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纤维素是什么, 《AM》综述:小小纤维素,如何撑起参天大树!解锁纳米纤维素

作者:   来源:  热度:7  时间:2021-05-26






背景介绍地球上有多少棵大树?这个问题似乎很难回答,就好像问你天上有多少颗星星一样。2015年耶鲁大学的科研人员收集了除南极洲以外其它大洲的数据得出了一个结论,地球
背景介绍地球上有多少棵大树?这个问题似乎很难回答,就好像问你天上有多少颗星星一样。2015年耶鲁大学的科研人员收集了除南极洲以外其它大洲的数据得出了一个结论,地球上有3.04万亿棵大树,人均400棵。400棵大树一个人是无论如何扛不起来的。有研究表明,地球上有的树种生长高度可以超过120 m,1991年在加利福尼亚的洪堡雷德伍德斯州立公园,一棵高113 m的海岸红木树轰然倒下,导致的振动居然被附近的地震仪感知到了。那是什么支撑起了如此一棵参天大树粗壮的树干以及巨大的树冠的?答案可能出乎人们的意料,支撑起如此参天大树的是一种叫做纳米纤维素的东西,只能在电子显微镜下才能观察到的材料为何具有如此大的“神力”?这一切源于大自然的杰作,木材是由层层结构组成的,但是最基本的结构单元是纳米纤维素原纤,这些原纤维宽度3-5 nm,成束后15-50 nm宽,与其它高强度材料相比,纤维素原纤具有令人难以置信的强度,如下表所示。这些原纤维高度结晶,抗张强度(σ)为2-7.7 GPa,弹性模量(E)约为140 GPa,密度(ρ)约为1.6 g·cm-3它们在力学强度上与凯夫拉纤维相当,强度是钢材的7倍,但比钢轻5倍。以这些高强度原纤为结构单元,通过纤维素链段上含量高达30%的羟基,原纤之间形成了高度结晶结构,这些结晶结构之间又形成束,这些束最后组成了层层的木材结构,也就是说高强度原纤加上丰富的层级结构才支撑起了参天大树。人们在惊叹纳米纤维素原纤高强度的同时,也希望以它为增强材料制备出即环保,又轻巧,还坚固的复合材料。其实人们对纳米纤维素的利用很早就开始了,比如东汉蔡伦发明的造纸术,其实就是纤维素利用最成功的案例之一,只不过那个时候没有电镜,不知道还有纳米纤维素这个东西。目前,人们对纳米纤维素原纤的利用主要有两种形式,一种是被称作纤维素纳米纤维(CNF)的半结晶结构,通常为3-50 nm宽,1-3 μm长,具有高的纵横比和柔韧性;第二种原纤形式是高度结晶的,比较短(通常">Hiroyuki Yano教授南京林业大学韩景泉副教授课题组回顾了纳米纤维素先进材料在表面和界面工程修饰领域的最新进展,特别是在水溶液或者无溶剂状态下怎么利用好纳米纤维素,如何在分离纳米纤维素之前、分离过程中或者制备成复合材料后对其进行化学修饰,如何不对纳米纤维素进行分离直接进行利用等方面进行了阐述,从这些研究领域我们不难看出,纳米纤维素作为一种大自然的“馈赠”,环保、简便、高效的对其进行利用才是正确的“姿势”。

纳米纤维素在水溶液中的改性

纳米纤维素的改性一般多在有机溶剂中进行,如果能以水为溶剂进行改性必然大受欢迎。研究者重点关注了在水介质中的纳米纤维素偶联、接枝和表面涂层方面的研究。图1. (a)在CNF表面的紫外引发接枝;(b)CNF表面进行表面引发ATRP(SI-ATRP)接枝。在纳米纤维素表面进行接枝是一种调控纳米纤维素自组装的有效方法,还可以改善纳米纤维素与其它材料的相容性。K. T. R. O. Abe等人在CNF的悬浮水溶液中,用紫外光引发丙烯酰胺、甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯在CNF表面进行了接枝反应,发现不同结构的纳米纤维素有不同的反应性:TOCN(TEMPO氧化处理的纤维素)> CNF> CNC,研究者认为在紫外光的照射下,纤维素链段上C-O和C-C键的断裂会产生初级自由基以引发聚合。Kaldeus等人通过静电吸附将阳离子大分子引发剂附着到了CNF上,在CNF表面进行表面引发ATRP(SI-ATRP)聚合,由于大分子引发剂具有两亲性,疏水性和亲水性单体都可以在水中实现聚合,但是这种方法的前处理工作比较复杂。图2. (a)在CNF上涂覆多巴胺(PDA)的示意图;(b)在CNC上涂覆单宁酸(TA):(1)CNC干粉,(2)2%的CNC水溶液,(3)2%的CNC-TA水溶液,(4)水溶液中的CNC-TA-DA,(5)CNC-TA-DA干粉,(6)2%甲苯中的CNC-TA-DA;(c)TOCN @ MOF杂化纳米纤维合成示意图。多巴胺(PDA)可以在水溶液中进行自聚合,从而可以修饰纳米纤维素。2017年,Su等人以多巴胺盐酸盐和三(羟甲基)氨基甲烷为单体在pH 8.5的CNF水溶液中进行了聚合,利用多巴胺与CNF表面羟基的反应形成了共价键链接,在CNF纤维表面形成了牢固的涂层。单宁酸(TA)是一种价格便宜的天然多酚,2017年,Hu等人首先以TA为原料对CNC进行改性,然后通过形成席夫碱或迈克尔加成反应将癸胺(DA)以共价键的形式结合到CNC上,使得CNC的疏水性从21°提高到了74°。Zhou等人在水溶液中TOCN纤维表面生长了一层导电MOF层,在纤维之间形成了1.5nm的MOF微孔和15-50 nm的中孔结构,可以用作柔性能量存储设备以及3D打印水凝胶墨水。图3. (a)导电聚合物在CNF上的原位聚合示意图;(b)CNF表面PANI涂层的形成机理和TEM图像。导电聚合物,例如聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy),也可以在水溶液中涂覆在纳米纤维素表面,这就将导电聚合物的导电性与CNF的生物模板作用结合在了一起。由于CNF上含有大量羟基,会与苯胺(ANI)中的酰胺基团或吡咯(Py)环中的N-H基团形成分子间氢键,因此PANI或PPy可以均匀的涂覆在CNF表面,形成核-壳结构的导电纳米复合物。图4.(a)PANI/CNF柔性材料的EMI屏蔽干扰示意图;(b)导电CNF-PANI/NR弹性体的性能;(c)安装在食指上的水凝胶应变传感器图片,用于记录手指的弯曲运动;(d)水凝胶的原位自修复和动态可逆交联示意图;(e)水凝胶电极的电化学性能。Gopakumar等人在CNF水溶液中进行了ANI单体的原位聚合,ANI的胺基和CNF的羟基之间的分子间氢键使涂层更加牢固,在8.2-12.4 GHz(X波段)频率内具有优秀的电磁屏蔽效果。Han等人在CNF表面上进行了ANI的原位氧化聚合,得到了PANI/CNF纳米复合材料,然后将其均匀分散到天然橡胶(NR)中,制备出具有分层3D网络结构的导电CNF-PANI/NR弹性体,这种导电弹性体拉伸强度为9.7 MPa,杨氏模量10.9 MPa,断裂伸长率高达511%,导电性高达8.95×10-1 S·m-1,在周期性拉伸应变下具有较高的灵敏度和良好的重复性。随后,Han等人将导电聚合物修饰的CNF分散到聚乙烯醇(PVA)-硼砂(PB)凝胶体系中,开发出了导电水凝胶,可以在机械损坏后15-20 s内完全自修复,将其做成电极后,电导率约为5.2 S·m-1,最大比容量为226.1 F·g-1,在3000次循环后其容量保持率为74%,而且还具有生物相容性,有望用作可植入生物电子产品。

无溶剂条件下纳米纤维素的改性

在无溶剂条件下对纳米纤维素进行改性一般在高温条件下进行,具有环境友好的特点,这一研究始于2006年。S. Kuga等人将CNC与辛烯基琥珀酸酐(OSA)混合进行反应,OSA改性的CNCs与大豆油形成牢固的凝胶状乳液,其模量明显高于未改性的CNC乳液。M. L. Foresti等人以乙酸酐为反应物,柠檬酸为催化剂,在无溶剂条件下120℃进行了CNC的酯化反应,在100-120℃进行了CNC和低芥酸菜子油脂肪酸甲酯的酯交换反应,在130℃下进行了苯甲酸与CNC的酯化反应。2016年,Yoo等人提出了一种有趣的方法,他▊们首先将CNC水悬浮液和dl-乳酸混合,加热到180℃后水被蒸出,dl-乳酸随后在CNC表面接枝形成了低聚物,这些反应显著提高了CNC的疏水性,可以用作高分子材料的增强改性剂。

纳米纤维素在不同加工阶段的改性

图5.不同加工阶段纳米纤维素的改性。(a)典型的纤维素改性过程;(b)在不同加工阶段对纤维素进行改性。典型的纤维素改性过程是先将纤维素进行分离,然后进行改性,最后进行加工。有的研究者在纤维素分离之前或者分离过程中就对纤维素进行改性,还有的研究者在纤维素加工过程中或者完成后才进行改性,这就形成了不同阶段纳米纤维素的改性研究。6. (a)纤维素分离之前进行改性:通过熔融挤出对烯基琥珀酸酐处理的纸浆进行纳米原纤化;(b)纤维素分离过程中的改性:通过球磨在纳米原纤化过程中酯化CNF;(c)复合加工过程中的改性:通过反应挤出将PLA接枝到CNC上;(d)材料形成后的改性:通过CVD对湿纺CNF细丝进行改性。Yano等人在2018年提出了一种纸浆直接捏合工艺,他▊们首先将链烯基琥珀酸酐与纸浆混合进行反应,随后进行纤维素的纳米原纤化,然后通过熔融挤出的方法与高密度聚乙烯(HDPE)在挤出机中进行复合,这种工艺提高了纤维素纳米原纤化的程度,但是纤维素对聚合物的增强效果有所下降。2012年,Huang等人提出了一种在球磨过程中同时酯化CNF的工艺,他▊们以干燥的纤维素粉末为原料,以己酰氯为反应物,以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,球磨24小时后,获得了取代度为0.60,直径20 nm的CNF。但是这种方法难以控制反应温度,比较费时,反应后的纯化步骤繁琐。2016年,Dhar等人通过反应挤出方法制备了PLA接枝的CNC(CNC-g-PLA)材料,他▊们将涂有DCP的PLA颗粒与冷冻干燥的CNC混合,然后在双螺杆挤出机中于180℃下挤出,DCP夺取了PLA和CNC链段上的氢原子,形成了PLA和CNC大分子自由基,从而将PLA偶联到CNC上,当添加1 wt%的CNC时,复合材料的抗张强度和杨氏模量分别提高了41%和490%,可以用作食品包装薄膜。纳米纤维素形成材料之后也可以进行改性、Córdova等人通过催化有机点击化学对CNF气凝胶进行改性。Jiang等人用三乙氧基(辛基)硅烷通过CVD改性CNF气凝胶,提高了气凝胶的疏水性和在水中的机械性能。Cunha等人通过CVD用有机硅烷改性湿纺CNF长丝,有趣的是,使用三氯甲基硅烷会在长丝表面形成毛发状结构,而二甲基二氯硅烷则产生了连续的均匀涂层。改性后,CNF长丝吸水性下降,湿强度提高了两倍。图7.(a)淀粉-CNF薄膜的紫外吸收图;(b)FESEM图像和(c)气凝胶处理染料水的效果曲线;(d)气凝胶的压缩性能;(e)可自修复的柔性超级电容器示意图;(f)在生物支架上培养hDFC的SEM和(g)共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)图像。通过对纳米纤维素进行改性,加工成不同结构的材料,可以用作包装材料、水处理剂、CO2收集材料、柔性电子材料、储能材料,或者生物医学材料等。Balakrishnan等人制备的纳米纤维素增强生物复合膜降低了水蒸气渗透性,具有优秀的紫外线屏蔽性能。Gopi等人制备的CNC改性的纤维素气凝胶,可以从水溶液中吸附染料。Han等人制备的CNT/CNF纳米杂化PVA导电水凝胶电导率高达10.0 S·m-1,20 s就可自修复,组装成柔性超级电容器后在10次损伤/自愈后容量保持率依然高达98.2%,在1000次循环后容量保持率为95%。A.R.Boccaccini等人制备了一种用于组织工程的全纤维素支架材料,培养的细胞可以在生物支架的表面和内部快速繁殖。

纳米纤维素的非化学改性

对纳米纤维素进行化学改性可以显著提高其憎水性,改善了与聚合物材料的相容性,但是改性过程往往需要加入有机溶剂,这难免导致环境污染,因此采用物理改性的方法受到研究者的广泛研究。图8.用聚合物浸渍纳米纤维素。(a)纳米纤维素基纳米复合材料的典型力学行为;(b)浸渍方法示意图;(c)随着CNF含量的增加,机械性能显著提高;(d)具有复杂形状的纳米纤维素支架/预成型坯体的3D打印,随后通过树脂浸渍制备纳米复合材料。目前,绝大多数的纳米纤维素复合材料中纤维素含量都小于25 wt%,这是由于含量再增加会导致纳米复合材料力学性能下降。为了开发出高纳米纤维素含量的复合材料,研究者通过将聚合物浸渍到纳米纤维素预成型坯体来制备纳米纤维素含量高达60~80 wt%的复合材料,例如纳米纸、气凝胶和有机凝胶等。这些纳米复合材料的机械性能随着纳米纤维素含量的增加而增加,这是由于纳米纤维素良好的分散性以及在预成型坯中形成氢键造成的。如包含60-70 wt%CNF的环氧复合材料弹性模量高达21 GPa,是大多数工程塑料的五倍,并且σ高达325 MPa,但它可以像纸一样折叠,而且是光学透明的。9.通过Pickering乳液中纳米纤维素的界面组装来制造各种纳米纤维素材料。(a)CNC在油/水界面处的稳定性示意图;(b)短的CNC促进单个液滴的形成,而长的CNF促进网络的形成;(c)由CNF稳定的水包油Pickering乳液制备光学透明、低CTE、强韧的CNF增强纳米复合材料;(d)功能性光子能量转换纳米纸;(e)由CNCs/CNT(碳纳米管)稳定的O/W Pickering乳液制造导电超轻纳米纤维素泡沫;(f)W/O的CNC-PLA乳液的电纺丝生产纳米纤维素。在油水乳液中纳米纤维素通过不可逆的吸附,可以在油水界面起到稳定剂的作用,这是由于CNC不同的晶面显示出对水的不同亲和力,有的晶面更加亲水有的则具有憎水性,这样就形成了两亲性纤维素晶体,CNF的Pickering乳液稳定机制与CNC有所不同,虽然还不是很清楚,但是多数研究者认为与CNF高的长径比有关。在乳液中加入纳米纤维素,可以制备出高稳定性的聚丙烯酸酯和聚苯乙烯乳液。K. Landfester等人将光敏剂和发射体分子注入乳液中的十六烷油相中,可以制备出光子能量转换纳米纸。在乳液中用纳米纤维素可以显著提高泡沫的机械强度,不仅如此,I. Capron等人还在乳液中加入碳纳米管来制备导电超轻泡沫(密度= 14 mg·cm-3),在电池、屏蔽材料中有潜在应用。图10. “水泥砖块”结构的高性能纳米纤维素材料。(a)质量轻而且强韧的CNF/石墨(1:1)纳米复合材料;(b)CNF/蒙脱土纳米复合材料出色的防火/隔热性能;(c)水泥砖块”结构的纳米纤维素复合材料在拉伸下的断裂过程;(d)CNF/MMT/聚乙烯醇(PVA)纳米复合材料;(e)CNF/MMT/PVA三元泡沫,具有出色的阻燃性和高强度。在自然界中的一些仿生结构,如珍珠层、甲壳、骨头等具有质量轻、强度高的特点,与这些结构的“水泥砖块”结构密不可分,逐渐受到研究者的关注。A. Walther等人以纳米纤维素作为“水泥”,以粘土、MXene、滑石粉、石墨烯为“砖块”制备出了质量轻、强度高的纳米复合材料。纳米纤维素通过物理吸附,在“砖块”表面形成涂层,即可以稳定这些无机材料的分散,还通过表面的氢键相互作用显著提高了复合材料的强度,当材料受到应力破坏时,这些氢键被破坏,缠绕的纤维素链段被拉伸,可以吸收大量的能量,这类材料的弹性模量高达20 GPa,韧性可以达到4 MJ·m-3。如果加入第三种组分,如聚合物或者石墨烯,可以降低“砖块”之间的摩擦系数,有利于界面应力的传导,如三元CNF /粘土/聚乙烯醇复合材料,弹性模量为23GPa,或者赋予材料隔热、电磁屏蔽或者阻燃性能。图11. 木质纤维素材料的性能。(a)天然状态下的模型纤维素原纤维的横截面示意图;(b)不含木质素的CNF(左)和含木质素的LCNF(右)的AFM图像;(c)浓缩的不含木质素的CNF悬浮液(左)和LCNF悬浮液(右)的照片;(d)通过热压形成LCNF膜的示意图;(e)由LCNF(A)制成的薄膜与由无木质素CNF制成的薄膜的机械性能;(f)无木质素的CNF膜(左)和LCNF膜(右)的外观。在纤维素中,纤维素原纤维被半纤维素包围,并被木质素粘合在一起,生产纳米纤维素就要去除木质素以及部分半纤维素,这个过程能耗高、耗时,而且对环境破坏性大。研究者就开始考虑不去除木质素直接应用,木质素的存在可以改变纳米纤维素的表面性质,影响纳米纤维素的原纤化和界面纳米纤维素材料之间的相互作用。木质素是一种热塑性材料,在含有5%水分时,在135℃下加热就能软化,形成由CNF增强的连续基体。当形成薄膜后,木质素的存在会增加疏水性并降低薄膜的透氧性,膜的机械性能与不含木质素的相当。木质素薄膜通常为深褐色,由于光的吸收和散射而不透明。最近,研究者成功制备了直径">原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002264来源:高分子科学前沿声明:仅代表作者个人观点,作者水平有限,如有不科学之处,请在下方留言指正!投稿模板:单篇报道:系统报道:历史进展:

小编有一个朋友,自从搬到一个繁华热闹而且靠近小吃街的地方工作之后,每月深受便秘的困扰。

去了医院检查后才知道,这竟是由于长期不爱吃蔬菜水果导致的。后来医生千叮万嘱:饮食中必须有适量的纤维素、每天要吃一定量的蔬菜与水果、主食不要过于精细,要适当吃些粗粮、她的情况才有所缓解。

那么我们今天就来了解一下,哪些食物富含纤维素?饮食中的纤维素,对我们来说到底有多重要?

什么是纤维素

食物中有三种不同类型的碳水化合物——糖、淀粉和纤维。

纤维是我们不能消化的大量复杂碳水化合物的名称,即使我们不能消化它,但纤维仍然是我们饮食中非常重要和有益的一部分,因为它具有良好的清理肠道的作用。

因此它可以使食物残渣膨胀变松、更容易通过消化道、使得食物残渣在体内停留的时间缩短。

这很重要。因为当一些食物特别是肉类变质时,会产生致癌物质并引起细胞变异,食物残渣在体内停留时间的减短可以降低出现这种情况的可能性。

经常食肉者的饮食中纤维的含量很低,这会将食物在肠道中停留的时间增加到24-72小时。在这段时间内,有一些食物可能出现变质。所以肉食者必须确保饮食中同时含有大量纤维。

纤维的类型

可溶性纤维。这种纤维存在于水果(但不存在于果皮)、蔬菜和豆类中(如豌豆、黄豆、小扁豆)。

它在水中溶解形成凝胶,可以让你在饭后更久地感到饱腹感,并使粪便变软、更容易排出。

不溶性纤维。不溶性纤维主要存在于种子、谷物、水果和蔬菜的外壳上,是一种较硬、不易消化的纤维,它不溶于水,但能吸收水分。

不溶性纤维对消化系统的正常运作至关重要,有助于预防和治疗便秘、憩室炎和肠易激综合征(IBS)。最好的来源是全麦食物,早餐谷物,未剥皮的水果和干果,蔬菜,坚果和种子。

纤维素在植物性食品中大量存在

纤维天然存在于未经加工的植物性食品中,如水果和蔬菜、全谷物、豆类、坚果和种子,但从不存在于动物性食品中——肉类和牛奶中不含纤维。

多种多样的素食饮食,包括上述食物,包含大量的两种类型的纤维。它们可以降低许多疾病的风险,包括癌症、糖尿病,并有助于保持健康的体重。

值得注意的是,只有在每100克食物中至少含有6克纤维的情况下,才能宣称富含纤维。

土、甘薯、胡萝卜、甜玉米、甜菜根、花椰菜、卷心菜、苹果、香蕉、橘子、草莓和树莓——它们都是很好的来源。

饮食中选择全麦食物,如全麦面包、糙米、全麦面食、高纤维早餐谷物和燕麦、避免白面包和意大利面,因为它们含有较少的纤维。

另外,豌豆、鹰嘴豆、芸豆和扁豆等豆类都是很好的纤维来源。杏仁、山核桃和核桃等坚果和种子,以及芝麻和葵花籽,都能提供丰富的纤维。。

如何增加纤维摄入量

有很多方法可以调整你的日常饮食来增加纤维含量。

*如果你以谷物开始一天的生活,试着加一片香蕉片,一把浆果或切碎的坚果。

*如果你喜欢自制纯素奶昔,可以加一小把杏仁或一勺亚麻籽粉。

*全麦吐司上面撒上大量的营养酵母——一茶匙含有超过1克。

*晚餐可以包括蔬菜咖喱配糙米或小扁豆酱配全麦意大利面。

食物纤维素含量排行榜

蔬菜类

【豌豆】

豌豆号称是纤维素之王,其中的纤维素几乎都能够被我们人体所直接利用,经常食用能够促进肠胃的蠕动,对于改善便秘有很好的帮助。

而且豌豆当中所含的蛋白质含量也是植物当中最高的,含量能够达到8%,堪比一些肉食类食物了。经常食用能够补充我们缺失的蛋白质,从而提升我们的免疫力,也能够很好的补充能量。

【菠菜】

菠菜含有大量的植物粗纤维,具有促进肠道蠕动的作用,利于排便,且能促进胰腺分泌,帮助消化。对于痔疮、慢性胰腺炎、便秘、肛裂等病症有治疗作用。

【芹菜】

芹菜被称为高纤维食物,它富含大量的纤维质、能很好的帮助肠道蠕动、促进消化,还能起到很好的排毒功能。

【海带】

海带中含有大量的纤维素,还含有丰富的碘、不饱和脂肪酸及多种微量元素。经常吃海带能清除附着在血管壁上的胆固醇,调顺肠胃,促进胆固醇的排泄,具有非常好的降低胆固醇及降血压作用。

水果类

【山楂】

山楂富含纤维素,是水果中纤维素含量最高的。山楂可以很好的促进肠胃蠕动、帮助肠道消化,是很好的健胃消食水果。

【苹果】

苹果中含有膳食纤维,膳食纤维利于肠胃蠕动,有助于排毒。苹果酸可代谢体内热量,防止下半身肥胖;果胶还能促进胃道中的铅、汞、锰的排放,调节机体血糖水平,预防血糖的骤升骤降。

其他

常见食品的纤维素含量如下:谷物:4-10%,从多到少排列为小麦粒、大麦、玉米、荞麦面、薏米面、高粱米、黑米。豆类: 6-15%,从多到少排列为黄豆、青豆、蚕豆、芸豆、豌豆、黑豆、红小豆、绿豆。无论谷类、薯类还是豆类,一般来说,加工得越精细,纤维素含量越少。

菌类(干):纤维素含量最高,其中松蘑的纤维素含量接近50%,30%以上的按照从多到少的排列为:发菜、香菇、银耳、木耳。此外,紫菜的纤维素含量也较高,达到20%。

坚果:黑芝麻、松子、杏仁;10%以下的有白芝麻、核桃、榛子、胡桃、葵瓜子、西瓜子、花生仁。

各种肉类、蛋类、奶制品、各种油、海鲜、酒精饮料、软饮料都不含纤维素。

最后

在我们的饮食中摄入足够多的植物性食品

才能让我们的身体更健康哦~

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编辑/kayak

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往期精彩回顾:

俗话说民以食为天,如果能从饮食入手预防疾病是最简单易行的办法了。今天我们就来讲讲膳食纤维,它在大肠癌的防治中可是立下了汗马功劳。

那么什么是膳食纤维呢?

膳食纤维就是植物性食物中不能被消化道消化和吸收的物质。它分为水溶性和非水溶性两大类。举个例子,存在于植物细胞壁中的,像植物表皮、根茎蔬菜当中含有很多纤维素、木质素、半纤维素,这3种是常见的非水溶性膳食纤维。而存在于自然界的非纤维性物质中的果胶和树胶等属于水溶性膳食纤维。日常饮食的膳食纤维主要来源于食物中的谷薯类、豆类、蔬菜、水果、干果等。

膳食纤维在肠道保卫战中,到底是怎样发挥作用的呢?

吸水作用

膳食纤维的吸水溶胀性能有利于增加食糜的体积,刺激胃肠道的蠕动,软化粪便,防止便秘,促进排便和增加排便次数,起到一种导泄的作用,从而减少粪便在肠道中的停滞时间以及粪便中有害物质与肠道的接触。另外,它吸水膨胀后体积和重量可增加10~15倍,既能增加人的饱腹感,又能减少食物中脂肪的吸收,可达到控制体重减肥的目的。

结合有机化合物

肠道中的胆酸和鹅胆酸会被细菌代谢为致癌剂和致突变剂,膳食纤维能够结合这些胆汁酸盐,减缓消化速度,抑制其吸收和快速地将其排泄出体外。另外,膳食纤维还可以产生丁酸,它可以抑制肿瘤细胞分化,并诱导其凋亡,从而起到抗癌的作用。

黏滞作用

我们肠道中有很多致癌剂,比如多环芳烃、杂环胺、植酸、阿魏酸、N-羟乙酰神经氨酸,还有我们都很熟悉的N-亚硝基化合物等。膳食纤维能够吸附黏滞这些有毒有害物质,并将其排出体外,延缓和减少致癌物及重金属等有害物质的吸收,预防便秘和憩室炎,从而降低罹患肠癌的风险。

细菌发酵作用

膳食纤维可在大肠中被发酵,促进有益菌的大量增值,抑制腐生菌的生长,以改善肠道菌群,有利于某些营养素的合成和吸收。

我们每天应该进食多少膳食纤维才能满足人体需要呢?

研究表明,中国正常成年人每日应进食25g~35g。此外,“富贵病”患者在此基础上应增加10~15克/日,2~20岁的幼童、青少年,其摄入量推荐为年龄数加5~10克/日。而据统计,我国成年人平均每日进食膳食纤维的量才11g左右,实在是远远不足!当然,什么都有一个量的限制,若是摄入的膳食纤维每日大于50g,那么也会有副作用,它会致腹部不适,如增加肠蠕动和增加产气量,还会影响其他营养素如蛋白质的消化和钙、铁、锌的吸收等。因此,对于胃肠功能异常的患者,比如腹泻者,不建议多食入膳食纤维。

/中国医学科学院肿瘤医院

特需医疗部 张瑜

编辑/管仲瑶

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