碳水化合物與膳食纖維
Carbohydrate and Diet Fiber
柳啟沛王勁
復旦大學(xué)醫學(xué)院,上海,200032
有關(guān)碳水化合物與膳食纖維的報告,主要在于膳食纖維、益生元對大腸細胞和功能以及腸道微生物的影響,益生元對腸道疾病(包括炎性和癌癥疾病)的防治作用,以及不可消化碳水化合物對血糖的影響,膳食纖維供能量的測定等:
膳食蛋白質(zhì)和纖維作為胃腸道功能的決定因子。胃腸道功能一般被認為是消化和吸收營(yíng)養素。此外,胃腸道也被認為是代謝的中間調解因子,并通過(guò)辨別其所消化的食物成分的機制發(fā)揮作用。當食物被消化時(shí),胃腸道及其相關(guān)內臟器官,包括胰腺、肝臟和內臟脂肪組織獲得來(lái)自食物的直接或間接信號。食物成分通過(guò)對腸肽和微生物群的作用,而調節對其生理、代謝和行為反應。正是由于對食物成分和生理系統間相互作用理解的假設,提供了改善腸道及其功能的基礎。為闡明腸道和腸肽調節代謝和生理行為的作用,需要考慮膳食纖維和蛋白質(zhì)信號機制。例如,蛋白質(zhì)的消化導致了生物活性肽的釋放,這些活性肽在肽類(lèi)激素的釋放下直接或間接作用,而這些激素發(fā)揮的作用又反映在生理反應(如胃排空)、代謝反應(如血糖濃度)和行為反應(如食欲和攝食)。膳食纖維也刺激胃腸道的神經(jīng)、調節和代謝行為,但其作用機制不如蛋白質(zhì)直接。
天然益生元對結腸發(fā)酵代謝和DNA修復調節的影響及其它營(yíng)養改善參數的意義。攝入某些益生元,如天然產(chǎn)生的果糖低聚糖(FOS)和其它植物化學(xué)物,如多酚類(lèi)(PP)調節結腸微生物菌群的代謝活性和增強骨骼礦化。通過(guò)分析特定結腸酶的活性和測定短鏈脂肪酸譜,應用2個(gè)獨立的大鼠實(shí)驗研究評估FOS的益生元活性。此外,應用標準試驗設計研究了FOS增強大鼠鈣吸收和骨礦化的能力。評估了從葫蘆巴和黑醋粟種子中提取的PP的生物益生元活性。以結腸細胞DNA損傷程度和結腸藥物代謝酶的變化作為評估PP對DNA修復的標準。也研究了加工和FOS益生元活性間的相互作用。
不可消化碳水化合物和血糖控制。纖維和多羥基化合物能夠減少血糖和胰島素濃度,且有助于減少糖尿病、冠心病和某些癌癥的患病率。此外,高谷類(lèi)纖維的攝入可降低淀粉/纖維比值,而降低了總碳水化合物的血糖指數,同時(shí)又不影響可利用碳水化合物的血糖指數;這可能是通過(guò)整粒谷類(lèi)中的纖維導致一些淀粉不可利用來(lái)發(fā)揮作用的。提出應以血糖負荷表達,血糖負荷在許多情況下比血糖指數更強。Ⅱ型糖尿病并發(fā)心臟病、相關(guān)的代謝標志物、在研究中對體重的干預、對糖尿病糖化蛋白和空腹血糖的干預。有證據表明果糖會(huì )改善對血糖的控制,而沒(méi)有過(guò)多的高甘油三酯血癥。上述資料比文獻中通常討論的資料具有更大的一致性,并且表明需要比以往更具分析性的以證據為基礎的評估。以低消化性碳水化合物(包括纖維或多羥基化合物)替代高血糖性可利用碳水化合物降低血糖負荷,從而有可能減少代謝性疾病。
果糖寡聚糖(FOS)對Crohn氏病患者糞便和粘膜微生物的影響。Crohn氏病是一種復發(fā)性炎癥腸病,特征為腸腔內和粘膜微生物改變。Crohn氏病患者接受3周的15g FOS /d。用HBI(Harvey Bradshaw Index)測定疾病活動(dòng)性,補充FOS后疾病活動(dòng)性明顯下降。糞便雙歧菌濃度顯著(zhù)增加,但粘膜雙歧菌增加不顯著(zhù)。然而,進(jìn)入疾病靜止期的患者比活動(dòng)期的患者粘膜細菌總量和雙歧菌數量都增加。未檢測到糞便和粘膜微生物的其它變化。果糖寡聚糖增加了活動(dòng)性Crohn氏病患者糞便雙歧菌的濃度。
菊粉和果糖低聚糖是降低炎性腸病危險的成分。膳食成分間存在相互作用,如菊粉型寡聚糖(益生元)、免疫功能、炎性過(guò)程和腸道疾病。菊粉和果糖低聚糖的益生元效應和炎性腸病的保護作用正得到越來(lái)越多的研究。在病原菌接種的無(wú)菌鵪鶉在抵抗類(lèi)NEC損傷中已顯示了雙歧菌的保護作用。通過(guò)在鵪鶉飼料中添加果糖低聚糖,雙歧菌數量得以增加,這就抑制了NEC菌的過(guò)度增殖,從而通過(guò)多種微生物的感染降低類(lèi)NEC損傷。菊粉和果糖低聚糖減少炎性過(guò)程和相應的損傷也在其它動(dòng)物模型中觀(guān)察到,如DDS處理的結直腸炎大鼠和嚴重大腸炎的轉基因HLA-B27大鼠。測試了HLA-B27大鼠長(cháng)鏈菊粉和果糖低聚糖結合的效應,并因盲腸和大腸的粘膜細胞因子改變特征,而降低了總盲腸和炎性組織的得分。此外,對UC患者治療的研究顯示有改善慢性炎癥的整個(gè)臨床表現,證據是乙狀結腸鏡得分和人類(lèi)β-defensin(hBD)的mRNA水平(P<005﹚降低,且促使炎癥和誘導hBD表達的炎性細胞因子減少。
洋蔥中果聚糖對不可消化碳水化合物發(fā)酵的作用。寡聚糖是不可消化碳水化合物,屬于可溶性膳食纖維和益生元化合物。研究洋蔥(Allium cepal)中果聚糖對不可消化碳水化合物發(fā)酵的相關(guān)參數。取雄性Wister大鼠、5周齡給于對照飼料或添加洋蔥的膳食(10%果聚糖)38天。結果:10%洋蔥組和對照組相比,攝入果聚糖可增加糞便排出體積、糞便濕度和盲腸內容物濕度,這表明了高發(fā)酵水平。此外,可能是發(fā)酵的原因,攝入果聚糖增加了盲腸總重量、腸內容物重量和盲腸壁重量,顯示了一個(gè)troffic效應。
粟糠和玉米糠降低高膽固醇血癥對象的血漿總膽固醇和LDL-膽固醇水平。用前后對照研究比較了粟糠和玉米糠對血脂的影響。混有米粉的粟糠和玉米糠含有總膳食纖維為165%(W/W)。粟糠和玉米糠中可溶纖維:不可溶纖維分別是24∶141和17∶148。28名高膽固醇血癥對象平均血漿總膽固醇水平和LDL-膽固醇水平均分別有所降低。另在基線(xiàn)膳食后被分為2組。結果顯示粟糠和玉米糠能夠顯著(zhù)降低總膽固醇水平和LDL-膽固醇水平。血漿HDL-膽固醇和甘油三酯水平差異不顯著(zhù)。認為粟糠或玉米糠含有高不溶性纖維能夠顯著(zhù)降低高膽固醇血癥對象血漿總膽固醇和LDL-膽固醇水平。
寡糖和大豆異黃酮對二甲肼處理大鼠的腸道過(guò)渡期、糞便pH和微生物的影響。果糖低聚糖和大豆異黃酮對大鼠結直腸癌模型的病因學(xué)作用。給SD雄性大鼠注射1,2-二甲肼(DMH)誘導結直腸癌,并給予下列一種實(shí)驗膳食12周:含果糖低聚糖0、3%、6%、9%加或不加大豆異黃酮(500mg/kg飼料)。果糖低聚糖不影響增重和食物利用率,但如飼料中果糖低聚糖劑量達到6%時(shí)可減少腸道轉變時(shí)間和糞便pH值。大豆異黃酮會(huì )減少DMH大鼠增重和食物利用率,但不影響腸道轉變時(shí)間。喂飼6%或9%的果糖低聚糖的大鼠糞便Bifidobactera濃度高于不喂飼者,且喂飼9%果糖低聚糖的大鼠糞便總需氧菌數量明顯低于不喂飼者。結果表明果糖低聚糖對結直腸癌的病原學(xué)作用如pH值和腸道轉變時(shí)間具有劑量-依賴(lài)關(guān)系。然而,添加大豆異黃酮未顯示大腸的病原學(xué)作用。
Masson 松樹(shù)花粉對實(shí)驗動(dòng)物糞便特征和腸道微生物影響的研究。9頭去勢雄性豬(體重363kg)隨機分為3組:對照組(基礎飼料)、小麥糠組(添加35%)、Masson 松樹(shù)花粉組(添加35%)。花粉組動(dòng)物排出的干糞量分別是對照組和小麥糠組的164倍和152倍,其糞便水分含量是分別是對照組和小麥糠組的2倍和216倍,其糞便粗纖維含量、總灰份含量、絕對粗蛋白和粗脂肪含量均顯著(zhù)高于另外2組。松樹(shù)花粉組糞氮排出量明顯增加,且內源性氮、細菌氮和未消化膳食氮排出量最高,但糞便蛋白質(zhì)含量3組間無(wú)統計學(xué)差異。松樹(shù)花粉組糞便中所有微生物含量(logCFU/g)均類(lèi)似于小麥糠組,但高于對照組。松樹(shù)花粉組糞便中微生物排出總量(logCFU/d)明顯高于其它2組。結論:Masson 松樹(shù)花粉對營(yíng)養生理功能和糞便的自然特征的作用在調節能量代謝和抑制脂肪吸收方面十分重要。其生態(tài)益生元作用明顯增加了實(shí)驗動(dòng)物腸道微生物數量,并且動(dòng)員了更多的內源性氮,這對于健康和腎功能是有益的。
菊粉和雙歧菌大豆酸乳酪。豆奶是乳酸菌生長(cháng)的良好營(yíng)養基質(zhì),而乳酸菌可改善發(fā)酵制品的質(zhì)量,如大豆酸乳酪。大豆酸乳酪不含膽固醇、乳糖,且成本低廉。除了乳酸菌,雙歧菌也用于提供健康益處,并且雙歧菌與菊粉結合可能可刺激胃腸道微生物的繁殖。對照組用3%脫脂奶粉和蔗糖制備,大豆酸乳酪則用液體豆奶制備。結果隨菊粉水平的增加,一致性指數(K)也增加。在貨架期內,產(chǎn)品中雙歧乳酸菌活菌計數不變。對照組在最后的活菌計數未顯示差異。類(lèi)大豆酸乳酪的結果也是相同的。菊粉不影響發(fā)酵時(shí)雙歧菌的生長(cháng)。由于共生大豆酸乳酪品質(zhì)較好、被接受程度為806%,
嬰兒疝氣(IC)涉及多種胃腸道和心理因素,膳食治療可能也是有益的。以含有果糖寡聚糖、水解蛋白、乳糖和棕櫚酸、核苷酸和高密度的配方乳的測試。由西班牙在職兒科醫生對106名平均4224±429天、有上述IC的嬰兒進(jìn)行了一項前瞻性試驗。20名母乳喂養、31名常規配方乳(F)喂養和55名用被研究的配方乳(SF)喂養。結果:SF組哭喊少于2小時(shí)的嬰兒百分率,在試驗3天后顯著(zhù)性增加。SF組vs F組便秘癥狀也下降,1個(gè)月后糞便也較軟。試驗30天后,試驗組>2次吐奶 / 天的嬰兒數量和高滲性吐奶明顯減少。結論:大多數聽(tīng)從兒科醫生使用新配方乳的嬰兒在1周內,其小的胃腸道問(wèn)題都有所改善,并且在膳食治療30天后實(shí)際正常的嬰兒百分比十分高。
呼氣氫測評膳食纖維的可供能量。膳食纖維(DF)到達大腸后,被腸道菌分解產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFA)、CO2、H2和CH4。SCFA可被吸收,并被進(jìn)一步代謝為CO2以提供能量給宿主。因此,DF可獲得的能量不是0 kcal/g。呼氣H2的排出量與DF發(fā)酵率是成比例的。以果糖低聚糖(FOS)作為陽(yáng)性對照組。9~10名健康女生參與研究,并重復攝入8種受試物。DF不能在小腸消化和吸收,但可在大腸發(fā)酵,其產(chǎn)生的能量大約是2 kcal/g。此值來(lái)自以前推薦的幾個(gè)發(fā)酵公式,在日本也已用于評價(jià)加工食品的能量計算。相反,難以發(fā)酵的DF,其能量是0 kcal/g。發(fā)酵率在25%~75%的DF,其能量是1 kcal/g。因此,DF的能量系數是0、1、2 kcal/g。這些值足以用于營(yíng)養評價(jià),并且是實(shí)用的。該研究所用的DF能量系數則按照24小時(shí)呼氣氫的排出量進(jìn)行評價(jià)。部分水解的瓜拉膠、低分子量的藻酸鈉、不消化的糊精、聚合葡萄糖、不消化淀粉、葡甘露聚糖和纖維素的可利用能量均為1 kcal/g。盡管呼氣氫的累積排出模式在不同DF物質(zhì)間是不同的,但總值是相同的。不溶于水的纖維素24小時(shí)發(fā)酵緩慢,而部分水解的瓜拉膠24小時(shí)內完全不被人體腸道細菌發(fā)酵。
腸腔蠕動(dòng)和纖維素對血糖的影響。盡管被消化物的粘性會(huì )影響營(yíng)養素在大腸的吸收,但腸腔的蠕動(dòng)可影響這種吸收。一般認為纖維素不會(huì )影響被消化物的粘性,但攝入纖維素可增加胃、小腸和盲腸內容物的粘性。纖維素,而不是纖維二聚糖降低了灌注后血糖的增量。人造被消化物的物理屬性中僅粘性與血糖增量下降有關(guān),而水分含量、游離水、結合水或滲透壓與之無(wú)關(guān)。纖維素導致被消化物粘性的增加與延遲葡萄糖吸收有關(guān),這是由于被消化物混合不良阻滯了葡萄糖的擴散所致。纖維素也刺激了水分的吸收,可能是由于被消化物在小腸中移動(dòng)時(shí)增加了去含水能力。通過(guò)增加被消化物的粘性,在調節餐后高血糖和降低腸內營(yíng)養有關(guān)的腹瀉發(fā)病率方面,每餐攝入的纖維素可能具有治療作用。