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 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 trong nước. So với chất xơ không hòa tan, chất xơ hòa tan có thể dễ dàng tiếp cận và chuyển hóa bởi các vi sinh vật phân giải chất xơ trong ruột và tạo ra một loạt các chất chuyển hóa có lợi và chức năng.
1. ĐẶC ĐIỂM CỦA CHẤT XƠ HÒA TAN
Chất xơ hòa tan (Soluble Dietary Fiber – SDF) là chất xơ có thể tan trong nước, và không thể bị tiêu hóa bởi enzyme đường ruột của con người. Các SDF có cấu trúc khác nhau, khá phức tạp và không đồng nhất chủ yếu gồm các oligosaccharide kháng và chất xơ 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. Các ví dụ của chất xơ hòa tan là gums, fructans, pectin, chất nhầy, một số hemicellulose.
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 (Degree of Polymerization- 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 axit 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.
2. TÁC ĐỘNG SINH LÝ CỦA CHẤT XƠ HÒA TAN
2.1 GIÚP CHO HỆ VI SINH VẬT ĐƯỜNG RUỘT PHÁT TRIỂN
Chất xơ hòa tan (SDF) cung cấp nguồn cacbon và năng lượng chính cho hệ vi sinh vật đường ruột. Khi SDF trong thực phẩm đi vào ruột già, vi khuẩn đường ruột có thể phân giải SDF thành oligosaccharide hoặc monosaccharide thông qua các hệ thống phân hủy khác nhau, và sau đó hấp thụ chúng bằng các hệ thống vận chuyển cụ thể để tạo nguồn năng lượng.
SDF có tác dụng tiền sinh học bằng cách tăng tính đa dạng và số lượng vi khuẩn có lợi, cải thiện môi trường ruột.
Ví dụ, FOS có thể làm tăng hiệu quả sự đa dạng vi khuẩn của hệ vi sinh vật đường ruột của con người và cải thiện sự phong phú của Bifidobacteria và Lactobacilli.
Kết quả nghiên cứu của Yang và cộng sự cho thấy rằng việc sử dụng GOS có tác dụng cải thiện chứng viêm thần kinh và rối loạn chức năng nhận thức ở mô hình mổ bụng chuột. Hơn nữa, phân tích sâu về hệ vi sinh vật trong phân bằng giải trình tự 16S rRNA cho thấy rằng việc sử dụng GOS có thể gây ra sự gia tăng đáng kể đa dạng của hệ vi sinh vật đường ruột và sự gia tăng của Bifidobacterium cũng như các vi khuẩn có khả năng chống viêm khác. Inulin đã được xác nhận là có lợi cho sức khỏe bằng cách điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột.
Trong một thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng trên người lớn khỏe mạnh, việc bổ sung inulin agave cải thiện sự đa dạng và hoạt động của hệ vi sinh vật đường ruột bao gồm tăng Bifidobacteria và làm giảm Desulfovibrio.
Ngũ cốc là nguồn cung cấp β-glucan chính trong chế độ ăn uống. Một nghiên cứu trên chuột cho thấy rằng việc sử dụng β-glucan từ ngũ cốc có thể thúc đẩy sự phát triển của Bifidobacteria và Lactobacilli, trong khi nó có thể làm giảm sự phong phú của Enterobacteriaceae phụ thuộc vào liều lượng.
Kết quả của một nghiên cứu trong ống nghiệm của Rawi và cộng sự cho thấy rằng gum từ cây keo làm tăng đáng kể sự phong phú của Bifidobacteria và ức chế Clostridium histolyticum, vi khuẩn làm phát sinh chứng loạn khuẩn ruột.
Tinh bột kháng (RS), cả không hòa tan và hòa tan, có thể được lên men và sử dụng bởi vi sinh vật đại tràng. Chúng có thể làm tăng sự phong phú của Bacteroides, Bifidobacteria, Lactobacilli, Coprococcus và Allobaculum và hợp tác thực hiện các chức năng tiền sinh học của chúng với các thành phần hoạt tính khác như chitosan oligosaccharide.
Việc hấp thụ không đủ SDFs sẽ làm giảm số lượng lợi khuẩn và chuyển sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật đường ruột sang sử dụng các axit amin trong các chất nền khác, điều này có thể làm phát sinh tổn thương niêm mạc ruột do tích tụ các chất chuyển hóa có hại, chẳng hạn như acid béo chuỗi nhánh, amoniac, amin, hợp chất N-nitroso, và các hợp chất phenolic.
Do đó, một chế độ ăn có nhiều đường, chất béo và protein nhưng ít chất xơ có thể dẫn đến phát triển các bệnh viêm mạn tính như viêm ruột, dị ứng, bệnh tim mạch và béo phì. Việc hấp thụ đủ SDF có thể bảo vệ niêm mạc ruột khỏi bị vi khuẩn đường ruột suy thoái và ngăn ngừa các bệnh này ở một mức độ nhất định.
Các vi khuẩn có lợi sử dụng SDF để lên men và tổng hợp các acid béo chuỗi ngắn (SCFA) điều hòa nhiều quá trình quan trọng trong toàn bộ cơ thể, như điều chỉnh biểu hiện gen, chuyển hóa glucose và lipid, điều hòa cảm giác no, tất cả đều có liên quan trong cơ chế bệnh sinh của bệnh béo phì và hội chứng chuyển hóa. Duy trì hệ vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh giúp hỗ trợ tiêu hóa thức ăn, sản xuất các hợp chất có lợi, đảm bảo hàng rào miễn dịch và chống ung thư.
2.2 TĂNG CẢM GIÁC NO VÀ GIẢM TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG
SDFs nhớt làm chậm quá trình thủy phân và hấp thụ các chất dinh dưỡng năng lượng từ thức ăn trong ruột non, chẳng hạn như tinh bột và chất béo trung tính. Vì vậy, SDFs có thể làm giảm đáng kể tổng năng lượng ăn vào cũng như glucose và cholesterol, do đó chúng góp phần làm chậm quá trình béo phì, đái tháo đường type 2, tăng lipid máu và các bệnh chuyển hóa liên quan.
Sau đó, chất xơ tiếp cận và kích thích hồi tràng cuối, nơi niêm mạc phản ứng và giải phóng peptide-1 giống glucagon (GLP-1). Kết quả từ các thí nghiệm trên người và lợn chỉ ra rằng GLP-1 có thể ức chế quá trình làm rỗng dạ dày và giảm nhu động ruột. Do đó, SDFs nhớt rất hữu ích để kiểm soát sự thèm ăn, cải thiện độ nhạy insulin và giảm cân.
2.3 THÚC ĐẨY QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT VÀ HẤP THỤ CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG
Nhiều SDFs nhớt có thể cung cấp nền tảng cho quá trình chuyển hóa các chất hoạt động. Acid mật được sản xuất trong gan và được chuyển hóa bởi các enzym từ vi khuẩn đường ruột, không chỉ thúc đẩy sự hấp thụ chất béo trong chế độ ăn uống mà còn đóng vai trò không thể thiếu trong việc duy trì hệ vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh, cân bằng chuyển hóa lipid và carbohydrate, nhạy cảm với insulin và miễn dịch bẩm sinh.
Ngoài chất nền hữu cơ, SDFs nhớt có thể liên kết với các chất dinh dưỡng vô cơ như các ion kim loại. Theo báo cáo, sau khi được liên kết với SDF, calci, magie, sắt, đồng và kẽm sẽ được vận chuyển đến đại tràng xa. Với sự phân hủy SDFs bởi vi khuẩn địa phương, các ion được giải phóng và thể hiện các tác dụng cụ thể bao gồm chống lại mầm bệnh, tăng tính đa dạng của cộng đồng vi khuẩn đường ruột và bảo vệ ruột khỏi nhiễm trùng.
Hơn nữa, SCFAs được tạo ra thông qua hệ vi sinh vật đường ruột lên men SDFs kết hợp với các ion để tạo thành muối hòa tan, dễ được đại tràng hấp thụ hơn.
2.4 GIẢM RỐI LOẠN TIÊU HÓA
Chất xơ hòa tan như một chất chống độc trong bệnh lý tiêu chảy, hút nước trong ruột và trương lên nhu một chất keo, kéo các sản phẩm bệnh lý ở ruột để ra ngoài, làm phân đặc và sạch ruột. SDF làm căng thành ruột làm nhu động ruột giảm, giúp bớt đau.
Một số chất xơ hòa tan như psyllium rất giàu chất nhầy, là hỗn hợp của các polysaccharide bao gồm pentoses, hexoses và acid uronic có thể giữ được khả năng giữ nước trong ruột do khó lên men và được sử dụng làm thuốc nhuận tràng cho bệnh táo bón.
Tài liệu tham khảo
[1] 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.
Tìm hiểu bài viết liên quan: https://inrd.vn/
Fanpage: https://www.facebook.com/inrd2022
