KR20050014854A - 소화 지연성 탄수화물로서의 풀룰란의 용도 - Google Patents

소화 지연성 탄수화물로서의 풀룰란의 용도

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Abstract

본 발명은 소화 지연성 탄수화물로서의 풀룰란의 용도 및 식품, 특히 음료 및 식사 대용 제품으로의 이의 혼입에 관한 것이다.

Description

소화 지연성 탄수화물로서의 풀룰란의 용도{Use of pullulan as a slowly digested carbohydrate}
포도당 불내성에 대한 주된 치료는 식후 포도당 반응을 최소화하는 식이 및 많은 경우에, 약제(인슐린 또는 경구 혈당강하제)의 사용을 철저히 고수한다.
1921년 이전에는, 단식이 유일하게 알려진 당뇨병(DM)의 치료법이었다. 외인성 인슐린의 발견 이후, 식이가 치료법의 주 초점이 되어왔다. 탄수화물 및 지방으로부터의 칼로리 분포에 대한 권장은 지난 75년에 걸쳐 변화되어왔다. 시대적 의견을 토대로 한, 대사 조절을 촉진시키기 위한 최적의 혼합을 아래의 표 1에 나타낸다.
DM으로 투병중인 사람의 권장 칼로리 분포력
연도 탄수화물(%) 단백질(%) 지방(%)
1921 20 10 70
1950 40 20 40
1971 45 20 35
1986 50-60 12-20 30
1994 * 10-20 *^
* 영양 평가를 기준으로 함^ <10% 포화 지방
초기 권장은 일반적으로 이러한 섭생 유형이 혈당 조절에 우수하였기 때문에 식이 탄수화물에 제한되었다. 그러나, 여러 해에 걸쳐 연구자들은 저탄수화물, 고지방 식이가 이상지질혈증 및 심혈관 질병과 관련되었음을 발견하였다. 1950년, 미국 당뇨병 협회{American Diabetes Association(ADA)}는 심혈관 위험을 낮추기 위해 탄수화물에 의해 제공되는 칼로리의 비율을 증가시킬 것을 제안하였다. 의학 사회가 당뇨병에 대해 보다 많이 이해하게 됨에 따라, 식이 권장은 탄수화물의 소비를 증가시킬 것을 제안하는 쪽으로 계속 전개되었다.
이러한 전개 중 일부는 모든 탄수화물이 동등한 혈당 반응을 나타내지는 않는다는 발견으로부터 기원하였다. 포도당과 같은 단순 당은 사람에게 빠르게 흡수되어 당뇨병의 혈당 수준에 즉각적인 극파(spike)를 초래한다. 전분과 같은, 보다 복합 탄수화물은 이러한 즉각적인 극파는 초래하지 않는다. 복합 탄수화물은 직접적으로 흡수되지 않는다. 이들은 소화 과정 중, 효소반응에 의해 포도당 및 다른 단순 당으로 전환된다. 따라서, 복합 탄수화물은 이들이 포도당으로 점차적으로 전환되고 저속으로 흡수되기 때문에 당뇨병에서 둔감한 혈당 반응을 초래한다.
섬유소와 같은 다른 복합 탄수화물은 소화되지 않는 것으로 사료된다. 이들 난소화성 탄수화물은 통상 중합성 다당류이다. 이들은 사람 효소가 절단할 수 없는 글리코시딕 결합을 함유한다. 따라서, 이들 다당류는 환자가 포만감을 느끼게 하는 반면, 소화되지 않고 궁극적으로 포도당의 흡수를 초래하지 않는다.
Tsuji등은 문헌[참조: J.Agric Food Chem 1998, 46, 2253]에서 난소화성 다당류가 랫트 모델에서 혈당 수준에 어떠한 영향을 주는지를 그래프로 나타내었다. 당해 그래프를 독자의 편의를 위해 아래에 재현시켰다.
도식 1
당해 그래프의 개관에 따르면, 포도당의 경구 투여는 혈당 수준에 현저한 증가를 초래한다(약 5배 증가). 대조적으로, Tsuji가 특성화시킨, 난소화성 다당류, FibersolTM은 동물 혈당 수준에 본질적으로 어떠한 변화도 초래하지 않았다.
따라서, 용어 "난소화성 다당류"는 식품 및 영양학자에 대해 당업계의 기술 용어이다. 이는 사람의 소화효소에 의해 포도당, 또는 다른 단순 당으로 전환될 수 없는 탄수화물을 기술하기 위해 사용된다. 다수의 난소화성 다당류가 당해 문헌에 기술되어 있다. 이들은 펙틴, 셀룰로스, 식물성 고무(예, 구아르 고무), 헤미셀룰로스, 폴리덱스트로스, 크산탄 고무, 이눌린, 식물 삼출물, 녹조류 다당류, 변형 셀룰로스, 변형 전분(예, FibersolTM2) 등을 포함한다.
다른 난소화성 탄수화물은 제조원[Hayashibara Co., Ltd.(일본 오카야마현)]으로부터 입수가능하며 풀룰란으로 지칭된다. Hayashibara는 풀룰란이 부착성을 갖는 식용가능 플라스틱임을 보고한다. 풀룰란은 식품 성분으로서 사용하기에 안전한 것으로 보고된다. 이는 조미료, 드레싱 및 식품에서 질감제(texturizer)로서 사용되어 왔다. Hayashibara는 또한 식용 잉크로서 풀룰란의 사용을 권장하고 있다.
Hayashibara는 풀룰란의 소화가능성을 측정하였다. 풀룰란은 셀룰로스 또는 펙틴과 같이 난소화성으로 보고된다. 표 I의 데이타를 Hayashibara 세일즈 에이드(sales aid)로부터 재현시켰다. 이는 풀룰란에 대한 소화 효소의 효과를 기술한다.
제조업자 Hayashibara Co.Ltd.에 의해 보고된 바와 같은 상이한 효소의 풀룰란에 대한 효과
효소원 pH 피검물 1* 피검물 2*
3시간 22시간 3시간 22시간
돼지 소장 6.8 0 0.72 0.088 0.51
췌장 5.0 0.46 0.90 1.52 --
타액 6.0 0.48 2.33 0.48 2.5
돼지 간 6.8 0.72 -- 0.72 --
*풀룰란 20mg당 환원당(mg 단위)의 형성(즉, 풀룰란의 포도당 아단위 사이의 결합 분해)
Hayashibara 외의 다른 기관 또한 풀룰란의 특성을 평가해 왔다. 독자는 미국 특허 제5,116,820호 및 제4,629,725호를 참조한다. Hiji는 풀룰란이 수크로스의 흡수를 억제한다고 보고한다. 따라서, 당뇨병 환자용으로 고안한 식품에 이를 식품내에 존재하는 탄수화물의 총량을 기준으로 하여, 0.25% 내지 5% 수준으로 첨가할 수 있다. Hiji는 또한 김넴산의 공동 투여가 풀룰란의 항흡수성을 강화시킴을 보고한다.
Kimoto등은 풀룰란을 사용하여 수행한 동물 안전 시험의 결과를 보고하였다. 문헌[참조: Food and Chemical Toxicology 23, (1997) 323-329]. Kimoto는 또한 풀룰란이 난소화성 다당류임을 보고한다. 324쪽에서, Kimoto 등은 효소에 노출되는 경우 풀룰란에 의해 최소의 포도당이 생성됨을 보고한다.
따라서, 선행 분야의 적합한 해석은 풀룰란이 난소화성 다당류인 것으로 보고된다는 것이다. 이는 사람이 풀룰란을 포도당으로 전환시킬 수 없을 것이며 풀룰란의 섭취는 혈청 포도당 수준을 증가시키지 않을 것임을 의미한다. 따라서, 당해 문헌은 풀룰란이 섬유소와 같은 효능을 가질 것임을 교시하고 있으나, 이로써 소화 지연성 탄수화물로서 풀룰란을 사용하도록 동기부여하지는 않을 것이다. 선행 분야는 사람이 풀룰란을 포도당 또는 다른 단순 당으로 전환시킬 수 없기 때문에, 이러한 사용이 무익할 것임을 교시한다.
발명의 요약
본 발명에 따라, 상기 문헌이 플룰란을 잘못 특성화시켜왔다는 것이 발견되었다. 풀룰란은 난소화성 탄수화물이 아니다. 사실, 풀룰란은 소화 지연성 탄수화물임이 밝혀졌다. 이는 사람 효소가 풀룰란을 포도당으로 점차적으로 전환시킴을 의미한다. 풀룰란의 포도당으로의 점진적 전환은 사람에서 혈당 수준의 점진적 상승을 초래할 것이다.
이러한 오특성화의 발견은 출원인이 풀룰란에 대한 다수의 신규한 용도를 발견하였음을 의미한다. 소화 지연성 탄수화물로서, 상당량의 풀룰란을 당뇨병 환자용으로 고안한 음식물로 혼입시켜, 이에 따라 둔감한(blunted) 혈당 반응을 야기할 수 있다. 당해 풀룰란을 음료 및 바와 같은 식사 대용 제품으로 혼입시킬 수 있다. 대안적으로, 당해 풀룰란을 당뇨병 환자용으로 고안한 식이 스낵 음식물로 혼입시킬 수 있다. 당해 풀룰란은 또한 이러한 치료를 필요로 하는 당뇨병 환자에서 야간 저혈당증을 조절하기 위해 사용될 수 있다.
풀룰란은 또한 체중감소 프로그램에 사용하기 위해 고안된 음식물에 사용될 수 있다. 풀룰란으로부터의 포도당의 점진적 방출은 이들 개체에 포만감을 야기할 것이다. 풀룰란은 또한 운동선수용으로 고안된 음식물 및 음료(즉, "스포츠 음료" 및 "스포츠 바")에 사용될 수 있다. 풀룰란은 또한 손상된 포도당 내성을 갖는 환자에게 유익할 것이다. 이들 개체는 흔히 당뇨병 발병의 위험에서 전-당뇨병 환자 또는 개체로 지칭된다. 요약하면, 당해 풀룰란은 소화 지연성 탄수화물에 적합한 임의의 적용을 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 신규한 소화 지연성 탄수화물인 풀룰란의 용도 및 당뇨병의 식이 관리에서의 이의 용도 및 풀룰란을 함유하는 식품에 관한 것이다.
도 1은 실시예 IV에 기술한 바와 같이 풀룰란 및 말토덱스트린을 공급한 주커(Zucker) 랫트의 혈당 반응을 나타낸다.
도 2는 실시예 IV에 기술한 바와 같은 혈당 수준의 증가적 변화를 나타낸다.
도 3은 비교의 목적을 위해 나타낸다. 이는 기관[Pfizer Inc., Polydextrose food additive petition. New York: Pfizer Inc., 1978(FDA petition(A3441)]에 의해 공개된 데이타를 개시한다. 이는 성인 당뇨병 피검체에서 포도당 및 난소화성 다당류, 폴리덱스트로스에 의해 야기된 혈당 반응을 비교한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 난소화성 탄수화물은 본질적으로 피검체 혈당 수준에 영향을 주지 않는다(즉, 당해 화합물은 포도당으로 전환되지 않는다).
도 4는 실시예 V에 기술된 바와 같이 말토덱스트린 및 풀룰란을 공급한 사람 피검체의 혈당 반응을 나타낸다.
본원에 사용된 바와 같은 다음의 용어는 달리 제시되지 않는 한, 아래에 명시한 의미를 갖는다. 복수 및 단수는 양 이외에는, 동일한 의미를 갖는 것으로 간주되어야 한다:
a) "상대적 혈당 반응"(GI)은 참조 식품의 혈당 증가 AUC로 시험 식품의 혈당 증가 곡선하 면적(AUC)을 나누고 100을 곱함으로써 계산하며, 여기서, 시험 및 참조 식품의 탄수화물 함량은 동일하다. 참조 식품은 통상 100의 표준 GI를 갖는포도당 또는 흰 빵이다.
b) "둔감한 혈당 반응"은 등량의 포도당과 비교할 경우의, "상대적 혈당 반응"에서의 감소를 지칭한다.
c) "저혈당증"은 정상 포도당 농도의 회복에 따른 증상의 감소와 함께, 증상을 초래하는 데 충분한 수준으로의 혈장 포도당 수준의 감소를 지칭한다.
d) "DM"은 진성 당뇨병을 지칭하며 문헌[참조: Joslin's Diabetes Mellitus. Kahn and Weir(eds.) 1994]에 상세히 기술되어 있다.
e) "난소화성 탄수화물"은 사람 상부소화기 또는 임의의 비-반추동물에서 내인성 소화에 대한 내성을 갖는 탄수화물을 지칭한다.
f) 용어 "난소화성 탄수화물", "난소화성 다당류", "비소화성 탄수화물", 및 "비소화성 다당류"는 동의어로 간주되어야 한다.
g) "소화 지연성 탄수화물"은 저속으로 소화되는 탄수화물을 지칭하며, 여기서 절대 표준은 미가공된 옥수수전분이며, 보다 특히 가수분해된 옥수수전분(예를 들면, Cerester 제품 Lodex 15R)보다 느린 소화 속도를 갖는 탄수화물이다.
h) "고속 소화성 탄수화물"은 빠르게 소화되는 탄수화물, 예를 들면, 비변형된 말토덱스트린(Cerester 제품 Lodex 15R)을 지칭하며 Lodex 15R과 같은 비변형된 말토덱스트린과 동일하거나 이보다 빠른 속도로 소화된다.
i) 용어 "총 칼로리"는 정의된 중량 또는 용적의 가공 영양 제품의 총 칼로리 함량을 지칭한다.
j) 용어 "식사 대용 제품" 및 용어 "영양물"은 동의어로 간주되어야 한다.
k) 용어 "총 탄수화물 함량"은 총 고체-(재 + 지방 + 단백질)로서 분석적으로 정의된, 모든 탄수화물 성분의 합을 지칭한다.
l) 용어 "일일 권장 섭취(Reference Daily Intakes) 또는 RDI"는 필수 비타민 및 미네랄에 대한 영양권장량을 기준으로 한 영양 권장 세트이다. 영양권장량은 국립과학원에 의해 수립된 추정 영양 허용량의 세트이며, 이는 최신의 과학 지식을 반영하기 위해 주기적으로 개정된다.
m) 용어 "환자"는 사람, 개, 고양이 및 임의의 다른 비-반추동물을 지칭한다.
n) 당해 적용에서 수적 범위에 대한 임의의 참조는 형용사 "약"에 의해 변형되는 것으로 간주되어야 한다. 추가로, 임의의 수적 범위는 이러한 범위의 서브세트에 관련된 청구에 대해 지지하는 것으로 사료되어야 한다. 예를 들면, 1 내지 10의 범위의 개시는 당해 명세서 및 청구항에서 이러한 범위내의 임의의 아부류(즉, 2-9, 3-6, 4-5, 2,2-3.6, 2.1-9.9 등)에 대해 지지하는 것으로 사료되어야 한다.
상기한 바와 같이, 선행 분야에서의 풀룰란은 잘못 특성화되었다. 상기 문헌은 풀룰란이 비소화성 탄수화물임을 입증하는 동물 데이타를 포함한다. 본 명세서의 실험 부분에서 입증될 바와 같이, 이러한 특성화는 옳지 않은 것이다. 출원인은 사람에서, 풀룰란이 소화 지연성 탄수화물임을 입증한다.
풀룰란은 상대적으로 단순환 선형 구조를 갖는 포도당 단위, 즉, 말단 포도당 상에서 알파-1,6 결합에 의해 반복적으로 중합화된 3개의 알파-1,4-결합된 포도당 분자의 단위로 이루어진, 수용성, 점성 다당류, 알파-글루칸이다. 옥수수 전분과 같은 통상의 음식물 전분은 27% 아밀로스(알파 1,4-결합된 포도당 분자) 및 73% 아밀로펙틴으로 이루어지며, 이는 알파 1,4- 및 알파 1,6 포도당 결합 둘 다를 함유한다. 그러나, 풀룰란에 대해, 알파-1,6 결합은 개별 단쇄를 가교시키기 위해 제공되어 계단식 단계 구조(구조 A)를 초래한다. 풀룰란은 50,000-500,000의 평균 분자량을 가지고, 하기에서 n은 300 내지 3000의 범위이다. 문헌[참조: Kimoto et al Food and Chemical Toxicology 35(1997) 323-329].
구조 A
풀룰란은 흑색 효모, 아우레오바시디움 풀룰란(Aureobasidiium pullulans)에 의해 세포외적으로 동화된다. 이는 통기 하에 충분한 탄소 및 질소원 및 미네랄을 갖는 배지에서 이러한 동일한 효모를 배양시킴으로써 생산된다. 당해 풀룰란을 원심분리에 의해 배양액으로부터 회수한다. 이어서 이를 통상 알콜로 분획시키고 당해 분야[Kimoto et al, 상기 참조]에 공지된 바와 같이 정제한다. 또한 풀룰란은제조원[Hayashibara Co. Ltd.(일본 오카야마현 소재)]로부터 입수 가능하다.
상기한 바와 같이, 풀룰란은 소화 지연성 탄수화물임이 밝혀졌다. 이러한 효과는 상기한 다양한 분자량을 갖는 풀룰란 분자 중 어느 것이든 사용하여 성취될 수 있다. 당해 풀룰란은 다양한 분자량을 갖는 화합물의 혼합물로서 투여할 수 있다. 필요에 따라, 단일 분자량의 고도로 정제된 물질을 또한 사용할 수 있다.
풀룰란의 당뇨병 환자의 혈당 수준에 대한 유리한 효과는 다수의 방법으로 성취될 수 있다. 필요에 다라, 당해 풀룰란을 임의의 담체 없이 투여할 수 있다. 당해 풀룰란을 단순히 물에 용해시켜 당뇨병 환자에 의해 소비되게 할 수 있다. 대안적으로, 당해 풀룰란을 음식물에 혼합하고, 커피 등에 용해시킬 수 있다. 당뇨병 환자를 위한 총 일일 용량은 매우 다양할 것이지만, 통상 당뇨병 환자에게는 일일 1 내지 150g의 풀룰란을 소비하는 형태가 유리할 것이다.
추가의 양태에서, 당해 풀룰란을 환약, 캡슐, 급속 용해 정제, 로젠지제 등에 혼입시킬 수 있다. 이들 약제학적 투여 형태는 저혈당증의 치료 또는 예방에 특히 유용하다. 저혈당증용 용량은 매우 다양하지만, 전형적으로 용량당 1 내지 20g 및 보다 전형적으로는 용량당 5g의 범위일 것이다. 이러한 투여형의 제조방법이 당해 분야에 공지되어 있다. 독자는 이러한 투여형을 제조하는 방법에 대한 지침을 위한 가장 최신 판의 Remingtons Pharmaceutical Sciences을 참조한다.
풀룰란을 단일물로서 투여할 수 있는 반면, 통상 이는 식품에 혼입되어 당뇨병 환자의 식사 또는 간식 중에 이들에 의해 소비될 것이다. 필요한 경우, 당뇨병 환자는 이들이 일반적으로 소비하는 식품의 요리법을 간단히 변화시킬 수 있다.이들은 단순히 포도당 및 다른 급속 소화성 탄수화물을 등량의 풀룰란으로 대체시킬 수 있다. 급속 소화성 당의 풀룰란으로의 대체는 식품의 혈당 지수를 현저히 감소시킬 것이다. 풀룰란이 포도당의 방출을 확장시킬 것이며 부가 칼로리를 소비하기 위한 개인의 욕구를 지연시킬 것이기 때문에 체중 감소를 시도하는 개인에 의해 유사한 전략이 사용될 수 있다.
이러한 전략은 둔감한 혈당 반응을 갖는 식품을 생산하는 한편, 또한 풀룰란이 무미하기 때문에 많은 개인이 거부감을 나타낼만한 상대적으로 담백한 식사를 생산할 것이다. 따라서, 추가의 양태에서, 당해 풀룰란을 풀룰란의 감칠맛을 증강시키도록 특별히 고안된 음료, 바, 쿠키 등에 혼입시킬 것이며 이에 따라 환자/소비자의 수용을 강화시킬 것이다.
통상, 당해 풀룰란을 GlucernaR, EnsureR, Choice DMR, Slim FastR, PediasureR, GlytrolR, ResourceRDiabetic 등과 같은 식사 대용 음료에 혼합시킬 것이다. 당해 풀룰란을 또한 PowerBarsR, GlucernaR바, Choice DMR바, EnsureR바 및 BoostR바 등과 같은 식사 대용 바에 혼입시킬 수 있다. 대안적으로, 당해 풀룰란을 쥬스, 탄산 음료, 병에 든 생수 등에 혼입시킬 수 있다. 임의의 이러한 식품 또는 음료의 제조방법이 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 다음의 개시는 이러한 당뇨병 및 체중 감소 식사 대용 제품 및 이들의 제조를 예시하고자 한다.
대부분의 식사 대용 제품(즉, 바 또는 액체)는 지방, 탄수화물 및 단백질로부터 칼로리를 제공한다. 이들 제품은 또한 이들이 단독 영양 공급원으로서의 용도에 적합할 것을 의도하기 때문에, 통상 비타민 및 미네랄을 함유한다. 이들 식사 대용 제품을 단독 영양 공급원으로서 제공할 수 있는 반면, 이들은 통상 그렇지 못하다. 개인은 이들 제품을 하루에 1회 또는 2회의 식사를 대체하기 위해서나 건강 간식을 제공하기 위해 소비한다. 본 발명의 영양 제품은 임의의 이들 양태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이들 영양 성분의 양은 표적 환자 집단(즉, 당뇨병 환자 대 비당뇨병 환자, 감각기관 자극 고려, 문화적 선호, 용도 등)에 따라 매우 다양할 수 있다. 그러나 일반적인 비제한적 지침에 따라, 본 발명의 식사 대용 제품은 다음의 상대량의 단백질, 지방 및 탄수화물(총 칼로리의 상대 퍼센트를 기준으로 하여)을 함유할 것이다.
영양 제형 성분 범위
성분 바람직한 범위(% 칼로리) 보다 바람직한 범위(% 칼로리)
단백질원 0-35 15-25
지방원 ≤55 10-40
탄수화물계* 25-100 25-55
*풀룰란 포함
이들 식사 대용 제품의 신규성은 탄수화물 칼로리의 중요한 공급원을 제공하기 위한 풀룰란의 용도이다. 상기한 바와 같이, 탄수화물은 총 칼로리의 약 25 내지 100%를 제공할 것이다. 당해 풀룰란이 탄수화물계의 5w/w% 이상을 차지하도록(무수 중량을 기준으로 하여, 즉, 액체내에 용해시키지 않고 측정한 경우) 충분한 풀룰란을 당해 제품에 혼입시켜야 한다. 보다 전형적으로, 당해 풀룰란은 탄수화물계의 약 5 내지 약 100w/w%를 차지할 것이다. 대안적으로, 당해 풀룰란은 총 탄수화물 칼로리의 5% 이상 및 보다 전형적으로 10 내지 50%를 제공해야 한다.
잔여분의 당해 탄수화물계(즉, 풀룰란을 포함하는 하나 이상의 탄수화물)를 임의의 관련된 식이 제한을 고려하여(즉, 당뇨병 환자를 의도하는 경우), 사람에 적합한 임의의 탄수화물계에 의해 제공할 수 있다. 사용될 수 있는 적합한 탄수화물의 예에는 전분, 변형 전분, 가수분해된 옥수수 전분, 말토덱스트린, 포도당 중합체, 당, 옥수수 시럽 고체, 포도당, 과당, 락토스, 고과당 옥수수 시럽, 프럭토올리고사카라이드, 꿀, 식이섬유, 당알콜(예, 말리톨)이 포함된다.
특수화된 탄수화물 혼합물은 당뇨병 환자들이 이들의 혈당 수준을 조절하는 데 도움이 되도록 고안되었다. 이러한 탄수화물 혼합물의 예는 이의 내용이 본원에 참조로서 인용된 문헌, Cashmere 등의 미국 특허 제4,921,877호, Wibert 등의 미국 특허 제5,776,887호, Audry 등의 미국 특허 제5,292,723호 및 Laughlin 등의 미국 특허 제5,470,839호에 기술되어 있다. 이들 탄수화물 혼합물 중 어느 하나를 풀룰란과 공동으로 사용하여 당해 제품의 혈당 지수를 추가로 감소시킬 수 있다.
필요에 따라, 비흡수 탄수화물도 마찬가지로 탄수화물계에 혼입시킬 수 있다. 이들 비흡수 탄수화물은 탄수화물계의 약 20wt/wt% 이하 및, 보다 전형적으로는 약 15wt/wt% 이하를 차지할 것이다. 용어 "비흡수 탄수화물"은 약 20 초과의 중합화 정도 및/또는 약 3,600 초과의 분자량을 갖는 탄수화물 잔기를 지칭하며,이는 사람 상부소화기에서 내인성 소화에 내성을 갖는다. 비흡수 탄수화물은 총 식이 섬유의 많은 특성을 포함한다. 그러나, 이들은 AACC 방법 32-07에 의해 정량할 수 없으며 따라서 당해 발명의 총 식이 섬유 값에 포함되지 않는다. 당해 발명의 비흡수 탄수화물원의 예에는 통상 피버솔, 폴리덱스트로스 및 인슐린과 같은 화학적으로 변형된 전분이 포함된다.
통상, 탄수화물계는 또한 식이 섬유를 함유할 것이다. 식이 섬유의 양은 상당히 다양할 수 있지만, 통상 탄수화물계의 3 내지 20w/w%의 범위일 것이다(무수 중량을 기준으로 하여). 본원 및 청구항에 사용된 바와 같은 식이 섬유는 사람 소화기에서 내인성 효소에 의해 혈류에 흡수될 수 있는 작은 분자로 분해되지 않는 음식물의 모든 성분이라고 사료된다. 이들 식품 성분은 대부분 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 펙틴, 고무, 아교 및 리그닌이다. 섬유소는 이들의 화학적 조성 및 물리적 구조가 현저히 상이하며 따라서 이들의 생리학적 기능도 현저히 상이하다.
생리학적 기능에 영향을 주는 섬유소(또는 섬유소계)의 특성은 가용성 및 발효가능성이다. 가용성과 관련하여, 정의된 pH에서 완충 용액에 용해될 수 있는 섬유소의 능력을 기준으로 하여 섬유소를 가용성 및 불용성 유형으로 구분할 수 있다. 섬유소원은 이들이 함유하는 가용성 및 불용성 섬유소의 양에 따라 상이하다. 본원 및 청구항에 사용된 바와 같은 "가용성" 및 "불용성" 식이 섬유는 American Association of Cereal Chemists(AACC) 방법 32-07을 사용하여 측정한다. 본원 및 청구항에 사용된 바와 같은 "총 식이 섬유" 또는 "식이 섬유"는 AACC 방법 32-07에 의해 측정된 가용성 및 불용성 섬유소의 합으로 사료되며, 여기서 섬유소원의 70중량% 이상이 식이 섬유를 포함한다. 본원 및 청구항에 사용된 바와 같은 "가용성" 식이 섬유원은 식이 섬유 중 60% 이상이 AACC 방법 32-70에 의해 측정된 바와 같은 가용성 식이 섬유인 섬유원이고, "불용성" 식이 섬유원은 총 식이 섬유 중 60% 이상이 AACC 방법 32-70에 의해 측정된 바와 같은 불용성 식이 섬유인 섬유원이다.
대표적인 가용성 식이 섬유원은 아라비아고무, 나트륨 카복시메틸 셀룰로스, 구아르 고무, 시트러스 펙틴, 저 및 고 메톡시 펙틴, 귀리 및 보리 글루칸, 카라기난 및 금불초이다. 가용성 식이 섬유의 다수의 상업적 제조원이 이용가능하다. 예를 들면, 아라비아 고무, 카복시메틸 셀룰로스, 구아르 고무, 펙틴 및 저 및 고 메톡시 펙틴은 제조원[TIC Gums, Inc.(매릴랜드 주 벨캠프 소재)]으로부터 입수가능하다. 귀리 및 보리 글루칸은 제조원[Mountain Lake Specialty Ingredients, Inc.(네브라스카 주 오마하 소재)]으로부터 입수가능하다. 금불초는 제조원[Meer Corporation(뉴저지주, 노스 베르겐 소재)]으로부터 입수 가능하며, 카라기난은 제조원[FMC Corporation(펜실바니아주, 필라델피아 소재)]으로부터 입수 가능하다.
대표적인 인슐린 식이 섬유에는 귀리 외피 섬유, 완두 외피 섬유, 대두 외피 섬유, 대두 자엽 섬유, 사탕무 섬유, 셀룰로스 및 옥수수 겨이다. 불용성 식이 섬유의 다수의 원료 또한 입수 가능하다. 예를 들면, 옥수수 겨는 제조원[Quaker Oats(일리노이주, 시카고 소재)]로부터; 귀리 외피 섬유는 제조원[Canadian Harvest(미네소타주, 캠브릿지 소재)]로부터; 완두 외피 섬유는 제조원[Woodstone Foods(캐나다 윈니펙 소재)]; 대두 외피 섬유 및 귀리 외피 섬유는 제조원[The Fibrad Group(매릴랜드주, 라베일 소재)]; 대두 자엽 섬유는 제조원[ProteinTechnology International(미주리주, 세인트 루이스 소재)]; 사탕무 섬유는 제조원[Delta Fiber Foods(미네소타, 미네아폴리스 소재)] 및 셀룰로스는 제조원[the James River Corp.(뉴저지주, 사들 브룩 소재)]로부터 입수가능하다.
섬유 및 제형으로의 이들의 혼입에 대한 보다 자세한 개시는 본원에 참조로서 인용된, Garleb 등에 의해 출원된 미국 특허 제5,085,883호에서 발견할 수 있다.
섬유 외에, 영양물 또한 프럭토올리고사카라이드(FOS)와 같은 난소화성 올리고사카라이드를 함유할 수 있다. 난소화성 올리고사카라이드는 대장에 서식하는 혐기성 미생물에 의해 단쇄 지방산으로 빠르고 광범위하게 발효된다. 이들 올리고사카라이드는 대부분의 비피도박테리움(Bifidobacterium) 종을 위한 우선적인 에너지원이지만, 클로스트리디움 퍼핑엔(Clostridium perfingens), 씨. 디피실(C. difficile) 또는 이. 콜라이(E. coli)과 같은 잠재적 병원성 유기체에 의해서는 사용되지 않는다. 용어 "난소화성 올리고사카라이드"는 약 20 미만 또는 약 20의 중합화 정도 및/또는 약 3,600 미만 또는 약 3,600의 분자량을 갖는, 사람 상부소화기에서 내인성 소화에 내성을 갖는 소 탄수화물 잔기를 지칭한다.
또한 식사 대용 제품은 통상 단백질원을 함유한다. 당해 단백질원은 미가공 단백질, 가수분해된 단백질, 아미노산 또는 이의 배합물을 함유할 수 있다. 영양 제품에 사용될 수 있는 단백질은 사람의 소비에 적합한 임의의 단백질을 포함한다. 이러한 단백질은 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있으며 이러한 제품의 제조시 용이하게 선택될 수 있다. 사용될 수 있는 적합한 단백질의 예에는 통상 카세인,유장, 우유 단백질, 대두, 완두, 쌀, 옥수수, 가수분해된 단백질 및 이의 혼합물이 포함된다. 상업적 단백질원은 용이하게 구입가능하며 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 예를 들면, 카세이네이트, 유장, 가수분해된 카세이네이트, 가수분해된 유장 및 우유 단백질은 제조원[New Zealand Milk Products(캘리포니아, 산타 로사 소재)]으로부터 입수가능하다. 대두 및 가수분해된 대두 단백질은 제조원[Protein Technologies International(미주리주 세인트 루이스 소재)]으로부터 입수 가능하다. 완두 단백질은 제조원[Feinkost Ingredients Company(오하이오주, 로디 소재)]으로부터 입수 가능하다. 쌀 단백질은 제조원[California Natural Products(캘리포니아주 라트롭 소재)]으로부터 입수 가능하다. 옥수수 단백질은 제조원[EnerGenetics Inc.(아이오와주, 케오쿡 소재)]으로부터 입수 가능하다.
본 발명의 영양 제품의 제3의 성분은 지방이다. 본 발명의 지방원은 사람의 소비에 적합한 임의의 지방원 또는 지방원의 혼합물일 수 있다. 통상 당해 지방은 포화, 다중불포화 및 단일불포화 지방산의 목적하는 수준을 제공한다. 당해 분야의 숙련가는 목적하는 수준의 포화, 다중불포화 및 단일불포화 지방산을 전달하기 위해 얼마나 많은 지방원이 영양 제품에 첨가되어야 하는지를 용이하게 계산할 수 있다. 식품 등급 지방의 예는 당해 분야에 공지되어 있으며 통상 대두 오일, 올리브 오일, 마린 오일, 해바라기 오일, 고올레산 해바라기 오일, 잇꽃 오일, 고올레산 잇꽃 오일, 분별 코코넛 오일, 코코넛씨 오일, 옥수수 오일, 카놀라 오일, 야자 오일, 야자 커넬 오일, 아마씨 오일, 중쇄 중성지방(MCT) 및 이의 혼합물이 포함된다. 필요에 따라, 구조화된 지질을 영양 제품에 혼입시킬 수 있다.
상기한 지방에 대한 다수의 상업적 원료는 용이하게 입수가능하며 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 예를 들면, 대두 및 카놀라 오일은 제조원[Archer Daniels Midland(일리노이주, 데카터 소재)]으로부터 입수가능하다. 옥수수, 코코넛, 야자 및 야자 커넬 오일은 제조원[Premier Edible Oils Corporation(오르간 주 포틀랜드 소재)]으로부터 입수가능하다. 분별 코코넛 오일은 제조원[Henkel Corporation(일리노이주 라그란지 소재)]으로부터 입수가능하다. 고올레산 잇꽃 및 고올레산 해바라기 오일은 제조원[SVO Specialty Products(오하이오주 이스트레이크 소재)]으로부터 입수가능하다. 마린 오일은 제조원[Mochida International(일본 도쿄도 소재)]으로부터 입수가능하다. 올리브 오일은 제조원[Anglia Oils(영국 노쓰 훔버시드 소재)]으로부터 입수가능하다. 해바라기 및 목화씨 오일은 제조원[Cargil(미네소타 미네아폴리스 소재)]으로부터 입수가능하다. 잇꽃 오일은 제조원[California Oils Corporation(캘리포니아 리치몬드 소재)]으로부터 입수가능하다. 구조화된 지질은 제조원[Stepan Oils(미국 소재), www.stepan.com으로 연락가능함]으로부터 입수가능하다.
본 발명의 영양 조성물은 통상 비타민 및 미네랄을 함유한다. 비타민 및 미네랄은 일일 식사에 필수적이라고 사료된다. 당해분야의 숙련가는 정상 생리학적 기능에 필요한 것으로 공지된 특정 비타민 및 미네랄에 대한 최소요구량을 인식하고 있다. 전문가는 또한 이러한 조성물의 가공 및 저장 중 일부 손실을 보상하기 위해 영양 조성물에 제공되어야 하는 비타민 및 미네랄 성분의 적합한 필요량을 이해하고 있다. 추가로, 당해 전문가는 크롬, 카니틴, 타우린 및 비타민 E와 같은특정 미량영양소가 당뇨병 환자에게 잠재적 유효성을 가질 수 있으며 제2형 당뇨병 환자에서의 고전환률(higher turnover)에 기인하여 아스코르브산과 같은 특정 미량영양소에 대한 고식이요구량이 존재할 수 있다는 것을 이해한다.
영양물의 단독 원료로서 사용되는 완전영양제품을 위한 비타민 및 미네랄계의 예는 통상 약 350Kcal 내지 약 5600Kcal의, 비타민 A, B1, B2, B6, B12, C, D, E, K, 베타-카로틴, 비오틴, 폴산, 판토텐산, 니아신 및 콜린; 미네랄 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨, 인 및 염소; 미량 미네랄 철, 아연, 망간, 구리 및 요오드; 초미량 미네랄 크롬, 몰리브덴, 셀레늄; 및 조건부 필수 영양소 m-이노시톨, 카니틴 및 타우린에 대한 100% 이상의 RDI를 포함한다.
영양 공급원으로서 사용되는 영양제품용 비타민 및 미네랄계의 예는 1 서빙 또는 약 50Kcal 내지 약 800Kcal의 비타민 A, B1, B2, B6, B12, C, D, E, K, 베타-카로틴, 비오틴, 폴산, 판토텐산, 니아신 및 콜린; 미네랄 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨, 인 및 염소; 미량 미네랄 철, 아연, 망간, 구리 및 요오드; 초미량 미네랄 크롬, 몰리브덴, 셀레늄; 및 조건부 필수 영양소 m-이노시톨, 카니틴 및 타우린에 대한 25% 이상의 RDI를 포함한다.
인공감미료 또한 당해 제형의 이호성을 증강시키기 위해 영양제품에 첨가할 수 있다. 적합한 인공감미료의 예에는 사카린, 아스파탐, 아세설팜 K 및 수크랄로스가 포함된다. 본 발명의 영양제품은 또한 바람직하게는 매력적인 외양 및 경구 소비용으로 허용가능한 맛을 갖는 영양제품을 제공하기 위해 향 및/또는 색을 포함할 것이다. 유용한 향료의 예에는 통상, 예를 들면, 딸기, 복숭아, 버터 피칸, 쵸콜릿, 바나나, 라스베리, 오렌지, 블루베리 및 바닐라가 포함된다.
본 발명의 영양제품은 당해 분야의 숙련가에게 공지된 기법을 사용하여 제조할 수 있다. 일반적으로, 액체 식사 대용 제품을 위해, 오일, 임의의 유화제, 섬유소 및 지용성 비타민을 함유하도록 오일 및 섬유소 혼합물을 제조한다. 3가지 이상의 슬러리(탄수화물 및 2가지 단백질)를 물속에서 탄수화물 및 미네랄을 함께 그리고 단백질을 혼합함으로써 개별적으로 제조한다. 이어서 당해 슬러리를 오일 혼합물과 함께 혼합한다. 수득된 혼합물을 균질화하고, 가열 처리하고, 수용성 비타민으로 표준화시키고, 향을 내며 당해 액체를 최종적으로 멸균시키거나 건조시켜 분말을 수득한다. 대안적으로, 균질화된 제형을 희석되지 않은 채로 유지하고 푸딩으로서 적합한 용기에 채우거나 건조시켜 분말을 형성한다. 이어서 당해 생성물을 포장한다. 통상 포장은 최종 소비자에 의한 사용 지침을 제공한다(즉, 당뇨병 환자에 의해 소비되기 위한, 체중 감소를 지원하기 위한, 등).
바, 쿠키 등과 같은 고형 영양 조성물 또한 당해 분야의 숙련가에게 공지된 기법을 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 이들은 당해 분야에 공지된 바와 같은 냉압출을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 조성물을 제조하기 위해, 통상 모든 분말 성분을 함께 무수 혼합시킬 것이다. 이러한 성분은 통상 단백질, 비타민 전혼합물, 특정 탄수화물 등을 포함한다. 이어서 지용성 성분을 함께 혼합하고 상기한 분말성 전혼합물과 함께 혼합한다. 이어서 최종적으로 임의의 액체 성분을 당해 조성물에 혼합시켜 플라스틱 유사 조성물 또는 반죽을 형성한다.
상기한 방법은 추가의 물리 또는 화학적 변화를 발생시키지 않으면서, 냉성형 또는 압출과 같은 공지된 과정에 의해 이어서 형상화될 수 있는 플라스틱 매스(mass)를 제공할 것을 의도한다. 당해 과정에서, 당해 플라스틱 매스를 바람직한 형태를 제공하는 모형을 통해 비교적 저압에서 힘을 가한다. 이어서 수득된 삼출물을 적합한 위치에서 절단하여 바람직한 중량의 생성물을 수득한다. 필요에 따라, 이어서 고형 생성물을 피복시켜 기호성을 향상시키고 배포를 위해 포장한다. 통상 포장은 최종 사용자에 의한 사용 지침을 제공한다(즉, 당뇨병 환자에 의해 소비되기 위한, 체중 감소를 지원하기 위한, 등)
본 발명의 고형 영양물은 또한 시리얼, 쿠키 및 크랙커를 수득하기 위한, 굽기성 적용 또는 가열 압출을 통해 제조할 수 있다. 당해 분야의 숙련가들은 많은 제조 방법 중 하나를 선택하여 목적하는 최종 생성물을 제조할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이, 풀룰란 또한 쥬스, 비탄산음료, 탄산음료, 풍미수(이하 총괄하여 "음료") 등으로 혼입시킬 수 있다. 풀룰란은 통상 음료의 총 탄수화물 함량 중 10 내지 100%를 차지할 것이다. 이러한 음료의 제조방법이 당해 분야에 공지되어 있다. 독자들은 각각의 내용이 본원에 참조로서 인용되어 있는, 미국 특허 제6,176,980호 및 제5,792,502호를 참조한다. 예를 들면, 풀룰란을 포함하는 모든 탄수화물을 적합한 용적의 물에 용해시킨다. 이어서 향, 색, 비타민 등을 임의로 첨가한다. 이어서 당해 혼합물을 저온 멸균시키고, 포장하고 선적시까지 저장한다.
본 발명의 양태는 물론 본 발명의 정신 및 영역으로부터 벗어나지 않으면서본원의 기술을 수행한다. 따라서, 당해 양태는 모든 점에서 예시적이고 제한적이지 않는 것으로 사료되어야 하며, 또한 본 발명의 명세서 내에 모든 변화 및 동등함을 나타낼 수 있다. 다음의 비제한 실시예는 추가로 본 발명을 예시할 것이다.
실시예 I
당뇨병 식단에 포함시키기 위한 이들의 적합성에 대해 탄수화물을 선별하는 한가지 방법은 소화의 시험관내 모델에서 이들이 동물 또는 사람 효소에 의해 소화되는 속도를 측정하는 것이다. 이러한 기법은 당해 분야에 공지되어 있으며 문헌[참조: Muir and O'Dea at American Journal of Clinical Nutritional(1992) 56:123-127 및 American Journal of Clinical Nutiritional(1993) 57:540-546]에 기술되어 있다. 초기에 풀룰란에 대해 이러한 분석을 수행하였다. 풀룰란의 한가지 샘플을 10분 동안 15psi 및 121℃에서 오토클레이빙으로 가열 처리하여 식품 제조에 통상 사용되는 조건을 반복하였다.
다음의 결과를 수득하였다:
풀룰란*의 시험관내 소화
소화된 풀룰란 %
성분 0시간 0.5시간 1시간 2.5시간 5시간 15시간
"미가공" 풀룰란 0.0 24.2 27.6 42.4 56.5 90.9
"조리된" 풀룰란 0.1 31.5 31.8 44.3 50.5 86.9
*소화가능한 전분에 대한 퍼센트는 Muir and O'Dea(α-아밀라제 및 아밀로글루코시다제 효소계;1992)의 방법에 의해 측정된 성분 중량 퍼센트로 표현하였음; 15시간 시험관내 항온처리는 소장내에서 소화되지 않는 전분량과 관련하여 나타내었다(Muir and O'Dea 1993). 시간 O 값은 샘플 중 포도당 0%를 나타낸다. 모든 값은 2개의 샘플의 평균이다.
놀랍게도, 본 발명자는 선행 분야와 대조적으로 풀룰란이 소화됨을 발견하였다. 조리되지 않은 옥수수 전분과 유사하게, 풀룰란은 저속의 시험관내 소화를 나타내었다. 그러나 풀룰란은 옥수수 전분이 빠르게 소화되게 하는, 조리 후에도 이의 저속의 시험관내 소화를 유지하였다.
실시예 II
실시예 I에 보고된 놀라운 데이타를 기준으로 하여, 다양한 분자량의 풀룰란의 추가 샘플을 사용하여 당해 실험을 반복하였다. 비교의 목적을 위해, 포도당도 마찬가지로 시험하였다. 당해 문헌에 보고된 바와 같은 옥수수 전분에 대한 데이타를 아래에 보고한다.
풀룰란의 시험관내 전분 소화(Muir and O'Dea에 의해 기술된 방법)*
소화된 전분 %(DM 기준)전분 소화 시간
성분 0시간 0.5시간 1시간 2.5시간 5시간 15시간
포도당포도당, C 110.8101.5 101.590.9 100.3104.5 100.291.4 102.496.7 103.091.1
PF20,PF20, C 4.95.9 13.116.6 18.020.9 39.345.0 48.053.6 93.795.5
PI20PI20, C 1.21.1 13.113.5 17.319.4 41.742.6 53.654.4 103.096.0
*값은 2회의 분석의 평균이다. 소화가능한 전분에 대한 퍼센트는 Muir and O'Dea(α-아밀라제 및 아밀로글루코시다제 효소계;1992)의 방법에 의해 측정된 성분 중량 퍼센트로 표현하였음; 15시간 시험관내 항온처리는 소장내에서 소화되지 않는 전분량과 관련하여 나타내었다(Muir and O'Dea 1993). 시간 O 값은 샘플 중 포도당 0%를 나타낸다. C=조리된. PF20=식품 등급 풀룰란, 200,000의 MW. PI20=풀룰란의 약제학적 등급, 200,000의 MW.
대조군으로서 포도당을 시험하였고 예상 결과를 도출하였다. 상이한 등급의 풀룰란이 소화 지연성 탄수화물로서 작용하였다.
실시예 III
당해 실시예는 추가로 풀룰란을 사용한 시험관내 수행을 기술한다.
풀룰란의 시험관내 전분 소화(Muir and O'Dea에 의해 기술된 방법)*
소화된 전분 %(DM 기준)전분 소화 시간
성분 0시간 0.5시간 1시간 2.5시간 5시간 15시간
옥수수 전분포도당, CPA, C 0 ±0953.0 30.4±0.997.830.8 30.1±0.310033.8 55.2±1.810234.1 62.4±1.2108.341.4 78.4±0.310870.2
PB, CPC, C 2.32.3 27.217.1 25.819.4 31.521.5 5435 59.859.2
PF10, C 14 24.5 56.4 61.2 77.4 91.8
*Sigma의 미가공 옥수수 전분으로부터의 역사적 데이타. 소화가능한 전분에 대한 퍼센트는 Muir and O'Dea(α-아밀라제 및 아밀로글루코시다제 효소계;1992)의 방법에 의해 측정된 성분 중량 퍼센트로 표현하였음; 15시간 시험관내 항온처리는 소장내에서 소화되지 않는 전분량과 관련하여 나타내었다(Muir and O'Dea 1993). 시간 O 값은 샘플 중 포도당 0%를 나타낸다. C=조리된. 포도당 및 풀룰란에 대한 값은 3회 분석의 평균이다. PA=풀룰란, 6,010의 MW. PB=풀룰란, 13,900의 MW. PC=풀룰란, 49,200의 MW. PF10=식품 등급 풀룰란, 100,000의 MW.
상이한 분자량의 풀룰란은 저속으로 모두 소화되었으며 식품에서 효능을 가질 것이다.
실시예 IV
다음의 실시예는 풀룰란의 제2형 당뇨병(인슐린 내성)의 동물 모델에서 소화 지연성 탄수화물로서 작용하는 능력을 예시한다.
당해 실험의 목적은 풀룰란 대 말토덱스트린을 공급한 살찐 수컷 주커 fa/fa 랫트의 식후 혈당 반응을 비교하는 것이었다. Harlan Sprague Dawley, Inc.(인도 인디아나폴리스)로부터 생후 5주의 20마리의 살찐 수컷 주커 fa/fa 랫트를 입수하였다. 랫트를 무수 베딩(Sani-Chips, Harlan Teklad) 상의 현수 나글렌 우리에서 개별적으로 사육하고 물 및 랫트 사료(펠렛형태; 8640 Harlan Teklad 22/5 Rodent Diet; Harlan Teklad, 위스콘신주 매디슨)에 자유롭게 접근하도록 하였다. 사육시설은 19 내지 23℃, 30 내지 70% 상대 습도, 및 12시간 명-암 주기를 유지하였다. 당해 실험에 대한 사람의 조작에 이들을 적응시키기 위해 당해 실험 전 랫트를 3주 동안 주당 4 내지 5회 조작하였다. 추가로, 음식물 내성 시험을 위해, 랫트를 액체 탄수화물 용액을 주사를 통해 경구 소비하도록 훈련시켰다. 동물 사용 프로토콜을 검토하고 The Ohio State University Animal Care Committe에 의해 승인받았다.
대조군 시험은 체중kg 당 ∼0.9g의 말토덱스트린(LodexR15; Cerestar USA Inc., 인도 하몬드 소재) 시험감염이었다. LodexR는 시험감염 전 물을 사용하여 25%(wt./vol.) 용액으로 제조하였다(총 용적 10㎖). 유사하게, 25%(wt./wt.) 풀룰란(Sigma, St. Louis, MO) 용액을 제조하였다(총 중량 14g). 시험 2시간 전 둘 다의 치료제를 30초 동안 마이크로웨이브에서 고속으로 가열하여 탄수화물 용액을 용해시켰다.
2개의 식이 치료제를 유사한 설계(치료제 당 랫트 10마리)로 평가하였다. 시험 시, 랫트의 중량은 275 ±5.5g(평균 ±SEM)이었으며 생후 8주였다. 밤새 16시간 동안 절식시킨 후, 쥐를 음식물 내성에 대해 시험하였다. 쥐에게 경구 투여로 2개의 식이 치료제 중 하나(1㎖)을 무작위로 공급하였다. 모든 랫트는 10분 내에 당해 음식물을 소비하였다. 포도당 분석을 위해 기저 및 식후 30, 60, 90, 120 및 180분에 혈액 샘플을 수집하였다(Precision GR; Medisense, Bedford, MA). 실험 중 랫트가 물에 자유롭게 접근하도록 하였다.
꼬리 정맥을 통해 혈액 샘플을 수집하고 혈액 약 5㎕를 즉시 Precision GR혈당 시험 스트립에 직접 전달하고 혈당 농도를 분석하였다. 전체 혈액을 사용하였지만, Precision G 기구는 포도당 측정을 수정하고 데이타를 mg 포도당/dl 혈장으로 제공한다.
결과
말토덱스트린 또는 풀룰란을 공급한 살찐 수컷 주커 fa/fa 랫트의 식후 혈당 반응을 도 1에서 찾을 수 있으며, 혈당의 기저로부터의 증가적 변화는 도 2에서 찾을 수 있다. 기저 혈당 값은 상이하지 않았다(각각, 말토덱스트린 대 풀룰란; 116 ±5 대 115 ±5mg/dl). 혈당의 기저로부터의 증가적 변화는 식후 30분에 풀룰란을 공급한 쥐에서 45% 감소하였다(P < 0.01). 곡선 아래 면적(AUC)을 계산하였고(Wolever and Jenkins, The use glycemic index in predicting the blood glucose response to mixed meals. Am. J. Clin. Nutr. 1986, 43, 167-172) 풀룰란을 공급한 랫트에서 보다 낮음(P < 0.05)이 밝혀졌다(각각, 말토덱스트린 및 풀룰란, 3시간 AUC 4812 ±581 대 2889 ±486).
실시예 V
주 목적은 풀룰란 및 말토덱스트린에 대한 당뇨병이 없는 건강한 성인의 식후 혈당 반응을 측정하는 것이었다.
모든 적격성 기준을 충족시키는 36명의 건강한 성인 피검체를 당해 연구에 참여시켰다. 28명의 피검체는 당해 프로토콜을 완수하였다. 당해 실험은 치료 사이의 최소 4일의 장세척을 갖는, 이중맹, 2회의 주기, 2회의 치료, 교차 계획을 따른다. 피검체는 적합한 교차 치료를 사용하는 반복 분석을 위해 14일 내에 돌아왔다. 컴퓨터-산출 무작위 할당을 사용하여 처리 순서를 조사하기 위해 피검체를 동일한 수로 무작위 추출하였다.
적격성 기준을 충족시키는 피검체는 각각의 시험 전 각각 3일에 고탄수화물 식단(일일 150g 초과의 탄수화물)을 소비하도록 지시되었다. 탄수화물 소비를 평가하기 위해 각각의 피검체에게 섭식을 식단 일기에 기록하게 하였다. 음식물 포도당 내성 시험 전날 밤에, 피검체는 활성 인자 1.3을 곱한 Harris-Benedict 등식(Harris and Benedict, A biometric study of basal metabolism in man; Carnegie Institute: Washington, D.C., p.227(Publ. No 279), 1919)에 의해 측정된 바와 같이 각각의 피검체의 개별 일일 칼로리 요구량의 약 1/3을 제공하는, 쵸콜릿 Ensure PlusR및 EnsureRNutrition and Energy Bars의 1개 8fl oz(237㎖) 캔으로 이루어진 저자사식(low-residue meal)을 소비하였다. 시험 전에 피검체를 밤새(10 내지 16시간) 절식시켰다. 절식 중, 피검체는 오직 물만 마시도록 허용되었다. 흡연은 금지되었다. 피검체는 음식물 포도당 내성 시험 전 24시간 동안 운동하지 않았다.
밤새 절식한 다음날 아침, 피검체들이 시험 실험실로 와서 기저 혈액 샘플을수집하기 전 최소 30분 동안 휴식을 취하였다. 음식물 포도당 내성 시험 직전 손가락 단자(피검체가 달리 요구하지 않는 한 자가-투여함; 멸균된 시침 기구 사용)에 의해 혈액을 수집하였다. 이어서 피검체들은 10분 내에 적합한 시험 제품을 소비하였고 추가로 식후 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150 및 180분에, 각 시점의 5분 내에 자가-투여한 손가락-단자를 통해 음식물 포도당 내성 시험 중 혈액 샘플을 수집하였다. YSI 분석기(모델 YSI 2700 Select Biochemistry Analyzer, Yellow Springs Instruments, Yellow Springs, OH)를 사용하여 모세혈관 포도당을 측정하였다. 포도당 곡선하의 증가 면적을 문헌[참조: Wolever et al. (The glycemic index: methodology and clinical implication. Amer. J. Clin. Nutr. 1991, 54, 846-854)에 따라 계산하였다. 당해 피검체는 시험 후 48시간에 걸쳐 약제 및 자각적인 위장관 내성 데이타를 기록하였다.
당해 연구소를 방문하기 전 3일 연속으로 식단을 기록하였다. 피검체들은 당해 기간 동안 섭취한 모든 음식 및 액체의 양 및 종류를 회상하였다. 조사자 또는 책임자는 1) 음식 각각의 제공 크기에 대한 가장 적합한 측정을 기록하였는지, 2) 3일동안 섭취한 탄수화물의 일일량을 측정하기에 충분한 정보가 기록되었는지(일일 150그람 초과가 필요)를 확인하기 위해, 3일 식단 기록의 각각의 세트의 완료에 따라 각각의 피검체와 함께 식단 기록을 검토하였다.
피검체는 이전 방문에서 제1 방문 및 제2 방문에 앞서 저녁 식사용으로 시판 EnsureR제품을 제공받았다. 피검체는 이들 저녁 식사에 응하고, 이를 증례기록서에 기록할 것을 요구받았다. 제1 방문 및 제2 방문시 당해 연구 담당자는 음식물 포도당 내성 시험 중 각각의 피검체의 연구 제품 섭취를 관찰하였다. 피검체는 10분 내에 연구 제품을 완전히 섭취하였고, 응답을 증례기록서에 기록하였다.
피검체는 이전의 연구 피검체 및 일반 집단으로부터의 다른 개인을 포함하여, 각종 집단으로부터 모집되었다. 연구 참가에 적합한 피검체는 다음의 기준을 만족시키는 자이다. 연구 참가를 위한 적격성 기준은 다음을 포함한다: 피검체는 18살 내지 75살이다; 남성 또는 분만 후 6주 이상이며 수유하지 않는 비임산부 여성이다; 최근 경구 피임 또는 경구 호르몬 대체 치료법을 받지 않았다; 20-28kg/m2의 신체질량지수(BMI)를 갖는다; 당뇨병 또는 포도당 불내성(선별 모세관 혈당 < 110mg/dL)을 갖지 않는다; 영양 흡수, 분포, 대사 또는 배출을 방해할 수 있는 활성 대사 또는 위장관 질병이 없으며 공지된 음식물 알러지가 없다; 지난 3달 내에 감염(치료 또는 입원이 필요한), 수술 또는 코르티코스테로이드 치료를 받거나 지난 3주 내에 항생제 치료를 받지 않았다; 영양 흡수, 대사, 배출 또는 위 운동성을 방해하는 일일 약제(예를 들면, 아세트아미노펜, 살리실레이트, 이뇨제 등)을 섭취하지 않는다; 흡연하지 않는다; 및 자원해서 계약했으며 연구 중 임의의 참가 전에 개인적으로 정보제공 동의를 하였다.
임의의 연구 참가 전에 참가 기준을 충족시키고 피검체 또는 피검체의 법정 대리인의 동의를 받았는지에 따라, 계획적으로 산출된 무작위 계획을 사용하여 치료 과제를 수행하였다. 피검체는 무작위적 순서로 연구 제품 둘 다를 받았다. 피검체는 음식물 포도당 내성 시험 전, 3일 동안 일일 150g 이상의 탄수화물을 소비해야 하며, 저녁에 저잔사식을 소비해야 하며, 24시간 동안 운동을 삼가해야 하며, 10 내지 16시간 동안 단식해야 했다. 피검체가 시험 전 이들 제시를 따르지 못한 경우, 그/그녀는 다른 실험일로 교체되었다. 연구 담당자들은 당해 연구 제품의 할당 및 분배에 책임을 졌다.
피검체는 무작위적 순서로 둘 다의 제품을 받았다. 당해 실험에서 평가된 2개의 치료제는 1) 말토덱스트린 및 2) 풀룰란이었다. 말토덱스트린은 많은 가공 식품에 흔한 성분인 부분적으로 가수분해된 옥수수전분이며 일반적으로 안전하다고 인식된다(GRAS; 21 CFR 184. 1444). 풀룰란은 두부, 햄 및 소시지용 질감제, 향료용 기질 및 마이크로캡슐화를 통해 향을 유지하기 위한 수단, 및 식품막으로서 제공되는 식용 고무로서 사용되어 온 전분-유사 식품 성분이다[참조: Kimoto et al., Safety studies of a novel starch, pullulan: chronic toxicity in rats and bacterial mutagenicity. Food and Chemical Toxicology 1997, 35, 323-329]. 이들 탄수화물은 쥬스형 음료에 혼입되었으며(250㎖ 당 ~25g) 기호성을 향상시키기 위해 향을 첨가하였다. 당해 제품의 영양 프로필의 상세한 기술을 아래의 표에서 찾을 수 있다.
연구 제품의 조성
대조군 시험
8 fl oz 서빙(serving) 당 단위
말토덱스트린, g 25 0
풀룰란, g 0 25
나트륨, mg 27 27
칼륨, mg 47 47
염소, mg 42 42
비타민 C, mg 60 60
피검체는 총 50g의 탄수화물을 제공받은 각각의 음식물 포도당 내성 시험에서 제품의 2-8 fl oz 서빙을 소비하였다.
성분 목록
대조군 시험
배치 당 단위
염화나트륨, g 200 200
칼륨 시트레이트, g 400 400
나트륨 시트레이트, g 10 10
아스코르브산, g 1000 1000
풀룰란 PF-10, Ib 0 65
말트린 M 100, Ib 65 0
물, Ib 540 540
인공 산딸기, Ib 1.2 1.2
천연 시나몬, g 110 110
FD&C Red #3, g 52 52
FD&C Blue #1, g 3 3
수크랄로스 분말, g 68 68
당해 연구는 연구 방문 사이에 최적으로는 최대 14일 사이에 최소 4일의 장세척 기간을 갖는 2회의 치료일(제1 방문 및 제2 방문)로 이루어져 있다. 각각의 음식물 포도당 내성 시험을 위해, 피검체는 탄수화물 50g을 제공하는 연구 제품 2개의 서빙(~8 fl oz/서빙)을 소비하였다. 당해 연구 제품은 각각의 치료 방문 중 매일 유사한 시간에 소비되었다.
이는 단일 부위에서 수행된 무작위의, 이중맹, 2회의 주기, 2회의 치료, 교차 연구였다. 26명 이상의 피검체(각각의 연속 치료 중 13명)를 무작위 추출하여 26명의 피험체에 대한 제1차 변수에 대한 값의 완성 세트(기간 1 및 2)를 수득하였다. 평가가능한 피검체 데이타에 대해 통계 분석 및 요약을 수행하였고 데이타를 처리하였다(제2 데이타: 모든 무작위 추출된 피검체). 유실된 데이타는 전가하지 않았으며 1회 이상의 기간에 변수에 대한 유실 데이타를 갖는 피검체는 그러한 변수에 대한 분석에 포함시키지 않았다. 중간 분석은 없었다.
다음의 2가지 단계가 각각 2주기 교차 분석을 위해 수행되었다: 연속 효과에 대한 제1 시험: a) 이면(two-sided) t-시험 또는 (일반적이지 않은 경우) 이면 Wilcoxon Rank Sum 시험을 사용하여 당해 값, 2주기의 합에 대한 2개의 연속 치료를 비교한다. 치료 효과에 대한 제2 시험: a) 연속 효과가 현저하지 않은 경우(p≥0.10), 이어서 이면 t-시험 또는 (일반적이지 않은 경우) 이면 Wilcoxon Rank Sum 시험을 사용하여 당해 값, 2주기의 상이함에 대한 2가지 연속 치료를 비교하고; b) 연속 효과가 현저한 경우(p<0.10), 이어서 이면 t-시험 또는 (일반적이지 않은 경우) 이면 Wilcoxon Rank Sum 시험에 의해 오직 제1 주기 데이타를 사용하여 2개의 치료를 비교한다.
결과(연속 효과를 제외한)는 분석의 p-값이 0.05 미만인 경우에 한해 통계적으로 유의적인 것으로 밝혀졌다.
결과
말토덱스트린(대조군) 또는 풀룰란을 공급한 건강한 피검체의 식후 혈당 반응을 도 4에서 찾을 수 있다. 풀룰란은 3시간의 식후 주기에 걸쳐 기저(단식) 수준 이상으로 혈당을 상승시켰다. 선행 분야에서 분류한 바와 같이, 풀룰란이 소화에 내성을 갖는 경우, 혈당의 식후 상승은 기대할 수 없었을 것이다. 예를 들면, 도 3은 난소화성 다당류, 폴리덱스트로스를 공급받은 당뇨병 피검체의 식후 혈당 농도에 최소의 변화를 나타낸다.
풀룰란은 고속 소화성 전분인 말토덱스트린과 비교하여 감소된 초기 상 진폭 및 이에 이은 후기 상 진폭의 유지에 의해 제시된 바와 같이 3시간 포도당 식사 내성 시험에 걸쳐 서서히 소화되었다. 포도당 곡선하의 증가 면적은 풀룰란을 공급한 피검체에서 보다 낮았다(P<0.01)(각각, 말토덱스트린 및 풀룰란, 268 ±15.6 대 135 ±11.6mmol. 분/L).

Claims (27)

  1. 당뇨병 환자에게 충분한 양의 풀룰란을 투여함을 포함하여, 당뇨병 환자에 둔감성 혈당 반응을 초래하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 풀룰란을 식사 대용 제품에 함유시키는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 풀룰란이 무수 중량 기준으로 측정시, 제품내에 함유된 총 탄수화물 중 5w/w% 이상을 차지하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 식사 대용 제품이 바 또는 음료인 방법.
  5. 제2항에 있어서, 식사 대용 제품이 a) 총 칼로리의 약 10 내지 약 35%를 제공하는 단백질원, b) 총 칼로리의 약 10 내지 약 50%를 제공하는 지방원, 및 c) 총 칼로리의 약 25 내지 약 80%를 제공하는 탄수화물계를 함유하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 풀룰란이 제품의 총 탄수화물 중 5w/w% 이상을 구성하는 방법.
  7. 당뇨병 환자에게 유효량의 풀룰란을 공급함을 포함하여, 당뇨병 환자에게 영양물을 제공하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 풀룰란이 식사 대용 제품에 함유된 방법.
  9. 제8항에 있어서, 풀룰란이 무수 중량 기준으로 측정한 경우, 제품에 함유된 총 탄수화물 중 5w/w% 이상을 차지하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 식사 대용 제품이 바 또는 음료인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 식사 대용 제품이 a) 총 칼로리의 약 10 내지 약 35%를 제공하는 단백질원, b) 총 칼로리의 약 10 내지 약 50%를 제공하는 지방원, 및 c) 총 칼로리의 약 25 내지 약 80%를 제공하는 탄수화물계를 함유하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 풀룰란이 제품의 총 탄수화물 중 5w/w% 이상을 구성하는 방법.
  13. 당뇨병 환자에게 유효량의 풀룰란을 공급함을 포함하여, 이들의 혈당 수준을 관리하며 당뇨병 환자를 지원하는 방법.
  14. 포도당 서방출을 필요로 하는 당뇨병 환자에 충분한 양의 풀룰란을 투여함을포함하여, 포도당의 서방출을 제공하는 방법.
  15. 사람에게 충분한 양의 풀룰란을 공급함을 포함하여, 사람에게 포만감을 초래하는 방법.
  16. 체중 감소 프로그램 중의 사람에게 충분한 양의 풀룰란을 공급함을 포함하여, 체중 감소 프로그램 중의 사람을 지원하는 방법.
  17. 사람에게 충분한 양의 풀룰란을 공급함을 포함하여, 사람의 체중 감소를 촉진시키는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 풀룰란이 식사 대용 제품에 함유된 방법.
  19. 제18항에 있어서, 풀룰란이 무수 중량 기준으로 측정한 경우, 제품에 함유된 총 탄수화물 중 5w/w% 이상을 차지하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 식사 대용 제품이 바 또는 음료인 방법.
  21. 제18항에 있어서, 식사 대용 제품이 a) 총 칼로리의 약 10 내지 약 35%를 제공하는 단백질원, b) 총 칼로리의 약 10 내지 약 50%를 제공하는 지방원, 및 c) 총칼로리의 약 25 내지 약 80%를 제공하는 탄수화물계를 함유하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 풀룰란이 제품의 총 탄수화물 중 5w/w% 이상을 구성하는 방법.
  23. 당뇨병 환자에 충분한 양의 풀룰란을 투여함을 포함하여, 당뇨병 환자에게서 저혈당증을 예방하는 방법.
  24. a) 단백질원;
    b) 지방원, 및;
    c) 풀룰란으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 소화 지연성 탄수화물을 포함하는 탄수화물계
    를 포함하는 식사 대용 제품.
  25. 제24항에 있어서,
    a) 총 칼로리의 약 10 내지 약 35%를 제공하는 단백질원,
    b) 총 칼로리의 약 10 내지 약 50%를 제공하는 지방원, 및
    c) 무수 중량 기준으로 측정한 경우, 존재하는 총 탄수화물을 기준으로 하여 풀룰란이 5w/w% 이상의 양으로 존재하는, 총 칼로리의 약 25 내지 약 80%를 제공하는 탄수화물계
    를 함유하는 식사 대용 제품.
  26. 풀룰란을 함유하는 포장 식사 대용 제품을 포함하며, 내용물이 당뇨병 환자에 의해 소비될 수 있도록 지시하는 라벨을 포함하는 제조물.
  27. 풀룰란을 함유하는 포장 식사 대용 제품을 포함하며, 내용물이 체중 감소를 시도하는 사람에 의해 소비될 수 있도록 지시하는 라벨을 포함하는 제조물.
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