DE69908306T2

DE69908306T2 - Verwendung von t-tagatose als praebiotischen nahrungsmittelzusatz

Info

Publication number: DE69908306T2
Application number: DE69908306T
Authority: DE
Inventors: Henrik Andersen; Liendgaard Vigh
Original assignee: Arla Foods AMBA
Current assignee: Arla Foods AMBA
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2019-02-24
Also published as: KR20010034534A; JP2002504500A; DE69908306D1; PT1056358E; NO316874B1; ATE241286T1; DK1056358T3; EP1056358A1; ES2198126T3; NO20004224D0; AU2512699A; KR100620477B1; NO20004224L; BR9908221A; WO1999043217A1; EP1056358B1; AU742777B2

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von D-Tagatose als eine präbiotische Komponente. Sie kann als präbiotisches Nahrungsmittel, Nahrungsmittelzusatz oder Nahrungsmittelergänzung verwendet werden.
Versuche haben überraschenderweise gezeigt, dass die orale Aufnahme des nicht absorbierbaren Kohlenhydrats D-Tagatose die Produktion von Butyrat im Kolon induziert. Aus der Literatur ist es bekannt, dass Butyrat möglicherweise eine gegen Dickdarmkrebs schützende Wirkung hat. Weiter haben Versuche gezeigt, dass die orale Aufnahme von D-Tagatose das Wachstum von vorteilhaften Lactobazillen und Milchsäurebakterien im menschlichen Kolon stimuliert. Daher ist D-Tagatose als präbiotisches Nahrungsmittel zur Stimulation des Wachstums von vorteilhaften Bakterien und zur Induktion der Produktion von Butyrat verwendbar.
Ein solches präbiotisches Nahrungsmittel ist daher vermutlich zur Normalisierung der Bakterienflora im Kolon und zur Verhinderung des Risikos von Dickdarmkrebs beim Menschen verwendbar.
D-Tagatose ist eine bekannte Ketohexose, die als Süßungs- und Füllmittel für Nahrungsmittel mit verringertem Kaloriengehalt und als Zusatz in Detergenzien und in kosmetischen und pharmazeutischen Formulierungen verwendbar ist. Die US-Patentschriften Nr. 5,002,612 und 5,078,796 (Beeadle et al.) lehren Verfahren zur Herstellung von D-Tagatose durch Isomerisieren einer D-Galactose enthaltenden Mischung mit einem Metallhydroxid in Gegenwart eines Katalysators bei einer relativ niedrigen Temperatur zur Bildung eines Zwischenkomplexes, gefolgt von Neutralisation mit Säure, wodurch D-Tagatose erhalten wird.
D-Tagatose ist als antihyperglykämisches Mittel bekannt, das verwendet werden kann, um die Bildung von fortgeschrittener Glykosylierung in Produkten in Säugern zu hemmen, wie in den US-Patentschriften 5,356,879 und 5,447,917 (Zehner et al.) beschrieben ist. D-Tagatose ist ebenfalls als Kohlenhydrat-Süßungsmittel und Füllmittel mit niedrigem Kaloriengehalt bekannt, das zur Herstellung von gesüßten, essbaren Formulierungen anstelle von Sucrose verwendet werden kann, wie es in der US-Patentschrift 4,786,722 (Zehner) beschrieben ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Die Schleimhautoberflächen des Verdauungstraktes gehören zu den Hauptstellen der Zellreplikation im menschlichen Körper. Im Kolon sind die Epithelzellen nicht nur dem Kreislauf und den endogenen Sekretionen von anderen Schleimhautzellen ausgesetzt, sondern auch dem Inhalt des Kolonlumens, welches reich an Nahrungsrückständen und den Stoffwechselprodukten der Mikroflora ist (I. T. Johnson "Butyrate and markers of neoplastic change in the colon", European Journal of Cancer Prevention, Bd. 4, 1995). Epidemiologische Studien und Studien an Tieren legen nahe, dass Nahrungsfett und -protein die Karzinogenese im Kolon fördern, wohingegen Fasern und komplexe Kohlenhydrate in der Nahrung gegen Dickdarmkrebs schützen können. Es wird postuliert, dass Butyratkonzentrationen im Kolonlumen die Schlüsselschutzkomponente von Nahrungsmitteln mit hohem Fasergehalt gegen Dickdarmkrebs sind (O. C. Vel zquez, H. W. Lederer und J. L. Rombeau 1996, "Butyrate and the Colonocyte: Implications for Neoplasia", Digestive Diseases and Science, Bd. 41, Nr. 4, 727 bis 739).
Butyrat ist eine der kurzkettigen Fettsäuren (SCFA), d. h. der organischen Säuren mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen. Diese Verbindungen werden im Gastrointestinaltrakt von Säugern als Ergebnis von anaerober bakterieller Fermentation von unverdauten Nahrungskomponenten gebildet und rasch durch das Kolonepithel absorbiert. Nahrungsfasern sind das Hauptsubstrat für die Fermentation von SCFA im Menschen, wobei jedoch die Aufnahme von Fasern in einer typischen westlichen Nahrung häufig niedrig ist. Andere unverdaute Komponenten, wie Stärke und Proteine, tragen zu der Produktion von SCFA bei, aber es tragen auch Oligosaccharide mit niedrigem Molekulargewicht, Zucker und Polyole, welche der Verdauung und Absorption im Dünndarm entronnen sind, zu der Produktion von SCFA bei. Im hinteren Darm des Säugers machen Acetat, Propionat und Butyrat wenigstens 83% von SCFA aus und sind in einem nahezu konstanten molaren Verhältnis von 60 : 25 : 15 (Velazquez et al., supra) vorhanden.
In vitro-Studien an Fasern und anderen unverdaulichen Kohlenhydraten in Inkubationen von menschlichem Kot zeigen 3 bis 22% Butyrat an, wobei nur verschiedene Formen von Stärken und resistenten Stärken einen Butyratanteil von 22 bis 29% hatten (F. Bornet, C. Alamowitch und G. Slama 1994, "Acides Gras Volatils: Des actions sur le metabolisme glucidique", Rev Prat 44(8): 1051-1055). In ähnlicher Weise erhöhten Ausflüsse aus dem Ileum von Rübenfasern und Gerstenkleie fressenden Schweinen, die in vitro-Inkubation in menschlicher Fäkalaufschlämmung inkubiert wurden, nicht die Produktion von Butyrat über 18% hinaus, wie sie mit Ileumausflüssen aus einem faserfreien Schweinefutter beobachtet wurden (A. Fardet, F. Guillon, C. Hoebler und J-L. Barry 1997, "In vitro fermentation of beet fibre and barley bran, of their insoluble residues after digestion and ileal effluents", J. Sci Food Agric 75: 315-325). In einer Studie an Schweinen, die entweder rohe Kartoffelstärke, Hylonstärke oder retrograde Hylonstärke aufgenommen hatten, war der molare Anteil von Butyrat nicht höher als 14% beim höchsten Wert, welcher sich im proximalen Kolon befand, und in ähnlicher Weise ergab die in vitro-Inkubation nur zwischen 14 und 25% Butyrat (mol%) (L. J. M. Martin, H. J. W. Dumon und M. M. J. Champ 1998, "Production of short-chain fatty acids from resistant starch in a pig model". J. Sci. Food Agric. 77: 71-80.
Eine Studie der Fermentation von Mono- und Disaccharid in einem menschlichen in vitro-Fäkalsystem zeigte einen hohen Anteil von Butyrat bei der Fermentation von Sorbit, Galacturonsäure und Glucoronsäure (P. B. Mortensen, K. Holtug und H. S. Rasmussen 1988, "Short-chain fatty acid production from mono- and disaccharides in a faecal incubation system: Implications for colonic fermentation of dietary fiber in humans", J. Nutr. 118: 321-325). Die Feststellungen von hoher Butyratkonzentration mit Sorbit werden bei der Inkubation mit Maltit nicht bestätigt, welches aus 50% Glucose und 50% Sorbit besteht, da die in vitro-Inkubation von Maltit nur 10% Butyrat ergab (A. Rapaille und F. Bornet, "Maltitol, recent findings on colonic health", FIE London 1997).
Das Kolonepithel ist ein dynamisches Gewebe im Zustand ständiger Erneuerung. Zellen teilen sich in den unteren zwei Dritteln der normalen Kolonkrypta und beenden die Teilung, wenn sie die Krypta weiter hinaufwandern. Die kontinuierliche Bewegung von Zellen aufwärts der Kolonkrypta ist eng mit der Differenzierung verbunden (A. Hague, A. J. Butt und C. Paraskeva 1996 "The rote of butyrate in human colonic epithelial cells: An energy source or inducer of differentiation and apoptosis", Proceedings of the Nutrition Society 55: 937-943).
Butyrat scheint von zentraler Bedeutung für das Kolonepithel zu sein, da es der Haupt- und bevorzugte physiologische Brennstoff ist (W. E. W. Roediger 1980, "Role of anaerobic bacteria in the metabolic welfare of the colonic mucosa in man", Gut 21: 793-798), und spielt eine Rolle bei der Regelung der Teilung und Differenzierung von Kolonepithelzellen. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass Butyrat trophisch für die Kolonschleimhaut bei physiologischen Konzentrationen ist, und dies beruht auf einer Beschleunigung der Krypta-Zellteilung (Johnson, supra).
In zahlreichen Geweben, welche einen raschen Umsatz von Zellen haben, ist die Apoptose bei der Aufrechterhaltung von Gewebehomöostase beteiligt. Im Darm, wo die Epithelzellen Karzinogenen aus der Nahrung ausgesetzt sind, erleiden die Zellen die Apoptose als Mittel zur Eliminierung geschädigter Zellen und schützen so das Gewebe gegen neoplastische Veränderungen. Einige in vitro-Studien haben gezeigt, dass Butyrat Apoptose bei physiologischen Konzentrationen (2-4 mmol) hervorruft (A. Hague und C. Paraskeva "The short-chain fatty acid butyrate induces apoptosis in colorectal tumor cell lines", European Journal of Cancer Prevention, Bd. 4, 1995).
Im Gegensatz zu der vorstehend genannten trophischen Wirkung von Butyrat auf normale Schleimhaut wird das Wachstum von neoplastischen Kolonozyten durch Butyrat gehemmt, welches ebenfalls die präneoplastische Hyperproliferation hemmt, die durch Tumorpromotoren in vitro induziert wird. Das unkontrollierte Wachstum von Krebszelllinien wird gestoppt, und die Differenzierung wird durch Butyrat induziert (Velazquez et al., supra).
Die Lactobazillien sind wichtige Bewohner des Verdauungstraktes von Mensch und Tieren. Lactobacillus-Arten, insbesondere Lactobacillus acidophilus, sind am häufigsten beteiligt beim Unterstützen der Etablierung einer "normalen Mikroflora", insbesondere nach einer antibiotischen Therapie. Zusätzlich spielen probiotische Lactobazillen mehrere vorteilhafte Rollen, einschließlich (T. R. Klaenhammer 1998, "Functional activities of lactobacillus probiotics: Genetic mandate", Int. Dairy Journal 8: 497-505): Aufrechterhaltung der normalen Mikroflora, Beeinflussung, Ausschluss und Antagonismus von Pathogenen, Immunstimulation und Immunmodulation, antikarzinogene und antimutagerie Aktivitäten, Dekonjugation von Gallensäuren, Bereitstellung von Lactase in vivo.
Eine andere Wirkung, die für Lactobacillus erwähnt ist, ist die Verringerung des Cholesterins im Blut (C. Daly, G. F. Fitzgerald, L. O'Conner und R. Davis 1998, "Technological and health benefits of dairy starter cultures", Int. Dairy Journal 8: 195-205).
Zahlreiche Studien an probiotischen Bakterien haben gezeigt, dass es für diese Bakterien sehr schwierig ist, das menschliche Kolon zu besiedeln, d. h. nachdem die Zufuhr von probiotischen Bakterien in der Nahrung gestoppt ist, verschwinden sie aus den Fäzes. Dies macht es offensichtlicher, mögliche präbiotische Bakterien aus dem menschlichen Darm zu isolieren (US-Patentschrift 5,709,857). Es ist sogar noch offensichtlicher, selektiv die bereits im Kolon vorhandenen Lactobazillen zu füttern (präbiotisches Konzept).
Die Literatur bezüglich vorteilhafter Wirkungen und Mechanismen von sowohl Butyrat und Lactobacillus ist sehr reichlich, und so wird nur auf kürzlich erschienene Übersichtsartikel in diesem Teil Bezug genommen.

Zusammenfassung der Erfindung

D-Tagatose ist eine natürlich vorkommende Ketohexose, die sich von D-Fructose nur am vierten Kohlenstoffatom unterscheidet. Der ziemlich kleine Unterschied hat große Bedeutungen auf den Gesamtstoffwechsel von D-Tagatose, da nur 15-20% der aufgenommenen D-Tagatose im Dünndarm absorbiert werden. Der Hauptteil der aufgenommenen D-Tagatose wird im Kolon durch die dort vorhandene Mikroflora fermentiert, was zur Produktion von kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) führt. Die Neuheit von D-Tagatose ist, dass die Fermentation ein sehr eigenartiges Profil von kurzkettigen Fettsäuren mit einem hohen Anteil von Butyrat induziert. Diese Feststellungen sind in in vitro- und in vivo-Studien im Schwein und in menschlichen in vitro-Fäkalversuchen dokumentiert. Humanstudien dokumentieren, dass allgemein akzeptierte vorteilhafte Bakterien, wie Lactobazillen und Milchsäurebakterien, in menschlichen Fäzes nach der Aufnahme von D-Tagatose erhöht sind.
D-Tagatose ist ein idealer Bestandteil zur Anwendung in einem Bereich von Nahrungsmittelprodukten, da es ein zukünftiger potentieller Nahrungsbestandteil mit einer Süße ähnlich zu Sucrose ist. Die idealen Fermentationsprodukte von D-Tagatose mit einem hohen Anteil von Butyrat und die Stimulierung des Wachstums von Lactobazillen machen D-Tagatose zu einem idealen zukünftigen präbiotischen Nahrungsmittelbestandteil, der ein gesundes Gleichgewicht im Kolon aufrecht erhält und sogar eine gegen Krebs schützende Rolle haben kann.
Somit bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung von D-Tagatose als präbiotisches Nahrungsmittel, als Nahrungsmittelzusatz oder als Nahrungsmittelergänzung.
Es ist gezeigt worden, dass D-Tagatose die Produktion von Butyrat durch Bakterien i n menschlichen Kolon induziert und das Wachstum von Lactobazillen und Milchsäurebakterien im menschlichen Kolon stimuliert. Dies macht D-Tagatose zu einem möglichen Kandidaten zur Herstellung eines Dickdarmkrebs verhindernden Arzneimittels.
D-Tagatose kann oral in einer wirksamen Menge eingenommen werden, um die Produktion von Butyrat im menschlichen Kolon zu induzieren und/oder um das Wachstum von Lactobazillen und Milchsäurebakterien im menschlichen Kolon zu stimulieren. Eine solche Menge beträgt normalerweise 5 bis 30 Gramm und vorzugsweise 5 bis 15 Gramm pro Tag und wird 1-3 mal pro Tag eingenommen. D-Tagatose kann in jedem normalen Nahrungsmittelprodukt eingenommen werden, wie Süßigkeiten, Kaugummi, Eiscreme, Dessert, alkoholfreies Getränk, Frühstücksgetreideprodukt, Yoghurt, Gesundheitsgetränk oder Gesundheitsriegel. Es ist vorgeschlagen worden, Sucrose zu ersetzen oder solche Produkte unter Verwendung von D-Tagatose zu süßen. Es ist natürlich auch möglich, D-Tagatose als solche, z. B. als ein Süßungsmittel in Kaffee, Tee oder Ähnlichem zu verwenden, oder sie sowie sie ist oder in einer formulierten Form, wie Tabletten, einzunehmen. Die wirksamen Mengen zur Erzielung brauchbarer Wirkungen gemäß der Erfindung sind die gleichen, wie sie normalerweise verwendet werden, um Nahrungsmittelprodukte zu süßen und/oder um ihnen die normale Füllwirkung zu geben.
Dies wird erreicht durch Einbringen von 10-20 Gew.-% D-Tagatose in Frühstücksgetreideprodukten, wo die normale Portion 60 g beträgt, 5-10 Gew.-% D-Tagatose in Frühstücksyoghurt, wo die normale Portion 150 g beträgt. Weiter wird vorgeschlagen, 2-4 Gew.-% in Gesundheitsgetränke, wo die normale Portion 250-330 ml beträgt, und 20-30 Gew.-% in Gesundheitsriegel einzubringen, wo die normale Portion 30 bis 50 g beträgt.
Die beigefügten Zeichnungen erläutern die Erfindung.
Fig. 1 zeigt die Konzentration von Butyrat in verschiedenen gastrointestinalen Segmenten.
Fig. 2 zeigt die in vitro-Produktion von Butyrat während 12 Stunden im Inhalt von verschiedenen Darmsegmenten.
Fig. 3 zeigt die in vitro-Gesamtproduktion von SCFA während 12 Stunden.
Fig. 4 zeigt die Absorption von Buttersäure im Blut.
Fig. 5 zeigt den Einfluss von D-Tagatose auf die bakterielle Zusammensetzung in men schlichen Fäzes.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird durch die folgenden, nicht beschränkenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1:

In der Studie wurde einer Gruppe von 8 Schweinen ein Standardfutter + 15% Sucrose (nicht adaptiert) verabreicht, und eine andere Gruppe von 8 Schweinen wurde mit einem Standardfutter + 5% Sucrose + 10% D-Tagatose (adaptiert) 17 Tage gefüttert.
Am 17. Tag wurden die Schweine 3 Stunden nach der Morgenfütterung getötet, und der gesamte Gastrointestinaltrakt wurde geschnitten. Der Inhalt des mittleren Kolons wurde für die in vitro-Fermentationsversuche verwendet. Es wurden 20%ige Aufschlämmungen bei 37ºC und anaeroben Bedingungen 4 Stunden mit und ohne 1% zugesetzter D-Tagatose inkubiert. Die Menge der durch D-Tagatose produzierten SCFA wurde berechnet als die Menge, die in dem Versuch mit 1% zugesetzter D-Tagatose produziert wurde, abzüglich der Menge, die in dem Versuch ohne D-Tagatose produziert wurde.
Die Tabelle 1 zeigt, dass der Koloninhalt von adaptierten Schweinen D-Tagatose in einer sehr speziellen Weise fermentiert mit niedrigem Acetatgehalt und hohem Butyrat- und Valeratgehalt, während der Koloninhalt von nicht adaptierten Schweinen ein ziemlich normales SCFA-Profil mit weniger als 20% Butyrat und einem hohen Anteil von Acetat ergibt. Die Gesamtfermentationsrate, gemessen als Abbaurate von D-Tagatose ist niedrig bei der in vitro-Inkubation mit D-Tagatose in nicht adaptierten Schweinen und beträgt 1,1 g D-Tagatose pro Stunde pro kg Verdauungsmaterial gegenüber 15,3 g D-Tagatose pro Stunde pro kg Verdauungsmaterial in adaptierten Schweinen. Tabelle 1 In vitro-Inkubationen -3 Stunden nach dem Schlachten mol% SCFA nach mikrobieller Fermentation von D-Tagatose
Produktion (0 bis 4 h) von SCFA = SCFA (1% Tagatose zugesetzt)-SCFA (keine Tagatose zugesetzt).

Beispiel 2:

In dieser Studie wurden 3 Gruppen von jeweils 2 Schweinen ein Standardschweinefutter + 20% Sucrose, ein Standardschweinefutter + 10% Sucrose + 10% D-Tagatose und ein Standardschweinefutter + 20% D-Tagatose 33 Tage lang verabreicht. Die Schweine wurden am 33. Tag 6 Stunden nach der Morgenfütterung getötet, und der gesamte Gastrointestinaltrakt wurde in 8 Segmente aufgeteilt.
Die Konzentrationen der verschiedenen SCFA wurden in den 8 Segmenten unmittelbar nach der Tötung gemessen, und weiter wurde der Inhalt der 8 Segmente für 12-stündige in vitro-Inkubationen bei 37ºC und anaeroben Bedingungen verwendet. In diesem in vitro-Versuch wurde keine D-Tagatose zugesetzt, und die Fermentationsprodukte stammen von nicht absorbierter D-Tagatose und anderen unverdaubaren Nahrungskomponenten aus den Futtermischungen.
Fig. 1 zeigt die Konzentration von Butyrat in den verschiedenen gastrointestinalen Segmenten zur Zeit des Schlachtens. Die Ergebnisse zeigen klar, dass Butyrat, wie erwartet, nur in dem hinteren Darm vorhanden ist, und dass Butyrat entsprechend einer Dosis-Reaktion auf die Aufnahme von D-Tagatose erhöht ist.
Fig. 2 zeigt, dass die in vitro-Produktion von Butyrat während 12 Stunden in ähnlicher Weise entsprechend einer Dosis-Reaktion auf die Aufnahme von D-Tagatose im Futter reagiert.
Die folgenden Abkürzungen werden in den Fig. 1 und 2 verwendet:
st = Magen
S11 = Dünndarm, Segment 1
S12 = Dünndarm, Segment 2
S13 = Dünndarm, Segment 3
Cae = Zökum
Co1 = Kolon, Segment 1
Co2 = Kolon, Segment 2
Rec = Rektum
Fig. 3 zeigt die in vitro-Gesamtproduktion von SCFA während 12 Stunden im Darm, das ist die in vitro-Produktionsrate von SCFA, multipliziert mit der Menge von Darmmaterial in den verschiedenen Segmenten. Die hier wiedergegebenen Daten sind normalisiert auf die Produktion von SCFA pro kg Futter.
Die Daten zeigen klar, dass der Zusatz von D-Tagatose zum Futter die mikrobiologische Produktion von Butyrat nach Art einer Dosis-Reaktion fördert, während die Gesamtproduktion von Acetat nicht beeinflusst wird.
Die folgenden Abkürzungen werden in Fig. 3 verwendet:
For = Ameisensäure (Formiat)
Acet = Essigsäure (Acetat)
Prop = Propionsäure (Propionat)
I-but = Isobuttersäure (Isobutyrat)
But = Buttersäure (Butyrat)
I-val = Isovaleriansäure (Isovalerat)
Val = Valeriansäure (Valerat)
Cap = Gapronsäure (Capronat)
Lact = Milchsäure (Lactat)

Beispiel 3:

In dieser Studie an Schweinen wird die in vivo-Absorption von SCFA im Blut gemessen, indem Blutproben gleichzeitig aus 3 Kathetern in der Vena mesenterica, Ateria mesenterica und Vena Porta während einer Zeit von 12 Stunden nach der Morgenfütterung entnommen werden. Die Absorption wird bei den 5 gleichen Schweinen bei 3 verschiedenen Gelegenheiten gemessen, d. h. nach 7-tägiger Adaptation an Standardschweinefutter + 20% Sucrose (Sucrose), am ersten Tag des Wechsels zu einem Standardschweinefutter + 20% D-Tagatose (nicht adaptiert) und nach 7-tägiger Adaptation an ein Standardschweinefutter + 20% D-Tagatose (adaptiert). Die Konzentration von SCFA wird bestimmt in Proben aus der Pfortader, d. h. dem Blutstrom, welcher vom Verdauungssystem zur Leber führt, und im arteriellen Blut, d. h. in dem Blutstrom vor dem Verdauungssystem. Der Unterschied zwischen den beiden Werten, integriert über die Zeit, ist ein Maß der Absorption von SCFA im Verdauungstrakt.
Fig. 4 zeigt die Konzentration von Butyrat in der Pfortader und im arteriellen Blut als Funktion der Zeit nach der Fütterung. Die Fläche zwischen den beiden Kurven ist gleich der Gesamtabsorption von Butyrat aus dem Verdauungstrakt.
Wenn die Schweine das Futter mit 20% Sucrose erhielten, ist die Konzentration von Butyrat in der Pfortader niedrig und stabil über die Zeit und sehr niedrig im arteriellen Blut, was anzeigt, dass das absorbierte Butyrat von der Leber metabolisiert wird. In der zweiten Periode, nicht adaptiert an das Futter mit 20% D-Tagatose, steigt die Butyratmenge in der Pfortader nach und nach über die 12 Stunden der Messung an. Wenn die Schweine nach 7-tägiger Adaptation an das Futter mit 20% D-Tagatose gemessen wurden, zeigt die Konzentration von Butyrat in dem Pfortaderblut einen sehr steifen Anstieg einige Stunden nach der Fütterung, und auch die Konzentration im arteriellen Blut steigt an, was anzeigt, dass die Leber nicht länger fähig ist, das absorbierte Butyrat der Pfortader zu metabolisieren. Die Gesamtabsorption von Butyrat, wiedergegeben durch die Fläche zwischen den 2 Kurven, unterscheidet sich nicht im adaptierten und nicht adaptierten Zustand.
Die Absorption von Acetat und Propionat wird durch die Zugabe von D-Tagatose zu dem Futter nicht erhöht.
Die in vivo-Absorption von Butyrat in der Pfortader gibt nicht direkt die Produktion von Butyrat im Kolon wieder. Unter normalen Bedingungen wird ein großer Teil des produzierten Butyrats von der Kolonschleimhaut vor dem Eintritt in das Blut verwendet. Die sehr große in vivo-Absorption von Butyrat gibt lediglich eine Produktion von Butyrat im Kolon wieder, die bei weitem die Verwendung durch die Schleimhautzellen übersteigt.
Diese Absorptionsdaten stützen klar eine durch D-Tagatose induzierte Produktion von Butyrat in vivo, und dass die Adaptation an die Butyratproduktion innerhalb von 12 Stunden stattfindet.

Beispiel 4:

In dieser Studie geben 16 menschliche Freiwillige eine Fäzesprobe vor der Aufnahme von D-Tagatose (nicht adaptiert) und eine andere Fäzesprobe nach 14-tägiger Aufnahme von 3 · 10 g D-Tagatose pro Tag (adaptiert) ab. Die 16 Freiwilligen sind auf einer kontrollierten Diät 4 Tage vor der Ablieferung der jeweiligen Fäzesproben. 20%ige Aufschlämmungen der Fäzes wurden bei 37ºC und anaeroben Bedingungen 48 Stunden mit und ohne 1% zugesetzter D-Tagatose inkubiert. Proben zur Bestimmung von SCFA wurden nach 4-stündiger und nach 48-stündiger Inkubation genommen. Die Menge der durch D-Tagatose produzierten kurzkettigen Fettsäuren werden berechnet als die in dem Versuch mit 1% zugesetzter D-Tagatose produzierte Menge abzüglich der in dem Versuch ohne D-Tagatose produzierten Menge. Weiter wurden die abgelieferten Fäzesproben auf ihren zahlenmäßigen Gehalt von verschiedenen Verdauungsbakterien durch Aufbringen auf selektive Medien geprüft.
Tabelle 2 zeigt die Molprozente der verschiedenen kurzkettigen Fettsäuren, die in vitro durch D-Tagatose im nicht adaptierten und im adaptierten Zustand produziert wurden, und auch die aktuell produzierten gesamten kurzkettigen Fettsäuren in mmol pro Liter Inkubationsaufschlämmung. Tabelle 2 In vitro-Fermentation von Tagatose durch Inkubation von menschlichen Fäzes Molare Verhältnisse (mol%) von kurzkettigen Fettsäuren
Die Produktion von kurzkettigen Fettsäuren beträgt 8,8 mmol/l bzw. 24,3 mmol/l nach 4-stündiger Inkubation im nicht adaptierten und adaptierten Zustand. Das Verhältnis von Butyrat nach 4-stündiger Inkubation ist ebenfalls im adaptierten Zustand höher und viel höher als die normalerweise beobachteten 15 bis 20%. Nach 48-stündiger Inkubation besteht kein Unterschied mehr in der Menge der produzierten kurzkettigen Fettsäuren, und der Anteil von Butyrat ist hoch sowohl in der adaptierten als auch in der nicht adaptierten Inkubation. Diese Daten stützen ebenfalls eine durch D-Tagatose induzierte Produktion von Butyrat und eine Adaptation in dem in vitro-Inkubationssystem innerhalb von 48 Stunden.
Fig. 5 zeigt die Ergebnisse der Bakterienzählung (logarithmischer Maßstab) auf verschiedenen selektiven Medien. In Fäzes von menschlichen Freiwilligen, die D-Tagatose 14 Tage aufgenommen haben, im Vergleich mit den gleichen Personen, die keine D-Tagatose aufgenommen haben, ist die Zahl von Lactobazillen und Milchsäurebakterien angestiegen, und die Zahl von Enterobakterien ist abgefallen.
Die folgenden Abkürzungen werden in Fig. 5 verwendet:
coli = coliforme Bakterien
LNE = Lactose neg. Enterobakterien
LAB = Milchsäurebakterien
LAC = Lactobazillen
Ent = Entetokokken
Tot an = Anaerobe
Bac = Bakteroide
Bif = Bifidobakterien

Schlussfolgerung

Die zwei in vitro-Studien an Schweinen (Beispiele 1 und 2) mit Zugabe mit D-Tagatose und der Erwartung, dass D-Tagatose die Absorption im Dünndarm übersteht, zeigte eine durch D-Tagatose induzierte Butyratproduktion. Wichtiger ist, dass die Konzentration im Kolon von Schweinen unmittelbar nach dem Schlachten, was die Konzentrationen in vivo wiedergibt, einen Anstieg der Dosis-Reaktion der Butyratkonzentration entsprechend der aufgenommenen D-Tagatosemenge zeigte. Noch wichtiger ist, dass die in vivo-Absorption von Butyrat in der Pfortader eine sehr herausragende Butyrat induzierende Wirkung von D-Tagatose dokumentiert. Keine dieser vorstehend genannten Studien an Schweinen, d. h. die Entnahme von Proben des Koloninhalts und von Blutproben aus der Pfortader, kann an Menschen aus ethischen Gründen durchgeführt werden. Mensch und Schwein haben jedoch die gleiche Struktur des Gastrointestinaltrakts und beherbergen qualitativ die gleichen Typen von Verdauungsbakterien, so dass das Schwein als gutes Modell für Menschen bezüglich der Verdauung und der Fermentation dient. Um Studien am Menschen durchzuführen, muss man sich auf in vitro-Studien auf menschliche Fäzesaufschlämmungen stützen, denen D-Tagatose zugesetzt wurde. Diese Studien zeigten die gleichen Trends von durch D-Tagatose induzierter Butyratproduktion wie in den mit Aufschlämmungen des Kolongehalts von Schweinen durchgeführten Inkubationen.
Der Verdauungstrakt sowohl des Schweins als auch des Menschen beherbergt Bakterien, die Butyrat als Endprodukt der Fermentation haben. D-Tagatose ist ein ziemlich seltener Zucker für Verdauungsbakterien und wird nur durch eine begrenzte Anzahl von Bakterienarten, Enterokokken, Lactobazillen und offensichtlich einigen Butyrat produzierenden Bakterien des Verdauungstrakts fermentiert. Andere Fasern oder nicht verdaute Kohlenhydrate sind entweder kein Substrat für Butyrat produzierende Bakterien, oder der Wettbewerb um das gelieferte Substrat begünstigt das Wachstum von anderen Bakterien. Eine vernünftige Erklärung für die Butyrat induzierende Wirkung von D-Tagatose ist, dass Butyrat produzierende Bakterien gegenüber den meisten anderen Bakterien begünstigt sind, wenn D-Tagatose angeboten wird. Die Adaptation, die sich bei der Aufnahme von D-Tagatose sowohl bei Schweinen als auch menschlichen Freiwilligen zeigt, beruht wahrscheinlich auf der Selektion von Butyrat produzierenden Bakterien im Kolon. Die in vivo-Absorptionsstudie in Schweinen zeigte, dass die Adaptation oder Selektion von Bakterien bereits innerhalb von 12 Stunden erfolgt. In ähnlicher Weise zeigt die in vitro-Studie mit menschlichen Fäzes eine Selektion von Bakterien innerhalb von 48- stündiger Inkubation:
Zusammengefasst sind zwischen 10 und 60 g Kohlenhydrat enthaltende Verbindungen täglich für die menschliche Flora vorhanden und bilden den Haupteinfluss auf intraluminale Ereignisse (G. T. Mcfarlane and J. H. Cummings 1991, The colonic flora, fermentation, and large bowel digestive function; In The large intestine: Physiology, pathophysiology, and disease, Ed: S. F. Phillips, J. H. Pemberton und R. G. Shorter, Raven Press, Ltd., New York). Die Aufnahme von D-Tagatose ist - wie alle anderen nicht absorbierbaren Kohlenhydrate - in der Praxis beschränkt durch gastrointestinale Nebenwirkungen. Die orale Aufnahme von 5 bis 30 g D-Tagatose pro Tag mit dem Ziel einer präbiotischen Wirkung wird sehr leicht erreicht, da D-Tagatose in fast jedes Nahrungsmittel eingebracht werden kann, aber am offensichtlichsten in Anwendungen als Ersatz für Sucrose, z. B. wie erwähnt, in Süßigkeiten und Kaugummi, Eiscreme und anderen Desserts, Yoghurt, Getreideprodukten und Energieriegeln, alkoholfreien Getränken und Gesundheitsgetränken.

Claims

1. Verwendung von D-Tagatose zur Herstellung eines präbiotischen Nahrungsmittels, eines Nahrungsmittelzusatzes oder einer Nahrungsmittelergänzung zur Induktion der Produktion von Butyrat durch Bakterien im menschlichen Kolon und/oder zur Stimulierung des Wachstums von Lactobazillen und Milchsäurebakterien im menschlichen. Kolon.

2. Verwendung von D-Tagatose zur Herstellung eines Arzneimittels zur Verhinderung von Dickdarmkrebs.

3. Verwendung von D-Tagatose gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass D-Tagatose oral in einer zur Induktion der Produktion von Butyrat im menschlichen Kolon und/oder zur Stimulation des Wachstums von Lactobazillen und Milchsäurebakterien im menschlichen Kolon wirksamen Menge eingenommen wird.

4. Verwendung von D-Tagatose gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass D-Tagatose oral in einer täglichen Menge von 5 bis 30 Gramm eingenommen wird.

5. Verwendung von D-Tagatose gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass D-Tagatose in einer täglichen Menge von 5 bis 15 Gramm eingenommen wird.

6. Verwendung von D-Tagatose gemäß den Ansprüchen 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass D-Tagatose oral in einem Nahrungsmittelprodukt eingenommen wird.

7. Verwendung von D-Tagatose gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nahrungsmittelprodukt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Süßigkeiten, Kaugummi, Eiscreme, Dessert, nicht alkoholische Getränke, Frühstücksgetreideprodukte, Yoghurt, Gesundheitsgetränke und Gesundheitsriegel.