膳食纤维

膳食纤维

引言

膳食纤维由于有着许多重要的生理功能，被建议列入继蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素和水之后影响人体健康所必需的“第七大营养素”[1]。目前国际上对膳食纤维还没有一个通用的定义，一般认为膳食纤维（Dietary fiber，DF）是指植物性食品中不能被人类胃肠道消化酶消化，但能被大肠内某些微生物部分酵解和利用的非淀粉多糖类物质与木质素的合称，可分为水溶性和水不溶性两种。水不溶性膳食纤维的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素；水溶性膳食纤维包括某些植物细胞的贮存物和分泌物及微生物多糖，其主要成分是胶类物质，如果胶、黄原胶、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、卡拉胶、愈疮胶等。自1971年Burkitt第一次提出纤维素对防止大肠癌的保护性作用以来，膳食纤维与人类健康的关系日益受到人们的重视[1]。它能明显降低现代“文明病”的患病几率。目前，对膳食纤维提取制备工艺的研究逐渐成熟，因此，对膳食纤维的改性已成为研究工作的热点。

1 改性膳食纤维的特性

膳食纤维的物理性质与其化学结构及其多相网状结构有关，网状

结构中有无定形区与结晶区，也有亲水区和疏水区，网状结构的维持依赖于不同强度的化学键及物理作用，并且表现出多种不同的理化性质[2]。水溶性（SDF）和水不溶性（IDF）膳食纤维，两者在人体内所具有的生理功能和保健作用各不相同，这也与其理化性质密切相关[2]。膳食纤维经超微粉碎改性后，水溶性可提高15%[3]。

1.1 具有更高的持水性超微粉碎对膳食纤维的持水力影响较大，与粗粉相比，经超微粉碎的麦胚膳食纤维的持水力有显著的提高，超微粉碎20min后，持水力约提高9.9%。这是由于物料紧密的结构被超微粉碎过程中的多种作用力所松散，同时粒度的减小使其吸水的表面积增大，从而增大了持水力[3]。许多研究表明，膳食纤维的高持水力对调节肠道功能有重要影响。膳食纤维可吸收相当于数倍自身重量的水，在肠胃中吸水膨胀并形成高粘度的溶胶或凝胶，使人产生饱腹感并抑制进食。对肥胖人群有较好的调节减肥功能，而且增加了胃肠道的蠕动，从而抑制了营养物质在肠道的扩散速度，缩短了食物在肠道内的停滞时间，有利于提高排便速度和体积乃至排便次数，由此降低了肠内压，产生通便作用，减少了有害物质在肠道内的滞留时间，所以改性膳食纤维对预防便秘、肠憩室症、横隔膜症及痔疮等肠道疾病非常有效。

1.2 具有大比表面积和吸附作用膳食纤维分子表面有很多活性基团，可以吸附或鳌合胆固醇、胆汁酸、肠道内的有毒物质（内源性毒

素）、有毒化学医药品（外源性毒素）等。膳食纤维改性后，比表面积增大，吸附作用显著提高。膳食纤维经Microfluidizer处理后其绝对粘度通常获得提高[2]。改性膳食纤维进入肠道后还可减少外源性胆固醇、胆汁酸及盐类的合成和吸收，同时限制胆酸的肠肝循环，阻碍内源性胆固醇和中性脂肪的吸收，加速胆盐和脂质类物质的排泄，可预防胆石症、高血脂、肥胖症、冠状动脉硬化等心脑血管疾病[4]。

1.3 具有疏松的空间网络结构和强膨胀力研究表明，膳食纤维经超微粉碎改性后，其膨胀力可提高约9.8%[3]，且空间网络结构更为疏松。可作为天然膨松剂添加到面食、糕点、小食品和糖果等食品中，改善食品的风味和营养。

1.4 水溶性提高且调节肠道菌群能力增强膳食纤维经挤压蒸煮改性后，其水溶性成分可由原来的3%～6%提高至10%～16%；经超微粉碎的麦胚膳食纤维，由于部分不溶性阿拉伯木聚糖之类的半纤维素及不溶性果胶类化合物会发生熔融现象或部分链接键断裂，转化成水溶性聚合物成分，使其溶解度提高了15%[3]。膳食纤维可被结肠内某些细菌酵解，产生短链脂肪酸，使结肠内pH下降，促进肠道有益菌的生长和增殖，抑制肠道内有害腐败菌的生长[1]。而水溶性纤维易被肠道菌群作用，调节肠道菌群效果更明显。

2 膳食纤维的改性方法

目前应用于膳食纤维改性的方法主要有3种：化学方法（主要有酸法、碱法）、生物技术方法（酶法、发酵法）、物理方法（主要有超微粉碎技术、挤压蒸煮技术、冷冻粉碎技术、纳米技术、加压蒸煮、膜浓缩法、焙烤）等。也有综合应用以上手段同时处理，以获得较高含量和品质的水溶性膳食纤维。

2.1 化学方法这种方法采用较普遍，多利用酸碱等化学试剂处理，可部分改变膳食纤维的结构，使其具有较优良的性质和较强的功能. 据报道，采用二次添加碱液，有机溶剂－乙醇为醚化介质，相比传统的一次加碱法，水为媒介的水媒法，可得到高粘度、高得率的甜菜膳食纤维羧甲基化改性[5]。酸碱处理都能使水溶性膳食纤维含量得以较大地提高，其中以碱处理效果更好。由于酸碱处理存在反应时间长、副反应较多、工艺过程复杂、温度较高、对设备的要求较高等不足，因此在一定程度上限制了该方法的使用[6]。

2.2 生物技术方法酶法制得的膳食纤维色泽浅，易漂白，无异味，纯度较高。李兆辉等人采用3步酶解法，在膳食纤维的性质方面实现了纤维的可溶性[7]。但酶法成本太高，在实际生产方面还无法推广。发酵法是利用微生物发酵，消耗原料中的碳源、氮源，以消除原料中的植酸，减少蛋白质、淀粉等成分制取膳食纤维，从而改善膳食纤维

的持水力等物化特性[4]。李安平等人利用乳酸菌发酵制得的竹笋膳食纤维为浅黄色，具有竹笋清香的粉末，与非发酵的竹笋膳食纤维相比，发酵的同类产品口感更香甜，粗纤维含量更高，持水力更大，生理活性更好，其生产过程简便，成本低廉，产品无异味，易于实现工业化[8]。

2.3 物理方法

2.3.1 超微粉碎技术随着现代高新食品技术和先进设备的应用，用物理法对膳食纤维进行改性取得了重大进步，超微粉碎技术发展尤为迅速。

超微粉碎一般是指将3mm以上的物料颗粒粉碎至10～25μm以下的过程。目前，超微粉碎技术分化学法和机械法两种。化学粉碎法能够制得微米级、亚微米级甚至纳米级的粉体，但产量低，加工成本高，应用范围窄。机械粉碎法产量大，成本低，是制备超微粒粉体的主要手段，现在工业生产中大多用此法[9]。刘成梅等人利用液相法超微粉碎技术对膳食纤维进行超微化，并分析了超微化对其物理性质（粘度、光学性、固形物含量等）及粒度分布的影响[10]。另外，利用超临界流体技术进行超微粉碎可以实现低温下制备纳米粒子，制备过程中粒子的生物活性及物性损失较小，并且制备出的粉体粒度均匀，粒径分布窄[11]。美国利用超微粉碎技术，以全美最上乘的棕金车前谷为原料，研制的“金谷纤维王”（膳食纤维含量高达80%，为燕麦的5倍至8倍）在美国问世后风靡欧美等发达地区[9]。