膳食纤维的功能特性及在食品领域的研究进展

张松，苏永平，李涛，周航

（四川旅游学院，四川成都610100）

膳食纤维（dietary fiber，DF）是一类植物碳水化合物混合物的总称，因对人体有着重要的生理功能而被誉为“第七营养素”。膳食纤维分类见表1。近年来，富含膳食纤维类食品的开发与研究是食品领域的热门课题，这些研究对提高人们身体健康水平非常重要，也具有重大的现实意义。

表1 膳食纤维的分类[1]Table 1 Classification of dietary fiber

1 膳食纤维的功能特性

1.1 预防肠道疾病、便秘

作为一种植物组织，膳食纤维能够改善肠道菌群数量，预防并减少胃肠疾病的发生。它具有较强的吸水溶胀作用，能够加快消化道中粪便的运输速度，使肠道内的粪便减少停留时间，降低了粪便中有害物质与肠道壁的接触时间，能够清洁肠道，还有些SDF具有很强的黏滞作用，能在一些情况下形成黏液，增加肠道的润滑性，达到预防便秘和痔疮的目的。王丽卫等[2]研究表明肉苁蓉膳食纤维可以促进小鼠的小肠运动，明显缩短了便秘小鼠的首粒黑便排出时间，软化了便秘小鼠的粪便。杨光等[3]研究发现山楂膳食纤维能够调节小鼠肠道菌群。

1.2 影响酶活性

膳食纤维对α-淀粉酶活性具有一定抑制的作用，可改善食品体系中淀粉类物质的消化特性[4]。燕麦麸皮、燕麦粥等可减小淀粉酶、脂酶、糜蛋白酶活性。宋真真等[5]研究表明，豆渣膳食纤维可以提高肝脏超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，降低丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量、乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）活性。

1.3 降低血糖、血压、血脂作用

膳食纤维具有抑制葡萄糖扩散的功效，可降低血液中葡萄糖的含量，有效控制血糖指数[6]，可以明显降低人体血脂（甘油三酯和胆固醇）水平，其较强的阳离子交换功能赋予了它有效降低血压的功效。而酸性多糖类能够调节血液中的Na/K比，产生降血压的作用。柳萍等[7]研究结果表明，用富含膳食纤维的药食同源粉和小麦纤维制成的馒头代替2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者的早晚餐，能降低餐后2 h血糖，且可作为T2DM患者的日常代餐。此外膳食纤维还可以降低胆酸和盐类的合成与吸收，阻碍中性脂肪以及胆固醇的胆道再吸收，并加速脂肪物质的排泄。

1.4 调节机体免疫

从菇类、灵芝等提取的膳食纤维中的多糖成分可以增加人体巨噬细胞的数量，从而刺激抗体的产生，提高免疫能力，申利红等[8]研究发现黄芪多糖可从多层面发挥免疫增强作用，可直接影响细胞内的物质代谢，诱导机体细胞产生相关的体液因子；不仅能增强机体的特异性免疫，而且还能增强机体的非特异性免疫。研究发现牛膝多糖具有非常明显的增强机体免疫能力的功能作用，能形成细胞束，提高血清中免疫球蛋白IgG水平，激活网状内皮系统的吞噬功能，促进淋巴细胞的增殖生理功能。燕麦膳食纤维中β-葡聚糖含量较多，而β-葡聚糖不仅是降血糖、降血脂和预防心血管疾病的有效成分，还能激活巨吞噬细胞，提高免疫力。

1.5 其他功能

膳食纤维有抗氧化作用，可以通过有效清除人体内·OH等自由基，抑制脂质的过氧化达到延缓衰老的作用。可溶性膳食纤维能清除多种自由基。杨晓宽等[9]研究表明，提取出的芦笋老茎膳食纤维，其SDF羟基自由基（·OH）清除能力、DPPH·清除等能力均较理想。此外，膳食纤维还具有减肥作用。可增加饱腹感，减少脂肪的摄入量，同时消耗了体内的脂肪，从而达到减肥的效果。Mateos-Aparicio[10]研究发现豆渣中含有的多糖具有减肥作用。多糖中含有一定的抗氧化活性，可以增加饱腹感，减少脂肪的摄入量，同时消耗了体内的脂肪，从而达到减肥的效果。Jimenez-Escrig等[11]研究发现喂食含有高膳食纤维豆渣的母鼠组与对照组有显著差异，前者体重增加变缓、总胆固醇含量降低、抗氧化力与产丁酸作用明显提高；Prestamo等[12]研究得出豆渣可降低甘油三酯与高密度脂蛋白，能有效减轻体重，对身体健康有益。

2 膳食纤维在食品中的应用

2.1 在面包中的应用

面包是欧美大部分国家的主食，目前在中国也越来越被消费者所接受，销售量也在逐年递增。添加一定的膳食纤维到面包中，可以增加面包的营养价值和功能性。试验后发现，膳食纤维具有较高的热稳定性，在面包搅拌、发酵、烘烤过程中其性能不易发生改变。此外，在面团内部也容易与淀粉进行结合，阻止淀粉之间的键结，有效的延缓面团老化时间，面包的老化度也因此而降低。在面团中添加适量的膳食纤维较不添加膳食纤维的来说，提高了面团结合水的能力，使面团适度胀润，增加了面团的柔韧性。

此外，膳食纤维的吸水溶胀性还能够提高面包面团的吸水率，增加面包产品的保水性，有利于面包品质的稳定和保鲜，同时也可以降低产品成本。Lauková M等[13]研究发现马铃薯膳食纤维具有良好的水化性能（保水性、持水性和膨胀性），添加到小麦面团中可以增加吸水率、延长面团的稳定性和面团的发育时间。王晓艳等[14]研究发现大豆纤维粉SDF的持水率高于高筋粉，尤其是SDF的持水率达到742%；此外，添加大豆纤维粉SDF还会显著提高面包的胶着性与咀嚼性，降低内聚性和回复性，还可以明显改善面包蜂窝状组织和口感。黄原胶与面粉中面筋蛋白增强相互作用，从而加大了面筋蛋白储能模量上升的趋势。燕麦膳食纤维经常运用于面包制作中，加入燕麦会让面包的口感更加细腻，组织蓬松，体积胀大[15]。而且一定范围内添加聚葡萄糖町可以增大面包的体积，提高产品的抗老化性和保水性。李华鑫等[16]研究表明，适量添加柠檬膳食纤维可以改善面包的口味和外观形态，还能够有效抑制面包的老化，面包的保质期得以延长。在面粉中加入大豆膳食纤维可以强化面团的网络结构，改善其蜂窝状组织，从而使面包体积增加。一系列相关研究均表示，膳食纤维能够改善面包品质，丰富面包的口感，提高面包的营养价值，但膳食纤维的添加量对面包感官性状影响明显，使用中应控制添加量，达到产品最优性状。

冷冻面团工艺主要是针对已进行拌粉、和面、加工成型后的面团进行冷冻的工艺。近几年，随着国内消费者饮食习惯的改变，对冷冻面团及其制品的需求量逐渐增大，经研究发现，添加适量膳食纤维到冷冻面团中可提高其品质和营养价值。研究发现添加适量小麦麸皮膳食纤维在高筋粉中，可增加其冷冻面团面筋网络强度，使发酵力变大，产气量增加。张华等[17]研究发现添加竹笋膳食纤维可提高冷冻面团流变学特性，增强其持水能力，使其微观结构更加均匀。

2.2 在蛋糕中的应用

目前研究发现，将大豆膳食纤维、玉米膳食纤维、芒果皮渣膳食纤维、苹果皮渣膳食纤维以及燕麦膳食纤维等添加到蛋糕中，能够增加蛋糕的营养价值和功能特性。适量添加大豆纤维能够增加蛋糕的持水性，蛋糕在贮存过程中因为失水而发生的系列品质变化也降低了，使得蛋糕的货架期延长。当大豆膳食纤维的添加量为12%时，蛋糕品质达到最优化，但在生产过程中需要适当延长面糊搅拌时间和烘烤时间。刘婷婷等[18]在研究玉米高品质膳食纤维时，也发现适量膳食纤维的添加可以抑制蛋糕的老化，延长货架期。马铃薯粉中富含膳食纤维，Ben J K等[19]研究发现用马铃薯粉代替小麦粉显著降低了蛋糕的硬度，降低了面团的L*和B*的颜色值。黄原胶也可以作为蛋糕品质的改良剂，李冰等[20]研究后发现，添加黄原胶能够增大蛋糕的体积，改善蛋糕的组织结构，使蛋糕富有弹性且货架期延长，孔洞均匀大小一致。

2.3 在饼干中的应用

饼干是一种保存时间长，市场认可度高，易于营养强化的休闲食品，将膳食纤维作为原材料添加到饼干中一直是研究的热点。膳食纤维添加到饼干中能够增加饼干面团结合水的能力，使面团适度胀润，限制了面筋蛋白的形成，改善面团的加工性能，使面团吸水率增大，形成时间延长，稳定时间显著延长，使面团的粉质特性得以改良[21]，在饼干制作过程中吸水膨胀且保持水分，既避免饼干因面筋含量过高韧性过强影响口感，又避免水分过度流失导致口感松散。膳食纤维能够在饼干面团中形成的立体交织网状结构，而这一结构是一种非面筋结构，不会引起面团的收缩与变形，并可适度限制面筋的形成，改良面团的加工性能，同时仍能保证产品具有优良的外观和口感[22]。

Kim Y等[23]研究发现苹果膳食纤维可以替代面粉，提高面粉的糊化特性和混合稳定性，利用其制作的饼干拉伸性强，烘烤后松软且不易碎。谢婧等[24]研究表明在酥性饼干中添加4%柚皮膳食纤维，能使饼干的风味更加纯正，色泽呈均匀的棕黄色，大小、硬度、黏性等适中，提高了酥性饼干的口感。王璐等[25]研究得到柠檬膳食纤维在酥性饼干最适添加量分别为2%，韧性饼干为1.5%；郭雪霞等[26]研制出一款口感酥松，具有保健功效的奶香豆渣膳食纤维饼干。李素芬等[27]研究发现由于豌豆纤维粉不同于小麦面粉的膨胀力、持水力，将豌豆纤维粉添加到酥性饼干中，会直接影响饼干面团的流变特性于饼干的品质，既增加饼干的保健功能，又提高了豌豆加工副产物的利用率。饼干中的面粉对面筋数量和质量要求比较低，膳食纤维添加量过高，饼干面团中的面筋蛋白质含量降低太多，整个面筋网络的形成效果不理想，面团的韧性降低，烘烤后的饼干空隙较大，成形效果不够美观，口感上脆性增大，口味变差，影响食用。因此膳食纤维的添加量必须要控制在合理添加范围以内。

2.4 在饮料及乳制品中的应用

国内常见将膳食纤维添加到饮料中，产品种类较多，尤其是燕麦膳食纤维饮料，还有具有地方特色的葡萄皮高纤饮料、麒麟菜膳食纤维饮料等。我国常见的燕麦膳食纤维饮料有碳酸饮料，也有将燕麦膳食纤维用乳酸杆菌发酵后制成乳清型饮料[28]。研究发现小麦麸膳食纤维加上可溶性纤维以及各种辅料可以制成一种食物纤维冲剂。此冲剂对于改善便秘，降低血糖和血脂胆固醇都有一定的疗效，并且具有减肥的作用。骆嘉原等[29]以香菇为原料提取其中的膳食纤维，研制香菇可溶性膳食纤维饮品，所得饮料中可溶性固体物含量达11.15%。李宇等[30]以柠檬汁为主要原料研发的功能性饮料具有柠檬特有的浓郁香味，色泽淡黄、口感酸甜适口、细腻柔和无明显沉淀。李凤英等[31]以葡萄皮为原料，研制出一款颜色诱人，香味独特，口感酸甜的葡萄皮高纤饮料。

膳食纤维在酸奶、冰淇淋等乳制品中的应用也引起国内外相关学者的重视，有将米糠，玉米、芦荟等添加到酸乳中的相关文献。岳瑞雪等[32]利用响应面法对富含甘薯膳食纤维的酸奶发酵工艺进行优化，研制出口感风味适宜的特色酸奶制品。李雪玲等[33]研究表明将麦麸皮膳食纤维添加到酸乳中，酸乳中的8种氨基酸含量都呈上升趋势，钙的含量也随着添加量的增加而呈递增趋势。司俊玲等[28]对燕麦麸皮中膳食纤维的提取方法进行优化，并将其添加到酸乳中，结果表明，添加1.0%～2.0%的膳食纤维，产品能够保持原有的组织结构，具有良好的口感和风味。此外，一些膳食纤维能改善制品的品质特性，例如在冰淇淋、饮料等多种食品中添加的聚葡萄糖，就是因其独特的结构特点，能改善产品质构和提高产品的稠度，因而被广泛应用。黄原胶也经常添加于饮料中，它能够作为稳定剂使饮料中的不溶性成分悬浮在液体中，均匀且不分层；还可以改善饮料的口感，赋予饮料爽口的特性，使饮料具有良好的感官品质。

2.5 在肉制品中的应用

Tomaschunas M等[34]研究发现柑橘膳食纤维可以替代香肠中的部分脂肪，感官特性仍与全脂肪香肠相似，能够被消费者接受。有相关研究将胡桃膳食纤维作为肉制品的功能性添加剂加入牛肉中改善肉品粒度，使肉品嫩度及耐咀嚼性提高，Serrano等[35]研究了胡桃膳食纤维对牛排质构的改善作用，获得了相类似的评价结果。Yilmaz等[36]将菊粉加入肉丸中产品的物化及感官特性评估结果也显示出了较大幅度的提高。

添加燕麦膳食纤维在肉制品中可使肉制品的水分不流失，同时降低肉制品的热量，间接起到减肥的作用，现有的低热能肉干、肉饼、肉汁等都是添加了燕麦膳食纤维的肉制品。燕麦β-葡聚糖具有显著的降脂作用，因而被广泛应用在肉丸、香肠等多种肉制品加工中。刘云等[37]充分发挥了膳食纤维的高持水和吸附性，以及β-葡聚糖能够显著降脂作用，用燕麦膳食纤维代替脂肪制成肉脯，产品质地柔润，出品率提高，成本降低，达到了动植物营养的互补。王海滨等[38]将麦麸膳食纤维加入火腿肠中，得到的火腿肠脂肪和热量分别降低了50%和20%，而质构、风味、外观口感依然良好。Cardoso等[39]在低脂鱼肉香肠中加入豌豆纤维（利用豌豆壳或脱壳后的豌豆通过加工获得），产品具有满意的营养保健作用，产品质构和色泽都没有受到影响，还提高了肉质的凝胶强度及产品硬度。试验证明使用豌豆纤维的低脂类香肠都具有良好的组织结构。Zapata等[40]将乳饮料提取过程中块茎产生的副产物——洋地粟纤维（tiger nut fiber，TNF）应用于猪肉汉堡制作中，结果表明添加了纤维的猪肉汉堡比标准汉堡具有更高的营养价值及较好的烹调特性。

3 膳食纤维类食品应用展望

目前的研究表明，膳食纤维作为一种理想的天然的功能性食品添加原料，可以代替糖类、淀粉或脂肪以适当的添加量加入食品中，不仅可以优化食品的营养价值和组织性能，还能够满足社会大众一直追求的健康膳食理念。随着社会对膳食营养的日益重视，科技人员对功能性膳食纤维食品的研究进一步深入，如何充分有效地利用各种膳食纤维改善食物的功能、质构和风味，开发出更多、更好、更有利于人体健康的功能性食物，必将成为今后的一大研究重点。