צלולוז – Cellulose וגלוקנים שונים אמנם בנויים מיחידות גלוקוז, אולם סיבים תזונתייםכגון קסילוגלוקאן - Xyloglucan וארבינוקסילאן – Arabinoxylan בנויים מסוגים שונם של חד סוכרים כגון: קסילוז, פוקוז, גלקטוזוארבינוז.
סיבים תזונתיים מסיסים
סיבים תזונתיים בלתי מסיסים
דקסטרין חיטה – עמילן עמיד
תאית - צלולוז
בטא גלוקנים
עצן - ליגנין
גומי
פקטינים מסוימים
פסיליום
הֶמיצלולוזות מסוימים
פקטינים
פרוקטו-אוליגוסכרידים
הֶמיצלולוזות מסוימים
סיבים תסיסים
סיבים בלתי תסיסים
דקסטרין חיטה – עמילן עמיד
תאית - צלולוז
פקטינים
עצן - ליגנין
בטא גלוקנים
גומי
גומי גואר שעבר הידרוליזה חלקית
אינולין ואוליגופרוקטוז
פרוקטו-אוליגוסכרידים
סיבים צמיגיים
סיבים שאינם צמיגיים
בטא גלוקנים
תאית - צלולוז
פקטינים
עצן - ליגנין
סוגי גומי מסוימים
הֶמיצלולוזות מסוימים
פסיליום
סיבים פונקציונליים
דקסטרינים עמידים
פסיליום
כיטין וכיטוזן
פרוקטו-אוליגוסכרידים
פולידקסטרוז
סיבים מסיסים מתמוססים במים – הסביבה הטבעית במעי, ויוצרים ג'ל ובאופן כללי תסיסים על ידי חיידקים המעי הגס.
סיבים לא מסיסים אינם מתמוססים ובעלי כושר ספיחת מים, תכונה אשר גורמת לעליה בנפח הצואה. סיבים אלו פחות תסיסים על ידי חיידקי המעי הגס.
סיבים תסיסים עוברים פירוק על ידי חיידקי המעי הגס לחומצות שומן קצרות שרשרתכגון: חומצה פרופיונית, בוטירית ואצטית. חומצות שומן אלו נספגות במעי הגס ועוברות למחזור הדם ההיקפי ומשמשות כמקור לאנרגיה לתאי המעי ולשאר רקמות הגוף.
האנרגיה אשר מתקבלת מפירוק סיבים תזונתיים לחומצות שומן קצרות שרשרת שווה בקירוב
לכ – 2% - 1 קק"ל / גר'.
לתסיסת הסיבים במעי הגס משויכות תכונות פרהביוטיות. חומצות השומן קצרות השרשרת הינן חומצות חזקות ובעלות השפעה על חומציות במעי - גורמות לירידה ב - pH ומגבירות את חומציות המעי. הורדת ה – pH במעי מעודדת שגשוג חיידקים "טובים" כגון לקטובצילוס וביפידובקטריה, אשר עמידים ב – pH נמוך ומונעת שגשוג חיידקים פתוגנים דוגמת קלוסטרידיום.
סיבים תזונתיים - מבנה
תאית - צלולוז - Cellulose
מולקולת הצלולוז בנויה ממספר רב של יחידות גלוקוז אשר מחוברות בקשרי (β(1-4. מספר יחידות הגלוקוז נע בין מספר מאות לאלפי יחידות.
המיצלולוזות המיצלולזות הינה קבוצה אשר מכילה מספר רב סוכרים מסועפים כגון: קסילאן, ארבינוקסילן, ארבינוגלקטאן, גלוקומנאן ועוד. רב סוכרים אלו מורכבים משלל חד סוכרים שונים.
קסילאן – Xylan קסילאן הינה תת משפחה של המיצלולוזות. קסילאן בנוי משלד בסיס המורכב מחד הסוכר קסילוז אליו קשורים חד סוכרים שונים כגון ארבינוז וחומצה גלוקורונית. משפחה זו כוללת את הארבינוקסילאן, ארבינוגלוקורונוקסילאן ואת ה – גלוקורונוקסילאן.
ארבינוקסילאן מבנה הארבינוקסילאן מכיל שלד בסיס המורכב מיחידות קסילוז אליו קשורות יחידות ארבינוז. סוגים שונים של ארבינוקסילאן מכילים בין 1500 ל – 5000 יחידות חד סוכרים.
ארבינוקסילאן נמצא בכל דגני הדגנים העיקריים, כולל חיטה,שעורה, שיבולת שועל, שיפון, אורז, דורה, תירס, ודוחן.
ארבינוקסילאן - תרשים סכמטי
ארבינוקסילאן - נוסחה כללית
ארבינוגלוקורונוקסילאן נגזרת של ארבינוקסילאן אשר בנויה משלד בסיס המורכב מיחידות קסילוז אליו קשורות יחידות ארבינוז, חומצה גלוקורונית ובוסוגים מסויימים חומצה פרולית.
ארבינוגלוקורונוקסילאן - תרשים סכמטי
ארבינוגלוקורונוקסילאן - נוסחה כללית
גלוקורונוקסילאן מבנה הגלוקורונוקסילאן מכיל שלד בסיס המורכב מיחידות קסילוז אליו קשורות יחידות ארבינוז וחומצה גלוקורונית. גלוקורונוקסילאן מהווה את ההמיצלולוז העיקרי בעצה קשיחה – Hardwood כ – 15-30%.
גלוקורונוקסילאן - תרשים סכמטי
גלוקורונוקסילאן - נוסחה כללית
מנן - Manan מנן הינה תת משפחה של המיצלולוזות. מנן בנוי משלד בסיס המורכב בעיקר מחד הסוכר מנוז. סוגי מנן הקיימים הינם מנן טהור, אשר מורכב אך ורק מיחידות מנוז, גלקטומנן וגלקטוגלוקומנן.
גלקטומנן גלקטומנן בנוי משלד בסיס המורכב מחד הסוכר מנוז אליו קשורות יחידות גלקטוז ביחסים שונים.
שינוי היחס בין יחידות המנוז ליחידות הגלקטוז יוצר סוגים שונים של גלקטומנן.
גלקטוגלוקומנן גלקטוגלוקומנן בנוי משלד בסיס המורכב מחד הסוכר מנוז ומחד הסוכרגלוקוז, דפוס הופעת יחידות הגלוקוז אינו אחיד. כמו בגלקטומנן גם בגלקטוגלוקומנן אל שלד הבסיס קשורות יחידות גלקטוז.
גלקטומנן - תרשים סכמטי
גלקטומנן - נוסחה כללית
גלקטוגלוקומנן - תרשים סכמטי
גלקטוגלוקומנן - נוסחה כללית
קסילוגלוקאן מבנה הקסילוגלוקאן מורכב משלד בסיס הבנוי מחד הסוכרגלוקוז, כאשר אל שלד הבסיס קשורות יחידות קסילוז באופן ישיר. אל יחידות הקסילוז קשורות יחידות גלקטוז או יחידות גלקטוז המקושרות ליחידות פוקוז.
קסילוגלוקאן - נוסחה כללית
עצן – ליגנין ליגנין הינו סיב תזונתי אשר אינו מוגדר כרב סוכר, מאחר והיחידות המרכיבות את הליגנין אינן חד סוכרים אלא תוצרי מטבוליזם של החומצה האמינית פנילאלנין הנקראים בשם כולל מונוליגונולים – Monolignols - p-coumaryl alcohol, coniferyl alcohol, sinapyl alcohol.
ליגנין - יחידות בסיס
קיימים מספר סוגים של סיבי ליגנין. ליגנין של עצה רכה – Softwood, עצה קשיחה – Hardwood וצמחים עשבוניים – Graminoids. בכל אחת מהקבוצות קיימים יחסים שונים של יחידות הבסיס המרכיבות את הליגנין. מיחידות הבסיס נוצרים מבנים מורכבים יותר אשר מהווים את המבנים הבסיסיים המרכיבים את הליגנין.
ליגנין - מבנים בסיסיים
הומוגלאקטורונן הומוגלאקטורונן הינו שרשרת ליניארית המורכבת מיחידות חומצה גאלקטורונית אשר קשורות אליהן קבוצות קרבוקסיל וקבוצות מתיל. הומוגלאקטורונן מהווה כ – 60% ממסת הפקטין המצוי בדופן התא הצמחי.
הומוגלאקטורונן שלא עבר מתילציה ( אינו קושר יחידות מתיל ) טעון במטען שלילי ובעקבות כך עשוי לקשור יוני סידן Ca+2 ליצירת מבנה דמוי ג'ל עם מולקולת הומוגלאקטורונן נוספת.
רהמנוגאלקטורונן – 1 רהמנוגאלקטורונן – 1 הינה משפחה המורכבת משלד הבנוי מחומצה גלקטורונית ומרהמנוז. משפחת הרהמנוגאלקטורונן – 1 מהווה בין 30% - 20 ממסת הפקטין. אל שלד הבסיס קשורות שרשראות צידיות אשר בנויות מארבינוז וגלקטנים.
סוגי חד סוכרים בסיבים תזונתיים - תרשים סכמטי
סיווג הסיבים התזונתיים
ניתן לסווג את הסיבים התזונתיים על פי מספר תכונות, כגון: מסיסות ואי מסיסות, יכולת תסיסה במי הגס, צמיגות ותפקוד. סיב תזונתי מסוים עשוי להכיל מספר תכונות.
רהמנוגאלקטורונן – 2 רהמנוגאלקטורונן – 2 הינו הנגזרת המסועפת ביותר השייכת לפקטין. ריכוזו של הרהמנוגאלקטורונן – 2 נמוך ומהווה פחות מ – 1% ממסת הפקטין. רהמנוגאלקטורונן – 2 מכיל סוגי חד סוכרים בעלי שכיחות נמוכה בטבע, כגון: 2 – O – מתיל קסילוז, 2 - O - מתיל פוקוז, חומצה אסרית - Aceric acid וחומצה הפטולוסארית - Heptulosaric acid.
קסילוגלקטורונן קסילוגלקטורונן הינו מקטע במבנה הפקטין אשר בנוי משרשרת יחידות חומצה גלקטורונית אשר קשורות אליהן יחידות קסילוז.
פרוקטנים פרוקטנים - Fructans הינם קבוצה של רב סוכרים הבנויים מחד הסוכר - פרוקטוז. בקבוצה זו ניתן למצוא את האינולין – תת קבוצה כשלעצמה, אשר מכילה מספר רב של יחידות פרוקטוז. פרוקטנים קצרי שרשרת – בין 3 - 9 יחידות חד סוכרים, נקראים פרוקטו אוליגוסכרידים.
סיבים תזונתיים – יתרונות בריאותיים
המלצות לצריכה יומית
על פי ההמלצות הנוכחיות של ה - DRI, על כל אדם לצרוך 25 עד 38 גרם סיבים ביום. על פי סקרי מב"ת אשר מפורסמים באתר משרד הבריאות ועל פי נתונים ממדינות אחרות, רוב בני האדם אינם צורכים כמות נאותה של סיבים תזונתיים.
סיבים תזונתיים מסיסים - השפעה פרהביוטית במעי
סיבים תזונתיים מסיסים עוברים תהליך עיכול – התססה על ידי אוכלוסיית חיידקי המעי הגס. תוצרי ההתססה הינן חומצות שומן קצרות שרשרת: חומצת השומן הפרופיונית, בוטירית והאצטית. חומצות שומן אלו הינן חומצות חזקות אשר גורמות לירידה ב – pH במעי בגס. הירידה ב – pH ועליה בחומציות המעי מהווה גורם אשר מעודד שגשוג חיידקים "טובים" כגון ביפידובקטריה ולקטובצילוס ומפחית את הישרדות חיידקים פתוגנים – גורמי מחלות, כגון קלוסטרידיום. מסיבה זו צריכת סיבים תזונתיים מסיסים קשורה להפחתת הסיכון לחלות בסרטן המעי הגס.
הגברת שיעור הספיגה של מינרלים
צריכת סיבים תזונתיים ממקורות טבעיים קשורה בצריכת הסובין כולו. בעבר סברו כי צריכת סיבים תזונתיים, בייחוד בכמות גדולה, קשורה בהפחתת שיעור הספיגה של מינרלים דו ערכיים כגון: סידן, נחושת, מגנזיום, אבץ וברזל. הסיבה להנחה זו הינה תכולת החומצה הפיטית המצויה בסובין.
הסברה הייתה שלחומצה הפיטית יכולת קשירה ליונים דו ערכיים ומניעת ספיגתם במעי הדק. מחקרים בבני אדם ובעלי חיים שוללים הנחה זו. נמצא כי צריכת סיבים תזונתיים מסיסים מגבירה למעשה את ספיגתם של מינרלים כגון: סידן,ברזל, אבץ ומגנזיום.
השפעה על תפקוד המעי
צריכת סיבים תזונתיים שאינם מסיסים אך גם צריכת סיבים תזונתיים מסיסים תורמת להגברת תפקוד המעי מבחינת יכולת ריקון ויציאות תקינות. צריכת סיבים תזונתיים שאינם מסיסים תורמת בעיקר לעליה בנפח הצואה. צריכת סיבים מסיסים שונים קשורה גם היא לעליה בנפח הצואה. לסיבים תזונתיים מסיסים ישנה השפעה נוספת על המעי, היות ולחומצות השומן הנוצרות מסיבים או על ידי חיידקי המעי יש השפעה לקסטיבית, אשר גורמת לצואה רכה יותר ומסייעת במקרה של עצירות.
הפחתת הסיכון לדיברטיקוליטיס
מצב של עצירות כרונית גורם להצטברות צואה קשה במעי הגס. הצטברות הצואה גורמת ללחץ על דופנות המעי, אשר עם הזמן מפתחות כיסים אשר עשויים להפוך למודלקים בעקבות זיהום.
לצריכת סיבים תזונתיים מיוחסת הפחתת הסיכון ללקות בדיברטיקוליטיס, היות וצריכת סיבים תזונתיים גורמת לעליה בנפח הצואה וריכוך הצואה.
ירידה במשקל ומניעת השמנה
צריכת סיבית תזונתיים עשויה לתרום לתהליך ירידה במשקל ולהפחית את הסיכון בהשמנה. צריכת סיבים תזונתיים או מזונות עשירים בסיבית תזונתיים תורמת לתחושת שובע ממושכת על ידי עיכוב קצב ריקון הקיבה ועל ידי הפחתת קצב ספיגת הגלוקוז מהמעי הדק אל הדם. תחושת שובע ממושכת עשויה לגרום להפחתת כמות המזון הנצרכת על ידי האדם וליצירת גרעון קלורי אשר דרוש לשם הפחתת משקל.
האם סיבים תזונתיים מספקים אנרגיה לגוף האדם?
חומצות השומן קצרות השרשרת אשר נוצרות מסיבים תזונתיים במעי הגס נספגות ועוברות מטבוליזם בגוף. האנרגיה המופקת מסיבים תזונתיים נאמד באופן כללי בין 2 – 1 ק"קל לגרם. אנרגיה זו אינה זמינה לאדם באותה המידה שבה מתפרק עמילן, מאחר ודרושות שעות רבות לשם הפקתה וכמותה פחותה יותר.
קסילוגלוקאן - תרשים סכמטי
פקטינים פקטינים הינם משפחת הסיבים התזונתיים המורכבת ביותר. מבנה הפקטין מורכב משלד הבנוי בעיקר מחומצה גאלקטורונית – Galacturonic acid, וממבנים עשירים בחומצה גאלקטורונית כגון: הומוגלאקטורונן – Homogalacturonan, רהמנוגאלקטורונן – 1 – Rhamnogalacturonan, רהמנוגאלקטורונן – 2 – Rhamnogalacturonan וקסילוגאלקטורונן - Xylogalacturonan.
רוב הסיבים תזונתיים הינם רב סוכרים – Polysaccharides – פולימרים אשר מורכבים מחד סוכרים – Monosaccharides שונים. בשנים האחרונות חלה התייחסות שונה בהגדרת הסיבים התזונתיים.
ההגדרה המסורתית של סיבים תזונתיים הייתה - רב סוכרים ממקור צמחי שאינם ממקור עמילני ואינם עוברים עיכול אנזימתי במעי הדק. בשנת 2009 גוף בשם Codex Alimentarius תחת ארגון הבריאות העולמי – WHO ותחת ארגון המזון והחקלאות FAO, פרסם הגדרה לסיבים תזונתיים אשר הרחיבה את היריעה וכללה חומרים אשר בעבר לא נחשבו כסיבים תזונתיים.
תחת הגדרת ה - Codex Alimentarius נכללים החומרים הבאים כסיבים תזונתיים:
• רב סוכרים בעלי יותר מ – 10 יחידות חד סוכרים, אשר אינם עוברים פירוק אנזימתי על ידיהמעי הדק. הגדרת סוכרים בעלי פחות מ – 10 יחידות ואף 2 יחידות סוכרים - אוליגו סוכרים התקבלה, על סמך העובדה כי חומרים אלו אינם עוברים פירוק אנזימתי, אולם בהחלטה זו צוין כי קביעה סופית תעשה על ידי הרשות הלאומית – WHO.
• רב סוכרים אשר הופקו ממקור תזונתי ועברו שינוי פיזיקלי, אנזימתי או כימי, אשר הודגמו כבעלי השפעה פיזיולוגית חיובי וכמיטיבים לבריאות האדם.
• רב סוכרים סינטטיים אשר הודגמו כבעלי השפעה פיזיולוגית חיובי וכמיטיבים לבריאות האדם.
הבדלים בין סיבים תזונתיים לעמילן
בשונה מרב הסוכרעמילן, סיבים תזונתיים אינם עוברים פירוק אנזימטי על ידי מערכת העיכול של בני האדם. בעמילן אשר מתקבל ממזונות שונים קיימים קשרי אלפא בין יחידות הגלוקוז. בגוף האדם קיים האנזים אלפא עמילאז אשר יכול לפרק קשרים אלו למולקולות גלוקוז בודדות אשר יכולות לשמש את הגוף כמקור לאנרגיה.
בסיבים התזונתיים הקשרים בין יחידות החד סוכרים הינם מסוג בטא. מאחר ובגוף האדם לא קיים האנזים בטא עמילאז, הסיבים התזונתיים נשארים בלתי מפורקים – תכונה אשר מקנה לסיבים יתרונות בריאותיים.
חלק מהסיבים התזונתיים עוברים פירוק על ידי חיידקים המעי לחומצות שומן קצרות שרשרת – לחומצת השומן הפרופיונית, בוטירית ואצטית. לחומצות שומן אלו מיוחסות תכונות שונות בניהן הפחתת הסיכון לחלות בסרטן המעי הגס.