Пищевые волокна это витамин

Пищевые волокна. Всё, что необходимо знать.

Виды пищевых волокон, их биологические функции, механизмы действия, источники. В статье будут рассмотрены такие виды пищевых волокон как: целлюлоза (клетчатка), гемицеллюлоза, лигнин, фитин, хитин, пектин, камеди и слизи.

Главная
Блог
Пищевые добавки
Пищевые волокна. Всё, что необходимо знать.

03.06.2019 14:56:47 2019-06-03T14:56:47 4581 здоровье здоровое_питание

Пищевые волокна. Всё, что необходимо знать.

Пищевыми волокнами принято называть углеводы, которые не перевариваются в тонком кишечнике человека, а перерабатываются бактериальной флорой толстого кишечника.

Пищевые волокна часто называют балластными веществами, потому что они не являются источниками энергии для организма. Все пищевые волокна в той или иной степени (от 30 до 85%) расщепляются в толстом кишечнике под действием ферментов бактерий. Энергия, которая при этом выделяется, используется бактериальной флорой для своей жизнедеятельности. При расщеплении образуются простые углеводы и газы (водород, метан), которые необходимы для регуляции работы толстого кишечника. Простые углеводы под действием бактерий превращаются в летучие органические кислоты. Только 1 % питательных веществ, которые образуются при расщеплении пищевых волокон, всасывается через стенки кишечника и попадает в кровоток.

Их принято делить на две большие группы:

Растворимые (пектины, камеди, слизи, декстраны, гемицеллюлоза). Способны впитывать воду, набухать и образовывать гелеобразную массу.
Нерастворимые (клетчатка, или целлюлоза, лигнин). Они также впитывают большое количество воды, проходят через весь желудочно-кишечный тракт, практически не подвергаясь изменениям.

ГЛАВНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ

Растворимые волокна выводят из организма тяжелые металлы, токсичные вещества, радиоизотопы, избыток холестерина, нормализуют уровень глюкозы в крови.

Нерастворимые волокна лучше удерживают воду, способствуя формированию мягкой эластичной массы в кишечнике и улучшая ее выведение из организма.

Все пищевые волокна содержаться только в продуктах растительного происхождения

ВИДЫ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН

Целлюлоза (клетчатка) — сложный углевод, состоящий из линейно соединенных молекул глюкозы (простого углевода), который формирует стенки растительных клеток. Попадая в кишечник, целлюлоза впитывает большое количество воды, помогает выводу из организма каловых масс, токсинов, радионуклидов, а также способствует нормализации уровня сахара в крови. Целлюлоза представлена несколькими видами, которые отличаются по физическим и химическим свойствам, однако все виды, целлюлозы входят в группу нерастворимых волокон.
Гемицеллюлоза — сложный углевод, представляющий собой соединение различных простых углеводов. Размер молекулы гемицеллюлозы меньше, чем у молекулы целлюлозы. Гемицеллюлоза входит в состав оболочек растительных клеток. Представлена несколькими видами, различными по своим свойствам. Гемицеллюлоза также впитывает много воды, способствуя усилению моторной функции кишечника, и помогает выводу из организма токсинов и ионов тяжелых металлов. Разные виды гемицеллюлозы входят в разные группы пищевых волокон: некоторые виды относятся к растворимым, некоторые — к нерастворимым пищевым волокнам.
Лигнин — сложное соединение, образованное связанными между собой молекулами ароматических спиртов. Образует наружный слой клеточной стенки растений, обеспечивает структуру и жесткость растительной клетки (одревеснение). В организме человека помогает выводить холестерин и избыток жирных кислот из желудочно-кишечного тракта, относится к нерастворимым пищевым волокнам.
Фитин, или фитиновая кислота — вещество, сходное по строению с целлюлозой содержится в семенах растений. Помогает выводить из организма избыток жирных кислот и радионуклиды.
Хитин — сложный углевод, который содержится в клеточной стенке грибов. По своему строению он похож на целлюлозу. Активно впитывает воду, помогает активизировать моторную функцию кишечника, выводит избыток жирных кислот из организма. Относится к нерастворимым пищевым волокнам.
Пектин — сложное углеводное соединение, которое в присутствии сахарозы и органических кислот образует гель (желе). Пектины входят в состав оболочки фруктов и ягод. Они активно выводят их организма холестерин, радионуклиды, тяжелые металлы и канцерогенные вещества (способствующие развитию злокачественных опухолей). Образуя в кишечнике гелеобразную массу, пектины впитывают излишки жиров, препятствуя их перевариванию, и выводят их с каловыми массами. Пектин относятся к растворимым пищевым волокнам.
Камеди, или гумми — сложные углеводы, не имеющие четкой структуры. Камеди содержатся в клеточном соке и придают ему вязкость. Наиболее известные агар-агар, гуммиарабик, гуаровая камедь. В кишечнике человека камеди связывают тяжелые металлы и избыток холестерина, выводя их из организма. Относятся к растворимым пищевым волокнам.
Слизи — смеси сложных углеводов. По своим свойствам они сходны с пектинами. и камедями, относятся к растворимым пищевым волокнам.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

— Улучшение работы желудочно-кишечного тракта

Механизм полезного действия пищевых волокон начинается уже в ротовой полости. Пищу, богатую волокнами, человек вынужден долго и тщательно пережевывать. При этом усиливается слюноотделение, которое способствует процессу переваривания углеводов. Кроме того, тщательное пережевывание пищи очищает и укрепляет зубы, стимулирует моторную функцию кишечника.

Раздражающее действие пищевых волокон на кишечные стенки также стимулирует их моторику. А способность пищевых волокон удерживать воду в количестве, в 5—30 раз превышающем собственную массу, значительно облегчает формирование каловых масс и ускоряет их выведение из организма.

Скорость эвакуации каловых масс из организма человека очень важна для здоровья. Сухие каловые массы, задерживаясь в кишечнике, способствуют накоплению и всасыванию через стенки кишечника токсинов и канцерогенных соединений, вызывающих постепенное отравление организма. Это может привести к развитию воспалений и злокачественных опухолей кишечника и других внутренних органов.

На пищевых волокнах развивается полезная кишечная микрофлора, использующая их для своей жизнедеятельности. Нормальная микрофлора кишечника способствует повышению иммунитета организма, синтезирует витамины группы В, аминокислоты и особые жирные кислоты, которые являются источником энергии для слизистой кишечника.

Пектины подавляют жизнедеятельность патогенной микрофлоры, которая усиливает процессы гниения и брожения в кишечнике.

Кишечные бактерии формируют слизь, защищающую стенки кишечника, способствуют лучшему усвоению витамина К и магния.

Таким образом, введение в рацион пищи, богатой растительными волокнами:

улучшает перистальтику кишечника;
повышает кишечную проходимость;
служит профилактике геморроя, полипов кишечника, аппендицита, опухолевых заболеваний, дискинезии;
улучшает состав кишечной микрофлоры;
защищает слизистую кишечника от повреждений;
подавляет процессы гниения и брожения в кишечнике.

— Нормализация работы печени и желчевыводящих путей

Пищевые волокна в рационе стимулируют выведение желчи и препятствуют ее застою в желчных путях. Они также снижают возможность образования желчных камней и ускоряют процесс обновления желчи в желчном пузыре.

Пищевые волокна ускоряют выведение из организма желчных кислот, избытка холестерина и уменьшают количество «плохого» холестерина в крови. Они снижают синтез жирных кислот в печени, препятствуя тем самым жировому перерождению печени (циррозу).

— Улучшение процессов обмена веществ

Растительные волокна уменьшают всасывание жиров в тонком кишечнике и положительно влияют на синтез фермента липазы, под действием которого происходит распад жиров.

Наличие пищевых волокон в пище существенно замедляет процесс переваривания углеводов. Углеводы начинают усваиваться только после частичного разрушения пищевых волокон кишечными бактериями. Постепенное переваривание углеводов предохраняет организм от резкого повышения уровня сахара в крови, усиленного синтеза инсулина и благотворно влияет на работу поджелудочной железы.

Пищевые волокна увеличивают синтез кишечными бактериями витаминов В (В2, В6, РР, фолиевой кислоты.)

Таким образом, пищевые волокна нормализуют углеводный и жировой обмены в организме, способствуют нормальному обмену витаминов группы В.

— Оздоровление кровеносных сосудов

Клетчатка способствует снижению уровня «плохого» холестерина в крови и, следовательно, риска развития атеросклероза сосудов. Особенно влияют на обмен холестерина яблочные и цитрусовые пектины.

— Детоксикация организма

Растительные волокна способны удерживать и выводить из организма пищевые токсины, в том числе и канцерогенные. Вместе с пищевыми волокнами выводятся непереваренные остатки пищи, вызывающие процессы гниения в кишечнике, и продукты гниения (например, аммиак).

Пищевые волокна связывают и выводят из организма ионы тяжелых металлов (свинца, стронция).

— Нормализация работы почек

Из пищевых волокон организм получает большое количество калия — минерала, способствующего выводу лишней воды из организма.

Сегодня медицина абсолютно уверена в том, что недостаточное количество пищевых волокон в ежедневном рационе повышает риск развития застойных и воспалительных процессов в кишечнике, запоров, опухолей, желчекаменной болезни, атеросклероза, ожирения, сахарного диабета, варикозного расширения вен и некоторых других заболеваний.

— Потребность организма в пищевых волокнах Разные источники указывают разные нормы потребления пищевых волокон для человека. Эта цифра колеблется от 25 до 60 г.

Важно понимать, что избыток пищевых волокон может усилить процесс газообразования в кишечнике, вызвать болевые ощущения при усиленной кишечной перистальтике и воспалительных процессах в кишечнике. В этих случаях необходимо снизить количество продуктов, богатых пищевыми волокнами, не употреблять овощи и фрукты в сыром виде.

При этом следует помнить, что, хотя во многих овощах и фруктах содержится большое количество растительных волокон, однако эти продукты богаты углеводами и не способствуют снижению массы тела вопреки общепринятому мнению. Для нормализации массы тела следует употреблять продукты с минимальным количеством усваиваемых углеводов (например, отруби).

Следует также учитывать, что пищевые волокна уменьшают всасывание многих витаминов и минералов в кишечнике (железа, магния, кальция, цинка и др.). Поэтому не рекомендуется потреблять их более 60 г в сутки.

Отруби — это твердые оболочки зерен, которые удаляются при их обработке и производстве муки. Наиболее известны как пищевые продукты (пшеничные, овсяные, ячменные, ржаные, кукурузные, рисовые отруби).

ИСТОЧНИКИ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН

Поскольку пищевые волокна долгое время считались ненужным балластом в рационе человека, многие продукты питания подвергались дополнительной очистке (рафинированию).

В настоящее время необходимость употребления пищевых волокон признана всеми. Злоупотребление рафинированными продуктами (сахаром, кондитерскими изделиями, осветленными соками и т. д.) привело к росту заболеваний толстой кишки, сахарного диабета, атеросклероза и ожирения.

Основными источниками клетчатки являются продукты растительного происхождения: изделия из муки грубого помола, пшено, бобовые, отруби, гречневая и ячневая крупы, орехи, сухофрукты, свекла, морковь, фрукты и ягоды.

Низким содержанием клетчатки характеризуются картофель, томаты, кабачки, рис.

Гемицеллюлоза содержится в пленках овса (овсяные отруби), семенах злаков.
Большое количество пектинов содержится в яблоках, сливах, черной смородине, свекле, цитрусовых.
Слизь в большом количестве содержится в зернах овса, семенах льна и морских водорослях.
Лигнин содержится в неочищенных семенах гречихи.
Основным источником хитина являются грибы.

Источник

Пищевые волокна и клетчатка

ПИЩЕВЫЕ ВОЛОКНА

ЗНАЧЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН В ПИТАНИИ

Для сохранения здоровья человеку необходимо кормить не только себя, но и населяющие желудочно-кишечный тракт микроорганизмы.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПИЩЕВЫХ ВОЛОКНАХ

Согласно Методическим рекомендациям МР 2.3.1.2432-08 (Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации) в группу пищевых волокон входят полисахариды, в основном растительные, которые в незначительной степени перевариваются в толстом кишечнике и существенно влияют на микробиоциноз, а также процессы переваривания, усвоения и эвакуацию пищи.

Физиологическая потребность в пищевых волокнах для взрослого человека составляет 20 г/сутки, для детей старше 3 лет 10-20 г/сутки.

Как известно, пищевые волокна это большая гетерогенная группа полисахаридов, которая относится к пребиотикам , и это та самая составляющая пищи, о которой в настоящее время так много говорят и которую, сами того не замечая, ежедневно исключают из рациона питания. Следует напомнит, что пребиотики — это углеводы, которые не расщепляются в верхних отделах желудочно-кишечного тракта (и др. продукты), и которые являются источником питания для нормальной микрофлоры кишечника. По устойчивости к бактериальной ферментации пищевые волокна делят на полностью ферментируемые, ферментируемые частично и неферментируемые. К первой группе относят пектин, камеди и слизи, ко второй – целлюлоза и гемицеллюлоза, третью группу составляет лигнин. Овощи и фрукты являются основными источниками первой группы пищевых волокон.

Биологическое действие пищевых волокон для здоровья человека поистине уникально .

Так, они удерживают воду, предотвращая образование каловых камней, влияя тем самым на осмотическое давление в желудочно-кишечном тракте, электролитный состав кишечного содержимого и массу фекалий, увеличивая их объем и вес, стимулируя в конечном итоге моторику желудочно-кишечного тракта.

Пищевые волокна адсорбируют желчные кислоты, регулируя их распределение в кишечнике и обратное всасывание, что непосредственно связано с уровнем потерь стероидов с фекалиями и обменом холестерина и регулирование обмена как желчных кислот, так и стероидных гормонов и холестерина. Эти соединения нормализуют среду обитания бактерий кишечника, благоприятствуя росту в первую очередь жизненно важных лакто- и бифидобактериий . Около 50% пищевых волокон, поступающих с пищей, используется микрофлорой толстой кишки.

Благодаря нормализации работы желудочно-кишечного тракта пищевые волокна препятствуют возникновению и развитию рака толстой кишки и других отделов кишечника. Высокие абсорбционные свойства и антиоксидантная активность способствуют выведению эндо- и экзотоксинов из организма. Пищевые волокна формируют гелеобразные структуры, ускоряя опорожнение желудка и скорость прохождения пищи через желудочно-кишечный тракт. Наконец, пищевые волокна препятствуют возникновению и развитию атеросклероза, гипертонии и диабета.

Преимущественная локализация пищевых волокон в оболочке семян, кожуре плодов и корнеплодов определяется защитными функциями, обеспечивающими сохранность плода и создающими оптимальные условия для прорастания зерна. Когда речь заходит о роли пищевых волокнах в здоровье человека, то, прежде всего, вспоминают их способность защищать организм от рака прямой кишки. Впервые на эту взаимосвязь обратил внимание Беркитт, отметивший удивительный факт крайне низкой частоты рака прямой кишки у населения большинства стран Африки, где диета богата пищевыми волокнами и витаминами. Существуют и другие не менее впечатляющие факты.

В Лос-Анджелесе у не пьющих и не курящих молочных вегетарианцев частота рака прямой кишки на 70 % ниже, чем у белого населения, проживающего в таких же экологических условиях. Число случаев рака прямой кишки резко возрастает у поляков и венгров, пуэрториканцев и японцев, приехавших на жительство в США и поменявших национальную диету, богатую пищевыми волокнами, на западную, характеризующуюся высокой степенью очистки продуктов питания (от пищевых волокон) и сравнительно большим потреблением жира.

Стремясь очистить продукты питания от неприглядных пищевых волокон, человек получил белоснежную муку, светлый рис, нежные тушеные овощи, сахар. Последствия, как мы видим, оказались катастрофическими. Вот характерный пример. В первую мировую войну команда самого быстроходного немецкого военного корабля-рейдера успешно пиратствовала в водах Атлантического океана. Это были сильные, молодые, хорошо обученные моряки немецкого флота. Захватывая корабли, они брали самые ценные по тем временам очищенные продукты (сахар, муку). В итоге через 8 месяцев такой жизни половина команды слегла, не будучи способной выполнять свои обязанности. В результате рейдер вошел в нейтральные воды Нью-Йорка и сдался.

В природе регулирование процессов расщепления и всасывания углеводов, выведение токсичных веществ из организма осуществляется посредством клетчатки пищи, или пищевых волокон. При недостатке последних создаются условия накопления сахара в крови (развитие сахарного диабета), повышения артериального давления, накопления токсических веществ, развитие рака прямой кишки.

Большую роль в возникновении рака прямой кишки играет высокое потребление жира, способствующее увеличению синтеза холестерина и желчных кислот печенью. В кишечнике они превращаются во вторичные желчные кислоты, производные холестерина и другие потенциально токсические соединения. Известно, что эти соединения разрушают слизистую прямой кишки, влияют на вязкость клеточных мембран и метаболизм простагландинов. Пищевые волокна, не усваиваясь организмом, способствуют перистальтике кишок, исключая застойные явления и связанные с ними токсикозы.

В целом антиканцерогенный эффект пищевых волокон связывают с:

увеличением объема стула (снижением времени нахождения продуктов распада в кишечнике, то есть меньшим временем контакта с канцерогенами; разбавлением канцерогенов)
адсорбированием (поглощением) желчных кислот и других потенциальных канцерогенов
понижением кислотности кала, что способствует замедлению процесса бактериального разрушения компонентов пищи до канцерогенов и дезактивации желчных кислот
уменьшением количества вторичных желчных кислот
ферментативным разрушением жиров до короткоцепочечных соединений

Соответствующие БАДы изготавливают из лузги зерна (самый распространенный пример – это пшеничные отруби), всевозможных жмыхов (сахарной свеклы, подсолнечника, амаранта, стахиса), люцерны, семян подорожника, и даже опилок сосны. И одновременно с этим выбрасывают кожуру овощей и фруктов, используют в пище высоко очищенное зерно, редко включая в рацион питания овощные блюда. Игнорируется важнейший экологический закон Коммонера: ≪Природа знает лучше≫, – что предполагает, что продукты растительного происхождения с высоким содержанием пищевых волокон являются оптимальными для здоровья человека.

Роль пищевых волокон в питании современного человека особенно велика в связи с тем, что мы живем в эпоху глобального экологического кризиса, когда, помимо естественных токсических веществ, образующихся при переваривании пищи (метаболитов холестерина и желчных кислот), огромное количество токсикантов попадает в организм извне с пищей, вдыхаемом воздухом, водой. Это и пестициды, и тяжелые металлы, и радионуклиды. Для выведения таких веществ из организма пищевые волокна оказываются незаменимы. Между тем при норме потребления 20-35 г в день жители Европы получают с пищей пищевых волокон не более 15 г.

Отсутствие ПВ в диете может привести к ряду патологических состояний, многие из которых так или иначе связаны с нарушением состава микрофлоры кишечника. С дефицитом ПВ связывают развитие ряда заболеваний и состояний, таких как рак толстой кишки, синдром раздраженного кишечника, запоры, желчекаменная болезнь, сахарный диабет, ожирение, атеросклероз, ИБС, варикозное расширение вен и тромбоз вен нижних конечностей и др.

Важнейшими источниками пищевых волокон для человека среди овощных культур являются бобовые, шпинат, капуста.

Исследования добавления в пищу овощей и фруктов показали, что такая коррекция рациона сама по себе приводит к снижению потребления жиров и рафинированных углеводов. Эти данные подтверждают предположение, что решение проблемы избыточного веса путем потребления в большем количестве овощей и фруктов является более предпочтительным подходом, чем путем ограничения в питании.

Овощные культуры широко используются для получения функциональных продуктов питания, обладающих пребиотическими свойствами. Хорошо известно, что микрофлора кишечника во многом определяет здоровье человека. Пребиотики, такие как пищевые волокна, олигосахариды и инулин, являются компонентами пищи, не разрушаемыми в желудочно-кишечном тракте, и обеспечивающими избирательное стимулирование роста и активности полезных бактерий кишечника, таких как бифидо- и лактобактерии.

Действие пребиотиков на здоровье человека, таким образом, не является прямым, а опосредовано через восстановление микрофлоры кишечника (особенно прямой кишки). Действительно, бифидобактерии стимулируют иммунную систему , способствуют синтезу витаминов группы В, ингибируют рост патогенных микроорганизмов , снижают уровень холестерина в крови, восстанавливают микрофлору кишечника после терапии антибиотиками. Лактобактерии способствуют усвоению лактозы при лактозной непереносимости, предотвращают запоры и диарею, повышают устойчивость к таким инфекциям как сальмонеллез. Установлено, что использование пребиотиков для повышения содержания бифидо- и лактобактерий в кишечнике является эффективным приемом против язвенного колита. Широкий спектр действия бифидо- и лактобактерий определяет успехи применения пребиотиков в лечении не только желудочно-кишечного тракта, но в повышении иммунитета слизистых оболочек, включая кожу и дыхательные пути, снижение риска сердечно-сосудистых заболеваний и ожирения, урогенитальных инфекций, вызванных патогенными микроорганизмами благодаря стимулированию роста лактобактерий. Добавление пребиотиков в продукты питания улучшают органолептические характеристики пищи.

Функциональные олигосахариды составляют промежуточную группу между простыми сахарами и полисахаридами и являются пищевыми волокнами и пребиотиками. Наиболее изучены пребиотические свойства таких олигосахаридов (фруктоолигосахариды, глюкоолигосахариды, изомалтоолигосахариды, олигосахариды сои, ксилоолигосахариды и малтитол).

Эти соединения

не стимулируют увеличение концентрации глюкозы в крови и секреции инсулина;
являются низкокалорийными компонентами пищи (около0–3 ккал/г субстрата);
неканцерогенны;
улучшают микрофлору кишечника, снижая количество патогенных бактерий и обеспечивая питание бифидо- и лактобактерий;
препятствуют развитию диареи и запоров;
улучшают абсорбцию кальция, магния, железа и других элементов в кишечнике.

Ожирение и диабет 2-го типа являются типичными заболеваниями современного западного общества. Диетические рекомендации при этих заболеваниях включают увеличение потребление пищевых волокон, контролирующих выделение глюкозы (Bennett et al., 2006). Диетические волокна связывают желчные кислоты и предотвращают их реабсорбцию в печени, таким образом, ингибируя синтез холестерина. Отдельные авторы также отмечают, что функциональные олигосахариды улучшают абсорбцию воды и электролитов в малой кишке, что снижает случаи диареи и сокращает сроки лечение.

Функциональные олигосахариды предотвращают развитие опухолей у человека (Chen & Fukuda, 2006). Возможные механизмы их действия в этих случаях включают снижение химической абсорбции канцерогенов путем ускорения опорожнения кишечника, улучшение питания бактерий и увеличение производства летучих жирных кислот , снижении рН фекалиев, что способствует выведению канцерогенов. Олигосахариды улучшают абсорбцию цинка, меди, селена, магния и железа, что чрезвычайно важно, например, при остеопорозе, когда наблюдается увеличение вымывания кальция из организма. Пищевые волокна поддерживают баланс уровня поступления кальция с диетой и типом пищевых волокон.

Последние исследования показывают, что функциональные олигосахариды проявляют антиоксидантные , антимутагенные , антибактериальные свойства.

2. КОРОТКО О КЛЕТЧАТКЕ

Клетчатка (в узком смысле) — целлюлоза, полисахарид, дающий при полном гидролизе глюкозу; входит в состав большинства растительных организмов, являясь основой клеточных стенок.

Компоненты клеточной оболочки являются продуктами жизнедеятельности клетки. Они выделяются из цитоплазмы и претерпевают превращения на поверхности плазмалеммы. Первичные клеточные стенки содержат из расчета на сухое вещество: 25% целлюлозы, 25% гемицеллюлозы, 35% пектиновых веществ и 1—8% структурных белков. Однако цифры весьма колеблются. Так, в состав клеточных стенок колеоптилей злаков входит до 60—70% гемицеллюлоз, 20—25 % целлюлозы, 10% пектиновых веществ. Вместе с тем клеточные стенки эндосперма содержат до 85% гемицеллюлоз. Во вторичных клеточных стенках больше целлюлозы. Остов клеточной оболочки составляют переплетенные микро- и макрофибриллы целлюлозы.

Целлюлоза, или клетчатка (С₆Н₁₀О₅)n, представляет собой длинные неразветвленные цепочки, состоящие из 3—10 тыс. остатков D-глюкозы, соединенных b-1,4-гликозидными связями. Молекулы целлюлозы объединены в мицеллу, мицеллы объединены в микрофибриллу, микрофибриллы объединены в макрофибриллу. Макрофибриллы, мицеллы и микрофибриллы соединены в пучки водородными связями. Структура микро- и макрофибрилл неоднородна. Наряду с хорошо организованными кристаллическими участками имеются паракристаллические, аморфные.

3. Классификация неперевариваемых углеводов (пищевых волокон)

Пищевые волокна (неусвояемые неперевариваемые углеводы, клетчатка, балластные вещества) — представляют собой вещества различной химической природы (все они являются полимерами моносахаридов и их производных), которые не расщепляются в тонкой кишке, а подвергаются бактериальной ферментации в толстой кишке.

Пищевые волокна поступают в организм человека с растительной пищей.

Названия «клетчатка» или «пищевые волокна» общеупотребимы, но в определенной мере являются ошибочным, поскольку материал, обозначаемый этим словом, не всегда имеет волокнистое строение, а некоторые виды неперевариваемых углеводов (пектины и смолы) вполне могут растворяться в воде. Наиболее корректное название данной группы веществ — неперевариваемые углеводы, однако, в литературе чаще всего применим термин «пищевые волокна — ПВ».

Существует шесть основных типов ПВ (схема 1). Химический анализ показал, что в основном это полисахариды. Но с этих позиций дефиниция волокон будет недостаточной, т.к. в диете присутствуют и другие полисахариды, например крахмал. Наиболее точно называть большинство фракций волокон некрахмальными полисахаридами. Далее они могут быть разделены на целлюлозу и нецеллюлозные полисахариды. К последним относятся гемицеллюлозы, пектин, запасные полисахариды, подобные инулину и гуару, а также растительные камеди и слизи. И, наконец, нецеллюлозные полисахариды можно разделить на водорастворимые и водонерастворимые компоненты. Лигнин не является углеводом и его следует рассматривать как отдельное волокно.

Схема 1. Основные типы пищевых волокон

По физико-химическим свойствам неперевариваемые углеводы подразделяют на 2 вида: растворимые в воде (их также называют «мягкими» волокнами), и нерастворимые (их часто называют «грубыми» волокнами).

Растворимые пищевые волокна впитывают воду и формируют гель, понижают уровень холестерина и сахара в крови. К этим «мягким» волокнам относятся пектины, камеди, декстраны, слизи, некоторые фракции гемицеллюлозы. Инулин также относится к растворимым пищевым волокнам.

Нерастворимые пищевые волокна проходят через желудочно-кишечный тракт практически в неизмененном виде, адсорбируют большое количество воды, влияют на моторику кишки. К таким «грубым» волокнам относятся целлюлоза, лигнин и часть гемицеллюлозы.

Нерастворимые пищевые волокна

Целлюлоза. Целлюлоза представляет собой неразветвленный полимер глюкозы, содержащий до 10 тысяч мономеров. Разные виды целлюлозы обладают разными свойствами и различной растворимостью в воде.

Целлюлоза широко распространена в растительных тканях. Она входят в состав клеточных оболочек и выполняют опорную функцию. Целлюлоза, так же как крахмал и гликоген, является полимером глюкозы. Однако вследствие различий в пространственном расположении кислородного «мостика», соединяющего остатки глюкозы, крахмал легко расщепляется в кишечнике, тогда как целлюлоза не атакуется ферментом поджелудочной железы — амилазой. Целлюлоза принадлежит к числу чрезвычайно распространенных в природе соединений. На ее долю приходится до 50 % углерода всех органических соединений биосферы.

Фитин. К пищевым волокнам также относят фитиновую кислоту – вещество, сходное по строению с целлюлозой. Фитин содержится в семенах растений.

Хитин. Хитин – полисахарид, имеющий сходную с целлюлозой структуру. Из хитина состоят клеточные стенки грибов и панцири раков, крабов и остальных членистоногих.

Гемицеллюлоза. Гемицеллюлоза образована конденсацией пентозных и гексозных остатков, с которыми связаны остатки арабинозы, глюкуроновой кислоты и ее метилового эфира. В состав различных типов гемицеллюлоз входят разнообразные пентозы (ксилоза, арабиноза и др.) и гексозы (фруктоза, галактоза и др.). Также как и целлюлоза, разные типы гемицеллюлозы обладают различными физико-химическими свойствами.

Гемицеллюлозы — полисахариды клеточной оболочки, весьма обширный и разнообразный класс растительных углеводов. Гемицеллюлоза способна удерживать воду и связывать катионы. Гемицеллюлоза преобладает в зерновых продуктах, а в большей части овощей и фруктов ее мало.

Лигнин. Лигнин является полимерным остатком древесины после ее перколяционного гидролиза, который проводится с целью выделения целлюлозы и гемицеллюлозы.

Лигнины – группа веществ безуглеводных клеточных оболочек. Лигнины состоят из полимеров ароматических спиртов. Лигнины сообщают структурную жесткость оболочке растительной клетки, они обволакивают целлюлозу и гемицеллюлозу, способны ингибировать переваривание оболочки кишечными микроорганизмами, поэтому наиболее насыщенные лигнином продукты (например, отруби) плохо перевариваются в кишечнике.

Растворимые пищевые волокна

На рисунке изображены растворимые пищевые волокна и их источники. Стоит отметить, что отсутствие растворимых пищевых волокон в рационе питания при наличии только лишь нерастворимых ПВ может привести к набору веса. Именно поэтому важно соблюдать баланс по видам пищевых волокон.

Пектин. Пектинами называют сложный комплекс коллоидных полисахаридов. Пектин представляет собой полигалактуроновую кислоту, в которой часть карбоксильных групп эстерифицирована с остатками метилового спирта.

Пектины — вещества, способные в присутствии органических кислот и сахара образовывать желе. Это свойство широко используется в кондитерской промышленности. Пектины входят в клеточный скелет ткани фруктов и зеленых частей растений. Важны сорбирующие свойства пектинов – способность связывать и выводить из организма холестерин, радионуклеиды, тяжелые металлы (свинец, ртуть, стронций, кадмий и др.) и канцерогенные вещества. Пектиновые вещества в заметных количествах находятся в продуктах, из которых можно сварить желе. Это слива, черная смородина, яблоки и другие фрукты. В них содержится около 1% пектина. Столько же пектина присутствует и в свекле.

Протопектины. Протопектины — это пектиновые вещества, группа высокомолекулярных соединений, входящих в состав клеточных стенок и межуточного вещества высших растений. Протопектины представляют собой особые нерастворимые комплексы пектина с клетчаткой, гемицеллюлозой, ионами металлов. При созревании фруктов и овощей, а также при их тепловой обработке эти комплексы разрушаются с освобождением из протопектина свободного пектина, с чем связано происходящее при этом размягчение фруктов.

Камеди (гумми). Гумми (камеди) являются разветвленными полимерами глюкуроновой и галактуроновой кислот, к которым присоединены остатки арабинозы, маннозы, ксилозы, а также соли магния и кальция.

Камеди – сложные неструктурированные полисахариды, не входящие в состав клеточной оболочки, растворимые в воде, обладающие вязкостью; они способны связывать в кишечнике тяжелые металлы и холестерин.

Слизи. Слизи представляют собой разветвленные сульфатированные арабиноксиланы.

Слизи, как пектин и камеди, – это сложные смеси гетерополисахаридов. Слизи широко представлены в растениях. Применяются в тех же случаях, что пектины и камеди. В пищевых продуктах наибольшее количество слизей содержатся в овсяной и перловой крупах и рисе. Слизей много в семенах льна и подорожника.

Альгинаты. Альгинаты — соли альгиновых кислот, в большом количестве содержащихся в бурых водорослях, молекула которых представлена полимером полиуроновых кислот.

4. Биологическая роль неперевариваемых углеводов (пищевых волокон) и их метаболизм

4.1. Метаболизм пищевых волокон

В соответствии с теорией сбалансированного питания в желудочно-кишечном тракте происходит разделение пищевых веществ на нутриенты и балласт. Полезные вещества расщепляются и всасываются, а балластные вещества выбрасываются из организма. Однако, по-видимому, в ходе естественной эволюции питание сформировалось таким образом, что становятся полезными не только утилизируемые, но и неутилизируемые компоненты пищи. В частности, это касается таких неутилизируемых балластных веществ, как пищевые волокна.

Пищевые волокна не являются источниками энергии. У человека они могут только частично расщепляться в толстой кишке под действием микроорганизмов. Так целлюлоза расщепляется на 30-40%, гемицеллюлоза — на 60-84%, пектиновые вещества — на 35%. Практически всю освобождающуюся при этом энергию бактерии кишечника используют на собственные нужды. Большая часть моносахаридов, образующихся при разложении пищевых волокон, превращается в летучие жирные кислоты (пропионовую, масляную и уксусную) и газы, необходимые для регуляции функции толстой кишки (водород, метан и др.).

Схема 2. Последствия метаболизма ПВ в толстой кишке (Вайнштейн С.Г., 1994)

Эти вещества могут частично всасываться через стенки кишечника, но в организм человека поступает лишь около 1% питательных веществ, образованных при расщеплении пищевых волокон. В энергетическом обмене эта доля ничтожна, и обычно этой энергией пренебрегают при изучении энергозатрат и калорийности рационов. Лигнин, которого довольно много в клеточных оболочках растительных продуктов, в организме человека совершенно не расщепляется и не усваивается.

4.2. Функции пищевых волокон в организме человека

Пищевые волокна отличаются по составу и по своим свойствам. Разные виды ПВ выполняют разные функции:

Растворимые волокна лучше выводят тяжелые металлы, токсичные вещества, радиоизотопы, холестерин.
Нерастворимые волокна лучше удерживают воду, способствуя формированию мягкой эластичной массы в кишечнике и улучшая ее выведение.
Целлюлоза абсорбирует воду, помогает вывести из организма токсины и шлаки и регулировать уровень глюкозы.
Лигнин помогает удалять холестерин и желчные кислоты, находящиеся в желудочно-кишечном тракте.
Камедь и гуммиарабик растворяются в воде, создавая чувство сытости.
Пектин предотвращает попадание в кровь избыточного холестерина и желчных кислот.

4.3. Биологические свойства пищевых волокон

ПВ начинают действовать еще во рту: пока мы пережевываем пищу, богатую клетчаткой, стимулируется слюноотделение, что способствует перевариванию пищи. Пищу с клетчаткой мы вынуждены пережевывать долго, и сформировавшаяся привычка тщательно пережевывать пищу улучшает работу желудка и очищает зубы.

Растительные волокна играют первостепенную роль в формировании каловых масс. Это обстоятельство, а также выраженное раздражающее действие клеточных оболочек на механорецепторы слизистой оболочки кишечника определяют их ведущую роль в стимуляции перистальтики кишечника и регуляции его моторной функции.

Балластные вещества удерживают воду в 5-30 раз больше собственного веса. Гемицеллюлоза, целлюлоза и лигнин впитывают воду за счет заполнения пустых пространств их волокнистой структуры. У неструктурированных балластных веществ (пектин и др.) связывание воды происходит путем превращения в гели. Таким образом, благодаря увеличению массы кала и прямому раздражающему действию на толстую кишку, нарастает скорость кишечного транзита и перистальтики, что способствует нормализации стула.

ПВ сокращают то время, которое пища проводит в желудочно–кишечном тракте. Длительная задержка каловых масс в толстой кишке вызывает накопление и всасывание канцерогенных соединений, что повышает вероятность развития опухолей не только в кишечном тракте, но и в других органах.

Дефицит пищевых волокон в питании человека ведет к замедлению кишечной перистальтики, развитию стазов и дискинезии; является одной из причин учащения случаев кишечной непроходимости, аппендицита, геморроя, полипоза кишечника, а также рака его нижних отделов. Существуют сведения, что отсутствие пищевых волокон в диете может провоцировать рак толстой кишки, а частота развития рака толстой кишки и дисбактериоза коррелирует с обеспеченностью пищевыми волокнами рационов питания.

Пищевые волокна оказывают нормализующее влияние на моторную функцию желчевыводящих путей, стимулируя процессы выведения желчи и препятствуя развитию застойных явлений в гепатобилиарной системе. В связи с этим больные с заболеваниями печени и желчных путей должны получать с пищей повышенные количества клеточных оболочек.

Обогащение диеты балластными веществами уменьшает литогенность желчи, нормализуя холатохолестериновый коэффициент и литогенный индекс путем адсорбции холевой кислоты и торможения ее микробной трансформации в дезоксихолевую, ощелачивает желчь, усиливает кинетику желчного пузыря, что является особенно полезным профилактическим мероприятием у лиц с риском развития холелитиаза.

Пищевые волокна повышают связывание и выведение из организма желчных кислот, нейтральных стероидов, в том числе холестерина, уменьшают всасывание холестерина и жиров в тонкой кишке. Они снижают синтез холестерина, липопротеидов и жирных кислот в печени, ускоряют синтез в жировой ткани липазы — фермента, под действием которого происходит распад жира, то есть положительно влияют на жировой обмен. Клетчатка способствует снижению уровня холестерина, а вместе с ним риска атеросклероза. Особенно выражено влияние на обмен холестерина у пектинов, в частности, яблочного и цитрусового.

Балластные вещества замедляют доступ пищеварительных ферментов к углеводам. Углеводы начинают усваиваться только после того, как микроорганизмы кишечника частично разрушат клеточные оболочки. За счет этого снижается скорость всасывания в кишечнике моно- и дисахаридов, и это предохраняет организм от резкого повышения содержания глюкозы в крови и усиленного синтеза инсулина, стимулирующего образование жиров.

Растительные волокна способствуют ускоренному выведению из организма различных чужеродных веществ, содержащихся в пищевых продуктах, включая канцерогены и различные экзо- и эндотоксины, а также продуктов неполного переваривания пищевых веществ. Волокнисто-капиллярное строение балластных веществ делает их натуральными энтеросорбентами.

Благодаря абсорбционной способности, пищевые волокна адсорбируют на себе или растворяют токсины, тем самым уменьшая опасность контакта токсинов со слизистой оболочкой кишечника, выраженность интоксикационного синдрома и воспалительно-дистрофических изменений слизистой оболочки. Пищевые волокна уменьшают уровень свободного аммиака и других канцерогенов, образующихся в процессе гниения или брожения или содержащихся в пище. Поскольку растительные волокна не всасываются в кишечнике, они быстро выводятся с каловыми массами из организма, причем одновременно из организма эвакуируются и сорбированные ими соединения.

Благодаря своим ионообменным свойствам, пищевые волокна выводят ионы тяжелых металлов (свинца, стронция), влияют на электролитный обмен в организме, электролитный состав фекалиев.

Микрофлора. Пищевые волокна являются субстратом, на котором развиваются бактерии кишечной микрофлоры, а пектины также являются питательными веществами для этих бактерий. В состав нормальной микрофлоры кишечника входит несколько сотен видов бактерий. Пищевые волокна используются полезными бактериями кишечника для своей жизнедеятельности; в результате этого увеличивается количество необходимых организму бактерий, что положительно сказывается на формировании каловой массы. При этом полезными бактериями образуются необходимые для организма человека вещества ( витамины , аминокислоты , особые жирные кислоты, которые используются клетками кишечника).

Часть условно патогенных бактерий усваивает питательные вещества с помощью биохимических процессов гниения и брожения. Пектины подавляют жизнедеятельность этих микроорганизмов, что способствует нормализации состава кишечной микрофлоры. Пищевые волокна стимулируют рост лактобацилл, стрептококков и уменьшают рост колиформ, влияют на метаболическую активность нормальной микрофлоры.

Из балластных веществ бактерии образуют короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК) — (уксусную, пропионовую и масляную), являющиеся источником энергии для кишечной слизистой оболочки, предохраняющие ее от дистрофических изменений, способствующие повышению абсорбции витамина К и магния.

Таблица 1. Некоторые эффекты низкомолекулярных метаболитов микрофлоры

Источник