| Title | Characterization of complex carbohydrates in food. Study of digestion and fermentation |
|---|---|
| Period | 03 / 1998 - 06 / 2004 |
| Status | Completed |
| URL | http://www.stw.nl/projecten/G/ggn4487.html |
| Research number | OND1280067 |
| Data Supplier | website Stichting Technische Wetenschappen STW |
| Reduction of the amount of fat in foods is important for the prevention of cardiovascular diseases and other Western diseases. Complex carbohydrates (starch and food fibres) may play an important role as fat substitutes. There is insufficient insight on how the body deals with these complex carbohydrates. Two main processes may be discerned, i.e.: 1. digestion in the ileum, followed by uptake of glucose in the blood. The increase of the glucose concentration in the blood is called the glycaemic response. 2. fermentation: decomposition in the colon to short-chain fatty acids (acetate, propionate and butyrate), leading to a specific fermentation profile. In this project it will be tried to characterize both main processes in detail. Use will be made of a new methodology: isotope ratio mass spectrometry: measuring the ratio 13C (stable isotope of carbon) versus 12C (normal carbon atom). There are some foods, e.g. maize products, that have a naturally raised 13C-12C ratio and therefore it is possible to trace the metabolic products (glucose, short-chain fatty acids, CO2) in the body. Maize starch (naturally enriched in 13C) will be given to healthy experimental persons, and subsequently 13C-glucose, total glucose and insulin response in the blood will be determined, as well as 13CO2 in the breath. In this way the endogenous influx and exogenic efflux may be determined, as well as the eventual metabolism. By means of these data a kinetic model will be developed, in which these processes are represented. Subsequently the experiments will be repeated with different types of maize starch, that have been preprocessed. Moreover matrix influences will be examined (addition of fat and protein) and finally maize starch may be baked in biscuits. In this way it is possible to measure the glycaemic response of starch, full fledged food products and meals. For characterizing the fermentation process resistant starch is used, that is only metabolized in the colon. Resistant maize starch is given to experimental persons and the metabolic products (several 13C-short-chain fatty acids) are determined in blood and faeces, and this enables the assessment of the fermentation pattern. In addition it is possible to derive a 13C-balance. Several pre-processed maize products will be studied as well as the effects of matrix (fats, proteins and food fibres). Finally the resistant maize starch will be baked in biscuits and the fermentation pattern and 13C-balance will be determined. Characterization of the starch digestion process is necessary for developing food products with a well-defined glycaemic response. This is particularly important for sportsters, people with frequent low glucose concentration in the blood and patients with metabolic diseases (e.g. diabetes mellitus). Characterization of the fermentation process is important for developing food products with a proper fermentation pattern, which may be important for the prevention of colon cancer, particularly for genetically high-risk patients. |
| Vermindering van de hoeveelheid vet in de voeding is belangrijk voor de preventie van hart- en vaatziekten en andere welvaartsziekten. Als vetvervangers kunnen complexe koolhydraten (zetmeel en voedingsvezels) een belangrijke rol spelen. Hoe het lichaam omgaat met deze complexe koolhydraten is onvoldoende bekend. Er zijn twee hoofdprocessen te onderscheiden, namelijk: 1. digestie: vertering in de dunne darm, gevolgd door opname van glucose in het bloed. De stijging van de glucoseconcentratie in het bloed wordt glycaemische respons genoemd. 2. fermentatie: afbraak in de dikke darm tot korte-keten vetzuren (acetaat, propionaat en butyraat), hetgeen aanleiding geeft tot een specifiek fermentatieprofiel. In dit project zal getracht worden de beide hoofdprocessen nader te karakteriseren. Hierbij zal gebruik gemaakt worden van een nieuwe methodologie: isotoop ratio massaspectrometrie: het meten van de ratio 13C (stabiel isotoop van koolstof) versus 12C (normaal koolstofatoom). Er zijn bepaalde voedingsmiddelen, bijv. maïsproducten, die van nature een verhoogde ratio 13C-12C hebben en de afbraakproducten hiervan (glucose, korte-keten vetzuren, CO2) kunnen derhalve in het lichaam worden getraceerd. Maïszetmeel (op natuurlijke wijze verrijkt in 13C) wordt gegeven aan gezonde proefpersonen, waarna 13C-glucose, totaal glucose en insulinerespons in het bloed worden bepaald, alsmede 13CO2 in de adem. Hiermee kunnen respectievelijk endogene influx en exogene efflux worden bepaald, alsmede de uiteindelijke verbranding. Met behulp van deze gegevens zal een kinetisch model worden opgesteld, waarin deze processen zijn weergegeven. Vervolgens worden de experimenten herhaald met verschillende typen maïszetmeel, die in verschillende mate voorbewerkt en ontsloten zijn. Tevens worden matrixinvloeden onderzocht (toevoeging van vet en eiwit) en tenslotte kan maïszetmeel worden meegebakken in biscuits. Op deze wijze kan de glycaemische respons van zetmeel, volwaardige voedingsproducten en maaltijden worden gemeten. Voor het karakteriseren van het fermentatieproces wordt gebruik gemaakt van resistent zetmeel, dat alleen in de dikke darm wordt afgebroken. Resistent maïszetmeel wordt aan proefpersonen gegeven en de afbraakproducten (diverse 13C-korte-keten vetzuren) worden bepaald in bloed en faeces, waardoor het fermentatiepatroon vastgesteld kan worden. Tevens kan een 13C-balans opgesteld worden. Verschillende voorbewerkte maïsproducten zullen worden bestudeerd, alsmede de effecten van matrix (vetten, eiwitten en voedingsvezels). Tenslotte zal resistent maïszetmeel worden meegebakken in biscuits en zullen het fermentatiepatroon en de 13C-balans worden bepaald. Karakterisering van het zetmeel verteringsproces is noodzakelijk voor het ontwikkelen van voedingsproducten, waarvan de glycaemische respons goed gedefinieerd is. Dit is met name belangrijk voor sporters, mensen die frequent last hebben van verlaagde glucoseconcentratie in het bloed en patiënten met bepaalde stofwisselingsziekten (bijv. diabetes mellitus). Karakterisering van het fermentatieproces is belangrijk voor het ontwikkelen van voedingsproducten met een 'juist' fermentatiepatroon, hetgeen belangrijk kan zijn voor preventie van dikke darmkanker, met name voor patiënten met een genetisch bepaald verhoogd risico. |
| Secretariat | Department of Pediatrics (RUG) |
|---|---|
| Financier | Technology Foundation (NWO) |
| Project leader | Prof.dr. R.J. Vonk |
|---|
| A34600 | Foods and stimulants |
|---|---|
| A70000 | Public health and health care |
| D21300 | Biochemistry |
| D21700 | Physiology |
Go to page top
Go back to contents
Go back to site navigation