Целлюлоза и клетчатка в чем разница
Клетчатка – ключ к долгой и здоровой жизни
Photo by Tijana Drndarski on Unsplash
Клетчатка и пищевые волокна – в чем разница?
Пищевые волокна – это сложные углеводы. Являясь структурной частью растений, они содержатся в растительной пище: овощах, фруктах, цельнозерновых, бобовых и орехах. Этот тип углеводов не перерабатывается организмом человека, но является основной пищей для здоровой микрофлоры кишечника. Если исключить растительные волокна из рациона, полезным бактериям просто не откуда будет брать силы на борьбу с различными вирусами и патогенами, что приведет к ослаблению иммунитета (а этого нам бы не хотелось в условиях пандемии).
Существует два вида растительных волокон: растворимые и нерастворимые. Растворимые пищевые волокна в основном находятся в мякоти растительных продуктов, а нерастворимые или «грубые волокна» – в оболочках или стеблях. Например, внутренность сливы включает растворимое волокно, а шкурка – нерастворимое.
Несмотря на то, что растворимые и нерастворимые пищевые волокна, как правило, одновременно встречаются в одних и тех же продуктах, они играют различные роли в укреплении здоровья человека. Первые нормализуют уровни сахара, инсулина и холестерина в крови. Вторые впитывают в себя различные токсины и выводят их из организма, ускоряя продвижение пищи по ЖКТ. Кстати, именно к этому виду пищевых волокон относится клетчатка, также именуемая целлюлозой. Поэтому, говоря о роли пищевых волокон в ЖКТ, различные источники часто называют их клетчаткой. Хотя это не совсем корректно, так как целлюлоза – лишь один из видов растительного волокна.
Для чего нужна клетчатка
Клетчатка помогает работе пищеварительного тракта и благоприятно влияет на микрофлору кишечника, но ее польза не ограничивается лишь этими функциями. Авторы исследования 2019 года (инициированного ВОЗ) о взаимосвязи углеводного питания и здоровья человека пришли к выводу: люди, потребляющие большое количество пищевых волокон, имеют более низкий уровень неинфекционных заболеваний по сравнению с теми, кто есть меньшее количество растительного волокна. С какими же эффектами клетчатки это связано?
Почему клетчатка и пищевые волокна незаменимы в рационе?
В общем смысле, пищевые волокна и клетчатка – синонимы, однако в узком контексте клетчаткой также называют целлюлозу (ее название на латыни «cellula» переводится как «клетка»).
Термин диетические волокна (или растительные волокна) шире – это целлюлоза, лигнин и гетерополисахариды, к которым относят, например, гемицеллюлозы и пектины. Диетическими волокнами называют вещества из растительной части рациона, не усваиваемые ЖКТ.
Неочищенные растительные волокна (в противоположность очищенным – диетическим) – это все волокнистые соединения в их исходном виде, то есть вместе с лигнином и полисахаридами, минералами, кутинами, липидами и тд. Обычно неочищенными пищевыми волокнами называют исходные фракции зерновых, овощей и фруктов.
Также есть понятие синтетические пищевые волокна, но к теме статьи оно не имеет отношения, так как это высокоочищенная целлюлоза древесного происхождения, целлофан и другие промышленные материалы.
Происхождение пищевых волокон
В растениях моносахариды метаболизируются до углеводных полимеров. Крахмал, который служит растениям в качестве энергетического запаса, хорошо усваивается в верхних отделах ЖКТ человека и лишь его малая часть попадает в слепую кишку. Пищевыми волокнами (клетчаткой) считают клейкие волокнистые полисахариды, отвечающие за структуру и форму растений. Они в тонком кишечнике не усваиваются и частично ферментируются в толстом.
В клетках растений объем между фибриллами целлюлозы (нитевидные структуры цитоплазмы) заполняет лигнин, не являющийся углеводом, и гемицеллюлозные соединения. Также целлюлоза и другие волокнистые полисахариды входят в состав клеточных стенок растений, межклеточный объем занимают другие полисахариды – пектиновые, гликопротеиновые, гемицеллюлозные и тд. В развивающихся растениях почти нет лигнина, он накапливается по мере роста, также увеличивается количество полисахаридов и белковых соединений.
– грубые волокна (лигнин, пектины, гемицеллюлоза);
– сторонние субстанции (слизи, камеди, высококомплексированные полимеры).
Практически вся растительная клетчатка – это полисахариды, которые можно разделить на три большие группы – лигнин, крахмал и некрахмальные полисахариды. Третья группа включает в себя целлюлозу и нецеллюлозные соединения, как то – гемицеллюлоза, пектины, камеди, слизи и другие вещества, в том числе – гуара и инулин. Эти полисахариды делят на растворимые и нерастворимые в воде.
Типологические признаки клетчатки и ее виды
– полисахариды (целлюлоза и другие углеводы);
– традиционные (клетчатка злаков, цитрусовых, фруктов, овощей);
– нетрадиционные (клетчатка тростника, трав, стеблей, древесины).
– неочищенные пищевые волокна;
– подвергнутые воздействию нейтральной среды;
– подвергнутые воздействию кислой среды;
– подвергнутые комбинированному воздействию;
– клетчатка, очищенная ферментами.
По растворимости в воде:
– растворимые – слизи, камеди, пектин;
– нерастворимые – лигнин и целлюлоза.
По уровню ферментации в ЖКТ:
– неподверженные ферментации (лигнин);
– частично подверженные ферментации (целлюлоза);
– полностью подверженные ферментации (слизи, камеди, пектин).
Содержание пищевых волокон в продуктах питания
Метаболизм клетчатки в ЖКТ
Ключевая особенность пищевых волокон – их полная или частичная устойчивость к амилазе и другим ферментам пищеварения. Именно поэтому клетчатка не всасывается в ЖКТ, проходя по кишечнику, она создает так называемое молекулярное сито (аморфный или фиброзный матрикс). Молекулярное сито удерживает влагу, проявляет адсорбирующие и катионообменные свойства, а также взаимодействует с бактериями толстого кишечника.
Пищевые волокна активно взаимодействуют с кишечной микрофлорой, стимулируя ее локальные и системные механизмы. Эту микрофлору называют кишечной микробиотой, она оказывает влияние на весь организм, вот ее основные функции 8 :
– обеспечение организма теплом;
– обеспечение эпителия энергией;
– стимулирование кишечной перистальтики;
– стимулирование тканевой регенерации;
– участие в ионном обмене;
– участие в детоксикационных процессах;
– формирование других сигнальных молекул;
– участие в работе иммунной системы;
– стимулирование синтеза иммуноглобулинов;
– участие в цитопротективных процессах;
– повышение устойчивости клеток эпителия к канцерогенам;
– подавление патогенов и вирусной активности;
– участие в саморегуляции приэпителиальной зоны;
– участие в транспорте субстратов липогенеза и глюконеогенеза;
– участие в метаболизме белков, стероидов, жирных кислот;
– участие в синтезе витаминов группы В;
– участие в синтезе пантотеновой кислоты;
– сохранение хромосомных генов.
Несмотря на устойчивость к гидролизу в кишечнике, пищевые волокна практически не обнаруживаются в кале ввиду активного взаимодействия с микробиотой. В частности, гемицеллюлозы и пектин, составляющие большую часть клетчатки злаковых, разрушаются без остатка.
Основные метаболические эффекты пищевых волокон
Образование газов (в основном – водород и метан) – ограничивающий фактор потребления клетчатки. Однако не только пищевые волокна ведут к газообразованию, такой же метаболический эффект дают олигосахариды, например – вербаскоза, рафиноза и стахиоза, которые в большом количестве входят в состав бобовых.
Третий метаболический эффект ферментируемых пищевых волокон – образование энергии, которая поглощается микрофлорой кишечника с целью развития и выполнения прямых функций. Повышение в рационе клетчатки, подверженной кишечной ферментации, приводит к пропорциональному росту микрофлоры. При этом в условиях включения в рацион некрахмальных полисахаридов может меняться экскреция азота, метаболизм желчных кислот, выработка витаминов и другие процессы.
Также низкомолекулярные метаболиты микрофлоры, образующиеся при взаимодействии с клетчаткой, поддерживают ионный обмен, оказывают антибактериальный эффект, подавляют развитие болезнетворных микроорганизмов, активируют локальный иммунитет, участвуют в образовании глюкозы из неуглеводных соединений, в превращении ацетил-КоА в жирные кислоты.
Влияние пищевых волокон на течение патологий гастродуоденальной зоны
Пищевые волокна стабилизируют активность желудочного сока и могут регулировать уровень pH (в частности – повышать его в антральном отделе). Также клетчатка может улучшать поглощение желчных кислот, препятствуя движению желчи в неестественном направлении (регургитация – выброс в желудок).
Относительно влияния на язвенную болезнь сведения противоречивы, однако как минимум одно исследование 13 показало, что употребление пищевых волокон может снижать частоту рецидивов и существенно продлевать периоды ремиссии при язве желудка.
Влияние клетчатки на усвоение пищи и пищеварительные ферменты
Активность амилазы (расщепляет крахмал) снижается как минимум на 30%, активность липазы (растворяет и разделяет липиды на фракции) – на 40%, триптическая активность (расщепление белков) понижается на 40% и более. При этом фосфолипаза, отвечающая за гидролиз фосфолипидов, ингибируется только пектином до 75%.
Таким образом, регулярное употребление клетчатки способствует замедлению усвоения белков, углеводов и жиров, что приводит к общему снижению энергетической ценности рациона. Именно эти результаты побудили ученых продолжить исследования, чтобы оценить влияние пищевых волокон на усвоение других биологически значимых веществ – нутриентов.
Однако все эти эффекты приобретают статистически значимый уровень лишь при превышении рекомендованных дозировок пищевых волокон и выявлены далеко не во всех исследованиях. Кроме того, клетчатка из злаков практически не влияет на метаболизм минеральных веществ, гораздо важнее способность пищевых волокон выводить из организма радионуклиды и тяжелые металлы. Также исследования показывают, что при длительном приеме пищевых волокон в организме происходят адаптивные процессы, корректирующие уровень усвоения нутриентов.
Тем не менее, совместно с пищевыми волокнами может быть рекомендован прием витаминно-минеральных комплексов. Нет необходимости постоянно употреблять клетчатку, как правило, ее назначают курсами для лечения или профилактики различных патологических состояний.
Пищевое волокно пектин взаимодействует с тяжелыми металлами (например, со свинцом) и образует с ними пектинаты, выводя токсичные вещества из организма вместе с калом. Также пектин задействует механизм гель-фильтрации, обволакивая стенки кишечника, что препятствует всасыванию тяжелых металлов. То есть этот вид пищевого волокна способствует выведению актуально поступающих тяжелых металлов и одновременно препятствует вторичной реабсорбции уже имеющихся, попадающих в ЖКТ с желчью и другими секретами.
Более того – продукты метаболизма пектина также выводят тяжелые металлы из крови. Дело в том, что пектин частично гидролизуется микроорганизмами ЖКТ, в результате образуется галактуроновая кислота, которая попадает в кровь, реабсорбируясь в кишечнике. Гидроксильные и карбоксильные группы галактуроновой кислоты могут связывать практически все тяжелые металлы, включая ртуть, свинец и кадмий, в результате выводя их с мочой.
Основные эффекты от приема пищевых волокон 21, 22, 23, 24, 25 :
– устранение моторно-эвакуаторных нарушений;
– стабилизация пропульсивных и тонических сокращений кишечника;
– нормализация и стимулирование облигатной микрофлоры;
– энергообеспечение и нормализация трофики колоноцитов;
– нормализация внутрикишечного давления;
– профилактика дивертикулеза кишечника;
– снижение концентрации канцерогенов;
– нормализация pН желудочной среды;
– снижение концентрации свободного аммиака;
– снижение концентрации холестерина в желчи;
– препятствование образованию желчных камней;
– повышение уровня «хорошего» холестерина (ЛПВП);
– снижение степени гепатической энцефалопатии (ПЭ);
– общая нормализация обмена веществ;
– модификация всасываемости углеводов;
– нормализация липидного обмена;
– нормализация деятельности сердечнососудистой системы.
Клетчатка из продуктов питания и в качестве биологически активной добавки к пище помогает избавиться от лишних жировых отложений за счет продолжительного чувства насыщения, удлинения времени опорожнения кишечника, нормализации липидно-углеводного обмена и ряда других метаболических эффектов.
Клетчатка из хлебных злаков приводит к повышению эффективности использования углеводов периферическими тканями, подавляет всасывание глюкозы из кишечника, повышает гликемию, снижает выработку интестиальных гормонов, подавляет активность антинутриентов. В результате, стимулируется гликолиз, что в комплексной терапии помогает при диабете.
Выводы
Пищевые волокна действительно жизненно важны для человека, так как участвуют во многих метаболических процессах и являются профилактической мерой ряда заболеваний. Однако не нужно доводить до фанатизма, так как превышение суточной номы клетчатки может привести к проблемам с ЖКТ (вздутие, диарея), а также к дефициту нутриентов ввиду снижения степени их усвоения.
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 широко принятому определению, принятому в Codex Alimentarius в 2009 году, пищевые волокна считаются съедобными углеводными полимерами с тремя или более мономерными единицами, которые устойчивы к эндогенным пищеварительным ферментам и, следовательно, не гидролизуются и не всасываются в тонком кишечнике.
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.
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.
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:
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.
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
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.
2. КОРОТКО О КЛЕТЧАТКЕ
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 поступают в организм человека с растительной пищей.
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).
Большинство нерастворимых пищевых волокон, таких как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, влияют на увеличение объема фекального материала, но не используются или просто медленно усваиваются кишечными бактериями. Напротив, растворимые пищевые волокна могут легко и быстро метаболизироваться кишечными бактериями, в процессе чего они значительно влияют на численность и разнообразие микробиоты кишечника человека.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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.
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.
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.
Таблица 1. Некоторые эффекты низкомолекулярных метаболитов микрофлоры