子任務二　膳食纖維的物化特性及生理功能

一、膳食纖維的物化特性

(一)吸水溶脹作用

膳食纖維化學結(jié)構(gòu)中含有很多親水基團，因此具有很強的持水性，變化范圍大致在自身重量的1.5～2.5倍之間。很多研究表明，膳食纖維的持水性可以增加人體排便的體積與速度，減輕直腸內(nèi)壓力，同時也減輕了泌尿系統(tǒng)的壓力，從而緩解了諸如膀胱炎、膀胱結(jié)石和腎結(jié)石這類泌尿系統(tǒng)疾病的癥狀，并能使毒物迅速排出體外。吸水溶脹的膳食纖維還具有類似填充劑的容積作用:膳食纖維的體積較大，吸水之后的體積更大，對腸道產(chǎn)生容積作用，易引起飽腹感;同時，由于膳食纖維的存在，影響了機體對食物其他成分的消化吸收，人不易產(chǎn)生饑餓感，為此，膳食纖維對預防肥胖癥有益處。

(二)網(wǎng)孔吸附作用

由于膳食纖維具有相當?shù)拈L度、彈性和強度。在腸道中可形成具有一定厚度的網(wǎng)狀物，其中的網(wǎng)孔可物理性地吸附某些物質(zhì)，這種特性稱為膳食纖維的網(wǎng)孔吸附作用。20世紀60年代開始的許多試驗業(yè)已表明，由于膳食纖維分子表面帶有很多活性基團，可以吸附螯合膽固醇、膽汁酸以及腸道內(nèi)的有毒物質(zhì)(內(nèi)源性毒素)、化學藥品和有毒醫(yī)藥品(外源性毒素)等有機化合物，從而抑制人體對它們的吸收，并促進它們排出體外，這是膳食纖維能夠影響體內(nèi)膽固醇物質(zhì)代謝的重要原因。膳食纖維的這種吸附螯合作用，與其生理功能密切相關。其中，研究最多的是膳食纖維與膽汁酸的吸附作用，它被認為是膳食纖維降血脂功能的機理之一。

(三)梯度黏合作用

某些膳食纖維可形成膠態(tài)，表現(xiàn)出相應的黏性，膳食纖維黏度的大小與其化學結(jié)構(gòu)密切相關，不同品種的膳食纖維所表現(xiàn)出來的黏度也相應不同，如果膠的黏性取決于其分子量和甲醛含量，兩者中任何一種減少都會降低其黏度。膳食纖維中纖維、木質(zhì)素等幾乎沒有黏性，而果膠、樹膠、瓊脂等通常表現(xiàn)出較強的黏性，能夠形成高黏度的溶液，這種特性稱為膳食纖維的梯度黏合作用。

(四)離子交換作用

膳食纖維化學結(jié)構(gòu)中包含一些羧基和羥基類側(cè)鏈基因，呈現(xiàn)一個弱酸性陽離子交換樹脂的作用，可與陽離子，特別是有機陽離子進行可逆的交換。它不是單純結(jié)合而減少機體對離子的吸收，而是改變離子的瞬間濃度，從而對消化道的pH值、滲透區(qū)以及氧化還原電位產(chǎn)生影響，并出現(xiàn)一個更緩沖的環(huán)境以利用消化吸收。

(五)機械隔離作用

由于人體不能消化膳食纖維，膳食纖維可在人體腸道內(nèi)壁形成具有一定通透性的纖維層，從而對一些大分子物質(zhì)產(chǎn)生物理性的隔離和過濾效應，這種特性稱為膳食纖維的機械隔離作用。

(六)菌群調(diào)節(jié)作用

腸系統(tǒng)中流動的腸液和寄生菌群對食物蠕動和消化有重要的作用，膳食纖維雖不能被人體消化道內(nèi)的酶所降解，但可被腸道微生物酵解，發(fā)酵的程度和速度受纖維的種類、物理形狀和食物內(nèi)容的影響。一般來說，可溶性膳食纖維可完全被酵解，而不溶性膳食纖維難被酵解。同一來源的膳食纖維，顆粒小者較顆粒大者更易降解，而單獨攝入的膳食纖維較包含于食物基質(zhì)中的更易被降解。酵解可增加腸道酸性，有利于誘導好氣性微生物的生長，抑制厭氧微生物的生長，改善腸道菌群，這種特性稱為膳食纖維的菌群調(diào)節(jié)作用。

二、膳食纖維的生理功能

(一)減肥功能

隨著我國經(jīng)濟和工業(yè)高速發(fā)展，人民生活水平大幅度提高，飲食日趨精細，因營養(yǎng)過剩和營養(yǎng)失調(diào)而產(chǎn)生的肥胖癥嚴重地影響了人類健康，過多熱量的攝入是導致肥胖的首要誘因，所以改造食品模式或營養(yǎng)素便成為首要的方法。膳食纖維作為第七大營養(yǎng)素具有突出的減肥保健功能，其減肥機理為:

(1)膳食纖維影響食物攝入量。膳食纖維可以產(chǎn)生飽腹感，減少進食量，這是由于膳食纖維通過很強的吸水膨脹性，增加胃容物體積，減慢胃的消化排空速度。試驗表明:在早餐中強化膳食纖維，可明顯減少午餐食欲和進食量。

(2)膳食纖維具有低熱能的特點。嚴格控制熱量的攝入對減肥至關重要。膳食纖維以在大腸內(nèi)發(fā)酵的方式代謝，提供的能量低于普通碳水化合物，非常有利于控制體重和保持體形。

(3)膳食纖維有減緩營養(yǎng)素吸收的作用?？扇苄陨攀忱w維可在胃腸壁上形成薄膜，減緩營養(yǎng)素的吸收，阻礙營養(yǎng)素轉(zhuǎn)化成熱能。

(二)預防心腦血管疾病的功能

膳食纖維能吸附膽汁酸、膽固醇等，抑制總膽固醇(TC)濃度升高，降低膽酸及其鹽類的合成與吸收，預防冠狀動脈硬化、膽石癥和心腦血管疾病的發(fā)生。肝臟中的膽固醇會轉(zhuǎn)變成膽酸，到達小腸能幫助消化脂肪，然后膽酸會回到肝臟再轉(zhuǎn)變成膽固醇。由于水溶性纖維在小腸中能形成膠狀物質(zhì)將膽酸包圍，膽酸便不能通過小腸腸壁被吸收再回到肝臟，而是通過消化道被排出體外。于是，當腸內(nèi)食物再進行消化需要膽酸時，肝臟只能靠吸收血中的膽固醇來補充消耗的膽酸，從而降低了血中的膽固醇，令冠心病和中風的發(fā)病率也隨之降低。

曾有研究人員對在美國和歐洲國家10項研究的數(shù)據(jù)進行匯總，分析后發(fā)現(xiàn)，每天通過飲食多攝入10g食物纖維，可使冠心病發(fā)作和死亡的風險分別降低14%和27%。這一攝入量相當于每天至少吃3個蘋果。攝入來源于谷類食品和水果的纖維降低冠心病死亡風險效果最明顯，但來自蔬菜的纖維攝入與冠心病發(fā)病率和死亡率之間沒什么關聯(lián)。

(三)降血壓功能

膳食纖維中的酸性多糖類具有較強的陽離子交換功能，在與Ca²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等離子交換時，能改變陽離子的瞬間濃度，故對消化道的pH值、滲透壓及氧化電位產(chǎn)生影響，形成一個理想的緩沖環(huán)境。而且它能與腸道中的Na⁺、K⁺進行交換，促使血液中的Na⁺、K⁺比值降低，從而產(chǎn)生降血壓的作用。

(四)預防及治療糖尿病的功能

糖尿病產(chǎn)生的原因除遺傳、年齡、肥胖外，常吃高熱量食物是主要發(fā)病原因。適當增加膳食纖維的攝入量，是防治糖尿病的最主要方法。

膳食纖維預防糖尿病的機理為:①水溶性膳食纖維在胃腸內(nèi)吸水后呈凝膠狀，增加食物的粘滯性，使食物與消化液不能充分接觸，使葡萄糖吸收減慢，攝入量減少，從而防止了餐后血糖水平急劇上升，改善葡萄糖的耐量和減少血糖藥物的用量。②可溶性膳食纖維吸收水分后在小腸黏膜表面形成一層“隔離層”，阻礙腸道對葡萄糖的吸收。③膳食纖維還可增加胰島素的敏感性，通過與胰島素互助的降糖效果，減少機體對胰島素的需求。因此，膳食纖維還有控制血糖的作用。1976年Kiehm等首次報道膳食纖維對糖尿病病人糖代謝的作用，他們發(fā)現(xiàn)病人使用高碳水化合物和高膳食纖維時，血糖得到明顯改善，一些病人的胰島素使用劑量明顯減少，甚至可以完全不使用胰島素。

(五)預防結(jié)腸癌的功能

關于膳食纖維在預防腸癌方面的作用已成定論，通過臨床實驗和調(diào)查研究，膳食纖維防治腸癌機理一般認為以下幾點:①腸道中一些有益微生物利用膳食纖維產(chǎn)生脂肪酸，能抑制腐生菌生長，而腐生菌能產(chǎn)生致癌物質(zhì)。②減少致癌物與結(jié)腸的接觸機會。膳食纖維能促進腸蠕動，增加糞便體積，從而減少致癌物與結(jié)腸接觸機會。③減少次生膽汁酸的產(chǎn)生。膽汁中的膽酸和鵝膽酸可被細菌代謝為次生膽汁酸和脫氧膽酸，這兩者都是致癌劑和致突變劑。膳食纖維束縛膽酸和次生膽汁酸，將其排出體外。④產(chǎn)生丁酸抑制腫瘤細胞的生長增殖，誘導腫瘤細胞向正常細胞轉(zhuǎn)化，并控制致癌基因的表達。

(六)防治便秘功能

據(jù)調(diào)查，在65歲以上老年人中20%～30%有便秘，其中女性發(fā)病率尤高，長期便秘對人體危害很大，可引起直腸脫垂、乙狀結(jié)腸扭轉(zhuǎn)、腸梗阻、尿渚留等并發(fā)癥。產(chǎn)生便秘的主要原因是:食物太精細，殘渣少，糞便量小，不足以充盈腸腔并對腸壁產(chǎn)生刺激，大腦得不到排便的信號，攜帶著大量垃圾和體內(nèi)毒素的糞便就滯留在大腸中，如果不及時排除，糞便中的水分就被腸壁重新吸收，糞便變得干結(jié)，久而久之，造成習慣性便秘。嚴重時，糞便中的各種毒素也會隨水分被重新吸收進入血液循環(huán)，不僅增加了肝和腎臟的解毒負擔，而且可能引發(fā)很多疾病。因此便秘是不容忽視的健康焦點。

膳食纖維具有較強的吸水力和溶漲性，且不易被消化道的酶消化或腸道內(nèi)微生物酵解，可以形成較多的固體食物殘渣，增加糞便的重量和體積，使糞便柔軟，易于排出。糞便重量和體積的增大能機械性地刺激腸壁引起便意，使腸道蠕動加快，從而縮短食物殘渣在腸內(nèi)的通過時間，防止便秘的發(fā)生。

(七)抗氧化與清除自由基功能

現(xiàn)代醫(yī)學證明，脂質(zhì)氧氣所產(chǎn)生的自由基在癌腫形成的起始和促成階段都起重要作用。機體在代謝過程中產(chǎn)生的自由基有超氧離子自由基、羥自由基、氫過氧自由基。其中，羥自由基是最危險的自由基，而膳食纖維中的黃酮類物質(zhì)具有清除超氧離子自由基和羥自由基的能力，在治療心血管病和老年性癡呆癥方面療效獨特。

(八)預防乳腺癌功能

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，那些大量攝入富含膳食纖維食品的婦女與幾乎不吃這些食品的婦女相比，前者患乳腺癌的幾率比較低。對此，目前的解釋是纖維減少血液中誘導乳腺癌雌性激素的比率。