Inulin – Fructan

Các fructan polymer thường được biết với tên gọi là inulin. Fructan là những oligo hay polysaccharid được cấu tạo từ các đơn vị fructofuranosyl (F) nối vơi nhau qua dây nối β-(2→1) với số lượng từ 2 – 60 monomer trong phân tử [L. De leenheer. Carbohydrate as Organic Raw Materials, Vol. III, VCH, 1996, p.67], nhưng cũng có thể tới hàng ngàn đơn vị. Các fructan thường có cấu tạo mạch thẳng chỉ gồm các đơn vị đương fructose với đơn vị đường tận cùng là fructopyranose (Fpy), nhưng cũng có thể có đơn vị tận cùng là glucopyranosyl (Gpy) nối vào bằng dây nối α-(1→2) (ví dụ như 1,1-kestotetraose). Tên các fructan thường được gọi như sau: các fructan không có đường glucose tận cung được gọi là β-D-fructopyranosyl-[D-fructofuranosyl](n-1)-D-fructofuranosid, và được viết tắt là FpyFn. Các fructan có đường glucose tận cùng được gọi là các α-D-glucopyranosyl-[β-D-fructofuranosyl](n-1)-D-fructofuranosid và được viết tắt là GpyFn.

Trên thực tế, cũng gặp những trường hợp mà các fructose nối với nhau bằng dây nối β-(2→6) xen với các đường fructose nối với nhau bằng dây nối β-(2→6) (ví dụ như 1&6 kestotetraose) và C6 của đường glucose được nối thêm với đường fructose bằng dây nối β-(2→6) (ví dụ như 1&6G-kestotetraose). Các fructan cũng đôi khi phân nhánh như trường hợp của 1&6 kestotetraose. [Ian MS. Phytochemistry 63 (2003) 351-359].

Tùy theo nguồn gốc mà các fructan có cấu tạo và mức độ trùng hợp khác nhau. Các fructan trong các loại ngũ cốc thường có mạch ngắn trong khi của các cây họ cúc có mạch dài hơn.

Các fructan tan khá tốt trong nước. Các fructan mạch dài kém tan hơn loại mạch ngắn và có thể tạo dạng vi tinh thể trong nước. Các vi tinh thể này không có vị riêng nhưng có thể tạo thành thể chất mịn như kem tạo cảm giác béo trong miệng nên được dùng để thay thế chất béo trong một số loại thực phẩm ăn kiêng.

Các fructan bị thủy phân bởi các enzym inulinase trong thực vật. Inulinase là các glycosides thủy phân dây nối β-2,1 của các fructan để cho các sản phẩm trung gian là các oligosaccharid và sản phẩm cuối là fructose vì thế nó là dạng tích trữ năng lượng của một số loài thực vật. Fructose là chất sinh năng lượng trong cơ thể tương tự như glucose, đồng thời là một chất có độ ngọt cao thường được dùng trong thực phẩm.

Các fructan cũng chịu tác động bởi inulin fructotransferase (tạo DFA-III), một lyase có tác dụng cắt 2 đường cuối mạch tạo nên các oligosaccharid có mạch ngắn hơn. Disaccharid là sản phẩm của enzym này là α-D-fructofuranose-β-D-fructofuranose 1,2’:2,3’-dianhydrid (DFA-III) không được cơ thể tiêu hóa nhưng có tác dụng tăng cường hấp thu các muối khoáng (Ca, Mg…) trong ruột. Enzym inulin fructotranferase (tạo DFA-III) nhưng cho sản phẩm là một disaccharid α-D- fructofuranose-β-D-fructofuranose 1,2’:2,1’- dianhydrid (DFA-III). Cả 2 disaccharid này đều không được tiêu hóa và có độ ngọt và năng lượng bằng ½ đường saccharose, có giá trị trong thực phẩm như các chất ngọt nghèo năng lượng.

Trong dinh dưỡng, fructan được xem như là những chất xơ tan trong nước không có giá trị dinh dưỡng do trong dạ dày và ruột non của người không có các enzym thủy phân các chất này. Chúng không được hấp thu ở ruột non nhưng được lên men và thoái giáng hầu như hoàn toàn ở ruột già [Wang X. et al. J. Appl. Bacteriol. 75 (1993) 373-380] bởi một số loại vi khuẩn đường ruột có ích như các Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp. Bổ sung các fructan trong khẩu phần là cung cấp trường dinh dưỡng cho các Bifidobacteriumphát triển giúp áp chế sự phát triển của các vi khuẩn lên men thối có hại trong ruột già [Gibson, G.R. et al. J. Nutr. 1995,125,1401-1412; Hidaka et al. Bifidobact. Microflora 1986, 5,37-50; Tomomatsu, H. Food Technol. 1994,48,61-65]. Sự lên men và phát triển của các Bifidobacterium còn sản sinh ra các chất acid mạch ngắn như acetic, propionic, butyric dễ dàng được hấp thu ở ruột già. Butyrat được coi như là nhiên liệu cho lớp màng nhày trong khi acetat và propionat ảnh hưởng lên các chuyển hóa carbohydrat và lipid [Alles MS. et al. Am. J. Clin. Nutr. 69(1999)64]. Trong dinh dưỡng, các fructan thường được xem là các prebiotic.

Fructan khi sử dụng trong dinh dưỡng có tác dụng tăng cường sự hấp thu của một số muối khoáng như calci, magnesi cần thiết cho cơ thể, đồng thời tăng cường sự tổng hợp các vitamin nhóm B. [Lopez-Molina D. et al. Phytochemistry 66 (2005)1476-1484]

Cũng như các polysaccharid không tiêu hóa được khác, fructan có ảnh hưởng lên chức năng của ruột, làm tăng tần xuất bài tiết và làm gia tăng lượng phân, đặc biệt ở các bệnh nhân táo bón. [Gibson G. R. et al. Gastroenterology 1995;108:975-982]

Các oligosaccharid của fructan còn có tác dụng lên hệ thống miễn dịch, làm giảm sự hấp thu cholesterol và làm giảm cholesterol và lipid trong huyết tương [Coudray C. et al. 1997. Eur. J. Clin. Nutr. 51,375-380; Niness, K.R. 1999. J. Nutr. 129,1402-1406]

Các fructan làm giảm lượng đường hấp thu nhưng không ảnh hưởng tới đường huyết cũng như sự tiết insulin, glucagon [Beringer A. et al. Dtsch. Z. Verdauungs Stofwechselkrankh (1995) 12:268-272]

Các nghiên cứu gần đây cho thấy các fructan có thể đóng vai trò trong việc ngăn ngừa và ức chế ung thư ruột kết và ung thư vú [Cooper P. et al. Mol. Immunol. 1986;23:903-908; Rowland I.R. et al. Carcinogenesis 1998;19:281-285]. Các fructan cũng có tác dụng ức chế sự phát triển của các khối u ác tính trên động vật thí nghiệm. Khi dùng phối hợp với các thuốc điều trị ung thư loại độc tế bào các fructan cũng tăng cường hoạt lực của các thuốc này trên chuột nhắt bị gây ung thư bởi dòng ung thư gan người di căn [Taper HS. et al. Nutr. Cancer. 2000;38(1):1-5]

Các nghiên cứu trên chuột nhắt cho thấy fructan của rễ Ngưu tất (Achiranthes bidentata) có tác dụng kích thích hệ miễn dịch, ức chế sự phát triển và di căn của tế bào ung thư cũng như bảo vệ và phục hồi chức năng gan. [WO/2001/037844]

Fructan là những chất an toàn cho con người [Clevenger et al. J. Am. Col. Toxicol. 1988,7,643-662; Tokunaga et al. J. Nutr. Sci. Vitaminol. 1986;32,111-121], không có các tác dụng phụ trên chuột cống ở liều 1,67g/kg/ngày [Tokunaga et al. J. Nutr. 1989,19,553-559]. Việc sử dụng inulin trong khẩu phần dinh dưỡng hàng ngày ở liều 1 – 2.75 g/ngày có tác dụng kích thích sự phát triển của Bifidobacteria [Roberfroid M.B. Br. J. Nutr. 80 (1998)197; Hidaka H. et al. Bifidobact. Microflora 5(1986)37]. Tuy nhiên, ở liều cao trên người (44-49g/ngày) có thể gây ra tiêu chảy trên một số người. [Hata Y. et al. Geriatr. Med. 23(1985)]

Trong sinh hóa lâm sàng, người ta dùng inulin để đo thanh thải inulin xác định mức độ lọc tiểu cầu thận vì nó chỉ được lọc ở tiểu cầu mà không bị tái hấp thu và lọc ở tiểu quản thận.