膳食纤维的物化特性及生理功能

子任务二　膳食纤维的物化特性及生理功能

一、膳食纤维的物化特性

(一)吸水溶胀作用

膳食纤维化学结构中含有很多亲水基团，因此具有很强的持水性，变化范围大致在自身重量的1.5～2.5倍之间。很多研究表明，膳食纤维的持水性可以增加人体排便的体积与速度，减轻直肠内压力，同时也减轻了泌尿系统的压力，从而缓解了诸如膀胱炎、膀胱结石和肾结石这类泌尿系统疾病的症状，并能使毒物迅速排出体外。吸水溶胀的膳食纤维还具有类似填充剂的容积作用:膳食纤维的体积较大，吸水之后的体积更大，对肠道产生容积作用，易引起饱腹感;同时，由于膳食纤维的存在，影响了机体对食物其他成分的消化吸收，人不易产生饥饿感，为此，膳食纤维对预防肥胖症有益处。

(二)网孔吸附作用

由于膳食纤维具有相当的长度、弹性和强度。在肠道中可形成具有一定厚度的网状物，其中的网孔可物理性地吸附某些物质，这种特性称为膳食纤维的网孔吸附作用。20世纪60年代开始的许多试验业已表明，由于膳食纤维分子表面带有很多活性基团，可以吸附螯合胆固醇、胆汁酸以及肠道内的有毒物质(内源性毒素)、化学药品和有毒医药品(外源性毒素)等有机化合物，从而抑制人体对它们的吸收，并促进它们排出体外，这是膳食纤维能够影响体内胆固醇物质代谢的重要原因。膳食纤维的这种吸附螯合作用，与其生理功能密切相关。其中，研究最多的是膳食纤维与胆汁酸的吸附作用，它被认为是膳食纤维降血脂功能的机理之一。

(三)梯度黏合作用

某些膳食纤维可形成胶态，表现出相应的黏性，膳食纤维黏度的大小与其化学结构密切相关，不同品种的膳食纤维所表现出来的黏度也相应不同，如果胶的黏性取决于其分子量和甲醛含量，两者中任何一种减少都会降低其黏度。膳食纤维中纤维、木质素等几乎没有黏性，而果胶、树胶、琼脂等通常表现出较强的黏性，能够形成高黏度的溶液，这种特性称为膳食纤维的梯度黏合作用。

(四)离子交换作用

膳食纤维化学结构中包含一些羧基和羟基类侧链基因，呈现一个弱酸性阳离子交换树脂的作用，可与阳离子，特别是有机阳离子进行可逆的交换。它不是单纯结合而减少机体对离子的吸收，而是改变离子的瞬间浓度，从而对消化道的pH值、渗透区以及氧化还原电位产生影响，并出现一个更缓冲的环境以利用消化吸收。

(五)机械隔离作用

由于人体不能消化膳食纤维，膳食纤维可在人体肠道内壁形成具有一定通透性的纤维层，从而对一些大分子物质产生物理性的隔离和过滤效应，这种特性称为膳食纤维的机械隔离作用。

(六)菌群调节作用

肠系统中流动的肠液和寄生菌群对食物蠕动和消化有重要的作用，膳食纤维虽不能被人体消化道内的酶所降解，但可被肠道微生物酵解，发酵的程度和速度受纤维的种类、物理形状和食物内容的影响。一般来说，可溶性膳食纤维可完全被酵解，而不溶性膳食纤维难被酵解。同一来源的膳食纤维，颗粒小者较颗粒大者更易降解，而单独摄入的膳食纤维较包含于食物基质中的更易被降解。酵解可增加肠道酸性，有利于诱导好气性微生物的生长，抑制厌氧微生物的生长，改善肠道菌群，这种特性称为膳食纤维的菌群调节作用。

二、膳食纤维的生理功能

(一)减肥功能

随着我国经济和工业高速发展，人民生活水平大幅度提高，饮食日趋精细，因营养过剩和营养失调而产生的肥胖症严重地影响了人类健康，过多热量的摄入是导致肥胖的首要诱因，所以改造食品模式或营养素便成为首要的方法。膳食纤维作为第七大营养素具有突出的减肥保健功能，其减肥机理为:

(1)膳食纤维影响食物摄入量。膳食纤维可以产生饱腹感，减少进食量，这是由于膳食纤维通过很强的吸水膨胀性，增加胃容物体积，减慢胃的消化排空速度。试验表明:在早餐中强化膳食纤维，可明显减少午餐食欲和进食量。

(2)膳食纤维具有低热能的特点。严格控制热量的摄入对减肥至关重要。膳食纤维以在大肠内发酵的方式代谢，提供的能量低于普通碳水化合物，非常有利于控制体重和保持体形。

(3)膳食纤维有减缓营养素吸收的作用。可溶性膳食纤维可在胃肠壁上形成薄膜，减缓营养素的吸收，阻碍营养素转化成热能。

(二)预防心脑血管疾病的功能

膳食纤维能吸附胆汁酸、胆固醇等，抑制总胆固醇(TC)浓度升高，降低胆酸及其盐类的合成与吸收，预防冠状动脉硬化、胆石症和心脑血管疾病的发生。肝脏中的胆固醇会转变成胆酸，到达小肠能帮助消化脂肪，然后胆酸会回到肝脏再转变成胆固醇。由于水溶性纤维在小肠中能形成胶状物质将胆酸包围，胆酸便不能通过小肠肠壁被吸收再回到肝脏，而是通过消化道被排出体外。于是，当肠内食物再进行消化需要胆酸时，肝脏只能靠吸收血中的胆固醇来补充消耗的胆酸，从而降低了血中的胆固醇，令冠心病和中风的发病率也随之降低。

曾有研究人员对在美国和欧洲国家10项研究的数据进行汇总，分析后发现，每天通过饮食多摄入10g食物纤维，可使冠心病发作和死亡的风险分别降低14%和27%。这一摄入量相当于每天至少吃3个苹果。摄入来源于谷类食品和水果的纤维降低冠心病死亡风险效果最明显，但来自蔬菜的纤维摄入与冠心病发病率和死亡率之间没什么关联。

(三)降血压功能

膳食纤维中的酸性多糖类具有较强的阳离子交换功能，在与Ca²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等离子交换时，能改变阳离子的瞬间浓度，故对消化道的pH值、渗透压及氧化电位产生影响，形成一个理想的缓冲环境。而且它能与肠道中的Na⁺、K⁺进行交换，促使血液中的Na⁺、K⁺比值降低，从而产生降血压的作用。

(四)预防及治疗糖尿病的功能

糖尿病产生的原因除遗传、年龄、肥胖外，常吃高热量食物是主要发病原因。适当增加膳食纤维的摄入量，是防治糖尿病的最主要方法。

膳食纤维预防糖尿病的机理为:①水溶性膳食纤维在胃肠内吸水后呈凝胶状，增加食物的粘滞性，使食物与消化液不能充分接触，使葡萄糖吸收减慢，摄入量减少，从而防止了餐后血糖水平急剧上升，改善葡萄糖的耐量和减少血糖药物的用量。②可溶性膳食纤维吸收水分后在小肠黏膜表面形成一层“隔离层”，阻碍肠道对葡萄糖的吸收。③膳食纤维还可增加胰岛素的敏感性，通过与胰岛素互助的降糖效果，减少机体对胰岛素的需求。因此，膳食纤维还有控制血糖的作用。1976年Kiehm等首次报道膳食纤维对糖尿病病人糖代谢的作用，他们发现病人使用高碳水化合物和高膳食纤维时，血糖得到明显改善，一些病人的胰岛素使用剂量明显减少，甚至可以完全不使用胰岛素。

(五)预防结肠癌的功能

关于膳食纤维在预防肠癌方面的作用已成定论，通过临床实验和调查研究，膳食纤维防治肠癌机理一般认为以下几点:①肠道中一些有益微生物利用膳食纤维产生脂肪酸，能抑制腐生菌生长，而腐生菌能产生致癌物质。②减少致癌物与结肠的接触机会。膳食纤维能促进肠蠕动，增加粪便体积，从而减少致癌物与结肠接触机会。③减少次生胆汁酸的产生。胆汁中的胆酸和鹅胆酸可被细菌代谢为次生胆汁酸和脱氧胆酸，这两者都是致癌剂和致突变剂。膳食纤维束缚胆酸和次生胆汁酸，将其排出体外。④产生丁酸抑制肿瘤细胞的生长增殖，诱导肿瘤细胞向正常细胞转化，并控制致癌基因的表达。

(六)防治便秘功能

据调查，在65岁以上老年人中20%～30%有便秘，其中女性发病率尤高，长期便秘对人体危害很大，可引起直肠脱垂、乙状结肠扭转、肠梗阻、尿渚留等并发症。产生便秘的主要原因是:食物太精细，残渣少，粪便量小，不足以充盈肠腔并对肠壁产生刺激，大脑得不到排便的信号，携带着大量垃圾和体内毒素的粪便就滞留在大肠中，如果不及时排除，粪便中的水分就被肠壁重新吸收，粪便变得干结，久而久之，造成习惯性便秘。严重时，粪便中的各种毒素也会随水分被重新吸收进入血液循环，不仅增加了肝和肾脏的解毒负担，而且可能引发很多疾病。因此便秘是不容忽视的健康焦点。

膳食纤维具有较强的吸水力和溶涨性，且不易被消化道的酶消化或肠道内微生物酵解，可以形成较多的固体食物残渣，增加粪便的重量和体积，使粪便柔软，易于排出。粪便重量和体积的增大能机械性地刺激肠壁引起便意，使肠道蠕动加快，从而缩短食物残渣在肠内的通过时间，防止便秘的发生。

(七)抗氧化与清除自由基功能

现代医学证明，脂质氧气所产生的自由基在癌肿形成的起始和促成阶段都起重要作用。机体在代谢过程中产生的自由基有超氧离子自由基、羟自由基、氢过氧自由基。其中，羟自由基是最危险的自由基，而膳食纤维中的黄酮类物质具有清除超氧离子自由基和羟自由基的能力，在治疗心血管病和老年性痴呆症方面疗效独特。

(八)预防乳腺癌功能

通过调查发现，那些大量摄入富含膳食纤维食品的妇女与几乎不吃这些食品的妇女相比，前者患乳腺癌的几率比较低。对此，目前的解释是纤维减少血液中诱导乳腺癌雌性激素的比率。