Oznaczanie aktywnej glukozy w produktach spożywczych

Abstrakt

Założenia i cele: Indeksy glikemiczne (indeksy glikemiczne (glycemic indexes GI) są powszechnie uważane za najlepsze wskaźniki charakteryzujące właściwości glikemiczne produktów spożywczych. Wiele prac poświęcono wyznaczaniu ich wartości dla różnego rodzaju produktów spożywczych. Celem tej pracy jest zaproponowanie nowej metody oznaczania zawartości glukozy w spożytych produktach spożywczych.
Wyniki: Wbrew powszechnemu przekonaniu indeksy glikemiczne nie są wiarygodnymi wskaźnikami własności glikemicznych produktów spożywczych. Ładunki glikemiczne (glycemic loads GL) są równe procentowej zawartości glukozy w spożytych pokarmach. Wyznaczane wartości indeksów glikemicznych są obciążone dużymi błędami związanymi z oznaczeniami indeksów glikemicznych oraz całkowitych zawartości węglowodanów w produktach spożywczych.
Wnioski: Metody, które mogą być wykorzystywane w celu ilościowego oznaczania ilości glukozy pojawiającej się w żołądku po spożyciu określonego produktu spożywczego powinny zostać porównane między sobą w różnych laboratoriach dla wybranych i przygotowanych w standardowy sposób produktów s;ożywczych, takich jak: surowa oraz gotowana marchew, sacharoza, ryż, ziemniaki itp. Zarówno osoby zdrowe, jak i i diabetycy typu 2 powinni uczestniczyć w badaniach porównawczych.
Słowa kluczowe: indeks glikemiczny; ładunek glikemiczny. węglowodany glikemiczne; glukoza; funkcja glukozowa; diabetycy

Wprowadzenie

Biorąc pod uwagę potrzeby dietetyczne diabetyków węglowodany można podzielić na dwa rodzaje: węglowodany glikemiczne ( glycemic carbohydrstes GC) orz węglowodany nieglikemiczne (nonglycemic carbohydrates NGC). Węglowodany glikemiczne są hydrolizowane i rozkładane przez soki żołądkowe do glukozy. Tylko glukoza aktywna (active glucose AG), wytworzona w wyniku rozkładu węglowodanów glikemicznych przedostaje się przez ściany żołądka do krwiobiegu i zwiększa jej stężenie we krwi. Węglowodany nieglikemmiczne są odporne na działanie soków trawiennych, nie powodują wzrostu stężenia glukozy we krwi i są z wydalane.
Indeksy glikemiczne zostały wprowadzone w celu określania własności glikemicznych produktów spożywczych i ułatwienia diabetykom kontrolowania poziomu stężenia glukozy we krwi. Indeksy glikemiczne zostały wyznaczone praktycznie dla wszystkich produktów spożywczych. Uzyskane dane zostały zebrane w Międzynarodowych Tablicach indeksy glikemiczne i GL [1]. Niestarty, indeksy glikemiczne nie spełniły związanych z nimi oczekiwań i nie wydaje się, aby diabetycy z indeksów glikemicznych w ogóle korzystali.

Indeks glikemiczny oraz ładunek glikemiczny produktu spożywczego

Indeks glikemiczny produktu spożywczego jest stosunkiem procentowym powierzchni funkcji glukozowej (glucose function GF) otrzymanej po spożyciu produktu spożywczego zawierającego 50 g węglowodanów do powierzchni funkcji glukozowej po spożyciu przez tą samą osobę 50 g glukozy.

Funkcja glukozowa (FG) jest zależnością wielkości stężenia glukozy we krwi względem czasu po spożyciu określonej masy produktu spożywczego.

Zgodnie z tą definicją:

GI = 100 * Ap* / AG* (1)

gdzie:
Ap* jest powierzchnią funkcji glukozowej otrzymanej po spożyciu produktu spożywczego zawierającego 50 g węglowodanów,
AG* jest powierzchnią funkcji glukozowej otrzymanej po spożyciu przez tą samą osobę 50 g czystej glukozy.

(mp* / mpC*) = (100 / PC ) (2)

gdzie:
mp* jest masa spożytego produktu spożywczego,
mpC* jest masą węglowodanów zawartych w tym produkcie,
PC jest całkowitą procentową zawartością węglowodanów w tym produkcie.

Gwiazdka * oznacza, że masa produktu spożywczego, masa glukozy oraz powierzchnie odpowiadających im funkcji glukozowych są wzajemnie od siebie zależne przez zależność (2).

Węglowodany glikemiczne stanowią jedyny składnik produktu spożywczego, który w czasie trawienia podlega hydrolizie oraz rozkładowi do glukozy. Na skutek hydrolizy masa wytworzonej glukozy jest nieco większa od masy węglowodanów glikemicznych, z których została ona otrzymana. Obie wielkości związane są zależnością:
mG = 1,11*mGC (3)
z której można używać w razie potrzeby.
Powstająca w żołdaku glukoza jest jedyną zmienną, która określa wielkość powierzchni funkcji glukozowej po spożyciu określonego produktu spożywczego:
Ap* = ApG* (4)
gdzie:
ApG* jest powierzchnią funkcji glukozowej, który powstaje po spożyciu określonego produktu spożywczego.
A zatem:
GI = 100 * (mpG*/mG* ) (5)
gdzie:
mG* jest masą glukozy powstającej z rozkładu węglowodany glikemiczne zawartych w próbce produktu użytej do wyznaczenia indeksu glikemicznego,
mG* jest masa 50 g czystej glukozy, która jest spożywana przez samą osobę.
A zatem indeks glikemiczny G jest równy stosunkowi procentowemu masy glukozy powstającej w czasie trawienia badanego produktu spożywczego mpG* do arbitralnie przyjętej masy wzorcowej glukozy mG* równej 50 g.
Ponieważ:
mG* = mpC* = (mp* * PC)/100 (6)

to korzystając z zależności (4, 5) otrzymuje się równość:
GL = PG (7)
gdzie:
PG oznacza procentową zawartość glukozy uzyskiwanej w wyniku trawienie węglowodanów glikemicznych zawartych w badanej próbce produktu spożywczego.
A zatem obciążenie glikemiczne jest równe procentowej zawartości glukozy powstających z rozkładu węglowodanów glikemicznych w badanym produkcie spożywczym.

Oznaczanie węglowodanów glikemicznych w produktach spożywczych w sposób pośredni

Najprościej procentową zawartość węglowodanów glikemicznych można obliczyć przez odjęcie od całkowitej zawartości węglowodanów procentowej zawartości węglowodanów nieglikemicznych czyli błonnika:

PGC = PC – PFIB (8)

gdzie:
PFIB jest zawartością procentowa błonnika w badanym produkcje spożywczym (PNGC = PFIB).

Procentową zawartość węglowodany w produkcie spożywczym oblicza się z reszty do stu po odjęciu zawartości procentowych tłuszczu, białek, wody i popiołu [2]:

PC = 100 – PFAT – PPRO – PASH – PWAT (9)

Natomiast, zawartość węglowodanów glikemicznych można obliczyć z podobnego równania:

PGC = 100 – PFAT – PPRO – PASH – PWAT – PFIB (10)
gdzie:
PFAT, PPRO , PASH , PWAT and PFIB są procentowymi zawartościami tłuszczy, białek, popiołu, wody oraz błonnika w produkcie spożywczym.

Zmienne z lewej strony równań (9, 10) są obciążone błędami w wyznaczaniu zmiennych podanych po prawej stronie tych równań. J
Oznaczanie glukozy wytworzonej w żołdaku po spożyciu produktu spożywczego
Powierzchnia funkcji glukozowej po spożyciu czystej glukozy jest proporcjonalna do jej masy:

AG = kG*mG (11)
gdzie:
AG jest powierzchnią funkcji glukozowej po spożyciu czystej glukozy,
mG jest masą spożytej glukozy,
kG jest współczynnikiem proporcjonalności.

Podobnie powierzchnia funkcji glukozowej po spożyciu przez tą samą osobę próbki produktu spożywczego jest proporcjonalna do masy glukozy, która zostaje wytworzona w żołdaku po strawieniu tej próbce:

ApG = kG*mpG (12)

gdzie:
ApG jest powierzchnią funkcji glukozowej po spożyciu próbka badanego produktu spożywczego,
mpG jest masą glukozy wytworzonej w żołdaku po spożyciu tej próbce.

Masę glukozy wytworzonej po spożyciu badanej próbki produktu spożywczego można
otrzymać z zależności:
mpG = (mG/AG)* ApG (13)

Procentową zawartość glukozy w testowanej próbce można obliczyć przy pomocy jednej z następujących zależności:

PG = 100*(mG/AG)*(ApG /mp ) (14)

lub

PG = 100*(mG/AG)/ (mp/ApG) (15)

 

gdzie:
PG jest procentową zawartością glukozy wytworzonej w żołądku w wyniku strawienia produktu spożywczego,
mp jest masą badanego produktu spożywczego.

W ostatniej zależności występują tylko stosunki (m/A). Powierzchnia funkcji glukozowej jest liniową funkcją masy glukozy (11, 12), pod warunkiem, że funkcja glukozowa nie przekracza progu nerkowego. Jeżeli stężenie glukozy we krwi jest większe od progu nerkowego wówczas nerki uczestniczą w usuwaniu glukozy z krwiobiegu. W takim przypadku,zamiast modelu liniowego należy stosować model nieliniowy. Aby uniknąć związanych z tym komplikacji masy zarówno czystej glukozy jak i badanego produktu spożywczego powinny być tak dobrane, aby ich funkcje glukozowe były mniejsza od progu nerkowego.
Zawartości procentowe aktywnej glukozy wytwarzanej po spożyciu posiłku przygotowanego z kilku prostych składników można wyznaczać w taki sam sposób, jaki wyznacza się zawartości glukozy w bardziej prostych produktów spożywczych takich jak cukier czy skrobia(14, 15). Można je również wyznaczać na podstawie wcześniej uzyskanych wartości dla poszczególnych składników, z których przygotowano posiłek.

PmG = (m1 * PG1 + … mi * PGi … + mN * PGN ) / (m1 + … mi … + mN ) (16)

gdzie:

PG\mG jest obliczoną zawartością procentową glukozy w spożytym posiłku,
PG1 , PGi ,PGN są procentowymi zawartościami glukozy w surowcach spożywczych, z których sporządzony został posiłek,
m1 , mi ,and mN są masami składników 1, I i N, z których sporządzony został posiłek,

Dyskusja

Wielkości próbek produktów spożywczych, które są spożywane przez wolontariuszy, w celu wyznaczenia indeksów glikemicznych zostały wyliczone na podstawie zależności (2) i przedstawuine w tablicy 1 . Wielkości badanych próbek różnych produktów nie są jednakowe, zależą od całkowitej zawartości węglowodanów w danym produkcie i różnią się znacznie między sobą.

W celu wyznaczenia indeksów glikemicznych warzyw lub owoców które zawierają niewielkie ilości węglowodanów (około 5 -10 %), zdrowi wolontariusze powinni spożywać te produkty w tak dużych ilościach, jak 500 g lub nawet 1000 g, czyli w ilościach wielokrotnie większych od tych, które są normalnie spożywane.

Tabela 1 Masy próbek produktów spożywczych mp*, które należy spożyć w celu wyznaczenia indeksów glikemicznych tych produktów w zależności od zawartości węglowodanów PC .

Product PC mp*
A 5 1000
B 10 500
C 25 200
D 50 100
E 75 67
F 90 56

Błędy oznaczania wartości indeksów glikemicznych są stosunkowo duża, na przykład: 101,0 ± 30.78; 70,3 ± 37,98 (SD) [3] i 54,0 ± 6,1 (SEM), [4]. Jest to spowodowane tym, że indeksy oraz ładunki glikemiczne są obciążone zarówno błędami wyznaczania powierzchni funkcji glukozowych, jak i błędami związanymi z oznaczaniem całkowitej zawartości węglowodanów w produktach spożywczych (9).

Oznaczanie glukozy powstającej w wyniku trawienia produktów spożywczych opiera się na zależnościach (11) i (12), które nie nakładają żadnych ostrych ograniczeń na wielkości masy czystej glukozy oraz badanego produktu spożywczego (2). W celu uzyskania najwyższej dokładności pożądane jest, aby masy glukozy wzorcowej oraz badanego pokarmu spożywczego były tak dobrane, żeby odpowiednie funkcje glukozowe były podobnych rozmiarów i nie były większe od progu nerkowego. Wymagania te mogą spełniać zarówno zdrowi wolontariusze, jak i diabetycy typu 2. Diabetycy typu 2 mogą zatem sami określać zawartości procentowe glukozy w spożywanych lub posiłkach oraz w produktach spożywczych korzystając glukometru oraz elektronicznej wagi kuchennej.

Powierzchnia funkcji glukozowej jest głównym, ale nie jedynym parametrem, który może dostarczać informacji o sprawności systemu regulacji insulinowej, ale i o sprawności funkcjonowania żołądka. Funkcja glukozowa surowej marchwi wyraźnie różni się swoim kształtem od funkcji glukozowej marchwi gotowanej. Surowa marchew – nawet w formie utartej – jest znacznie mniej strawna od marchwi gotowanej. Funkcje glukozowe produktów spożywczych które zawierają 50 g węglowodanów, są do siebie bardzo podobne [3, 4]. Natomiast funkcje glukozowe obserwowane po spożyciu znacznie mniejszych porcji glukozy mogą wykazywać trudne do pełnego wyjaśnienia anomalie [6]

Stosunek masy czystej glukozy do powierzchni funkcji glukozowej mG/AG i jest współczynnikiem kalibracji w zależnościach (14, 15). Wartości współczynników kalibracji są różne dla różnych osób i z tego powodu mogą być również wykorzystywane do celów diagnostycznych. Najwyższe wartości tych stosunków powinny być obserwowane dla zdrowych osób i najmniejsza dla diabetyków typu 2 z zaawansowaną cukrzycą.

Wnioski:

Oznaczanie zawartości glukozy aktywnej w produktach spożywczych można przeprowadzać różnymi metodami korzystając z zależności (7), z zależności (10) oraz z zależności (14) lub zależności (15).
Metody te różnią się między sobą nie tylko pod względem sposobu wykonania oznaczania, ale i dokładności.

Byłoby pożądane, aby dokładność oznaczania zawartości aktywnej glukozy tymi metodami została porównana w różnych laboratoriach z użyciem tych samych wybranych produktów, takich jak surowa i gotowana marchew, cukier stołowy, ryż oraz innych produktów spożywczych.

Podziękowanie: Chciałbym podziękować moim dzieciom, a zwłaszcza mojemu synowi za okazaną pomoc.

Finansowanie: Badania te nie były wspierane dotacjami z agencji finansujących w sektorach publicznych, komercyjnych lub w not-for-profit.

Literatura:

[1]Atkinson FS, Foster-Powell K, Brand-Miller JC. Diabetes care, 2008, International Tables of GI and GL Values: 2008, http://care.diabetesjournals.org/content/31/12/2281.short [accessed 16.04.26].

[2] Kunachowicz H, I Nadolna, Iwanow K, Przygoda D. Wartość odżywcza wybranych Produktów spożywczych i typowych potraw PZWL. Wydanie IV Warszawa 2005, s. 11.

[3] Chlup R, Bartek J, Reznícková M, Zapletalová J, Doubravová B, Chlupová L et al. Determination of the glycaemic index of selected foods (white bread and cereal bars) in healthy persons. Biomed Papers 148(1) 17 – 25 (2004).

[4] Alkaabi et al. Glycemic indices of five varieties of dates in healthy and diabetic subjects. Nutrition Journal 2011 10 – 59. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3112406/
[5] Janik A. https://cukrzycadieta.wordpress.com/2014/07/20/impulsy-glukozowe-glikemiczne-czym-sa-w-czym-i-jak-moga-pomoc/; [accessed 16.04.26].

[6] A. Janik, https://cukrzycadieta.wordpress.com/nieoczekiwane-piki-w-impulsach-glukozowych-surowej-marchwi-oraz-czystej-glukozy-3/; [accessed 16.04.26].

Aleksander Janik1 *
Kraków 21.05.2016

Praca wykonana prywatnie, Kraków, Polska.
* Autor korespondujący. e-mail: janik.aleksander@gmail.com