植物和细菌纤维素在食品行业应用的研究进展

杨溢

【摘 要】 植物纤维素和细菌纤维素均是来源丰富的天然生物多糖，分子结构相同。本文综述了植物纤维素对人体的主要作用和作为膳食纤维在食品行业的应用，同时概述了细菌纤维素作为一种新型食品包装材料的研究进展和在食品工业中的研究方向。

【关键词】 植物纤维素；细菌纤维素；食品行业

【中图分类号】R322

【文献标志码】C

【文章编号】1005-0019（2018）24-294-01

纤维素，是植物细胞壁的主要成分。人们每日摄入的食物主要来源于植物，如谷物、豆类、蔬菜和水果。然而由于现代加工越来越精细，食物中膳食纤维越来越少。由摄入膳食纤维减少引发的疾病也影响着现代人们的生活水平。现代医学和营养学经研究确认食物纤维为第七营养素，高纤维食品不仅能帮助排除身体里的有害物质和废物，还可以减肥，防治便秘。地球上每年由植物光合作用产生的纤维素高达亿万吨，现代加工工艺主要从从物理、化学、生物和联合处理四个方面对纤维素进行改性，[1] 广泛应用于食品、医药和纺织等行业。除植物外，某些细菌，如木醋杆菌，也能以异养方式产生胞外细菌纤维素。[2]本文综述了近些年来植物纤维素和细菌纤维素分别在食品行业的应用。

纤维素的概述

纤维素是由 D-吡喃型葡萄糖基彼此以1，4-β-苷键连接而成的一种均一的高分子，在结晶区内相邻的葡萄糖环相互倒置，糖环中的氢原子和羟基分布在糖环平面的两侧[3]。常温下，纤维素既不溶于水，又不同于一般有机溶剂。此外，纤维素也不溶于稀碱溶液。但是某些酸、碱和盐的水溶液能渗入纤维结晶区，产生无限溶胀，使纤维素溶解。溶胀和溶解对纤维素改性、衍生物制备和产品的加工成型都有重要意义。[4]从纤维素的分子结构来看，纤维素分子结构中联结葡萄糖残基的苷键可与强无机酸发生化学反应，分解成短链分子或改变其化学特性；纤维素分子中的每个葡萄糖残基在2、3、6三个碳原子上含有三个自由羟基，可发生氧化、酯化、醚化等化学反应，改变其生理特性，提高其亲水特性。由于人肠道内没有纤维素酶，所以纤维素在人体内不能被消化吸收，但纤维素在生活中仍是不可缺少的物质。

植物纤维素在食品行业的应用

植物纤维素来源于植物细胞壁，粗粮、麸子、蔬菜、豆类等食物含有大量的纤维素，是人类每日摄入膳食纤维的主要途径。第七大营养物质膳食纤维包括纤维素。膳食纤维分为可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。多项研究表明，可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维发挥的生理功能不尽相同。[5]纤维素属于不可溶性膳食纤维。纤维素对人体的主要作用是[6]：①纤维素比重小、体积大，在胃肠中占据空间较大，食用后饱腹感强，减少其他食物量，利于减肥；②纤维素体积大，进食后刺激胃肠道，使消化液分泌增多和胃肠道蠕动加快，防治便秘；③在肠道内，纤维素可减少胰岛素释放与增加周围胰岛素受体敏感性，从而使糖的吸收减慢，具有平衡餐后血糖的作用，调节糖尿病患者的血糖水平，治疗糖尿病的作用。

膳食纤维在面制品、烘焙食品的应用最为广泛。如在面条中加入膳食纤维，不仅能增加面条的韧性，减少断条率，还能提高面条的感官品质。CHEN等[7]研究结果表明在面条中添加小麦麸皮能使面条的硬度和咀嚼性降低，又能增加膳食纤维含量，提供膳食纤维摄入量。烘焙食品主要包括蛋糕类、饼干类和酥类，越来越受到人们的喜爱。往往在满足口感的基础上，提高烘焙食品的营养也是众多研究者的主要研究内容。Khawla等[8]用马铃薯皮粉代替小麦粉后发现，蛋糕的硬度明显降低，而且降低了L*和B*面团的颜色值；同时研究结果显示用5%的马铃薯皮粉后，富含膳食纤维的蛋糕具有良好的感官质量。

膳食纤维在肉制品中也得到应用。李璐等[9]人将膳食纤维应用于火腿肠的制作工艺中，结果表明：膳食纤维能显著提高火腿肠的持水性，降低火腿肠的硬度及咀嚼性，反而增强其弹性、黏聚性及凝胶强度；同时在不影响口感的前提下能延长保存期，可替代具有防腐作用的食品添加剂。雷激等[10]研究柠檬膳食纤维在午餐牛肉中的应用，结果显示：柠檬膳食纤维在午餐肉中的最适添加量为0.5%-1.0%，此时午餐肉的色泽、滋味、组织状态等指标都较好，感官指标与传统配方产品没有显著差异，而且柠檬膳食纤维具有较强的抗氧化特性，可显著降低午餐肉中的亚硝酸盐残留量。

乳制品、乳饮料也在食品市场上占有一定的份额，更多生产者和研发人员在新产品开发的同时将膳食纤维作为功效成分添加到乳制品、乳饮料中，受广大消费者的青睐。司俊玲等[11]在鲜奶中添加燕麦膳食纤维，采用单因素和正交试验研究燕麦膳食纤维提前方法和酸乳加工工艺，试验结果表明，燕麦膳食纤维凝固性酸乳风味独特，口感很好。林雪娇等[12]以含13.4%的水溶性膳食纤维的新鲜发酵豆渣为原料，添加辅料，研发一种体现均匀、味道纯正、具有一定保健功能的膳食纤维乳饮料。

细菌纤维素在食品行业的应用

细菌纤维素的化学结构与植物纤维素相同，两者主要区别[13-15]：1）细菌纤维素是纯纤维素，不含其它成分； 2） 细菌纤维素具有3D多微孔、高纵横比、高孔隙率和良好机械性能的特性；3）细菌纤维素具有高结晶度、高聚合度、高含水量和良好成型性的特点。

在新型材料领域，通常通过引入某些抗菌材料使细菌纤维素膜具有抗菌性。这种抗菌特点已在国内外食品包装材料研究中报道。Padrao等[13]在牛乳铁蛋白的磷酸盐缓冲液中浸入细菌纤维素膜，制得吸附有牛乳铁蛋白的细菌纤维素复合膜，经过研究证实该复合膜具有抗菌性，可用于易于腐败坏食品的可食性包装材料。Urbina等[16]制得聚乳酸—细菌纤维素复合膜，试验结果证明该复合膜的透明度、水蒸气阻隔性和生物降解性优于单一膜。

在食品工业中，由于细菌纤维素对人体具有多种功效功能，如预防便秘，吸附和清除食物中有毒物质，越来越符合现代高蛋白、高纤维、低脂肪、营养健康的饮食观念，也越来越受到人们的青睐。郭艳等[17]研究了细菌纤维素对鸡肉品质及蛋白性质的影响，结果表明细菌纤维素具有良好的保水性，不影响鸡肉蛋白的变性温度和化学基团，可作为一种新型的食品添加剂。钟春燕等[18]将洗涤至中性的细菌纤维素湿膜切割成颗粒状态，然后再经水性营養液浸渍后灭菌包装，最后制成一种减肥代餐食品，该产品具有丰富的水分、膳食纤维，食用后饱腹感强，具有减肥效果，同时无明显副作用。

展望

纤维素，作为一种可食用材料，在食品行业中应用广泛。不仅仅作为一种原料加入食品中，替代或改善食品中某些成分，还可作为食品添加剂，对食品具有防腐、增色等作用。或者对纤维素进行物理、化学和生物的作用，产生纤维素衍生物，研究其特性及安全性，将其广泛地应用于食品行业中。虽然纤维素在人体内具有一定的保健作用，但是人体内没有纤维素酶，不能直接消化吸收，这样就降低了其利用性。本文仅概述了纤维素在食品工业的研究与应用，作为地球上丰富的可再生的碳元素来源，纤维素在现代人们的生活中充分利用仍需要更多学者研究开发，希望本文对纤维素在食品工业应用的综述能对众多研究者提供一定的研究信息。

参考文献

[1] 胡乔迁，葛林丽. 膳食纤维改性研究进展[J]. 现代食品， 2017（15）： 20-21.

[2] Ross， P.， Mayer， R.， and Benziman， M. Cellulose biosynthesis and function in bacteria[J]. Microbiological Reviews， 1991.55（1）： 35-58.

[3] 高洁，汤烈贵. 纤维素科学[M]. 北京：科学出版社，1999： 5-10.

[4] 刘涛， 刘宁和方桂珍. 纤维素及其衍生物在食品及医药行业的开发与应用[J]. 食品科学， 2009.30（15）： 276-280.

[5] 马梦梅， 等. 茴香及其秸秆膳食纤维的组成成分、结构与物化功能特性[J]. 中国食品学报， 2016.16（5）： 205-216.

[6] BENEO. 营养至上的膳食纤维[J]. 食品安全导刊， 2016（7）： 56-57.

[7] Chen， J. S.， etal. Effect of particle size and addition level of wheat bran on quality of dry white chinese noodles[J]. Journal of Cereal Science， 2011.53（2）： 217-224.

[8] Ben， J. K.， etal. Improvement of texture and sensory properties of cakes by addition of potato peel powder with high level of dietary fiber and protein[J]. Food Chemistry， 2017.217： 668-677.

[9] 李璐， 等. 超微化雷竹笋膳食纤维对火腿肠品质的影响[J]. 食品工业科技， 2018（6）.

[10] 雷激， 石秀梅， and 李铁志. 柠檬膳食纤维对午餐肉中亚硝酸盐残留量的影响[J]. 食品科学， 2015.36（4）： 19-22.

[11] 司俊玲， 等. 燕麦膳食纤维凝固性酸乳制品的研制[J]. 食品工业， 2016（2）： 105-110.

[12] 林雪娇， 等. 高膳食纤维发酵豆渣乳饮料工艺优化[J]. 乳业科学与技术， 2017（6）.

[13] Padro， J.， etal. Bacterial cellulose-lactoferrin as an antimicrobial edible packaging[J]. Food Hydrocolloids， 2016.58： 126-140.

[14] 董丽攀， 等. 细菌纤维素复合材料的研究新进展[J]. 材料科学与工艺， 2018.26（1）： 88-96.

[15] Wu， Z. Y.， etal. Bacterial cellulose： A robust platform for design of three dimensional carbon-based functional nanomaterials[J]. Acc Chem Res， 2015.49（1）： 96-105.

[16] Urbina， L.， etal. Biodegradable composites with improved barrier properties and transparency from the impregnation of pla to bacterial cellulose membranes[J]. Journal of Applied Polymer Science， 2016.133（28）： n/a-n/a.

[17] 郭艷， 等. 细菌纤维素对鸡肉品质及蛋白性质的影响[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2019.47（03）： 1-8[2018-10-16].https：//doi.org/10.13207/j.cnki.jnwafu.2019.03.017.

[18] 钟春燕，钟宇光. 一种细菌纤维素减肥代餐食品：CN，102309010A[P]. 2012-01-11.