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1、第二章 功能性食品化学和营养学,主讲：赵力超,基本概念,功能性食品化学和营养学，是传统食品化学、营养学的发展，是功能性食品学的基础。各种功效成分，是它们的主要研究对象。 功能性食品化学，研究功效成分的来源、制备、结构、性能、分析和应用等内容 功能性食品营养学，研究功效成分对人体的营养保健规律及对各种慢性病的预防、改善作用,第一节 功能性碳水化合物,碳水化合物又称糖类,它和蛋白质、脂肪合称三大类营养物质。 从化学结构上看,碳水化合物是多羟基醛或多羟基酮,或者通过水解能生成多羟基醛或多羟基酮的化合物。 根据其结构和性制,可以将它分为三类:单糖、低聚糖和多糖。 随着营养学研究的深入，人们发现某些碳水
2、化合物在增强免疫力、 降低血脂、调节肠道菌群等方面的生理功效，这些统称为功能性碳水化合物，主要有活性多糖、功能性甜味剂、黄酮、皂苷等。,活性多糖 功能性甜味剂 其它的功能性碳水化合物,膳食纤维 真菌多糖 植物多糖,功能性低聚糖 强力甜味剂,黄酮、皂苷等,一 活性多糖,定义：由十个以上单糖通过糖苷键连接而成的碳水化合物称为多糖 （一） 膳食纤维 （二） 真菌多糖 （三） 植物多糖,（一） 膳食纤维,1 定义 目前国际上对膳食纤维还没有一个通用的定义。 年Trowell 等对膳食纤维的生理学定义为“不能被人体内消化酶水解的多糖类碳水化合物和木质素”。 承认此定义并建立了统一的检测方法。,随着对膳食
3、纤维认识程度的不断深入，一些新的膳食纤维组成成分不断地被提出，使得膳食纤维的定义一直处于讨论和不断完善中。 年美国化学家协会给膳食纤维的最新定义是：膳食纤维是植物的可食部分或类似的碳水化合物，在人类的小肠中难以消化吸收，在大肠中会全部发酵分解。膳食纤维包括多糖、低聚糖及相关的植物物质。,定义 膳食纤维(Dietary fiber ，DF)是指植物性食品中不能被人类胃肠道消化酶消化,但能被大肠内的某些微生物部分酵解和利用,非淀粉多糖类物质与木质素的合称。 膳食纤维被大肠内微生物降解后的某些成分，被认为是其生理功效的一个起因。,（一） 膳食纤维,2 分类 膳食纤维,（按溶解性） 水溶性膳食纤维 水
4、不溶性膳食纤维 功能性低聚糖和抗性淀粉 (Resistant Starch),水溶性膳食纤维指可溶于温水或热水，且其水溶液能被 倍 的乙醇再沉淀的那部分纤维，主要是细胞壁内的储存物质和分泌物，包括果胶、树胶、果胶、黄原胶、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、卡拉胶、愈疮胶、葡聚糖、羧甲基纤维素等。,水不溶性膳食纤维是指不溶于温水或热水的那部分纤维，主要是细胞壁的组成部分，包括纤维素、半纤维素、木质素和壳聚糖等。 水溶性膳食纤维有广泛的生理作用，在许多方面具有比不溶性膳食纤维更强的生理功能。,淀粉类食品中一部分不能被人体消化酶消化的淀粉称为抗性淀粉,本质上属非纤维物质,但具有与膳食纤维类似的生理功效,也可在结肠
5、被微生物发酵产生乙酸、丙酸、丁酸等。 膳食纤维的组成复杂,目前尚缺乏公认的科学定义,有人将功能低聚糖和抗性淀粉()也包括在其中,故食物中的定量方法难以统一,致使膳食纤维的研究存在一定的标准化问题。,（一） 膳食纤维,3 膳食纤维的化学组成 纤维素：-吡喃葡萄糖通过-1、4糖苷键连接起来的化合物，聚合度大约是数千，它是细胞壁得主要解后物质。（如图） 半纤维素：阿拉伯木聚糖、木葡萄聚糖、半乳糖甘露聚糖、-1、3或-1、4葡聚糖。 果胶：半乳糖醛酸，以 1、4糖苷键连接而成的聚半乳糖醛酸。 木质素：松伯醇、芥子醇和对羟基肉桂醇三种单体组成的大分子化合物，没有生理活性。难于分离。,纤维素：-吡喃葡萄糖
6、通过-1、4糖苷键连接起来的化合物,纤维素：空间立体结构,（一） 膳食纤维,4 膳食纤维的主要物化特性 1、很高的持水力 2、对有机化合物的吸附螯和作用 3、对阳离子有结合和交换能力 4、具有类似填充剂的充盈作用 5、可改变肠道系统中的微生物群系组成,（一） 膳食纤维,5 膳食纤维的生理功效 （1）促进肠道蠕动,清洁胃肠道,减少和预防胃肠道疾病； 膳食纤维具有很强的持水性，其吸水率为无水物的 倍，甚至高达倍。膳食纤维的吸水溶胀性能有利于增加食糜的体积,刺激胃肠道的蠕动,并软化粪便,防止便秘,促进排便和增加便次,起到一种导泄的作用,减少粪便在肠道中的停滞时间及粪便中有害物质与肠道的接触,保持肠道
7、清洁,从而减少和预防胃肠道疾病。,（2）改善肠道菌群,维持体内的微生态平衡,有利于某些营养素的合成； 膳食纤维有利于诱导肠道菌群中的好气性微生物的生长,抑制厌氧菌的生长和繁殖,改善肠道菌群比例,一方面,可增加肠道中有益菌群如双歧杆菌等的优势,减少有害菌活动所产生的有毒物质;另一方面,有利于肠道有益菌合成3、6、生物素(7)等维生素以供人体利用。,（3）抑制胆固醇的吸收,预防高血脂症和高血压等心脑血管疾病； 膳食纤维中有些成分如果胶可与胆固醇结合，木质素可与胆酸结合，使其直接从粪便中排出，减少机体对胆固醇的吸收量，有利于降低血清和肝中的胆固醇和甘油三脂，因而降低了血脂。 而且膳食纤维能与肠道中的
8、、 进行交换，从而降低血液中的 比值，产生降血压的作用。有助于防治高血压、心脏病和动脉硬化。,（4）降糖减肥作用,对肥胖者减肥有益，而且具有预防和辅助治疗糖尿病的作用； 膳食纤维进入胃肠后，在消化道内膨胀，易引起饱腹感，从而抑制进食，有助于糖尿病和肥胖病人控制饮食。 另一方面膳食纤维可限制糖的吸收，使体内脂肪消耗增多，达到降糖和减肥的目的。 可溶性膳食纤维吸收水分后，还能在小肠粘膜表面形成一层“隔离层”，从而阻碍了肠道对葡萄糖的吸收，未被吸收的葡萄糖随大便排出体外。 膳食纤维还可增加胰岛素的敏感性，通过与胰岛素互助的降糖效果，减少机体对胰岛素的需求，有效地控制血糖的浓度，有利于糖尿病病情的改善
9、。,（5）延缓和减少重金属等有害物质的吸收,减少和预防有害化学物质对人体的毒害作用。 目前已发现膳食纤维对钙、汞、铅、高浓度铜、锌，特别是有机阳离子具有清除能力。 不溶性膳食纤维可缩短粪便在肠道的停留时间，稀释有害物质在肠道中的浓度，减少有害物如酚、黄曲霉毒素、亚硝胺、多环芳烃等在肠道的滞留时间，从而减少人体对它们的吸收。 水溶性膳食纤维被人体消化吸收，进入大肠内为双歧杆菌所利用，促进双歧杆菌增殖。,（一） 膳食纤维,6 膳食纤维的有效摄入量 膳食纤维的摄入量贵在适度,过多或过少都不利 于人体健康,以讲究适量为宜 。 过量的膳食纤维对人体健康具有较大的负作用： （1）体积的问题 （2）腹部有不
10、舒适感 （3）干扰营养素的吸收利用,膳食纤维的供应量标准（根据年龄状况或能量摄入量而具体确定） 美国食品与药品管理局()在1994年5月实施的新食品营养标示法中推荐,成人每人每天摄入2530克的膳食纤维,可满足人体健康的正常生理需要。 我国营养专家建议膳食纤维的摄入量,就年龄状况而言,一般情况下,710岁儿童每人每天约为1015克,青少年每人每天约为1520克,普通成年人每人每天约为2025克,成年人中的肥胖者每人每天约为2530克。,根据能量摄入状况而言,根据一些国家所制定的标准,暂定我国成年人每人每天膳食纤维的适宜摄入量为12.6克/1000千卡。 膳食纤维生理功能的显著性与可溶性膳食纤维
11、和不溶性膳食纤维的比例有很大关系，合理的比例约为。,（一） 膳食纤维,7 膳食纤维的主要来源 膳食纤维是植物性成分,而非动物性成分,植物性食物是膳食纤维的天然食物来源。膳食纤维在蔬菜水果、粗粮杂粮、豆类及菌藻类食物中含量丰富。 随着人们对膳食纤维与人体健康关系的认识的不断深入,一些高纤维食品越来越受到青睐,菌藻果蔬在膳食结构中的比例逐渐增加。,部分常见食物原料中粗纤维的含量状况为:小白菜0 7%、白萝卜0 8%、空心菜1 0%、茭白1 1%、韭菜1 1%、蒜苗1 8%、黄豆芽1 0%、鲜豌豆1 3%、毛豆2 1%、苦瓜1 1%、生姜1 4%、草莓1 4%、苹果1 2%、鲜枣1 6%、枣(干)3
12、 1%、金针菜(干)6 7%、山药0 9%、小米1 6%、玉米面1 8%、绿豆4 2%、口蘑6 9%、银耳2 6%、木耳7 0%、海带9 8%。,（一） 膳食纤维,8 膳食纤维在食品中的应用 膳食纤维的独特生理功能和营养保健作用使其作为主要食品组合在食品中得到广泛应用，与维生素和矿物质处于同等地位。 （1）在主食食品中的应用 （2）在馅料、汤料食品中的应用 （3）在饮料和乳制品中的应用 （4）在其他食品中的应用 地方名菜,富含膳食纤维的地方名菜,粤菜中有“雪花酿竹荪”、“翡翠映玉环”、“七彩鸡丝”、“碧绿三拼鲈”等;苏菜有“葱蒸干贝”、“香芋烧竹鸡”、“冬菇笋炖老豆腐”、“翡翠蹄筋”等;鄂菜有
13、“腊肉菜苔”、“泥蒿炒腊肉”、“莲藕煨排骨”、“沔阳三蒸”,并有新潮名菜“霉豆渣煨鲢鱼”、“霉豆渣烧五花肉”等;鲁菜中有“葱烧海参”、“荠菜鱼卷”、“鱼包三丝”、“韭菜炒蛏子”等;川菜中有“鱼香肉丝”、“开水白菜”、“水煮肉片”、“肉末豇豆”等。,（一） 膳食纤维,9 膳食纤维的测定方法及研究进展 （1）洗涤法 此方法只适用于不溶性膳食纤维的测定。由于其操作相对快速简单，现在仍在一些中小实验室使用。 （2）酶 重量法 是目前公认的测定总、不可溶、可溶性膳食纤维含量的方法。 （3）酶化学法 在样品进行酶解、酸水解处理后，可根据实际条件采用比色、或 任一手段测定其水解成分，灵活性大。,应用举例：,红薯膳食纤维饮品的生产 孟秀梅等 华中科技大学生命科学与技术学院 摘要:红薯渣为红薯淀粉加工过程中的副产物。利用食用菌生物降解与转化红薯渣形成发酵液，以此发酵液为主要原料，经过均质、调配等工艺，制成浅黄白色、粘度适中、状态均匀的膳食纤维饮品，可以作为日常膳食纤维的补充。,工艺流程：,超高温番茄膳食纤维牛奶的研制 敬思群等新疆轻工职业技术学院 超高温番茄膳食纤维牛奶是以牛奶为主要原料，添加适量的水、番茄膳食纤维，经均质、超高温(UHT)灭菌处理后，无菌包装而成。,工艺流程：,
