ЧТО ТАКОЕ ПИЩЕВЫЕ ВОЛОКНА? ПОНЯТИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Отдельные факты о роли растительных волокон в питании, в частности послабляющее действие отрубей были известны еще со времен Гиппократа, однако интерес к ним со стороны медицины возник только в начале ХХ века.

Понятие "пищевые волокна" (ПВ) впервые было предложено Хипсли (Hipsley) в 1953 году.

К ним он относил устойчивые к гидролизу желудочными и кишечными ферментами компоненты растений: целлюлозу, гемицеллюлозу, пектин, камеди, слизи и лигнин.

Несколько лет спустя два английских исследователя Баркит (Barkitt D.) и Тровел (Trowell Н.) привлекли внимание к этому классу пищевых веществ и положили начало их систематическому изучению.

С этих пор количество публикаций посвященных ПВ неуклонно нарастало: к примеру, в 1968 г. их было всего 10, а в 1978 г. - уже около 400. В 1972 г. Тровел сформулировал понятие "растительные волокна", определив их как остатки растительной пищи, устойчивые к перевариванию ферментами пищеварительного тракта человека.

Учитывая полную или частичную устойчивость некоторых полисахаридов к действию пищеварительных ферментов желудочно- кишечного тракта человека, возник еще один термин, который характеризовал их как не имеющие пищевой ценности и бесполезные для питания - "балластные вещества".

В их число были включены ткани растений, содержащие лигнин, целлюлозу, гемицеллюлозу, пектины, слизи и некоторые другие резервные полисахариды растений (за исключением крахмала), а также полисахариды, источниками которых являлись водоросли, лишайники, грибы и бактерии, а также полученные путем биосинтеза различные модифицированные углеводы.

К числу балластных веществ также можно, с определенными оговорками, отнести и молочный сахар (лактозу).

Но это будет касаться лиц, имеющих лактазную недостаточность, у которых лактоза не переваривается и не всасывается в тонкой кишке, а в неизмененном виде поступает в толстую кишку, где расщепляется кишечными бактериями, вызывая диарею и боли в животе.

Хотя с момента возникновения интереса к ПВ прошло уже более 50 лет, но и в настоящее время остаются без ответа многие важнейшие вопросы, касающиеся роли и механизма действия ПВ, да и само понятие "пищевые волокна" постоянно пересматривается, и нет полной ясности, какие же пищевые вещества следует относить к ПВ.

Провел и Баккит (1987) - одни из основоположников учения о пищевых волокнах определили их как "сумму полисахаридов и лигнина, которые не перевариваются эндогенными секретами желудочно- кишечного тракта человека".

Отечественные авторы определяют "пищевые волокна" как "комплекс целлюлозы, гемицеллюлозы, пектиновых веществ, лигнина и сопутствующих им веществ, формирующих клеточные стенки растений, не разрушающихся в желудке и тонкой кишке" (Дудкин М.С. и др., 1997).

Современное толкование понятия "пищевые волокна" определяет их как "остатки растительных клеток, устойчивых к перевариванию ферментами человека".

Но так ли это?

Насколько это определение соответствует действительности?

Во-первых, во всех этих определениях представлен далеко не полный перечень веществ, которые можно было бы отнести к ПВ.

ПВ являются не только вещества растительного, но и животного происхождения: полисахариды хитиновых оболочек насекомых, ракообразных и грибов, гликозаминогликаны, муцины слизи и др.

Существует большое число модифицированных ПВ, созданных искусственным путем: карбоксилированные или метилированные производные целлюлозы, этерифицированные пектины, разнообразные хитозаны и др.

Во-вторых, структурная и химическая деградация ПВ начинается и активно протекает в желудке и тонкой кишке, в которой могут принимать участие, как пищеварительные ферменты желудочно-кишечного тракта, так и ферменты кишечных бактерий.

Некоторые полисахариды, хотя и обладают высокой устойчивостью к действию пищеварительных ферментов человека, но в определенной степени ими расщепляются.

Резистентные крахмалы, например, достаточно активно гидролизуются кишечными ферментами, но некоторое их количество достигает толстой кишки и проявляет целый ряд физиологических эффектов, характерных для ПВ.

В-третьих, одной из важнейших характеристик практически всех видов ПВ, за редким исключением (лигнин, альгинаты, некоторые производные целлюлозы и др.), является их способность перевариваться ферментами кишечных бактерий.

Как видно, существующие определения "пищевые волокна" являются далеко не полными и во многом ошибочными.

"Пищевое волокно" не является химическим понятием, поскольку может объединять разные по химической природе вещества, а является, скорее, понятием физиологическим.

Поэтому на ПВ нельзя смотреть слишком узко, рассматривая их лишь с позиций химического строения, устойчивости по отношению к пищеварительным ферментам или клинического действия.

"Пищевые волокна", "растительные волокна", "диетические волокна", "балластные вещества", "грубые волокна", "бесполезные углеводы", "неусваиваемые углеводы" - всеми этими терминами называли и называют особый, выделяющийся среди прочих класс пищевых веществ.

Они имеют общие физико-химические свойства, что определяет схожее воздействие их на организм человека.

Какие же это свойства?

Прежде всего, это высокая устойчивость к действию пищеварительных ферментов желудка, поджелудочной железы и тонкой кишки.

Устойчивость к действию пищеварительных ферментов может быть для одних видов ПВ абсолютной, а для других - относительной.

По этому критерию к категории пищевых волокон могут быть отнесены, прежде всего, полисахариды клеточных стенок растений - целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза и пектин, некоторые резервные полисахариды растений (камеди, слизи), а также альгинаты, каррагинан и агар, выделяемые из морских водорослей.

Устойчивостью к действию кишечных ферментов обладают инулин, поли фруктаны и некоторые олиго с ахар иды, получаемые из топинамбура, цикория, спаржи и других растений.

К числу ПВ, обладающих устойчивостью к действию пищеварительных ферментов человека, можно отнести полисахариды клеточной стенки грибов, бактерий, полисахариды животного происхождения, например, хитин, мукополисахариды, гиалуроновую кислоту, а также эндогенные полисахариды желудочно-кишечного тракта (гликопротеины слизи).

С этих позиций в число ПВ можно включить и некоторые крахмалистые полисахариды, которые отличаются высокой устойчивостью к действию амилолитических ферментов тонкой кишки.

Следует отметить, что надмолекулярные структуры растительных тканей, например, отруби, перевариваются и деградируют в желудке и тонкой кишке, распадаясь на лигнин-целлюлозные, лигнин-гемицеллюлозные и другие комплексы или отдельные фракции: целлюлозу, лигнин, пектины, крахмалистые углеводы.

Отдельные виды ПВ способны в той или иной степени перевариваться амилолитическими ферментами желудочно-кишечного тракта.

Второе важное свойство ПВ заключается в том, что большинство из них полностью или частично расщепляются под действием ферментов кишечных бактерий.

Таким образом, эти ПВ являются для кишечных бактерий пищевыми субстратами - пребиотиками.

Этот процесс может начинаться еще в тонкой кишке, но основная масса перевариваемых ПВ гидролизуется в толстой кишке, где концентрируется основная масса кишечных бактерий-сапрофитов.

В то же время существует целый ряд ПВ, которые обладают очень высокой устойчивостью к бактериальному гидролизу и практически не перевариваются ими - это лигнин, альгинаты, карбоксиметилцеллюлоза и др.

Третья особенность, объединяющая ПВ в один класс веществ - это сходство химической структуры.

Все ПВ, за исключением лигнина, являются полимерами моносахаров - полисахаридами, которые имеют разную молекулярную массу и, как правило, линейную структуру макромолекул, хотя встречаются и разветвленные полимеры.

В то же время среди ПВ могут быть и олигомеры (полифруктаны, полигалактаны, хитозаны и др.), имеющие число углеводных остатков 20 и менее.

Исключение могут составлять некоторые устойчивые к гидролизу дисахариды, например, лактулоза (галакто-фруктоза) или лактоза (у больных с лактазной недостаточностью).

Основу молекул ПВ составляют несколько видов м он о сахар идов: глюкоза, фруктоза, араб иноза, галактоза, манноза, фукоза, их амидированные или ацетилированные производные (глюкозамин, ацетилглюкозамин), кислые моносахариды (глюкуро новая и галактуро новая кислоты) и некоторые другие.

Исключение составляет лигнин, который представляет собой полимер ароматических спиртов (фенилпропана) и их производных.

Четвертое важное свойство ПВ, которое связано с их полимерной структурой - наличие на поверхности макромолекул большого числа функциональных групп:

гидроксильных (R-ОН),

метильных (R-СНЗ),

метоксильных (R-О-СНЗ),

ацетильных (R-СООН),

амидных (R-CO- NH2),

карбоксиметильных (RО - СН2 - СОО-Н)

и др.

Эти группы придают определенный, как правило, отрицательный заряд поверхности полимера.

Благодаря этому свойству полисахарид приобретает способность связывать молекулы воды, а также различные анионы и катионы.

Таким образом, ПВ обладают сорбционными свойствами, которые и лежат в основе подавляющего большинства механизмов их физиологического действия.

Все указанные выше свойства и характеристики ПВ, сходство физиологических эффектов, которые они вызывают, и позволяют объединить их в отдельный класс пищевых веществ.

Таким образом, дадим современное и физиологически обоснованное определения ПВ.

Пищевые волокна - это устойчивые к гидролизу со стороны желудочно-кишечных ферментов человека пищевые, эндогенные или синтетические олиго- и полисахариды (за исключением лигнина), растительного и животного происхождения, многие из которых перевариваются ферментами кишечных бактерий, оказывая пребиотическое действие.

Важным свойством подавляющего большинства ПВ является их высокая сорбционная способность.

В этой связи среди множества терминов и названий, которые можно встретить в литературе по отношению к этому классу пищевых веществ, предпочтительно использовать термин "пищевые волокна".

Этому понятию соответствует большинство ПВ (пищевые, синтетические или эндогенные), которые теми или иными путями поступают в желудочно-кишечный тракт, где проявляют свое действие и не выходят за его пределы.

К понятию "диетические волокна" можно отнести ПВ, поступающих в составе лечебной диеты.

Понятие "растительные волокна" является далеко не полным и включает лишь ПВ растительного происхождения.

Термины "балластные вещества" "бесполезные углеводы" и "неусваиваемые углеводы" в настоящее время устарели, и не соответствует действительности.

ПВ не являются ни балластными, ни бесполезными для организма.

Многие виды ПВ усваиваются кишечными бактериями-сапрофитами, а также являются источником пищевых и энергетических субстратов для человека, которые могут входить в состав ПВ или образовываться при их бактериальном гидролизе и метаболизме.

Термин "грубые волокна" обычно встречаются в таблицах химического соста ва пищевых веществ для расчета содержания ПВ.

Однако это понятие отражает лишь содержание в составе продукта нерастворимых ПВ.

Грубые волокна в основном представлены целлюлозой и лигнином.

Авторы:

Лысиков Юрий Александрович — к.м.н., ст.н.с. Института Питания РАМН

Дружинин Павел Владимирович — зав. кафедрой Профилактической медицины ФПХМР РУДН