CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT XƠ HÒA TAN 1. Khái niệm về chất xơ hòa tan Năm 2001, Viện Y dược Mỹ(The Institute of Medicine – IOM) phát triển định nghĩa về chất xơ thực phẩm như sau: Chất xơ có bản chất hóa học thuộc nhóm carborhydrat, thường được gọi là polysaccharide có khối lượng phân tử từ thấp đến cao( nhưng không bao gồm tinh bột), là thành phần nằm trong mô tế bào thực vật mà cơ thể con người không tiêu hóa được Trong đó, chất xơ hòa tan là chất xơ có khối lượng phân tử thấp đượccấu tạo từ các gốc đường đơn (các monosaccharide gồm glucose, mannose, fructose) liên kết với nhau thông qua liên kết glycoside [1]- tan trong nước Theo tổ chức y tế Thế giới WHO, prebiotic được định nghĩa là"một hay hỗn hợp nhiều vi khuẩn mà khi cung cấp cho người hay động vật thì mang lại những hiệu quả có lợi cho vật chủ bằng cách tăng cường các đặc tính của vi sinh vật trong hệ tiêu hóa" 1. Phân loại chất xơ hòa tan 1.
Dựa vào tính chất sinh lý, hóa lý[2] Chất xơ hòa tan nhớt (như guar gum, glucomannans, pectin, β- glucan, psyllium, các chất nhầy, vv) • Pectin Pectin là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hòa tan và propectin không hòa tan. Dưới tác dụng của axit, enzyme protopectinase hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin. SV:Ñaøo Quyønh Thö - K19-1203 3 Là polygalactoronic được cấu tạo bởi các D-galactoronic liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 Glycoside Hình 1. Cấu tạo của pectin • β -glucans Là hợp chất đường liên phân tử được tạo nên từ các đơn phân tử D- glucose gắn với nhau qua liên kết β-glycoside.
Cấu tạo của β- Glucans • Glucomannan là polymer mạch thẳng với một lượng nhỏ phân nhánh β(1- 4) glucoside giữa D-Mannose và D-Glucose theo tỉ lệ 1,6/1 Hình 3. Cấu tạocủa glucomannan SV:Ñaøo Quyønh Thö - K19-1203 4 Chất xơ ơ hòa h tan không nhớt (như lactulose, oligosaccharides, fructo-oligosaccharides, oligosaccharides, inulin, vv). • Lactulose là lo loại đường được sử dụng trong điều trị táo bón… Hình 4. Cấu tạo của lactulose • Galacto-oligosaccharide oligosaccharide (GOS): là nhóm polymer có phân ttử thành phần là các Galactose nnối với nhau bằng liên kết β-galatoside Hình 5.
Cấu tạo củ ủa GOS • Fructo-oligisaccharide oligisaccharide (FOS): Là nhóm Polymer ccủa nhiềuβ(2-1) D- Frucstose liên kếtt vvới (1-2) D-Glucose nối với nhau bằng ng 5 liên kết glycoside Hình 6. Cấu tạoo ccủa FOS 1. Dựa vào cấuu trúc hóa học h [2] - Polysaccharide và oligosaccharide không phải ph tinh bộtt bao ggồm polyfructose (inulin, in, oligofructan), gum, mucilage, pectin SV:Ñaøo Quyønh Thö - K19-1203 K19 5 - Một số cacbonhydrate: maltodextrin, tổng hợp bằng enzyme,(FOS) mạch ngắn, chondroitin-oligosaccharide (TOS), xanthangum,oligofructo, xilo-oligosaccharide (XOS), trangalactooligo collagen) 1. Nguồn gốc cung cấp chất xơ hòa tan Chất xơ hòa tan được tìm thấy trong rất nhiều loại thực phẩm có nguồn gốc từ các nhóm thực vật được trình bày ở bảng sau : Bảng 1.
Hàm lượng chất xơ trong một số loại rau quả Nhóm thực Thực phẩm Xơ tổng số Xơ không tan Xơ hòa tan phẩm Mì kiều mạch 3,73 2,30 1,43 Ngũ cốc và hạt Bánh mì 3,45 1,50 1,95 Khoai tây và Khoai lang 3,76 2,40 1,36 tinh bột 1,42 1,30 0,12 Khoai tây Cây họ đậu Đậu nành khô 16,67 14,50 2,20 Rau Cây tỏi 5,90 1,60 4,30 Rau khoai lang 6,9 6,03 0,87 Trái cây Quả hồng 2,46 1,70 0,76 Quả cam 1,95 1,60 0,35 Rong biển Rau diếp 4,60 2,80 1,80 1. Tính chất chức năng của chất xơ hòa tan Một số tính chất chức năng của chất xơ hòa tan gồm : • Hỗ trợ hệ tiêu hóa: Ảnh hưởng của chất xơ trên đường tiêu hóa chủ yếu qua 2 tính chất: Độ nhớt của chất xơ và khả năng lên men của chất xơ SV:Ñaøo Quyønh Thö - K19-1203 6 Tại dạ dày, chất xơ không bị tiêu hóa bởi các enzyme nên còn nguyên vẹn, tính nhớt của chất xơ tan làm cho thức ăn dính lại thành một khối. Kết quả là thức ăn chậm di chuyển từ dạ dày sang tá tràng[3] Tại ruột non, sự tạo khối của thức ăn dưới dạng gel hạn chế tác động của các enzym đường ruột lên các chất mỡ, chất đạm, chất đường. Hạn chế hấp thu các thực phẩm ăn vào qua cơ chế hạn chế tiếp xúc với niêm mạc ruột.
Hiệu quả là giảm hấp thu các dưỡng chất, giảm chuyển hóa năng lượng, giảm chỉ số đường huyết của các bữa ăn[3] Tại ruột già, tác động của chất xơ chủ yếu thông qua quá trình lên men, tạo ra các axit béo chuỗi ngắn, là nguồn năng lượng cho các vi khuẩn tại đại tràng và được cho là có vai trò trong phòng chống ung thư đại tràng. Các loại thực phẩm có khả năng lên men cao là các loại cám, các loại rau có độ nhớt cao, các loại trái cây. Còn các chất xơ có khả năng lên men kém sẽ tạo thành khối với khả năng hút nước cao, dẫn đến hiệu quả là nhuận tràng, chống táo bón và gián tiếp làm tăng chất lượng cuộc sống[3] Cơ chế tác động của chất xơ hòa tan trong hệ tiêu hóa(hình 7) Prebiotic kích thích các lợi khuẩn trong đường tiêu hóa như bifidobacteria và lactobacilli lên men có chọn lọc các prebiotic như FOS, GOS, tạo ra butyrate.Cơ chế tác động của chất xơ hòa tan trong hệ tiêu hóa SV:Ñaøo Quyønh Thö - K19-1203 7 • Hỗ trợ làm giảm cholesteol: Chất xơ có khả năng cải thiện sự bài tiết cholesterol và làm giảm sự hấp thu các muối mật ở hồi tràng. Chất xơ khi hút nước nở ra thì giữ muối mật trong lớp chất nhầy, không cho nó quay trở lại máu.Cơ thể luôn có chức năng sản xuất lượng muối mật để bù vào lượng muối mật mất đi mỗi ngày.Nguyên liệu mà cơ thể cần để tổng hợp ra muối mật chính là chất cholesterol.
Do đó chế độ ăn có đủ số lượng chất xơ cần thiết sẽ làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu. • Hỗ trợ điều trị bệnh béo phì: Chế độ ăn giàu chất xơ tuy làm giảm calo của khẩu phần, nhưng vẫn đảm bảo cảm giác no, rất có lợi cho những ai muốn giảm trọng lượng cơ thể. Mặt khác, chất xơ trong quá trình tiêu hóa sẽ hút nước nở ra, làm cho các chất dinh dưỡng thấm qua lớp nhầy nhớt dần qua thành ruột vào máu. Nhờ vậy, lượng đường trong máu chỉ tăng ở mức độ vừa phải, không bị cơ thể chuyển lượng đường thừa thành mỡ được dự trữ ở các mô mỡ gây béo phì.
• Hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường: Mục đích của việc điều trị bệnh đái tháo đường là giữ hàm lượng đường glucose trong máu của ở mức bình thường và ngăn ngừa các biến chứng. Thực phẩm giàu chất xơ làm chậm lại quá trình hấp thu đường vào máu, qua đó giữ cho mức đường trong máu không bị tăng đột ngột ngay sau bữa ăn, mà tiêu hóa hấp thu từ từ, giữ cho lượng đường trong máu không xuống quá thấp, có lợi cho quá trình điều trị bệnh • Hỗ trợ điều trị bệnh ung thư. Nhiều nghiên cứu cho thấy, những người dùng nhiều chất xơ sẽ giảm được nguy cơ bị ung thư đường tiêu hóa. Ung thư kết tràng thường xảy ra ở phần cuối ống tiêu hóa, vì đây là nơi tạo ra một số chất độc hại cho tế bào như amoniac, indol, phenol, amin.
Chất xơ hòa tan dễ dàng lên men trong ruột tạo SV:Ñaøo Quyønh Thö - K19-1203 8 một môi trường có tính khử cao, có khả năng ức chế quá trình oxy hóa và giúp nuôi dưỡng hệ vi khuẩn có ích sống tại ruột. Hệ vi khuẩn này tạo ra các axit béo dễ bay hơi, tác động trực tiếp lên tế bào thành ruột kích thích sự phân chia của tế bào bình thường, ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Còn chất xơ không hòa tan tuy ít có khả năng lên men nhưng lại đóng vai trò tích cực trong việc bài trừ chất có khả năng gây ung thư trước khi chúng có đủ thời gian để gây hại thành ruột. Chất xơ không hoà tan trong nước làm giảm lượng estrogen trong máu, do vậy chất xơ có thể giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư vú.
Tình hình nghiên cứu thu nhận và ứng dụng chất xơ thực phẩm trong và ngoài nước Nhờ có vai trò quan trọng đối với súc khỏe con người, chất xơ thực phẩm ngày càng được chú ý. Một số nghiên cứu và ứng dụng chất xơ hòa tan ở Việt nam và thế giới đáng chú ý gồm: Một số nghiên cứu thu nhận chất xơ Thompson, J.Prakongpan và cộng sự (2006) đã tiến hành nghiên cứu sản xuất chất xơ thực phẩm và cellulose từ lõi dứa. Chất xơ thực phẩm từ lõi dứa được thu nhận bằng phương pháp trích ly bằng cồn. Cenlulose từ lõi dứa được sản xuất theo phương pháp trích ly bằng dung dịch kiềm và một quá trình tẩy trắng.
Tổng số chất xơ thực phẩm và cenlulose thu được từ 2 phương pháp đạt 99,8% và 95,2%[6, 7] Năm 1970,Pilnik,W.Voragen đã nghiên cứu thu nhận các cơ chất Pectin từ vỏ táo[4]. Năm 1997, Xu Yunshe (Trung Quốc) đã nghiên cứu thành công công nghệ tách chiết chất xơ từ quả chuối.Nghiên cứu này thu được hàm lượng chất xơ tăng đáng kể từ 9,82 ± 0,16% đến 16,72 ± 0,28 %.[13] Một số nghiên cứu ứng dụng từ chất xơ Trong những năm 1970- 1975, Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất chất xơ thực phẩm dạng oligosaccharit. Vào 1980- 1990, tiến sỹ Teruo Nakakuri dựa vào sự phát triển của công nghệ enzyme đã sản xuất ra một vài oligosaccharit ở quy mô công nghiệp như maltooligosaccharit,cyclodextrin, fructooligosaccharit…[8-10] Năm 2005, Kyung Young Yoon , Myeonghwa Cha, Seung Ryeul Shin, Kwang Soo Kim đã nghiên cứu sử dụng enzim thủy phân để xác định thành phần đường của chất xơ hòa tan từ vỏ cà rốt.Cà rốt được xử lý với hỗn hợp NaOH 1% và axit axetic 2%, Mẫu xử lý sơ bộ được thủy phân bởi các enzyme. Tủa bằng ethanol 85% thu được hàm lượng chất xơ hòa tan , chất xơ không tan(tăng từ 3,3/100g đến 41,7g/100g cà rốt) và các loại đường (monosaccharit, galactooligosaccharit…)[11] Năm 2010, tiến sĩ Sherry tại đại học Michigan đưa ra những lợi ích của chất xơ hòa tan có trong yến mạch, táo, và các loại hạt.Nghiên cứu này chứng minh chất xơ hòa tan có tác dụng chống viêm trực tiếp, xây dựng lên hệ thống miễn dịch và đưa ra lượng chất xơ hòa tan cần thiết để đạt được những lợi ích sức khỏe (hàm lượng chất xơ vào không được vượt quá chỉ số FDA về hàm lượng chất xơ trong ngày).[12] Ở Việt Nam cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về chất xơ được công bố: Năm 2003, TS.