本期介绍华中农业大学食品科技学院李斌教授发表在《中国食品学报》第23卷第4期特约专栏(前沿科技)上的文章《膳食纤维黏度的食欲调节作用及其研究进展》。
膳食纤维(Dietary fiber,DF)在调节机体能量摄入及稳定餐后血糖等方面发挥着潜在作用。黏度为可溶性膳食纤维重要的物性主体,也是其营养效应的关键贡献者。当前,基于膳食纤维物性的营养效应备受研究者关注,而黏度对食欲的调控作用已成为物性营养学研究的重要切入点。文章总结了基于膳食纤维物化性质的促健康作用,重点综述进食过程中膳食纤维黏度介导的食欲干预作用及其机制,以期为饱感强化食品的开发和应用提供思路与借鉴,为后续系统探究膳食黏度对人体健康的影响奠定一定的理论基础。
膳食纤维黏度对食欲调节作用
1 进食前
预期饱腹感(Expected satiation)定义为食物被摄入前因其质构性质所引起的机体主观食欲感受,被认为是调控食物摄入量的决定性因素之一。研究表明,受试者进食前对食物黏度、质构等性质的主观感受会触发其对食物饱腹性能的联想,包括食物可能会有多强的饱腹能力,或者摄入食物后可能在多大程度上抵抗饥饿感。除了食物本身的风味特征,食品包括其黏度在内的质构特性被认为是决定食物预期饱腹感强、弱的关键因素。
2 口腔加工过程中
研究认为,增加口腔暴露(口腔与食物的接触)的时间或强度,可促进饱腹感信号的产生并有助于控制后续的能量摄入。口腔暴露(Oral exposure)程度受食品质构特性的影响,而黏度是其中不能被忽略的重要物性之一。有研究发现,食品的黏度对口腔加工过程有显著影响。富含膳食纤维的高黏度食品可以促进咀嚼(咀嚼力度和咀嚼速率),延长口腔暴露时间,并增加吞咽前的咀嚼周期。此外,摄入口腔的食物,其质构特性,如流体食品的黏度对口腔产生的机械性刺激以及其风味成分(滋味物质和香味物质)产生的化学性刺激,可促进口腔唾液的分泌,有助于强化机体的饱腹感。
3 进食后
如图1所示,DF的黏度特性对胃肠消化过程的干预,是其调控机体食欲响应的关键。简而言之,黏性膳食纤维增加了胃肠道内容物的黏度,从而延长食物在胃肠道中输送和消化过程。通过这种方式,DF的黏度特性有助于钝化机体的胰岛素响应,稳定其餐后血糖水平。此外,黏性膳食纤维对肠道内食糜的滞留作用,可强化营养素与肠道内黏膜化学感受器如I-细胞和L-细胞的接触,促进食欲相关激素如胰高血糖素样肽1(Glucagon-like peptide 1,GLP-1)、酪酪肽(PPY)和胆囊收缩素(Cholecystokinin,CCK)等的分泌。GLP-1、PPY、CCK被认为是最重要的饱感激素,可通过脑肠轴作用于大脑,从而提升机体的饱腹感。此外,可溶性DF可在结肠中发酵,产生的短链脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFA)不仅能够降低结肠pH值,改善肠道菌群结构,部分SCFA可刺激L-细胞对饱感激素GLP-1和PYY的分泌,有助于诱导机体的饱足感。
图1 黏性膳食纤维的食欲调控机制示意图
1)胃消化过程中
胃排空是与机体饱腹感信号产生有关的重要生理现象,是胃将其内容物排入小肠十二指肠以进行消化和吸收的复杂而缓慢的消化过程。食物的胃排空过程与食糜的能量密度、流变特性和物理状态(液体/固体)密切相关。图2展示胃对其内容物的排空模式。
胃部因食品机械刺激而产生的饱腹感,往往先于小肠因化学成分刺激而产生的饱足感。因此,食物的胃排空特性对于饱腹感的产生具有决定性的影响。进入胃内的黏性膳食纤维与胃酸及唾液混合后形成的高黏基质可增加胃张力,由此触发迷走神经向大脑传入饱腹感信号。可溶性纤维在胃内的持续水化可增加胃内容物的黏度,由此延缓了胃的排空,在较短的时间内抑制机体的进食欲望,而长期干预导致食物摄入量减少,有利于体重减轻。
图2 腔体内容物混合和研磨的胃运动机制
2)小肠消化过程中
相比于胃内源于机械性刺激产生的饱腹感,小肠产生的饱足感信号往往依赖于营养物质的化学刺激。随着胃的排空和胃张力的减弱,逐渐进入肠道的食物成分与黏膜内分泌细胞受体结合,刺激肠道激素的分泌以调节食欲和随后的能量摄入量。这其中,胰高血糖素样肽-1(Glucagon-like peptide 1,GLP-1)、酪酪肽(PPY)、饥饿素和胆囊收缩素(Cholecystokinin,CCK)等是在食欲调节方面发挥重要作用的胃肠激素。GLP-1由肠黏膜L-细胞所分泌,参与机体血糖稳态调节,也是目前研究最多的一种食欲生物标记物。L-细胞位于小肠的远端,不仅对营养素如糖类和蛋白质的刺激敏感,也能响应食物量的刺激,其被激活后释放的GLP-1可通过回肠制动与胃排空机制在短期内抑制机体进食;PYY也由L-细胞所分泌,该激素介导回肠和结肠制动,减缓胃排空,促进营养素的消化吸收,参与蛋白质介导的饱腹感信号机制,减少机体的食物摄入;CKK则由小肠近端的十二指肠和空肠的黏膜I-细胞分泌,可通过强化饱腹感以减少机体进食。
营养学及食品科学研究者普遍认为,高黏度膳食纤维对胃肠道内营养物质的生物利用度有重要影响。相关研究也证实,增加肠道内容物的黏度可减缓营养物质的吸收,有利于营养素向小肠远端组织的输送,并延长营养素与肠内黏膜化学感受器的接触。黏性膳食纤维因此被认为有助于维持机体的饱足感。
3)结肠微生物发酵过程中
DF在小肠中几乎不被消化酶降解,最终会进入结肠,被肠道微生物部分或完全发酵,进而发挥生理作用。黏性膳食纤维是肠道菌群发酵产生SCFA的重要前体物质,SCFA具有众多的生理功能。其中,某些SCFA可刺激回肠L-细胞释放PYY和GLP-1,因而具有一定的食欲干预作用。另一方面,有研究证实基于膳食纤维黏度特性的菌群调节作用。
总结与展望
食欲感知的过程包括感官(Sensory)、认知(Cognitive)、后摄入(Post-ingestive)和后吸收(Post-absorptive)4个阶段,而饱腹感(Satiation)和饱足感(Satiety)贯穿着机体食欲感知的全过程。饱腹感,也称为短期饱感、餐内饱感,主要产生于感官和认知阶段,与口腔加工和胃的消化过程密切相关;饱足感,也称为长期饱感、餐间饱感,其信号的产生与胃肠中营养素的吸收过程密切相关。而如前所述,膳食纤维的黏度特性对机体摄食前、口腔加工及胃肠消化的全部阶段均显示出一定的食欲干预效果。黏性膳食纤维因此已成为饱感强化食品中最重要的功能配料之一,且已有研究证实纤维黏度特性应用于食欲干预的可行性。然而,如何厘清食品纤维黏度对机体饱腹感和饱足感各自的调控机制与规律,目前仍未见有相关报道。在此基础上,膳食黏度与其食欲干预效应之间的精准数学关系也远未建立。此外,虽然流体黏度的检测手段日渐完善,但是,如何监测真实消化过程中食糜体系的黏度变化,目前仍存在诸多挑战。基于此,未来应用高仿真体外动态胃肠消化系统模拟真实的胃肠消化场景,结合动物实验,精准量化膳食黏度对机体食欲响应各阶段的干预效应,揭示膳食黏度与饱感响应的明确数学关系,如此将有望为饱感强化食品的定向设计提供理论支撑和思路借鉴,同时也可为食品物性营养学研究增添一个新的认知。
原文链接:
https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=nmPmjihQfLu5oMpIiaQG9DNvqdB8aMXOdvdUvlCjRrzx5iqHGioVBEXIC3lm4tIwz9972RKSmjmStyt61UKcJUGjC7IAeyotw2RM1Heh6wp35tRdOsCaQg==&uniplatform=NZKPT