膳食纤维改性技术研究进展_杨明华

膳食纤维改性技术研究进展

杨明华，太周伟，俞政全，潘洪彬，李琦华，赵素梅*，黄英*

（云南农业大学动物科学技术学院，云南省动物营养与饲料重点实验室，云南昆明650201）

摘

要：膳食纤维是不能被人体消化的多糖类碳水化合物及木质素的总称，由水溶性膳食纤维（SDF ）和非水溶性膳食

纤维（IDF ）组成。SDF 组成比例是影响膳食纤维生理功能的重要因素。膳食纤维改性技术是提高SDF 含量，提升膳食纤维物理化学特性及生理功能的关键技术。

本文结合当今国内外研究结论，从物理、化学、生物和联合处理四个方面就膳食纤维改性技术研究进展进行综述，探讨了改性对膳食纤维品质的影响，旨在为相关领域研究者提供理论参考。关键词：膳食纤维；改性技术；生理功能

The Progress of the Modification Technologies on Dietary Fiber

YANG Ming-hua ，TAI Zhou-wei ，YU Zheng-quan ，PAN Hong-bin ，LI Qi-hua ，ZHAO Su-mei *，HUANG Ying *

（Yunnan Key Lab of Agricultural Animal Nutrition and Feed Science ，Yunnan Agricultural University ，

Kunming 650201，Yunnan ，China ）

Abstract ：The modification technologies on dietary Fiber is to improve the content of soluble dietary fiber ，en －hance the dietary fiber physical and chemical properties and physiological function.Based on the conclusion of the study at home and abroad ，the developments of dietary fiber's modification technologies treated by chemical ，biolog-cal ，physical and combined technology were reviewed ，the effect of modification on dietary fiber quality were described ，It provides a theoretical reference to reaserchers in the relative fields.Key words ：dietary fiber ；modification technologies ；physiological function

食品研究与开发

F ood Research And Development

2016年5月

第37卷第10期

DOI ：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.051

作者简介：杨明华（1967—），女（汉），实验师，硕士，研究方向：动物营养与代谢调控。

*通信作者：赵素梅，教授，博士，研究方向：动物营养与代谢调控；黄英，高级实验师，硕士，研究方向：动物营养与代谢调控。

膳食纤维（Dietary fiber ，DF ）是由Hipsley 等率先提出的，不能被人体消化的多糖类碳水化合物及木质素的总称。国内外的研究表明，

膳食纤维可缩短食物胃肠通过时间，增加排便量，有效降低血液胆固醇、血脂及餐后血糖含量，增强动物抗氧化、

抗胃肠癌的能力，是继六大营养素后的“第七大营养素”[1-2]

。

依据膳食纤维在水中的不溶解性可将它分为SDF 和IDF 两大类。其中IDF 可增强肠道蠕动，缓解便秘，减少肥胖等；较IDF 而言，SDF 有着更广泛更重要的生理功能，它不仅可以显著影响碳水化合物及脂类的代谢，同时还具有吸附重金属离子及胆固醇，是影响膳食纤维生理功能的重要因素。

然而，许多天然膳食纤维品质低，SDF 含量仅为3%～4%，达不到高品质膳食纤维SDF 含量≥10%的

要求，不具备较好的生理活性和保健功能，无法满足现代食品医药、食品开发与加工的需要[3-5]。对DF 进行改性已成为必然。1膳食纤维改性方法

膳食纤维改性技术是对DF 进行适当处理，促进IDF 向SDF 转化，使SDF 含量增加的技术。其原理就是通过改性让IDF 大分子连接键———糖苷键断裂，使致密的网状结构疏松，由此改变膳食纤维的物理化学特性及生物活性，使其具备更高的生理效能。

目前文献报道的膳食纤维改性方法主要有4种。一是以超高压、粉碎、挤压膨化等技术为主的物理方法；二是以酸、碱法为主的化学方法；三是以酶法、发酵法为主的生物技术方法；四是同时运用以上多种方法的联合处理法。1.1物理法

物理改性常指采用超高压、超微粉碎、挤压膨化等机械降解处理膳食纤维，使纤维物质发生破碎、膨化。

专题论述

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1.1.1超高压技术

超高压技术是指将密封于弹性容器内的食品置于以水或其他液体作为传压介质的压力系统中，采用100MPa以上的压力处理，达到杀菌、钝化酶和改善食品功能特性的一种物理冷加工技术[6]。其作用均匀、操作安全、耗能低，可以破坏大分子物质的氢键，使大分子物质改性或变性[7]。经超高压处理，膳食纤维的葡萄糖吸附能力和胆酸盐结合能力均高于对照，超高压红薯渣膳食纤维能将葡萄糖浓度控制在较低的水平，对餐后血糖的快速升高有抑制作用[6]。万婕[8]等采用动态高压微射流技术（DHPM）对新鲜豆渣进行处理时发现：DHPM处理后膳食纤维的比表面积明显高于未处理的原料膳食纤维（P<0.05），在40MPa～140MPa压力区间内样品的比表面积随处理压力的升高而增加，且在140MPa时达到最大值2.8875m2/g。该技术处理还可改善豆渣膳食纤维对重金属Pb、Cu、Cd及Hg的吸附能力。在采取不同的相对最适处理压力时，豆渣膳食纤维对肠道中的Pb2+、Hg2+、Cu2+、Cd2+的吸附力达到最大，分别较未处理前提高15%、16%、12%和16%[9]。目前已被广泛地应用在膳食纤维改性上。

1.1.2超微粉碎

超微粉碎就是利用流体动力或机械将3mm以上的物料颗粒粉碎至粒径在100μm以下的一种高新技术。依据粉碎粒径的大小又可分为微米级粉碎（1μm~ 100μm）、亚微米级粉碎（0.1μm~1μm）、纳米级粉碎（0.001μm~0.1μm，即1nm~100nm）[10]。粉碎后的颗粒由于体积变小，表面积和孔隙率增加，亲水性基团暴露增多，溶解性得到提高[11]。苦荞麸、菱角、柑橘、杨桃等DF经超微粉碎后粒径减小，各项物化特性显著增强，柑橘DF的GAC（葡萄糖吸收能力）及α-淀粉酶抑制活性显著增强，分别升高至原来的1.7倍和6.4倍[11-14]。此外，膳食纤维的持油力、持水力、膨胀力、重金属离子吸咐力等功能性质随着粒径的减小而提高[15-16]；Li等发现，用D-ODF（超微粉碎处理的膳食纤维）、C-ODF（未经超微化处理的样品）灌喂BALB/c小鼠28d，灌喂C-ODF对照组小鼠的甘油三酯水平较灌喂前有所升高，而D-ODF组则降低了29.2%[17]。

超微粉碎技术不仅可以将许多可食动植物加工成超微粉，甚至还可以将动植物的不可食部分通过超微化被人体吸收，提高原料的加工性能，赋予产品细腻的口感，是低脂酸奶中脂肪的较好替代品，在降低食品脂肪含量的同时仍能保持食品的高品质[10，18]。

超微粉碎技术对设备、工艺要求不高，环境污染小，成本低，美国利用该技术生产的“金谷纤维王”膳食纤维含量高达80%，现已风靡欧美[19]。

1.1.3冷冻粉碎

冷冻粉碎技术是利用超低温脆性实现物料粉碎的技术，由冷冻和粉碎两个操作单元构成。它能使富含纤维的韧性物料进入“低温脆性”，常温下难以粉碎的物料较容易粉碎[20]。处理后的物料颗粒粒度分布理想，流动性好，且不会因发热出现变色、氧化、分解等现象，特别适用于常温下难以粉碎物料及功效成分物料的粉碎[21]。

黄晟[20]等采用超微粉碎和冷冻粉碎技术处理麦麸水不溶性膳食纤维时发现，冷冻粉碎可以缩短物料处理时间，冷冻粉碎1h就可达到超微粉碎3h的水平，粉体均匀性好。经超微和冷冻粉碎3h的麦麸膳食纤维平均粒径分别为20.861μm和13.382μm，SDF含量分别提高到7.59%和11.47%，膨胀力分别增加了9.91%和37.77%，冷冻粉碎样品各功能性质大大优于超微粉碎样品。

1.1.4挤压膨化

挤压膨化技术是指膳食纤维经高温、高压及剪切力作用，在挤压设备出口瞬间失去压力，导致DF分子及空间结构发生变化，IDF转变为SDF的手段，是集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型为一体，能改善纤维物料口感的新型加工技术[22-23]。

任庆等[24]利用双螺杆挤出机对白菜渣进行挤压，得到的白菜渣SDF含量为11.06%，比原白菜渣提高了3.57%；Berrios[25]等研究显示，在最佳处理条件下对干豌豆进行挤压，其可溶性膳食纤维含量由0.65%增加到2.9%；叶发银等研究发现挤压处理番茄皮可使其水溶性膳食纤维的含量由处理前3.40g/100g上升到12.13g/100g[26]；Yan X等通过挤压膨胀处理麦麸，麦麸的SDF含量也从未处理的9.82提高到16.72，此外从挤压得到的SDF中还可分离出水溶性多糖WSP，可作为天然抗氧化剂使用在功能性食品、化妆品和药品中[27]。

从有关研究报道来看，挤压膨化法可处理多种来源的膳食纤维，经挤压膨胀后的SDF含量和质量都有显著提高。

该技术对操作环境要求不严，不破坏原料特性，不参入新的有害物质，工艺简单适用性广，可有效应用于开发新型功能性产品[28]。

1.2化学法

化学法是指利用酸碱等化学试剂处理膳食纤维，使纤维类大分子转化为非消化性多糖，使膳食纤维物化性质和生理功能得以提高的方法[29]。吴丽萍[30-31]等分

杨明华，等：膳食纤维改性技术研究进展专题论述208