山楂膳食纖維的研究進展

劉田，崔同，高哲，田粟，*

（1.河北醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院，河北石家莊050017；2.河北省環(huán)境與人群健康重點實驗室，河北石家莊050017；3.河北農(nóng)業(yè)大學食品科技學院，河北保定071001）

“膳食纖維”術(shù)語最早出現(xiàn)在1953 年，最初是Hipsley 用于描述植物細胞壁中不可消化的成分（比如纖維素、半纖維素和木質(zhì)素），隨著時間的推移和研究的深入，“膳食纖維”的定義在不斷完善，所包含的物質(zhì)也在逐漸增多。2006 年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）/世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）將膳食纖維定義為一種聚合度不低于3 的碳水化合物，包括天然存在的可食用的碳水化合物聚合體、從食品原料中通過物理、酶或者化學的方法獲得的碳水化合物聚合體，以及合成的碳水化合物聚合體。纖維素、半纖維素、果膠、樹膠、木質(zhì)素、抗性淀粉等都是常見的膳食纖維的種類。它們根據(jù)在水中的溶解性的不同，又可分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維。雖然膳食纖維不能在小腸消化也不能被吸收，但是它卻可以發(fā)揮加快腸道運動、增加糞便體積、調(diào)節(jié)腸道菌群、預防結(jié)腸癌、控制餐后血糖和/或胰島素水平、降低血液中總膽固醇和/或低密度脂蛋白膽固醇水平等生理保健功能[1-2]。

膳食纖維對人體健康的保護作用，是需要以每日適當?shù)臄z入量為前提的，美國農(nóng)業(yè)部發(fā)布的美國居民膳食指南提出，總膳食纖維的適宜攝入量為每1 000 kcal能量需要14 g，相對于19～50 歲成年人的能量推薦標準（女性2 000 kcal/d，男性2 600 kcal/d）而言，膳食纖維的建議攝入量分別為女性28 g/d，男性36 g/d[3]。中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量（2013 版）建議，我國成人膳食纖維特定建議值為25 g/d[4]。研究表明在推薦的攝入范圍內(nèi)，總膳食纖維每增加10 g/d，冠心病發(fā)生的風險可降低14%，因冠狀動脈病變所致死亡風險可降低27%[5]?？扇苄陨攀忱w維在2 g/d～10 g/d 的范圍內(nèi)，每增加1 g，總膽固醇可下降1.74 mg/dL[6]。然而，《中國居民膳食纖維攝入白皮書》顯示，我國居民膳食纖維攝入普遍不足，目前每日人均膳食纖維（不可溶）的攝入量為11 g；由于食物成分表中可溶性膳食纖維數(shù)據(jù)不足，采用折算系數(shù)推算出每日膳食纖維總量約為13 g。與《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》中膳食纖維的建議量相比，能達到適宜攝入量（25 g/day）的人群不足5%。因此，膳食纖維的發(fā)展尚有巨大的需求空間。如何利用我國的資源，研究開發(fā)適應國際發(fā)展的膳食纖維產(chǎn)品，使其更好地發(fā)揮特有的生理功能，應是今后膳食纖維研究的方向。

山楂（Crataegus pinnatifida Bge）為薔薇科山楂屬植物，又名山里紅，在我國栽培歷史悠久，資源豐富，主要分布于河北、河南、遼寧、山東等地[7]。山楂自古以來一直被認為具有良好的藥用價值，早在《本草綱目》中就有記載“山楂性酸甘、微溫，化飲食，消內(nèi)積癥瘕，痰飲痞滿吞酸，滯血腫脹”[8]?，F(xiàn)代研究表明，山楂果肉中富含維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維[9]、黃酮類[10-11]、原花青素[12]、三萜類等成分[13]；具有降血壓、降血脂、抗氧化、抗菌殺毒、治療心血管疾病、防癌抗癌[13]、健脾消食等功能[14-17]，因此，常被用作保健食品的原料[18]。本文就山楂膳食纖維的研究現(xiàn)況進行綜述，旨在為山楂膳食纖維的進一步研究、開發(fā)和利用提供參考。

1 山楂膳食纖維的健康功效

1.1 降血脂作用

1954 年 Walker 和 Anvidsson 首次提出“南非圖族人的低血膽固醇水平可能與他們的高膳食纖維攝入量有關(guān)”，隨后各國學者相繼進行了大量的動物實驗和臨床實驗，結(jié)果表明膳食纖維確實有降血脂的功效。

張春霞等比較了山楂不溶性膳食纖維粗粉和經(jīng)超微粉碎后的不溶性膳食纖維超微粉對高脂飼料喂養(yǎng)的雄性昆明小鼠的降血脂作用，發(fā)現(xiàn)山楂不溶性膳食纖維粗粉和超微粉都可以降低血清和肝臟總膽固醇（total cholesterol，TC）和甘油三酯（triglyceride，TG）水平，其中超微粉降血脂的作用更顯著且呈現(xiàn)出一定的量效關(guān)系，還具有顯著降低低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C） 的能力，究其原因，筆者認為是由于超微粉碎改善了膳食纖維的理化性質(zhì)，增加了其持水力膨脹力，也暴露出更多的活性，從而增強了降血脂效果[19]。

果膠是一種廣泛存在于蔬菜和水果中的膳食纖維。Li T P 等[20]利用高脂飼料誘導雄性昆明小鼠高脂血癥模型后，分別給予不同濃度的山楂果膠、山楂果膠高分子水解物、山楂果膠低聚糖進行30 d 干預，結(jié)果發(fā)現(xiàn)山楂果膠、山楂果膠高分子水解物、山楂果膠低聚糖均具有不同程度的降低TG、TC、但不影響高密度脂蛋白膽固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）的效果，尤以山楂果膠低聚糖在150 mg/kg～300 mg/kg 的灌胃濃度下，具有的降血脂作用最顯著。此效果也被Zhu 等[21]利用喂飼高膽固醇飲食的敘利亞金黃倉鼠的研究所證實。同時，山楂果膠、山楂果膠高分子水解物和山楂果膠低聚糖還可以改善肝臟脂肪變性[21]和附睪、腎周脂肪的積累[20，22]，其中，也是以山楂果膠低聚糖效果最為突出。

目前大量對山楂果膠低聚糖（山楂果膠寡糖）的研究表明，山楂果膠五聚半乳糖醛酸具有顯著的降低血漿和肝臟TC 水平，并升高HDL-C 和載脂蛋白A-Ⅰ（apolipoprotein A-Ⅰ，apoA-Ⅰ）水平的效果，而其作用機制可能體現(xiàn)在：（1）通過下調(diào)參與肝臟膽固醇合成的3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A 還原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase，HMGCR）、?；o酶A 膽固醇?；D(zhuǎn)移酶（acyl-coenzyme A：cholesterol acyltransferase，ACAT）活性和表達，減少了內(nèi)源性膽固醇合成并增加了肝臟對脂質(zhì)的水解代謝所致[23]；（2）通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體α（peroxisome proliferator activated receptor-α，PPARα），上調(diào)了包括?；o酶A，肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶I（carnitine palmitoyltransferase I，CPT-I），3-酮脂酰-輔酶 A 硫解酶（3-ketoacyl-CoA thiolase，3KCT）和 2,4-二烯酰輔酶 A 還原酶（2,4-dienoyl-CoA reductase，DCR）等脂質(zhì)氧化相關(guān)酶的活性和表達，改善肝臟脂質(zhì)代謝，而影響了血清脂質(zhì)水平[24]；（3）通過降低甘油三酯生物合成的定向和限速酶——甘油-3-磷酸?；D(zhuǎn)移酶（glycerol 3-phosphate acyltransferase，GPAT）以及甘油三酯生物合成途徑中的磷脂酰磷酸水解酶（phosphatidate phosphohydrolase，PAP）的活性和表達水平，而降低了肝臟TG 含量[22]；（4）通過上調(diào)腺苷三磷酸結(jié)合轉(zhuǎn)運蛋白 A1（ATP-binding cassette transport A1，ABCA1）和三磷酸結(jié)合轉(zhuǎn)運蛋白G1（ATP-binding cassette transport G1，ABCG1）的表達，加速了膽固醇從腸細胞內(nèi)排出進入腸腔，從而促進了體內(nèi)膽固醇的清除，也通過提高膽固醇 7α-羥化酶 （cholesterol-7α-hydroxylase，CYP7A1）活性，加快了膽固醇分解為膽汁酸的速率，促進了體內(nèi)膽固醇的分解，影響了血膽固醇水平[20，25]；（5）還可以抑制腸道膽汁酸的重吸收并促進肝臟膽汁酸的生物合成，影響血脂水平[26]。

1.2 潤腸通便

膳食纖維的吸水性可以促使糞便膨脹、增加糞便重量，而利于排便。膳食纖維還可以為結(jié)直腸內(nèi)細菌提供可發(fā)酵底物，增加糞便中短鏈脂肪酸的水平，從而可以促進腸道蠕動、縮短糞便在腸道的通過時間，對改善便秘具有良好的輔助效果[27-28]。

動物實驗顯示，山楂膳食纖維能顯著促進便秘小鼠的小腸推進率、縮短首粒黑便時間、增加排便量[29]。楊光等的膳食纖維強化凍干山楂果對小鼠腸道健康影響的研究顯示，給予小鼠1 g/（kg·d）的低劑量，糞便質(zhì)量增重29.73%，既表現(xiàn)出具有較強的持水能力，又可以改善小鼠腸道內(nèi)環(huán)境[30]。

1.3 改善腸道菌群

膳食纖維被腸內(nèi)微生物利用后，可以促進腸道內(nèi)酵解作用的發(fā)生，使乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸含量明顯升高，降低腸道pH 值，促進耐酸有益菌，如乳酸桿菌、雙歧桿菌的大量繁殖，抑制了如腸桿菌、腸球菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等有害菌的生長，減少了腸道有害物質(zhì)產(chǎn)生，從而有助于改善腸道內(nèi)環(huán)境健康，預防相關(guān)腸道疾病的發(fā)生[31]。但是目前對于山楂膳食纖維對腸道菌群的影響作用的研究還尚少，僅顯示出使用膳食纖維強化凍干山楂果干預后，結(jié)腸內(nèi)容物中的乳酸菌、雙歧桿菌等益生菌的數(shù)量增加了，而且抑制了腸桿菌等有害菌的繁殖，改善了腸道內(nèi)環(huán)境[30]。

1.4 抗氧化和清除自由基作用

到目前為止，有諸多的研究報道了山楂及山楂提取物的抗氧化以及清除自由基的作用，但它們多集中于山楂中的綠原酸、表兒茶素、前花青素、金絲桃苷、蘆丁、槲皮素等游離酚類和類黃酮成分，對山楂膳食纖維的抗氧化和清除自由基作用的報道相對較少。

潘廣彥的研究顯示山楂可溶性膳食纖維具有一定的清除·OH，DPPH·，O2-·的作用，最高清除率分別可達52.56%、52.94%、43.12%[32]。李拖平等對山楂果膠的相關(guān)研究也表明，高質(zhì)量濃度（10 mg/mL）的山楂果膠、山楂果膠低分子酶解物、以及山楂果膠水解后的五聚半乳糖醛酸均對O2-·，DPPH·和·OH 表現(xiàn)出了顯著的清除效果，且山楂果膠低分子酶解物和五聚半乳糖醛酸的清除自由基作用還呈現(xiàn)出濃度依賴性。此外，給予高脂喂養(yǎng)的昆明小鼠山楂果膠和山楂果膠五聚半乳糖醛酸補充后，也可以提高小鼠肝臟超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）和過氧化氫酶（catalase，CAT）等抗氧化酶的活性[22，24，33]。

其中，山楂果膠半乳糖醛酸還可以通過增強細胞抗氧化酶活性、減少活性氧產(chǎn)生、抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-1 以及促進膠原蛋白合成等機制，對中波紫外線（ultraviolet radiation B，UVB）輻射導致的人永生角質(zhì)形成細胞（HaCaT）的氧化損傷具有保護作用[34]。此結(jié)果對開發(fā)皮膚保護產(chǎn)品具有重要意義。

1.5 抗菌作用

雖然山楂果膠本身不具有抗菌活性，但被果膠酶水解到一定程度后，其酶解產(chǎn)物可表現(xiàn)出較強的對大腸桿菌的抑菌作用[35]。隨著水解時間的增加，果膠酶會將多聚半乳糖醛酸隨機切斷成小片段的聚半乳糖醛酸[36]，其中，平均聚合度為3 的果膠寡糖對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌抗菌效果最為明顯[37]。因此山楂果膠寡糖可作為天然防腐劑，抑制食品中腐敗菌和致病菌的生長，延長食品的保質(zhì)期。而就其作用機制而言，考慮是由于果膠寡糖破壞了細菌胞膜的通透性和完整性，導致內(nèi)容物外漏從而影響其代謝活性，抑制了細菌生長[38]。李拖平等還發(fā)現(xiàn)，山楂果膠寡糖與乳酸鈉形成復合物后，對枯草芽孢桿菌的生長具有更強的抗菌作用，此技術(shù)在天然食品添加防腐劑的開發(fā)利用方面具有良好的前景[39]。

1.6 其他作用

動物實驗研究還顯示[32]，山楂膳食纖維攝入量為500 mg/（kg·d）時可以有效降低小鼠肝臟、血液和骨中鉛的含量，其中血鉛對山楂膳食纖維的影響最敏感，說明山楂膳食纖維具有很強的陽離子交換作用，這為膳食纖維排鉛解毒功能提供了一個新的依據(jù)。

2 山楂膳食纖維的提取

根據(jù)膳食纖維的結(jié)構(gòu)和功能特點，常用的提取富集膳食纖維的方法有化學法、酶解法、化學-酶結(jié)合法、生物發(fā)酵法等[40]。其中，酶解法、化學-酶結(jié)合法、超聲波微波提取法多見于山楂膳食纖維的提取。

2.1 酶解法

山楂果實中可溶性膳食纖維是最重要的膳食纖維部分。張娜等以新鮮山楂果為原料，按1 ∶40（g/mL）的比例加入蒸餾水，采用酶提取法，加入500 IU 復合酶（纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶的質(zhì)量比例為1 ∶1 ∶1），在 50 ℃、pH 5.5 的條件下恒溫 8 h，離心取上清，然后按體積比1 ∶5 向上清液中加入90%的食用酒精，攪拌 15 min，靜置 5 h，離心取沉淀。再按 1 ∶50（g/mL）的比例向沉淀中加入蒸餾水，攪拌溶解后加入分子截留量為500 的納濾膜分離，收集棕褐色截留液經(jīng)真空減壓濃縮噴霧干燥后獲得可溶性山楂膳食纖維[41]。這種方法不僅成本低，且可以廣泛應用于食品和保健領域。

張春霞等采用酶提取法，以山楂干品為原料，將山楂粉末按1 ∶25（g/mL）比例加蒸餾水，攪拌振蕩至完全分散后，加入50 μL/g 淀粉酶液混勻，調(diào)節(jié)pH 值為5，40 ℃水浴恒溫振蕩反應 2.5 h 后，7 000 r/min 離心10 min，棄上清液，沉淀干燥，得到了不溶性山楂膳食纖維[19]。

2.2 酶-化學結(jié)合法

酶-化學結(jié)合法多用于山楂不溶性膳食纖維的提取。劉釗等則以新鮮山楂果榨汁取渣作為原料，對山楂果實干粉采用酶化學結(jié)合法提取了不溶性膳食纖維。通過單因素試驗和正交試驗獲得了去除山楂果中淀粉的液態(tài)淀粉酶的酶解以及去除蛋白質(zhì)、脂肪等雜質(zhì)加入堿性氫氧化鈉的最佳條件，結(jié)果顯示，當液化淀粉酶加入量為0.01%，酶解時間35 min，堿加入量為0.50%，堿解溫度45 ℃時，總雜質(zhì)去除率可達97.8%，所得不溶性膳食纖維純度較高，提取率為3.52%[42]。

2.3 超聲波微波輔助提取法

超聲波微波輔助提取法具有快速、高效、廉價等優(yōu)點，近年來國內(nèi)外學者在天然產(chǎn)物分離提取方面也做了大量的相關(guān)研究[43-45]。朱傳合等以山楂渣為原料，采用超聲波微波輔助法提取山楂可溶性膳食纖維[46]。提取條件為料液比為 1 ∶16（g/mL），溫度 65 ℃，超聲功率70 W～80 W，超聲時間7 min～9 min，微波功率為1 886.5 MHz，微波時間2.5 min～3.5 min，提取率可達78.77 mg/g。這種方法不需要纖維素酶及滅酶處理工序、提取時間短、有利于保護可溶性膳食纖維。潘廣彥也是以山楂渣為原料，比較超聲波輔助酶法和超聲波輔助微波法提取山楂可溶性膳食纖維的效率[35]。研究結(jié)果顯示，超聲波輔助酶法的最優(yōu)條件為，料液比為1 ∶12（g/mL），超聲溫度為 50 ℃，超聲功率為 90%，酶解pH 值為4.5；超聲波輔助微波法最優(yōu)條件為，料液比為 1 ∶16（g/mL），超聲溫度 65 ℃，超聲功率 70%，超聲時間9 min，微波功率中高，微波時間2.5 min。其中超聲波輔助酶法提取率為83.84 mg/g，超聲波輔助微波法提取率為78.77 mg/g，低于超聲波輔助酶法，但節(jié)約了時間。

侯玉婷等以干燥的山楂粉為原料，評價了熱水浸提法[料液比為 1 ∶15（g/mL），溫度為 90 ℃]、超聲波輔助熱水浸提法[料液比為 1 ∶15（g/mL），溫度為 80 ℃，超聲波功率為500 W]、酶法輔助熱水浸提法[料液比為1 ∶15（g/mL），pH 值為 6.0，按 2.5%比例加入木聚糖醇，60 ℃充分攪拌提取3 h，100 ℃滅酶 10 min]提取山楂果膠的效果，結(jié)果顯示超聲波輔助熱水浸提法提取率最低，為6.4%，熱水浸提法次之為10.1%，酶輔助法提取率最高為17.7%，說明采用不同提取方法山楂果膠的提取率有較大差異[47]。

2.4 其他

唐霞等還探討了山楂果膠的微波-鹽酸-鹽析法的提取條件，發(fā)現(xiàn)以新鮮山楂果心為原料，在鹽酸濃度0.05 mol/L、微波功率800 W、飽和硫酸鋁溶液7 mL、料液比 1 ∶15（g/mL）、微波時間 50 s 的最適提取條件下，果膠提取率為5.87%[48]。

目前的研究發(fā)現(xiàn)山楂果實中的膳食纖維以可溶性為主，如果僅作為保健食品原料進行開發(fā)利用而言，使用蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、果膠酶進行降解，不僅會提高生產(chǎn)成本，降低產(chǎn)率而且還會改變產(chǎn)品的風格品質(zhì)。本項目組也曾開發(fā)出兩種無廢棄的山楂綜合利用技術(shù)[32，49]，其方法是用乙醇提取山楂鮮果或山楂干粉中的小分子成分，包括糖類、有機酸、氨基酸、多酚、以及脂溶性成分，然后將醇不溶性成分制成山楂膳食纖維。這種產(chǎn)品中不僅包括著主要成分果膠，還含有一定量的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、少量蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)以及結(jié)合形態(tài)的多酚等，是制作保健食品的優(yōu)質(zhì)原料。

3 山楂膳食纖維的含量測定及單糖組成特點

我國GB5009.88-2014《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》規(guī)定了食品中膳食纖維的測定方法（酶重量法）[50]，根據(jù)此方法獲得的山楂中不可溶性膳食纖維的含量為3.1 g/100 g 可食部，高于蘋果（1.7 g/100 g可食部）和橙子（0.6 g/100 g 可食部）[51]。王孝娣等采用非酶重量法也測定了8 種水果的總膳食纖維含量，其中山楂的總膳食纖維為10.29%（以干重計），與蘋果相當，稍高于蜜桔[52]。呂明霞等通過氣相色譜法分析北方水果中的膳食纖維單糖組成計算得到總膳食纖維、不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維含量的結(jié)果顯示，山楂中可溶性膳食纖維占總膳食纖維的比例可高達75%，是蘋果的2 倍；其單糖組成中半乳糖醛酸含量極高（91.1%），其它中性單糖含量均不超過2%，這提示山楂是膳食纖維的良好來源，也是提取果膠的優(yōu)質(zhì)材料[53]。

4 結(jié)論

我國作為山楂的原產(chǎn)地，擁有豐富的山楂膳食纖維資源，但目前對于山楂膳食纖維的化學組成和結(jié)構(gòu)還尚未明確，對于山楂膳食纖維調(diào)節(jié)血糖、調(diào)節(jié)腸道菌群、預防結(jié)直腸癌等保健生理功能及其作用機制仍有待闡明，因此，需對山楂膳食纖維開展更全面更深入的系統(tǒng)研究，為山楂膳食纖維的開發(fā)利用提供更充分科學依據(jù)。