Hafer Beta-Glucan - Oat beta-glucan
Hafer- β-Glucane sind wasserlösliche β-Glucane, die aus dem Endosperm von Haferkernen gewonnen werden und für ihren diätetischen Beitrag als Bestandteile löslicher Ballaststoffe bekannt sind . Aufgrund ihrer Eigenschaft, das Serum- Gesamtcholesterin und das Low-Density-Lipoprotein-Cholesterin zu senken und möglicherweise das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu reduzieren , wurde Hafer-β-Glucanen von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit und der US-amerikanischen Food and Drug Administration eine qualifizierte gesundheitsbezogene Angabe zuerkannt .
Geschichte
Haferprodukte werden seit Jahrhunderten für medizinische und kosmetische Zwecke verwendet; die spezifische Rolle von β-Glucan wurde jedoch erst im 20. Jahrhundert erforscht. β-Glucane wurden zuerst in Flechten und kurz darauf in Gerste entdeckt. Nach seinem Eintritt bei Agriculture and Agri-Food Canada im Jahr 1969 spielte Peter J. Wood eine maßgebliche Rolle bei der Isolierung und Charakterisierung der Struktur und der bioaktiven Eigenschaften von Hafer-β-Glucan. Ein öffentliches Interesse an Hafer-β-Glucan entstand, nachdem 1984 über seine cholesterinsenkende Wirkung berichtet wurde.
1997 genehmigte die FDA nach Überprüfung von 33 klinischen Studien, die in den vergangenen Jahrzehnten durchgeführt wurden, die Behauptung, dass die Einnahme von mindestens 3 g β-Glucan aus Hafer pro Tag „als Teil einer Diät mit wenig gesättigten Fettsäuren und Cholesterin die Risiko einer Herzerkrankung." Dies war das erste Mal, dass eine Gesundheitsbehörde behauptete, dass diätetische Maßnahmen tatsächlich zur Vorbeugung von Krankheiten beitragen können. Diese gesundheitsbezogene Angabe mobilisierte eine Ernährungsbewegung, da Ärzte und Ernährungsberater erstmals die Einnahme eines bestimmten Lebensmittels zur direkten Bekämpfung von Krankheiten empfehlen konnten. Seitdem hat der Haferkonsum in der Krankheitsprävention weiter an Bedeutung gewonnen, mit bekannten Auswirkungen auf die ischämische Herzkrankheit und die Schlaganfallprävention, aber auch in anderen Bereichen wie BMI-Senkung, Blutdrucksenkung und stark bestätigten Beweisen für reduzierte Blutserumcholesterinwerte.
Strukturelle Eigenschaften
Getreide-β-Glucane – einschließlich β-Glucan aus Hafer, Gerste und Weizen – sind lineare Polysaccharide, die durch 1,3- und 1,4-Kohlenstoffbindungen verbunden sind. Die meisten Getreide-β-Glucan-Bindungen bestehen aus 3 oder 4 beta-1,4-glycosidischen Bindungen ( Trimere und Tetramere), die durch 1,3-Bindungen miteinander verbunden sind. In β-Glucan sind diese Trimeren und Tetramere als Cellotriosyl und Cellotetraosyl bekannt . Hafer und Gerste unterscheiden sich im Verhältnis von Cellotriosyl zu Cellotetraosyl, und Gerste hat mehr 1-4 Bindungen mit einem Polymerisationsgrad von mehr als 4. In Hafer findet sich β-Glucan hauptsächlich im Endosperm des Haferkorns, insbesondere in den äußeren Schichten dieses Endosperms (ein deutlicher Unterschied zu Gerste, die β-Glucan gleichmäßig im gesamten Endosperm enthält).
Die meisten Haferflocken enthalten 3-6% β-Glucan nach Gewicht. Hafer kann basierend auf günstigen β-Glucan-Gehalten selektiv gezüchtet werden. Müller verarbeiten oft nur Hafersorten mit mindestens 4 Gew.-% β-Glucan. Hafer-β-Glucane sind linear und an den 1,3- und 1,4-Kohlenstoffstellen verknüpft.
β-Glucane aus Hafer können sich zu einer zufälligen Spiralstruktur formen und mit Newtonschem Verhalten fließen, bis sie eine kritische Konzentration erreichen, an der sie pseudoplastisch werden . Die Gelierfähigkeit von Hafer-β-Glucan korreliert mit dem Prozentsatz an Trimeren.
Extraktion
Die β-Glucan-Extraktion aus Hafer kann aufgrund der Depolymerisationstendenz – die oft bei hohen pH-Werten auftritt – schwierig sein. Daher wird die β-Glucan-Extraktion normalerweise bei einem neutraleren pH und im Allgemeinen bei Temperaturen von 60-100 Grad Celsius durchgeführt. Üblicherweise wird β-Glucan im Extraktionsprozess mit Reststärke solubilisiert, die dann durch Hydrolyse mit alpha-Amylase entfernt wird. Die Restlösung enthält meist Koextrakte von Hemicellulosen und Proteinen, die dann durch selektive Fällung abgetrennt werden können. Durch Nassmahlen, Sieben und Lösungsmittelextraktion können Beta-Glucane aus Hafer eine Extraktionsreinheit von bis zu 95 % erreichen.
Viskosität von Hafer-β-Glucan
In Hafer macht β-Glucan den Großteil der löslichen Ballaststoffe aus; Hafer-β-Glucane werden jedoch ab einer bestimmten Konzentration unlöslich. Die Gesamtviskosität wird durch den Löslichkeitsgrad, das Molekulargewicht und das Trimer-zu-Tetramer-Verhältnis bestimmt. Je niedriger das Trimer-Tetramer-Verhältnis ist, desto höher ist die β-Glucan-Viskosität in Lösung. Eine viskosere interne β-Glucan-Lösung führt im Allgemeinen zu vorteilhaften physiologischen Effekten – einschließlich einer ausgeprägteren hypoglykämischen Wirkung und einer Senkung des Cholesterinspiegels sowie einer Senkung des postprandialen Blutzuckerspiegels.
Physiologische Wirkungen
Als fermentierbare Faser
In der Nahrung sind β-Glucane eine Quelle löslicher, fermentierbarer Ballaststoffe – auch präbiotische Ballaststoffe genannt – die ein Substrat für die Mikrobiota im Dickdarm liefern , die Fäkalienmasse erhöhen und kurzkettige Fettsäuren als Nebenprodukte mit weitreichenden physiologischen Aktivitäten produzieren . Diese Fermentation beeinflusst die Expression vieler Gene im Dickdarm, was die Verdauungsfunktion und den Cholesterin- und Glukosestoffwechsel sowie das Immunsystem und andere systemische Funktionen weiter beeinflusst.
Cholesterin
1997 erkannte die FDA die cholesterinsenkende Wirkung von Hafer-β-Glucan an. In Europa wurden beim EFSA- NDA-Gremium (Diätetische Produkte, Ernährung und Allergien) mehrere Anträge auf gesundheitsbezogene Angaben eingereicht, die sich auf die Rolle von β-Glucanen bei der Aufrechterhaltung eines normalen Cholesterinspiegels im Blut und der Aufrechterhaltung oder Erreichung eines normalen Körpergewichts beziehen. Im Juli 2009 gab der Wissenschaftliche Ausschuss folgende Stellungnahmen ab:
- Auf der Grundlage der verfügbaren Daten kommt das Gremium zu dem Schluss, dass eine Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen dem Verzehr von Beta-Glucanen und der „Senkung der Cholesterinkonzentration im Blut“ festgestellt wurde.
- Der folgende Wortlaut spiegelt die wissenschaftlichen Erkenntnisse wider: "Der regelmäßige Verzehr von Beta-Glucanen trägt zur Aufrechterhaltung eines normalen Cholesterinspiegels im Blut bei." Um die Angabe zu tragen, sollten Lebensmittel mindestens 3 g/Tag Beta-Glucane aus Hafer, Haferkleie, Gerste, Gerstenkleie oder Mischungen aus unverarbeiteten oder minimal verarbeiteten Beta-Glucanen in einer oder mehreren Portionen enthalten. Die Zielpopulation sind Erwachsene mit normalen oder leicht erhöhten Cholesterinwerten im Blut.
Im November 2011 hat die EU-Kommission ihre Entscheidung zugunsten von Hafer-Beta-Glucanen im Hinblick auf Artikel 14 der EG-Verordnung zur Kennzeichnung von Lebensmitteln mit nährwert- und gesundheitsbezogenen Angaben veröffentlicht, die es erlauben, Hafer-Beta-Glucan als gesundheitsfördernd zu bezeichnen. Nach dem Gutachten des Gremiums für diätetische Produkte, Ernährung und Allergien (NDA) haben die EFSA und die Verordnung (EU) Nr. 1160/2011 der Kommission dürfen Lebensmittel, über die täglich 3 g Hafer-Beta-Glucan verzehrt werden (1 g Hafer-Beta-Glucan pro Portion), die folgende gesundheitsbezogene Angabe tragen: „Hafer-Beta-Glucan senkt den Cholesterinspiegel im Blut. Die Senkung des Cholesterinspiegels im Blut kann das Risiko einer koronaren Herzkrankheit verringern.“
β-Glucan senkt den Cholesterinspiegel teilweise, indem es die Viskosität von Digesta im Dünndarm erhöht, obwohl die Cholesterinsenkung bei Personen mit höherem Gesamtcholesterin und LDL-Cholesterin im Blut größer ist. Darüber hinaus legen Studien nahe, dass es die Aktivität von CYP7A1 , einem Schlüsselenzym bei der Synthese von Gallensäuren , erhöht, wodurch die Ausscheidung von Cholesterin erhöht wird, und dass es möglicherweise zusätzliche antiatherogene Mechanismen besitzt. Der Grad der Cholesterinsenkung hängt vom jeweiligen Stamm von β-Glucan in einem Bereich zwischen einem Molekulargewicht von 26,8 und 3000 kD ab. Obwohl viskosere β-Glucane zu einer viskoseren Lösung des Darmdigesta und damit zu einer höheren Cholesterinaufnahme führen, werden β-Glucane ab einem bestimmten Molekulargewicht weniger löslich und tragen somit weniger zur Lösungsviskosität bei. Die Einnahme von β-Glucan in flüssiger Form führt im Allgemeinen zu einer stärkeren Solubilisierung und Hafer-β-Glucan senkt den Cholesterinspiegel in Säften effektiver als in harten Lebensmitteln wie Brot und Keksen. Trotz des anerkannten Einflusses der Viskosität auf den Serumcholesterinspiegel gibt es keine aktuellen Daten zum Vergleich der inneren Lösungsviskosität und des Serumcholesterins.
Die Einnahme von Hafer-β-Glucan in einer täglichen Menge von mindestens 3 Gramm senkt den Gesamtcholesterinspiegel und den Lipoprotein- Cholesterinspiegel niedriger Dichte bei Menschen mit normalen oder erhöhten Blutcholesterinspiegeln um 5 bis 10 %.
Verdauung
Während der Verdauung verändert β-Glucan die physikalischen Eigenschaften von Digesta, während Chemikalien im Verdauungstrakt β-Glucan abbauen und seine Zusammensetzung verändern. Die Fermentation von β-Glucanen durch Mikrobioten führt zur Produktion von kurzkettigen Fettsäuren und zu Veränderungen der Darmmikroben sowie zur Depolymerisation und strukturellen Veränderung des ursprünglichen β-Glucans. Im Magen schwellen β-Glucane an und verursachen bei einer Magenblähung – die mit dem Signalweg der Sättigung verbunden ist – das Völlegefühl, was zu einem verminderten Appetit führt. Studien, die die Wirkung von β-Glucan auf die verzögerte Magenentleerung belegen, können sich aufgrund von Varianten in der Nahrungsmittelkombination, der β-Glucan-Dosierung und des Molekulargewichts sowie der Vielfalt der Nahrungsquelle unterscheiden. Im Dünndarm kann β-Glucan die Stärkeverdaulichkeit und die Glukoseaufnahme reduzieren – signifikant bei der Senkung des postprandialen Glukosespiegels.
Hafer-β-Glucane haben eine präbiotische Wirkung, indem sie selektiv das Wachstum spezifischer Mikrobenstränge im Dickdarm stimulieren, wobei die jeweilige stimulierte Mikrobe vom Polymerisationsgrad des β-Glucans abhängt. Insbesondere werden Lactobacillus und Enterococcus durch das gesamte Hafer-β-Glucan stimuliert, während Bifidobacterium- Bakterien auch durch Hafer-β-Glucan- Oligosaccharide stimuliert werden . Lösliches β-Glucan erhöht das Stuhlgewicht durch die Zunahme mikrobieller Zellen im Dickdarm.
Blutzucker
Postprandiale Blutglucosespiegel niedriger wird nach dem Verzehr einer Mahlzeit β-Glucan als Ergebnis erhöhter Darm enthält Viskosität , die die Magenentleerung verzögert und verlängert Reise durch den Dünndarm. In einem Review reduzierte die Nettoabnahme der Blutglukoseabsorption die postprandialen Blutinsulinkonzentrationen , was die Insulinsensitivität verbesserte . A 2021 Meta-Analyse von klinischen Studien ergab , dass die Hafer - Beta-Glucan mit einem Molekulargewicht von mehr als 300 kg / mol reduzierte inkrementelle Fläche unter der-Kurve um 23%, Peak - Blutzucker um 28%, und Insulin um 22% in einem dosisabhängig, mit ähnlichen Ergebnissen bei Teilnehmern mit oder ohne Diabetes . Auch Diabetiker, die ihre tägliche Aufnahme von Beta-Glucanen monatelang um mehr als 3 Gramm pro Tag erhöhten, verloren ebenfalls an Körpergewicht.
Kosmetika
β-Glucan wird in einer Vielzahl von Cremes, Salben und Pudern verwendet und kann die Kollagenproduktion und Hauterkrankungen beeinflussen.
Wundheilung und Immunmodulation
In vorläufigen Forschungen wird Hafer-β-Glucan auf seine potentiellen immunmodulatorischen Wirkungen, Antitumoreigenschaften und Stimulation der Kollagenablagerung, Gewebegranulation, Reepithelisierung und Makrophageninfiltration im Wundheilungsprozess untersucht .