膳食纤维的生理功能-现代营养学

7.2.2.1　膳食纤维的理化特性

1.持水性　膳食纤维的化学结构中含有很多亲水基团，因此具有很强的吸水膨胀能力。可溶性膳食纤维比不溶性膳食纤维持水性强，前者吸水后，重量能增加到约自身重量的30倍，并能形成溶胶和凝胶，增强胃肠中内容物的黏度，延缓胃排空时间，而不溶性膳食纤维则无此作用。

2.阳离子交换作用　膳食纤维化学结构中包含一些羧基、醛酸基及羟基类侧链基团，呈现弱酸性阳离子交换树脂的作用，可与钙、锌、镁等阳离子结合，使钠离子与钾离子交换，特别是与有机离子进行可逆的交换。

3.吸附螯合有机化合物　膳食纤维表面带有很多活性基团，可以吸附螯合胆汁酸、胆固醇、变异原等有机分子，其中对胆汁酸的吸附能力以木质素较强，纤维素弱些。同时，膳食纤维还能吸附肠道内的有毒物质，并促使它们排出体外。

4.细菌发酵特性　膳食纤维不能被人体胃肠道内的酶所消化，但能被大肠内微生物不同程度地发酵分解。发酵的程度与宿主肠道内菌群构成和膳食纤维的类别有关。可溶性膳食纤维易被酵解，而不可溶性膳食纤维则不易被酵解。水果和蔬菜中的纤维素比麦麸和纯纤维素易分解，果胶和瓜尔豆胶可完全被酵解。发酵后的主要产物为短链脂肪酸（如乙酸、丙酸、丁酸等）和各种肠道气体。

5.膳食纤维的能量效应　关于膳食纤维的能量效应目前尚未研究清楚。根据FAO 2003年报告中采用的Cummings 1981年对膳食纤维的定义描述为一个生理学和营养学概念，指食物中不存在小肠内消化吸收的碳水化合物成分，这些物质进入大肠被微生物发酵，产生不同剂量的短链脂肪酸、二氧化碳、氢气、甲烷等，并促进菌群增殖，其中短链脂肪酸可以被机体吸收利用，是黏膜细胞的主要供能物质。这个定义意味着膳食纤维在体内代谢能够提供能量，同时，意味着膳食纤维可能来自多种食物成分，而不单纯限定为植物细胞壁，还包括食品加工领域开发应用的菊粉、多聚葡萄糖、纤维醇、各种植物胶等多种天然或人工合成的新型原料。

由于各国采用的评价系统不同，因此对膳食纤维的能量效应尚无一致的认识。传统Atwater通用食物能量系数系统将其作为总碳水化合物的一部分，计算能量，给膳食纤维赋予16.7 kJ（4 kcal）/g的能量值。欧洲通用能量系统则把膳食纤维从总碳水化合物中扣除，用剩余的可利用碳水化合物计算碳水化合物的能量，即给膳食纤维赋予的能量值为0，我国也采用此方法。美国采用的食物特异能量系数系统认为膳食纤维与其他三大营养素的能量利用率间相互有影响，应给予不同类别食物不同的能量系数。

利用志愿者进行膳食试验研究表明，谷物膳食纤维的消化率为67%左右，能量系数范围是9.9～13.4kJ（2.4～3.2 kcal）/g。从严格的科学意义上说，膳食纤维的能量系数应该是一个范围，而不可能是一个定值。影响膳食纤维的能量效应的因素可能有以下几种：①纤维本身：膳食纤维是化学成分和分子结构极其复杂的多种碳水化合物的混合体，不同膳食纤维在各种食物中的分布情况也不同，因此不同食物会有不同的膳食纤维能量系数；②食物加工和制作：不同的食物加工制作方法会使纤维的结构受到影响，从而影响肠道消化酶对膳食纤维的消化作用；③膳食组成：膳食纤维的种类和含量可以影响其能量效应，也影响食物中其他供能营养素的能量效应；④受试者个体差异；⑤试验误差：膳食纤维的能量系数要测定食物中的能量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维，以及排泄物中的能量、氮、膳食纤维的含量，因此，各种成分的测定误差会影响到最终结果，使整个试验误差增大。

7.2.2.2　膳食纤维的生理功能

膳食纤维具有许多重要的生理功能，是维持人体健康必不可少的重要营养素之一，它的不足及缺乏会导致心脑血管和肠道代谢等方面的多种疾病。早在1960年Burkitt和Trowell就发现富含膳食纤维的膳食与一些慢性非传染性疾病的发病率低有关，许多常见病如高血压、高血糖、高血脂、冠心病、动脉粥状硬化、胆结石、肥胖、便秘以及某些癌症（如结肠癌、消化道癌、乳腺癌等）都与膳食纤维摄入量的不足有关。(www.xing528.com)

1.预防肠道疾病和减肥作用　膳食纤维有较强的吸水功能，水溶性膳食纤维的吸水能力明显高于水不溶性膳食纤维。当膳食纤维食物进入人体消化道内后，可在胃中吸水膨胀形成高黏度的溶胶或凝胶，产生饱腹感而减少食物的摄入量。膳食纤维还能增加胃肠道的蠕动，缩短粪便通过时间，增加了排便的次数、体积和速度，降低肠内压，稀释大肠内容物以及为结肠菌群提供可发酵底物，因而能够减少肠道疾病如便秘、痔疮等的发病率。同时，膳食纤维能增加胃部饱腹感、减少食物摄入量、减少小肠对脂肪的吸收率而具有减肥的功效。目前膳食纤维已成为国际上推崇的纯天然减肥食品。

2.降低胆固醇和预防心脑血管疾病　某些类型的膳食纤维能降低血胆固醇水平。Meta分析显示，摄入膳食纤维2～10 g即可起到降低胆固醇的作用。膳食纤维的黏度与胆固醇等降低作用有关。大部分的黏性分离纤维包括果胶、车前草、各种树胶如瓜尔豆胶和角豆胶，以及改性纤维如羧甲基纤维素均可降低人类血浆胆固醇。不具有黏性的分离纤维如纤维素、木质素、玉米麸和小麦麸不能改变血浆胆固醇的水平。进食燕麦麸、大麦（含有混合键β-葡聚糖）、荚豆类和其他蔬菜等富含黏性多糖的膳食纤维，可导致血浆胆固醇水平的降低。

目前关于膳食纤维降低血胆固醇的机制尚不清楚，包括：①减少小肠的重吸收，降低结肠中的溶解度，增加胆酸分泌，以促进肠道排出；②改变肝脏脂质代谢，减少胆固醇的合成，降低胰岛素对胆固醇合成的刺激；③将胆固醇更多地转运至富含三酰甘油的脂蛋白，增加血浆胆固醇的清除。

3.降血压作用　膳食纤维的化学结构中包含一些侧链基团如羟基、羧基、磺酸基和磷酸基等，呈弱酸性阴离子，能吸附肠道内的阳离子（特别是有机阳离子），使其随粪便排出。某些膳食纤维如海藻酸钠能与胃肠道中的Na+、K+进行交换，使粪便中和尿液中的Na+、K+排出增多，降低血液中的钠、钾比值，从而产生降血压的作用。

4.降血糖和预防2型糖尿病　许多研究已证实膳食纤维补充剂或富含膳食纤维的食品具有降低血糖的作用，主要以水溶性膳食纤维为主。每餐进食10～25 g黏性纤维即可降低餐后血糖和胰岛素升高的反应。食物中较高的膳食纤维含量可以降低血糖指数，推迟糖在小肠内的吸收，抑制糖尿病病人餐后血糖浓度的急剧上升和日平均血糖浓度的升高。膳食纤维还能通过改善末梢组织对胰岛素的敏感性以及降低对胰岛素的需求来进一步增加降血糖作用。美国肯塔基大学医学院的James等人报道，增加膳食纤维的摄入量，可有效降低人体血清中的胆固醇和LDL值，提高HDL值，使胰岛素降血糖的作用提高2倍，这对于糖尿病病人是非常有利的。此外，高膳食纤维还可以通过增加饱腹感和减少食物脂肪的摄入以降低糖尿病病人的体重。

5.防癌抗癌作用

（1）膳食纤维与结肠癌：膳食纤维与肠癌相关流行病学研究证实，蔬菜和水果的摄入量与肠癌的发病危险性呈负相关，应当说是与蔬菜、水果中富含的膳食纤维有关。欧美国家每人每天从食物中摄取膳食纤维的数量仅为非洲国家居民的1/6，而其结肠癌的发病率却是非洲人的14倍之多。膳食纤维不能被人体消化道酶消化分解，当其进入大肠后能被肠道细菌选择性的分解、发酵和利用。膳食纤维分解产物成为菌体繁殖的养料，用来改善肠内菌群的组成，并促进菌群发育及代谢。此外，由一些有益微生物发酵产生的某些短链脂肪酸还可降低肠道内的pH值，这不仅有利于肠道内有益菌群的增殖，而且还能刺激肠黏膜，促进肠蠕动，可以使肠内细菌的代谢产物，以及一些由胆汁酸转换成的致癌物，如脱氧胆汁酸、石胆酸和突变异原物质等能随膳食纤维迅速排出体外，减少了这些物质与肠黏膜的作用时间，在一定程度上会降低直肠癌、消化道癌的发病率。

（2）膳食纤维与其他癌症：人群流行病学证实，膳食纤维的摄入量与乳腺癌的危险性呈负相关或不相关。动物实验证实用富含膳食纤维的麦麸作饲料，对动物的乳腺癌有预防作用，这可能与膳食纤维能减少血液中诱导乳腺癌的雌性激素的比例有关。另外，膳食纤维还能通过减少体内某些激素的含量来达到防治子宫癌和前列腺癌的功效。

6.清除外源有害物质和解毒作用　当一些环境污染物被摄入人体后，可在肠道内产生毒性物质，如二丁基对苯二酚、某些致癌物质（如亚硝酸根）以及某些重金属（如Pb、Cd、Hg等），膳食纤维均有加速其排泄和解毒的功能，从而产生解毒作用。