膳食纖維功能特性及構(gòu)效關(guān)系的研究進(jìn)展

吳斯妍 賈鑫 楊棟 梁建芬 曲桂芹 程永強(qiáng)

摘 要：綜述了膳食纖維的不同物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、組成和加工方式對(duì)作用機(jī)制產(chǎn)生的影響，旨在為膳食纖維構(gòu)效關(guān)系研究和功能性纖維食品開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：膳食纖維;性質(zhì);結(jié)構(gòu);作用機(jī)制;生理功能

研究表明，膳食纖維具有降血脂、降血糖、改善腸道環(huán)境、控制體重等生理功能[1-2]。本文綜述了膳食纖維的不同物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、組成和加工方式對(duì)作用機(jī)制產(chǎn)生的影響，旨在為膳食纖維構(gòu)效關(guān)系研究和功能性纖維食品開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 膳食纖維的作用機(jī)制

1.1 降低膽固醇

研究表明，在降低膽固醇這一功能中，膳食纖維的粘性發(fā)揮重要作用。通過(guò)形成凝膠，膽汁在回腸中受到凝膠的物理性吸附，使其被腸壁的重吸收量減少，但隨糞便的排出量增加[3]。在此機(jī)制下，肝臟為了合成損失的膽汁，需利用血清中更多的膽固醇，從而降低了低密度脂蛋白（LDL）膽固醇和總膽固醇濃度[4]。Christian等[5]的體外模型結(jié)果表明，可溶性膳食纖維的粘度越高，與膽汁的結(jié)合力就越高。不溶性膳食纖維和非粘性膳食纖維不具備由粘度帶來(lái)的降低膽固醇的作用，但一些研究證實(shí)，這些纖維可以增加人體飽腹感以控制每一餐的攝入量，同時(shí)減少饑餓感，使患者主動(dòng)推遲下一餐的進(jìn)食時(shí)間，起到控制膽固醇攝入量的作用[6]。

1.2 控制血糖

Post等[7]通過(guò)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粘性膳食纖維降低血糖的機(jī)制主要在于吸附葡萄糖和其他常量營(yíng)養(yǎng)素，減少腸壁對(duì)其的吸收量，同時(shí)對(duì)消化酶和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的接觸起到屏障作用，降低食物分解成可吸收成分的速率，從而降低葡萄糖餐后反應(yīng)。Weickert等[8]研究表明，不溶性膳食纖維有助于提高外周組織對(duì)胰島素的敏感性，幫助改善胰島素抵抗。此外，部分粘度較小的可發(fā)酵膳食纖維可以產(chǎn)生短鏈脂肪酸，如丙酸、乙酸等，這些物質(zhì)能刺激大腸中的L細(xì)胞，促進(jìn)其分泌腸激素肽（PYY）和胰高血糖素樣肽1（GLP-1）[9]，起到增加飽腹感，降低血糖的作用[10]。

1.3 調(diào)節(jié)腸道紊亂

膳食纖維常用于便秘、腸易激綜合征、腸炎的治療中，其機(jī)制在于與胃腸道神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、微生物群和免疫系統(tǒng)的相互作用[11-12]。不溶性膳食纖維可以增加糞便質(zhì)量，糞便排出量隨著纖維粒徑的增大而增大[13]，同時(shí)通過(guò)對(duì)結(jié)腸黏膜產(chǎn)生的機(jī)械刺激，纖維可以幫助腸道加速分泌和蠕動(dòng)，縮短運(yùn)輸時(shí)間，但Bijkerk等[14]研究表明，不溶性膳食纖維可能會(huì)惡化便秘患者的臨床癥狀。中度粘性的膳食纖維可以經(jīng)過(guò)發(fā)酵，產(chǎn)生短鏈脂肪酸和部分氣體，一方面，短鏈脂肪酸作用于腸內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)元，改變胃腸動(dòng)力，也作用于免疫細(xì)胞，減少炎癥反應(yīng)。另一方面，產(chǎn)生的氣體將增加腔內(nèi)壓力，壓力的增加可刺激5-羥色胺的分泌[15]，5-羥色胺是參與胃腸分泌及腸蠕動(dòng)調(diào)控的神經(jīng)遞質(zhì)，對(duì)維持腸道穩(wěn)態(tài)具有重要作用，此外，短鏈脂肪酸和氣體的產(chǎn)生可以降低腸內(nèi)pH，有效抑制有害菌的生長(zhǎng)、促進(jìn)有益菌的增殖，起到調(diào)節(jié)腸道菌群的平衡的功能[16]。但并非所有可發(fā)酵的膳食纖維都對(duì)腸道有積極的治療作用，低聚糖等部分短鏈可高度發(fā)酵的膳食纖維可以快速產(chǎn)生氣體，可能會(huì)導(dǎo)致腹脹腹痛[17]。

2 影響膳食纖維作用效果的因素

2.1 物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)

膳食纖維是一種復(fù)雜的碳水化合物，由有序的碳鏈排列構(gòu)成的膳食纖維具有穩(wěn)定的能量，通常為不溶性，而碳鏈結(jié)構(gòu)不規(guī)則的膳食纖維大多為可溶性，當(dāng)可溶性纖維的聚合物鏈相互纏繞形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生粘度，碳鏈鏈長(zhǎng)、分子量大小、粒徑大小、側(cè)鏈官能團(tuán)種類、溶液濃度等都會(huì)影響到溶解性、粘度和發(fā)酵性[18]，進(jìn)而影響生理功能。高分子量、大粒徑的膳食纖維粘度大[19]，且影響發(fā)酵的速率和程度[20]。Hughes等[21]用人糞便微生物在體外發(fā)酵了分子量不同的3種阿拉伯木聚糖，結(jié)果表明，3種木糖的發(fā)酵都與雙歧桿菌、乳酸桿菌和真細(xì)菌群的增殖相關(guān)，分子量最?。?6kDa）的木糖對(duì)乳酸桿菌具有特別的選擇性，證明分子量大小會(huì)影響膳食纖維的發(fā)酵效果。Onishi等[22]研究表明，魔芋葡甘聚糖的粒徑大小會(huì)影響免疫調(diào)節(jié)的功能。Dziedzic等[23]研究發(fā)現(xiàn)，不同粒徑大小的小麥與膽汁酸的吸附和菌群的生長(zhǎng)沒(méi)有顯著性關(guān)系，但粒徑越小，產(chǎn)生的丙酸和丁酸含量越高。側(cè)鏈官能團(tuán)也會(huì)影響膳食纖維的生理功能，例如果膠中的甲基化程度不同，發(fā)酵速率也不同。Dongowski等[24]用甲基化程度分別為6.5%、34.5%、70.8%和92.6%的柑橘果膠飼喂大鼠，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后分析回腸、盲腸和結(jié)腸中的短鏈脂肪酸含量，結(jié)果表明，甲基化程度越低，產(chǎn)生的丁酸和總短鏈脂肪酸含量越高，且速率越快。Annison等[25]用乙?；⒈；投□；幚磉^(guò)的玉米淀粉飼喂大鼠，結(jié)果表明，這3種?；矸劭梢詷O大程度地提高大鼠盲腸和遠(yuǎn)端結(jié)腸中短鏈脂肪酸的含量，且丁?；M最高。

2.2 種類和組合

不同類型和來(lái)源的膳食纖維通過(guò)不同的機(jī)制作用于人體[26]，Parvin等[27]研究發(fā)現(xiàn)，豆類、水果、蔬菜來(lái)源的纖維對(duì)降低心血管疾病的效果較顯著，其中，植物纖維主要通過(guò)降低甘油三酯和甘油三酯/高密度脂蛋白比例起作用，水果纖維主要通過(guò)降低胰島素水平起作用，而在此項(xiàng)研究中，谷物和堅(jiān)果來(lái)源的膳食纖維攝入不會(huì)減少發(fā)生心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。膳食纖維種類決定了發(fā)酵產(chǎn)物和模式，例如果膠的發(fā)酵產(chǎn)物主要是乙酸鹽，環(huán)糊精和阿拉伯樹膠的發(fā)酵產(chǎn)物主要是丙酸鹽，豆渣可以增加結(jié)腸中的丁酸鹽、乙酸鹽和丙酸鹽，這些產(chǎn)物通過(guò)不同途徑被代謝[28]，導(dǎo)致了它們對(duì)疾病的不同作用機(jī)制和效果。從自然界中直接獲取的膳食纖維來(lái)源，如水果和蔬菜，可能還富含多酚、礦物質(zhì)等成分，這些成分將與膳食纖維相互作用，在特定功能中產(chǎn)生協(xié)同或拮抗效果[29]。

2.3 加工方式

膳食纖維主要存在于谷物、蔬菜和水果中，以加工食品的形式流通消費(fèi)，因此，加工方式對(duì)膳食纖維含量以及性質(zhì)的影響極為重要。對(duì)谷物制品來(lái)說(shuō)，加工環(huán)節(jié)包括面團(tuán)形成、焙烤、高溫?cái)D壓蒸煮等。Zhang等[30]研究了擠壓處理對(duì)燕麥麩中可溶性膳食纖維物化結(jié)構(gòu)和功能的影響，和對(duì)照組相比，經(jīng)過(guò)擠壓的可溶性膳食纖維具有高聚集程度、較大粒徑、較小比表面積的特點(diǎn)，溶解度和溶脹能力有所提高，粘度顯著增加。Regard等[31]比較了等熱量含有4g β-葡聚糖的脆面包、麥片、粥、面食等對(duì)空腹和餐后血糖濃度的影響，其中，粥和麥片的分子量和粘度值較大，對(duì)減弱峰值血糖反應(yīng)最有效，但面包和面食中β-葡聚糖的聚合度低，導(dǎo)致其生物活性也有所降低，降血糖作用較差。

3 結(jié)論和展望

膳食纖維的健康益處與物理化學(xué)性質(zhì)息息相關(guān)，通過(guò)溶解性、粘性和可發(fā)酵性起到減少膽固醇重吸收量、延緩和較少糖吸收、增加飽腹感、調(diào)節(jié)激素反應(yīng)和腸道菌群平衡等作用，這些性質(zhì)受到膳食纖維結(jié)構(gòu)和組成的影響，產(chǎn)生作用效果的差異。《中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量》中，每日膳食纖維攝入適宜量在25～35g之間[32]。近20年對(duì)我國(guó)多地居民膳食纖維攝入情況的調(diào)查結(jié)果顯示，部分地區(qū)超過(guò)9成的城鄉(xiāng)居民人均每日膳食纖維攝入量不足，甚至不到推薦攝入量的30%[33-34]。與此同時(shí)，我國(guó)作為谷物、蔬菜和水果生產(chǎn)大國(guó)，每年仍有大量富含膳食纖維的農(nóng)作物副產(chǎn)物，如麥麩、米糠、豆渣、果渣等無(wú)法得到有效利用，因此，膳食纖維產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)擁有廣闊的市場(chǎng)前景。

目前，膳食纖維被應(yīng)用到了烘焙食品、飲料、乳制品、肉類食品等行業(yè)中，它們?cè)诎l(fā)揮健康效應(yīng)的同時(shí)，還可以起到提高食物保水能力、改善感官品質(zhì)、延長(zhǎng)保質(zhì)期的作用[35]。有研究致力于將膳食纖維作為脂肪替代物[36-37]，在提供類似脂肪的滑膩口感的同時(shí)降低了熱量的攝入，可以滿足人們對(duì)低脂、低熱量健康飲食產(chǎn)品的需求，此外，膳食纖維作為益生元的主要來(lái)源，可以保證益生菌的存活和產(chǎn)品的穩(wěn)定性，對(duì)腸道疾病[38]、心血管疾病[39]、癌癥[40]等產(chǎn)生協(xié)同作用，研究和開(kāi)發(fā)潛力巨大。國(guó)內(nèi)外對(duì)膳食纖維結(jié)構(gòu)性質(zhì)和生理功能等方面的研究還在繼續(xù)深入中，其定義和評(píng)價(jià)方法還在不斷完善[41]，我國(guó)應(yīng)充分利用豐富的膳食纖維資源，在實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品增值的同時(shí)優(yōu)化和滿足人民對(duì)健康生活的追求，優(yōu)化和改善我國(guó)居民膳食結(jié)構(gòu)。

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Abstract：This paper reviewed the influence of different physical and chemical structure，composition and processing ways on mechanism of dietary fiber to provide scientific foundation for the study on relationship between structure and activity，and development of functional food.

Keywords：dietary fiber;property;structure;mechanism;physiological function

（責(zé)任編輯 李婷婷）