Полифруктозаны и их свойства¶

Полифруктозаны — класс природных полисахаридов, молекулы которых построены преимущественно из остатков фруктозы, соединённых гликозидными связями. Наряду с полимерами глюкозы (крахмалом, целлюлозой) и смешанными фруктано-глюкозными полимерами они относятся к группе фруктанов — резервных и структурных углеводов растительного происхождения. Наиболее известные представители — инулин и леван, а также их низкомолекулярные аналоги (олигофруктозаны). Полифруктозаны не перевариваются ферментами человека и относятся к пищевым волокнам.

¶Химическое строение

Основу полифруктозанов составляют остатки β-D-фруктофуранозы. В зависимости от типа связи различают два главных класса:

• Инулиновый тип — остатки фруктозы связаны β-(2→1)-связями, образуя линейную цепь; часто завершается одной молекулой глюкозы (как в инулине).
• Леванный тип — преобладают β-(2→6)-связи, что придаёт молекуле разветвлённую форму.

Степень полимеризации варьирует: у олигофруктозанов она составляет от 2 до 10 остатков, у инулина — обычно от 10 до 60, у левана может достигать нескольких тысяч. Молекулярная масса инулина колеблется в пределах 5–6 кДа, левана — значительно выше. Наличие концевых глюкозных остатков и тип связи определяют растворимость, вязкость и физиологические свойства полимера.

¶Распространение в природе

Полифруктозаны синтезируются растениями, грибами и бактериями как запасной углевод. У растений они накапливаются в вакуолях и служат резервом энергии, аналогичным крахмалу, но более мобильным при низких температурах.

Основные источники инулина:

Леван встречается в злаках, некоторых травах и в бактериях (например, у возбудителей кариеса и ряда почвенных микроорганизмов). Бактериальные леваны выполняют функцию защиты и участвуют в образовании биоплёнок.

¶Свойства

Полифруктозаны хорошо растворимы в воде, образуют вязкие растворы и гели. Инулин при нагревании гидролизуется до фруктозы и глюкозы. Он не расщепляется амилазами слюны и поджелудочной железы, но ферментируется микрофлорой толстого кишечника. Это обусловливает его пребиотическое действие: избирательную стимуляцию роста бифидобактерий и лактобактерий.

Ключевые характеристики:

• низкая калорийность (около 1–2 ккал/г против 4 ккал/г у сахарозы);
• сладкий вкус слабой интенсивности (у олигофруктозанов до 30–50 % от сладости сахарозы);
• способность снижать уровень глюкозы и липидов в крови при регулярном употреблении;
• улучшение усвоения кальция и магния.

¶Получение и применение

Промышленное производство инулина основано на экстракции из корней цикория и клубней топинамбура с последующей очисткой. Олигофруктозу получают частичным ферментативным гидролизом инулина или синтезом из сахарозы с помощью фруктозилтрансфераз.

Применение:

• Пищевая промышленность — заменители жира и сахара, текстурирующие агенты, добавки в молочные и хлебобулочные изделия.
• Диетическое и функциональное питание — пребиотики, продукты для диабетиков и людей с избыточной массой тела.
• Фармакология — вспомогательные вещества, диагностика функции почек (инулиновый клиренс).
• Биотехнология — субстраты для получения фруктозы, этанола, ферментов; леваны как биоразлагаемые плёнки.
• Сельское хозяйство — кормовые добавки, повышающие продуктивность животных.

¶Значение для здоровья

Полифруктозаны относят к растворимым пищевым волокнам. Их регулярное потребление связывают с улучшением состава кишечной микробиоты, снижением риска метаболических нарушений и укреплением иммунитета. Вместе с тем избыточное употребление может вызывать вздутие и дискомфорт у чувствительных людей. Лицам с непереносимостью фруктозы и синдромом раздражённого кишечника рекомендуется ограничивать такие продукты.

¶История изучения

Инулин был выделен из корня девясила ещё в 1804 году немецким химиком Валентином Розе, а термин предложил в 1817 году Томсон. Строение и свойства левана описали позднее, в XX веке, в связи с изучением бактериальных полисахаридов. Интерес к полифруктозанам резко вырос во второй половине XX века благодаря развитию концепции пребиотиков и функциональных продуктов питания.

¶Перспективы

Полифруктозаны рассматриваются как возобновляемое сырьё для производства биотоплива, биоразлагаемых материалов и пищевых ингредиентов нового поколения. Активно исследуются их иммуномодулирующие свойства и возможность использования в качестве носителей лекарств.