Что такое пищевые волокна?

В настоящее время в Республике Беларусь уделяется большое внимание функциональным продуктам питания

О. В. Шуляковская, канд. хим. наук, зав. лабораторией химии пищевых продуктов

Н. И. Марусич, канд. хим. наук, зав. отделом физико-химических исследований ГУ «РНПЦ гигиены»

Н. В. Ковалева, директор ЧУП «ХЭЛСФУД»

Функциональный продукт — это продукт, предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами здорового населения, снижающий риск развития заболеваний, связанных с питанием, сохраняющий и улучшающий здоровье за счет наличия в его составе физиологически функциональных пищевых ингредиентов [1].

Физиологический функциональный пищевой ингредиент — вещество или комплекс веществ животного, растительного, микробиологического, минерального происхождения или идентичные натуральным, а также живые микроорганизмы, входящие в состав функционального пищевого продукта, обладающие способностью оказывать благоприятный эффект на одну или несколько физиологических функций, процессы обмена веществ в организме человека при систематическом употреблении в количествах, составляющих от 10 до 50 % от суточной физиологической потребности. Одним из таких ингредиентов являются пищевые волокна.

Пищевые волокна — это комплекс, состоящий из полисахаридов (пектиновых веществ, гемицеллюлоз, целлюлозы), а также лигнина и связанных с ними белковых веществ, формирующих клеточных стенок растений.

Пищевые волокна представляют собой сложный комплекс биополимеров линейной и разветвленной структуры с молекулярной массой значительной величины. Присутствие первичных и вторичных гидроксильных групп (целлюлоза, гемицеллюлозы), фенольных (лигнин), карбоксильных (гемицеллюлозы, пектиновые вещества) соединений обусловливает физико-химические свойства пищевых волокон. К ним относятся водоудерживающая способность, ионообменные и радиопротекторные свойства, сорбция желчных кислот. Физико-химические свойства пищевых волокон определяют их влияние на организм человека, его системы и отдельные органы, а также их функции [2].

Пищевые волокна — это скорее биологический термин, а не химический, поскольку объединяет вещества растительного происхождения, имеющие волокнистую структуру. Их часто называют балластными веществами, или пребиотиками.

Пищевые волокна разделяют на растворимые в воде (так называемые «мягкие» волокна) и нерастворимые («грубые» волокна).

К растворимым неусвояемым пищевым волокнам относят пектин, камеди (гумми), слизи, олигосахариды, низкомолекулярные гемицеллюлозы; к нерастворимым — целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозы. Около 2/3 пищевых волокон, принимаемых в пищу, нерастворимые.

Нерастворимые пищевые волокна

Целлюлоза — это линейный полимер глюкозы. Молекулы целлюлозы представляют собой цепи, состоящие из остатков глюкозы, на которую она расщепляется при гидролизе в жестких условиях. Суммарная формула целлюлозы (С6Н10О5)n , где n — число элементарных звеньев глюкозы в β-пиранозной форме, может достигать 10 000. Целлюлоза набухает в воде, но не растворяется. Она является устойчивым соединением, выдерживающим воздействие концентрированных растворов кислот, щелочей и других реагентов, которые переводят в растворимое состояние все другие части продукта. Целлюлоза, благодаря строению своей молекулярной цепочки, не ферментируется и практически не гидратируется (не расщепляется) в толстом кишечнике человека. Ее много в оболочках зерновых культур (пшеницы, ржи, риса), а также в кожуре и мякоти фруктов и овощей (моркови, капусте, цитрусовых, картофеле), в орехах.

Целлюлозу часто называют клетчаткой.

Гемицеллюлозы — это разветвленные полимеры пентоз (глюкоза) и гексоз. Наибольшее содержание гемицеллюлоз в отрубях злаковых культур, в кожуре и мякоти овощей и фруктов.

Лигнин (от лат. lignum — дерево) — это неуглеводное вещество. Лигнин — полимер ароматических спиртов, участвующий в одервенении клеточных стенок растений. Он придает структурную жесткость оболочке растительных клеток, защищает их от микробного переваривания. Наиболее насыщены лигнином отруби зерновых культур, а также некоторые овощи, фрукты и ягоды (баклажаны, зеленые бобы, горох, редис, груша, клубника).

Растворимые пищевые волокна

Инулин — это высокомолекулярный полисахарид, образованный 30–36 остатками фруктозы. Инулин легко гидролизуется в желудке на фруктозу и олигофруктозу. Фруктоза всасывается в тонком кишечнике, молекулы олигофруктозы в кишечнике служат питательной средой для размножения бифидобактерий. Инулин является запасным углеводом растений. Наибольшее содержание инулина в корне цикория, зеленом луке, тапинамбуре.

Пектин (от греч. pektos — свернувшийся) — сложный комплекс коллоидных полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок растений. Пектин вместе с целлюлозой образует клеточный каркас плодов и фруктов, зеленых частей стебля и листьев. Пектин получают экстракцией, в основном из цитрусового, яблочного, свекловичного и подсолнечного жома. Его наиболее важным свойством является высокая поглощающая способность в отношении тяжелых и радиоактивных металлов, желчных кислот и солей.

Пектин легко подвергается расщеплению и, в отличие от клетчатки, практически полностью гидрализуется в толстом кишечнике. Пектин является гелеобразователем, загустителем, стабилизатором, влагоудерживающим агентом.

Камеди (гумми) — сложные неструктурированные полисахариды, не входящие в состав клеточной оболочки. Содержатся в основном в морских водорослях (альгинаты, каррагинаны), семенах и кожуре тропической флоры (гуар, камедь рожкового дерева и др).

Слизи — сложные смеси гетерополисахаридов, не входящие в состав клеточной оболочки. В наибольшем количестве содержатся в овсяной и перловой крупах, геркулесе, рисе. Много слизей в семенах льна и подорожника.

После краткого знакомства перейдем к главному: важности пищевых волокон для нашего организма. Заверения в том, что пищевые волокна не перевариваются желудочно-кишечным трактом человека, делают закономерным вопрос: «А затем тогда они нужны?».

Между тем эти неусваемые, неперевариваемые, «баластные» вещества просто необходимы и даже строго обязательны.

Согласно канонам здорового питания и исследованиям специалистов [3], поступление пищевых волокон с повседневным рационом должно составлять не менее 20 г. В ходе проведения научных изысканий установлено, что потребление 14 г пищевых волокон на каждые 1000 ккал рациона питания обеспечивает доказанное снижение риска развития сердечно-сосудистых заболеваний. В то же время в лечебных целях их количество может превышать 60 г в день [4].

Большинство населения съедает в день менее 20 г пищевых волокон, из которых 8–10 г обычно поступают за счет хлеба и других продуктов из злаков, около 2–3 г — за счет картофеля, 5–6 г за счет овощей и лишь 1–2 г — дают фрукты и ягоды.

Постоянный недостаток пищевых волокон в суточном рационе современного человека, питание рафинированными продуктами привели к уменьшению сопротивляемости организма негативному воздействию окружающей среды и росту числа таких заболеваний, как сахарный диабет, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, заболевания кишечника, ожирение, различные злокачественные образования и многие другие.

Пищевые волокна участвуют в формировании объема кишечного содержимого, способствуют возникновению во время еды чувства сытости, выделению пищеварительных соков и повышению усвоения пищи, они также необходимы для нормального функционирования печени, желчного пузыря, поджелудочной железы, кишечника, для предупреждения запоров, участвуют в удалении из организма многих конечных продуктов обмена веществ.

Являясь своего рода «кормом» для полезных микроорганизмов кишечника, пищевые волокна поддерживают необходимый состав микрофлоры, без которой человеческий организм не может нормально существовать.

Пищевые волокна не несут энергетической ценности для человека. Под действием микроорганизмов (бифидо-, лактобактерий), например, целлюлоза расщепляется на 30–40 %, гемицеллюлоза — на 35 %, пектиновые вещества на — 60–80 %.

Практически всю высвобождающуюся энергию бактерии используют на собственные нужды, для собственного роста. Большая часть образующихся при разложении пищевых волокон моносахаридов превращаются в летучие кислоты (пропионовую, масляную, уксусную), необходимые для регуляции функции толстой кишки, и газы. Они могут частично всасываться через стенки кишечника, но в организм человека поступает лишь около 1 % питательных веществ, образующихся при расщеплении волокон. В энергетическом обмене их доля ничтожна и ею обычно пренебрегают.

Пищевые волокна замедляют доступ пищеварительных ферментов человека к углеводам. Они начинают усваиваться только после того, как микроорганизмы разрушат частично клеточные оболочки. За счет этого снижается скорость всасывания моно- и дисахаридов (глюкозы, сахарозы), а это предохраняет от резкого повышения глюкозы в крови и усиленного выделения инсулина, гормона, стимулирующего синтез и отложения жиров в организме. Пищевые волокна идеально подходят для питания людей, страдающих диабетом. Неспособность ферментной системы человека к гидролизу пищевых волокон до моносахаридов: глюкозы и фруктозы объясняет почему пищевые волокна никак не влияют на уровень глюкозы и инсулина в крови.

Пищевые волокна повышают связывание и выведение из организма желчных кислот, нейтральных стероидов, в том числе холестерина, уменьшают всасывание холестерина и жиров в тонком кишечнике. Они снижают синтез холестерина, липопротеинов и жирных кислот в печени, ускоряют синтез в жировой ткани липазы — фермента, под действием которого происходит распад жиров, то есть положительно влияют на жировой обмен.

Пектины в желудочно-кишечном тракте связывают тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий), в том числе радионуклиды. Они образуют с ним комплексы, которые выводятся из организма.

Физиологические свойства пищевых волокон — это связывание воды, влияние на количественный и видовой состав микрофлоры кишечника, связывание и выведение радионуклидов, желчных кислот, холестерина и ксенобиотиков, замедление гидролиза углеводов, нормализация прохождения химуса по кишечнику.

Если пищевые волокна решают так много проблем, почему же эти проблемы существуют?

Основная причина в том, что 90 % рациона питания современного человека составляют продукты, не содержащие пищевых волокон: мясо, молочные продукты, яйца, рыба и др. И лишь 10 % оставшихся дают шанс получить столько пищевых волокон, сколько нужно. Поэтому в настоящее время функциональным продуктам питания уделяется такое большое внимание.

Таким образом, пищевые волокна самостоятельно или совместно с другими веществами могут являться одним из важнейших ингредиентов пищевых продуктов, предназначенных для функционального питания.

Большое значение имеют и психофизические свойства пищевых волокон при производстве функциональных продуктов питания, такие как жироэмульгирующая способность, стабильность эмульсии, жиросвязывающая способность, пенообразующая способность, студнеобразующая способность. Эти свойства являются важнейшими при создании структуры того или иного продукта.

Литература

1. СТБ 1818-2007. Пищевые продукты функциональные. Термины и определения. — Введ. 01.07.08. — Минск: БелГИСС, 2008. — 5 с.

2. Ильина, О. Пищевые волокна — важнейший компонент хлебобулочных и кондитерских изделий / О. Ильина // Хлебопродукты. — 2002. — № 9. — С. 34–36.

3. Санитарные нормы, правила и гигиенические нормативы «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов» утв. Постановление МЗ РБ № 63 от 09.06.2009.

4. Роль пищевых волокон в питании человека / Под ред. В. А. Тутельяна, А. В. Погожевой, В. Г. Высоцкого. — М.: фонд «Новое тысячелетие», 2008. — С. 15–50.