普鲁兰作为慢消化碳水化合物的用途的制作方法

专利名称：普鲁兰作为慢消化碳水化合物的用途的制作方法
本申请涉及一种新的慢消化碳水化合物-普鲁兰(Pullulan)-的发现及其在糖尿病患者的饮食管理中的用途，并涉及含有普鲁兰的食品。
背景对葡萄糖不耐症的初步处理是严格坚持使餐后葡萄糖反应最小化的饮食，并在许多情况下，尽量少使用药物治疗(胰岛素或口服降血糖药)。
在1921年以前，饥饿是唯一被认识到的糖尿病(DM)治疗方法。自外源胰岛素发现后，饮食一直是治疗的主要焦点。对来自碳水化合物和脂肪的热量分配的建议在过去75年中不断转变。根据随着时间的观点，有助于代谢控制的最佳组合见下面表1。
表1对DM患者的建议热量分配的历史
*基于营养评价^＜10％饱和脂肪早期建议限制饮食中的碳水化合物，因为用这种养生法则血糖控制通常较好。然而，过些年研究者发现低碳水化合物、高脂肪的饮食与脂蛋白代谢紊乱和心血管疾病相联系。在1950年，美国糖尿病协会(ADA)建议增加由碳水化合物提供的热量的比例，从而来降低心血管的风险。随着医学界获得更多对糖尿病的了解，饮食建议继续以推荐增加食用碳水化合物的方式而发展。
部分这种进展源自下述发现并非所有碳水化合物都会产生相当的血糖反应。单糖，比如葡萄糖，能快速被人所吸收，并使糖尿病患者的血糖水平立即产生峰值。更复杂的碳水化合物，比如淀粉，则不会产生这种立即的峰值。复杂碳水化合物不能直接被吸收。在消化过程中，它们被酶促转化成葡萄糖和其他单糖。因此，复杂碳水化合物在糖尿病患者中产生了迟钝血糖反应，因为它们逐渐转化成葡萄糖并以降低的速率被吸收。
其他复杂的碳水化合物，比如纤维素，被认为是不能消化的。这些不能消化的碳水化合物典型地是聚合的多糖。它们具有人的酶所不能裂解的配糖键。因此，虽然这些多糖使患者产生饱胀的感觉，但它们不被消化并且最终不会导致葡萄糖的吸收。
在J.Agric Food Chem 1998，46，2253中，Tsuji等人图示地说明了不消化多糖对大鼠模型中血糖水平的影响。为了读者的方便，将该图复制在下面。
示意

图1 作为该图的评述，葡萄糖的口服产生了血糖水平的显著上升(大约5倍的增长)。经比较，Tsuji所表征的不消化多糖FibersolTM基本上没有引起动物血糖水平的改变。
因此，短语“不消化多糖”是食品和营养科学家的一个术语。其被用来表述下述碳水化合物人的消化酶不能将其转化成葡萄糖或其他单糖。一些不消化多糖在文献中已有描述。这些包括果胶、纤维素、植物胶(例如瓜尔豆胶)、半纤维素、聚葡萄糖、黄原胶、菊糖、植物渗出液、海藻多糖、改性纤维素、改性淀粉(例如FibersolTM2)等等。
另一不消化碳水化合物由日本冈山Hayashibara Co.，Ltd.供应，并称为普鲁兰。Hayashibara报道说普鲁兰是具有粘结性的可食性塑料。其报道说普鲁兰用作食品成分是安全的。它已经在调味品、敷料剂和肉制品中被用作组织形成剂。Hayashibara也建议将普鲁兰用作可食性油墨。
Hayashibara已经评价了普鲁兰的消化性。其报道说普鲁兰是不可消化的，就如纤维素或者果胶。表1中的数据复制于Hayashibara销售支持。其描述了消化酶对普鲁兰的作用。
表1不同酶对普鲁兰的作用(据制造商Hayashibara Co.，Ltd.报道)
*每20mg普鲁兰所产生的还原糖(以mg计)(即普鲁兰葡萄糖亚基间键的断裂)除Hayashibara之外的其他实体也对普鲁兰的性能作了评估。读者的注意指向了美国专利Nos.5116820和4629725。Hiji报道说普鲁兰抑制了蔗糖的吸收。因此，可将其加入为糖尿病患者设计的食物中，所加的水平为食物中碳水化合物总重量的0.25％-5％。Hiji也报道说森林匙羹藤酸的共同给药增强了等鲁兰的抗吸收性能。
Kimoto等人报道了用普鲁兰实施的动物安全试验的结果。Food andChemical Toxicology 23，(1997)323-329。Kimoto也报道说普鲁兰是一种不消化的多糖。在第324页，Kimoto等人报道说当暴露于酶时，普鲁兰产生了最小量的葡萄糖。
因此，对现有技术的清楚浏览说明了普鲁兰被认为是一种不消化的多糖。这意味着人不能将普鲁兰转化成葡萄糖，同时普鲁兰的摄入不会增加血清葡萄糖水平。因此，虽然文献教导了普鲁兰作为纤维而具有功效，但并没有启发人们将普鲁兰用作慢消化碳水化合物。现有技术教导了这种用途是没有效果的，因为人不能将普鲁兰转化成葡萄糖或其他单糖。
发明概述根据本发明，已发现文献错误表征了普鲁兰。普鲁兰并非是不消化的碳水化合物。实际上，已发现普鲁兰是一种慢消化的碳水化合物。这意味着人的酶能逐渐将普鲁兰转化成葡萄糖。普鲁兰逐渐转化成葡萄糖将导致人血糖水平逐渐上升。
这个错误表征的发现意味着申请人发现了若干普鲁兰的新用途。作为慢消化碳水化合物，大量的普鲁兰可混入食物中，从而产生迟钝血糖反应。普鲁兰可混入膳食代用品中，比如饮料和方条状食品(Bar)。可供选择地，普鲁兰可混入为糖尿病患者设计的食疗点心中。如有治疗的需要，也可将普鲁兰用来控制糖尿病患者的夜间低血糖症。
普鲁兰也可用于为减肥项目中的应用而设计的食物中。来自普鲁兰的葡萄糖逐渐释放将在这些个人中产生饱腹感。普鲁兰也可用于为运动员设计的食物和饮料中(即“运动饮料”和“运动方条状食品”)。普鲁兰对于葡萄糖耐量受损的患者而言也是有益的。这些个人常常指的是前驱糖尿病人或具有糖尿病发展风险的个人。总之，普鲁兰可用于任何适合慢消化碳水化合物的应用中。
附图简述图1表示的是按照实施例IV所述、给予普鲁兰和麦芽糊精的Zucker大鼠的血糖反应。
图2表示的是实施例IV中所述的血糖水平的增长变化。
图3的目的是进行比较。其披露了由Pfizer.Inc.《聚葡萄糖食品添加剂申请》纽约，PfizerInc.1978(FDA申请(A3441))所公开的数据。并比较了在成年糖尿病受试者中由葡萄糖和不消化多糖所产生的血糖反应。如图3所描述的，不消化多糖对于各受试者的血糖水平基本上没有影响(即该化合物没有转化成葡萄糖)。
图4表示的是按照实施例V所述、给予麦芽糊精和普鲁兰的人受试者的血糖反应。
发明详述除另有说明外，本申请中所用的下述术语具有下面规定的意义。除数量外，复数和单数应被认为具有相同的意义a)“相对血糖反应”(GI)通过下述方法计算得将测试食物的血糖的曲线下面积(AUC)增量除以参照食物的血糖AUC增量，再乘以100，其中测试和参照食物的碳水化合物含量相同。参照食物典型的是葡萄糖或白面包，其具有100的标准GI。
b)“迟钝血糖反应”指的是与相同剂量的葡萄糖相比较时，相对血糖反应的下降。
c)“低血糖症”指的是血浆葡萄糖浓度下降到足以产生症状的水平，并且随着正常葡萄糖浓度的恢复症状减轻。
d)“DM”指的是糖尿病，并在Joslin′s Diabetes Mellitus.Kahnand Weir(eds.)1994中有详细描述。
e)“不消化碳水化合物”指的是对于人上消化道中或任何非反刍动物中的内源消化具有抵抗性的碳水化合物。
f)术语“不消化碳水化合物”、“不消化多糖”、“非消化性碳水化合物”和“非消化性多糖”应被认为是同义词。
g)“慢消化碳水化合物”指的是具有慢的消化速率的多糖，其中金标准是生玉米淀粉，更具体而言，具有比水解玉米淀粉更慢的消化速率(例如，来自Cerester的Lodex 15)。
h)“快消化碳水化合物”指的是被快速消化的碳水化合物，比如未改性的麦芽糊精(例如来自Cerester的Lodex 15)，并且消化的速率等于或快于未变性麦芽糊精，比如Lodex 15。
i)术语“总热量”指的是给定重量或体积的成品营养产品的总的热含量。
j)术语“膳食代用品”和术语“营养品”应视为同义词。
k)术语“总碳水化合物含量”指的是所有碳水化合物成分的总量，在分析上可定为总固体-(灰分+脂肪+蛋白质)。
l)术语“参照日常摄入量或RDI”指的是一套日常参照，其基于对必需维生素和矿物质的建议日常容许量。建议日常容许量是一套由国家科学院建立的估计营养容许量，其是定期更新的，从而反映了当今的科学知识。
m)术语“患者”指的是人、狗、猫和其他任何非反刍动物。
n)任何对本中请中数值范围的参照都应认为通过形容词“大约”来修饰。此外，任何数值范围应被认为来对指向该范围的子集的权利要求提供支持。例如，1-10的范围的公开应被认为对该范围中子集(即2-9、3-6、4-5、2.2-3.6、2.1-9.9等等)的说明和权利要求提供支持。
如上所述，现有技术已错误表征了普鲁兰。文献包含了来证明普鲁兰为不消化性碳水化合物的动物数据。正如将在本申请的实验部分所表明的，这种表征是不正确的。申请人已经证实，在人中，普鲁兰是一种慢消化的碳水化合物。
普鲁兰是一种水溶性的、粘性的多糖，一种α-葡聚糖，其由相对简单的线型结构葡萄糖单元组成，也就是3个α-1，4连接的葡萄糖分子单元，其在终端葡萄糖上通过α-1，6连接来重复聚合。典型的食物淀粉，比如玉米淀粉，由27％直链淀粉(α-1，4-连接的葡萄糖分子)和73％支链淀粉组成，所述支链淀粉含有α-1，4、α-1，6连接。然后对于普鲁兰而言，α-1，6连接用来交联个体短链，从而导致步进结构(结构A)。由于普鲁兰的平均分子量为50,000-500,000，因而图2中的n为300-3000。Kimoto等人Food and Chemical Toxicology 35(1997)323-329。
结构A 普鲁兰由黑酵母出芽短梗霉(Aureobasidiium pullulans)在细胞外生成。其通过在具有足够碳、氮源和矿物质的介质中以及在通风下培养该相同酵母而产生。通过离心分离从培养液中回收普鲁兰。然后典型地用醇进行分馏并纯化，这可从Kimoto等人的现有技术中获知。普鲁兰也是日本冈山的Hayashibara Co.Ltd所商业上出售的。
如前所述，普鲁兰是一种慢消化碳水化合物。通过任何普鲁兰分子都可实现这种效果，所述分子具有前述的不同分子量。普鲁兰可作为一种具有不同分子量化合物的混合物来给药。如有需要，高度纯化的单一分子量的材料也可使用。
普鲁兰对于糖尿病患者的血糖水平的有益作用可通过多种方式来实现。如有需要，可以不用载体而给药。普鲁兰可简单地溶解于水中来被糖尿病患者食用。可供选择地，可将普鲁兰喷洒在食物上，溶解于咖啡中等等。糖尿病患者总的日常剂量会有大的不同，但典型地，一个糖尿病患者食用1-150g/天的普鲁兰是有益的。
在另一个实施方案中，可将普鲁兰混入药丸、胶囊、快速溶解的片剂、锭剂等中。这些药物制剂形式在治疗或预防低血糖症中是特别有用的。对于低血糖症的剂量变化很大，典型地为1-20g/剂量，更典型为5g/剂量。制备这种制剂形式的方法是现有技术中公知的。请读者注意最新版的Remingtons Pharmaceutical Sciences来作为如何制备这种制剂形式的指导。
虽然普鲁兰可以作为简单实体来给药，但典型的是混入食品中，并在就餐或点心期间被糖尿病患者来食用。如有需要，糖尿病患者可简单地改变他们正常食用的食物处方。他们可以简单地用相当量的普鲁兰代替葡萄糖和其他快消化的碳水化合物。用普鲁兰来代替快消化糖将显著降低食物的血糖指数。相似的策略可被视图减肥的个体来利用，因为普鲁兰提供了葡萄糖的延长释放，并推迟了个体进食另外热量的要求。
虽然这种策略产生了具有迟钝血糖反应的食品，但也可产生相对乏味的饮食，许多个体发现这是令人不快的，因为普鲁兰是无味的。因此，在另一实施方案中，将普鲁兰混入饮料、方条状食品、小甜饼等中，这些是专门设计来增强普鲁兰的适口性，从而增强患者/消费者的接受度。
典型的是，将普鲁兰混入膳食代用饮料中，比如Glucerna、Ensure、ChoiceDM、Slim Fast、Pediasure、Glytrol、Resource、Diabetic等。也可将普鲁兰混入膳食代用方条形食品中，比如PowerBars、Glucernabars、Choice DMbars、Ensurebars和Boostbars等。可供选择的，可将普鲁兰混入果汁、碳酸饮料、瓶装水等中。用来生产任何这种食品或饮料的方法对于本领域技术人员是公知的。下面的讨论旨在说明这种糖尿病患者和减肥膳食代用品及其制备。
大多数膳食代用品(即方条状食品或液体)提供了来自脂肪、碳水化合物和蛋白质的热量。这些产品也典型地含有维生素和矿物质，因为它们定为适合作为营养唯一来源。虽然这些膳食代用品可作为营养的唯一来源，但典型的是它们并非如此。个体消费这些产品来代替一天一餐或两餐，或者提供健康点心。本发明的营养产品应解释为包括任何这些实施方案。
根据目标患者人群(那糖尿病患者对非糖尿病患者，感官考虑，文化偏爱，用途，等等)，这些营养成分的量可以改变很大。然而作为一种通用的、非限制性方针，本发明的膳食代用品可含有下面相对量的蛋白质、脂肪和碳水化合物(基于总热量的相对百分比)。
表2营养配方成分范围
*包括普鲁兰这些膳食代用品的新颖性在于普鲁兰来提供碳水化合物热量的重要来源的用途。如上所指出的，碳水化合物提供了总热量的大约25％-100％。应将足够的普鲁兰混入产品中，从而使普鲁兰占碳水化合物系统的至少5w/w％(在干重基础上测定，即不溶解于液体中)。更典型的是，普鲁兰占碳水化合物系统的约5-约100w/w％。可供选择地，普鲁兰应提供总碳水化合物热量的至少5％，并优选为10-50％。
碳水化合物系统(即包括普鲁兰在内的一种或多种碳水化合物)的剩余部分可以由任何适合人的碳水化合物系统来提供，并考虑到任何相关的饮食限制(即，如果打算给糖尿病患者食用的话)。合适的可利用碳水化合物的实例包括淀粉、改性淀粉、水解玉米淀粉、麦芽糊精、葡萄糖聚合物、蔗糖、玉米糖浆干粉、葡萄糖、果糖、乳糖、高果糖玉米糖浆、果寡糖、蜂蜜、膳食纤维、糖醇(例如麦芽糖醇)。
已经为糖尿病患者设计出专门的碳水化合物混合物，从而来帮助缓和他们的血糖水平。这种碳水化合物的实例已在Cashmere等人的美国专利4921877、Wibert等人的美国专利5776877、Audry等人的美国专利5292723和Laughlin等人的美国专利5470839中公开，这些内容全部引入作为参考。任何这些碳水化合物混合物可与普鲁兰一起使用，从而进一步降低产品的血糖指数。
如有需要，也可将无吸收性碳水化合物混入碳水化合物系统中。这些无吸收性碳水化合物占碳水化合物系统的小于或等于约20wt/wt％，更典型地为小于或等于碳水化合物系统的约15wt/wt％。术语“无吸收性碳水化合物”指的是聚合程度大于约20和/或分子量大于约3600的碳水化合物部分，其对人上消化道中的内消化具有抵抗性。无吸收性碳水化合物具有许多总膳食纤维的特征。然而，它们不能通过对纤维的AACC方法32-07来进行定量，因而他们没有包括在本发明的总膳食纤维值中。本发明的无吸收性碳水化合物来源的实例包括诸如Fibersol等化学改性淀粉、聚葡萄糖和菊糖。
典型地，碳水化合物系统也含有膳食纤维。膳食纤维的量可以有明显的不同，但典型地在碳水化合物的3-20w/w％(基于干重量)。在此以及权利要求中所用的膳食纤维，应理解为食物的下述全部成分其不能被人消化道中的内源酶来分解成能吸收进血流中的小分子。这些食物成分大多数是纤维素、半纤维素、果胶、胶、粘胶、木质素。纤维在化学组成和物理结构上有显著不同，因而其生理机能亦是如此。
纤维(或纤维系统)的对生理机能有影响的性能是溶解性和可发酵性。考虑到溶解性，基于纤维在指定pH的缓冲液中溶解的能力，可将纤维分成可溶性和不溶性类型。纤维源在其所含的可溶性和不溶性纤维的量上具有不同。此处和权利要求中所用的“可溶性”和“不溶性”膳食纤维通过美国谷类化学家协会(AACC)方法32-07来决定。此处和权利要求中所用的“总膳食纤维”或“膳食纤维”应理解为由AACC方法32-07测定的可溶性和不溶性纤维的总量，其中，以重量计，膳食纤维源的至少70％包括膳食纤维。此处和权利要求中所用的“可溶性”膳食纤维源是一种通过AACC方法32-07测出至少60％的膳食纤维是可溶性膳食纤维的纤维源，“不溶性”膳食纤维源是一种通过AACC方法32-07测出至少60％的总膳食纤维是可溶性膳食纤维的纤维源。
可溶性膳食纤维的代表是阿拉伯胶、羧甲基纤维素钠、瓜尔胶、柑橘果胶、低和高甲氧基果胶、燕麦和大麦葡聚糖、角叉胶和车前子。现有大量的可溶性膳食纤维的大量商业性来源。例如，阿拉伯胶、羧甲基纤维素钠、瓜尔胶、果胶、低和高甲氧基果胶可由马里兰TIC GumsInc.of Belcamp供应。燕麦和大麦葡聚糖可由内布拉斯加州MountainLake Specialty Ingredients，Inc.of Omaha供应。Psyllium可由新泽西州the Meer Corporation of North Bergen供应，而角叉胶由宾夕法尼亚州FMC Corporation of Philadelphia供应。
不溶性膳食纤维的代表是燕麦壳纤维、豌豆壳纤维、大豆壳纤维、大豆子叶纤维、糖用甜菜纤维、纤维素和玉米糠。现在也有大量的不溶性膳食纤维商业性来源。例如，玉米糠可由伊利诺斯州Quaker Oatsof Chicago供应；燕麦壳纤维可由加拿大Canadian Harvest ofCambridge，Minnesota供应；豌豆壳纤维可由加拿大Woodstone Foodsof Winnipeg供应；大豆壳纤维和燕麦壳纤维可由马里兰Fibrad Groupof LaVale供应；大豆子叶纤维可由密苏里州Protein TechnologiesInternational of St.Louis供应；糖用甜菜纤维可由明尼苏达州Delta Fiber Foods of Minneapolis供应；纤维素可由新泽西州JamesRiver Corp.of Saddle Brook供应。
有关纤维素及其混入配方的更详细讨论可参见由Garl等人提出的美国专利No.5085883，该文在此引入作为参考。
除纤维素外，营养品中也可含有不消化的寡糖，比如果寡糖(FOS)。不消化寡糖能被大肠中的厌氧微生物来快速和大量地发酵成短链脂肪酸。这些寡糖是大多数双歧杆菌属的优选能量源，但其不能被诸如产气荚膜梭菌、艰难梭菌或大肠杆菌等潜在致病性生物所利用。术语“不消化寡糖”指的是聚合程度小于或等于20和/或分子量小于或等于约3600的小碳水化合物部分，其对于人上消化道中的内源消化具有抵抗性。
膳食代用品典型地也含有蛋白质源。蛋白质源可含有完整蛋白(intact protein)、水解蛋白、氨基酸或它们的一些组合。可在营养产品中利用的蛋白质包括任何适合人消费的蛋白质。这种蛋白质是本领域技术人员所公知的，并在制备这些产品时容易选择出。合适的可利用的蛋白质实例典型地包括酪蛋白，乳清，乳蛋白，大豆、豌豆、大米、玉米、水解蛋白及其混合物。商业性蛋白质源是容易获得的，并是该领域人员所知晓的。例如，酪蛋白酸盐、乳清、水解酪蛋白酸盐、水解乳清和乳蛋白可由加利福尼亚New Zealand Milk Products ofSanta Rosa供应。大豆和水解大豆蛋白可由密苏里州ProteinTechnologies International of Saint Louis供应。豌豆蛋白可由俄亥俄州Feinkost Ingredients Company of Lodi供应。大米蛋白可由加利福尼亚California Natural Products of Lathrop供应。玉米蛋白可由EnerGenetics Inc.of Keokuk，lowa供应。
本发明营养产品的第三种成分是脂肪。本发明的脂肪源可以是任何适合人消费的脂肪源或脂肪源的混合物。典型地，脂肪提供了所需水平的饱和、多不饱和以及单不饱和脂肪酸。本领域技术人员能容易地计算出应该往营养产品中添加多少脂肪源，从而来提供所需水平的饱和、多不饱和以及单不饱和脂肪酸。食品级脂肪的实例在本领域是公知的，典型地包括大豆油、橄榄油、水产油、向日葵油、高油酸向日葵油、红花籽油、高油酸红花籽油、分馏椰子油、棉籽油、玉米油、菜籽油、棕榈油、棕榈核油、亚麻油、中链甘油三酯(MCT)及其混合物。如有需要，可将构造油脂混入营养品中。
上面所列的大量脂肪商业性来源是容易获得的，并是本领域人员所知晓的。例如，大豆油和菜籽油可由伊利诺斯州Archer DanielsMidland of Decatur供应。玉米油、椰子油、棕榈油和棕榈核油可由Premier Edible Oils Corporation of Portland，Organ供应。分馏椰子油可由伊利诺斯州Henkel Corporation of LaGrange供应。高油酸红花籽油和高油酸向日葵油可由俄亥俄州SVO SpecialtyProducts of Eastlake供应。水产油可由日本Mochida Internationalof Tokyo，Japan供应。橄榄油可由英国Anglia Oils of NorthHumberside供应。向日葵油和棉籽油可由明尼苏达州Cargil ofMinneapolis供应。红花籽油可由加利福尼亚California OilsCorporation of Richmond供应。构造油脂可由Stepan Oils供应，其在美国有办事处，并可登陆www.stepan.com。
本发明的营养组合物典型地含有维生素和矿物质。维生素和矿物质被认为在日常饮食中是必需的。本领域技术人员重视对某些维生素和矿物质建立最低要求，而上述矿物质对于正常生理机能而言被认为是必要的。从业者也懂得需要合适附加量的维生素和矿物质来提供到营养组合物中，从而对这些组合物在加工和存储期间的一些损失做出补偿。另外，从业者懂得某些微量营养素可能对患有糖尿病的人们有潜在益处，比如是铬、肉碱、牛磺酸和维生素E，并且，由于2型糖尿病患者更高的周转，对于某些微量营养素而言可能存在更高的饮食要求，比如抗坏血酸。
对于用作营养唯一来源的完全营养产品而言，维生素和矿物质系统的实例典型地在约350千卡-约5600千卡中含有下述物质RDI的至少100％维生素A、B1、B2、B6、B12、C、D、E、K，β-胡萝卜素，生物素，叶酸，泛酸，烟酸，胆碱；矿物质钙，镁，钾，钠，磷和氯化物；痕量矿物质铁，锌，锰，铜和碘；超痕量矿物质铬，钼，硒；以及条件必需营养物m-肌醇，肉碱和牛磺酸。
在营养产品中用作营养增补剂的维生素和矿物质系统的实例，典型地在单份或在约50千卡-约800千卡中含有下述物质RDI的至少25％维生素A、B1、B2、B6、B12、C、D、E、K，β-胡萝卜素，生物素，叶酸，泛酸，烟酸，胆碱；矿物质钙，镁，钾，钠，磷和氯化物；痕量矿物质铁，锌，锰，铜和碘；超痕量矿物质铬，钼，硒；以及条件必需营养物m-肌醇，肉碱和牛磺酸。
也可将人造甜味剂加入营养产品中，从而来增强配方的感官质量。合适的人造甜味剂的实例包括糖精、阿斯巴甜、乙酰磺胺酸钾和三氯蔗糖。本发明的营养产品也可合意地包含调味剂和/或色素，从而给营养产品提供吸引人的外观和口服所能接受的口味。有用调味剂的实例典型地包括，例如，草莓、桃子、奶油山核桃、巧克力、香蕉、树莓、柑桔、越桔和香子兰。
本发明的营养产品可使用本领域技术人员所公知的技术来生产。对于液体膳食代用品，一般而言，制备油和纤维的混合物，其含有全部的油、任何乳化剂、纤维和脂溶性维生素。通过将碳水化合物与矿物质一起以及与水中的蛋白质混合，分别制备三种多浆体(碳水化合物和两种蛋白质)。然后将浆体与油混合物一起混合。将所得混合物均质、热处理、用水溶性维生素标准化、增味，最终将该液体杀菌或干燥成粉。可供选择地，均质的配制物可保持未稀释，并作为布丁灌装入合适的容器中，或干燥从而形成粉。然后将产品包装。典型地，该包装为终端消费者的使用(即，被糖尿病患者所食用，帮助减肥，等等)提供用法说明。
固体营养组合物，比如方条状食品、小甜饼等，也可使用本领域技术人员所公知的技术来生产。例如，它们可通过本领域公知的冷挤出技术来生产。为制备这种组合物，典型的是将所用粉状成分干混合在一起。这种组分典型地包括蛋白质、维生素预混合物、某些碳水化合物等。然后一起混入脂溶性成分，并与上面粉状预混合物一起混合。最终，将所有液体成分混合入该组合物，从而形成塑料样的组合物或面团。
上述方法旨在产生一种塑性体，其能在之后通过称为冷形成或挤出的步骤来成形、而不需要进一步地物理或化学改变发生。在该方法中，塑性体在相对低压下强制通过模具，从而给出所需的外形。然后在合适的位置将所得挤出物切分，从而产生所需重量的产品。如有需要，然后将固体产品涂覆，从而来增强适口性，并经包装用来配送。典型地，包装给终端消费者的使用(即，被糖尿病患者所食用，帮助减肥，等等)提供用法说明。
本发明的固体营养品也可通过焙烤应用或加热挤出来生产，从而制成谷类食品、小甜饼和饼干。本领域有见识的人能够选择现有的许多生产方法来生产所需的最终产品。
如上所指出的，也可将普鲁兰混入果汁、非碳酸化的饮料、碳酸化饮料、风味水(下文中统称为“饮料”)中。普鲁兰典型地占饮料总碳水化合物含量的10％-100％。生产这种饮料的方法是本领域所公知的。读者的注意力指向美国专利NO.6176980和5792502，其内容都在此引入作为参考。例如，将包括普鲁兰在内的所有碳水化合物溶解于适量的水中。然后选择性地加入调味剂、色素、维生素等。然后将该混合物巴氏杀菌、包装并存储直到出货。
当然，除本文中所述的方式外，在不脱离本发明实质和范围下，本发明的实施方案可通过其他方式来实施。因此，当前的实施方式在所有方面而言都被认为是说明性的，而并非限制性的，并且所有改变和等同也在本发明描述的范围之内。下面的非限制性实施例将进一步说明本发明。
本发明实施例I筛选碳水化合物包含进糖尿病患者饮食的适宜性的一个方法是测定它们被动物或人的酶在体外消化模式下所消化的速度。该技术在本领域是公知的，并已被Muir和O′Dea在American Journal of ClinicalNutritional(1992)56123-127以及American Journal of ClinicalNutritional(1993)57540-546中加以说明。最初在普鲁兰上实施该分析。通过在15psi和121℃下高压灭菌10分钟来对普鲁兰样本进行热处理，从而来复制在食品生产中通常所用的条件。
获得了下面的结果
表A普鲁兰的体外消化*
*可消化淀粉百分比，以成分重量的百分比表示，通过Muir和O′Dea的方法测定(α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶系统；1992)；体外培养15小时已经显示出与免受小肠中消化的淀粉的量相关(Muir和O′Dea1993)。时间0值表示样本中游离葡萄糖百分数。所有值都是两个样本的平均值。
令人惊奇地，我们发现普鲁兰是可消化的，这与现有技术相反。与未煮的玉米淀粉相似，普鲁兰显示出慢速率的体外消化。然而，在煮熟后普鲁兰保持其慢的体外消化速度，而煮制则使玉米淀粉被快速消化。
实施例II基于实施例I所报道的令人惊奇的数据，用另外的不同分子量的普鲁兰样本来重复实验。出于对比的目的，也对葡萄糖进行测试。文献中所报道的玉米淀粉的数据见下面。
表B普鲁兰的体外淀粉消化(由Muir和O′Dea所述的方法)*
*值为两次分析的平均值。可消化淀粉百分比，以成分干物质的百分比表示，通过Muir和O′Dea的方法测定(α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶系统；1992)；体外培养15小时已经显示出与免受小肠中消化的淀粉的量相关(Muir和O′Dea 1993)。时间0值表示样本中游离葡萄糖百分数。C＝煮熟。PF20＝食品级普鲁兰，MW为200,000。PI20＝药品普鲁兰，MW为200,000。
作为对照，对葡萄糖进行测试，并产生了预期的结果。不同级别的普鲁兰充当了慢消化碳水化合物。
实施例III本实施例进一步说明了用普鲁兰所作的体外工作。
表C普鲁兰体外淀粉消化(由Muir和O′Dea所述的方法)*
*来自Sigma的生玉米淀粉的历史数据。可消化淀粉百分比，以成分干物质的百分比表示，通过Muir和O′Dea的方法测定(α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶系统；1992)；体外培养15小时已经显示出与免受小肠中消化的淀粉的量相关(Muir和O′Dea 1993)。时间0值表示样本中游离葡萄糖百分数。C＝煮熟。对于葡萄糖和普鲁兰的值是三次分析的平均。PA＝普鲁兰，MW为6010。PB＝普鲁兰，MW为13900。PC＝普鲁兰，MW为49200。PF10＝食品级普鲁兰，MW为100,000。
不同分子量的普鲁兰都以慢的速度被消化，因而在食品中是有功效的。
实施例IV下面的实施例说明了普鲁兰在2型糖尿病(胰岛素抵抗力)的动物模型中作为慢消化碳水化合物的功能。
本实验的目的是对给予普鲁兰与麦芽糊精的雄性Zucker肥胖fa/fa大鼠的餐后血糖反应进行比较。从Harlan Sprague Dawley，Inc.(Indianapolis，IN)处获得20只5周龄的雄性Zucker肥胖fa/fa大鼠。将大鼠单个养于干草垫上的悬挂naglene笼中(Sani-Chips，HarlanTeklad)，并随意给与水和鼠食(丸状；8640Harlan Teklad 22/5RodentDiet；HarlanTeklad，Madison，WI)。将圈养设施保持在19-23℃，30-70％的相对湿度，并且12小时光-黑循环。将大鼠每周触摸4-5次，并在本实验前触摸3周，从而使其适应本实验中人的触摸。另外，为膳食耐量测试，训练大鼠通过注射器来口服液体碳水化合物溶液。动物使用方案由俄亥俄州立大学动物保护委员会(The Ohio StateUniversity Animal Care Committee)审查并批准。
对照测试是以～0.9g/kg体重来使用麦芽糊精(Lodex15；Cerestar USA Inc.，Hammond，IN)。在给予之前用水将Lodex配制成25％(重量/体积)的溶液(总体积10ml)。相似地，制备25％(重量/重量)普鲁兰(Sigma，St.Louis，MO)溶液(总重量14g)。测试之前2小时，两者处理都在微波的高档下加热30秒，从而使碳水化合物完全溶解。
在对比设计中对两种饮食处理进行评价(每一处理为10只大鼠)。测试时，大鼠秤重为275±5.5g(平均值±SEM)，年龄为8周。在16小时的过夜禁食之后，对大鼠进行膳食耐量测试。将大鼠随机每口(1ml)给予两种饮食处理中的一种。所有大鼠在10分钟内食用该食物。在基线和餐后30、60、90、120以及180分钟收集血样用于葡萄糖分析(PrecisionG；Medisense，Bedford，MA)。整个实验中大鼠可任意喝水。
通过尾静脉来收集血样，立即将大约5μl血直接转移到PrecisionG血糖测试条上，并对血糖浓度进行分析。使用全血，然而，PrecisionG仪器校正了葡萄糖检测量，并以mg葡萄糖/dl血浆给出数据。
结果给予麦芽糊精或普鲁兰的雄性Zucker肥胖fa/fa大鼠的餐后血糖反应见图1。从基线开始血糖的增长变化见图2。基础血糖值是不同的(麦芽糊精与普鲁兰，分别为116±5与115±5)。给予普鲁兰的大鼠在餐后30分钟时从基线开始的血糖增长变化下降了45％(P＜0.01)(图2)。计算曲线下面积(AUC)(Wolever and Jenkins，血糖指数在预测混和进食的血糖反应中的应用，Am.J.Clin.Nutr.1986，43，167-172.)，并发现给予普鲁兰的大鼠出现降低(P＜0.05)(麦芽糊精与普鲁兰的3小时AUC分别为4812+581与2889+486)。
实施例V主要目的是测定非糖尿病健康成人对于普鲁兰和麦芽糊精的餐后血糖反应。
在本研究中招收36个健康成人受试者，其都达到合格标准。28个受试者完成本方案。本实验遵从双盲、两时期、两处理、并在处理间用最少4天清除的交叉设计。受试者在14天内返回，并以适当的交叉处理来作重复分析。用计算机产生的随机分配，将受试者随机打乱成相等人数，从而来研究次序。
在每次测试前3天每天让达到合格要求的受试者食用高碳水化合物食物(每天超过150g碳水化合物)。在饮食日记中记录每个受试者的食物摄入，以估计碳水化合物的消耗。在膳食葡萄糖耐量测试前的晚上，受试者食用低残留物的晚餐，其由8液量盎司(237ml)罐的巧克力EnsurePlus以及另外的EnsureNutrition and Energy Bars所组成，从而来提供每一受试者的个人日常热量需求的大约1/3，所述个人日常热量需求通过Harris-Benedict等式来估计(Harris andBenedict，人基础代谢的生物统计研究；Carnegie InstituteWashington，D.C，p.227(Pub1.No.279)，1919)、并乘以1.3的活性因子。在测试前，受试者禁食过夜(10-16小时)。在禁食期间，受试者只允许喝水。禁止吸烟。在膳食葡萄糖耐量测试前24小时内受试者不进行运动。
过夜禁食之后的早上，受试者来到测试实验室，并在基线血样收集之前放松至少30分钟。在膳食葡萄糖耐量测试之前立即通过指刺来获得血液(自己实施，除非受试者有另外的要求，使用消毒过的气割设备)。然后在10分钟时间内食用合适的测试产品，在通过自己实施指刺的膳食葡萄糖耐量测试期间，在餐后15、30、45、60、90、120、150和180分钟(每个时间点±5分钟)收集另外的血样。用YSI分析仪(YSI 2700型Select Biochemistry Analyzer，Yellow SpringsInstruments，Yellow Springs，OH)来对毛细管血糖进行测定。根据Wolever等人来计算葡萄糖曲线下增加面积(血糖指数方法论和临床应用，Amer.J.Clin.Nutr.1991，54，846-845)。在测试之后的48小时间，受试者记录下药物处理和个人肠胃耐量数据。
在研究调查之前做连续3天的饮食记录。受试者登记下所有在此期间所消化的食物和液体的量和类型。关于每一受试者一套3天饮食记录的完成，调查者或协调者审查饮食记录，从而来确保1)记录下每一食物的最精确份量，和2)记录下足够的信息，以便来估计3天期间碳水化合物摄入的日常量(＞日常所需的150克)给予受试者商业上的Ensure产品来作为先前调查的上述调查1和调查2之前的晚餐。询问受试者关于对这些晚餐的顺应性，并将其记录在案例报告表上。在调查1和调查2中研究人员见证了膳食葡萄糖耐量测试期间每一受试者的研究产品摄入。受试者在10分钟内全部消化了该研究产品，并在案例报告表记录下顺应性。
受试者招自不同的人群，包括先前的研究受试者和其他来自普通人群的个人。符合研究参与的受试者需满足下面的标准。研究招募的合格标准包括受试者为18-75岁；男性，或者产后至少6个月且没有泌乳的未孕女性；当前没有接受口服避孕药或口服激素取代疗法；体质指数(BMI)为20-28kg/m2，受试者没有糖尿病或葡萄糖不耐症(筛选毛细管血糖＜110mg/dL)；没有活性代谢或肠胃疾病，这些可能干扰营养吸收、输送、新陈代谢或排泄；并且没有已知的食物敏感症；在最近3个月内没有过感染(要求药物治疗或住院治疗)、手术或皮质类固醇治疗，或者在最近3个星期没有使用过抗生素；没有进行日常药物治疗(例如醋氨酚、水杨酸盐、利尿剂等)，这些将会干扰营养吸收、新陈代谢、排泄或胃运动；不吸烟；并且，在先前到本研究中任何参与期间，在告知同意的表格上自愿署名并亲自注上日期。
在任何研究参与前，当履行进入标准和获得受试者或对象法定代理人的同意后，通过使用预期产生的随机化计划来实施处理分配。受试者以随机次序接受两个研究产品。在膳食葡萄糖耐量测试之前3天，受试者必须每天食用至少150g碳水化合物，之前的晚上食用其低残留物餐，之前24小时禁止锻炼，之前10-16小时禁食。如果受试者不能在测试之前坚持这些指导，他/她返回进行另一个研究日程。研究人员负责分配和分发该研究产品。
受试者以随机次序来接受两种产品。本实验中评价的两种处理是1)麦芽糊精和2)普鲁兰。麦芽糊精是部分水解的玉米淀粉，其是许多加工食物中的普通成分，并普遍被认为是安全的(GRAS；21CFR184.1444)。普鲁兰是一种淀粉样食物成分，其已经被用作食用胶，作为豆腐、火腿和香肠的组织形成剂，作为调味剂的基质，和作为经微胶囊化保护味道的工具以及作为食物膜(Kimoto等人，新淀粉普鲁兰的安全性研究在大鼠中的慢性毒性以及细菌诱变性。Food andChemical Toxicology 1997，35，323-329)。这些碳水化合物被混入果汁样的饮料中(～25g每250ml)，并经调味从而来增强适口性。所述产品营养谱的详述见下表。
表D研究产品的组成
受试者在每一膳食葡萄糖耐量测试中食用2-8液量盎司份的产品，上述测试提供总共50g的碳水化合物。
表E成分列表
该研究由两个处理期(调查1和调查2)组成，在研究调查之间具有至少4天并且最佳为最大14天的清除期，对于每一膳食葡萄糖耐量测试，受试者食用2份(～8液量盎司/份)的研究产品，其提供了50g的碳水化合物。在每一处理调查期间，在每天的相近时间食用该研究产品。
这是一个在单一点实施的随机、双盲、两时期、两处理的交叉研究。将至少26个受试者(每一处理次序为13)随机化来获得26个受试者的第一变量的整套(时期1和2)值。在这些有价值的受试者数据和处理数据意图(二次数据所有随机化的受试者)上完成统计分析和总结。缺少的数据不作追究，而对于在一或多个时期丢失变量数据的受试者，则不包括于该变量的分析中。没有过渡分析。
在每一两时期交叉分析中实施下述两个步骤首先是次序效应的测试，a)使用双侧t检验或者(如果非正态)双侧Wilcoxon Rank Sum检验，来比较两个处理次序的值、两个时期的总和；其次是处理效应的测试，a)如果次序效应不显著(p≥0.10)，则使用双侧t检验或者(如果非正态)双侧Wilcoxon Rank Sum检验，来比较两个处理次序两个时期的值和差异，b)如果次序效应显著(p＜0.10)，则通过双侧t检验或者(如果非正态)双侧Wilcoxon Rank Sum检验，仅使用第一时期数据来比较两个处理。
当且仅当分析的p值小于0.05时，宣布结果(除次序效应外)在统计上是显著的。
结果给予麦芽糊精(对照)或普鲁兰的健康受试者的餐后血糖反应见图4。在餐后3小时期间，普鲁兰引起了血糖在基线(禁食)水平上的上升。如果按照现有技术那样分类，即普鲁兰对于消化具有抵抗性，则不能预料到餐后血糖上升。以图3为例，其显示了给予不消化多糖、聚葡萄糖的糖尿病患者受试者在餐后血糖浓度上的最小改变。
在3小时膳食葡萄糖耐量测试期间普鲁兰被缓慢消化，这可与麦芽糊精(一种快消化的淀粉)相比，从减小的早期相位偏移以及延迟相位偏移的保持中得以印证。对于给予普鲁兰的受试者而言，葡萄糖曲线下的面积增量更低(P＜0.01)(麦芽糊精和普鲁兰分别为268±15.6与135±11.6mmol.min/L)。
权利要求
1.一种在糖尿病患者中产生迟钝血糖反应的方法，其包括给予所述糖尿病患者足量的普鲁兰。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述普鲁兰包含于膳食代用品中。
3.根据权利要求2的方法，其中，所述普鲁兰占所述产品中所含总碳水化合物的至少5w/w％，该值在干重基础上测定。
4.根据权利要求3的方法，其中，所述膳食代用品是方条状食品或饮料。
5.根据权利要求2的方法，其中，所述膳食代用品含有a)提供总热量的约10-约35％的蛋白质源b)提供总热量的约10-约50％的脂肪源，和；c)提供总热量的约25-约80％的碳水化合物系统。
6.根据权利要求5的方法，其中，普鲁兰占所述产品中总碳水化合物的至少5w/w％。
7.一种为糖尿病患者提供营养的方法，其包括给予所述糖尿病患者有效量的普鲁兰。
8.根据权利要求7的方法，其中，所述普鲁兰包含于膳食代用品中。
9.根据权利要求8的方法，其中，所述普鲁兰占所述产品中所含总碳水化合物的至少5w/w％，该值在干重基础上测定。
10.根据权利要求8的方法，其中，所述膳食代用品是方条状食品或饮料。
11.根据权利要求10的方法，其中，所述膳食代用品含有a)提供总热量的约10-约35％的蛋白质源b)提供总热量的约10-约50％的脂肪源，和；c)提供总热量的约25-约80％的碳水化合物系统。
12.根据权利要求11的方法，其中，普鲁兰占所述产品中总碳水化合物的至少5w/w％。
13.一种帮助糖尿病患者控制血糖水平的方法，其包括给予所述患者有效量的普鲁兰。
14.一种提供葡萄糖缓释的方法，其包括给予需要的糖尿病患者足量的普鲁兰。
15.一种使人产生饱腹感的方法，其包括给予所述人足量的普鲁兰。
16.一种在减肥计划中帮助人的方法，其包括给予所述人足量的普鲁兰。
17.一种促进人减肥的方法，其包括给予所述人足量的普鲁兰。
18.根据权利要求17的方法，其中，所述普鲁兰包含于膳食代用品中。
19.根据权利要求18的方法，其中，所述普鲁兰占所述产品中所含总碳水化合物的至少5w/w％，该值在干重基础上测定。
20.根据权利要求18的方法，其中，所述膳食代用品是方条状食品或饮料。
21.根据权利要求18的方法，其中，所述膳食代用品含有a)提供总热量的约10-约35％的蛋白质源b)提供总热量的约10-约50％的脂肪源，和；c)提供总热量的约25-约80％的碳水化合物系统。
22.根据权利要求21的方法，其中，普鲁兰占所述产品中总碳水化合物的至少5w/w％。
23.一种防止糖尿病患者低血糖症的方法，其包括给予所述糖尿病患者足量的普鲁兰。
24.一种膳食代用品，其含有a)蛋白质源；b)脂肪源，和；c)碳水化合物系统，其包括至少一种慢消化碳水化合物，所述慢消化碳水化合物选自于由普鲁兰组成的组。
25.根据权利要求24的膳食代用品，其中，所述产品含有a)提供总热量的约10-约35％的蛋白质源b)提供总热量的约10-约50％的脂肪源，和；c)提供总热量的约25-约80％的碳水化合物系统，其中，所述普鲁兰的含量为总碳水化合物的至少5w/w％，该值在干重基础上测定。
26.一种制品，其包括经包装的膳食代用品，其中，所述代用品含有普鲁兰，并且，所述制品带有表明内容物应被糖尿病患者食用的标签。
27.一种制品，其包括经包装的膳食代用品，其中，所述代用品含有普鲁兰，并且，所述制品带有表明内容物应被试图减肥的人食用的标签。
全文摘要
本发明涉及普鲁兰作为慢消化碳水化合物的用途，以及将其混入食品，尤其是饮料和膳食代用品。
文档编号A23L1/30GK1708236SQ03813474
公开日2005年12月14日 申请日期2003年5月27日 优先权日2002年6月12日
发明者B·W·沃尔夫 申请人:艾博特公司