食物中的膳食纤维

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1、食物中的膳食纤维食物中的膳食纤维目录u膳食纤维的简介 u膳食纤维的分类 u膳食纤维的理化性质 u不同食物中的膳食纤维 u膳食纤维的检测方法 u膳食纤维的生理学功能 u加工处理对食物中膳食纤维含量的影响 u膳食纤维在功能性食品中的应用膳食纤维的简介l 膳食纤维（Dietary fibre）一词最早由Hipsley于1953 年提出，它是指植物细胞壁的不可消化组分，包括纤 维素、半纤维素和木质素。19721976年，Trowell、 Burkitt和Walker等建立了膳食纤维与健康效应的假说 ，被称为“膳食纤维假说”。 该假说提出“膳食纤维是指不能被人体内源消化道酶消 化吸收的所有植物细胞及相关

2、物质的总和，包括半纤 维素，纤维素，木质素，低聚糖，果胶，树胶和蜡 ”。 l 美国谷物化学家协会（AACC）在2000年定义膳食纤 维是指不能被人体消化的可食碳水化合物及其类似物 ，这些物质不能被小肠消化吸收，但在大肠中可全部 或部分发酵。它包括多糖、低聚糖、木质素，或与之 相缔合的植物成分。 l 食物纤维的重要性，导致近年来富含纤维产品和配料 潜力大的市场的发展，形成一个找到新的膳食纤维来 源以应用于食品工业的趋势。把它当做强化剂用来加 强食品种的纤维含量，这些强化剂主要用于饼干及其 他谷物为基础的产品，对于快餐，饮料，调味品，仿 乳酪，酱料，冷冻食品，肉类罐头，肉类及其他类似 物食物的纤维

3、含量的增加也已有研究。 Tungland 和Meyer (2002) 提出了几种不 同的分类系统以对膳食纤维进行分类： 基于它们在植物中的作用，多糖的类型 ，胃肠道中的可溶性，消化的产物和生 理学进行分类。然而由于受到一些限制 都不尽人意，从而不能够对其完全定义 。 膳食纤维的分类 最广为接受的分类被就是在确定pH的缓冲液中区分其 溶解度和/或代表人类消化道酶液的含水酶在体外进行 发酵的能力。因此，膳食纤维可分为两类：水不溶性 膳食纤维/微发酵纤维：纤维素，半纤维素，木质素； 水溶性/以及发酵纤维：果胶，树胶和植物黏胶。可溶性与不溶性DF两者的作用不同，不可溶性纤维可以增加肠蠕动、 加强胃肠排

4、空、减少胆固醇滞留，从而可预防结肠癌和高脂血症；可 溶性纤维可减缓消化速度和增加排泄胆固醇，所以除了让血液中的血 糖和胆固醇能够控制在理想的水平之外，还可以帮助糖尿病患者降低 胰岛素和甘油三酯水平。 纤维素纤维素是细胞壁的主要成分，它是由葡萄糖单位以- 1,4糖苷键连接而成的没有支链物质。纤维素的机械强 度，耐生物降解，低水溶解性和在微纤维内耐酸水解 产生氢键。Aspinall (1970)的研究指出纤维素溶于强碱 且有10-15%的纤维素为“非晶态”，它们更容易溶解于 酸。纤维素对于人体胃肠系统的酶在任何程度上不会 消化。 半纤维素半纤维素是植物细胞壁多糖溶解于碱中后去除水溶性 和果胶物质的

5、多糖，通过-1,4糖苷键连接，但其分子 量小于纤维素，含有多种糖类且有分支。它们主要含 有木糖和一些半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖和其他一些 糖。 木质素木质素不是一个多糖而是由四种醇单体（对香豆醇、 松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚 类聚合物也可简单定义为对羟基肉桂醇类的酶脱氢聚 合物。木 质素有不同的分子量和甲氧基含量，由于其强分子结 合能力（C-C键）故而木质素比其他天然的聚合产物 有更强的抗压能力。 果胶 果胶物质是以D-半乳糖醛酸为主要结构元件的复合 多糖，它们是细胞壁细胞壁的主要成分也是细胞间胶 质物质。果胶物质高度水溶性而且几乎能被结肠细菌 完全代谢。由于它们的凝胶特性

6、，它们能降低胃排空 的速率且影响了通过小肠的时间，这也同时解释了它 们能降低血糖的性质。 树胶和凝胶 树胶和黏胶不是细胞壁的成分而是植物纤维的一个类 型，由特异的分泌的植物细胞形成。树胶是在植物受 到创伤时凝胶外渗干的产物，其主要成分是瓜尔胶和 阿拉伯胶。瓜尔胶是一种从古柯的种子中分离得到的 半乳甘露聚糖，部分酶水解的产物可以作为可溶性的 膳食纤维。阿拉伯胶是阿拉伯树分泌的一种含有糖蛋 白的阿拉伯半乳聚糖复合多糖。黏胶是植物种子的胚 乳分泌的防治过度脱水的物质。Table.1 基于水溶性和发酵能力对膳食纤维的分类特征 纤维素成分 描述 主要食物来源 水 纤维素 为植物细胞壁的主要成分， 植物（

7、蔬菜、甜菜、各种糠） 不溶/ 不溶于浓碱，可溶于浓酸微溶 半纤维素 含有-1,4糖苷键的细胞壁 谷物 发酵 多糖，溶于稀碱 木质素 非碳水化合物细胞壁成分， 木本植物复杂的交联苯丙聚合物，抗细菌降解 水溶性/ 果胶 以D半乳糖醛酸构成细胞壁 水果、蔬菜、豆类、的主要成分，通常是溶于水 甜菜、马铃薯 完全溶解 和形成凝胶发酵 树胶 通过特异的分泌细胞在植物 豆科植物的种子（瓜尔豆、 发酵 受伤部位分泌，在食品和药 刺槐豆）海藻提取物， （角叉品中使用 菜胶，藻酸盐）微生物胶（黄原 胶，凝胶糖）植物凝胶 由植物合成，预防种子胚乳的 植物提取物（阿拉伯树胶、刺梧 - 干燥，在食品工业中使用， 桐胶、

8、黄蓍树胶） 亲水，稳定剂膳食纤维的理化性质 膳食纤维是一种在通过胃肠道是有多种功能和作用的 多糖复合物，这些功能和作用都取决于其理化性质。 膳食纤维的一些理化性质如下： 1.粒度和总体积粒度对控制消化过程如消化道的通过时间，发酵， 排泄时间等起到重要作用，它取决于食物的细胞壁类 型和加工的程度。膳食纤维的粒度在经过消化道时由 于咀嚼、嚼碎和在大肠中细菌降解等原因有不同大小 。例：Raghavendra等人在2006年研究了嚼碎了的椰子（coconut ）剩余物的性质，并且观察到其粒度大小由1127m降低到 550m导致水合作用的增加。而这种水合作用可能是由于膳食纤 维的粒子表面积和总孔隙容积以

9、及结构修饰引起的，超过550m 降低了其在经过消化道时粒度的减小。同时脂肪的吸收能力的增 加降低粒度大小。 2.表面积特征多孔性和可利用的表面能够影响膳食纤维的发酵（结 肠中的微生物降解作用）而表面层的区域化学在一些的 生理化学性质（吸收或结合一些小分子）上起作用从而 解释膳食纤维的一些生理效应。 3.水合作用 水合作用能够决定膳食纤维在消化道中的部分作用（ 如诱导发酵）并且解释了一些膳食纤维的生理作用（如 微发酵膳食纤维的发酵膨胀）。膳食纤维结构中的许多 亲水基团使它可保持其自身重1.5-25倍的水分，在胃中 形成高粘度的溶胶或凝胶，产生饱腹感，可减少进食量 而减肥。并促进胃肠道的蠕动，抑制

10、营养物质在肠内的 扩散速度，食物在肠内停留时间缩短，分解吸收减少也 可减肥；同时增加了排便速度和体积，减轻直肠内压力 ，同时也减轻了秘尿系统内压力，从而通便，预防憩室 及痔疮等肠道疾病；还可缓解膀胱炎、 膀胱结石和肾结石这类秘尿系统疾病的症状，并能使毒 物顺利排出体外。4.溶解度和粘度系数溶解度对于膳食纤维的功能具有极大的影响，已确 定可溶性的黏性多糖能够阻碍肠中营养素的消化和吸 收。如果多糖结构是晶体阵列的一个分子组合，那么 它在固体中的稳定性高于液态中。更多的支链（像阿 拉伯胶）、离子基团的存在（如果胶甲氧基化）和潜 在的单元位置结合（像-葡聚糖类以-1,3和-1,4键混 合结合）能够增加

11、溶解性。单糖单元或是其他分子形 式的修饰（-或-形式）能进一步增加稳定性（例如 ，阿拉伯树胶、阿拉伯半乳聚糖、黄原胶）。 流体的粘度可以大致描述为它的流动阻力，一般来 说由于纤维分子量或链的长度的增加，溶液中的纤维 的粘度系数增加。然而，溶液中纤维素的浓度、温度 、pH、加工过程的剪切力和离子强度都取决于纤维的 粘度系数。首先，长链聚合物，例如树胶（瓜尔胶， 黄蓍胶）与水结合后显示出高的粘度系数。然而，一 般来说，高度溶解的纤维大都是高度分支的或相对短 的聚合物，例如阿拉伯树胶具有低的粘度系数。 例：Aportela-Palacios等于2005年研究了麦麸（天然和烘烤过的 ）和风味（菠萝和凤

12、梨园）对酸奶质量的影响。他们指出随着纤 维量(1.5, 3.0 and 4.5% by weight)的增加pH增加，凝固降低，天 然的麦麸比烘烤过的稠度增加，加有凤梨园比加有菠萝的酸奶的 粘度系数更高。5.吸收或结合离子和有机分子由于带电的多糖（如果胶的羧基）和相关的物质(如 谷类纤维中的植酸盐)曾被证明在体外能结合重金属离 子，膳食纤维一度被怀疑能够损害矿物质的吸收。带 电的多糖对矿物质和微量元素的吸收没有任何影响， 但是与此相关的物质如植酸盐对吸收有负面影响。而 纤维的各种分离甚至是化学的结合胆汁酸的能力可以 作为一个潜在的机制，即富含有糖醛酸类和紫锥菊多 酚的膳食纤维有一个降低胆固醇的

13、作用。环境条件（ 曝光的时间，pH），纤维的物理和化学形态和胆汁酸 的性质都会影响到纤维的吸收能力。不同食物中的膳食纤维 膳食纤维天然存在于谷物、蔬菜、水果和坚果中，不 同食物中的纤维含量和成分都不同。富含有膳食纤维 的食物具有低的能量密度（即有低脂肪含量），大的 容积和更丰富的微量营养物。这种食物饿摄入花费的 时间较长，并且很快就有饱腹感产生，尽管这种饱腹 感是比较短暂的 。我们建议一个健康的成年人 应该每 日摄入20-35g的膳食纤维，一些非淀粉食物提供高达 20-35g/100g干重的膳食纤维，其他那些含有淀粉的食 物提供约10 g/100g干重的膳食纤维，水果和蔬菜纤维 含量是1.5-

14、2.5 g/100g干重 。各种食物源的膳食纤维含 量于Table2。 膳食纤维的检测方法 膳食纤维的浓度是描述饮食摄入纤维和能量值评估的 一个有用的手段，这种方法延续了几乎将近150年。膳 食纤维的测定方法因其测定原理不同而差异较大。最 早的粗纤维测定方法是在1806年提出的，19631981 年VanSoest建立酸性洗涤剂法和中性涤剂法测定纤 维素、半纤维素和木质素，Southgat介绍了一种测定 可溶性纤维和不溶性纤维的酶分析法，但是它使用相 当不准确的量热糖的检测技术，不能够完全消除食物 中的淀粉。Englyst等人于1982年修改了Southgate提 取法，采用气液色谱法直接测定

15、糖从而大大改善了这 种技术的专一性。然而，这种方法不能够测定木质素 和通过差分技术间接来测定特定成分。 目前膳食纤维的测定主要采用两种方法：酶重量法和 酶化学法。 酶重量法 这个方法涉及到用酶去除淀粉和蛋白质， 然后用乙醇沉淀水溶性膳食纤维，分离并称量膳食纤 维的重量，然后校正残渣中的蛋白质和灰分含量，即 总膳食纤维=残渣-（蛋白质+灰分） 酶化学法 这个方法涉及到用酶去除淀粉，用80%的乙 醇从低分子糖类和淀粉水解产物中分离出水溶性膳食 纤维多糖。 Garcimartin等比较（1995）了正式的AOAC法和修正的 Englyst对盐腌的马铃薯片的膳食纤维的评估这两种方 法的结果。评价该AOAC方法是用酶重量法来测定总膳 食纤维（TDF）。Englyst方法包括酶化学提取法和非 淀粉多糖（NSP）的分离，然后用GLC法确定中性多糖 。作者认为Englyst法比较费力，费时且为不同类型的 不需要常规分析的DF的性质提供了信息，而AOAC法更 快，更容易进行，不会使测得