膳食纖維提取工藝及在食品工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

張歡歡 高飛虎 張玲 張雪梅 李雪 梁葉星

摘 要 簡(jiǎn)要介紹了膳食纖維的定義、分類、生理功能，系統(tǒng)地闡述了膳食纖維的提取工藝，以及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 膳食纖維；提取工藝；食品工業(yè)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TS201.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.1.023

隨著公眾物質(zhì)條件的不斷提升，在飲食方面有了更多的選擇，相應(yīng)的習(xí)慣也與以往大不相同，營(yíng)養(yǎng)攝入不均衡與膳食纖維攝入量不足的情況在許多城市都已顯現(xiàn)，并且愈演愈烈，其表現(xiàn)為高血脂、糖尿病、動(dòng)脈硬化和冠心病的發(fā)病率在老年人群中較普遍，在中青年人群中也呈逐年上升的趨勢(shì)，此類所謂的“富貴病”對(duì)公眾的健康造成了極大威脅。所以，針對(duì)膳食纖維展開(kāi)探究是一項(xiàng)極具實(shí)際價(jià)值的活動(dòng)。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外提取膳食纖維的基礎(chǔ)工藝及其在食品中的運(yùn)用等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，目的在于為工業(yè)化生產(chǎn)及后續(xù)的探究活動(dòng)提供有效參考。

1 膳食纖維簡(jiǎn)介

膳食纖維是指可以對(duì)抗人體小腸消化吸收，能夠在大腸內(nèi)發(fā)酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相似物的整體統(tǒng)稱。按照其溶解的特殊屬性可分成2類，即可溶性（SDF）膳食纖維與不溶性（IDF）膳食纖維。其中，前者涵蓋了樹(shù)膠、果膠、黏膠以及部分半纖維素，主要來(lái)源于豆類、水果、燕麥、魔芋等；后者涵蓋了木質(zhì)素、纖維素以及部分半纖維素，主要出自于含有大量高膳食纖維的葉類蔬菜和全谷物。膳食纖維可以對(duì)血糖及血脂水平進(jìn)行調(diào)整，從而有利于糖尿病及心血管病的有效預(yù)防[1-4]，同時(shí)還具有控制體重、預(yù)防肥胖[5-6]、改善胃腸道功能、預(yù)防胃腸道疾病[7]、抗癌[8-9]等生理功能。除此之外，膳食纖維還經(jīng)常被用于食品領(lǐng)域，起到對(duì)食品的加工特性、質(zhì)量以及外觀等加以改善的作用。

2 膳食纖維提取工藝的研究進(jìn)展

由于原料及產(chǎn)品的特性各不相同，所以在對(duì)膳食纖維進(jìn)行提取時(shí)選用的方式也各不一樣，以下就現(xiàn)階段使用頻率較高的方法展開(kāi)闡述。

2.1 化學(xué)法

化學(xué)法指的是先把原料進(jìn)行干燥及磨碎，而后借助化學(xué)試劑（酸、堿等）對(duì)膳食纖維加以提取的方法，常見(jiàn)的有酸法、水提法及堿法等。戴余軍等[10]在對(duì)菠蘿皮里的SDF進(jìn)行提取的時(shí)候選用了堿法，借助單因素及正交試驗(yàn)確定了最優(yōu)工藝，即料液比為1∶20、浸提液pH 12、浸提溫度及時(shí)間為80 ℃和90 min，在此條件下，SDF得率為23.58%。李澤珍等[11]選用的原料為紅薯渣，借助堿化學(xué)法提取IDF，對(duì)最優(yōu)工藝進(jìn)行了明確，即料液比為1∶6，堿濃度為10.0 g·L-1，提取溫度為75 ℃，提取時(shí)間45 min，在此條件下，IDF提取率可達(dá)70.25%。張怡等[12]選用的原材料是干紅辣椒渣，借助酸提醇沉法獲取SDF，并將果膠得率視作判定參數(shù)，由響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)最優(yōu)工藝進(jìn)行了明確，即料液質(zhì)量體積比為1∶15，pH 1.48，提取溫度86.5 ℃，提取時(shí)間3.5 h，此時(shí)果膠得率（12.74±0.03）%。

2.2 酶法

酶法是借助多類酶將原料里所具有的脂肪、蛋白質(zhì)以及淀粉等物質(zhì)一一清除，從而得到膳食纖維的方式，譬如蛋白酶、半纖維素酶等，其優(yōu)勢(shì)在于可以獲得比較純凈的膳食纖維。李建周等[13]選擇使用豆渣，借助酶法來(lái)提取其中的IDF，由單因素以及正交實(shí)驗(yàn)明確了相應(yīng)的最優(yōu)工藝，即蛋白酶、α-淀粉酶以及糖化酶的酶解溫度分別為50 ℃、70 ℃、50 ℃，時(shí)間分別為5 h、1 h、30 min，用量分別為25 mg·g-1、6 mg·g-1與5 mg·g-1，在此條件下，提取率可達(dá)80.13%。李可等[14]選用的原料是亞麻籽粕，借助堿性蛋白酶來(lái)獲取IDF，由單因素以及響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得出了最優(yōu)工藝，即料液比1∶20、酶解溫度55 ℃、時(shí)間4 h、加酶量9%，在此條件下，IDF得率為52.05%。

2.3 酶—化學(xué)結(jié)合法

酶—化學(xué)結(jié)合法指的是在通過(guò)化學(xué)試劑處理的同時(shí)，對(duì)膳食纖維中的其他雜質(zhì)加以降解，主要借助多類酶來(lái)完成，譬如蛋白酶、α-淀粉酶等，以制得高純度膳食纖維的方法。 劉德講等[15]選取的原料是燕麥加工品的余渣，得出了酶—堿結(jié)合法制作燕麥麩膳食纖維的最優(yōu)工藝，即料水比1∶10，α-淀粉酶添加量1.5%，溶液pH 6.5，65 ℃條件下酶解30 min，酶解液加3%濃度為1 mol·L-1的NaOH溶液，置于60 ℃環(huán)境中進(jìn)行40 min的堿解。王順民等[16]以菜籽皮為原料獲取SDF，由單因素以及響應(yīng)面試驗(yàn)得出酶—化學(xué)法獲取膳食纖維的最優(yōu)工藝，即纖維素酶使用量為0.4%，酶解時(shí)間為60 min，堿解pH 13.0，堿解時(shí)間及溫度為1 h與70 ℃，在此條件下制備的SDF得率為7.18%。

2.4 微生物發(fā)酵法

具體指的是在發(fā)酵原料的時(shí)候選用適宜的菌種，譬如保加利亞乳桿菌等，從而使淀粉及蛋白質(zhì)等被逐漸消耗掉，而后水洗使其變?yōu)橹行裕偻ㄟ^(guò)干燥之后獲取膳食纖維的方式。吳德智等[17]借助嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌的混合物（兩者比例為1∶1）通過(guò)發(fā)酵法對(duì)葛根渣里的膳食纖維進(jìn)行獲取，由單因素以及響應(yīng)面法得出最優(yōu)工藝，即接種量5%、發(fā)酵溫度35 ℃、時(shí)間23.5 h，在此條件下制備的膳食纖維得率為（79.2±0.21）%。蔣麗等[18]借助綠色木霉與乳酸菌通過(guò)微生物發(fā)酵法對(duì)檸檬果渣里的膳食纖維進(jìn)行提取，得出最優(yōu)工藝，即底物pH 5.0、接種量6%、發(fā)酵時(shí)間及溫度為50 h和 34 ℃，此條件下產(chǎn)品的膳食纖維含量為88.3%。

2.5 膜分離法

此方法屬于生化分離技術(shù)，使用的時(shí)間相對(duì)較短，可借助膜的選擇滲透功能依照分子量之間的大小區(qū)別，在外界能量或者化學(xué)位差的促使下完成分離純化。然而此法卻無(wú)法制作IDF，同時(shí)在設(shè)施方面的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)苛[19]。王世清等[20]借助超濾膜對(duì)花生殼中的SDF進(jìn)行分離純化，試驗(yàn)顯示，選用PS-30聚砜膜，在壓力為0.08 MPa、料液比（g∶mL）為1∶75、溫度為30 ℃時(shí)，成效最佳，可獲取67.56%的SDF提取率。

3 膳食纖維在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.1 在面制品中的應(yīng)用

相較而言，面制品中對(duì)于膳食纖維的運(yùn)用更為普遍，在蛋糕、面包、餅干等當(dāng)中將其加入，可使持水力得以提升，吸收到諸多水分，從而使商品凝固度及新鮮度更勝一籌，并且還可以減小成本；將其加進(jìn)饅頭當(dāng)中，可以使成品的口感及顏色更佳，同時(shí)具有較為特別的香味；將其加進(jìn)面條里，可使面條具有較佳的韌性，但顏色較深，不易被消費(fèi)者接受。Delahaye等[21]在比薩面團(tuán)里加入高膳食纖維（26%）穩(wěn)定的米糠粉，用以混合焙烤，得出的成品口感甚佳。Aravind等[22]針對(duì)IDF對(duì)意大利面的感官、構(gòu)造及作用特性展開(kāi)深度探究，發(fā)現(xiàn)在膳食纖維加入量為10%時(shí)，面條的質(zhì)量基本無(wú)太大的變化，但是抗氧化能力卻有一定的提升，當(dāng)添加量超過(guò)30%，面條的色澤和感官特性均不理想。

3.2 在高纖維飲料中的應(yīng)用

膳食纖維可以應(yīng)用在各種高纖維飲料中，包括固體飲料（速溶咖啡、麥片等）、運(yùn)動(dòng)飲料、植物蛋白飲料和果汁等各種功能性飲料，其能夠使飲料的分散性、穩(wěn)定性以及沖調(diào)性得以提升。徐立偉等[23]將米糠膳食纖維處理后添加到胡蘿卜飲料中，結(jié)果表明，在飲料中可加入一定比例的米糠膳食纖維，適度的添加能夠使飲料的品質(zhì)變得更佳，但是應(yīng)以8%為最高限。

3.3 在乳制品中的應(yīng)用

膳食纖維能夠充當(dāng)活性菌的營(yíng)養(yǎng)源頭，如果在乳制品中將其加入，那么則能夠使商品的有效期增加，并且味道更加突出。Hashim等[24]在酸奶里加入棗椰子膳食纖維，剖析前者出現(xiàn)的變化，結(jié)果顯示當(dāng)加入3%的后者之后，前者的甜度、酸度以及可接受度等都和普通酸奶基本相同，而且對(duì)健康更為有利。

3.4 在肉制品中的應(yīng)用

通過(guò)大豆、燕麥以及甘薯等獲取的膳食纖維可充當(dāng)脂肪代替品在火腿腸、肉松等肉糜制品中加入，能夠使成品的脂肪含量更少、膳食纖維及蛋白含量變高，具有良好的保健作用。Galanakis等[25]在多次探究之后指出可在低脂肉丸中加入胡蘿卜纖維及源自于橄欖油廢液里的SDF，后者是比較適合的脂肪替代品。

4 結(jié)語(yǔ)

膳食纖維能夠從多類原料當(dāng)中獲取，經(jīng)濟(jì)性較佳，而且對(duì)于人體健康十分有利，所以運(yùn)用及發(fā)展的空間極為廣闊。相對(duì)來(lái)說(shuō)，國(guó)外在此方面的研究早于我國(guó)，而且已經(jīng)獲取了諸多成果。我國(guó)與其相差甚遠(yuǎn)，相關(guān)的研究基本上依舊停滯于實(shí)驗(yàn)室階段，而市場(chǎng)當(dāng)中的相應(yīng)產(chǎn)品數(shù)量及種類都不夠豐富。所以，我國(guó)還需針對(duì)該領(lǐng)域加大探究力度，通過(guò)頂層統(tǒng)籌、統(tǒng)一規(guī)劃以及合作聯(lián)結(jié)，打造出膳食纖維多類型生產(chǎn)的重點(diǎn)企業(yè)，使公眾的選擇更具多樣性，膳食結(jié)構(gòu)得以均衡。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）