膳食纤维的生理功能、制备方法和改性技术的研究进展

宁建红，张 杰，李 霞

(1 青岛市中心医院核医学科，山东青岛 266042；2 青岛市中心医院重症监护室，山东青岛 266042；3青岛市肿瘤医院核医学科，山东青岛 266042)

1 膳食纤维的生理功能

研究表明，经常摄入膳食纤维可以降低血脂血糖、利于减肥，还能够缓解便秘、防止结肠癌的发生[1]。

1.1 降血脂、降血糖

麦紫欣等[2]发现，膳食纤维降血脂的机制之一在于，抑制机体对胆固醇和甘油三酯等脂肪类物质的吸收，同时加快胆固醇的排泄以降低血液脂含量。另外也有研究证实，膳食纤维的摄入可以延缓胃排空的时间，增加食物在肠道中的停留时间以减少对脂肪的吸收[3-4]。另外，膳食纤维能够调控脂代谢过程中的某些基因，从分子水平影响机体的脂代谢过程[5]。膳食纤维降血糖的研究相对较多，研究显示，膳食纤维可以使2型糖尿病小鼠的空腹血糖值显著下降，增加胰岛素水平，改善小鼠的糖耐守状况[6-7]。涂宗才[8]用四氧嘧啶造模糖尿病小鼠，成功后给小鼠喂食1 000mg/kg BW剂量的大豆可溶性膳食纤维，结果显示，小鼠的血糖值明显下降，同时能够改善小鼠消瘦、多饮多食的症状，可见膳食纤维在改善糖代谢紊乱、治疗糖尿病方面发挥着重要作用。欧仕益等人总结了膳食纤维调控糖代谢的部分机制：一方面膳食纤维可作用α-淀粉酶，抑制其对淀粉的水解度，降低血液中的葡萄糖含量；另一方面膳食纤维可以增加肠液黏度，抑制葡萄糖的扩散，从而减少肠道对葡萄糖的吸，同时膳食纤维还可以可逆地吸附葡萄糖[9]。

1.2 改善肠道微环境，防止便秘

解春艳等[10]用茶新菇发酵麦麸制备可溶性膳食纤维，并进行肠道微生物实验，结果显示，膳食纤维不仅能够促进乳酸菌的生长，还能够抑制大肠杆菌的繁殖，有效改善肠道中有益菌群和有害菌群的比例。孙元琳等[11]发现，戊聚糖能够促进双歧杆菌、乳杆菌等有益菌的增殖，原因在于这些菌类可以通过自身含有的相关酶对戊聚糖进行降解从而作为自身生长繁殖的底物。顾清等[12]发现，摄入膳食纤维可以有效地缓解老年人的便秘情况。

1.3 预防癌症发生

膳食纤维可以降低患直肠癌和结肠癌的风险，这是因为膳食纤维能够调整肠道菌群的比例，增加有益菌的数量，改善肠道微环境，促进肠道蠕动，加快有害物质的排出[13-14]，并有助于促进机体分泌更多的抗炎症活性物质。Susasa等[15]以直肠癌突变模型鼠为研究对象，对其喂食1%的葡萄抗氧化膳食纤维6周，结果发现，小鼠肠道肿瘤的数量明显减少，不同大小的息肉均有不同程度的萎缩。有研究证明，膳食纤维和乳腺癌发生率之间呈负相关关系，随着膳食纤维摄入量的增加，患乳腺癌的风险下降[16]。Huimin Chen等[17]发现，患晚期大肠腺瘤的人在摄入膳食纤维后，肠道中的丁酸产生菌显著增加，同时可有效缓解大肠腺瘤症状。关于膳食纤维和子宫内膜癌之间的关系，有研究发现两者之间的危险系数为0.66，可见膳食纤维可以降低患子宫内膜癌的几率[18]。整体来说，摄入多种膳食纤维较摄入单一的水果纤维或谷物纤维或蔬菜纤维等的预防癌症的效果好。

2 膳食纤维的制备方法

2.1 化学法

关于膳食纤维的化学提取法主要分为水提法、酸或碱提取法以及酸碱结合提取法。其中水提取法是最为环保的一种提取方法，但该方法只能得到少量的膳食纤维，不宜进行推广使用。酸或碱提取法和酸碱结合提取法是较普遍能够应用到工业上的一种提取方法。但是这种方法会产生大量的废液，对环境造成严重的影响，所以还需进行改进。黄群等[19]、温志英等[20]分别对超声提取法和微波提取法进行优化，找到了最佳的水溶性膳食纤维的提取条件，不仅能够节约成本，还能够起到保护环境的作用。

2.2 酶法

酶法的优点是酶作用条件温和，通常不需进行高温高压便可使反应顺利进行，因此对环境的污染较小。酶制备法所获得的膳食纤维纯度较高，杂质含量少，是目前较为广泛应用的一种方法。酶法过程中常用的酶有蛋白酶、淀粉酶、糖化酶等。Chen等[21]使用酶制备法的同时辅以超声提取法，最终得到豆荚水溶性膳食纤维8.9%、水不溶性膳食纤维77.35%。李星科等[22]使用酶制备法提取枣渣中的水不溶性膳食纤维，发现得率是普通化学法得率的1.5倍，最终得率可达到24.8%。 酶制备法涉及的反应过程相对较复杂，需要注意各种酶种类的选取，不同酶所需的反应温度、反应时间、pH值等条件。同时对于不同来源的膳食纤维而言，由于组成成分不同，还需根据实际情况选择适合的酶或酶组合。

2.3 发酵法

发酵法是利用微生物的发酵作用进行的。李状等[23]以根霉菌为发酵菌种得到了竹笋边角料中的膳食纤维，并发现获得的膳食纤维具有较高的生物活性。左茜等[24]用嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合菌为发酵菌，得到了茶叶渣中的可溶性膳食纤维。发酵法制备膳食纤维不仅具有纯度较高、生物活性也较高的优点，风味、色泽等也使人更易接受，但是发酵法所需的合适菌种还需进一步挖掘。

3 膳食纤维的改性方法

3.1 物理改性

物理改性技术是膳食纤维改性方法中最常用的一种基础方法，高温、高压和增加剪切力是常规物理方法中的几种。膳食纤维改性大致可以分为挤压蒸煮技术、超微粉碎技术和超高压或瞬时高压技术三种。Chen等人[21]利用挤压蒸煮技术成功改性了大豆膳食纤维，提高了水溶性膳食纤维的含量，从而使膳食纤维的持水性和溶胀能力显著提升。超微粉碎技术获得的超微粉具有很好的溶解性、吸水性和分散性，但这种方法对设备的要求较高，目前难以在工业上进行推广应用。超高压或瞬时高压技术指对膳食纤维赋予高达100～1 000MPa的压力，使其中的氢键、离子键等结构发生变化的过程。李雁等人[25]利用该技术对红薯渣中的膳食纤维改性，发现改性后的膳食纤维生物活性明显提高，可以有效调节血糖、血脂。

3.2 化学改性

膳食纤维含有大量的羟基和羧基，因此可利用酸或碱对其进行酯化或醚化改性。吴丽萍等[26]利用羧甲基改性方法成功改善了花生壳中的膳食纤维，改性后的膳食纤维物理、化学特性具有明显的改变，由于分子间的距离更大，所以使膳食纤维具有较好的分散性和持水性。杨阳等[27]利用硫酸酯化改性方法对苹果膳食纤维进行改性，结果发现，获得的膳食纤维表现出更高的生物活性。化学改性可以在一定程度上改善膳食纤维的结构，但是这种方法存在着很大的弊端，例如化学试剂的引入可能会给人体带来很大的安全隐患。

3.3 生物技术改性

生物技术改性通常分为酶法和微生物发酵法，前者最常使用的酶有纤维素酶、木聚糖酶等，后者常使用的微生物菌种为乳酸菌。李明华等[28]用纤维素酶水解金针菇中的膳食纤维，发现水溶性膳食纤维的含量可达14.45%，并与化学法获得的膳食纤维进行比较，发现前者具有更高的生理活性。林宁晓等[29]用乳酸菌和链球菌混合菌种改性大豆膳食纤维，发现水溶性成分含量也有显著增加。生物技术改性获得的产品品质高，且不会对环境造成污染，因此是一种具有广阔应用前景的方法，但存在着成本较高以及应用菌种种类少的问题，还需加大研究力度。◇