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1、1.前言 膳食纤维（Dietary Fiber，简称DF）是指食物中不能被人体内源酶消化吸收的植物细胞、多糖、木质素以及其它物质的总和，这一定义包括食物中大量组成成分如纤维素、半纤维素、木质素、胶质、改性纤维素、粘质、寡糖、果胶以及其它小量组成成分如蜡质、角质、软木质。一般来说，膳食纤维可按溶解性分为水溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）两大类1。膳食纤维虽不具营养价值，但能治疗和预防许多现代文明病，对人体的正常代谢是必不可少的。因此，膳食纤维受到了来自不同领域的专家，包括医学家、营养学家、膳食家、食品科学家、生物化学家，以及食品法规及营养教育有关的科学决策者的广泛重视，并将其列为
2、继碳水化合物、蛋白质、脂肪、水、矿物质和维生素之后的“第七大营养素”。在这种背景下膳食纤维的营养功能及其研究和开发就成为一个十分重要的课题。于是从事膳食纤维研究和开发工作也蓬勃发展起来。1.1膳食纤维的研究意义人类社会进入21世纪，社会高度发达，人们生活水平大幅提高，饮食日趋精细，导致富贵病（糖尿病、心血管病、肥胖、肠道癌、便秘等）越来越普遍，加之人口进入老龄化社会，人们对食品的消费观念也发生了变化，对食品要求不仅仅停留在感官、口感上，而是越来越讲究其功能性，而膳食纤维正是因其突出的保健功能而被人们认识的。尽管2000多年以前人们就知道纤维类食品的重要性，但膳食纤维一直被认为是为没有营养价值的
3、粗纤维，直到20世纪70年代Trowell等提出膳食纤维概念以及它对现代“富贵病”影响以来，膳食纤维才成为是营养学家、流行病学家以及食品科学家等关注的热点。进入20世纪90年代达到高潮，全世界范围掀起了研究膳食纤维的热潮，受到来自不同领域科学家，包括医生、营养学家、膳食家、食品科学家、生物化学家以及与食品法规及营养教育有关的科学决策者的广泛重视。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。现代食品工业中，以米糠、麦麸、黑麦、燕麦、豆渣等富含膳食纤维的原料，经过系列加工制取相应的食物纤维产品，既可开发出直接口服的食疗型纤维制品，又可用作食品添加剂，诸如作为品质
4、改良剂及膳食纤维强化剂添加到酸奶等发酵食品、面包等焙烤食品之中2。目前，我国科研机构和食品厂家广泛联合，已开发出多种膳食纤维类食品，但由于膳食纤维的研究和应用尚处于初级阶段，生产量较小且产品价格较贵，远远不能满足市场的需要，因此与其他发达国家相比，我国研究开发膳食纤维类食品前景广阔、意义重大、社会经济利益高。1.2膳食纤维的生理功能特性1.2.1膳食纤维的生理特性3发酵性： 这是多糖特有的性质。膳食纤维虽不能被哺乳动物小肠中的酶降解掉，但在大肠中由于细菌的作用会有不同程度的发酵。果胶、树胶和粘胶可以被细菌完全降解，而纤维素和半纤维素只能部分被降解。不同来源的膳食纤维，其发酵性也不相同，水果、蔬
5、菜类纤维比麦谷类纤维容易发酵。多糖的发酵性引起的生理变化至少有三个方面：一是产生的乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸可直接参与代谢作用， 二是大肠内pH 值的降低，可导致微生态环境的变化，三是细菌的繁殖会直接增加粪便排泄量，促进肠道畅通。高持水性：具有极性基团的多糖如果胶、树胶和部分半纤维素的持水能力很强，水化后便形成凝聚网络，使小肠的粘度增大， 各种营养成分的扩散速度减慢， 而多糖吸水后体积的增大， 会促进粪便的排泄。对有机成分的吸附性： 膳食纤维能够吸附胆酸、胆固醇和多种有毒成分。 实验证明： 木质素、果胶和其它酸性多糖都有吸附胆酸的能力，纤维素吸附胆酸的能力则很低。临床实验进一步证明， 可溶性
6、非纤维素多糖果胶、加尔豆胶等可增加粪便中胆酸和胆固醇的排泄，降低血浆胆固醇的浓度。阳离子交换作用： 酸性多糖具有较强的离子交换能力， 对各种矿质元素和电解质产生吸附作用， 特别是对重金属元素有很强的吸附力。 所以，果胶、树胶等可作为重金属的解毒剂。也有研究表明，膳食纤维的离子交换作用会降低某些矿质元素和维生素的有效性。 例如果胶可能降低铁元素的生物活性和维生素C 在尿中的排泄量，但对钙、镁、铜和维生素A 的影响较小。无能量填充剂：膳食纤维体积较大，缚水膨胀后体积更大，在胃肠道中发挥填充剂的容积作用，引起饱腹感。同时，它还会影响可利用碳水化合物等在肠内的消化吸收，使人不易产生饥饿感。1.2.2膳
7、食纤维的生理功能2平衡菌群：人体肠道内细菌有很多，并且比较恒定。一般情况下，这些细菌是有益的，它们能抑制某些病原菌如沙门氏菌、霍乱弧菌等生长,还能合成B族维生素和维生素K,是人体维生素的一个重要来源。可溶性膳食纤维的容水量大，可为肠内菌群提供理想的增生场所，使肠内细菌在数量上得以增加；但当肠内细菌增生过度时，膳食纤维则能通过促进肠蠕动而加速其排出，由此维持了肠内菌群的动态平衡。此外，膳食纤维也参与维持肠黏膜的完整性，可防止肠内细菌透过肠壁向外移动而致病，从而有效保护人体。防治便秘：据调查，在65岁以上老年人中2030有便秘，其中女性发病率尤其高。长期便秘对人体危害很大，可引起直肠脱垂、乙状结肠
8、扭转、肠梗阻、尿潴留等并发症。便秘的原因十分复杂，但其中有相当部分是因生活习惯不良造成的，饮食中缺乏膳食纤维即为重要原因之一。食物中膳食纤维能促进肠壁的有效蠕动，使肠内容物迅速通过肠道而排出体外，客观上起到了通便的作用。膳食纤维制剂属容积性泻药，性质温和，对平时膳食纤维摄入不足者有较好的疗效，可长期服用而不产生耐药性，且很少有副作用。清除人体毒素：膳食纤维在发挥防治便秘作用的同时，可协助人体清除肠道内毒性物质。肠道内细菌产生的各种酶，可分解食物残渣，产生一些有毒物质，这是正常的生理现象。如蛋白质经细菌分解后，可产生有臭味的吲哚、胺类、氨、硫化氢等，在正常情况下被人少量吸收入血后，可在肝内转化、
9、解毒，对健康并无影响。但是，如长期便秘，则可使大量毒性物质在人体内积聚，超出肝脏解毒能力，引起慢性中毒症状，如口苦、口臭、恶心、腹痛、腹胀等，患者面容憔悴伴色素沉着、精神委靡、失眠、全身酸痛，影响生活、工作质量及社交活动。膳食纤维在肠道内起了一个清道夫的作用，它可将各种毒素吸附、稀释、包裹，并促使其迅速排出体外。防治大肠癌：大肠癌是由环境、饮食习惯，以及遗传因素协同作用的结果，致癌物可起到推动作用，而膳食纤维则主要通过清除肠道内致癌物，预防大肠癌的发生。实际上，人体肠道内经常会有一些致癌物质，有些是内源性的，如大肠内细菌产生的亚硝酸、胆汁酸代谢中产物石胆酸等；有些是外源性的，随饮食进入人体，如
10、烤炙或油炸鱼、肉类食品产生的杂环类化合物等。这些致癌物数量少、浓度低时，并不足以促成癌症，但如果致癌物长期积聚于肠道，危险性就大大增加了。膳食纤维可使致癌物与肠壁接触的机会减少，并促使其迅速排出体外。此外，膳食纤维经发酵可使肠道内酸性增加，或通过改变胆汁酸代谢，起到预防大肠癌的作用。预防心脑血管疾病：肝脏中的胆固醇会转变成胆酸，到达小肠能帮助消化脂肪，然后胆酸会回到肝脏再转变成胆固醇。由于水溶性纤维在小肠中能形成胶状物质将胆酸包围，胆酸便不能通过小肠肠壁被吸收再同到肝脏，而是通过消化道被排出体外。于是，当肠内食物再进行消化需要胆酸时，肝脏只能靠吸收血中的胆固醇来补充消耗的胆酸，从而降低了血中的
11、胆固醇，令冠心病和中风的发病率也随之降低。预防糖尿病：科学研究发现，在控制餐后血糖急剧上升和改善糖耐量方面，可溶性膳食纤维效果最佳。水溶性膳食纤维在胃肠中能形成一种粘膜，使食物营养素的消化吸收过程减慢，而在整个消化道中进行消化吸收，从而降低血糖水平。膳食纤维对胰岛素敏感性增强，还可直接影响胰岛a-细胞功能，改善血液中胰岛素的调节作用，提高人体耐糖的程度，有利于糖尿病的治疗和康复。研究表明，膳食纤维含量充足的饮食，无论是在预防还是在治疗糖尿病方面都具有特殊的功效。减轻肥胖：水溶性膳食纤维具有很强的吸水溶胀性能，吸水后膨胀，体积和重量增加1015倍，既能增加人的饱腹感，又能减少食物中脂肪的吸收，降
12、低膳食中脂肪的热比值，相对控制和降低膳食的总能量，避免热能过剩而导致体内脂肪的过度积累，既可解决饱腹而不挨饿的问题，又可达到控制体重减肥的目的4。1.3国内外膳食纤维的研究进展 国内外目前对膳食纤维的研究现状体现在膳食纤维的组成与分类、分离制备、理化性质、分析鉴定、生理功能、改性和开发利用等方面5。西方发达国家早在20 世纪70年代就着手对膳食纤维的研究与开发，美、英、德、法已形成一定产业规模，并在食品市场占有一席之地。美国成立了膳食纤维协会（USDA）。在年销售60 亿美元方便谷物食品中，约20% 是富含膳食纤维功能食品。欧美及日本盛行强化膳食纤维功能食品。日本80年代后期利用可溶性膳食纤维
13、制成的饮料包括碳酸饮料、乳酸饮料及果汁等。据该国34个生产膳食纤维厂家统计， 开发利用的资源有：米糠、麦麸、甜菜渣、玉米、大豆、麻、果皮、种子多糖、魔芋、甲壳素等10余种。膳食纤维食疗治病的方法也在一些国家应运而生。 国外已研究的膳食纤维主要有6 大类：谷物、豆类、果蔬、微生物多糖及其它天然纤维和合成、半合成纤维，计30多个品种，其中实际应用于生产已有10余种。 我国对膳食纤维的制取技术研究、应用研究和生产尚处于起步阶段。大体可分为四个方面：一是膳食纤维对人体生理效应的研究。如防治冠心病，治疗肥胖症，预防高血压，治疗糖尿病和抗胃肠癌症，清除外源有害物质，抗氧化，清除自由基等等。二是关于膳食纤维
14、源分布和农副产品综合利用研究。三是完善和提高膳食纤维工业制取方法研究，也包括膳食纤维改性研究。四是膳食纤维在食品加工中的应用研究。纵观国内外大量研究结果，我们认为，开发膳食纤维的关键是开拓资源和改进提取方法，这也是现阶段我国面临的资源可持续利用问题6。1.4水溶性膳食纤维的来源 水溶性膳食纤维的资源非常丰富，现已经开发的膳食纤维共6大类约30余种。这6大类包括谷物纤维、豆类种子与种皮纤维、水果与蔬菜纤维、微生物、其他天然纤维以及合成和半合成纤维7。其中谷物类纤维：主要包括小麦纤维、燕麦纤维、玉米纤维和米糠纤维等, 其中燕麦膳食纤维是被公认 ( 包括 FDA ) 的优质膳食纤维, 能显著降低血液
15、中胆固醇含量, 从而降低心脏病和中风的发病率；豆类纤维，比较常用的有大豆纤维、豌豆纤维以及瓜儿豆胶和刺槐豆胶等；水果纤维，水果纤维一般用于高纤维果汁、果冻以及其他果味饮料中，有果渣纤维、果皮纤维、全果纤维和果胶等；蔬菜纤维中，研究最多的是甜菜纤维、胡萝卜纤维、竹笋纤维、茭白纤维以及各种各样的蔬菜粉等；生化合成或转化类纤维，该类膳食纤维功能突出、性能优越、成分明确和纯度高，是膳食纤维类产品中最受欢迎和应用最为广泛的品种之一，主要包括改性纤维素、抗性糊精、水解瓜尔胶、微晶纤维素和聚葡萄糖等；其他类纤维,，主要指真菌类纤维、海洋类纤维以及一些黏质和树胶等8。1.5水溶性膳食纤维的提取方法目前，SDF
16、的提取方法主要有酸水解法、复合酶法、膜过滤法、超临界CO2流体萃取技术及挤出技术等。酸水解法中，花生壳粉与质量分数为3%的柠檬酸以1:12比例混合均匀，在90温度下水解120min，水解液经抽滤、真空旋转蒸发浓缩后加无水乙醇沉淀、离心分离、真空干燥粉碎即得到SDF9。这种方法操作简单，所需试剂易得，成本较低。但是，该方法处理温度较高，用时较长。为了弥补酸水解法的缺陷，可以通过超声、微波等物理方法辅助酸水解来提取SDF。复合酶法提取SDF技术得到广泛的应用，它具有反应条件温和，反应时间短，SDF得率高的特点10。首先，复合酶（蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶）除去原料中的蛋白质、淀粉和脂肪。然后，再根据原料的不同，选用木聚糖酶或纤维素酶处理，可得到SDF，其单糖组成以木糖、阿拉伯糖、半乳糖为主，而纤维多糖主要是葡萄糖。超滤技术是制备多糖、蛋白质等常用的方法，工艺简单可行，生产周期短，成本低。经超
