膳食纖維的生理功能、制備方法和改性技術(shù)的研究進(jìn)展

寧建紅，張 杰，李 霞

(1 青島市中心醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，山東青島 266042；2 青島市中心醫(yī)院重癥監(jiān)護(hù)室，山東青島 266042；3青島市腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，山東青島 266042)

1 膳食纖維的生理功能

研究表明，經(jīng)常攝入膳食纖維可以降低血脂血糖、利于減肥，還能夠緩解便秘、防止結(jié)腸癌的發(fā)生[1]。

1.1 降血脂、降血糖

麥紫欣等[2]發(fā)現(xiàn)，膳食纖維降血脂的機(jī)制之一在于，抑制機(jī)體對(duì)膽固醇和甘油三酯等脂肪類物質(zhì)的吸收，同時(shí)加快膽固醇的排泄以降低血液脂含量。另外也有研究證實(shí)，膳食纖維的攝入可以延緩胃排空的時(shí)間，增加食物在腸道中的停留時(shí)間以減少對(duì)脂肪的吸收[3-4]。另外，膳食纖維能夠調(diào)控脂代謝過程中的某些基因，從分子水平影響機(jī)體的脂代謝過程[5]。膳食纖維降血糖的研究相對(duì)較多，研究顯示，膳食纖維可以使2型糖尿病小鼠的空腹血糖值顯著下降，增加胰島素水平，改善小鼠的糖耐守狀況[6-7]。涂宗才[8]用四氧嘧啶造模糖尿病小鼠，成功后給小鼠喂食1 000mg/kg BW劑量的大豆可溶性膳食纖維，結(jié)果顯示，小鼠的血糖值明顯下降，同時(shí)能夠改善小鼠消瘦、多飲多食的癥狀，可見膳食纖維在改善糖代謝紊亂、治療糖尿病方面發(fā)揮著重要作用。歐仕益等人總結(jié)了膳食纖維調(diào)控糖代謝的部分機(jī)制：一方面膳食纖維可作用α-淀粉酶，抑制其對(duì)淀粉的水解度，降低血液中的葡萄糖含量；另一方面膳食纖維可以增加腸液黏度，抑制葡萄糖的擴(kuò)散，從而減少腸道對(duì)葡萄糖的吸，同時(shí)膳食纖維還可以可逆地吸附葡萄糖[9]。

1.2 改善腸道微環(huán)境，防止便秘

解春艷等[10]用茶新菇發(fā)酵麥麩制備可溶性膳食纖維，并進(jìn)行腸道微生物實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，膳食纖維不僅能夠促進(jìn)乳酸菌的生長，還能夠抑制大腸桿菌的繁殖，有效改善腸道中有益菌群和有害菌群的比例。孫元琳等[11]發(fā)現(xiàn)，戊聚糖能夠促進(jìn)雙歧桿菌、乳桿菌等有益菌的增殖，原因在于這些菌類可以通過自身含有的相關(guān)酶對(duì)戊聚糖進(jìn)行降解從而作為自身生長繁殖的底物。顧清等[12]發(fā)現(xiàn)，攝入膳食纖維可以有效地緩解老年人的便秘情況。

1.3 預(yù)防癌癥發(fā)生

膳食纖維可以降低患直腸癌和結(jié)腸癌的風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)樯攀忱w維能夠調(diào)整腸道菌群的比例，增加有益菌的數(shù)量，改善腸道微環(huán)境，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，加快有害物質(zhì)的排出[13-14]，并有助于促進(jìn)機(jī)體分泌更多的抗炎癥活性物質(zhì)。Susasa等[15]以直腸癌突變模型鼠為研究對(duì)象，對(duì)其喂食1%的葡萄抗氧化膳食纖維6周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鼠腸道腫瘤的數(shù)量明顯減少，不同大小的息肉均有不同程度的萎縮。有研究證明，膳食纖維和乳腺癌發(fā)生率之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著膳食纖維攝入量的增加，患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)下降[16]。Huimin Chen等[17]發(fā)現(xiàn)，患晚期大腸腺瘤的人在攝入膳食纖維后，腸道中的丁酸產(chǎn)生菌顯著增加，同時(shí)可有效緩解大腸腺瘤癥狀。關(guān)于膳食纖維和子宮內(nèi)膜癌之間的關(guān)系，有研究發(fā)現(xiàn)兩者之間的危險(xiǎn)系數(shù)為0.66，可見膳食纖維可以降低患子宮內(nèi)膜癌的幾率[18]。整體來說，攝入多種膳食纖維較攝入單一的水果纖維或谷物纖維或蔬菜纖維等的預(yù)防癌癥的效果好。

2 膳食纖維的制備方法

2.1 化學(xué)法

關(guān)于膳食纖維的化學(xué)提取法主要分為水提法、酸或堿提取法以及酸堿結(jié)合提取法。其中水提取法是最為環(huán)保的一種提取方法，但該方法只能得到少量的膳食纖維，不宜進(jìn)行推廣使用。酸或堿提取法和酸堿結(jié)合提取法是較普遍能夠應(yīng)用到工業(yè)上的一種提取方法。但是這種方法會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，所以還需進(jìn)行改進(jìn)。黃群等[19]、溫志英等[20]分別對(duì)超聲提取法和微波提取法進(jìn)行優(yōu)化，找到了最佳的水溶性膳食纖維的提取條件，不僅能夠節(jié)約成本，還能夠起到保護(hù)環(huán)境的作用。

2.2 酶法

酶法的優(yōu)點(diǎn)是酶作用條件溫和，通常不需進(jìn)行高溫高壓便可使反應(yīng)順利進(jìn)行，因此對(duì)環(huán)境的污染較小。酶制備法所獲得的膳食纖維純度較高，雜質(zhì)含量少，是目前較為廣泛應(yīng)用的一種方法。酶法過程中常用的酶有蛋白酶、淀粉酶、糖化酶等。Chen等[21]使用酶制備法的同時(shí)輔以超聲提取法，最終得到豆莢水溶性膳食纖維8.9%、水不溶性膳食纖維77.35%。李星科等[22]使用酶制備法提取棗渣中的水不溶性膳食纖維，發(fā)現(xiàn)得率是普通化學(xué)法得率的1.5倍，最終得率可達(dá)到24.8%。 酶制備法涉及的反應(yīng)過程相對(duì)較復(fù)雜，需要注意各種酶種類的選取，不同酶所需的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、pH值等條件。同時(shí)對(duì)于不同來源的膳食纖維而言，由于組成成分不同，還需根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的酶或酶組合。

2.3 發(fā)酵法

發(fā)酵法是利用微生物的發(fā)酵作用進(jìn)行的。李狀等[23]以根霉菌為發(fā)酵菌種得到了竹筍邊角料中的膳食纖維，并發(fā)現(xiàn)獲得的膳食纖維具有較高的生物活性。左茜等[24]用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合菌為發(fā)酵菌，得到了茶葉渣中的可溶性膳食纖維。發(fā)酵法制備膳食纖維不僅具有純度較高、生物活性也較高的優(yōu)點(diǎn)，風(fēng)味、色澤等也使人更易接受，但是發(fā)酵法所需的合適菌種還需進(jìn)一步挖掘。

3 膳食纖維的改性方法

3.1 物理改性

物理改性技術(shù)是膳食纖維改性方法中最常用的一種基礎(chǔ)方法，高溫、高壓和增加剪切力是常規(guī)物理方法中的幾種。膳食纖維改性大致可以分為擠壓蒸煮技術(shù)、超微粉碎技術(shù)和超高壓或瞬時(shí)高壓技術(shù)三種。Chen等人[21]利用擠壓蒸煮技術(shù)成功改性了大豆膳食纖維，提高了水溶性膳食纖維的含量，從而使膳食纖維的持水性和溶脹能力顯著提升。超微粉碎技術(shù)獲得的超微粉具有很好的溶解性、吸水性和分散性，但這種方法對(duì)設(shè)備的要求較高，目前難以在工業(yè)上進(jìn)行推廣應(yīng)用。超高壓或瞬時(shí)高壓技術(shù)指對(duì)膳食纖維賦予高達(dá)100～1 000MPa的壓力，使其中的氫鍵、離子鍵等結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的過程。李雁等人[25]利用該技術(shù)對(duì)紅薯渣中的膳食纖維改性，發(fā)現(xiàn)改性后的膳食纖維生物活性明顯提高，可以有效調(diào)節(jié)血糖、血脂。

3.2 化學(xué)改性

膳食纖維含有大量的羥基和羧基，因此可利用酸或堿對(duì)其進(jìn)行酯化或醚化改性。吳麗萍等[26]利用羧甲基改性方法成功改善了花生殼中的膳食纖維，改性后的膳食纖維物理、化學(xué)特性具有明顯的改變，由于分子間的距離更大，所以使膳食纖維具有較好的分散性和持水性。楊陽等[27]利用硫酸酯化改性方法對(duì)蘋果膳食纖維進(jìn)行改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，獲得的膳食纖維表現(xiàn)出更高的生物活性。化學(xué)改性可以在一定程度上改善膳食纖維的結(jié)構(gòu)，但是這種方法存在著很大的弊端，例如化學(xué)試劑的引入可能會(huì)給人體帶來很大的安全隱患。

3.3 生物技術(shù)改性

生物技術(shù)改性通常分為酶法和微生物發(fā)酵法，前者最常使用的酶有纖維素酶、木聚糖酶等，后者常使用的微生物菌種為乳酸菌。李明華等[28]用纖維素酶水解金針菇中的膳食纖維，發(fā)現(xiàn)水溶性膳食纖維的含量可達(dá)14.45%，并與化學(xué)法獲得的膳食纖維進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)前者具有更高的生理活性。林寧曉等[29]用乳酸菌和鏈球菌混合菌種改性大豆膳食纖維，發(fā)現(xiàn)水溶性成分含量也有顯著增加。生物技術(shù)改性獲得的產(chǎn)品品質(zhì)高，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此是一種具有廣闊應(yīng)用前景的方法，但存在著成本較高以及應(yīng)用菌種種類少的問題，還需加大研究力度?！?/p>