功能性食品添加剂-膳食纤维

邵明攀，李 焱，陶文亮*

（贵州大学化学与化工学院，贵州 贵阳 550025）

近年来，随着人们生活水平的提高、膳食结构的改变，越来越多的人意识到饮食对于人的健康具有重大影响，消费观念也由色、香、味等转移到保健和功能性食品上来。功能性食品（Functional Food）的概念最早由日本最先提出，并于1989年曾明确定义：“功能性食品是指具有与机体防御、机体节律调节、疾病防治、健康恢复等有关的功能因子，经设计加工，对机体有明显调节功能的食品”[1]，但到目前为止还未达成共识。功能性食品起生理作用的成分称为生理活性成分，富含这些活性成分的物质称为功能性食品基料。

膳食纤维（dietary fiber，DF）作为功能性食品添加剂，近年受到国内外广泛的关注。调查研究证明，人们食物中的膳食纤维若不足，就会导致肥胖、糖尿病、动脉粥样硬化、冠心病等众多疾病。因此，膳食纤维成为水、蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素之外的“第七大营养素”。我国是农业产品生产大国，但农产品的经济价值不高，开发膳食纤维产品不仅可以提高我国居民身体健康水平，还可增加农产品的附加值。

1 膳食纤维概述

1.1 膳食纤维的定义

膳食纤维在1953年由HIPSLEY E H[2]最先提出并定义为“不能被消化道酶消化的植物细胞壁成分”，包括纤维素、半纤维素和木质素。随着人类对DF的不断深入研究和认识，不同的组织包括美国谷物化学家协会、国际生命科学会、美国化学家协会等都对DF进行了不同的定义。1999年11月2日，在第84届美国谷物化学家协会（American Association of Cereal Chemists，AACC）年会上举行专门会议对膳食纤维的定义进行了讨论，并将膳食纤维定义为“凡是不能被人体内源酶消化吸收的可食用植物细胞、多糖、木质素以及相关物质的总和”[3]。这一定义中包括食品中的主要组成成分，如纤维素、半纤维素、木质素、胶质、改性纤维素、黏质、寡糖、果胶，还包括少量组成成分，如蜡质、角质、软木脂。2001年，AACC根据其生理学意义定义膳食纤维为：DF是具有抗消化特性且在小肠中不能消化的碳水化合物或其类似物，包括一部分不能消化的多糖、低聚糖以及其它植物缔合物，DF在生理方面对人有轻泻、降低血中的胆固醇和葡萄糖等健康作用[4]。

1.2 膳食纤维的分类

一般来说，根据膳食纤维的溶解性可分为水溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纤维（insoluble dietary，IDF）。SDF是指不能被人体消化道酶消化，但可溶于温水或热水且其水溶液可被4倍体积乙醇沉淀的那部分DF，主要是植物细胞内的存储物质和分泌物、部分微生物多糖和合成类多糖，如果胶、瓜尔豆胶、海藻酸盐、葡聚糖和真菌多糖等。IDF是指不能被人体消化道酶消化且不溶于热水的那部分膳食纤维，主要是细胞壁的组成成分，包括纤维素、半纤维素、木质素和植物蜡等。

还可根据DF在大肠内的发酵程度分为部分发酵类纤维和完全发酵类纤维。根据DF的来源分为植物性来源膳食纤维、动物性来源膳食纤维、微生物性来源膳食纤维、海藻多糖类膳食纤维和合成类膳食纤维。根据其品质分为普通膳食纤维和高品质膳食纤维。

1.3 膳食纤维的生理功能

虽然根据膳食纤维的化学成分及糖含量分析好像无任何生理作用，但膳食纤维对人体却有非常重要的作用，这已被国内外大量研究与流行病学调查结果证明。其生理作用主要有：

1.3.1 控制体重[5-6]

DF在大肠内发酵后在食物中吸水膨胀形成高黏度的溶胶或凝胶，易使人产生饱腹感，能抑止进食，减少对淀粉、蛋白质和脂肪的摄入与吸收。

1.3.2 防止便秘[7]

DF能在肠道内促进肠壁的有效蠕动，使肠内的内容物如毒性物质迅速通过肠道排出体外，减少食物在肠道中的停留时间。同时DF在大肠内经细菌发酵后，纤维水分增加，大便变软变稀，从而起到通便作用。

1.3.3 防治结肠癌[8]

DF能束缚由细菌代谢胆酸和鹅胆酸产生的次生胆汁酸—石胆酸和脱氧胆酸（致癌物质突变剂），同时DF能促进肠道的蠕动，将其排出体外，降低结肠内次生胆汁酸的含量。肠道内的一些有益微生物能够利用DF产生短链脂肪酸，尤其是乙酸可以抑制结肠内腐生菌的生长，从而减少腐生菌产生的致癌物质。

1.3.4 防治糖尿病、高血压、心脏病和动脉硬化[9-11]

在脂质代谢过程中，DF可抑制或延缓胆固醇与甘油三酯在淋巴中的吸收，从而维持体内血脂和蛋白质代谢的正常进行。降低血清和肝中的胆固醇，从而防止高血压、心脏病和动脉硬化等。

1.3.5 清除外源物质[11]

膳食纤维可利用自身的一些基团与矿物质、环境污染物作用，清除有害物质如亚硝酸盐（NO2-）、汞、铅、镉和高浓度的铜、锌等。

2 国内研究现状

2.1 膳食纤维制备方法

膳食纤维依据原料及对纤维制品特性要求的不同，其制备方法也有很大差异。目前制备DF的方法主要有化学法、酶法、化学-酶结合法、膜分离法和发酵法。

2.1.1 化学法

化学法是将粗产品或原料干燥、磨碎后采用化学试剂提取而制备膳食纤维的方法，主要有水提法、酸法、碱法和絮凝剂法等。苏伟等[12]采用酸水解法在料液比1∶15（g∶mL）、pH3.0、提取温度90℃、提取时间90min条件下提取藠头叶中水溶性膳食纤维提取率为9.85%。罗章等[13]以柠檬酸为浸提剂，料液比 1∶10（g∶mL）、pH2.0、提取时间75min的条件下提取杨梅渣水溶性膳食纤维，提取率达58.62%。碱法比较常用，曾庆梅等[14]采用碱液浸提法在温度40℃、料液比1∶18、碱液浓度1mol/L、浸提时间90min条件下提取梨渣水不溶性膳食纤维得率为16.97%，提取得到的膳食纤维持水力为10.23g/g，溶胀性为0.71mL/g；产品无涩味、粗糙感，色泽良好，可广泛应用于面包、饼干等多种食品中。

2.1.2 酶法

酶法是采用多种生物酶逐一除去原料中除膳食纤维外的其他组分，主要是蛋白质、脂肪、还原糖、淀粉等物质，最后获得膳食纤维的方法。酶法提取条件比较温和，不需要高温、高压，具有节约能源、操作方便和保护环境等优点，特别适合原料含淀粉和蛋白质量高的DF制备。戚勃等[15]在料液比1∶30（g∶mL）、加酶量20FBG/g（FBG是真菌β-葡聚糖酶单位，fungalbeta-glucanaseunit）、pH4.5、酶解时间2.5h、酶解温度55℃条件下对藻渣粗纤维酶解改性后总膳食纤维得率为20.34%（以干质量计），膨胀力10.25mL/g，持水力541.6%。林杰等[16]在混合酶（α-淀粉酶与蛋白酶质量之比1∶3）用量0.3%、65℃处理90min，脂肪酶用量0.4%、50℃处理60min条件下制备蔗渣膳食纤维得率最高，膳食纤维膨胀力达7.32mL/g。

2.1.3 化学-酶结合法

化学-酶结合法即在使用化学试剂处理的同时，用各种酶（如α-淀粉酶、蛋白酶、糖化酶和纤维素酶等）降解膳食纤维中含有的其他杂质，再用有机溶剂处理，用清水漂洗过滤，制得纯度较高的膳食纤维。赵力超等[17]研究了在α-淀粉酶用量为0.2mL/g、酶解时间1.5h、NaOH浓度为2%、NaOH用量20mL、碱解温度50℃、碱解时间1.5h的条件下提取荸荠皮膳食纤维得率为29.45%，纯度为93.30%。

2.1.4 膜分离法

膜分离法是通过改变膜的分子量截留量来制备不同分子质量的膳食纤维。膜分离法可避免化学分离法中有机溶剂的残留，但不能制备IDF，且对设备要求较高。欧仕益等[18]利用超滤膜在操作压力为0.25MPa、膜分子截留量为10ku、溶液温度为60℃时，浓缩倍数、水的平均透过速率和水溶性膳食纤维含量分别达到10.9，15.2L/（h·m2）和6.8g/100g干麦麸。目前虽然膜分离法制备膳食纤维的报道较少，但该法通过改变膜的分子截留量制备分子质量不同的SDF，最易实现工业化生产，并能成为分离SDF最有前途的方法[19]。

2.1.5发酵法

发酵法即选用适当的菌种如嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）、保加利亚杆菌（Lactobacillus bulgaricus），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、淀粉等成分而制得膳食纤维。该法制得的膳食纤维在色泽、质地、气味和分散程度等方面均优于化学法。潘进权等[20]采用毛霉发酵法在每支250mL三角瓶装干豆渣10g，加水调节其含水量为56.7%，添加蛋白胨2.33%、KH2PO40.57%、CaCl20.2%、吐温-80 0.2%，调节培养基起始pH值为6.0，接种后置于温度25℃发酵80h的工艺条件下，豆渣可溶性膳食纤维的得率可达42.2%。

2.2 膳食纤维的测定方法

膳食纤维的测定方法因其测定原理不同而结果差异较大。自20世纪60年代以来，分析化学家们建立了许多分析方法，其主要目的是模拟消化过程用酶除去食物中可消化部分获得不被消化的部分。这些方法可概括为洗涤剂法、酶-重量法、酶-化学法。

2.2.1 洗涤剂法

洗涤剂法也称非酶重量法，由于所用溶剂和测定条件不同，又分为粗纤维（crude fibre，CF）法、酸性洗涤剂纤维acid detergent fiber，ADF）法和中性洗涤剂纤维（neutral detergent fiber，NDF）法。CF法可检测到木质素和纤维素，但该法由于酸碱处理时纤维成分会发生不同程度的降解，测得值与纤维实际含量差别较大；ADF法是用酸性洗涤剂除去淀粉、蛋白质和半纤维素，留下木质素、纤维素；NDF法是采中性洗涤剂除去淀粉、蛋白质，而留下木质素、纤维素和中性洗涤剂不溶性半纤维素[21-22]。

2.2.2 酶-重量法

酶-重量法是美国分析化学家协会（Association of Official Analytical Chemists，AOAC）、美国谷物化学家协会AACC）等权威机构接受的标准检测方法，也是目前公认的总膳食纤维、可溶性膳食纤维、不可溶性膳食纤维含量的测定方法。其中Prosky法最具代表性。其测定原理是取双份干燥样品（脂肪含量＞10%，需先进行抽提），用热稳定的α-淀粉酶凝胶化，然后用蛋白酶和淀粉葡萄糖苷酶进行酶法消化，以除去蛋白质和淀粉，然后加入4倍体积乙醇以沉淀SDF，过滤总残留物，分别用78%vol乙醇、95%vol乙醇和丙酮洗涤、干燥、称质量，双份样品一份用于分析蛋白质，另一份在525℃条件下高温灼烧测定灰分。总膳食纤维质量计算公式：

总的膳食纤维质量=残留物质量-（蛋白质质量+灰分质量）

2.2.3 酶-化学法

首先对食物样品进行酶消解和分离，分离出的DF用酸水解，使纤维分解为葡萄糖、糖醛酸等单糖，这些物质再用不同的化学方法如比色法、薄层色谱法（thin layer chromatography，TLC）或高效液相色谱法（highperformance liquid chromatography，HPLC）检测。目前应用分析的主要是AOAC 994.13和Englyst方法。

2.2.4 其他方法检测方法

除上述几种常见测定膳食纤维含量的方法，还可以利用近红外反射光谱法（nearinfraredreflectancespectroscopy，NIRS）快速测定谷物及其制品中总膳食纤维（totaldietary fiber，TDF）、SDF和IDF的含量[23-27]。SANDRAE等[25]采用NIRS测量谷物制品中SDF和IDF的含量，利用改进的偏最小二乘回归法将测得数据进行拟合得出IDF含量精度的交叉检验标准误差（standard error of cross-validation，SECV）为1.54%，多重判定系数（multiple coefficient of determination，R2）为0.98，SDF含量的精度SECV达1.15%，R2为0.82，对DF的测量相比其他方法更快速、准确。

3 我国今后膳食纤维发展趋势

我国膳食纤维资源非常丰富，主要有4大类约30余种：（a）谷物纤维，如小麦纤维、燕麦纤维、玉米纤维和米糠纤维等；（b）豆类种子与种皮纤维，如大豆纤维、豌豆纤维等；（c）水果、蔬菜纤维，如苹果皮纤维、芹菜纤维等；（d）其他天然纤维，如竹笋纤维、甜菜纤维等。但实际生产和应用的约10种。根据我国的国情和实际情况，结合我国传统饮食习惯，我国膳食纤维今后的研究主要是以下几个方面：

3.1 膳食纤维制备方法的研究

研究进展情况，制约膳食纤维资源开发的关键是制备方法。应该进一步研究制备方法和改性方法，提高制取的膳食纤维中水溶性膳食纤维含量，进一步开发成对人体有积极作用的膳食纤维。

3.2 膳食纤维生理功能的研究

目前国内外对膳食纤维生理功能方面的研究已有不少报道。如由非淀粉多糖组成的膳食纤维经过食道进入小肠后，由于其不被人体消化酶分解吸收而直接进入大肠，为大肠内有益细菌提供大量营养物，并产生大量短链脂肪酸的发酵过程，对人体生理功能有较大好处，目前在这一方面研究得比较透彻。以下几个方面的问题仍需做进一步研究：（a）膳食纤维的抗氧化作用和清除自由基的活性作用是否能进入血液循环，从而对人体生理过程产生影响；（b）膳食纤维的解毒机理；（c）膳食纤维的单糖和醛酸与有它构成的膳食纤维生理功能之间的确定关系；（d）膳食纤维其他一些理化特性与人体的关系[28]。

3.3 膳食纤维工业化生产的研究

目前膳食纤维研究多数还停留在实验室规模，尤其是用于制备膳食纤维的设备规模较小，仅限于实验室或中小型使用。而对人体有特殊生理作用的水溶性膳食纤维的制备，应研究可行的大规模生产设备及制备方法。

3.4 膳食纤维用途研究

膳食纤维不仅可以作为食品添加剂[29-30]，制成各种食品及功能性食品，还可用来研制成各类有实用价值包装纸[31]。

4 结束语

膳食纤维是人体健康必不可少的重要营养素，其资源丰富，价格低廉，因此有着广泛的应用前景。国外对膳食纤维的研究工作开展较早且比较全面，且部分发达国家具有开发膳食纤维的专门机构，如美国ArcherDanielsMidland公司、National Oats公司等。而我国对于膳食纤维的研究与开发还处于起步阶段，制备研究多数还停留在实验室规模。膳食纤维的开发应用在不断的发展，但在膳食纤维领域里，市场上可供消费者选择的食用方便、口感美味、品种多样且具有吸引力的膳食纤维食品还很少。因此在我国还有待统一规划，确定重点开发资源，协作攻关，早日在我国形成膳食纤维多品种生产的龙头产业，以满足广大食品市场的需要，优化和改善我国人民膳食结构。

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