不同原料中膳食纤维提取研究进展

高小娜，赵山山

（河北工程大学生命科学与食品工程学院，河北 邯郸 056000）

膳食纤维是一类可食用的植物性成分，不能被小肠所消化吸收，但在大肠中可以部分或全部发酵[1]。其中部分发酵类纤维包括木质素、半纤维素、纤维素、植物蜡和角质等；完全发酵类纤维包括阿拉伯胶、果胶、β-葡聚糖、海藻胶、瓜尔豆胶和菊粉等。根据溶解性的不同可分为：不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维两大类[2]。

不溶性膳食纤维是一种不能溶于水，不能被大肠微生物所发酵的纤维，主要有壳聚糖、植物蜡、抗性淀粉等[3]。不溶性膳食纤维不能够参与人体血液循环，但能够缩短粪便停留在肠道的时间，刺激肠道蠕动，起到润滑排便的作用。可溶性膳食纤维是一种可溶于水，可吸水膨胀，可由微生物在大肠中发酵的一类纤维，常见于植物细胞内分泌物之中，主要有果胶、树胶、黏胶、低聚果糖等[4]。研究表明，可溶性膳食纤维具有很强的持水力和膨胀力，能够减少有害物质在肠道内的停留时间，减少人体对重金属的吸收，还可预防高血压、糖尿病、冠心病、心血管疾病等[5]多种慢性疾病的发生。

随着人们生活水平的提高，越来越多的人注重食物的精细化，动物性食物所占比例大为增加，而膳食纤维的摄入量却明显降低。摄入膳食纤维量不足，将会导致多种慢性疾病的发生。因此，膳食纤维作为食物中添加的原料，需求量将会大幅度上升。我国拥有丰富的膳食纤维原料如谷物、果蔬、豆制品、海藻等，加工过程中由此产生许多废弃物如麸皮、香蕉皮、柑橘皮、香菇柄、豆渣等，有些被做成肥料或者饲料，还有许多作为废弃物被扔掉，农产品的附加值较低，因此从农产品加工废弃物中提取膳食纤维具有重要意义。这里我们综述了不同原料中膳食纤维提取的研究进展，以期为将膳食纤维应用于食品、保健品中提供有效依据。

1 膳食纤维的提取方法

目前膳食纤维可采用酶提取法、化学提取法、酶-化学结合法、膜分离法、发酵法、超声微波提取法等进行提取。国内外常见膳食纤维提取原理、制备方法、优缺点和提取率等，如表1 和表2 所示。

表1 不同膳食纤维提取方法的原理与优缺点Table 1 Principles and advantages and disadvantages of different dietary fiber extraction methods

表2 不同膳食纤维提取方法的应用实例Table 2 Example of the application of different dietary fiber extraction methods

续表2 不同膳食纤维提取方法的应用实例Continue table 2 Example of the application of different dietary fiber extraction methods

2 从不同原料中提取膳食纤维

2.1 从谷物原料中提取膳食纤维

谷物原料如小麦麸皮、燕麦、玉米皮、荞麦等膳食纤维含量极高。我国是农业生产大国，从各种不同的谷物原料中提取的膳食纤维被广泛应用于食品中，这不但可提高原料的利用率，还可增加农产品的附加值，提高经济效益。

2.1.1 从燕麦中提取膳食纤维

燕麦又称油麦，是一种低糖、低脂肪、高营养的食品，具有预防心血管疾病、降血压、血脂、促进消化、延缓衰老等作用[27-28]。燕麦中的膳食纤维含量为35%左右，蛋白质含量约为12.5%～19.6%，燕麦中起主要作用的是β-葡聚糖[29]，它是一种水溶性膳食纤维，燕麦中的水溶性膳食纤维含量远高于玉米与小麦。

从燕麦中提取膳食纤维主要采用超声法和碱法。李楠等[30]采用碱法提取裸燕麦中的β-葡聚糖，在液料比21∶1（mL/g），pH 为10.9，提取温度85 ℃下提取1.9 h，β-葡聚糖得率为4.36%。董兴叶[31]则采用超声波法和水提法提取燕麦中的β-葡聚糖，通过对比，超声波法提取率较高，β-葡聚糖保留率可达90.42%，通过此提取工艺，可从燕麦中获得提取率更高的β-葡聚糖。在运用超声法提取的过程中，要特别注意超声时间，提取时间过长，则会破坏其结构，聚合度有所降低，导致部分膳食纤维降解，从而使提取率下降，超声时间一般控制在35 min 左右为宜。

以燕麦麸为原料，粉碎成末，添加到面包、蛋糕、香肠、饮料中，可提升产品的营养价值[32]。

2.1.2 从小麦麸皮中提取膳食纤维

小麦是我国主要农作物之一，经过加工可制成面粉，并产生副产物麸皮。麸皮是小麦的外表皮，近年来小麦麸皮总处理量每年可达2 000 万t 以上[33]，小麦麸皮中含有许多营养物质[34-35]，总膳食纤维含量较高，约为35%～55%。小麦麸皮中主要含有两种活性成分，即活性多糖和酚类物质，水溶性膳食纤维中含有丰富的活性多糖，小麦麸皮中的酚类化合物主要包括木酚素、酚酸、类黄酮化合物[36]，这些物质的抗氧化性极强，对糖尿病、高血压等多种慢性疾病具有预防作用。

小麦麸皮中的膳食纤维主要采用酶法来提取。张媛媛等[37]研究以双酶法（0.6%的α-淀粉酶和0.3%的碱性蛋白酶）提取制备小麦麸皮膳食纤维，小麦膳食纤维提取率为71.94%。陶颜娟[38]以酶法提取小麦麸皮中的膳食纤维，先加入α-淀粉酶酶解淀粉，最终提取率高达90%，通过该提取工艺，可从小麦麸皮中获得纯度高达86%、提取率高达90%的优良膳食纤维，所提取的膳食纤维具有体外抗氧化活性、自由基清除能力、抗亚油酸氧化能力等。采用酶法提取小麦麸皮中膳食纤维的过程中，要注意酶解温度控制在50～55 ℃，过高的温度可使酶失活，影响淀粉、蛋白等其他杂质的去除。小麦麸皮膳食纤维可用于制备食品麦麸香茶、麦麸膳食纤维饮料、纤维素冲剂、麦麸纤维低聚糖饼干、麦麸膨化纤维面包、麦麸纤维片等[39]，制成营养强化品来改善人们的饮食结构，有益于人们身体健康。毛景海等[40]研究表明，在酸奶中添加1.5%小麦麸皮膳食纤维，有益于排除肠道体内毒素，调节肠道环境，提高身体免疫力。

2.1.3 以玉米皮为原料提取膳食纤维

玉米皮主要是玉米深加工而成的副产品，占整个玉米质量的20%，主要成分为膳食纤维、蛋白质、淀粉及其他营养元素。玉米皮中膳食纤维含量较高，其中可溶性膳食纤维为10%～25%，不溶性膳食纤维为70%～80%，玉米皮与麦麸、米糠相比，总膳食纤维含量更为丰富，可达80%以上[41]。因此，玉米皮是膳食纤维良好的来源之一。

目前，玉米皮中提取膳食纤维的研究相对较多，大多数采用超声法来处理。祝美云等[42]利用直接水提法和超声萃取法提取玉米皮中的水溶性膳食纤维，结果表明，超声萃取法的提取率高达70.18%，比直接水提法提高了13.04 个百分点，且所得的水溶性膳食纤维颗粒细腻，在外观上要比水提法好，在此工艺提取过程中，要注意控制适宜的超声功率，高功率产生的机械振动可能会造成膳食纤维的分解，提取率会有所降低。从玉米皮中提取的膳食纤维可以制作成各种膳食纤维产品，如玉米皮膳食纤维冰淇淋、饼干、酸奶、天然玉米纤维添加剂、玉米复合谷物纤维、玉米膳食纤维饮料等[43]，都具有玉米的独特风味，是一种理想的膳食纤维产品。美国、日本等多个发达国家已经建立了玉米制品公司，生产的玉米皮制品膳食纤维含量高达85%，可作为食物的添加剂添加在面包、点心、糕点、饼干、饮料中，完善饮食结构[44-45]。

2.2 从食用菌及果蔬原料中提取膳食纤维

近年来，我国蔬菜和水果加工业迅速发展，总处理量为10.8 亿t，在处理果蔬原料的过程中，会产生许多废弃物，可对环境造成了严重的污染。为避免造成不必要的浪费，对果蔬深加工产生的副产物加以利用，从果蔬皮渣中提取多种有效成分，以此来提高果蔬的利用率。

2.2.1 以食用菌及蔬菜为原料提取膳食纤维

蔬菜中含有丰富的营养元素，主要有维生素和矿物质，还有少量的蛋白质和脂肪，其也是天然膳食纤维的来源之一。其中膳食纤维含量较高的蔬菜有毛豆（4.0%）、嫩蚕豆（3.1%）、香菇（3.4%）、豌豆（3.0%）、菠菜（1.7%）、苋菜（1.8%）、西兰花（1.6%）[46]等。一些蔬菜加工厂在生产蔬菜汁、蔬菜罐头、蔬菜粉等的过程中产生大量的皮渣废弃物，还有在烹饪过程中香菇柄、菠菜根、蘑菇头等多种蔬菜的根茎叶被丢弃。据研究，蔬菜皮渣中含有丰富的膳食纤维、果胶、碳水化合物等[47]多种营养物质，如能够对这些残渣加以利用，不仅能够节约资源，还能保护环境，创造一定的价值。

韩超等[48]以杏鲍菇残渣为原料，找到利用酶解法提取膳食纤维的最佳工艺条件为：反应温度40 ℃，pH 7.0，中性蛋白酶添加量0.93%，液料比9.6∶1（mL/g），酶解时间4 h，该工艺下膳食纤维得率达32.15%，最后得出杏鲍菇残渣的总膳食纤维含量为67.52%。胡春晓等[25]研究利用微波法提取香菇柄中的水溶性膳食纤维，通过此提取工艺，水溶性膳食纤维平均得率为10.24%，微波法提取所得的水溶性膳食纤维，有较高的持水力和膨胀力，在微波提取的过程中要注意控制适宜的微波功率和时间，避免过多的热效应破坏膳食纤维的分子结构，降低提取率。蔬菜皮渣中含有良好的膳食纤维，能够用于不同的食品加工业中，如可作为食品的添加剂添加到饮料、糕点类的食品中，此外还可广泛应用于食品医药等行业。

2.2.2 以水果为原料提取膳食纤维

我国水果加工产品主要以水果罐头、果酒、水果饮料、果酱等为主。每年深加工的水果废弃物可占总产量的30%，还有日常生活中产生并被丢弃的香蕉皮、石榴皮、柑橘皮、西瓜皮、菠萝皮等，每年大约有1.5 亿t 的水果皮籽渣等废弃物被扔掉。据研究，皮渣中的膳食纤维含量极高，还含有抗氧化物质等，充分提取利用皮渣中的多种活性成分，是非常有必要的。

麻佩佩[49]采用纤维素酶法提取苹果渣中的可溶性膳食纤维，经过挤压后苹果渣中可溶性膳食纤维得率为26.79%，所提取的可溶性膳食纤维较光滑平整。段振[50]采用碱法提取石榴皮中不溶性膳食纤维，不溶性膳食纤维得率为30.42%，对提取出的石榴皮不溶性膳食纤维理化性质进行分析，其持水力为4.84 g/g，膨胀力为3.99 g/g，表明提取所得的不溶性膳食纤维活性较高。采用碱法提取膳食纤维的过程中要注意适宜的碱液浓度，碱液浓度过高，氢氧化钠和膳食纤维发生化学反应，破坏了膳食纤维的结构，提取率也随之发生改变。从水果皮渣中提取的膳食纤维，可以进一步得到扩展，用于不同食品体系中，在食品中用作食品添加剂，在雪糕中可用作增稠剂和乳化剂，此外，在纺织、化工、化妆品、医疗等行业也广泛应用[51-52]。段振[50]通过碱法提取石榴皮中不溶性膳食纤维，可用于制作功能性咀嚼片，在配方中加入35%膳食纤维，此时的咀嚼片硬度适中，具有降血脂功效。

2.3 从豆类原料中提取膳食纤维

大豆的营养十分丰富，含有较多的脂肪和蛋白质及优质膳食纤维。大豆膳食纤维虽然不能为人体提供营养，但具有重要的生理功能，可调节血糖血脂、抑制癌细胞生长、预防便秘等。目前，越来越多的研究者对大豆膳食纤维进行提取研究。美国多个公司生产和销售多种大豆膳食纤维产品，例如美国SSI 纤维素公司生产的大豆膳食纤维代餐粉，膳食纤维含量高达97%。在日本，大豆膳食纤维在食品上应用的专利已达100 余项。如日本北海道玄米酵素公司生产的大豆膳食纤维粉，具有减肥功效，目前已得到广大消费者的认可。

我国是世界上主要的大豆生产国，近年来总处理量为2 500～5 410 万t，目前主要是研究从大豆皮、渣中提取膳食纤维。大豆皮是大豆脱皮制油加工过程中产生的副产品，豆渣是大豆在生产豆浆、豆腐、豆奶、豆腐脑过程中产生的副产物，大豆皮渣占整个大豆质量的35%以上。大豆皮中粗纤维含量可达40%，粗蛋白为13%左右。为避免浪费，可采用不同方法从大豆皮渣中提取膳食纤维。沈蒙等[53]则采用超声-微波协同提取黑豆皮中的水溶性膳食纤维，得率可达15.72%。冯子倩等[54]应用碱性过氧化氢提取黑豆皮中的可溶性膳食纤维，经过改性后的黑豆皮可溶性膳食纤维提取率由原来的7.75%提高到16.85%，提取所得的水溶性膳食纤维经过胆酸结合后，具有潜在的降血脂功能，且在提取的过程中要注意碱性过氧化氢的反应时间，避免反应过于剧烈，影响膳食纤维的提取率。高翠银[55]将豆渣中的膳食纤维应用在饼干制作过程中，豆渣粉添加量为34%，制备的饼干硬度适中，口感极佳。

2.4 从海藻原料中提取膳食纤维

海藻富含维持人体生命活动所必需的蛋白质、多糖、脂类、矿物质等多种营养物质，也是膳食纤维良好的来源。国外对海藻膳食纤维的研究主要为对海带、紫菜、裙带菜、羊栖菜属（Hiziki）、石莼中膳食纤维的生理功能及其理化特性[56]。而我国对于海藻中膳食纤维的制备提取尚处于起步阶段，主要研究可食用海藻居多。可食用海藻（红藻、绿藻、褐藻、马尾藻、麒麟菜、海带等）含有大量的膳食纤维，在绿藻和红藻中，水溶性膳食纤维含量为51%～57%，而在褐藻中膳食纤维含量为68%～86%；马尾藻中蛋白质可达6%以上，而膳食纤维含量高达70%以上；海带中脂肪蛋白含量低，而膳食纤维含量在75%以上；江蓠中膳食纤维含量高达77%以上[57]。其中大多数的膳食纤维可以通过酵解转化为脂肪酸，有益于肠道健康。陈菲菲[58]以红藻废渣为主要原料，采用酶法和化学法结合制取不溶性膳食纤维，制备的不溶性膳食纤维含量高达93.61%，且其持水力为5.5 g/g，膨胀力为6.47 g/g，在提取不溶性膳食纤维过程中要注意盐酸浓度和处理温度的控制，避免盐酸与膳食纤维中的纤维素和半纤维素发生水解反应，从而引起不溶性膳食纤维含量的降低。

从海藻中提取的膳食纤维可广泛应用于食品各行各业，添加在饮料中可增加饮料的口感及稳定性，使得饮料符合健康食品的标准；添加在乳制品中可以起到乳化增稠作用，进一步提升乳制品的营养价值；添加在面制品中可以提高面条的弹性、抗老化、爽滑、耐煮等特性；添加在焙烤制品中可使面团的体积增大，使面包具有一定的疏松度，改善饼干的韧性等，满足人们对食物既营养又健康的需求。

3 小结与展望

我国幅员辽阔，农产品种植面积广，拥有丰富的膳食纤维资源，但在农产品加工过程中产生的许多富含膳食纤维的副产物被丢弃，造成了一定的资源浪费，使农产品的附加值较低。研究从不同原料中提取膳食纤维的技术，不仅可以节约资源，保护环境，还可充分利用农副产品，推动产业的发展，提高产品的经济效益。目前，国内外提取制备膳食纤维主要以化学法和酶法为主，也有采用酶-化学结合法提取膳食纤维。化学法已广泛应用于工业化生产中，唯一不足之处是在化学加工过程中试剂的残留容易对环境造成污染。因此，采用条件温和、环境无污染的提取方法取代化学法，对未来发展更具有研究应用前景。同时，采用发酵法、超声及微波法从不同原料中提取膳食纤维，也是未来提取膳食纤维研究方向之一。另外，应加强对膳食纤维性能的研究。近几年，对膳食纤维的研究仅限于其持水力、膨胀力等理化性质，还应增加其对胆固醇、重金属离子、脂肪等的吸附性能和清除体内自由基、抗氧化、抗还原能力等性能的研究，为实现膳食纤维食品的开发和利用提供理论依据。