膳食纤维的功能与制备研究

杨振东

（金陵药业股份有限公司，江苏 南京 210037）

膳食纤维的功能与制备研究

杨振东

（金陵药业股份有限公司，江苏 南京 210037）

膳食纤维是继蛋白质、糖类、脂肪、维生素、矿物质、水之后的第七大营养素，具有降血糖、消除外源有害物质、治疗肥胖征、预防便秘与结肠癌、防治冠心病、预防高血压等生理功能。膳食纤维主要来源于燕麦、小麦、大麦等原料，可通过粗分离法、化学法和生物法制备。

膳食纤维；功能；制备；生物发酵

近年来，随着生活水平的不断提高，人们的饮食结构发生了巨大变化，对膳食纤维的需求不断增加。这是由于食用膳食纤维对人类的健康十分重要，它可以有效防治冠心病，降低体内胆固醇水平，调节血糖水平，甚至还有抗癌、解毒等功能。

1 膳食纤维的定义与分类

1.1 膳食纤维的定义

膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠内能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和。膳食纤维主要包括纤维素、半纤维素、果胶及亲水胶体物质如树胶和海澡多糖等组分，植物细胞壁中所含有的木质素，不被人体消化酶所分解的物质如抗性淀粉、抗性糊精、抗性低聚糖、改性纤维素、黏质、寡糖，以及少量相关成分如蜡质、角质和软木脂等［1］。

1.2 膳食纤维的分类

根据溶解性的不同，可将膳食纤维分成可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维。可溶性膳食纤维是指不被人体消化酶消化，但可溶于温水或热水且其水溶液能被4倍乙醇再沉淀的那部分膳食纤维，主要指植物细胞的存储物和分泌物，以及微生物多糖和合成类多糖，如果胶、葡聚糖等。不溶性膳食纤维是指不能被人体消化酶消化且不溶于热水的膳食纤维，主要是细胞壁的组成成分，包括纤维素、半纤维素、植物蜡等。根据在大肠内的发酵程度，可分为部分发酵类纤维和完全发酵类纤维。其中纤维素、半纤维素、木质素等可被大肠内菌群部分发酵，属于部分发酵类膳食纤维；而果胶、阿拉伯胶、海藻胶等可被完全发酵，属于完全发酵类膳食纤维。根据来源的不同，可分为植物性来源的膳食纤维、动物性来源的膳食纤维、微生物性来源的膳食纤维、海藻多糖类和合成类膳食纤维。根据品质的不同，可分为普通膳食纤维和高品质膳食纤维。

2 膳食纤维的特性与功能

2.1 膳食纤维的特性

膳食纤维之所以越来越受到重视，是因为它具有较强的持水、持油能力，能螯合消化道中的胆固醇、卟啉和重金属，阻止致癌物质的产生，并促进肠的蠕动，利于废物的排出，能减少人体对有害物质的吸收。

膳食纤维具有很强的持水性。这一特性使其具有吸水功能，可预防肠道疾病。富含膳食纤维的食物进入消化道后，在胃中吸水膨胀，形成高黏度的溶胶和凝胶，进而产生饱腹感，减少进食量和热量的吸收；同时，可增加胃肠道的蠕动，降低营养物质在肠道内的扩散速度，缩短食物停留的时间，使食物不能完全消化而排出，由此可降低肠内压，产生通

便作用，减少有害成分在肠道内停留的时间［2］。

对阳离子的结合和交换能力。据报道，膳食纤维尤其是酸性多糖类，具有较强的阳离子交换功能，可与钙、铜、锌、铅等阳离子进行交换，且交换可逆，优先交换铅等有害离子。吸附在膳食纤维上的有害离子可随粪便排出，进而起到解毒作用［3］。

改变肠道内微生物群系的组成。膳食纤维具有改善肠内菌群的功能和加速有毒物质的排泄与解毒作用。膳食纤维经食道进入小肠后，因其不被消化酶分解吸收而直接进入大肠，很多细菌在大肠内繁殖，其中部分为有益菌，这些被吸收的膳食纤维为菌群提供了繁殖所需的能量，同时可产生大量的短链脂肪酸。

2.2 膳食纤维的生理功能

膳食纤维对人体健康有着重要的生理效应，这已被国内外大量研究与流行病调查结果所证实。膳食纤维是一种疾病的防护因子，对于依赖胰岛素的糖尿病患者有良好的治疗效果，可以减少葡萄糖的吸收，减缓淀粉的水解，对血清胆固醇、高血脂、冠心病、高血压等均有良好的预防作用。

控制体重。膳食纤维以在大肠内发酵的方式代谢，提供的能量低于普通碳水化合物，具有较强的吸水功能和膨胀功能，在食物中吸水膨胀并形成高黏度的凝胶或溶胶，易产生饱腹感。膳食纤维能抑制进食，降低人体对淀粉、蛋白质、脂肪的吸收，减少食物的消化率，减慢胃排空时间［4］。

防治便秘。膳食纤维在肠道内促进肠壁有效蠕动，使肠的内容物迅速通过肠道而排出体外；同时膳食纤维在大肠内经细菌发酵，可直接增加纤维的含水量，使大便变软变稀，起到通便作用［5］。

防治结肠癌。结肠中的一些腐生菌能产生致癌物质，而肠道内的有益菌能利用膳食纤维产生不饱和脂肪酸，其中的乙酸可抑制腐生菌的生长；膳食纤维的分解过程可产生丁酸，能抑制肿瘤细胞的生长，诱导肿瘤细胞向正常细胞转化，并控制致癌基因的表达［6］。

防治糖尿病、高血压、心脏病和动脉硬化。在脂质代谢过程中，膳食纤维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脂蛋白代谢的正常进行；能降低血清和肝中的胆固醇，防治高血压、心脏病和动脉硬化；能延缓糖分的吸收，抑制血糖生成和血胰岛素上升；可改善末梢神经组织对胰岛素的要求量，使胰岛素分泌下降，调节糖尿病患者的血糖水平。对阳离子的强结合力，使无机盐在肠道中的吸收受阻，起到降低血压的作用［7］。

清除外源有害物质。膳食纤维具有超强吸附毒素和水分的功能，能帮助人体正常代谢杂质和废物，保持肠胃干净清新，改善上火、口臭、面部暗疮、青春痘等问题［8］。

膳食纤维的缺乏还与阑尾炎、膀胱结石等疾病的发病率和发病程度有很大关系。据推测，某些膳食纤维具有抗氧化能力，能延缓人体衰老［9］。

3 膳食纤维的提取方法

3.1 粗分离法

悬浮法和气流分级法可作为粗分离法的代表，主要是通过改变原料中各成分的相对含量，减少植酸、淀粉等的含量来提高膳食纤维的含量，因此这类方法得到的产品不纯净。另外，粗分离法虽然设备简单，成本较低，但获得的成分较少，原料损失过多，因此该法只适合于原料的预处理［10］。

3.2 化学分离法

这种方法被普遍采用，多利用酸碱处理。化学分离过程见图1。

图1 化学分离法的分离过程

除碱法外，还有酸法、絮凝剂法等。但反复用水浸泡冲洗和频繁热处理会明显减少膳食纤维终产品的持水力与膨胀力，这样不仅会使其工艺特性恶化，还会影响其生理功能的发挥。

3.3 膜分离法

关于膜分离法应用于制备膳食纤维的报道不多。该法是通过改变膜的分子截留量来制备不同分子量的膳食纤维，提取效果较好，尤其是能减少反复的损耗，提取的膳食纤维含量相对较高，且能实现工业化生产。

3.4 酶/化学试剂和酶结合分离法

酶法主要是利用多种酶来处理原料，从而获得膳食纤维。酶制剂多用α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、纤维素酶等。而化学试剂和酶结合分离法是将两种方法结合起来处理原料，从而获得更加纯净的膳食纤维。提取的基本工艺流程见图2。

图2 化学试剂和酶结合分离提取的基本工艺流程

3.5 微生物发酵法

微生物在生物转化方面具有很强的功能。在发酵过程中，其自身产生的酶反应可以将底物中的淀粉以及纤维素、半纤维素成分转化为以微生物多糖、菌体纤维素等为主的更具活性的膳食纤维［11］。目前用于膳食纤维提取的生物主要有乳酸菌、白腐菌、绿色木霉等。

3.5.1 乳酸菌

以李安平等人在利用乳酸菌发酵制备竹笋膳食纤维的研究中使用的方法为例［12］。

3.5.1.1 发酵剂的制备

合格脱脂奶粉、笋汁、白砂糖等调匀→120℃下杀菌15 min→产酸适宜、风味良好的乳酸菌——保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌，分别接种于上述培养基中→2～3次接代培养→扩大培养→生产发酵剂。

3.5.1.2 工艺流程

竹笋→选剔→清洗→切片→磨浆→加脱脂奶粉、砂糖→装瓶→灭菌→冷却→接种→培养→榨汁→笋渣→漂洗→干燥→粉碎→过筛→成品。

3.5.2 白腐菌

白腐菌在生长过程中会分泌出木素氧化酶类，包括木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶和还原酶等混合酶，这些酶与木质素发生一系列复杂的生化反应，包括C—C键断裂、芳环开裂、苄基醇化、去甲基化等反应，最终将木质素降解为小分子化合物，达到去除木质素的目的。韦小英利用白腐菌提取蔗渣膳食纤维，经过研究，确定工艺流程为：蔗渣原料→碱浸、膨化→白腐菌处理→漂白→脱水、干燥→粉碎→蔗渣膳食纤维；最佳工艺条件为：蔗渣经过清洗处理除去石块、泥沙、金属屑等杂质后，用2%的NaOH常温下浸泡4 h，然后在0.4 Mpa保温5 min的条件下膨化，用最佳生长条件下的白腐菌处理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，浆浓12%）漂白（70℃/90 min），经干燥粉碎后过80目筛，即可得到乳白色的蔗渣膳食纤维粉［12］。

3.5.3 绿色木霉

绿色木霉的纤维素酶活性高，主要是外β-1，4葡聚糖二糖水解酶、内β-1，4葡聚糖二糖水解酶活性高，二β-葡聚糖苷酶活性相对较低。这样便可利用它将纤维素降解成小段，形成聚合度不一的分子，提高不溶性膳食纤维的含量。

以发酵提取柠檬皮为例。柠檬皮→称量→接种菌种→振荡培养→加热灭活→乙醇沉淀→过滤→烘干→过目→成品。根据王庆钟的绿色木霉发酵制取柑橘皮膳食纤维及其理化特性的研究，影响提取效率的主要因素是发酵温度、发酵时间和发酵起始；最佳的发酵工艺是发酵温度28℃，发酵时间72 h，发酵起始pH 6.3［13］。

4 展望

食用膳食纤维对人体有重要作用。随着健康和保健意识的不断增强，人们对膳食纤维的需求不断增加。将膳食纤维作为一种功能性食品基料，用于焙烤食品、早餐食品、饮料等的加工，不仅可以提高人们对膳食纤维的摄入量，还能改善这些食品的口味。我国拥有丰富的农产品加工副产物资源，为减少资源浪费，保护环境，加大副产物综合开发利用的力度，可采用物理、化学和生物方法对农产品加工副产物进行处理，根据原料的特性，确定生产工艺和技术，开发功能性膳食纤维食品和保健品。

［1］闵锐，何云海，姚晓敏.膳食纤维研究的现状与展望［J］.上海师范大学学报：自然科学版，1998，（3）：68－74.

［2］舒小明.膳食纤维的生理特性与功能［J］.江西食品，1998，（2）：10－11.

［3］胡国华，黄绍华.米糠膳食纤维对胆酸钠吸附作用的研究［J］.中国食品添加剂，2001，（2）：20－21.

［4］李长贵，侯善荣，金之欣.食用纤维对肥胖型NIDDM患者的治疗作用［J］.中国糖尿病杂志，1997，（1）：15－18.

［5］修建成，曹荣安，孔保华，等.膳食纤维的生理功能及应用现状［J］.农产品加工：学刊，2005，（8）：48－50.

［6］赵萍，巩慧玲，王雅，等.膳食纤维的保健作用及其新产品开发前景［J］.兰州理工大学学报，2004，（3）：69－72.

［7］马正伟，张喜忠.复合膳食纤维对高胆固醇血症大鼠胆固醇代谢的长期作用［J］.中国动脉硬化杂志，2000，（5）：400－404.［8］白青云，管爱萍.莲藕膳食纤维的特性与提取工艺研究［J］.淮阴工学院学报，2007，（1）：56－60.

［9］钟海雁，韩军，苏勇，等.从葛根渣中酶法制备膳食纤维［J］.作物学报，2005，（12）：1606－1610.

［10］欧仕益，高孔荣.膳食纤维研究进展［J］.粮食与饲料工业，1997，（2）：39－40.

［11］刘晓婷.膳食纤维的开发及应用［J］.中国食物与营养，2004，（9）：21－24.

［12］韦小英.利用白腐菌生产蔗渣膳食纤维的研究［J］.广西大学学报：自然科学版，2001，（2）：120－124.

［13］王庆忠.绿色木霉发酵制取柑桔皮膳食纤维及其理化特性的研究［D］.雅安：四川农业大学，2004.

［责任编辑：罗 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年度江苏省高校“青蓝工程”骨干教师资助项目；2012年度淮安市“533英才工程”学术技术骨干人才资助项目

杨振东（1982—），男，金陵药业股份有限公司工程师，硕士。