植物和細(xì)菌纖維素在食品行業(yè)應(yīng)用的研究進(jìn)展

楊溢

【摘 要】 植物纖維素和細(xì)菌纖維素均是來源豐富的天然生物多糖，分子結(jié)構(gòu)相同。本文綜述了植物纖維素對人體的主要作用和作為膳食纖維在食品行業(yè)的應(yīng)用，同時(shí)概述了細(xì)菌纖維素作為一種新型食品包裝材料的研究進(jìn)展和在食品工業(yè)中的研究方向。

【關(guān)鍵詞】 植物纖維素；細(xì)菌纖維素；食品行業(yè)

【中圖分類號】R322

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】C

【文章編號】1005-0019（2018）24-294-01

纖維素，是植物細(xì)胞壁的主要成分。人們每日攝入的食物主要來源于植物，如谷物、豆類、蔬菜和水果。然而由于現(xiàn)代加工越來越精細(xì)，食物中膳食纖維越來越少。由攝入膳食纖維減少引發(fā)的疾病也影響著現(xiàn)代人們的生活水平?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)和營養(yǎng)學(xué)經(jīng)研究確認(rèn)食物纖維為第七營養(yǎng)素，高纖維食品不僅能幫助排除身體里的有害物質(zhì)和廢物，還可以減肥，防治便秘。地球上每年由植物光合作用產(chǎn)生的纖維素高達(dá)億萬噸，現(xiàn)代加工工藝主要從從物理、化學(xué)、生物和聯(lián)合處理四個(gè)方面對纖維素進(jìn)行改性，[1] 廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和紡織等行業(yè)。除植物外，某些細(xì)菌，如木醋桿菌，也能以異養(yǎng)方式產(chǎn)生胞外細(xì)菌纖維素。[2]本文綜述了近些年來植物纖維素和細(xì)菌纖維素分別在食品行業(yè)的應(yīng)用。

纖維素的概述

纖維素是由 D-吡喃型葡萄糖基彼此以1，4-β-苷鍵連接而成的一種均一的高分子，在結(jié)晶區(qū)內(nèi)相鄰的葡萄糖環(huán)相互倒置，糖環(huán)中的氫原子和羥基分布在糖環(huán)平面的兩側(cè)[3]。常溫下，纖維素既不溶于水，又不同于一般有機(jī)溶劑。此外，纖維素也不溶于稀堿溶液。但是某些酸、堿和鹽的水溶液能滲入纖維結(jié)晶區(qū)，產(chǎn)生無限溶脹，使纖維素溶解。溶脹和溶解對纖維素改性、衍生物制備和產(chǎn)品的加工成型都有重要意義。[4]從纖維素的分子結(jié)構(gòu)來看，纖維素分子結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)葡萄糖殘基的苷鍵可與強(qiáng)無機(jī)酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分解成短鏈分子或改變其化學(xué)特性；纖維素分子中的每個(gè)葡萄糖殘基在2、3、6三個(gè)碳原子上含有三個(gè)自由羥基，可發(fā)生氧化、酯化、醚化等化學(xué)反應(yīng)，改變其生理特性，提高其親水特性。由于人腸道內(nèi)沒有纖維素酶，所以纖維素在人體內(nèi)不能被消化吸收，但纖維素在生活中仍是不可缺少的物質(zhì)。

植物纖維素在食品行業(yè)的應(yīng)用

植物纖維素來源于植物細(xì)胞壁，粗糧、麩子、蔬菜、豆類等食物含有大量的纖維素，是人類每日攝入膳食纖維的主要途徑。第七大營養(yǎng)物質(zhì)膳食纖維包括纖維素。膳食纖維分為可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維。多項(xiàng)研究表明，可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維發(fā)揮的生理功能不盡相同。[5]纖維素屬于不可溶性膳食纖維。纖維素對人體的主要作用是[6]：①纖維素比重小、體積大，在胃腸中占據(jù)空間較大，食用后飽腹感強(qiáng)，減少其他食物量，利于減肥；②纖維素體積大，進(jìn)食后刺激胃腸道，使消化液分泌增多和胃腸道蠕動(dòng)加快，防治便秘；③在腸道內(nèi)，纖維素可減少胰島素釋放與增加周圍胰島素受體敏感性，從而使糖的吸收減慢，具有平衡餐后血糖的作用，調(diào)節(jié)糖尿病患者的血糖水平，治療糖尿病的作用。

膳食纖維在面制品、烘焙食品的應(yīng)用最為廣泛。如在面條中加入膳食纖維，不僅能增加面條的韌性，減少斷條率，還能提高面條的感官品質(zhì)。CHEN等[7]研究結(jié)果表明在面條中添加小麥麩皮能使面條的硬度和咀嚼性降低，又能增加膳食纖維含量，提供膳食纖維攝入量。烘焙食品主要包括蛋糕類、餅干類和酥類，越來越受到人們的喜愛。往往在滿足口感的基礎(chǔ)上，提高烘焙食品的營養(yǎng)也是眾多研究者的主要研究內(nèi)容。Khawla等[8]用馬鈴薯皮粉代替小麥粉后發(fā)現(xiàn)，蛋糕的硬度明顯降低，而且降低了L*和B*面團(tuán)的顏色值；同時(shí)研究結(jié)果顯示用5%的馬鈴薯皮粉后，富含膳食纖維的蛋糕具有良好的感官質(zhì)量。

膳食纖維在肉制品中也得到應(yīng)用。李璐等[9]人將膳食纖維應(yīng)用于火腿腸的制作工藝中，結(jié)果表明：膳食纖維能顯著提高火腿腸的持水性，降低火腿腸的硬度及咀嚼性，反而增強(qiáng)其彈性、黏聚性及凝膠強(qiáng)度；同時(shí)在不影響口感的前提下能延長保存期，可替代具有防腐作用的食品添加劑。雷激等[10]研究檸檬膳食纖維在午餐牛肉中的應(yīng)用，結(jié)果顯示：檸檬膳食纖維在午餐肉中的最適添加量為0.5%-1.0%，此時(shí)午餐肉的色澤、滋味、組織狀態(tài)等指標(biāo)都較好，感官指標(biāo)與傳統(tǒng)配方產(chǎn)品沒有顯著差異，而且檸檬膳食纖維具有較強(qiáng)的抗氧化特性，可顯著降低午餐肉中的亞硝酸鹽殘留量。

乳制品、乳飲料也在食品市場上占有一定的份額，更多生產(chǎn)者和研發(fā)人員在新產(chǎn)品開發(fā)的同時(shí)將膳食纖維作為功效成分添加到乳制品、乳飲料中，受廣大消費(fèi)者的青睞。司俊玲等[11]在鮮奶中添加燕麥膳食纖維，采用單因素和正交試驗(yàn)研究燕麥膳食纖維提前方法和酸乳加工工藝，試驗(yàn)結(jié)果表明，燕麥膳食纖維凝固性酸乳風(fēng)味獨(dú)特，口感很好。林雪嬌等[12]以含13.4%的水溶性膳食纖維的新鮮發(fā)酵豆渣為原料，添加輔料，研發(fā)一種體現(xiàn)均勻、味道純正、具有一定保健功能的膳食纖維乳飲料。

細(xì)菌纖維素在食品行業(yè)的應(yīng)用

細(xì)菌纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與植物纖維素相同，兩者主要區(qū)別[13-15]：1）細(xì)菌纖維素是純纖維素，不含其它成分； 2） 細(xì)菌纖維素具有3D多微孔、高縱橫比、高孔隙率和良好機(jī)械性能的特性；3）細(xì)菌纖維素具有高結(jié)晶度、高聚合度、高含水量和良好成型性的特點(diǎn)。

在新型材料領(lǐng)域，通常通過引入某些抗菌材料使細(xì)菌纖維素膜具有抗菌性。這種抗菌特點(diǎn)已在國內(nèi)外食品包裝材料研究中報(bào)道。Padrao等[13]在牛乳鐵蛋白的磷酸鹽緩沖液中浸入細(xì)菌纖維素膜，制得吸附有牛乳鐵蛋白的細(xì)菌纖維素復(fù)合膜，經(jīng)過研究證實(shí)該復(fù)合膜具有抗菌性，可用于易于腐敗壞食品的可食性包裝材料。Urbina等[16]制得聚乳酸—細(xì)菌纖維素復(fù)合膜，試驗(yàn)結(jié)果證明該復(fù)合膜的透明度、水蒸氣阻隔性和生物降解性優(yōu)于單一膜。

在食品工業(yè)中，由于細(xì)菌纖維素對人體具有多種功效功能，如預(yù)防便秘，吸附和清除食物中有毒物質(zhì)，越來越符合現(xiàn)代高蛋白、高纖維、低脂肪、營養(yǎng)健康的飲食觀念，也越來越受到人們的青睞。郭艷等[17]研究了細(xì)菌纖維素對雞肉品質(zhì)及蛋白性質(zhì)的影響，結(jié)果表明細(xì)菌纖維素具有良好的保水性，不影響雞肉蛋白的變性溫度和化學(xué)基團(tuán)，可作為一種新型的食品添加劑。鐘春燕等[18]將洗滌至中性的細(xì)菌纖維素濕膜切割成顆粒狀態(tài)，然后再經(jīng)水性營養(yǎng)液浸漬后滅菌包裝，最后制成一種減肥代餐食品，該產(chǎn)品具有豐富的水分、膳食纖維，食用后飽腹感強(qiáng)，具有減肥效果，同時(shí)無明顯副作用。

展望

纖維素，作為一種可食用材料，在食品行業(yè)中應(yīng)用廣泛。不僅僅作為一種原料加入食品中，替代或改善食品中某些成分，還可作為食品添加劑，對食品具有防腐、增色等作用?；蛘邔w維素進(jìn)行物理、化學(xué)和生物的作用，產(chǎn)生纖維素衍生物，研究其特性及安全性，將其廣泛地應(yīng)用于食品行業(yè)中。雖然纖維素在人體內(nèi)具有一定的保健作用，但是人體內(nèi)沒有纖維素酶，不能直接消化吸收，這樣就降低了其利用性。本文僅概述了纖維素在食品工業(yè)的研究與應(yīng)用，作為地球上豐富的可再生的碳元素來源，纖維素在現(xiàn)代人們的生活中充分利用仍需要更多學(xué)者研究開發(fā)，希望本文對纖維素在食品工業(yè)應(yīng)用的綜述能對眾多研究者提供一定的研究信息。

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