2020年1月31日受稿,2020年2月27日受理 * 帯広大谷短期大学生活科学科 〒080-0335 北海道河東郡音更町希望が丘3番地3 ** 帯広畜産大学生命・食料科学研究部門 〒080-8555 北海道帯広市稲田町西2線11番地 デンプン)の存在を明らかにした。レジスタント スターチ(RS)は「健常人の小腸腔内で消化・吸 収されずに大腸に達するデンプンおよびデンプ ンの部分分解物の総称」と定義されており,物理 的,化学的性質からRS1 〜 RS4 の 4 つに分類さ れる4)。小腸での消化を受けずに大腸に達する点 において食物繊維と類似した働きが期待されるこ とから5),近年健康に寄与することができる機能 性成分として注目されている。その機能について は,血糖値の急な上昇を抑える効果や血中コレス テロールおよび中性脂肪を減少させる効果6),消 化されずに大腸に達するため,腸内細菌により発 酵されて短鎖脂肪酸を生成し,腸内pH を低下さ せて腸内環境を良好に保つ働き7)が報告されてい る。 また,RS については生活習慣病予防という観 点において,食物繊維と同様にこれまでにも多く 緒言 ジャガイモは,北海道十勝地区の基幹作物とし て存在し,指定野菜(令和元年5 月 7 日現在)のひ とつとして定められている1)。ジャガイモの栄養 主成分はデンプンであり,総食物繊維含量は生で 1.3g/100g,蒸しで 1.8g/100g,その 50 〜 70%程 度は不溶性食物繊維である2)。このほかにもビタ ミン,ミネラルなど栄養成分が豊富に含まれ,さ まざまな生体調節機能を担っている3)。 従来,デンプンは小腸でグルコースに分解され 吸収されると考えられてきたが,Englyst らは消 化抵抗性を示すレジスタントスターチ(難消化性 キーワード : 生ジャガイモデンプン,デンプンフレーク、レジスタントスターチ,腸内細菌叢,短鎖脂肪酸 生ジャガイモデンプンおよびその加工品のひとつであるドラムドライ加工デンプンフレー クについて,ラットを用いたin vivo試験により脂質代謝および腸内環境に与える影響を 比較検討した。生ジャガイモデンプン投与群では,血清中の総コレステロール濃度, non-HDL-コレステロール濃度,中性脂肪濃度が低下し,脂質代謝に有用な効果を持つ可能性が 示唆された。また,腸内環境では有害菌の抑制や盲腸内短鎖脂肪酸濃度の有意な増加がみら れ,盲腸内有害細菌の増殖を抑制して,盲腸内環境が改善された可能性が示唆された。これ らの効果はジャガイモに含まれるレジスタントスターチ(RS)によるものと考えられる。 生ジャガイモデンプンにはRSによるものと考えられる脂質代謝および腸内発酵への良好な 影響が確認された。しかし,生ジャガイモデンプンを加熱・糊化し,ドラムドライ加工によ り得られたデンプンフレークには同様の効果が見られず,生理特性の違いが明らかとなっ た。 要 約 :
門 利恵
*,石田 翼
**,島田謙一郎
**,韓 圭鎬
**,福島道広
**Rie KADO
*,
Tubasa ISHIDA
**,
Kenichiro SHIMADA
**,
Kyu-Ho HAN
**,
Michihiro FUKUSHIMA
**Effect of Raw Potato Starch and Potato Starch Flake on Lipid Metabolism and Intestinal Fermentation in Rats
生ジャガイモデンプンおよびデンプンフレークの
投与におけるラットの脂質代謝および腸内発酵への影響
の研究結果が報告されてきた8-10)。 ジャガイモデンプンは,澱粉粒自体に消化抵抗 性があり,その物理・化学的性質からRS2 とされ ている11)。また,ジャガイモデンプンには,グル コース糖鎖中にエステル結合したリン酸基が,リ ン含量換算で 500ppm 以上と,他のデンプンより 明らかに多く存在する12)。さらに,ジャガイモデ ンプンの消化の際には,リン酸基を有するオリゴ 糖が副生物として生じる13)。これは,消化酵素の 分解を受けづらくなる食物繊維様作用が起こりう る可能性を示唆している。 ジャガイモのRS 含量は,調理法と温度によっ て変化し14),加熱調理において糊化され消化酵素 により分解されやすい状態に変化するが,その後 冷却すると老化デンプン(RS3)となり,再び消化 性は低下する14, 15)。ジャガイモをドラムドライ加 工し生成されたRS3 を含むジャガイモフレーク が,その消化抵抗性により盲腸内の短鎖脂肪酸を 増加させたという報告がされている16)。しかしな がら,ジャガイモデンプン加工における腸内発酵 性や脂質代謝への影響についての報告は少ない。 本研究では,生ジャガイモデンプンおよびその 加工品のひとつであるドラムドライ加工デンプン フレークについて,ラットを用いたin vivo 試験 により脂質代謝や腸内環境に与える影響を比較検 討した。 実験方法 1.実験動物 実験動物は,7 週齢の Fischer 系雄ラット(日 本チャールズ・リバー株式会社,横浜,日本)15 匹を用いた。飼育条件は,明暗周期12 時間(明期 7:00 〜 19:00),室温 25 ± 1℃,湿度 60 ± 5% の 条件で個別に飼育した。1 週間の予備飼育の後, 各投与群間で体重に有意差が出ないように5 匹ず つ3 群に分け,実験食の投与期間を設けた。実験 動物の取り扱いについては,Guide of Care and Use of Laboratory(1985 年)に従った17)。 2.実験試料 デンプンフレークの調整は,生ジャガイモデ ンプンを用いて行った。4% デンプン溶液を調整 し,加熱により糊化させた後4℃で一晩放置し, ドラムドライヤーを用いて高温蒸気加熱乾燥し た。次に,乾燥試料をフードプロセッサーで粉末 化し,生ジャガイモデンプンとともに実験食に添 加する試料とした。実験食はAIN93(オリエンタ ル酵母工業,東京,日本)を基準食としたコント ロール食群(CN 群),生ジャガイモデンプン 30% 添加食群(RP 群),ドラムドライ加工デンプンフ レーク30% 添加食群(DP 群)とした。食餌組成を Table.1 に示す。 投与期間は4 週間とし,食餌および水は自由摂 取させた。摂取量は毎日,体重は毎週測定した。 投与期間終了前3 日間で糞便を採取し,- 30℃で 保存した。 投 与 実 験 終 了 後,ラ ッ ト は ネ ン ブ タ ー ル (sodium pentobarbital,Abbott Laboratories,
IL, USA)によって麻酔し,心臓,肝臓,盲腸,腎 臓周囲脂肪,精巣周囲脂肪を摘出した。盲腸は内 容物と盲腸壁に分けた。重量を測定後,液体窒素 で急速冷凍し,分析まで-80℃で保存した。 3.血清脂質成分の分析 毎週12 時間絶食後に採血し,得られた血液は 2 時間室温放置後遠心分離し,上澄みを血清とし た。 血 清 中 の 総 コ レ ス テ ロ ー ル,HDL コレステ ロール,LDL コレステロール,non-HDL コレス テロール,中性脂肪,遊離脂肪酸,リン脂質,アテ ローム性動脈硬化指数の測定は,酵素法(Assay kits for the TDX system; Abbott Laboratory Co., USA)で行った。総コレステロール濃度と HDL コレステロール濃度の差を,non-HDL コレ ステロールとした。 4.肝臓および糞便の中性ステロール濃度の測定 脂溶性物質の抽出は,Folch らの方法18)に従っ て行った。試料を凍結乾燥後,クロロホルム- メ
タノール混合溶液(2:1,v/v)で抽出を行い,全 脂質を得た。得られた全脂質をTLC に供して,ヘ キサン‐ジエチルエーテル‐酢酸(80:30:1, v/v/v) の展開溶媒内で展開し,中性ステロール画分を抽 出した。次に中性ステロール画分に無水酢酸:ピ リジン(1:1, v/v)を 0.1 mL 加え,封管中に窒素 を充填し室温暗所で一晩静置しメチルアセテート 誘導体を得た。Matsubara らの方法19)に従って, 中性ステロールアセテート誘導体の調整を行い, ガスクロマトグラフィー(GLC;GC-14A; 島津 製作所,京都,日本)に供した。 GLC は DB17 キャピラリーカラム(0.25 mm ×0.30 mm:J&W scientific, Folson, CA)を 用 いて55 kPa の窒素を移動相として,水素炎イオ ン化検出器で分析を行った。温度条件はカラム 260℃,試料注入部および検出器を 300℃とした。 中性ステロールの同定は試料と標準物質の相対 保持時間の比較によって行った。 5.糞便胆汁酸の分析 胆汁酸の抽出はGrundy らの方法20)に従って 行った。抽出した胆汁酸を減圧乾固し,ジアゾメ タンを5・6 滴加え 1 時間室温に放置しメチルエ ステル誘導体を得た。メチル化した胆汁酸を減 圧乾固し,無水酢酸:ピリジン(1:1, v/v)を 0.1 mL 加えた。封管中に窒素を充填し室温暗所で一 晩静置しメチルアセテート誘導体を得た。 得られた試料に,クロロホルム1 mL,メタノー ル:水(10:9, v/v)混合液を 1.9 mL を加え,1 分 間攪拌後2000 rpm,4℃で 10 分間遠心分離を行 い, 上層である水層を除去した。下層にメタノー ル:水(10:9, v/v)混合液添加から水槽除去ま での操作を3 回繰り返した後,残った下層のクロ ロホルム層を減圧濃縮により乾固させた。これを 0.1mL のアセトンで溶解し,このうち 1 μ L をガ スクロマトグラフィー(GC-14A)に供した。 GLC は 4.と同様にし,カラム温度のみ 270℃ とした。 リトコール酸,ケノデオキシコール酸,デオキ シコール酸およびコール酸の同定は試料と標準物 質の相対保持時間の比較によって行った。また, リトコール酸,ケノデオキシコール酸,デオキシ コール酸およびコール酸の和を総胆汁酸とした。 6.盲腸内 pH の測定 盲腸内容物約1g を超純水で希釈し 10 ㎖とし, pH メーター(SevenCompact, メトラー・トレ ド株式会社,東京,日本)によりpH を測定した。 この懸濁液から1 ml をエッペンチューブに移し, 盲腸内細菌叢分析用は4℃で保管し,短鎖脂肪酸 分析用は-30℃で保管した。 7.盲腸内細菌叢の分析 大 腸 菌 群 は パ ー ル コ アEMB 寒天培地(栄研 化学株式会社,東京,日本),一般嫌気性細菌は BL 寒天培地(栄研化学株式会社)にウマ脱繊維 血液を添加した培地を用いた。また,乳酸菌は M.R.S.寒天培地(関東化学株式会社,東京,日本), Lactobacillus には Rogosa 寒天培地(関東化学株 式会社),Bifidobacterium は TOS プロピオン酸 寒天培地(ヤクルト薬品工業株式会社,東京,日 本)を用いた。各培地は表記通りの滅菌処理を行 い測定に用いた。 盲腸内容物懸濁液より,滅菌生理食塩水を用い て10 倍希釈系列を作成し,細菌叢を解析した。 大 腸 菌 群,一 般 嫌 気 性 菌,Lactobacillus, Bifidobacterium は平板塗抹法により測定し,乳 酸菌は混釈培養法により測定した。 一般嫌気性菌,Lactobacillus,Bifidobacterium はガスパック法に従い,嫌気ジャー(三菱ガス化 学株式会社,東京)を用いて一般嫌気性菌および Lactobacillus は 37℃,48 時間,Bifidobacterium は72 時間嫌気的に培養を行った。大腸菌群およ び乳酸菌は37℃,48 時間の培養を行った。 培養後,各培地で形成されたコロニー数(Colony Forming Units;CFU)を計測し,測定値の対数 を求めた21-23)。 8.盲腸内短鎖脂肪酸の分析 盲腸内容物懸濁液を10,000rpm,4℃で 10 分間
遠心分離し,得られた上清0.5ml に 70% 過塩素酸 水溶液を25 μ l 加え,攪拌後に 10,000rpm,4℃ で30 分間遠心分離した。最後に得られた上清を 高速液体クロマトグラフィー(HPLC)用ディス ポーザブルフィルター(東ソー株式会社,東京, 日本)に通し,調整試料を得た。このうち,10 ㎕ を高速液体クロマトグラフ(HPLC;LC-10AD,島 津製作所,京都,日本)に供し, 短鎖脂肪酸を測定 した。 HPLC は,有機酸分析用充填カラム(RSpak KC-811,8.0mm × 300mm,Shodex,東 京,日 本)を使用した。3mM 過塩素酸を溶離液,0.1mM BTB・15mM Na2HPO4を反応液とし,流速はそ れぞれ0.7ml/min,1.2ml/min,カラム温度 60℃, 445nm の吸光値を測定した。 酢酸,プロピオン酸および酪酸の同定は試料と 標準物質との相対保持時間の比較により行った。 試料中の短鎖脂肪酸の定量にはクロマトパック から得た標準物質とのピーク面積の比較により求 め,3 種の短鎖脂肪酸の合計を総短鎖脂肪酸とし た。 9.統計処理 それぞれのデータは平均値±標準偏差で表し た。データ間の有意差検定はTukey-Kramer test の多重比較検定法を使用し,p<0.05を有意差とし た。 結果 1.体重,摂取量,糞便排泄量および臓器重量 Table.2 に実験食投与期間中のラットの体重増 加量,摂食量,摂食効率,肝臓重量,盲腸重量およ び糞便重量を示した。体重増加量では,CN 群に 対してRP 群で有意に低い値を示し,DP 群で有意 に高い値を示した。摂取量に各群の有意な差はみ られなかった。摂取効率は,CN 群に対して RP 群 で有意に低い値を示した。肝臓重量には,各群の 有意な差はみられなかった。盲腸重量および糞便 重量は,CN 群に対して RP 群で有意な増加がみ られた。 2.血清脂質濃度 Fig.1 に血清中生化学成分の濃度変動を示し た。総コレステロール濃度は,CN 群に対して RP 群で1 週目以降有意な減少がみられた。DP 群は CN 群と比較し 2 週目以降増加の傾向がみられ た。HDL コレステロール濃度は,各群の有意な差 はみられなかった。LDL コレステロール濃度は, CN 群と比較して RP 群で 3 週目から 4 週目に有 意な増加がみられた。non-HDL コレステロール 濃度は,CN 群と比較して RP 群で 1 週目以降有意 な減少がみられ,DP 群で増加傾向を示した。中 性脂肪濃度は,CN 群と比較して RP 群で 1 週目以 降有意な減少がみられた。DP 群は CN 群に対し 1 週目に有意な増加がみられたが,2 週目以降は同 じレベルでの推移を示した。遊離脂肪酸濃度は, CN 群と比較して RP 群で 1 週目から 2 週目に有 意な低下がみられた。DP 群は CN 群に対し,2 週 目以降は同じレベルでの推移を示した。リン脂質 濃度は,CN 群と比較して RP 群で 1 週目以降有意 な減少がみられた。アテローム性動脈硬化指数濃 度は,CN 群と比較して RP 群で 1 週目以降有意な 減少がみられた。DP 群は CN 群に対し 1 週目から 2 週目に有意な増加がみられたが,その後は同じ レベルでの推移を示した。 3.肝臓および糞便中の脂質濃度 肝臓中の全脂質およびコレステロール濃度に, 各群の有意差はみられなかった(Fig.2)。 糞便中の全脂質濃度は,各群の有意差はみら れなかった。コレステロール濃度は,CN 群に対 してRP 群で有意な増加がみられた。コプロスタ ノール濃度は,CN 群に対して RP 群で有意な減 少がみられた。中性ステロール濃度には,各群の 有意差はみられなかった(Fig.3)。 4.糞便中の胆汁酸濃度 Fig.4 に糞便中の胆汁酸濃度を示した。リト コール酸濃度およびコール酸濃度は,CN 群に対 してRP 群で有意な減少がみられた。デオキシ コール酸濃度に各群有意差はみられなかった。ケ
ノデオキシコール酸濃度は,RP 群で減少傾向を 示し,DP 群で増加増加傾向を示した。総胆汁酸 濃度は,CN 群と比較して RP 群で有意な減少が みられた。 5.盲腸内細菌叢 Fig.5 に,盲腸内細菌叢を示した。大腸菌群数 お よ びLactobacillus 菌数に各群有意差はみら れなかった。一般嫌気性細菌数,乳酸菌数および Bifidobacterium 菌数は,CN 群と比較し RP 群で 有意に増加していた。 6.盲腸内pHおよび短鎖脂肪酸濃度 盲腸内pH は,CN 群に対して RP 群で有意な低 下がみられた(Fig.6)。 酢酸濃度は,CN 群に対して RP 群で有意な増 加がみられた。プロピオン酸濃度は,CN 群に対 してRP 群で有意な増加がみられ,DP 群でも増加 がみられた。酪酸濃度は,CN 群に対して RP 群で 有意な増加がみられた。盲腸内総短鎖脂肪酸濃度 は,CN 群と比較して RP 群で有意な増加がみら れた(Fig.7)。
Table.2. Body weight gain, food intake, fecal and organ weights in rats fed potato flake starch for 4 weeks
Value are means ± standard deviation for five rats. Mean within the same row different superscripts are significantly different (P<0.05).
Table.2. Body weight gain, food intake, fecal and organ weights in rats fed potato flake starch for 4 weeks
CN RP DP
Initial body weight(g) 175±6 175±6 175±9 Final body weight(g) 227±9ab 208±12b 238±10a
Body weight gain(g/4wk) 51.8±3.8ab 33.7±9.9b 62.9±17.8a
Food intake(g/4wk) 372±24 350±24 386±25 Feed efficiency 0.14±0.01a 0.10±0.03b 0.16±0.04a
Liver weight(g/100g BW) 3.54±0.13 3.32±0.22 3.55±0.14 Cecum weight(g/100g BW) 1.10±0.26b 8.01±1.06a 1.33±0.24b
Fecal weight(g/day) 1.00±0.17b 2.47±0.17a 0.96±0.08b
Table.1. Composition of the experimental diet(%).
CN : control diet, RP : Raw potato starch, DP : Drum-dried potato starch flake
CN RP DP Casein 20 20 20 L-cystein 0.3 0.3 0.3 Soybean oil 5 5 5 Mineral 3.5 3.5 3.5 Vitamin 1 1 1 Choline chloride 0.25 0.25 0.25 TBHQ 0.0014 0.0014 0.0014 Sucrose 10 10 10 Cellulose 5 5 5
Raw potato starch - 30
-Drum-dried potato starch flake - - 30
Corn starch to 100 to 100 to 100
Fig.1.Serum lipid concentrations in rats fed control diet(CN),Raw potato starch(RP), Drum-dried potato starch flake(DP) for 4weeks.
Value are means for five rats, with standard deviation indicated by vertical bars. A different letter above each bar indicates a significant difference (P<0.05).
0.35 0.40 0.45 0.50
0wk 1wk 2wk 3wk 4wk
Feeding period (week)
HDL-cholesterol(mmol/l) CN RP DP 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0wk 1wk 2wk 3wk 4wk
Feeding period (week)
Phospholipid(mmol/l) CN RP DP a a a a a a a a b b b b 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 0wk 1wk 2wk 3wk 4wk
Feeding period (week)
Total cholesterol(mmol/l) CN RP DP a ab a a a a b b b b ab ab 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0wk 1wk 2wk 3wk 4wk
Feeding period (week)
LDL-cholesterol(mmol/l) CN RP DP a a b b b b 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0wk 1wk 2wk 3wk 4wk
Feeding period (week)
non-HDL-cholesterol(mmol/l) CN RP DP ab c a a a a a a b b b b 400 650 900 1,150 1,400 0wk 1wk 2wk 3wk 4wk
Feeding period (week)
Free fatty acid(mmol/l)
CN RP DP a a a a b b 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 0wk 1wk 2wk 3wk 4wk
Feeding period (week)
Triglyceride(mmol/l) CN RP DP a a a a a a a b b b c b 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0wk 1wk 2wk 3wk 4wk
Feeding period (week)
Arteriosclerotic index CN RP DP a a a a a a b b b b c c
Fig.2.Liver total lipid concentration (A) and liver cholesterol concentration (B) in rats fed control diet(CN),Raw potato starch(RP), Drum-dried potato starch flake(DP) for 4weeks.
Value are means for five rats, with standard deviation indicated by vertical bars. A different letter above each bar indicates a significant difference (P<0.05).
Fig.3.Fecal total lipid concentration (A),fecal cholesterol concentration (B),fecal coprostanol concentration (C), and fecal neutral sterol concentration (D) in rats fed control diet(CN),Raw potato starch(RP), Drum-dried potato starch flake(DP) for 4weeks.
Value are means for five rats, with standard deviation indicated by vertical bars. A different letter above each bar indicates a significant difference (P<0.05).
0 5 10 15 20 25 30 35 40 CN RP DP )gt e w/l o mμ( di pil lat ot re viL A 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 CN RP DP Li ve r c hole ste ro l(μ mol/ w etg) B 0 1 2 3 4 5 6 CN RP DP Fecal chole ste ro l(mg/f ec es /d ay) a b b B 0 0.5 1 1.5 2 2.5 CN RP DP )y ad /s ec ef/ g m(l on ats or po cl ac eF a a b C 0 1 2 3 4 5 6 CN RP DP Fecal ne ut ral ste ro l(mg/f ec es /d ay) D 0 10 20 30 40 50 CN RP DP )y ad /s ec ef/ g m( di pil lat otl ac eF A
Fig.4.Fecal lithocholic acid concentration (A),deoxycholic acid concentration (B),chenodeoxycholic acid concentration (C),cholic acid concentration (D) and total bile acid concentration (E) in rats fed control diet(CN),Raw potato starch(RP),Potato starch flake(SF) for 4weeks.
Value are means for five rats, with standard deviation indicated by vertical bars. A different letter above each bar indicates a significant difference (P<0.05).
0 0.4 0.8 1.2 1.6 CN RP DP Tota l bi le aci d( μmol/ fece s/d ay) a a b E 0 0.2 0.4 0.6 CN RP DP )y ad /s ec ef/l o mμ( dic ai cil oh co hti L a a b A 0 0.2 0.4 0.6 CN RP DP )y ad /s ec ef/l o mμ( dic ai cil oh C a a b D 0 0.05 0.1 0.15 CN RP DP Ch enod eoxycho lic ia ci d( μmol/ fece s/d ay) ab a b C 0 0.1 0.2 0.3 0.4 CN RP DP Deoxycho lic iac id( μmol/ fe ce s/d ay) B
Fig.5.Cercal coliform bacteria level (A),anaerobic bacteria level (B),lactic acid bacteria level (C),Lactobacillus level (D) and Bifidobacterium level (E) in rats fed control diet(CN),Raw potato starch(RP), Drum-dried potato starch flake(DP) for 4weeks.
Value are means for five rats, with standard deviation indicated by vertical bars. A different letter above each bar indicates a significant difference (P<0.05).
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CN RP DP )t net no cl ac ec g/ ufc 01 gol (s ulli ta bot ca L D 0 2 4 6 8 10 CN RS SF )t net no cl ac ec g/ ufc 01 gol (ai ret ca b mr ofil oC A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CN RP DP Lac tic ac id bacte ria( log10 c fu /g c eca l c onte nt) b a b C 0 2 4 6 8 10 12 14 CN RS SF An aerobi c b ac ter ia( log10 c fu /g c eca l content) a b b B 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CN RP DP Bifi dba tie riu m (lo g1 0 cf u/ g ce cal co nt en t) b b a E
Fig.7.Cercal short-chain fatty acid concentrations in rats fed control diet(CN),Raw potato starch(RP), Drum-dried potato starch flake(DP) for 4weeks.
Value are means for five rats, with standard deviation indicated by vertical bars. A different letter above each bar indicates a significant difference (P<0.05).
Fig.6.Cercal pH in rats fed control diet(CN),Raw potato starch(RP), Drum-dried potato starch flake(DP) for 4weeks.
Value are means for five rats, with standard deviation indicated by vertical bars. A different letter above each bar indicates a significant difference (P<0.05).
4 5 6 7 8 CN RS SF Cecal pH a b a 0 500 1000 1500 2000 CN RP DP Acetic acid(μmol/ml) a b b 0 500 1000 1500 2000 2500 CN RP DP
Total short-chain fatty acid(μmol/ml)
a b b 0 50 100 150 200 250 300 CN RP DP Butyric acid(μmol/ml) a b b 0 50 100 150 200 250 CN RP DP Propionic acid(μmol/ml) a ab b
考察 生ジャガイモデンプンおよびその加工品のひと つであるドラムドライ加工デンプンフレークを ラットに投与したときの,脂質代謝や腸内環境に 与える影響を比較検討した。 アミロース含量が高いジャガイモデンプンは, 澱粉粒自体に消化抵抗性があることからレジス タントスターチ(RS)として知られ,物理・化学 的性質から24),RS2 に分類される。RS は,盲腸に おける発酵基質となり短鎖脂肪酸の産生に寄与す る水溶性食物繊維のような働きと,盲腸内容物の 増加特性や糞便の腸内通過時間の短縮効果を持つ 不溶性食物繊維のような働きを,両方合わせもっ ている25)。盲腸の肥大は,発酵性の高い炭水化物 が消化されずに盲腸に達した量により起こる26)。 RS と同じく,腸内で消化・吸収されにくい高ア ミローストウモロコシデンプンをラットに投与し た結果,盲腸重量が約4.6 倍に増加したという結 果もある27)。本研究では生ジャガイモデンプン摂 取群において盲腸重量,糞便重量が有意に増加し た。 RS は胃や小腸でグルコースに分解されず,そ の含有量が多いほど血糖値上昇やインスリン分泌 抑制作用により,グルコースの取り込みも抑制さ れる28)。これは脂質合成にも影響を与える29)こ とから,今回,生ジャガイモデンプン摂取群での 有意な体重量低下に影響を与えたと考えられる。 Yadav ら(2006 年)は,甘藷をスチーム加熱後ド ラムドライ加工することで,非加熱のものと比較 してデンプン構造の空洞部分が増加し,消化酵 素による消化性が上昇すると報告している30)。ま た,小麦全粒粉をドラムドライ加工することで, 小麦中のタンパク質の消化性が増すという報告 もある31)。ドラムドライ加工デンプンフレーク摂 取による有意な体重増加は,デンプンおよびたん ぱく質の消化性が向上し,体内へ吸収されやすく なった可能性が示唆される。 大腸内発酵により産生される短鎖脂肪酸は,コ レステロールや脂質の生合成を抑制する効果32) がある。また,RS による短鎖脂肪酸の増加が脂 質代謝に対して影響を及ぼす報告がある33)。RS には,血清中のコレステロールおよび中性脂肪を 低下させる効果を示す報告もある6)。Fukushima らは金時豆中のRS により,血清中の総コレステ ロール濃度,non-HDL- コレステロール濃度,ト リグリセリド濃度が低下することを報告しており 34, 35),今回の生ジャガイモデンプンを摂取した場 合の結果と一致する。 発酵パターンに違いはあるが,プロピオン酸濃 度は,ドラムドライ加工デンプンフレーク摂取群 でも増加傾向がみられた。盲腸内の酢酸量および プロピオン酸量と肝臓コレステロール含量が,負 の相関関係を示すことがKoseki ら36)により報告 されている。しかし,今回は肝臓の全脂質および コレステロール濃度に各群の有意差は見られな かった。短鎖脂肪酸の組成が,コレステロール低 下に寄与していることに関しては支持する報告が 多いが,Hara らは,プロピオン酸のみではコレス テロール効果はなく,発酵産物の中でも酢酸の存 在が必須であることを報告している37)。どの短鎖 脂肪酸がどのようなメカニズムで有効なのかにつ いて検証していく必要がある。 糞便中の中性ステロール濃度において,コプロ スタノールが生ジャガイモデンプン摂取群で有意 に低下していた。これは,pH 低下によるコレス テロールからコプロスタノールへの変換抑制38) によるものだと推察される。Hylla らのヒトでの 実験39)にも同様の結果があり,腸内発酵により産 生された発酵産物による間接的な影響が考えられ る。 一般的に,食物繊維やRS の摂取は糞便中の胆 汁酸排泄を増加させる16,40)という報告が多いが, 生ジャガイモデンプン摂取群において,糞便中の 総胆汁酸濃度の有意な低下がみられた。腸内嫌気 性菌の増加が,胆汁酸のミセル結合阻害および脂 肪吸収抑制に働くと同時に,脂肪便を引き起こす 報告がある41)。また,高コレステロール血症治療 薬コレスチミドは,胆汁酸のミセル形成阻害,脂 肪吸収抑制および糞便量の増加により,血中コレ ステロールの低下と便中総胆汁酸排泄の効果を持
つとされている42)。今回,生ジャガイモデンプン 摂取群は盲腸内の嫌気性菌数が有意に増加し,糞 便量の増加も見られることから胆汁酸濃度に関与 している可能性が考えられる。 ヒトの大腸内には数百種以上の細菌が存在し, 腸内細菌叢を構成している43)。RS の摂取により Lactobacillus お よ びBifidobacterium を 増 加 さ せたという研究結果がある44)。今回は,生ジャ ガ イ モ デ ン プ ン 摂 取 群 でAnaerobic bacteria , Lactobacillus お よ びBifidobacterium に 有 意 な 増加がみられた。発酵産物は腸内微生物組成に影 響を及ぼす。Dongowski ら45)は腸内発酵が高濃 度の酪酸産生によって増加し,酪酸の増加によっ て腸内 pH を低下させることを報告している。腸 内でのpH 低下は,E.Coli や Clostridium などの 有害菌や腐敗を抑制する働きがある46)。Kleessen らはジャガイモのRS をラットに与えることで Lactobacillus などが増加し,酢酸などの短鎖脂 肪酸が生成されてpH の低下を誘発,腸内環境を 改善することを示唆している47)。本研究において も,生ジャガイモデンプン摂取によりpH の有意 な低下がみられた(Fig.6)。pH 感受性の盲腸内有 害細菌の増殖を抑制して,盲腸内環境が改善され た可能性が示唆される。 腸内環境の改善に重要な役割を果たす短鎖脂 肪酸濃度は,生ジャガイモデンプン摂取群におい て有意な増加がみられた。RS は,ラットにおい て短鎖脂肪酸産生の増加効果が報告されている 48)。生ジャガイモデンプンを添加した食餌をラッ トに摂取させることにより,糞便中の各短鎖脂肪 酸量および総短鎖脂肪酸量が増加した報告もあ る47)。短鎖脂肪酸の中でも,酢酸とプロピオン酸 は肝臓のエネルギー代謝に利用され,酪酸は大腸 上皮細胞のエネルギー源および免疫調節物質と しての働きをもつ49)。デンプンは食物繊維と比較 し,酪酸の生成比率が高い発酵基質である50)。ま た,RS が酪酸産生を増加させるという報告があ る51, 52)。Mathers & Dawson53)は,数種のジャガ イモを摂取させたラットの盲腸で酪酸濃度と滞留 時間との間に負の相関関係があることを報告し, Ferguson ら54)は,より高濃度の酪酸は消化を刺 激して,糞便重量を増加させることを報告してい る。本研究でも,生ジャガイモデンプン摂取群に おいて盲腸内総短鎖脂肪酸濃度および総短鎖脂 肪酸に対する酪酸の割合が上昇傾向にあった。生 ジャガイモデンプン摂取による盲腸重量および糞 便重量の増加傾向は,RS による盲腸内酪酸濃度 の増加と大腸滞留時間の短縮による可能性も考え られる。 本研究により,生ジャガイモデンプンにはRS によるものと考えられる脂質代謝および腸内発酵 への良好な影響が確認された。しかし,生ジャガ イモデンプンを加熱・糊化し,ドラムドライ加工 により得られたデンプンフレークには同様の効果 が見られず,生理特性の違いが明らかとなった。 参考文献 1) 農林水産省,野菜指定産地の指定状況 ,http:// www.maff.go.jp/j/seisan/ryutu/yasai/y_law/ attach/pdf/index-3.pdf, (2020/1/17) 2) 文部科学省科学技術・学術審議会資源調査分 科会報告:七訂日本食品標準成分表(2015)独 立行政法人国立印刷局
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