高小娜，趙山山

（河北工程大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，河北 邯鄲 056000）

膳食纖維是一類可食用的植物性成分，不能被小腸所消化吸收，但在大腸中可以部分或全部發(fā)酵[1]。其中部分發(fā)酵類纖維包括木質(zhì)素、半纖維素、纖維素、植物蠟和角質(zhì)等；完全發(fā)酵類纖維包括阿拉伯膠、果膠、β-葡聚糖、海藻膠、瓜爾豆膠和菊粉等。根據(jù)溶解性的不同可分為：不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維兩大類[2]。

不溶性膳食纖維是一種不能溶于水，不能被大腸微生物所發(fā)酵的纖維，主要有殼聚糖、植物蠟、抗性淀粉等[3]。不溶性膳食纖維不能夠參與人體血液循環(huán)，但能夠縮短糞便停留在腸道的時(shí)間，刺激腸道蠕動(dòng)，起到潤(rùn)滑排便的作用。可溶性膳食纖維是一種可溶于水，可吸水膨脹，可由微生物在大腸中發(fā)酵的一類纖維，常見(jiàn)于植物細(xì)胞內(nèi)分泌物之中，主要有果膠、樹(shù)膠、黏膠、低聚果糖等[4]。研究表明，可溶性膳食纖維具有很強(qiáng)的持水力和膨脹力，能夠減少有害物質(zhì)在腸道內(nèi)的停留時(shí)間，減少人體對(duì)重金屬的吸收，還可預(yù)防高血壓、糖尿病、冠心病、心血管疾病等[5]多種慢性疾病的發(fā)生。

隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的人注重食物的精細(xì)化，動(dòng)物性食物所占比例大為增加，而膳食纖維的攝入量卻明顯降低。攝入膳食纖維量不足，將會(huì)導(dǎo)致多種慢性疾病的發(fā)生。因此，膳食纖維作為食物中添加的原料，需求量將會(huì)大幅度上升。我國(guó)擁有豐富的膳食纖維原料如谷物、果蔬、豆制品、海藻等，加工過(guò)程中由此產(chǎn)生許多廢棄物如麩皮、香蕉皮、柑橘皮、香菇柄、豆渣等，有些被做成肥料或者飼料，還有許多作為廢棄物被扔掉，農(nóng)產(chǎn)品的附加值較低，因此從農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物中提取膳食纖維具有重要意義。這里我們綜述了不同原料中膳食纖維提取的研究進(jìn)展，以期為將膳食纖維應(yīng)用于食品、保健品中提供有效依據(jù)。

1 膳食纖維的提取方法

目前膳食纖維可采用酶提取法、化學(xué)提取法、酶-化學(xué)結(jié)合法、膜分離法、發(fā)酵法、超聲微波提取法等進(jìn)行提取。國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)膳食纖維提取原理、制備方法、優(yōu)缺點(diǎn)和提取率等，如表1 和表2 所示。

表1 不同膳食纖維提取方法的原理與優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Principles and advantages and disadvantages of different dietary fiber extraction methods

表2 不同膳食纖維提取方法的應(yīng)用實(shí)例Table 2 Example of the application of different dietary fiber extraction methods

續(xù)表2 不同膳食纖維提取方法的應(yīng)用實(shí)例Continue table 2 Example of the application of different dietary fiber extraction methods

2 從不同原料中提取膳食纖維

2.1 從谷物原料中提取膳食纖維

谷物原料如小麥麩皮、燕麥、玉米皮、蕎麥等膳食纖維含量極高。我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，從各種不同的谷物原料中提取的膳食纖維被廣泛應(yīng)用于食品中，這不但可提高原料的利用率，還可增加農(nóng)產(chǎn)品的附加值，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.1 從燕麥中提取膳食纖維

燕麥又稱油麥，是一種低糖、低脂肪、高營(yíng)養(yǎng)的食品，具有預(yù)防心血管疾病、降血壓、血脂、促進(jìn)消化、延緩衰老等作用[27-28]。燕麥中的膳食纖維含量為35%左右，蛋白質(zhì)含量約為12.5%～19.6%，燕麥中起主要作用的是β-葡聚糖[29]，它是一種水溶性膳食纖維，燕麥中的水溶性膳食纖維含量遠(yuǎn)高于玉米與小麥。

從燕麥中提取膳食纖維主要采用超聲法和堿法。李楠等[30]采用堿法提取裸燕麥中的β-葡聚糖，在液料比21∶1（mL/g），pH 為10.9，提取溫度85 ℃下提取1.9 h，β-葡聚糖得率為4.36%。董興葉[31]則采用超聲波法和水提法提取燕麥中的β-葡聚糖，通過(guò)對(duì)比，超聲波法提取率較高，β-葡聚糖保留率可達(dá)90.42%，通過(guò)此提取工藝，可從燕麥中獲得提取率更高的β-葡聚糖。在運(yùn)用超聲法提取的過(guò)程中，要特別注意超聲時(shí)間，提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)破壞其結(jié)構(gòu)，聚合度有所降低，導(dǎo)致部分膳食纖維降解，從而使提取率下降，超聲時(shí)間一般控制在35 min 左右為宜。

以燕麥麩為原料，粉碎成末，添加到面包、蛋糕、香腸、飲料中，可提升產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[32]。

2.1.2 從小麥麩皮中提取膳食纖維

小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要農(nóng)作物之一，經(jīng)過(guò)加工可制成面粉，并產(chǎn)生副產(chǎn)物麩皮。麩皮是小麥的外表皮，近年來(lái)小麥麩皮總處理量每年可達(dá)2 000 萬(wàn)t 以上[33]，小麥麩皮中含有許多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[34-35]，總膳食纖維含量較高，約為35%～55%。小麥麩皮中主要含有兩種活性成分，即活性多糖和酚類物質(zhì)，水溶性膳食纖維中含有豐富的活性多糖，小麥麩皮中的酚類化合物主要包括木酚素、酚酸、類黃酮化合物[36]，這些物質(zhì)的抗氧化性極強(qiáng)，對(duì)糖尿病、高血壓等多種慢性疾病具有預(yù)防作用。

小麥麩皮中的膳食纖維主要采用酶法來(lái)提取。張媛媛等[37]研究以雙酶法（0.6%的α-淀粉酶和0.3%的堿性蛋白酶）提取制備小麥麩皮膳食纖維，小麥膳食纖維提取率為71.94%。陶顏娟[38]以酶法提取小麥麩皮中的膳食纖維，先加入α-淀粉酶酶解淀粉，最終提取率高達(dá)90%，通過(guò)該提取工藝，可從小麥麩皮中獲得純度高達(dá)86%、提取率高達(dá)90%的優(yōu)良膳食纖維，所提取的膳食纖維具有體外抗氧化活性、自由基清除能力、抗亞油酸氧化能力等。采用酶法提取小麥麩皮中膳食纖維的過(guò)程中，要注意酶解溫度控制在50～55 ℃，過(guò)高的溫度可使酶失活，影響淀粉、蛋白等其他雜質(zhì)的去除。小麥麩皮膳食纖維可用于制備食品麥麩香茶、麥麩膳食纖維飲料、纖維素沖劑、麥麩纖維低聚糖餅干、麥麩膨化纖維面包、麥麩纖維片等[39]，制成營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化品來(lái)改善人們的飲食結(jié)構(gòu)，有益于人們身體健康。毛景海等[40]研究表明，在酸奶中添加1.5%小麥麩皮膳食纖維，有益于排除腸道體內(nèi)毒素，調(diào)節(jié)腸道環(huán)境，提高身體免疫力。

2.1.3 以玉米皮為原料提取膳食纖維

玉米皮主要是玉米深加工而成的副產(chǎn)品，占整個(gè)玉米質(zhì)量的20%，主要成分為膳食纖維、蛋白質(zhì)、淀粉及其他營(yíng)養(yǎng)元素。玉米皮中膳食纖維含量較高，其中可溶性膳食纖維為10%～25%，不溶性膳食纖維為70%～80%，玉米皮與麥麩、米糠相比，總膳食纖維含量更為豐富，可達(dá)80%以上[41]。因此，玉米皮是膳食纖維良好的來(lái)源之一。

目前，玉米皮中提取膳食纖維的研究相對(duì)較多，大多數(shù)采用超聲法來(lái)處理。祝美云等[42]利用直接水提法和超聲萃取法提取玉米皮中的水溶性膳食纖維，結(jié)果表明，超聲萃取法的提取率高達(dá)70.18%，比直接水提法提高了13.04 個(gè)百分點(diǎn)，且所得的水溶性膳食纖維顆粒細(xì)膩，在外觀上要比水提法好，在此工藝提取過(guò)程中，要注意控制適宜的超聲功率，高功率產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)可能會(huì)造成膳食纖維的分解，提取率會(huì)有所降低。從玉米皮中提取的膳食纖維可以制作成各種膳食纖維產(chǎn)品，如玉米皮膳食纖維冰淇淋、餅干、酸奶、天然玉米纖維添加劑、玉米復(fù)合谷物纖維、玉米膳食纖維飲料等[43]，都具有玉米的獨(dú)特風(fēng)味，是一種理想的膳食纖維產(chǎn)品。美國(guó)、日本等多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立了玉米制品公司，生產(chǎn)的玉米皮制品膳食纖維含量高達(dá)85%，可作為食物的添加劑添加在面包、點(diǎn)心、糕點(diǎn)、餅干、飲料中，完善飲食結(jié)構(gòu)[44-45]。

2.2 從食用菌及果蔬原料中提取膳食纖維

近年來(lái)，我國(guó)蔬菜和水果加工業(yè)迅速發(fā)展，總處理量為10.8 億t，在處理果蔬原料的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生許多廢棄物，可對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。為避免造成不必要的浪費(fèi)，對(duì)果蔬深加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物加以利用，從果蔬皮渣中提取多種有效成分，以此來(lái)提高果蔬的利用率。

2.2.1 以食用菌及蔬菜為原料提取膳食纖維

蔬菜中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，主要有維生素和礦物質(zhì)，還有少量的蛋白質(zhì)和脂肪，其也是天然膳食纖維的來(lái)源之一。其中膳食纖維含量較高的蔬菜有毛豆（4.0%）、嫩蠶豆（3.1%）、香菇（3.4%）、豌豆（3.0%）、菠菜（1.7%）、莧菜（1.8%）、西蘭花（1.6%）[46]等。一些蔬菜加工廠在生產(chǎn)蔬菜汁、蔬菜罐頭、蔬菜粉等的過(guò)程中產(chǎn)生大量的皮渣廢棄物，還有在烹飪過(guò)程中香菇柄、菠菜根、蘑菇頭等多種蔬菜的根莖葉被丟棄。據(jù)研究，蔬菜皮渣中含有豐富的膳食纖維、果膠、碳水化合物等[47]多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如能夠?qū)@些殘?jiān)右岳?，不僅能夠節(jié)約資源，還能保護(hù)環(huán)境，創(chuàng)造一定的價(jià)值。

韓超等[48]以杏鮑菇殘?jiān)鼮樵?，找到利用酶解法提取膳食纖維的最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度40 ℃，pH 7.0，中性蛋白酶添加量0.93%，液料比9.6∶1（mL/g），酶解時(shí)間4 h，該工藝下膳食纖維得率達(dá)32.15%，最后得出杏鮑菇殘?jiān)目偵攀忱w維含量為67.52%。胡春曉等[25]研究利用微波法提取香菇柄中的水溶性膳食纖維，通過(guò)此提取工藝，水溶性膳食纖維平均得率為10.24%，微波法提取所得的水溶性膳食纖維，有較高的持水力和膨脹力，在微波提取的過(guò)程中要注意控制適宜的微波功率和時(shí)間，避免過(guò)多的熱效應(yīng)破壞膳食纖維的分子結(jié)構(gòu)，降低提取率。蔬菜皮渣中含有良好的膳食纖維，能夠用于不同的食品加工業(yè)中，如可作為食品的添加劑添加到飲料、糕點(diǎn)類的食品中，此外還可廣泛應(yīng)用于食品醫(yī)藥等行業(yè)。

2.2.2 以水果為原料提取膳食纖維

我國(guó)水果加工產(chǎn)品主要以水果罐頭、果酒、水果飲料、果醬等為主。每年深加工的水果廢棄物可占總產(chǎn)量的30%，還有日常生活中產(chǎn)生并被丟棄的香蕉皮、石榴皮、柑橘皮、西瓜皮、菠蘿皮等，每年大約有1.5 億t 的水果皮籽渣等廢棄物被扔掉。據(jù)研究，皮渣中的膳食纖維含量極高，還含有抗氧化物質(zhì)等，充分提取利用皮渣中的多種活性成分，是非常有必要的。

麻佩佩[49]采用纖維素酶法提取蘋(píng)果渣中的可溶性膳食纖維，經(jīng)過(guò)擠壓后蘋(píng)果渣中可溶性膳食纖維得率為26.79%，所提取的可溶性膳食纖維較光滑平整。段振[50]采用堿法提取石榴皮中不溶性膳食纖維，不溶性膳食纖維得率為30.42%，對(duì)提取出的石榴皮不溶性膳食纖維理化性質(zhì)進(jìn)行分析，其持水力為4.84 g/g，膨脹力為3.99 g/g，表明提取所得的不溶性膳食纖維活性較高。采用堿法提取膳食纖維的過(guò)程中要注意適宜的堿液濃度，堿液濃度過(guò)高，氫氧化鈉和膳食纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞了膳食纖維的結(jié)構(gòu)，提取率也隨之發(fā)生改變。從水果皮渣中提取的膳食纖維，可以進(jìn)一步得到擴(kuò)展，用于不同食品體系中，在食品中用作食品添加劑，在雪糕中可用作增稠劑和乳化劑，此外，在紡織、化工、化妝品、醫(yī)療等行業(yè)也廣泛應(yīng)用[51-52]。段振[50]通過(guò)堿法提取石榴皮中不溶性膳食纖維，可用于制作功能性咀嚼片，在配方中加入35%膳食纖維，此時(shí)的咀嚼片硬度適中，具有降血脂功效。

2.3 從豆類原料中提取膳食纖維

大豆的營(yíng)養(yǎng)十分豐富，含有較多的脂肪和蛋白質(zhì)及優(yōu)質(zhì)膳食纖維。大豆膳食纖維雖然不能為人體提供營(yíng)養(yǎng)，但具有重要的生理功能，可調(diào)節(jié)血糖血脂、抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)、預(yù)防便秘等。目前，越來(lái)越多的研究者對(duì)大豆膳食纖維進(jìn)行提取研究。美國(guó)多個(gè)公司生產(chǎn)和銷售多種大豆膳食纖維產(chǎn)品，例如美國(guó)SSI 纖維素公司生產(chǎn)的大豆膳食纖維代餐粉，膳食纖維含量高達(dá)97%。在日本，大豆膳食纖維在食品上應(yīng)用的專利已達(dá)100 余項(xiàng)。如日本北海道玄米酵素公司生產(chǎn)的大豆膳食纖維粉，具有減肥功效，目前已得到廣大消費(fèi)者的認(rèn)可。

我國(guó)是世界上主要的大豆生產(chǎn)國(guó)，近年來(lái)總處理量為2 500～5 410 萬(wàn)t，目前主要是研究從大豆皮、渣中提取膳食纖維。大豆皮是大豆脫皮制油加工過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，豆渣是大豆在生產(chǎn)豆?jié){、豆腐、豆奶、豆腐腦過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，大豆皮渣占整個(gè)大豆質(zhì)量的35%以上。大豆皮中粗纖維含量可達(dá)40%，粗蛋白為13%左右。為避免浪費(fèi)，可采用不同方法從大豆皮渣中提取膳食纖維。沈蒙等[53]則采用超聲-微波協(xié)同提取黑豆皮中的水溶性膳食纖維，得率可達(dá)15.72%。馮子倩等[54]應(yīng)用堿性過(guò)氧化氫提取黑豆皮中的可溶性膳食纖維，經(jīng)過(guò)改性后的黑豆皮可溶性膳食纖維提取率由原來(lái)的7.75%提高到16.85%，提取所得的水溶性膳食纖維經(jīng)過(guò)膽酸結(jié)合后，具有潛在的降血脂功能，且在提取的過(guò)程中要注意堿性過(guò)氧化氫的反應(yīng)時(shí)間，避免反應(yīng)過(guò)于劇烈，影響膳食纖維的提取率。高翠銀[55]將豆渣中的膳食纖維應(yīng)用在餅干制作過(guò)程中，豆渣粉添加量為34%，制備的餅干硬度適中，口感極佳。

2.4 從海藻原料中提取膳食纖維

海藻富含維持人體生命活動(dòng)所必需的蛋白質(zhì)、多糖、脂類、礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也是膳食纖維良好的來(lái)源。國(guó)外對(duì)海藻膳食纖維的研究主要為對(duì)海帶、紫菜、裙帶菜、羊棲菜屬（Hiziki）、石莼中膳食纖維的生理功能及其理化特性[56]。而我國(guó)對(duì)于海藻中膳食纖維的制備提取尚處于起步階段，主要研究可食用海藻居多?？墒秤煤Ｔ澹t藻、綠藻、褐藻、馬尾藻、麒麟菜、海帶等）含有大量的膳食纖維，在綠藻和紅藻中，水溶性膳食纖維含量為51%～57%，而在褐藻中膳食纖維含量為68%～86%；馬尾藻中蛋白質(zhì)可達(dá)6%以上，而膳食纖維含量高達(dá)70%以上；海帶中脂肪蛋白含量低，而膳食纖維含量在75%以上；江蘺中膳食纖維含量高達(dá)77%以上[57]。其中大多數(shù)的膳食纖維可以通過(guò)酵解轉(zhuǎn)化為脂肪酸，有益于腸道健康。陳菲菲[58]以紅藻廢渣為主要原料，采用酶法和化學(xué)法結(jié)合制取不溶性膳食纖維，制備的不溶性膳食纖維含量高達(dá)93.61%，且其持水力為5.5 g/g，膨脹力為6.47 g/g，在提取不溶性膳食纖維過(guò)程中要注意鹽酸濃度和處理溫度的控制，避免鹽酸與膳食纖維中的纖維素和半纖維素發(fā)生水解反應(yīng)，從而引起不溶性膳食纖維含量的降低。

從海藻中提取的膳食纖維可廣泛應(yīng)用于食品各行各業(yè)，添加在飲料中可增加飲料的口感及穩(wěn)定性，使得飲料符合健康食品的標(biāo)準(zhǔn)；添加在乳制品中可以起到乳化增稠作用，進(jìn)一步提升乳制品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；添加在面制品中可以提高面條的彈性、抗老化、爽滑、耐煮等特性；添加在焙烤制品中可使面團(tuán)的體積增大，使面包具有一定的疏松度，改善餅干的韌性等，滿足人們對(duì)食物既營(yíng)養(yǎng)又健康的需求。

3 小結(jié)與展望

我國(guó)幅員遼闊，農(nóng)產(chǎn)品種植面積廣，擁有豐富的膳食纖維資源，但在農(nóng)產(chǎn)品加工過(guò)程中產(chǎn)生的許多富含膳食纖維的副產(chǎn)物被丟棄，造成了一定的資源浪費(fèi)，使農(nóng)產(chǎn)品的附加值較低。研究從不同原料中提取膳食纖維的技術(shù)，不僅可以節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，還可充分利用農(nóng)副產(chǎn)品，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。目前，國(guó)內(nèi)外提取制備膳食纖維主要以化學(xué)法和酶法為主，也有采用酶-化學(xué)結(jié)合法提取膳食纖維。化學(xué)法已廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中，唯一不足之處是在化學(xué)加工過(guò)程中試劑的殘留容易對(duì)環(huán)境造成污染。因此，采用條件溫和、環(huán)境無(wú)污染的提取方法取代化學(xué)法，對(duì)未來(lái)發(fā)展更具有研究應(yīng)用前景。同時(shí)，采用發(fā)酵法、超聲及微波法從不同原料中提取膳食纖維，也是未來(lái)提取膳食纖維研究方向之一。另外，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)膳食纖維性能的研究。近幾年，對(duì)膳食纖維的研究?jī)H限于其持水力、膨脹力等理化性質(zhì)，還應(yīng)增加其對(duì)膽固醇、重金屬離子、脂肪等的吸附性能和清除體內(nèi)自由基、抗氧化、抗還原能力等性能的研究，為實(shí)現(xiàn)膳食纖維食品的開(kāi)發(fā)和利用提供理論依據(jù)。