楊振東

（金陵藥業(yè)股份有限公司，江蘇 南京 210037）

膳食纖維的功能與制備研究

楊振東

（金陵藥業(yè)股份有限公司，江蘇 南京 210037）

膳食纖維是繼蛋白質(zhì)、糖類、脂肪、維生素、礦物質(zhì)、水之后的第七大營養(yǎng)素，具有降血糖、消除外源有害物質(zhì)、治療肥胖征、預(yù)防便秘與結(jié)腸癌、防治冠心病、預(yù)防高血壓等生理功能。膳食纖維主要來源于燕麥、小麥、大麥等原料，可通過粗分離法、化學(xué)法和生物法制備。

膳食纖維；功能；制備；生物發(fā)酵

近年來，隨著生活水平的不斷提高，人們的飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，對膳食纖維的需求不斷增加。這是由于食用膳食纖維對人類的健康十分重要，它可以有效防治冠心病，降低體內(nèi)膽固醇水平，調(diào)節(jié)血糖水平，甚至還有抗癌、解毒等功能。

1 膳食纖維的定義與分類

1.1 膳食纖維的定義

膳食纖維是指能抗人體小腸消化吸收，而在人體大腸內(nèi)能部分或全部發(fā)酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相類似物質(zhì)的總和。膳食纖維主要包括纖維素、半纖維素、果膠及親水膠體物質(zhì)如樹膠和海澡多糖等組分，植物細(xì)胞壁中所含有的木質(zhì)素，不被人體消化酶所分解的物質(zhì)如抗性淀粉、抗性糊精、抗性低聚糖、改性纖維素、黏質(zhì)、寡糖，以及少量相關(guān)成分如蠟質(zhì)、角質(zhì)和軟木脂等［1］。

1.2 膳食纖維的分類

根據(jù)溶解性的不同，可將膳食纖維分成可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維?？扇苄陨攀忱w維是指不被人體消化酶消化，但可溶于溫水或熱水且其水溶液能被4倍乙醇再沉淀的那部分膳食纖維，主要指植物細(xì)胞的存儲物和分泌物，以及微生物多糖和合成類多糖，如果膠、葡聚糖等。不溶性膳食纖維是指不能被人體消化酶消化且不溶于熱水的膳食纖維，主要是細(xì)胞壁的組成成分，包括纖維素、半纖維素、植物蠟等。根據(jù)在大腸內(nèi)的發(fā)酵程度，可分為部分發(fā)酵類纖維和完全發(fā)酵類纖維。其中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等可被大腸內(nèi)菌群部分發(fā)酵，屬于部分發(fā)酵類膳食纖維；而果膠、阿拉伯膠、海藻膠等可被完全發(fā)酵，屬于完全發(fā)酵類膳食纖維。根據(jù)來源的不同，可分為植物性來源的膳食纖維、動物性來源的膳食纖維、微生物性來源的膳食纖維、海藻多糖類和合成類膳食纖維。根據(jù)品質(zhì)的不同，可分為普通膳食纖維和高品質(zhì)膳食纖維。

2 膳食纖維的特性與功能

2.1 膳食纖維的特性

膳食纖維之所以越來越受到重視，是因?yàn)樗哂休^強(qiáng)的持水、持油能力，能螯合消化道中的膽固醇、卟啉和重金屬，阻止致癌物質(zhì)的產(chǎn)生，并促進(jìn)腸的蠕動，利于廢物的排出，能減少人體對有害物質(zhì)的吸收。

膳食纖維具有很強(qiáng)的持水性。這一特性使其具有吸水功能，可預(yù)防腸道疾病。富含膳食纖維的食物進(jìn)入消化道后，在胃中吸水膨脹，形成高黏度的溶膠和凝膠，進(jìn)而產(chǎn)生飽腹感，減少進(jìn)食量和熱量的吸收；同時，可增加胃腸道的蠕動，降低營養(yǎng)物質(zhì)在腸道內(nèi)的擴(kuò)散速度，縮短食物停留的時間，使食物不能完全消化而排出，由此可降低腸內(nèi)壓，產(chǎn)生通

便作用，減少有害成分在腸道內(nèi)停留的時間［2］。

對陽離子的結(jié)合和交換能力。據(jù)報道，膳食纖維尤其是酸性多糖類，具有較強(qiáng)的陽離子交換功能，可與鈣、銅、鋅、鉛等陽離子進(jìn)行交換，且交換可逆，優(yōu)先交換鉛等有害離子。吸附在膳食纖維上的有害離子可隨糞便排出，進(jìn)而起到解毒作用［3］。

改變腸道內(nèi)微生物群系的組成。膳食纖維具有改善腸內(nèi)菌群的功能和加速有毒物質(zhì)的排泄與解毒作用。膳食纖維經(jīng)食道進(jìn)入小腸后，因其不被消化酶分解吸收而直接進(jìn)入大腸，很多細(xì)菌在大腸內(nèi)繁殖，其中部分為有益菌，這些被吸收的膳食纖維為菌群提供了繁殖所需的能量，同時可產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸。

2.2 膳食纖維的生理功能

膳食纖維對人體健康有著重要的生理效應(yīng)，這已被國內(nèi)外大量研究與流行病調(diào)查結(jié)果所證實(shí)。膳食纖維是一種疾病的防護(hù)因子，對于依賴胰島素的糖尿病患者有良好的治療效果，可以減少葡萄糖的吸收，減緩淀粉的水解，對血清膽固醇、高血脂、冠心病、高血壓等均有良好的預(yù)防作用。

控制體重。膳食纖維以在大腸內(nèi)發(fā)酵的方式代謝，提供的能量低于普通碳水化合物，具有較強(qiáng)的吸水功能和膨脹功能，在食物中吸水膨脹并形成高黏度的凝膠或溶膠，易產(chǎn)生飽腹感。膳食纖維能抑制進(jìn)食，降低人體對淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪的吸收，減少食物的消化率，減慢胃排空時間［4］。

防治便秘。膳食纖維在腸道內(nèi)促進(jìn)腸壁有效蠕動，使腸的內(nèi)容物迅速通過腸道而排出體外；同時膳食纖維在大腸內(nèi)經(jīng)細(xì)菌發(fā)酵，可直接增加纖維的含水量，使大便變軟變稀，起到通便作用［5］。

防治結(jié)腸癌。結(jié)腸中的一些腐生菌能產(chǎn)生致癌物質(zhì)，而腸道內(nèi)的有益菌能利用膳食纖維產(chǎn)生不飽和脂肪酸，其中的乙酸可抑制腐生菌的生長；膳食纖維的分解過程可產(chǎn)生丁酸，能抑制腫瘤細(xì)胞的生長，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞向正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化，并控制致癌基因的表達(dá)［6］。

防治糖尿病、高血壓、心臟病和動脈硬化。在脂質(zhì)代謝過程中，膳食纖維可抑制或延緩膽固醇與甘油三酯在淋巴中的吸收，從而維持體內(nèi)血脂和脂蛋白代謝的正常進(jìn)行；能降低血清和肝中的膽固醇，防治高血壓、心臟病和動脈硬化；能延緩糖分的吸收，抑制血糖生成和血胰島素上升；可改善末梢神經(jīng)組織對胰島素的要求量，使胰島素分泌下降，調(diào)節(jié)糖尿病患者的血糖水平。對陽離子的強(qiáng)結(jié)合力，使無機(jī)鹽在腸道中的吸收受阻，起到降低血壓的作用［7］。

清除外源有害物質(zhì)。膳食纖維具有超強(qiáng)吸附毒素和水分的功能，能幫助人體正常代謝雜質(zhì)和廢物，保持腸胃干凈清新，改善上火、口臭、面部暗瘡、青春痘等問題［8］。

膳食纖維的缺乏還與闌尾炎、膀胱結(jié)石等疾病的發(fā)病率和發(fā)病程度有很大關(guān)系。據(jù)推測，某些膳食纖維具有抗氧化能力，能延緩人體衰老［9］。

3 膳食纖維的提取方法

3.1 粗分離法

懸浮法和氣流分級法可作為粗分離法的代表，主要是通過改變原料中各成分的相對含量，減少植酸、淀粉等的含量來提高膳食纖維的含量，因此這類方法得到的產(chǎn)品不純凈。另外，粗分離法雖然設(shè)備簡單，成本較低，但獲得的成分較少，原料損失過多，因此該法只適合于原料的預(yù)處理［10］。

3.2 化學(xué)分離法

這種方法被普遍采用，多利用酸堿處理?；瘜W(xué)分離過程見圖1。

圖1 化學(xué)分離法的分離過程

除堿法外，還有酸法、絮凝劑法等。但反復(fù)用水浸泡沖洗和頻繁熱處理會明顯減少膳食纖維終產(chǎn)品的持水力與膨脹力，這樣不僅會使其工藝特性惡化，還會影響其生理功能的發(fā)揮。

3.3 膜分離法

關(guān)于膜分離法應(yīng)用于制備膳食纖維的報道不多。該法是通過改變膜的分子截留量來制備不同分子量的膳食纖維，提取效果較好，尤其是能減少反復(fù)的損耗，提取的膳食纖維含量相對較高，且能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

3.4 酶/化學(xué)試劑和酶結(jié)合分離法

酶法主要是利用多種酶來處理原料，從而獲得膳食纖維。酶制劑多用α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、纖維素酶等。而化學(xué)試劑和酶結(jié)合分離法是將兩種方法結(jié)合起來處理原料，從而獲得更加純凈的膳食纖維。提取的基本工藝流程見圖2。

圖2 化學(xué)試劑和酶結(jié)合分離提取的基本工藝流程

3.5 微生物發(fā)酵法

微生物在生物轉(zhuǎn)化方面具有很強(qiáng)的功能。在發(fā)酵過程中，其自身產(chǎn)生的酶反應(yīng)可以將底物中的淀粉以及纖維素、半纖維素成分轉(zhuǎn)化為以微生物多糖、菌體纖維素等為主的更具活性的膳食纖維［11］。目前用于膳食纖維提取的生物主要有乳酸菌、白腐菌、綠色木霉等。

3.5.1 乳酸菌

以李安平等人在利用乳酸菌發(fā)酵制備竹筍膳食纖維的研究中使用的方法為例［12］。

3.5.1.1 發(fā)酵劑的制備

合格脫脂奶粉、筍汁、白砂糖等調(diào)勻→120℃下殺菌15 min→產(chǎn)酸適宜、風(fēng)味良好的乳酸菌——保加利亞乳酸桿菌和嗜熱鏈球菌，分別接種于上述培養(yǎng)基中→2～3次接代培養(yǎng)→擴(kuò)大培養(yǎng)→生產(chǎn)發(fā)酵劑。

3.5.1.2 工藝流程

竹筍→選剔→清洗→切片→磨漿→加脫脂奶粉、砂糖→裝瓶→滅菌→冷卻→接種→培養(yǎng)→榨汁→筍渣→漂洗→干燥→粉碎→過篩→成品。

3.5.2 白腐菌

白腐菌在生長過程中會分泌出木素氧化酶類，包括木素過氧化物酶、錳過氧化物酶、漆酶和還原酶等混合酶，這些酶與木質(zhì)素發(fā)生一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，包括C—C鍵斷裂、芳環(huán)開裂、芐基醇化、去甲基化等反應(yīng)，最終將木質(zhì)素降解為小分子化合物，達(dá)到去除木質(zhì)素的目的。韋小英利用白腐菌提取蔗渣膳食纖維，經(jīng)過研究，確定工藝流程為：蔗渣原料→堿浸、膨化→白腐菌處理→漂白→脫水、干燥→粉碎→蔗渣膳食纖維；最佳工藝條件為：蔗渣經(jīng)過清洗處理除去石塊、泥沙、金屬屑等雜質(zhì)后，用2%的NaOH常溫下浸泡4 h，然后在0.4 Mpa保溫5 min的條件下膨化，用最佳生長條件下的白腐菌處理10 d，再用漂白溶液（0.5%的EDTA，0.05%的MgSO4，2%的Na2SiO3，1.0%的NaOH，1.0%的H2O2，漿濃12%）漂白（70℃/90 min），經(jīng)干燥粉碎后過80目篩，即可得到乳白色的蔗渣膳食纖維粉［12］。

3.5.3 綠色木霉

綠色木霉的纖維素酶活性高，主要是外β-1，4葡聚糖二糖水解酶、內(nèi)β-1，4葡聚糖二糖水解酶活性高，二β-葡聚糖苷酶活性相對較低。這樣便可利用它將纖維素降解成小段，形成聚合度不一的分子，提高不溶性膳食纖維的含量。

以發(fā)酵提取檸檬皮為例。檸檬皮→稱量→接種菌種→振蕩培養(yǎng)→加熱滅活→乙醇沉淀→過濾→烘干→過目→成品。根據(jù)王慶鐘的綠色木霉發(fā)酵制取柑橘皮膳食纖維及其理化特性的研究，影響提取效率的主要因素是發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間和發(fā)酵起始；最佳的發(fā)酵工藝是發(fā)酵溫度28℃，發(fā)酵時間72 h，發(fā)酵起始pH 6.3［13］。

4 展望

食用膳食纖維對人體有重要作用。隨著健康和保健意識的不斷增強(qiáng)，人們對膳食纖維的需求不斷增加。將膳食纖維作為一種功能性食品基料，用于焙烤食品、早餐食品、飲料等的加工，不僅可以提高人們對膳食纖維的攝入量，還能改善這些食品的口味。我國擁有豐富的農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物資源，為減少資源浪費(fèi)，保護(hù)環(huán)境，加大副產(chǎn)物綜合開發(fā)利用的力度，可采用物理、化學(xué)和生物方法對農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物進(jìn)行處理，根據(jù)原料的特性，確定生產(chǎn)工藝和技術(shù)，開發(fā)功能性膳食纖維食品和保健品。

［1］閔銳，何云海，姚曉敏.膳食纖維研究的現(xiàn)狀與展望［J］.上海師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1998，（3）：68－74.

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［3］胡國華，黃紹華.米糠膳食纖維對膽酸鈉吸附作用的研究［J］.中國食品添加劑，2001，（2）：20－21.

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［責(zé)任編輯：羅 香］

Functions and Preparation Research of Dietary Fiber

YANG Zhen-dong
（Jinling Pharmaceutical Co.，Ltd.，Nanjing 210037，Jiangsu，China）

Dietary Fiber is the seventh nutrient besides protein，sugar，fat，vitamin，minerals and water.Now it has being paid a lot of attentions as a kind of functional food formany of its physiological functions，such as falling the blood sugar，eliminating the deleterious substance coming from the outside，curing obesity，avoiding constipation，colon cancer，coronary disease，hypertension and so on.According to researches，itmainly comes from oats，wheat，barley etc.and can be prepared by coarse separation，chemicalmethod and biologicalmethod.

dietary fiber；function；preparation；biological fermentation

TS201

A

1006－8481（2014）04－0004－03

2014－07－28

2012年度江蘇省高校“青藍(lán)工程”骨干教師資助項(xiàng)目；2012年度淮安市“533英才工程”學(xué)術(shù)技術(shù)骨干人才資助項(xiàng)目

楊振東（1982—），男，金陵藥業(yè)股份有限公司工程師，碩士。