Класифікація харчових волокон за хімічною природою

Існує декілька класифікацій харчових волокон.

Згідно з будовою полімерів вони поділяються на гомогенні (целюлоза, пектин, лігнін, альгінова кислота) і гетерогенні (целюлозолігніни, геміцелюлозо-целюлозолігніни, холоцелюлози і ін.).

В залежності від виду сировини, з якої отримують харчові волокна, їх поділяють на харчові волокна із нижчих рослин (водорості, гриби) і вищих рослин (злаки, трави, деревина).

За фізико-хімічними властивостям - на розчинні в воді (пектини, камеді, розчинні геміцелюлози, бета-глюкани, карагінани, ламінарин, пулулан, інулін) та нерозчинні (клітковина, геміцелюлози, протопектин, лігнін, стійкі крохмалі).

Молекули целюлози - лінійні полімери, що складаються з залишків бета-Д-глюкози, сполучених бета-1,4-глікозидними зв'язками. Геміцелюлози - це розгалужені полісахариди, які містять в своєму складі залишки пентоз і гексоз (глюкози, галактози, ксилози, арабінози). Лігнін - полімер ароматичних спиртів, пектини - складні комплекси колоїдних полісахаридів (полігалактуронани, арабінани і ін.).

Стінки рослинних клітин складаються, в основному, з макромолекул волокнистих полісахаридів, головним чином целюлози (клітковини). Міжклітинні полісахариди - це геміцелюлози, пектинові речовини і їх похідні. Структурна функція целюлози зумовлена здатністю її молекул до утворення надмолекулярних високо впорядкованих структур. При взаємодії між собою ниткоподібні молекули целюлози утворюють міцні мікрофібріли, занурені в матрикс з геміцелюлоз, пектинових речовин і лігніну.

Молекули пектинів складаються із залишків альфа-D-галактуронової кислоти, частково або повністю етерифікованих метиловим спиртом або фосфорною кислотою. Неетерифіковані пектини мають назву пектинових кислот. Залежно від ступеня етерифікації, а також довжини полігалактурованих ланцюгів розрізняють різні види пектинів. Пектини разом з супутніми сполуками, такими як арабінан, галактан, целюлоза, крохмаль, утворюють нерозчинний у воді природний пектин рослин - протопектин, який складається з сітки пектинових ланцюгів. Пектинові речовини (суміш пектинів з різними речовинами) входять до складу клітинних стінок рослин, міжклітинної речовини, клітинного соку [33,34* Капрельянц].

Тривалий час харчові волокна відносили до непотрібних баластних речовин, від яких намагались звільнити продукти для підвищення їх харчової цінності. Внаслідок цього існує низка рафінованих продуктів, які повністю звільнені від харчових волокон - цукор, кондитерські вироби, борошно вищого ґатунку, освітлені соки та ін. Такі продукти забезпечують біля 60% загальної калорійності раціону населення високорозвинених країн, що на фоні неухильного зниження споживання натуральних рослинних продуктів (зернових, овочів, хліба грубого помелу) призвело до значного зменшення (в 2-3 рази) кількості харчових волокон в раціоні харчування у порівнянні з відповідним показником раціону людей 50-х років XX століття [35,36*].

Більшість населення земної кулі з’їдає не більше 25 г харчових волокон на добу, з яких 10 г з хлібом і іншими продуктами із злаків, біля 7 г - з картоплею, 6 г - з іншими овочами і лише 2 г-з фруктами і ягодами.

Встановлено, що дефіцит харчових волокон в їжі є фактором ризику розвитку таких захворювань, як рак і гіпомоторна дискінезія товстої кишки, дівертикульоз, апендицит, грижа харчового отвору діафрагми, жовчнокам’яна хвороба, цукровий діабет, ожиріння, атеросклероз, ішемічна хвороба серця, гіперліпопротеїдемія, варикозне розширення і тромбоз вен нижніх кінцівок [37-39*].

Біологічна цінність харчових волокон обумовлена їх фізико-хімічними властивостями. Надзвичайно важливу роль відіграють харчові волокна у функціонуванні товстої кишки. Однією з основних властивостей харчових волокон є їх здатність утримувати воду. Деякі харчові волокна зберігають у 5-30 разів більше води, ніж їх власна маса. Так, 1 г пшеничних висівок утримує 5 г води. Найбільшу гігроскопічність мають водорозчинні харчові волокна - геміцелюлози і пектин, які містяться в овочах і фруктах. Нерозчинні харчові волокна (висівки зернових) володіють тільки властивостями утримання води на поверхні.

З інших властивостей харчових волокон слід відмітити їх адсорбційний ефект. Вони зв'язують і потім виводять з організму значну кількість жовчних кислот, а оскільки останні синтезуються в печінці з холестерину, то харчові волокна виконують гіпохолестеринемічну функцію. Харчові волокна зв’язують від 8 до 50% гетероциклічних амінів, які викликають розвиток пухлин в кишковому тракті. Вони також адсорбують різноманітні метаболіти, токсини, електроліти, важкі метали та інші ксенобіотики.

В деякій мірі харчові волокна є джерелом енергії. Під впливом ферментних систем мікроорганізмів товстої кишки відбувається гідроліз полісахаридів харчових волокон до моносахаридів. В товстій кишці біля 50 % харчових волокон під дією бактерій розпадається до жирних кислот, двооксиду вуглецю, водню і метану, які здійснюють хімічний вплив на товсту кишку. Завдяки цим властивостям харчові волокна мають лікувально-профілактичне значення при функціональних захворюваннях товстої кишки.

Було показано значення харчових волокон в профілактиці раку не тільки кишечнику, але й молочної залози, що пов'язують з дією лігнінів - ентеролактону і ентеродіолу, які утворюються бактеріями товстої кишки з харчових волокон (особливо злакових). Вони мають антиканцерогенну дію, зв’язують рецептори і естрогени епітелію молочної залози і товстої кишки і таким чином блокують проліферацію клітин під дією естрогенів.

Харчові волокна позитивно впливають на обмін ліпідів чим забезпечують профілактику серцево-судинних захворювань та ожиріння. Гіполіпідемічна дія харчових волокон проявляється шляхом зменшення всмоктування ліпідів, інгібування синтезу холестерину, підвищення активності панкреатичної ліпази. Використання харчових волокон при лікуванні і профілактиці ожиріння зумовлене також тим, що вони сприяють виведенню з організму натрію і води, а також зменшують швидкість звільнення шлунку, чим викликають пригнічення апетиту, створення відчуття насиченості.

Застосування харчових волокон у дієтотерапії хворих на цукровий діабет і тих, що мають порушену толерантність до вуглеводів, базується на їх здатності знижувати рівень глюкози у крові. Вплив харчових волокон на вуглеводний обмін обумовлений тим, що внаслідок адсорбції глюкози на харчових волокнах відбувається сповільнення її всмоктування з тонкої кишки, а час транзиту глюкози по товстій кишці зменшується. Гіпоглікемічну дію проявляють, в основному, гельформуючі харчові волокна - пектин і камеді.

Харчові волокна проявляють пребіотичну дію - сприяють бактеріальному синтезу вітамінів В₁, В₂, В₆, PP. В той же час, при дозуванні харчових волокон в лікувально-профілактичних цілях слід враховувати, що надмірне їх вживання може дещо знижувати (на 1,5-3 %) всмоктування незамінних макро- і мікроелементів та вітамінів групи В. Добовий раціон повинен включати біля 25-30 г харчових волокон. В лікувальних цілях їх кількість в дієті може збільшуватись до 40-60 г на добу.

Згідно з особливостями фізіологічної дії харчових волокон, вони класифікуються, як ті, що впливають на: обмін ліпідів (харчові волокна пшеничних висівок, трав, виноградних вичавок, пектини, целюлози, лігнін); обмін вуглеводів (харчові волокна трав, пектини, бета-глюкани та ін.); обмін амінокислот і білків (глюкоманани); обмін мінеральних і інших речовин (харчові волокна пшеничних висівок, буряку та ін.) [40* Капрельянц].

Таблиця 1.