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）

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）

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。

膳食纤维；改性技术；生理功能

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。

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100 MPa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40 MPa～140 MPa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140 MPa时达到最大值2.887 5 m2/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3 mm以上的物料颗粒粉碎至粒径在100 μm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（1 μm～100 μm）、亚微米级粉碎（0.1 μm～1 μm）、纳米级粉碎（0.001 μm～0.1 μm，即1 nm～100 nm）［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28 d，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1 h就可达到超微粉碎3 h的水平，粉体均匀性好。经超微和冷冻粉碎3 h的麦麸膳食纤维平均粒径分别为20.861 μm和13.382 μm，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3.40 g/100 g上升到12.13 g/100 g［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］等分别对竹笋、花生壳膳食纤维进行化学改性发现：改性后的竹笋膳食纤维SDF的含量由改性前的5.04%提高到16.2%；改性后的花生壳膳食纤维组织均匀、分散，膳食纤维含量提高为16.8%，结构及物化特性均得到改善。

化学方法虽方便快捷，但产品色泽差不易漂白、对容器腐蚀严重、反应复杂、作用时间长、转化率低、污染环境，已逐渐被其他降解方法所取代［5，32］。

1.3生物法

1.3.1酶法

酶法就是利用酶将膳食纤维中的大分子组分酶解成可溶性小分子化合物的方法。它作用温和、专性强、产品色泽变化小、反应时间短、纯度高，是近年来处理膳食纤维改性的较有潜力的新方法［32］。目前常用的酶主要有木聚糖酶、纤维素酶和木质素氧化酶等。赵梅［33］等研究显示，添加纤维素酶和木聚糖酶双酶法对枣渣进行改性，可将枣渣纤维的可溶性纤维的比例由6.79%提高到10.15%，使SDF与IDF更接近1∶3的最佳比例。钱海峰等采用纤维素酶水解米糠膳食纤维，得到的总膳食纤维和可溶性膳食纤维的总酚含量分别是酶解前的2.08倍和8.82倍，总抗氧化能力分别是酶解前的2.13倍和4.86倍，在亚油酸体系中的抗氧化能力均强于0.5 mg/mL的抗坏血酸［34］。

尽管经酶法改性的膳食纤维具有高的物化特性及生理功能活性，但由于膳食纤维改性的纯化酶价格较高，酶法成本也因此比较昂贵，该技术在实际生产中还无法全面推广。

1.3.2微生物发酵法

微生物发酵法是利用微生物生长过程中分泌的酶和酸等发酵产物，强化膳食纤维功能特性的技术。其产品口感香甜、无异味，是一种相对安全、高效、低成本的膳食纤维改性方法［31］。

目前所用菌种多为用于食品发酵生产的传统菌种，对保加利亚乳酸杆菌、嗜热链球菌、绿色木霉、药用真菌等的使用尤为普遍。令博［35］等用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合菌对酿酒葡萄皮渣进行发酵处理，总膳食纤维含量由发酵前的69.61%提高到了84.4%，SDF含量由8.37%提升至17.25%，膨胀力、持水力和持油力分别为3.38 mL/g、4.32g/g和1.87 g/g，膳食纤维的品质得到有效提高。以杏仁果肉为原料采用绿色木霉发酵法制备SDF，通过饲喂实验发现这种杏仁果肉粉可以减轻大鼠的糖尿病症状［36］。

1.4联合处理

综上所述，膳食纤维改性的方法中，不论是物理方法、化学法还是生物法，都各有利弊。采用多方法联合处理膳食纤维，一方面可以避免单一方法的缺陷，一方面又能相互协作，更有效地提升膳食纤维的产率及品质。何欢［37］以花生壳为原料，采用挤压预处理、化学（酸）洗涤、a-淀粉酶酶解等多法处理制备膳食纤维，所得的花生壳膳食纤维SDF含量达18.1%，DF含量达到80.7%，大大提高了膳食纤维的获得率。对发酵后的大豆膳食纤维进一步进行超高压均质处理，SDF/ TDF比值高达41.44%，是发酵后未经高压均质的1.56倍，解决了经发酵后SDF难以再提高的问题［38］。

2　结语

膳食纤维是不能被消化酶所消化的食物组分，是正常生理、生化过程中非常重要的组成部分，能排毒素、降血脂、降血糖、抗癌等，在“文明病”发病率不断攀升的今天人们对它的需求越来越大。然而来源于蔬菜、瓜果、谷物等的天然膳食纤维，SDF含量低，不能满足人们日渐增长的需求，人类只有积极地利用各种改性方法，才能尽可能地提高膳食纤维的得率及品质。我国膳食纤维资源较为丰富，充分利用资源大力开展膳食纤维改性的技术研究，不仅可以满足市场化需求，且深切地影响着国民的营养健康。因此膳食纤维的开发利用还存在着广阔的空间，而且不同资源的膳食纤维改性技术还需优化。

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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）

The modification technologies on dietary Fiber is to improve the content of soluble dietary fiber，enhance 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.

dietary fiber；modification technologies；physiological function

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.051

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

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。

2015-05-22