Chất xơ là một nhóm các thành phần thực phẩm có khả năng chống lại các enzym tiêu hóa và được tìm thấy chủ yếu trong ngũ cốc, trái cây và rau quả.
Chất xơ là một chất dinh dưỡng có vai trò quan trọng được công nhận rộng rãi đối với sức khỏe con người. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng chất xơ có ý nghĩa quan trọng trong việc ngăn ngừa các bệnh mạn tính không lây như tiểu đường, bệnh tim mạch, ung thư đường tiêu hóa, rối loạn lipid máu,…
Hơn nữa, nghiên cứu cơ học cho thấy rằng các chức năng sinh lý của các loại chất xơ khác nhau phụ thuộc rất nhiều vào các đặc điểm hóa lý của chúng, một trong số đó là tính hòa tan, độ nhớt và khả năng lên men.
1. PHÂN LOẠI CHẤT XƠ
1.1 DỰA THEO CẤU TRÚC
Chất xơ có thể được phân loại thành polysaccharid phi tinh bột (NSP), tinh bột kháng (RS) và oligosaccharide kháng.
- Polysaccharid phi tinh bột (NSP): là các polymer chuỗi dài có các đơn phân là phân tử đường liên kết với nhau bằng liên kết glycoside nhưng không phải tinh bột.
- Tinh bột kháng (RS) là tinh bột, bao gồm các sản phẩm thoái hóa của nó, thoát ra khỏi quá trình tiêu hóa trong ruột non của những người khỏe mạnh. Tinh bột kháng có trong thực phẩm một tự nhiên, nhưng nó cũng có thể được thêm vào như một phần của thực phẩm thô khô hoặc được sử dụng như một chất phụ gia trong thực phẩm chế biến.
- Oligosaccharide kháng còn được gọi là oligosaccharid chức năng, dùng để chỉ các oligosaccharid có mức độ trùng hợp (Degree of Polymerization – DP) từ 3 đến 9 đường đơn, có tác dụng tiền sinh học. Việc điều chế oligosaccharide kháng có thể đạt được bằng các phương pháp enzyme, chẳng hạn như thủy phân và đồng phân hóa, và các phương pháp hóa học.
1.2 DỰA THEO NGUỒN GỐC TỔNG HỢP
Có thể chia chất xơ thành chất xơ thực phẩm và chất xơ chức năng
Chất xơ thực phẩm
Là polysaccharid phi tinh bột bao gồm carbohydrates và lignin không tiêu hóa được và có nguồn gốc từ thực vật.
Chất xơ thực phẩm được chia thành 2 loại theo khả năng phân tán trong nước:
- Chất xơ hòa tan (soluble dietary fiber- SDF): là loại chất xơ có thể tan trong nước, bao gồm gums, polyfructose, pectin, chất nhầy, một số hemicellulose.
- Chất xơ không hòa tan là chất xơ không tan trong nước, bao gồm: cellulose, một số hemicellulose, lignin.
Chất xơ chức năng
Là carbohydrates được phân lập và chiết xuất từ công nghiệp có nguồn gốc thực vật (tinh bột phân tính, pectin, gums), động vật (chitin và chitosan) không tiêu hóa được, được bổ sung vào thức ăn, đồ uống nhằm tăng hàm lượng chất xơ cho cơ thể, có nhiều tác dụng sinh lý tốt đối với sức khỏe.
2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC CỦA CHẤT XƠ
Chất xơ được coi là polymer carbohydrate với ba hoặc nhiều đơn vị monomer liên kết với nhau bằng liên kết glycosidie, có khả năng chống lại các enzyme tiêu hóa nội sinh và do đó không bị thủy phân cũng như không được hấp thu ở ruột non.
2.1 CHẤT XƠ KHÔNG HÒA TAN
Các chuỗi đường trong chất xơ không hòa tan liên kết với nhau bằng các liên kết hydro dày đặc, tạo thành cấu trúc kỵ nước và tinh thể, có thể chống lại sự thủy phân của glucosidase ngoại sinh. Do đó các chất xơ không hòa tan đi qua đường ruột và ra ngoài theo phân.
Cellulose:
Là chất xơ không hòa tan được phân bố rộng rãi và phong phú nhất trong tự nhiên. Cellulose là một polysaccharide có trọng lượng phân tử cao, đơn phân là β-glucose liên kết với nhau bằng liên kết β-(1,4)-glycosidic.
Phân tử cellulose có dạng mạch thẳng, sợi dài, các sợi cellulose xếp song song và gắn với nhau bằng liên kết hidro tạo thành vi sợi dai, chắc, bền, dẻo. Nó là thành phần cấu trúc chính của thành tế bào thực vật, thường kết hợp với hemicellulose, pectin và lignin.
Hemicellulose:
Được tạo thành từ cả 2 loại đường hexose và pentose liên kết với nhau bởi liên kết β-(1,4)-glycosidic tạo thành xương sống và các chuỗi bên bao gồm galactose, arabinose và acid glucuronic được liên kết thông qua β (1–2) và β (1–3).
Do mức độ phân nhánh cao hơn và DP của phân tử thấp hơn, độ dài chuỗi ngắn hơn cellulose, hemicellulose tồn tại ở nhiều dạng khác nhau và ưa nước hơn, nhạy cảm với độ acid, kiềm và nhiệt độ hơn từ đó dễ bị thủy phân hơn cellulose.
Lignin:
Là phân tử lớn có cấu trúc vô định hình phức tạp, được tạo thành từ các polyme phenol có độ phân nhánh cao với các liên kết nội phân tử mạnh mẽ. Phân tử lignin không có tính đồng nhất, tạo liên kết với hemicellulose và bao quanh cellulose thông qua liên kết este trong thực vật để cung cấp độ cứng và bảo vệ thành tế bào.
2.2 CHẤT XƠ HÒA TAN
Chất xơ hòa tan (SDF) bao gồm các chất có cấu trúc khác nhau, chủ yếu gồm các oligosaccharide kháng và sợi nhớt có trọng lượng phân tử cao. Độ hòa tan của SDF có thể khá thay đổi không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của sợi mà còn phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ và giá trị pH.
Fructo-oligosaccharides (FOS) và galacto-oligosaccharides (GOS) là những oligosaccharide kháng tiêu biểu và được nghiên cứu nhiều nhất. Chúng dễ dàng lên men trong ruột vì trọng lượng phân tử thấp và độ hòa tan cao.
- FOS: Cấu tạo từ đường sucrose kết hợp với 1 đến 3 fructose liên kết với nhau bằng liên kết β-glycosidic.
- GOS: Galactose hoặc glucose kết hợp với 1 đến 7 galactose được liên kết bằng liên kết β-glycosidic.
Inulin: D-fructose liên kết bằng liên kết β-glycosidic với glucose ở cuối với độ trùng hợp (DP) từ 2 đến 60. Inulins có DP nhỏ hơn 10 thuộc về oligosaccharide kháng, trong khi những loại khác thuộc về chất xơ nhớt.
Do trọng lượng phân tử lớn và tính hút nước mạnh, chất xơ nhớt, bao gồm β-glucan, pectin và gum, có thể hòa tan trong nước cũng như tạo thành cấu trúc gel ở nồng độ tới hạn cần thiết với khả năng giữ nước, có thể ức chế hấp thu glucose và lipid ở ruột.
- β-glucan: Cấu trúc cao phân tử mạch thẳng của các đơn phân glucose liên kết với nhau bằng β (1-4) và β (1-3) và có độ nhớt cao ở nồng độ thấp. Nó là thành phần cấu trúc của thành tế bào thực vật và cũng có thể được tổng hợp bằng công nghệ enzyme.
- Pectin: Polysaccharid dị thể có cấu trúc phức tạp chủ yếu bao gồm các acid D-galacturonic được liên kết bởi liên kết α-1,4-glycosidic và chứa một lượng nhỏ rhamnose, arabinose và galactose.
- Gum: Gum là polymer được tạo nên bởi các monomer là các đường hoặc dẫn xuất của đường, bao gồm: glucose, galactose, mannose, fucose, glucuronic acid, rhamnose, arabinose, xylose,… Gum là polysaccharid có trọng lượng phân tử cao mà ở nồng độ thấp có thể kết hợp với nước làm tăng độ nhớt của nước hoặc dung dịch, hình thành nên trạng thái gel.
Tài liệu tham khảo
[1] G. A. Soliman, “Dietary Fiber, Atherosclerosis, and Cardiovascular Disease”, Nutrients, vol 11, số p.h 5, tr 1155, tháng 5 2019, doi: 10.3390/nu11051155.
[2] A. M. Stephen và c.s., “Dietary fibre in Europe: current state of knowledge on definitions, sources, recommendations, intakes and relationships to health”, Nutr Res Rev, vol 30, số p.h 2, tr 149–190, tháng 12 2017, doi: 10.1017/S095442241700004X.
[3] Z.-W. Guan, E.-Z. Yu, và Q. Feng, “Soluble Dietary Fiber, One of the Most Important Nutrients for the Gut Microbiota”, Molecules, vol 26, số p.h 22, tr 6802, tháng 11 2021, doi: 10.3390/molecules26226802.
[4] “Hemicellulose – tổng quan | Chủ đề ScienceDirect”. https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/hemicellulose (truy cập 23 Tháng Mười 2022).
Tìm hiểu bài viết liên quan: https://inrd.vn/
Fanpage: https://www.facebook.com/inrd2022
