膳食纖維與水的相互作用與其組分和顆粒結(jié)構(gòu)的相關(guān)性研究

陶建明 顏才植 趙國(guó)華，2

(1. 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2. 重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶 400715)

膳食纖維是食品中存在的一類不可在小腸內(nèi)消化吸收，但可在大腸內(nèi)適度發(fā)酵而利用的以非消化性碳水化合物為主體的食物成分，廣泛存在于各類植物性食品中，具有預(yù)防結(jié)腸癌、控制血糖水平、降低心血管疾病發(fā)病率、預(yù)防和減輕肥胖等系列生理功能。自1953年Hipsley[1]提出膳食纖維的概念以來(lái)，膳食纖維對(duì)人體的不可或缺性被廣泛證實(shí)。尤其在食品加工越來(lái)越精細(xì)的大背景下，膳食纖維的缺乏已被認(rèn)為是人類代謝性慢性疾病發(fā)病的主要誘因。綜合膳食纖維的功能發(fā)揮，其主要通過(guò)自身營(yíng)養(yǎng)特性、物理作用、生物學(xué)3個(gè)機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

與水的相互作用是膳食纖維通過(guò)物理吸附機(jī)制發(fā)揮其生物活性的主要基礎(chǔ)。從理論上講，膳食纖維與水相互作用的強(qiáng)弱是由其化學(xué)組分(總膳食纖維、水溶性膳食纖維與水不溶性膳食纖維)和物理結(jié)構(gòu)所共同決定的[2-4]?；瘜W(xué)組成決定了膳食纖維可結(jié)合水分基團(tuán)的數(shù)量與種類，如羥基、羧基等；而膳食纖維顆粒的物理結(jié)構(gòu)決定了上述基團(tuán)的暴露程度以及利用微細(xì)空間對(duì)水分的毛細(xì)管持留作用[5-6]。就測(cè)定方法而言，膳食纖維與水的相互作用可分為水合性質(zhì)(與過(guò)量水直接接觸)與吸濕性質(zhì)(與有限的水蒸氣接觸)。水合性質(zhì)一方面直接決定膳食纖維諸如防止便秘等功能[7]，另一方面還與膳食纖維的容積作用等功能性質(zhì)密切相關(guān)，從而間接影響膳食纖維的其他生理功能[8]。而吸濕性質(zhì)決定膳食纖維在特定環(huán)境下吸潮而結(jié)塊的特性[8-9]。但目前有關(guān)膳食纖維與水相互作用的強(qiáng)度與其組分和顆粒結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究甚少，缺乏系統(tǒng)性并且極少考慮膳食纖維種類對(duì)其功能性質(zhì)的影響。試驗(yàn)擬以3個(gè)類別(食用菌、糧谷、果蔬)下40種常見(jiàn)植物性食物來(lái)源的膳食纖維粉體為研究對(duì)象，探究膳食纖維粉體與水的相互作用與其組分和顆粒結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以期為開(kāi)發(fā)特性功能的膳食纖維食品配料提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

香菇、大麥、燕麥、玉米、小麥、白蕓豆、胡蘿卜、芹菜、甘薯、蘆薈、海帶、大蒜、甘蔗、西瓜皮、車前子、蘋果皮、石榴皮和柑橘皮膳食纖維：陜西慈緣生物技術(shù)有限公司；

杏鮑菇、平菇、黑木耳、金針菇、蕎麥、糯玉米、綠豆、黑芝麻、紅豆、黑豆、荷葉、卷心菜、藕、生姜、四季豆、香芋、南瓜、蔥皮、山楂、竹筍和辣椒膳食纖維：參照文獻(xiàn)[9]制備。

1.2 試劑與儀器

α-淀粉酶(A3306)：酶活3×104U/mL，美國(guó)Sigma公司；

胰酶(P7545)：酶活8 U/mg，美國(guó)Sigma公司；

胃蛋白酶(P7000)：酶活>250 U/mg，美國(guó)Sigma公司；

其他試劑均為分析純；

低溫氮?dú)馕锢砦絻x：ASAP2020型，美國(guó)麥克儀器有限公司；

電子分析天平：BS223S型，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)。

1.3 方法

1.3.1 膳食纖維粉體結(jié)構(gòu)表征 參考Foo等[10]的方法進(jìn)行。

1.3.2 總膳食纖維(TDF)、水溶性膳食纖維(SDF)與水不溶性膳食纖維(IDF)的測(cè)定 采用酶—重量法測(cè)定樣品中的SDF和IDF[11]。樣品中的總膳食纖維(TDF)按照TDF=IDF+SDF計(jì)算獲得。

1.3.3 膳食纖維持水力的測(cè)定 參考Zhang等[12]的方法修改如下: 準(zhǔn)確稱取10 g干燥后的膳食纖維粉末放入50 mL離心管中，再加入20 mL蒸餾水，振蕩均勻，在60 ℃下水浴保育30 min后，自然冷卻20 min，以4 000 r/min離心10 min，小心傾去上清液，計(jì)重管內(nèi)沉淀量。按式(1)計(jì)算持水力。

(1)

式中：

WHC——持水力，g/g；

M1——吸水前粉末質(zhì)量，g；

M2——吸水后粉末質(zhì)量，g。

1.3.4 膳食纖維膨脹力的測(cè)定 根據(jù)文獻(xiàn)[12]。

1.3.5 膳食纖維粉吸濕性的測(cè)定 采用靜態(tài)稱量法[13]。將底部盛有NaCl過(guò)飽和溶液的玻璃干燥器放入恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃恒溫24 h，此時(shí)干燥器內(nèi)的相對(duì)濕度為75%。在已恒重的稱量瓶底部放入厚約3 mm已干燥恒重的膳食纖維粉體，準(zhǔn)確稱重后置于放入有NaCl過(guò)飽和溶液的干燥器中(將稱量瓶蓋揭開(kāi))，于恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃ 保存，每小時(shí)稱量一次，直至吸濕平衡為止。按式(2)計(jì)算吸濕率。

(2)

式中：

MA——吸濕率，%；

W1——吸濕前質(zhì)量，g；

W2——吸濕后質(zhì)量，g。

參考杜若飛等[14]與皮佳鑫等[15]的方法得到膳食纖維粉的吸濕方程。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，累積吸濕率為縱坐標(biāo)，繪制吸濕性曲線。對(duì)各樣品的吸濕曲線的數(shù)據(jù)進(jìn)行二項(xiàng)式回歸擬合，得到吸濕方程：

W=at2+bt+c，

(3)

式中：

W——吸濕率，%；

t——時(shí)間，h；

a、b、c——常數(shù)。

對(duì)吸濕方程進(jìn)行一階求導(dǎo)得到吸濕速度方程：

r=dw/dt=2at+b，

(4)

式中：

r——t時(shí)刻的吸濕速度，g/h；

a、b——常數(shù)。

開(kāi)始時(shí)刻t=0，此時(shí)對(duì)應(yīng)為初始吸濕速度r(0)=b(g/h)；達(dá)到吸濕平衡時(shí)，吸濕速度為0，則達(dá)到吸濕平衡的時(shí)間為t′=-b/2a(h)，此時(shí)，樣品的最大平衡吸濕率(%)為w′=at′2+bt′+c。

1.3.6 數(shù)據(jù)分析 所有試驗(yàn)重復(fù)測(cè)定3次。結(jié)果用(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)表示。相關(guān)性分析結(jié)果采用Pearson相關(guān)系數(shù)表示。Pearson相關(guān)系數(shù)介于1～-1，正值為正相關(guān)，負(fù)值為負(fù)相關(guān)，當(dāng)為0時(shí)表示不相關(guān)。在進(jìn)行相關(guān)性分析之前，所有數(shù)據(jù)采用z-score法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。即Z=(Xi-x)/S。其中Z為標(biāo)準(zhǔn)化后的變量值(標(biāo)準(zhǔn)分)，Xi為實(shí)際變量值，x為算數(shù)平均值，S為標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 膳食纖維粉的水合性質(zhì)

表1給出了40種膳食纖維粉的持水力和膨脹力的測(cè)定結(jié)果。就持水力而言，不同膳食纖維粉之間差異較大，最高的為黃豆膳食纖維(11.78 g/g)，最低的為玉米膳食纖維(2.24 g/g)。從類別上來(lái)看，食用菌膳食纖維(5.17 g/g)和果蔬膳食纖維(5.10 g/g)具有較高的持水力，而糧谷類膳食纖維具有較低的持水力(4.28 g/g)。從同一類別中不同品種之間的相似度來(lái)看，來(lái)自不同食用菌的膳食纖維的持水力較為接近，其極差(2.32 g/g)僅為平均值0.45倍；其次是果蔬膳食纖維，其極差(6.19 g/g)為平均值的1.21倍；品種差異最大的為糧谷類，其極差(9.54 g/g)為平均值的2.23倍。

就膨脹力而言，不同膳食纖維粉之間差異也很大，最高的為海帶膳食纖維(9.23 mL/g)，最低的為黑芝麻膳食纖維(0.47 mL/g)。從類別上來(lái)看，食用菌膳食纖維(3.28 mL/g)和果蔬膳食纖維(3.26 mL/g)具有較高的膨脹力，而糧谷類膳食纖維具有較低的膨脹力(2.52 mL/g)。從同一類別不同品種之間的相似度來(lái)看，來(lái)自不同食用菌的膳食纖維的膨脹力較為接近，其極差(1.92 mL/g)僅為平均值0.59倍；其次是果蔬膳食纖維，其極差(8.04 mL/g)為平均值的2.47倍；品種差異最大的為糧谷類，其極差(7.42 mL/g)為平均值的2.94倍，與Tosh等[16]及Gómez-Ordóez等[17]的結(jié)果一致。

持水力和膨脹力分別反映膳食纖維粉與過(guò)量水分相互作用產(chǎn)物的質(zhì)量與體積的變化情況，它們之間既有區(qū)別又有聯(lián)系。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)膳食纖維粉的持水力和膨脹力之間存在著良好的相關(guān)關(guān)系，達(dá)到了極顯著水平(r=0.705)(圖1)。圖1中，雖然所有膳食纖維的數(shù)據(jù)點(diǎn)都落在了99%置信度區(qū)間之內(nèi)，但不同膳食纖維的相關(guān)程度各有差異。相比較之下，海帶膳食纖維、黑豆膳食纖維、蘆薈膳食纖維和燕麥膳食纖維處在置信度區(qū)間的邊緣區(qū)域。表明膳食纖維粉持水力和膨脹力的相關(guān)性水平無(wú)明顯的種類依賴性。而以前的報(bào)道[4]發(fā)現(xiàn)IDF/SDF的比例越高的膳食纖維在吸水時(shí)發(fā)生體積膨脹的程度越小。可能是水不溶性膳食纖維中聚合物分子之間的作用力很強(qiáng)，水分的進(jìn)入并不能使這些作用力明顯弱化而使水不溶性膳食纖維顆粒的結(jié)構(gòu)變得松散。當(dāng)然，膳食纖維的制備方法[18]、水合性質(zhì)測(cè)量方法[19]、原料來(lái)源屬性[20]等都會(huì)對(duì)其測(cè)定獲得的水合性質(zhì)有影響。綜合本試驗(yàn)結(jié)果和以前的報(bào)道，影響膳食纖維水合性質(zhì)的因素主要包括：① 顆粒表面的水結(jié)合位點(diǎn)(親水基團(tuán)的類型、數(shù)量、密度)分布情況[2]；② 顆粒的孔隙結(jié)構(gòu)以及“蜂巢”結(jié)構(gòu)對(duì)水分子的捕獲和束縛能力[21]；③ 顆粒中IDF與SDF的含量和比例不同以及它們?cè)陬w粒中的分布狀況[22]；④ 水合能力測(cè)定的試驗(yàn)方法和條件[21,23]。

表1 40種膳食纖維粉的持水力和膨脹力?Table 1 Water holding capacity and water swelling capacity of forty dietary fiber powders

? 食用菌、糧谷及果蔬持水力的極差/平均值分別為2.32/5.17，9.54/4.28，6.19/5.10；膨脹力的極差/平均值分別為1.92/3.28，7.42/2.52，8.04/3.26。

圖1 40種膳食纖維粉持水力和膨脹力的相關(guān)性分析

Figure 1 Correlation analysis between the water holding capacity and water swelling capacity of forty dietary fiber powders

2.2 膳食纖維粉的吸濕性質(zhì)

表2是在25 ℃、相對(duì)濕度為75%的封閉環(huán)境中，各類膳食纖維粉顆粒和水蒸氣相互作用，粉體逐漸吸收水分至飽和的情況。對(duì)比40個(gè)樣品的累積吸濕曲線圖，以香菇、小麥和生姜為例(圖2)，可以看出所有吸濕曲線具有一致的規(guī)律，即隨著時(shí)間的推移，累積吸濕率不斷增大，最后趨于穩(wěn)定；吸濕速率由大變小，最后趨于零。在此過(guò)程中，膳食纖維粉被蒸汽所包圍，對(duì)水蒸氣的吸附和脫附過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。初始階段，粉體水分含量極低，對(duì)水蒸氣吸附速率遠(yuǎn)大于脫附速率，粉體開(kāi)始吸水增重；隨著粉體水分含量的逐漸增加，吸附速率逐漸變小，脫附速率逐漸變大，兩者間的速率差逐漸減?。蛔罱K，吸附速率與脫附速率相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，粉體水分含量不再增加，粉體處于近似恒重的狀態(tài)。就平均初始吸濕速率來(lái)看，食用菌膳食纖維最高(0.026 3 g/h)，而糧谷類(0.018 3 g/h)和果蔬類(0.018 4 g/h)膳食纖維相當(dāng)；平均最大吸水率的大小順序是食用菌類(0.140 0 g/g)>果蔬類(0.111 4 g/g)>糧谷類(0.099 8 g/g)。相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，初始吸濕速率與平衡時(shí)間(r=-0.274)、初始吸濕速率與最大吸濕率(r=0.067)以及平衡時(shí)間與最大吸濕率(r=0.025)之間的相關(guān)都達(dá)不到顯著水平。但很顯然，膳食纖維的吸濕率比其持水力低很多，可能是膳食纖維的吸濕性主要依靠其能結(jié)合水的極性基團(tuán)的數(shù)目，而持水力還與膳食纖維中的孔隙結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。前者主要靠化學(xué)吸附，而后者還包括大量的物理吸附與持留[5]。相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，持水力與初始吸濕速率(r=-0.088)、平衡時(shí)間(r=-0.121)以及最大吸濕率(r=-0.243)之間的相關(guān)也不顯著；同樣膨脹力與初始吸濕速率(r=-0.183)、平衡時(shí)間(r=0.038)以及最大吸濕率(r=-0.167)之間的相關(guān)也不顯著。

圖2 部分膳食纖維粉的累積吸濕曲線

Figure 2 The cumulative hygroscopic curve of some dietary fiber powders

2.3 膳食纖維粉的組成

表3給出了40種膳食纖維粉IDF、SDF和TDF含量。就平均水平而言，糧谷類膳食纖維粉中TDF的含量最低(43.44 g/100 g)，果蔬類膳食纖維粉的TDF居中(63.48 g/100 g)，而食用菌類膳食纖維粉具有最高的TDF(81.30 g/100 g)。就膳食纖維的組成情況來(lái)看，按平均SDF占比的情況三類原料的排序是糧谷類膳食纖維粉(37.0 g/100 g)>果蔬類膳食纖維粉(29.2 g/100 g)>食用菌膳食纖維粉(18.2 g/100 g)。這與陳龍等[2]的報(bào)道一致，也就是食用菌膳食纖維中的SDF含量要遠(yuǎn)小于IDF含量。β-葡聚糖是食用菌膳食纖維的主要成分[24]，但食用菌中的β-葡聚糖基本為水不溶性[25]。由表3可以看出，對(duì)絕大多數(shù)膳食纖維而言，其IDF的量遠(yuǎn)高于SDF的量。雖然有報(bào)道[26]認(rèn)為SDF比IDF水溶性更好，生物利用率更高，但也有人認(rèn)為良好的膳食纖維應(yīng)該是IDF和SDF的比例在一定范圍內(nèi)，膳食纖維中SDF含量高于10%，并且IDF與SDF的比例在為3∶1的膳食纖維是高品質(zhì)的膳食纖維，過(guò)高或過(guò)低的SDF占比對(duì)其功能發(fā)揮都不利。

表2 40種膳食纖維粉的吸濕特性?Table 2 Hygroscopic properties of forty dietary fiber powders

續(xù)表2

樣品來(lái)源擬合吸濕方程一階方程(吸濕速率方程)初始吸濕速率/(g·h-1)平衡時(shí)間/h最大吸濕率/%胡蘿卜y=-0.000 7x2+0.019 3x-0.007 5y=-0.001 4x+0.019 30.019 313.790.125 5甘薯y=-0.000 9x2+0.019 5x-0.001 2y=-0.001 8x+0.019 50.019 510.830.104 4生姜y=-0.001 7x2+0.031 3x+0.019 9y=-0.003 4x+0.031 30.031 39.210.164 0藕y=-0.000 6x2+0.016 9x-0.003 6y=-0.001 2x+0.016 90.016 914.080.115 4香芋y=-0.000 7x2+0.020 3x-0.003 5y=-0.001 4x+0.020 30.020 314.500.143 7蘆薈y=-0.000 5x2+0.011 0x+0.002 6y=-0.001 0x+0.011 00.011 011.000.063 1大蒜y=-0.000 6x2+0.016 1x-0.006 7y=-0.001 2x+0.016 10.016 113.420.101 3海帶y=-0.000 4x2+0.010 8x+0.000 3y=-0.000 8x+0.010 80.010 813.500.073 2甘蔗y=-0.000 7x2+0.018 6x-0.004 7y=-0.001 4x+0.018 60.018 613.290.118 9蔥皮y=-0.001 4x2+0.026 4x+0.013 6y=-0.002 8x+0.026 40.026 49.430.138 1竹筍y=-0.000 5x2+0.014 8x+0.000 4y=-0.001 0x+0.014 80.014 814.800.109 9四季豆y=-0.000 4x2+0.012 9x-0.000 3y=-0.000 8x+0.012 90.012 916.130.104 0車前子y=-0.000 6x2+0.012 3x+0.001 1y=-0.001 2x+0.012 30.012 310.250.064 1南瓜y=-0.000 7x2+0.022 3x-0.006 0y=-0.001 4x+0.022 30.022 315.930.171 6山楂y=-0.001 1x2+0.025 5x-0.003 6y=-0.002 2x+0.025 50.025 511.590.144 2辣椒y=-0.000 7x2+0.015 4x+0.006 0y=-0.001 4x+0.015 40.015411.000.090 7西瓜皮y=-0.000 7x2+0.013 3x+0.009 3y=-0.001 4x+0.013 30.013 39.500.072 5蘋果皮y=-0.000 7x2+0.014 5x-0.001 3y=-0.001 4x+0.014 50.014 510.360.073 8柑橘皮y=-0.000 8x2+0.023 8x-0.008 6y=-0.001 6x+0.023 80.023 814.880.168 4石榴皮y=-0.000 8x2+0.015 9x-0.000 4y=-0.001 6x+0.015 90.015 99.940.078 6

? 食用菌、糧谷及果蔬的初始吸濕速度分別為(0.026 3±0.007 8)a，(0.018 3±0.008 8)b，(0.018 4±0.005 8)bg/h；平衡時(shí)間分別為(10.78±0.61)a，(10.6±1.48)a，(12.21±2.27)ah；最大吸濕率分別為(0.140 0±0.041 6)%a，(0.099 8±0.044 4)%b，(0.111 4±0.033 9)%ab；同一指標(biāo)上標(biāo)字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)。

表3 40種膳食纖維粉的IDF、SDF和TDF含量?Table 3 IDF, SDF and TDF contents of forty dietary fiber powders g/100 g Dry Weight

? 食用菌、糧谷及果蔬IDF的極差/平均值分別為11.87/66.52，47.58/27.37，78.96/44.97；SDF的極差/平均值分別為22.78/14.78，28.74/16.07，43.09/18.51；TDF的極差/平均值分別為29.32/81.30，61.93/43.44，70.00/63.48。

2.4 膳食纖維顆粒的顆粒結(jié)構(gòu)

粒度大小、比表面積、孔體積和孔徑是反映膳食纖維粉顆粒結(jié)構(gòu)的幾個(gè)重要參數(shù)。40種膳食纖維粉的顆粒結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)[9]。從比表面積來(lái)看，不同來(lái)源的膳食纖維粉按類別分，呈現(xiàn)“果蔬類(平均值1.09 m2/g)>糧谷類(平均值0.84 m2/g)>食用菌類(平均值0.46 m2/g)”的規(guī)律，但膳食纖維粉的孔體積和平均孔徑與其種類來(lái)源無(wú)明顯的關(guān)系。研究[27-28]發(fā)現(xiàn)不同膳食纖維粉的平均粒徑大小是有差異的，可能與原料來(lái)源、生產(chǎn)方法、IDF/SDF比例、產(chǎn)品純度等一系列因素相關(guān)。除此之外，膳食纖維粉的表面不是平整的，存在著諸多的裂縫、凹槽或溝壑，且這些孔道的結(jié)構(gòu)和大小是存在差異的。這些結(jié)構(gòu)上的差異就導(dǎo)致不同膳食纖維粉具有不同的流動(dòng)性。研究[9]發(fā)現(xiàn)粒徑與膳食纖維粉的休止角之間顯著負(fù)相關(guān)，而比較面積和孔體積與膳食纖維粉的休止角之間顯著正相關(guān)。

2.5 膳食纖維粉體與水分的相互作用與其組分和顆粒結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系

表4給出了膳食纖維粉與水分的相互作用與其組分(IDF、SDF、TDF)和顆粒結(jié)構(gòu)(粒徑、徑距、比表面積、孔容、孔徑)之間的相關(guān)關(guān)系。

在水合性質(zhì)(持水力、膨脹力)中，就粉體的組成而言，膳食纖維的持水力與其IDF(r=0.353)和SDF(r=0.300)的含量呈顯著正相關(guān)，與其TDF含量(r=0.458)呈極顯著正相關(guān)；膨脹力與IDF和SDF呈正相關(guān)，但相關(guān)不顯著，與TDF呈顯著正相關(guān)(r=0.324)。從相關(guān)系數(shù)的大小得出，IDF對(duì)膳食纖維持水力的影響大于SDF。這與前人[4]的報(bào)道結(jié)果一致。但Cadden等[20]的研究認(rèn)為瓜兒果膠(主要為SDF)的水合性質(zhì)優(yōu)于小麥麩DF(主要為IDF)。結(jié)果顯示膨脹力與IDF和SDF呈正相關(guān)但不顯著，與TDF呈顯著正相關(guān)。這與López-Vargas等[23]的研究不一致，他們發(fā)現(xiàn)膳食纖維的膨脹力與TDF和SDF含量呈高度正相關(guān)。Navarro-González等[22]的研究也發(fā)現(xiàn)膨脹力與SDF密切相關(guān)，即SDF含量高，其膨脹力值越高，可能與提取膳食纖維粉體的工藝有關(guān)。就顆粒的結(jié)構(gòu)而言，只有持水力與徑距呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.315*)，與Ma等[29]的試驗(yàn)結(jié)果一致，而持水力和膨脹力與其他結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系都不顯著。這可能是大小均一的膳食纖維顆?？梢孕纬奢^為連續(xù)一致的堆積結(jié)構(gòu)，有利于水的持留。而大小不一的顆粒的堆積結(jié)構(gòu)在外力作用下(如壓力、離心等)容易發(fā)生改變而會(huì)將持留在顆粒之間的水釋放出來(lái)，使持水力下降。易甜等[30]、郭增旺等[31]以及Lan等[5]的研究表明，低堆積密度、低粒徑尺寸、高比表面積對(duì)膳食纖維粉的膨脹力有利。而Ma等[29]、張麗媛等[32]和李璐等[33]的研究認(rèn)為隨膳食纖維粉粒徑的逐漸減小，其膨脹力的變化趨勢(shì)是先升后降，可能是膳食纖維分子長(zhǎng)鏈在降低粉粒時(shí)被剪切為短鏈結(jié)構(gòu)的同時(shí)減小了膳食纖維對(duì)水分的束縛，從而引起膨脹力的降低。

表4 膳食纖維粉體與水分的相互作用與其組分和顆粒結(jié)構(gòu)的相關(guān)性?Table 4 Correlations between hydration properties and components/structure of dietary fiber powders

? **表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。樣本數(shù)：40。

在吸濕特性中，膳食纖維的吸濕特性(初始吸濕速率、吸濕平衡時(shí)間、最大吸濕率)與其組成和顆粒結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系都不顯著。由圖2可見(jiàn)，吸濕速率在吸濕過(guò)程中不斷減小，初始吸濕速率即是吸濕過(guò)程中的速率最大值，且各樣品的最大吸濕率不同，利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析出未呈現(xiàn)顯著性的關(guān)系。值得關(guān)注的是，SDF與最大吸濕率的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為-0.274，雖然未能產(chǎn)生顯著性影響，但說(shuō)明SDF可能會(huì)對(duì)粉體吸濕率造成負(fù)面影響，這是由于SDF的水可溶性和黏著性使得其與水蒸氣作用后在顆粒表面形成一層潮濕的包裹層，形成隔離效應(yīng)，延緩后續(xù)水蒸氣的進(jìn)入，與鄭慧萍等[34]的結(jié)論一致。吸濕性與粉體結(jié)構(gòu)相關(guān)性不顯著，但國(guó)內(nèi)外對(duì)此的研究報(bào)道較少，其作用機(jī)制還需進(jìn)一步探索。

3 結(jié)論

不同來(lái)源的膳食纖維粉的持水力和膨脹力的差異很大，且無(wú)品種依賴性。但膳食纖維粉的持水力與膨脹力之間高度正相關(guān)。膳食纖維粉的吸濕能力明顯低于其水合能力，且不在同一數(shù)量級(jí)上。雖然都是反映膳食纖維與水分的相互作用，但膳食纖維的水合性質(zhì)與其吸濕性質(zhì)之間無(wú)相關(guān)性。大多數(shù)膳食纖維的IDF含量遠(yuǎn)高于其SDF含量。相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)膳食纖維粉的水合性質(zhì)與其組成之間關(guān)系密切，尤其是持水力。至于顆粒結(jié)構(gòu)的影響，只有徑距與膳食纖維的持水力呈負(fù)相關(guān)，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)與水合性質(zhì)的關(guān)系都不顯著。膳食纖維的吸濕性反映膳食纖維從外界爭(zhēng)取水分的能力，但該能力與膳食纖維的組成與顆粒結(jié)構(gòu)的關(guān)系都不顯著。由于試驗(yàn)條件和時(shí)間有限，研究中還存在很多不完善之處，需要進(jìn)一步改進(jìn)，比如增加樣本容量，覆蓋的膳食纖維種類越多，使得分析結(jié)果更符合統(tǒng)計(jì)學(xué)一般性規(guī)律；其次，反映膳食纖維組分和顆粒結(jié)構(gòu)的指標(biāo)還可以深入和增加，采用更先進(jìn)的分析手段，對(duì)膳食纖維粉的描述會(huì)更加具體、準(zhǔn)確。