Как структура пищевых волокон определяет их пользу для здоровья

Новое исследование показало, как обработка пищи изменяет структуру пищевых волокон и влияет на питательную ценность продуктов.

Достаточное потребление пищевых волокон важно для здоровья кишечника и связано с более низким риском сердечных заболеваний, диабета 2-го типа и инсульта. Большинству взрослых в Великобритании необходимо потреблять больше клетчатки, чтобы достичь целевого показателя в 30 г в день.

Пищевые волокна содержатся в растительной пище, включая овощи, зерновые и бобовые, где основным их источником является клеточная стенка растения. Большинство взрослых в Великобритании получают значительную часть пищевых волокон из обработанных продуктов, которые также содержат много крахмала, легко перевариваемого до глюкозы. Потребление слишком большого количества легкоусвояемых форм крахмала вызывает резкие скачки уровня сахара (глюкозы) в крови и связано с повышенным риском диабета 2-го типа, ожирения и других заболеваний.

Включение в рацион продуктов, которые высвобождают крахмал гораздо медленнее, с большей вероятностью поможет сохранить здоровье и снизить риск заболеваний.

С этой целью исследователи из Института Квадрам и Королевского колледжа Лондона провели детальное изучение того, как перевариваются различные источники крахмала, когда они являются частью сложных растительных тканей.

Учёные сравнили ткани нута и твёрдой пшеницы — растений, представляющих два разных способа хранения запасов крахмала в семенах или зёрнах. В пшенице ткань, называемая эндоспермом, обеспечивает питание прорастающему растению. В нуте, как бобовом, крахмал хранится в листовой структуре — семядоле. Клеточные стенки нута устроены иначе, они толще и, следовательно, содержат больше пищевых волокон, чем у пшеницы.

В своём исследовании, опубликованном в журнале Nature Food, команда объединила методы микроскопии с передовыми моделями пищеварения человека, чтобы отследить влияние обработки пищи на различные структуры клеточных стенок и оценить, как это меняет их усвояемость.

Они обнаружили, что пшеница и нут имеют заметно разные профили переваривания. В основном это было связано с различиями в структуре клеточной стенки. Клеточные стенки пшеницы были проницаемы для альфа-амилазы — основного фермента, ответственного за переваривание крахмала. Но в нуте крахмал внутри клеток не переваривался, за исключением клеток у краёв ткани, повреждённых во время помола.

Методы обработки пищи, сохраняющие клеточные стенки, создают «барьер клеточной стенки», который значительно снижает доступность крахмала для переваривания. Это подтвердилось в дальнейших исследованиях усвояемости каш, приготовленных из порошков нута разной степени обработки. Заморозка с последующим измельчением, которая повреждала клеточные стенки, приводила к более быстрому расщеплению крахмала по сравнению с кашей, где клетки нута оставались целыми и сохраняли барьер.

Исследования усвояемости проводились с использованием передовых симуляций условий обработки в ротовой полости, желудке и тонком кишечнике. Для стадии желудочного пищеварения использовалась современная Динамическая модель желудка, которая не только имитирует способ расщепления пищи ферментами желудка, но и реалистично воспроизводит физические процессы смешивания и обработки пищи. Это означает, что исследователи уверены, что наблюдаемые изменения в усвояемости крахмала в этих экспериментах имеют физиологическую значимость для человека.

Эти данные дают рациональную основу для разработки новых ингредиентов или методов обработки пищи, которые обеспечивают больше преимуществ продуктов, богатых клетчаткой. Команда разработала PulseON — новый ингредиент из нута, полученный с использованием различных процессов помола и сушки, которые, в отличие от обычного помола муки, сохраняют клеточную структуру и, следовательно, устойчивость крахмала к перевариванию. Результаты недавно опубликованного клинического исследования на людях показали, что частичная замена пшеничной муки (рафинированного углевода) на PulseON в таких основных продуктах, как белый хлеб, снижает гликемический ответ на 40%.

Это новейшее исследование структуры пищевых волокон подчёркивает серьёзный недостаток опоры только на химический анализ для характеристики различных типов клетчатки, поскольку физическое состояние имеет решающее значение для определения инкапсулирующих или «барьерных» эффектов клеточной стенки. Это особенно важно для диетологов и для интерпретации результатов механистических экспериментов или исследований на людях.

Исследование также ставит под сомнение эффективность пищевых добавок с клетчаткой, поскольку часть её активности может быть утрачена, если структурная целостность клеточных стенок не сохраняется после обработки пищи и во время пищеварения.

Ведущий автор, доктор Катрина Эдвардс из Института Квадрам, сказала: «Мы показали, как лучшее понимание структуры клетчатки может помочь в разработке богатых клетчаткой пищевых ингредиентов и продуктов, которые, вероятно, будут гораздо более эффективными в помощи по контролю уровня глюкозы в крови, поддержании здоровья и снижении риска заболеваний, таких как диабет 2-го типа».