ไอโซมอลโตโอลิโกแซ็กคาไรด์

ไอโซมอลโตโอลิโกแซ็กคาไรด์ (Isomaltooligosaccharide, IMO) เป็นสารผสมของคาร์โบไฮเดรตสายโมเลกุลสั้น ซึ่งเป็นพรีไบโอติกส์มีคุณสมบัติถูกย่อยได้บางส่วนในปากและถูกย่อยได้ด้วยเอนไซม์ไอโซมอลเตสในลำไส้เล็กส่วนกลาง (jejunum) โอลิโกแซคคาไรด์ส่วนที่เหลือจะถูกส่งไปที่ลำไส้ใหญ่และเกิดการหมักด้วยแบคทีเรียโปรไบโอติกส์ชนิดไบฟิโดแบคทีเรียม (bifidobacterium) ไอโซมอลโตโอลิโกแซ็กคาไรด์พบได้ตามธรรมชาติในอาหารบางชนิด และยังมีการผลิตในเชิงพาณิชย์โดยวัตถุดิบที่ใช้สำหรับการผลิต IMO คือแป้งซึ่งถูกย่อยด้วยเอนไซม์ได้เป็นสารผสมของไอโซมอลโตโอลิโกแซ็กคาไรด์

เคมี

คำว่า "โอลิโกแซ็กคาไรด์" หมายความรวมถึงคาร์โบไฮเดรตทั่วไปที่มีขนาดใหญ่กว่าไดแซ็กคาไรด์ หรือไตรแซ็กคาไรด์ แต่มีขนาดเล็กกว่าพอลิแซ็กคาไรด์ (ขนาดมากกว่า 10 หน่วย) ไอโซมอลโตโอลิโกแซ็กคาไรด์ (IMO) คือกลูโคสโอลิโกเมอร์ที่มีพันธะ α-D-(1,6) ซึ่งประกอบไปด้วย ไอโซมอลโตส, พาโนส, ไอโซมอลโตไตรโอส, ไอโซมอลโตเตตราโอส, ไอโซมอลโตเพนตาโอส, ไนเจอโรส, โคจิบิโอส และโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่โครงสร้างมีกิ่งก้านมากกว่า โครงสร้างของโมเลกุล IMO สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต แม้ว่าเอนไซม์ในลำไส้ของมนุษย์จะย่อยพันธะไกลโคซิดิก α(1,4) ได้อย่างง่ายดาย แต่การเปลี่ยนแปลง IMO ให้มีโมเลกุลยาวขึ้นเช่น มีจำนวนของน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (monosaccharide) ที่อยู่ในสายพอลิเมอร์ ⩾ 4 (DP4) ด้วยพันธะ α(1,6) จะทำให้ไม่ถูกไฮโดรไลซ์อย่างง่ายดายและแสดงคุณสมบัติต้านทานการย่อยอาหาร ดังนั้น IMO ที่ถูกเปลี่ยนบางชนิดจึงถูกย่อยเพียงบางส่วนในทางเดินอาหารส่วนบนเท่านั้น

ไอโซมอลโตโอลิโกแซ็กคาไรด์เป็นส่วนประกอบปรกติของอาหารมนุษย์ และเกิดขึ้นตามธรรมชาติในอาหารหมักดอง เช่น ขนมปังซาวโดว์หมักและกิมจิ ไดแซ็กคาไรด์ไอโซมอลโตสยังมีอยู่ในมิโซะจากข้าว (Rice miso), ซอสถั่วเหลือง และสาเก ไอโซมอลโตสซึ่งเป็นหนึ่งในส่วนประกอบไดแซ็กคาไรด์ที่มีพันธะ α(1,6) ของ IMO ได้รับการระบุว่าเป็นองค์ประกอบตามธรรมชาติของน้ำผึ้ง ถึงแม้จะเกี่ยวข้องกันทางเคมีแต่น้ำผึ้งก็ไม่ใช่ IMO IMO มีรสหวาน เป็นน้ำเชื่อมที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งสามารถทำให้อยู่ในรูปผงได้โดยการทำแห้งแบบพ่นฝอย

การผลิต

สำหรับการผลิต IMO ในเชิงพาณิชย์ อุตสาหกรรมอาหารใช้แป้งที่แปรรูปจากธัญพืช เช่น ข้าวสาลี, ข้าวบาร์เลย์, ถั่วลันเตา, ถั่วแดง, ถั่วเลนทิล, ข้าวโอ๊ต, มันสำปะหลัง, ข้าว, มันฝรั่ง และอื่น ๆ แหล่งที่มาที่หลากหลายนี้อาจเป็นประโยชน์ต่อผู้บริโภคที่มีอาการภูมิแพ้หรือภูมิไวเกินกับธัญพืชบางชนิด กระบวนการผลิตจะควบคุมระดับของการเกิดพอลิเมอร์ (degree of polymerization, dp) และพันธะ α(1,6) เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพที่สม่ำเสมอจากแหล่งวัตถุดิบแป้งต่าง ๆ แป้งจะถูกแปลงครั้งแรกโดยวิธีการไฮโดรไลซิสด้วยเอนไซม์อย่างง่ายได้เป็นน้ำเชื่อมมอลโตสที่มีไดแซ็กคาไรด์ ไตรแซ็กคาไรด์ และโอลิโกแซ็กคาไรด์ (กลูโคส 2, 3 หน่วย หรือมากกว่า) ปริมาณสูง ซึ่งมีพันธะไกลโคซิดิก α(1,4) ที่สามารถย่อยได้ง่ายในลำไส้มนุษย์ พันธะไกลโคซิดิก α(1,4) เหล่านี้ถูกแปลงเพิ่มเติมเป็นพันธะไกลโคซิดิก α(1,6) ที่ทนต่อการย่อย ซึ่งสร้างพันธะแบบ "ไอโซ" ระหว่างโมเลกุลที่มีกลูโคสกึ่งหนึ่งและก่อรูปเป็นไอโซมอลโตโอลิโกแซ็กคาไรด์ (IMO)

โอลิโกแซ็กคาไรด์ส่วนใหญ่ที่พบใน IMO ประกอบด้วยหน่วยโมโนแซ็กคาไรด์ (กลูโคส) สามถึงหกหน่วยที่เชื่อมโยงกัน อย่างไรก็ตาม ไดแซ็กคาไรด์และพอลิแซ็กคาไรด์ที่ยาวกว่า (มากถึงเก้าหน่วยกลูโคส) ก็มีอยู่เช่นกัน ส่วนของไดแซ็กคาไรด์ใน IMO ประกอบด้วยไอโซมอลโตสที่พันธะกับ α(1,6) เป็นหลัก ในขณะที่มอลโตไตรโอส พาโนส และไอโซมอลโตไตรโอสประกอบขึ้นเป็นส่วนไตรแซ็กคาไรด์ ส่วนของผสมของไอโซมอลโตเตตราโอส, ไอโซมอลโตเพนทาโอส, มอลโตเฮกซาโอส, มอลโตเฮปตาโอส และโอลิโกเมอร์จำนวนเล็กน้อยที่มีระดับโพลีเมอไรเซชันดีกรี 8 หรือมากกว่า ประกอบรวมเป็นโอลิโกเมอร์ส่วนที่เหลือใน IMO โดยโอลิโกเมอร์ที่ยาวกว่ามีพันธะ α(1,6) ไม่ถึง 100% ซึ่งสัดส่วนของพันธะ α(1,4) และ α(1,6) จะมีความผันแปรต่าง ๆ กัน

ข้ออ้างเรื่องสุขภาพของโอลิโกแซ็กคาไรด์

การอ้างประเด็นด้านสุขภาพสำหรับโอลิโกแซ็กคาไรด์ประเภทต่าง ๆ ได้รับการตรวจสอบโดยหน่วยงานตรวจสอบความปลอดภัยด้านอาหารแห่งสหภาพยุโรป (European Food Safety Authority, EFSA) และพบว่ามีหลักฐานไม่เพียงพอ ดังนั้นการกล่าวอ้างคุณประโยชน์ต่อสุขภาพสำหรับโอลิโกแซ็กคาไรด์และพรีไบโอติกส์จึงเป็นสิ่งต้องห้ามในสหภาพยุโรป

ประโยชน์ต่อสุขภาพ

IMO เป็นโมเลกุลหลายหน้าที่ซึ่งส่งผลดีต่อสุขภาพของทางเดินอาหารมนุษย์ มันทำหน้าที่เป็นพรีไบโอติกส์ ลดอาการท้องอืด มีดัชนีน้ำตาลในเลือดต่ำ และป้องกันโรคฟันผุในสัตว์

พรีไบโอติกส์ถูกกำหนดให้เป็น "ส่วนผสมของอาหารที่ไม่สามารถย่อยได้ซึ่งอาจส่งผลดีต่อโฮสต์โดยการกระตุ้นการเติบโตและ/หรือการทำงานของแบคทีเรียในลำไส้ใหญ่อย่างจำกัด" โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่ไม่ถูกย่อยและดูดซึมในลำไส้เล็ก จะส่งผ่านไปยังลำไส้ใหญ่ซึ่งจะถูกหมักโดยไบฟิโดแบคทีเรีย จึงช่วยเพิ่มการแพร่กระจายของแบคทีเรีย ในแง่นี้ โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่หมักได้อาจถือเป็นพรีไบโอติกส์ โอลิโกแซ็กคาไรด์ในสารผสม IMO อย่างน้อยบางส่วนถูกหมักโดยแบคทีเรียในลำไส้ใหญ่ ดังนั้นจึงอาจกระตุ้นการเติบโตส่วนหนึ่งของประชากรแบคทีเรีย

โอลิโกแซ็กคาไรด์สายสั้นที่ให้คุณสมบัติพรีไบโอติกส์ยังผลิตกรดไขมันสายสั้น (เช่น อะซิเตต, โพรพิโอเนต และบิวทิเรต) เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจากการหมัก โมเลกุลเหล่านี้ลดค่าพีเอช ภายในโพรงลำไส้ ยับยั้งการเจริญเติบโตและกิจกรรมของจุลินทรีย์ที่เป็นอันตราย (enteropathogens) โดยตรง สิ่งนี้ช่วยกระตุ้นการเจริญเติบโตของไบฟิโดแบคทีเรียซึ่งแข่งขันกับจุลินทรีย์ที่เป็นอันตราย เพื่อหาสารอาหารและพื้นที่ยึดเกาะบริเวณเยื่อบุผิวลำไส้ ผลประโยชน์จาก IMO พบได้ทั้งในทารก, เด็ก และผู้สูงอายุ

โรคฟันผุเกิดจากการก่อตัวของกลูแคน (คราบพลัค) ที่ไม่ละลายน้ำบนผิวฟัน และการผลิตกรดจากแบคทีเรียในคราบพลัค กรดเหล่านี้โจมตีเนื้อเยื่อแข็งของฟัน การศึกษาในสัตว์ทดลองแสดงให้เห็นว่า IMO ไปแทนที่ซูโครสซึ่งช่วยลดปริมาณของคราบจุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นและยังช่วยลดปริมาณของกรดที่โจมตีเคลือบฟันที่เกิดขึ้น ดังนั้น IMO จึงทำหน้าที่เป็นสารต้านฟันผุ

ค่าดัชนีน้ำตาล (Glycemic Index, GI) ที่รายงานสำหรับ IMO คือ 34.66±7.65 (ในมาตราส่วน 1–100) ซึ่งแสดงถึง GI ต่ำ การบริโภค IMO ช่วยปรับปรุงการเคลื่อนไหวของลำไส้ การถ่ายอุจจาระ และการหมักของจุลินทรีย์ในลำไส้ใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่มีผลเสียใด ๆ ในผู้สูงอายุ

สมาคมนักเคมีธัญพืชแห่งอเมริกา (American Association of Cereal Chemists, AACC) นิยามเส้นใยที่ละลายน้ำได้ว่าเป็น "ส่วนที่กินได้ของพืชหรือคาร์โบไฮเดรตที่คล้ายคลึงกันที่ทนต่อการย่อยและการดูดซึมในลำไส้เล็กของมนุษย์ซึ่งมีการหมักทั้งหมดหรือบางส่วนในลำไส้ใหญ่" ใยอาหารประกอบด้วยส่วนประกอบของพืชหลายชนิดรวมทั้งโอลิโกแซ็กคาไรด์ สำหรับสารตั้งต้นในอาหารที่จะจัดเป็นเส้นใยนั้น จะต้องทนต่อการย่อยและการดูดซึมในทางเดินอาหารส่วนบน และทำให้เกิดเป็นมวลในการถ่ายอุจจาระ IMO ถือเป็นเส้นใยอาหารด้วยเหตุผลคือ ประกอบด้วยหน่วยกลูโคสที่เชื่อมโยงกัน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นการเชื่อมโยงที่ทนต่อการย่อยอาหารอันมีผลเป็นพรีไบโอติกส์ มีการกักเก็บความชื้นทำให้เกิดการพองตัวและช่วยให้อุจจาระเคลื่อนไปข้างหน้า

การใช้งาน

IMO ได้รับการยอมรับจากผู้ผลิตอาหารทั่วโลกสำหรับใช้ในผลิตภัณฑ์อาหารหลากหลายประเภท โดยเฉพาะเครื่องดื่มและขนมขบเคี้ยว/ธัญพืชอัดแท่ง ในสหรัฐ IMO ถูกใช้เป็นแหล่งของใยอาหารเป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามยังมีการใช้เป็นสารให้ความหวานแคลอรี่ต่ำในอาหารหลากหลายชนิด เช่น เบเกอรีและผลิตภัณฑ์จากธัญพืช เนื่องจาก IMO มีความหวานประมาณ 50% ของน้ำตาลซูโครส จึงไม่สามารถแทนที่น้ำตาลในอัตราส่วนหนึ่งต่อหนึ่งได้ อย่างไรก็ตาม IMO มีผลข้างเคียงเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโอลิโกแซ็กคาไรด์อื่น ๆ ในกลุ่มเดียวกัน ดังนั้นโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตนี้จึงได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นจากผู้ผลิตอาหารทั่วอเมริกาเหนือและยุโรป

ผลข้างเคียง

โดยทั่วไป โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่ทนต่อการย่อยอาหารทั้งหมด รวมทั้ง IMO มีผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์เมื่อบริโภคในปริมาณที่มากกว่าระดับที่อนุญาต ปริมาณ IMO สูงสุดที่อนุญาตคือ 1.5 กรัม/กิโลกรัมของน้ำหนักตัว ซึ่งสูงกว่าสารทดแทนน้ำตาลอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม องค์การอาหารและยาสหรัฐ (FDA) ได้แนะนำให้บริโภค IMO สูงสุดไม่เกิน 30 กรัม/วัน ปริมาณที่สูงขึ้น (มากกว่า 40 กรัม/วัน) อาจทำให้เกิดอาการในระบบทางเดินอาหาร เช่น ท้องอืด, มีแก๊สในลำไส้, ถ่ายเหลว หรือท้องร่วง

ข้อมูลกฏระเบียบ

IMO และโอลิโกแซ็กคาไรด์อื่น ๆ ได้รับการอนุมัติมานานแล้วในประเทศจีนและญี่ปุ่น ในประเทศญี่ปุ่น IMO อยู่ในรายชื่ออาหารเพื่อการใช้เพื่อสุขภาพเฉพาะ (ญี่ปุ่น: 特定保健用食品, FOSHU) มานานกว่า 10 ปี ในปี พ.ศ. 2545 กว่าร้อยละ 50 ของอาหาร FOSHU ในญี่ปุ่นได้รวมโอลิโกแซ็กคาไรด์เป็นส่วนประกอบที่มีคุณสมบัติเฉพาะ บัญชีรายการประกอบด้วยอาหารหลายประเภทเช่น น้ำอัดลมและเครื่องดื่มอื่น, โยเกิร์ตแช่แข็ง, ผลิตภัณฑ์ขนม, สารให้ความหวาน, คุกกี้, ส่วนผสมในกาแฟ, ขนมปัง, เต้าหู้, ช็อคโกแลต และผสมในซุป มีการนำเข้า IMO ในประเทศสหรัฐในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่ไม่เคยมีการผลิตที่นั่นหรือได้รับการอนุมัติอย่างเป็นทางการจากองค์การอาหารและยาสหรัฐ ในปี พ.ศ. 2552 บริษัทในแคนาดา ไบโอนิวทรา (BioNeutra) ได้รับการอนุมัติจาก FDA ในรายการสสารที่โดยทั่วไปแล้วถือว่าปลอดภัย (GRAS) และจากกระทรวงสาธารณสุขแคนาดา (Health Canada) สำหรับ IMO หน่วยงานตรวจสอบความปลอดภัยด้านอาหารแห่งสหภาพยุโรป (EFSA) เพิ่งอนุญาตให้ไซโลโอลิโกแซ็กคาไรด์ (XOS) เป็นอาหารชนิดใหม่ (NF) ตามระเบียบ (EU) 2015/2283

ความพร้อมใช้งานเชิงพาณิชย์

IMO ผลิตในเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ในประเทศจีนและญี่ปุ่น อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์นี้ส่วนใหญ่บริโภคภายในประเทศหรือส่งออกไปยังประเทศเพื่อนบ้านในแถบเอเชีย ในประเทศญี่ปุ่น IMO วางตลาดภายใต้ชื่อทางการค้าหลายชื่อ เช่น IMO-900 และ IMO-800 เนื่องจากเป็นส่วนผสมอาหารชนิดใหม่ จึงไม่มีผู้ผลิต IMO ในอเมริกาเหนือและยุโรป จนกระทั่ง BioNeutra เริ่มผลิตผลิตภัณฑ์นี้ ซึ่งได้รับการอนุมัติให้ใช้ในแคนาดาโดยกระทรวงสาธารณสุขแคนาดาในปี พ.ศ. 2555 บริษัทในสหรัฐยังผลิตโอลิโกแซ็กคาไรด์ประเภทอื่น ๆ เช่น GOS, FOS และ XOS