Welke rol kunnen prebiotica spelen in de preventie van chronische aandoeningen?

De voornaamste natuurlijke bronnen in de voeding zijn tarwe, uien, bananen en look (9). Op industriële schaal wordt inuline gewonnen uit de cichoreiwortel (Cichorium intybus) (1). De cichoreiwortel bevat 15 tot 20% inuline en 5 tot 10% oligofructose. De extractie van inuline uit de wortel is vergelijkbaar met de suikerextractie uit de suikerbiet: de wortel van de cichorei is zeer rijk aan het natuurlijke inuline, dat reeds een fractie oligofructose bevat. De cichoreiwortel wordt gesneden en gewassen. Inuline wordt via een diffusieproces met warm water uit de wortel gehaald, daarna volgt het drogen van het extract. Dit mengsel bevat nog 6 tot 10% glucose, fructose en sucrose. Na zuiveren bekomt men een poeder van zuivere inuline. Oligofructose kan bekomen worden via een verdere enzymatische hydrolyse van inuline (oligofructose), of via synthese vanuit suiker (fructo-oligosacchariden).

Tabel II bevat het gehalte aan inuline en oligofructose van een aantal voedingsmiddelen.

Tabel II: Gehalte aan inuline en oligofructose van een aantal voedingsmiddelen (in gram per 100 gram) (10).

Het onderzoek van de concentratie van inuline en oligofructose in voedingsmiddelen is geen eenvoudige zaak geweest: beide zullen door hun laag moleculair gewicht (ongeveer 6000) niet volledig precipiteren in aanwezigheid van ethanol zoals andere vezels en kunnen dus niet via de klassieke methodes opgezocht worden (11). De Food and Drug Administration en de USDA hebben vezels gedefinieerd als het materiaal dat precipiteert in 78% ethanol (Association of Official Analytical Chemist Method for dietary fiber analysis) (12). Het gevolg was dat het niet evident was om inuline en oligifructose te laten registreren als voedingsvezel. Om de b(2-1) bruggen in inuline te splitsen, gebruikt men enzymes (inulinase) die volledige hydrolyse geven (oplossing R1). Via High Performance Liquid Chromatography onderzoekt men de aanwezige hoeveelheid fructose in R1. In een tweede test van het staal onderzoekt men via dezelfde techniek maar zonder enzymatische activiteit de hoeveelheid vrije fructose (R2). Het resultaat (R1 min R2) wordt vermenigvuldigt met een correctiefactor 1.1 om rekening te houden met de ratio fructose/glucose in inuline (gemiddeld 85%/15%). Voor voedingsmiddelen die zowel sucrose als inuline bevatten, moet men rekening houden met het feit dat sucrose eveneens enzymatisch gesplitst wordt in 50% sucrose en 50% fructose. Deze hoeveelheid fructose moet apart gekwantificeerd worden via High Performance Liquid Chromatography. Inuline en oligofructose werden geregistreerd als voedingselement en niet als additief (3). Er werden eveneens geen maximale veilige dosis gedefinieerd.

Invloed van inuline en oligofructose op de colonfunctie.

Het colon heeft verschillende functies zoals absorptie van water, van bepaalde mineralen, opslagen en verwijderen van afvalmateriaal. De aanwezige microbiële flora zou eveneens een grote rol spelen in de preventie van een aantal pathologieën. Een evenwichtige flora belet het binnendringen van pathogene bacteriën door vorming van een beschermbarrière, regelt de intestinale transit, fermenteert niet-verteerbare vezels, zorgt voor een betere lactosetolerantie, levert vetzuren met korte ketens, heeft een anti-tumorale aktiviteit, neutraliseert de productie van toxines en stimuleert het immunitair systeem (13). De bacteriële populatie in het colon kan oplopen tot 10¹⁴ eenheden, wat 10 maal meer is dan het aantal cellen in ons lichaam.

De intestinale microbiële flora omvat een groot aantal hoofdzakelijk anaërobe micro-organismen die een belangrijke rol kunnen spelen in het in stand houden van de gezondheid. De meest voorkomende anaërobe bacteriën zijn de gram-negatieve Bacteroides. Deze vertegenwoordigen ongeveer 30% van de totale darmflora. Bacteriën die eveneens werden geïdentificeerd horen toe tot de bifidusbacteriën, clostridia, eubacteria, lactobacilli, gram-positieve kokken en coliformen.Van de 400 tot 500 verschillende bacteriële stammen vertegenwoordigen de bifidusbacteriën een voor de gezondheid interessantste eigenschap doordat ze de groei van potentieel pathogene bacteriën afremmen (13). Bij kinderen die borstvoeding krijgen, vertegenwoordigen bifidusbacteriën de belangrijkste stammen, deze kinderen leiden ook minder aan gastrointestinale stoornissen dan kinderen gevoed door flesvoeding. Een gevolg is dat veel onderzoek gedaan werd naar deze stammen om de groei te bevorderen. Koolhydraten met bijzondere eigenschappen werden hiervoor met succes gebruikt. Deze koolhydraten moeten, om efficiënt te zijn, het colon intact bereiken en selectief de groei van bifidusbacteriën bevorderen. Inuline en oligofructose worden enzymatisch niet afgebroken en horen toe tot de vezels, m.a.w. verbeteren beide de colonfunctie zoals andere vezels (6,14). Omwille van de werking op de darmflora verdienen inuline en oligofructose een klassering als prebioticum (een prebioticum is een niet-verteerbaar voedingsingrediënt dat selectief de groei of de activiteit van niet-pathogene bacteriën bevordert waardoor pathogene bacteriën minder ontwikkelingskansen hebben) (15). Om de term prebioticum te verdienen, moet een voedingsingrediënt voldoen aan een aantal eigenschappen zoals (i) niet gehydroliseerd of geabsorbeerd worden in het bovenste deel van het spijsverteringskanaal, (ii) er moet een fermentatie kunnen gebeuren door potentieel gunstige bacteriën in het colon, (iii) de intestinale flora moet een voor de gezondheid gunstig evenwicht bereiken en (iv) de som van alle effecten moet gunstig zijn voor de gezondheid (13). 

In de toekomst kunnen een aantal koolhydraten prebiotische eigenschappen verkrijgen zoals soja-oligosacchariden, galacto-oligosacchariden, isomalto-oligosacchariden, gentio-oligosacchariden, xylo-oligosacchariden, lactulose, raffinose, stachyose, sorbitol, xylitol en lactosucrose. De faecale bacteriële excretie kan onder invloed van inuline en oligofructose tot 50% stijgen (16).  Onderzoek toonde aan dat alle stammen van bifidusbacteriën beter vermenigvuldigen (Bifidobacterium infantis, B. pseudolongum, B. angulatum, B. breve, B. catenulatum, B. longum, B. adolescentis enkel B. animalis wordt minder beïnvloed) onder invloed van inuline en oligofructose. 

Deze selectieve groei treedde niet op na toediening van glucose. Reading et al. (17) onderzochten de minimale dosis oligofructose die nodig was om de groei van bifidusbacteriën te stimuleren. Vijf concentraties werden in vitro getest (1, 2, 4, 6 en 8 gram oligofructose). De groei van de bifidusbacteriën werd reeds gestimuleerd vanaf 1 gram oligofructose. Bij deze concentratie was er echter ook een stimulering van de groei van andere bacteriën. Vanaf 2 gram oligofructose zag men een selectieve stimulatie van de groei van bifidusbacteriën. De toename aan bifidusbacteriën is niet afhankelijk van de toegediende dosis aan inuline, maar wel aan het initieel aantal aanwezige bifidusbacteriën in de faeces. Hoe lager dit startaantal, hoe hoger de toename aan bifidusbacteriën met een dosis van 4 tot 20 gram inuline (18). Hidaka et al. (19) vonden na 2 weken toedienen van 8 gram oligofructose een tienmaal hogere concentratie aan bifidusbacteriën in de stoelgang en een daling van pathogene Clostridium perfringens. In een tweede studie vonden Hidaka et al. (20) een stijging van de aanwezigheid van bifidusbacteriën van 9.8% van de totale faecale flora tot 50.1%. Er was eveneens een daling in Bacteroidaceae en Eubacterium.

Figuur 2: Schadelijke en onschadelijke bacteriën in de darmflora.

Tabel III: Overzicht van de resultaten van studies met inuline of oligofructose op de darmflora.

Figuur 3: Wijziging in darmflora voor en na toediening van inuline en oligofructose.

VOOR                                                                                                                              

NA

Invloed van inuline en oligofructose op de calciumabsorptie