschwindigkeit verdaut und würden in einem Nahrungsprodukt Wirksamkeit haben.
Beispiel IV
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Fähigkeit von Pullulan, als ein langsam verdautes Kohlenhydrat in einem Tiermodell von Typ 2 Diabetes Mellitus (Insulinresistenz) zu wirken.
Das Ziel dieses Experiments war es, die postprandiale glykämische Reaktion von männlichen Zucker-Fett-fa/fa-Ratten, gefüttert mit Pullulan versus Maltodextrin, zu vergleichen. Zwanzig männliche Zucker-Fett-fa/fa-Ratten wurden fünf Wochen alt von Harlan Sprague Dawley Inc. (Indianapolis, IN) erhalten. Die Ratten waren einzeln in hängenden Naglene-Käfigen auf trockenen Betten untergebracht (Sani-Chips, Harlan Teklad) und sie hatten freien Zugang zu Wasser und Rattenfutter (pelletiert; 8640 Harlan Teklad 22/5 Nagerdiät; Harlan Tekld, Madison, WI). Die Unterbringungseinrichtung wurde bei 19 bis 23°C, 30 bis 70% relativer Feuchtigkeit und einem 12-stündigem Licht-Dunkel-Zyklus gehalten. Die Ratten wurden 4 bis 5 mal pro Woche 3 Wochen lang vor diesem Experiment behandelt, um sie an menschliche Behandlung für das Experiment zu gewöhnen. Zusätzlich wurden die Ratten trainiert, eine flüssige Kohlenhydratlösung über eine Spritze für den Nahrungstoleranztest oral zu sich zu nehmen. Das Tierverwendungsprotokoll wurde durchgesehen und bestätigt durch das Ohio State University Animal Care Committee.
Der Kontrolltest war eine Maltodextrin (Lodex^® 15; Cerestar USA Inc., Hammond, IN) Herausforderung bei ~ 0,9 g/kg Körpergewicht. Lodex^® wurde in eine 25% (Gewicht/Volumen) Lösung mit Wasser vor der Herausforderung (Gesamtvolumen 10 ml) gegeben. In ähnlicher Weise wurde eine 25% (Gewicht/Gewicht) Pullulan (Sigma, St. Louis, MO) Lösung hergestellt (Gesamtgewicht 14 g). Beide Behandlungen wurden in einer Mikrowelle für 30 Sekunden hocherhitzt, um die Kohlenhydratlösungen 2 Stunden vor dem Test vollständig aufzulösen.
Die zwei diätetischen Behandlungen wurden in einem Paralleldesign bewertet (10 Ratten pro Behandlung). Zur Testzeit wogen die Ratten 275 ± 5,5 g (Mittel ± SEM) und waren 8 Wochen alt. Nach einem Fasten über Nacht von 16 Stunden durchliefen die Ratten einen Mahlzeittoleranztest. Den Ratten wurde zufällig eine von zwei diätetischen Behandlungen (1 ml) durch den Mund gefüttert. Alle Ratten konsumierten die Diät innerhalb eines Zeitraums von 10 Minuten. Blutproben wurden gesammelt zur Basislinie und 30, 60, 90, 120 und 180 Minuten postprandial für die Glucoseanalyse (Precision G; Medisense^®, Beford, MA). Die Ratten hatten freien Zugang zu Wasser während des Experiments.
Blutproben wurden über die Schwanzvene erhalten und ungefähr 5 μl Blut wurde sofort direkt auf einen Precision G^® Blutglucoseteststreifen überführt und auf die Blutglucosekonzentration analysiert. Vollblut wurde verwendet, jedoch korrigiert das Precision G Instrument die Glucosemessung und liefert die Daten als mg Glucose/dl Plasma.
Ergebnisse
Die postprandiale glykämische Reaktion von männlichen Zucker-Fett-fa/fa-Ratten, denen Maltodextrin oder Pullulan gefüttert wurde, kann in 1 gefunden werden, und die inkrementelle Änderung von der Basislinie in der Blutglucose kann in 2 gefunden werden. Die Grundblutglucosewerte waren nicht unterschiedlich (116 ± 5 versus 115 ± 5 mg/dl; bzw. Maltodextrin versus Pullulan). Die inkrementelle Änderung von der Basislinie in der Blutglucose wurde (P < 0,01) um 45% vermindert für Ratten, denen Pullulan gefüttert wurde, 30 Minuten postprandial (2). Die Fläche unter der Kurve (AUC) wurde berechnet (Wolever und Jenkins, The use of glycemic Index in predicting the blood glucose response to mixed meals. Am. J. Clin. Nutr. 1986, 43, 167–172) und es wurde gefunden, daß sie niedriger war (P < 0,05) für Ratten, denen Pullulan gefüttert wurde (3 Stunden AUC 4812 ± 581 versus 2889 ± 486, Maltodextrin bzw. Pullulan).
Beispiel V
Das primäre Ziel war, die postprandiale glykämische Reaktion von nicht-diabetischen gesunden Erwachsenen auf Pullulan und Maltodextrin zu bestimmen.
Sechsunddreißig gesunde erwachsene Personen, die alle Auswahlkriterien erfüllten, wurden in die Studie eingeschlossen. Achtundzwanzig Personen vervollständigten das Protokoll. Das Experiment folgte einem doppel-blinden, zwei-periodischen, zwei Behandlungen, Überkreuz-Design, mit einem Minimum einer viertägigen Auswaschung zwischen den Behandlungen. Die Personen kehrten innerhalb von 14 Tagen zurück für eine Wiederholungsanalyse mit der geeigneten Überkreuz-Behandlung. Die Personen wurden zufällig in gleichen Anzahlen ausgewählt, um Reihenfolgen (Sequenzen) unter Verwendung von Computer-erzeugten zufälligen Zuweisungen zu untersuchen.
Personen, die die Auswahlkriterien erfüllten, wurden angewiesen, eine Hoch-Kohlenhydratdiät (mehr als 150 g Kohlenhydrate pro Tag) an jedem der drei Tage vor jedem Test zu konsumieren. Die Nahrungsaufnahme wurde in Diättagebüchern von jeder Person aufgezeichnet, um den Kohlenhydratkonsum abzuschätzen. Am Abend vor dem Mahlzeitglucosetoleranztest konsumierten die Personen ein schlackenarmes Abendessen, bestehend aus einer 8 fl oz (237 ml) Dose von Schokolade Ensure Plus^® mit zusätzlichen Ensure^® Nahrungs- und Energieriegeln, um ungefähr ein Drittel des individuellen täglichen kalorischen Bedarfs einer jeden Person bereitzustellen, wie geschätzt durch die Harris-Benedict-Gleichung (Harris and Benedict, A biometric study of basal metabolism in man; Carnegie Institute: Washington, D.C. Seite 227 (Veröffentlichungsnr. 279), 1919) multipliziert mit einem Aktivitätsfaktor von 1,3. Die Personen fasteten über Nacht (10 bis 16 Stunden) vor dem Test. Während des Fastens war den Personen nur der Konsum von Wasser erlaubt. Rauchen war verboten. Die Personen trainierten nicht für den 24 Stunden Zeitraum vor dem Mahlzeitglucosetoleranztest.
Am Morgen nach einem Fasten über Nacht kamen die Personen zum Testlabor und entspannten für mindestens 30 Minuten vor der Sammlung einer Basislinienblutprobe. Das Blut wurde durch Fingerstich erhalten (selbst angewendet, so lange die Person nichts anderes erbat; unter Verwendung einer sterilen Lanzettenvorrichtung) unmittelbar vor dem Mahlzeitglucosetoleranztest. Die Personen verzehrten dann das geeignete Testprodukt innerhalb eines 10-minütigen Zeitraums und zusätzliche Blutproben wurden während des Mahlzeitglucosetoleranztests über einen selbstbeigebrachten Fingerstich bei 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150 und 180 Minuten postprandial, innerhalb ± 5 Minuten zu jedem Zeitpunkt, erhalten. Die Kapillarblutglucose wurde gemessen unter Verwendung eines YSI Analysators (Modell YSI 2700 Select Biochemistry Analyzer, Yellow Springs Instruments, Yellow Springs, OH). Die inkrementelle Fläche unter der Glucosekurve wurde berechnet, gemäß Wolever et al (The glycemic Index: methodology and clinical implications. Amer. J. Clin. Nutr. 1991, 54, 846–854). Die Personen zeichneten Medikationen und subjektive gastrointestinale Toleranzdaten über die nächsten 48 Stunden nach dem Test auf.
Diätetische Aufzeichnungen wurden für die drei aufeinanderfolgenden Tage vor den Studienvisiten genommen. Die Personen gaben die Menge und den Typ von allen Nahrungen und Flüssigkeiten, die sie während dieses Zeitraums zu sich nahmen, ein. Der Prüfer oder Coordinator überprüfte die diätetischen Aufzeichnungen mit jeder Person, nach Vervollständigung von jedem Satz der 3-tägigen diätetischen Aufzeichnungen, um folgendes sicherzustellen: 1) die genaueste Schätzung der Portionsgrößen von jeder der Nahrungen wurde aufgezeichnet, und 2) es gab ausreichend aufgezeichnete Information, um die tägliche Menge der Kohlenhydrataufnahme für den dreitägigen Zeitraum (> 150 Gramm täglich benötigt) abzuschätzen.
Man gab den Personen kommerzielle Ensure^® Produkte für die Abendmahlzeiten, die der Visite 1 und Visite 2 vorausgingen, bei der vorhergehenden Visite. Man befragte die Personen hinsichtlich der Compliance für diese Abendmahlzeiten, was auf einem Fall-Berichtsformular aufgezeichnet wurde. Bei der Visite 1 und Visite 2 bezeugten die Studienmitarbeiter die Studienproduktaufnahme für jede Person während des Mahlzeitglucosetoleranztests. Die Personen nahmen das Studienprodukt vollständig innerhalb eines 10-minütigen Zeitraums zu sich, und die Compliance wurde auf einem Fall-Berichtsformular aufgezeichnet.
Die Personen wurden aus verschiedenen Populationen herangezogen, einschließlich Personen aus der vorhergehenden Studie und andere Individuen aus der allgemeinen Bevölkerung. Personen, die für die Studienteilnahme auswählbar waren, sollten die folgenden Kriterien erfüllen. Auswahlkriterien für die Aufnahme in die Studie schlossen folgende ein: die Person ist 18–75 Jahre alt; ist männlich oder eine nicht-schwangere Frau mindestens sechs Wochen nach der Geburt und nicht stillend; erhält momentan keine oralen Kontrazeptiva oder eine orale Hormonersatztherapie; hat einen Bodymass-Index (BMI) von 20–28 kg/m²; die Person hat keinen Diabetes Mellitus oder Glucoseintoleranz (Screen-Kapillarblutglucose < 110 mg/dl); ist frei von aktiven metabolischen oder gastrointestinalen Krankheiten, die die Nährstoffabsorption, Verteilung, Metabolismus, oder Ausscheidung stören könnte, und hat keine bekannten Nahrungsmittelallergien; hatte keine Infektion (welche Medikation oder Krankenhausaufenthalt erforderte), Operation oder Kortikosteroidbehandlung in den letzten 3 Monaten oder Antibiotika in den letzten 3 Wochen; nimmt keine tägliche Medikation (z.B. Acetaminophen, Salicylate, Diuretika, etc.), welche die Nährstoffabsorption, Metabolismus, Ausscheidung oder die Magenmotilität stören könnte; raucht nicht; und hat freiwillig unterschrieben und persönlich eine informierte Einwilligung vor irgendwelcher Teilnahme in der Studie datiert.
Nachdem die Eingangskriterien erfüllt waren und die Einwilligungen der Person oder des gesetzlichen Vertreters der Person vor jeglicher Studienteilnahme erhalten wurde, wurden die Behandlungszuweisungen durchgeführt unter Verwendung eines vorausschauend erzeugten Randomisierungsplans. Die Personen erhielten beide Studienprodukte in einer zufälligen Reihenfolge. Die Personen müssen vor dem Mahlzeitglucosetoleranztest mindestens 150 g Kohlenhydrate pro Tag für die 3 Tage konsumiert haben, ihre schlackenarme Mahlzeit am Abend davor konsumiert haben, für die 24 Stunden davor nicht trainiert haben und für 10 bis 16 Stunden davor gefastet haben. Wenn sich eine Person vor dem Test nicht an diese Richtlinien gehalten hat, kehrt er/sie an einem anderen Studientag zurück. Die Studienmitarbeiter waren verantwortlich für die Einteilung und die Verteilung des Studienprodukts.
Die Personen erhielten beide Produkte in einer zufälligen Reihenfolge. Die zwei bewerteten Behandlungen in diesen Experiment waren folgende: 1) Maltodextrin und 2) Pullulan. Maltodextrin ist eine teilweise hydrolysierte Getreidestärke, die ein üblicher Inhaltsstoff ist, in vielen verarbeiteten Nahrungsmitteln und generell als sicher anerkannt wird (GRAS; 21 CFR 184.1444). Pullulan ist ein Stärke-ähnlicher Nahrungsinhaltsstoff, der als ein diätetischer Gummi verwendet wurde, welcher als Strukturgeber für Tofu, Schinken und Wurst diente, als ein Substrat für Geschmacksstoffe und als ein Mittel zum Schutz von Geschmacksstoffen durch Mikroverkapselung, und als ein Nahrungsmittelfilm (Komoto et al., Safety studies of a novel starch, pullulan: chronic toxicity in rats and bacterial mutagenicity. Food and Chemical Toxicology 1997, 35, 323–329). Diese Kohlenhydrate wurden in Saft-ähnliche Getränke eingeschlossen (~25 g pro 250 ml) und mit Geschmack versehen, um die Schmackhaftigkeit zu verbessern. Eine ausführliche Beschreibung der Nährstoffprofile der Produkte kann in den Tabellen unten gefunden werden.
Tabelle D: Zusammensetzung der Studienprodukte
Die Personen konsumierten 2–8 fl oz Portionen des Produkts bei jedem Mahlzeitglucosetoleranztest, der insgesamt 50 g Kohlenhydrate bereitstellte.
Tabelle E: Auflistung der Inhaltsstoffe
Die Studie bestand aus zwei Behandlungstagen (Visite 1 und Visite 2) mit einem minimalen Auswaschzeitraum von vier Tagen dazwischen und optimalerweise einem Maximum von 14 Tagen zwischen den Studienvisiten. Für jeden Mahlzeitglucosetoleranztest konsumierten die Personen 2 Portionen (~8 fl oz/Portion) von Studienprodukt, welches 50 g Kohlenhydrate lieferte. Die Studienprodukte wurden zu einer ähnlichen Zeit jeden Tag während jeder Behandlungsvisite konsumiert.
Dies war eine randomisierte, doppelblinde, zwei Perioden, zwei Behandlungen, Überkreuzstudie, die an einer einzigen Stelle durchgeführt wurde. Mindestens 26 Personen (13 in jeder Behandlungssequenz) wurden zufällig ausgewählt, um einen kompletten Satz (Zeitraum 1 und 2) an Werten für die erste Variable für 26 Personen zu erhalten. Die statistischen Analysen und Auswertungen wurden anhand der bewertbaren Personendaten und dem Ziel der Behandlung durchgeführt (sekundäre Daten: alle randomisierten Personen) Daten. Fehlende Daten wurden nicht zugerechnet und eine Person mit fehlenden Daten für eine Variable zu einer oder mehreren Zeiträumen wurde nicht in die Analyse für diese Variable eingeschlossen. Es gab keine interim- Analysen.
Die folgenden zwei Schritte wurden für jede zweiperiodische Überkreuzanalyse ausgeführt: zuerst ein Test für den Effekt der Reihenfolge: a) vergleiche zwei Behandlungsreihenfolgen hinsichtlich der Werte, der Summe der zwei Zeiträume, unter Verwendung des zweiseitigen t-Tests, oder (wenn nicht normal) zweiseitigen Wilcoxon Rank Sum Tests. Der zweite Test für den Effekt der Behandlung: a) wenn der Effekt der Reihenfolge nicht signifikant ist (p ≥ 0,10), dann vergleiche zwei Behandlungssequenzen hinsichtlich der Werte, dem Unterschied der zwei Zeiträume, durch einen zweiseitigen t-Test oder (wenn nicht normal) zweiseitigen Wilcoxon Rank Sum Test, b) wenn der Effekt der Reihenfolge signifikant ist (p < 0,10), dann vergleiche zwei Behandlungen unter Verwendung von nur den ersten Zeitraumsdaten durch den zweiseitigen t-Test oder (wenn nicht normal) den zweiseitigen Wilcoxon Rank Sum Test.
Ein Ergebnis (außer für den Effekt der Reihenfolge) wurde als statistisch signifikant erklärt, wenn, und nur wenn, ein p-Wert einer Analyse weniger als 0,05 ist.
Ergebnis
Die postprandial glykämische Reaktion von gesunden Personen, denen Maltodextrin (Kontrolle) oder Pullulan gefüttert wurde, kann in 4 gefunden werden. Pullulan bewirkte einen Anstieg in der Blutglucose über die Basislinien-(Fasten-) Spiegel über den 3-stündigen postprandialen Zeitraum. Wenn Pullulan gegenüber Verdauung resistent war, wie durch den Stand der Technik angegeben, würde man keinen postprandial Anstieg in der Blutglucose erwarten. Als ein Beispiel zeigt 3 minimale Änderungen in den postprandialen Blutglucosekonzentrationen von diabetischen Personen, denen das unverdauliche Polysaccharid Polydextrose gegeben wurde.
Pullulan wurde langsam über die 3 Stunden des Mahlzeitglucosetoleranztests verdaut, wie angezeigt durch eine verminderte Abweichung in der frühen Phase und dann ein Aufrechterhalten der Abweichung der späten Phase verglichen mit Maltodextrin, einer schnell verdauten Stärke. Die inkrementelle Fläche unter der Glucosekurve war geringer (P < 0,01) für Personen, denen Pullulan gefüttert wurde (268 ± 15,6 versus 135 ± 11,6 mmol. Min/l, Maltodextrin bzw. Pullulan).

Claims

Verwendung von Pullulan zur Herstellung eines Medikaments zur Erzeugung einer abgeschwächten glykämischen Reaktion in Diabetes-Patienten, durch Verabreichen einer ausreichenden Menge von Pullulan an den Diabetes-Patienten, worin das Pullulan in einem Nahrungs-Ersatzprodukt enthalten ist, wobei das Nahrungs-Ersatzprodukt weiter Vitamine, Mineralien, eine Proteinquelle, die von 10 bis 35% der Gesamtkalorien bereitstellt, eine Fettquelle, die von 10 bis 50% der Gesamtkalorien bereitstellt und ein Kohlenhydrat-System, das von 25 bis 80% der Gesamtkalorien bereitstellt, enthält, wobei das Pullulan von 10 bis 50% der Gesamt-Kohlenhydrat-Kalorien bereitstellt.
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, worin das Nahrungs-Ersatzprodukt folgendes enthält: a) eine Proteinquelle, die von 10 bis 35% der Gesamtkalorien bereitstellt, b) eine Fettquelle, die von 10 bis 50% der Gesamtkalorien bereitstellt, und c) ein Kohlenhydrat-System, das von 25 bis 80% der Gesamtkalorien bereitstellt; und Mineralien und Vitamine.
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, worin das Nahrungs-Ersatzprodukt ein Riegel oder ein Getränk ist.
Ein Nahrungs-Ersatzprodukt, das folgendes umfasst: eine Proteinquelle, die von 10 bis 35% der Gesamtkalorien bereitstellt, eine Fettquelle, die von 10 bis 50% der Gesamtkalorien bereitstellt, und ein Kohlenhydrat-System, das von 25 bis 80% der Gesamtkalorien bereitstellt, worin das Pullulan von 10 bis 50% der Gesamt-Kohlenhydrat-Kalorien bereitstellt, Mineralien und Vitamine.
Das Nahrungs-Ersatzprodukt gemäß Anspruch 4, worin das Nahrungs-Ersatzprodukt ein Riegel oder ein Getränk ist.