Пищевые волокна

1. Введение

  В настоящее время в нашей стране и за рубежом уделяется большое внимание совершенствованию технологических процессов и расширению ассортимента диетических продуктов питания. Создание пищевых продуктов с заданными свойствами удовлетворяющих потребность во всех необходимых нутриентах является приоритетным направлением научных изысканий в перерабатывающих отраслях АПК.

Медики утверждают, что  такие заболевания как: избыточная масса тела, высокое кровяное давление, атеросклероз, сахарный диабет, подагра, болезни почек, печени, кишечника  и треть всех раковых заболеваний  связаны с нарушением сбалансированности питания.

 

  Питание - один из  важнейших факторов, определяющих  здоровье нации в целом и  наше здоровье в частности.  Продукты питания должны не  только удовлетворять физиологические  потребности организма человека  в питательных веществах и  энергии, но и выполнять профилактические  и лечебные функции. Одним из выдающихся достижений конца ХХ века является создание концепции функционального питания, т. е. включение в ежедневный рацион человека разнообразных продуктов, которые при систематическом употреблении обеспечивают организм не только энергетическим и пластическим материалом, но и регулируют физиологические функции, биохимические реакции и психосоциальное поведение человека, а это немыслимо без применения пищевых и биологически активных добавок.

Включения в меню продуктов  на основе растительного и мясного  сырья может способствовать решению  адекватного питания.

Особое место в рациональном питании человека отводится неусвояемым  углеводам, т. е. структурным полисахаридам  растительного происхождения —  пищевым волокнам.

2. Компоненты пищи, относящиеся к пищевым волокнам:

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• Альгинаты.

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

 

3.Свойства пищевых волокон

 

 Пищевые волокна очень  важны в питании. Они создают  чувство насыщения и снижают  потребление энергии; стимулируют  двигательную функцию кишечника,  желчеотделение; формируют и увеличивают  каловые массы, разжижают кишечное  содержимое; изменяют скорость всасывания  глюкозы из кишечника, что нормализует  уровень глюкозы в крови и  соответственно снижает потребность  в инсулине; уменьшают уровень  холестерина в крови; положительно  влияют на кишечную микрофлору. Пищевые волокна не перевариваются  в желудке и кишечнике, однако  пектины и гемицеллюлоза подвергаются  расщеплению кишечными микробами,  в результате чего образуются  летучие жирные кислоты, нужные  для регуляции функций толстой  кишки, газы (водород, метан и  др.) и энергия. Недостаток в  питании пищевых волокон ведет  к запорам, способствует возникновению  дивертикулов, полипоза и рака толстой кишки, геморроя, является одним из факторов риска в развитии атеросклероза, сахарного диабета, желчно-каменной болезни. Избыточное потребление пищевых волокон приводит к брожению в толстой кишке, усиленному газообразованию с явлениями метеоризма (вздутие живота), ухудшению усвоения белков, жира, кальция, железа и других минеральных веществ.

 

В настоящее время уже  не вызывает сомнений, что недостаток пищевых волокон в рационе  является причиной запоров, геморроя, а также таких серьезных заболеваний, как полипы, опухоли кишечника, диафрагмальная грыжа и недостаточность желчевыводящих путей. Больше того, несбалансированная по содержанию пищевых волокон еда  оказывается нередко одним из факторов риска развития сахарного  диабета и атеросклероза с  их грозными последствиями.

 

Тщательное пережевывание  сырых моркови, репы, редиса, капусты, богатых грубыми пищевыми волокнами, само по себе способствует более ритмичной  и сильной перистальтике желчного пузыря и тем самым нормальному  желчевыделению.

 

Другое важное достоинство  пищевых волокон заключается  в том, что они уменьшают калорийность овощей. Если, к примеру, энергоемкость 100 г формового ржаного хлеба  составляет 214 ккал, то 100 г баклажан — 24 ккал, кабачков — 23, моркови —  в среднем 20, свежих огурцов — 12, сладкого перца — 25, редиса — 29, салата — 14 и томатов — в среднем 16 ккал. Не обладая высокой энергетической ценностью, большинство овощей из-за обилия в них клетчатки дают раннее и довольно стойкое чувство насыщения.

 

Наиболее полезны из них  пектины, лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза  пшеничных отрубей, которые при  добавлении к еде увеличивают  объем содержимого нижнего отдела кишечника до 130%. Пищевые волокна  белокочанной капусты уступают им в  этом отношении в среднем на 60 и моркови на 80%.

 

4. Классификация пищевых волокон

 

Пищевые волокна – сложные  углеводы, полимеры моносахаридов и  их производных, содержащиеся в растительной пище и не перевариваемые кишечником человека. Пища животного происхождения  пищевых волокон не содержит.

 

По физико–химическим свойствам пищевые волокна подразделяют:

 

- растворимые пищевые  волокна - в водной среде эти  волокна сильно набухают, впитывая  воду, и превращаются в слизистую,  студнеобразную массу. К растворимым  пищевым волокнам относят пектины,  камеди, слизи, некоторые фракции  гемицеллюлозы; 

 

- нерастворимые пищевые  волокна – в водной среде  сильно набухают, но сохраняют  при этом свою форму. К нерастворимым  пищевым волокнам относятся целлюлоза,  лигнин, часть гемицеллюлозы. 

 

Из нерастворимых пищевых  волокон в продуктах чаще всего  присутствует целлюлоза, или клетчатка (от латинского cellula – клетка). Она сходна по химическому строению с крахмалом, является полимером глюкозы. Однако из-за различий в строении молекулярной цепочки целлюлоза, в отличие от крахмала, не расщепляется в кишечнике человека. Целлюлоза является главной составной частью клеточных стенок растений, придает тканям растений прочность и эластичность Много клетчатки (целлюлозы) содержится в овощах – капусте, моркови, кабачках.

 

Гемицеллюлоза – полисахарид  клеточной оболочки, состоящий из разветвленных полимеров глюкозы  и гексозы. Гемицеллюлоза способна удерживать воду и связывать ионы тяжелых металлов. Она преобладает  в зерновых продуктах, в семенах  бобовых.

 

Лигнин – органическое полимерное соединение, состоящее из полимеров ароматических спиртов. Лигнины сообщают структурную жесткость  оболочке растительной клетки, они  обволакивают целлюлозу и гемицеллюлозу, вызывают одревеснение тканей растения. Лигнины способны ингибировать переваривание  оболочки кишечными микроорганизмами, поэтому наиболее насыщенные лигнином продукты (отруби и др.) плохо перевариваются в кишечнике.

Сходную с целлюлозой структуру  имеет хитин – полисахарид, из которого состоит скелет клеточных  стенок грибов. Хитин также является основным компонентом наружного  скелета (кутикулы) насекомых ракообразных и других членистоногих.

 

Пектины - сложный комплекс коллоидных полисахаридов. Пектинами  богаты спелые фрукты, ягоды и некоторые  овощи. Протопектины – это нерастворимые  комплексы пектинов с целлюлозой и гемицеллюлозой, которые содержатся в незрелых фруктах и овощах. При  созревании плодов или их тепловой кулинарной обработке эти комплексы  разрушаются, протопектины переходят  в пектины, что проявляется в  размягчении фруктов, ягод и овощей. Пектины в присутствии органических кислот и сахара образуют желе, что  используется при производстве джемов, мармеладов, пастилы. Особенно много  пектинов в яблоках, сливах, черной и красной смородине, свекле. Пектины  обладают свойствами сорбента – способностью связывать и выводить из организма  холестерин, радионуклиды, соли тяжелых  металлов (свинец, ртуть, стронций, кадмий и др.). Благодаря обволакивающим свойствам, пектины способствуют заживлению слизистой оболочки кишечника при  ее повреждениях.

5. Польза пищевых волокон

Функции пищевых волокон  в организме разнообразны и многогранны. Пища, содержащая большое количество клетчатки, в ротовой полости  подвергается более длительному  жеванию, что стимулирует нормальное отделение слюны, желудочного сока, желчи, панкреатического сока. Кроме  того, такая пища ощутимо массирует  и укрепляет десны, механически  очищает зубы. Попадая в кишечник, пищевые волокна стимулируют  его сократительную активность, тем  самым устраняя запоры и образование  каловых камней. Сокращается время  нахождения в кишечнике пищевых  масс, что устраняет возможность  гнилостных и бродильных процессов  в толстом кишечнике, снижает  избыточное газообразование.

 

Бедная пищевыми волокнами  пища может находиться в кишечнике  до 80 часов. Богатая клетчаткой пища проходит весь желудочно-кишечный тракт  за 18–36 часов, что, несомненно, более  физиологично и полезно для здоровья. Количество клетчатки в рационе  можно примерно определить по времени, проходящему между актами дефекации: если это время не превышает 24-36 часов, - то клетчатки в рационе достаточно, и человеку не грозит заболевание  раком толстой кишки.