新型能源水溶性膳食纖維抗氧化活性研究及其市場前景分析

文/劉亞賽 高藝多，北京星網(wǎng)宇達科技股份有限公司 北京誠和敬驛站養(yǎng)老服務(wù)有限公司

膳食纖維（Dietary Fiber,DF）最先由Trowell等人于1972年提出，指不能被人體消化吸收的多糖類化合物和木質(zhì)素，包括纖維素、半纖維素、果膠、木質(zhì)素、膠質(zhì)、黏質(zhì)等，是繼六大營養(yǎng)素之后的“第七大營養(yǎng)素”。依據(jù)其溶解性將膳食纖維分為水溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF）兩大類。目前，膳食纖維的研究主要集中在制備、臨床、清除自由基團等方面，但對于其在抗氧化方面的研究還不多見。SDF能在水中溶解膨脹并被大腸中微生物酵解，形成溶膠或凝膠狀，具有很強的離子吸附性（能吸附膽酸、膽固醇及有害物質(zhì)）并可以清除自由基，此外，還具有益生元的作用，能降血糖、血脂。一些常見的食物如豆類、大麥、柑橘、胡蘿卜、燕麥等食物中富含SDF。日本、歐美等發(fā)達國家已開發(fā)出富含膳食纖維的功能性食品，其中SDF可以添加至烘烤食品、乳制品等食品中。

玉米、花生等農(nóng)作物在我國種植面積大、分布廣泛、產(chǎn)量可觀，但玉米芯、花生殼等農(nóng)副產(chǎn)品，由于生活習(xí)慣和處理技術(shù)限制等原因，除少數(shù)用于漚肥、牲畜飼料外，絕大多數(shù)都被當做廢棄物而直接燒掉，不僅破壞環(huán)境還極大的浪費了資源。近年來，由于科技的進步和科研工作者的重視，農(nóng)副產(chǎn)品的價值逐漸被發(fā)現(xiàn)。其中，玉米芯主要含纖維素和木質(zhì)素，并還含有粗蛋白、氨基酸、維生素以及鐵、鉀等礦質(zhì)元素。以農(nóng)副產(chǎn)品為原料提取SDF，具有以下優(yōu)點：1）原料來源廣、價格低，2）增加農(nóng)民收入，提高務(wù)農(nóng)積極性，3）有利于節(jié)約資源，保護環(huán)境，4）政策優(yōu)惠。

1 基于水溶性膳食纖維提取技術(shù)的研究進展及市場分析

1.1 浸提法

如何高效提取SDF一直以來是科研工作者的研究熱點。王若蘭等以花生殼為原料，應(yīng)用堿浸提法提取花生殼中的SDF。發(fā)現(xiàn)最佳提取條件為：提取溫度為60℃、1:14的料液比、NaOH質(zhì)量濃度0.05 g/mL、提取時間4 h，并超聲輔助提取。于麗娜等發(fā)現(xiàn)3次酸浸提的效果最佳。

1.2 微波/超聲波提取法

微波/超聲波提取法是一種新型的提取技術(shù)，同時也可輔助其他提取方法并用。溫志英等將花生殼破碎后，應(yīng)用微波功率進行提取，發(fā)現(xiàn)微波功率在320 W時提取效果最佳，但要注意微波提取時間。張曉龍等采用堿解法并輔以超聲波提取玉米芯中SDF，確定最佳提取工藝條件為：堿濃度0.88%，提取溫度41℃，提取時間20.3 min。

1.3 酶提取法

植物細胞壁主要成分為纖維素和果膠，起支持和保護的作用。選用合適的酶，溶解細胞壁，可以提高提取效率。吳麗萍等用雙酶（纖維素酶、蛋白酶）降解法提取花生殼膳食纖維，確定了最佳提取工藝。滕超等經(jīng)實驗也確定了雙酶（纖維素酶、木聚糖酶）法提取玉米芯中SDF的最佳工藝。

1.4 微生物發(fā)酵

微生物發(fā)酵即是指利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。Margareta E等研究表明以豆渣為原料，利用乳酸菌發(fā)酵，在酸性環(huán)境下糖苷鍵斷裂，產(chǎn)生新的還原末端，使IDF轉(zhuǎn)化為SDF。而霉菌則是通過分泌相關(guān)的酶，斷裂IDF的糖苷鍵，使小分子多糖轉(zhuǎn)化成SDF。

以上幾種方法各有優(yōu)缺點，浸提法的優(yōu)點在于操作簡單，對設(shè)備要求低，缺點在于提取效率偏低，純度不高；微波/超聲波法則要注意控制微波/超聲波的功率及時間，溫度太高容易破壞SDF結(jié)構(gòu)。超濾技術(shù)由于膜系統(tǒng)的分離作用，得到的濃縮液中SDF含量較高，純度較好，但對設(shè)備有一定要求。酶解法利用纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶等水解破壞細胞壁，從而更好的釋放和提取膳食纖維，但酶的價格較高，活性受外界條件影響較大。微生物發(fā)酵法的關(guān)鍵在于篩選高效菌株，探索合適的發(fā)酵條件，適合于大規(guī)模應(yīng)用，以農(nóng)副產(chǎn)品為原料的大規(guī)模發(fā)酵產(chǎn)業(yè)具有廣闊的市場空間。

2 SDF抗氧化活性研究進展及其市場應(yīng)用分析

膳食纖維對人體的健康與否具有重大影響。研究表明，膳食纖維在降低血清膽固醇，改善腸道健康，預(yù)防高血壓，動脈硬化以及清除外源有害物質(zhì)等一系列生理作用和保健功能方面具有積極作用。其中IDF 具有預(yù)防肥胖、結(jié)腸癌、高血壓、心臟病和動脈硬化等生理功能,在保健品、肉制品、面制品等產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用廣泛，而SDF具有降血糖、降血脂、降血壓、清除體內(nèi)自由基、抗氧化、防衰老、抗癌防癌、增強機體免疫力等功能。一般來說，抗氧化性可從以下幾個角度體現(xiàn)：總還原能力、清除自由基能力、清除羥自由基能力、超氧陰離子清除能力、亞硝基清除能力。自由基的種類眾多，具有兩面性，低濃度的自由基參與體內(nèi)能量傳遞，也有助于滅菌和殺死寄生蟲，還能參與毒素的排出過程；高濃度的自由基則使細胞受損，破壞細胞功能，加速細胞衰老。隨著化學(xué)制劑的大量使用、汽車尾氣和工業(yè)廢氣的大量排放、自然環(huán)境的惡化、人類活動范圍擴大等多因素的影響下，環(huán)境自由基含量也急劇增加，早就超過了人類正常承受水平，人類健康受到日益嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，從這個角度來說抗氧化研究勢在必行。

溫志英等研究表明，從花生殼提取的SDF隨著濃度的增加，其還原能力也逐漸增強；同時，抗氧化性實驗結(jié)果表明SDF具有清除DPPH自由基和羥自由基的能力，此外還發(fā)現(xiàn)花生殼SDF清除羥自由基能力較強（清除率95%以上）。石秀梅等通過比較三種不同來源SDF的抗氧化活性發(fā)現(xiàn)，它們均有良好的抑制亞油酸氧化能力，并且對于自由基的清除率也較強。周小理等通過改進提取方法，提高了膳食纖維的抗氧化活性。

以農(nóng)副產(chǎn)品為原料的多項研究顯示，玉米芯、豆渣、玉米須、玉米皮、米糠中也富含多酚、黃酮類物質(zhì)，它們具有抗癌、抗氧化、抗炎等生理作用。徐彩虹等探討了玉米皮多酚的提取方法，確定了在超聲時間6.5 min、酶解溫度55℃、木聚糖酶添加量2.1%的條件下，提取量最佳。通過組合不同檢測方法對提取物的其抗氧化能力測定發(fā)現(xiàn)，玉米皮多酚類化合物（Phenolic of maize bran,MTP）對體外抗氧化能力評價指標DPPH和ABTS+具有較強的清除能力。周小理等應(yīng)用雙酶法提取苦蕎麩皮中多酚、黃酮類物質(zhì)，抗氧化實驗結(jié)果表明提取產(chǎn)物對DPPH自由基、羥自由基的清除能力以及總還原能力等均有不同程度提高。許鋼等提取玉米須、玉米葉、玉米芯、玉米粒中的黃酮類物質(zhì)并對其抗氧化性進行了比較，結(jié)果表明黃酮類物質(zhì)在玉米須中的含量最高。與TBHQ、Vc、茶多酚比較發(fā)現(xiàn)，三種提取物均表現(xiàn)出良好的抗氧化性能，復(fù)配實驗表明茶多酚具有良好的正協(xié)同效應(yīng)。

3 膳食纖維的生化功能及其市場應(yīng)用分析

3.1 膳食纖維的理化性質(zhì)及功能

膳食纖維的結(jié)構(gòu)決定了其理化性質(zhì)，總體來說包括以下幾個方面：持水力、膨脹力、溶解性，吸附及鰲和能力，陽離子結(jié)合和交換能力以及改善腸道微生物群能力。膳食纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有很多親水基團，能夠吸收較多的水分，吸水后重量變化約為自身體重1.2～2.5倍。膳食纖維能夠促進排便，減輕直腸和泌尿系統(tǒng)壓力，進而減少患膀胱炎、腎結(jié)石、直腸癌等疾病風(fēng)險。此外，膳食纖維吸水后體積增大，對腸道產(chǎn)生容積作用，產(chǎn)生飽腹感；同時還會影響碳水化合物的吸收，使人不易產(chǎn)生饑餓感，故而有利于預(yù)防肥胖癥。

膳食纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)的側(cè)鏈中含有羧基和羥基類基團，表現(xiàn)出弱酸性陽離子交換樹脂的特性，因此能與陽離子或有機物中的陽離子進行交換。它通過減少離子瞬間濃度的方式，對消化道pH、滲透壓以及氧化還原電位產(chǎn)生影響，有利于體內(nèi)某些礦質(zhì)元素代謝。膳食纖維的表面帶有很多活性基團，能夠吸收膽汁酸、膽固醇等有機物，從而抑制人體對它們的吸收。此外，SDF還能吸附一些有毒物質(zhì)、化學(xué)藥品等，促進它們排出體外，維護人體健康。

人的消化管道與外界環(huán)境相通，是病毒、細菌等微生物入侵的途徑之一。人體腸道內(nèi)微生物眾多，它們不但在營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收中發(fā)揮重大作用，而且也維護著人體正常人體免疫功能。腸道內(nèi)膳食纖維的增多有利于好氣菌的生長而抑制厭氣菌的生長，好氣菌產(chǎn)生更少的致癌物，此外，還能促進致癌物排出體外，減少結(jié)腸癌發(fā)生的概率，這就是膳食纖維能預(yù)防結(jié)腸癌的重要原因之一。

3.2 膳食纖維的市場應(yīng)用分析

鑒于膳食纖維具有良好的理化性質(zhì)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)。作為天然添加劑和營養(yǎng)增強劑，它們主要是改變產(chǎn)品的口味和構(gòu)造。通過向面食、奶制品、肉、烘烤食品等中添加膳食纖維，可以避免膠體脫水收縮和高脂肪食品的固化及乳化。膳食纖維也可作為增厚劑、均質(zhì)劑、穩(wěn)定劑和脂肪替代品添加到食品、飲料中。此外，在早點、香腸、膨化食品、冰淇淋、糖果、調(diào)味品中亦廣泛應(yīng)用。

4 水溶性膳食纖維抗氧化活性應(yīng)用及其市場前景分析

隨著科技進步和醫(yī)療水平的提高，人類的平均壽命也越來越長。據(jù)資料顯示，目前世界上有50多個國家和地區(qū)進入老齡化。歐盟委員會2015年的報告預(yù)測，到2060年，全球65歲以上的人口將超過28%。目前，我國人口老齡化問題也越來越嚴峻，據(jù)官方資料顯示，到2015年底，全國65歲以上的人口以達1.439億，占總?cè)丝诘?0.5%。高血壓、糖尿病等老年性疾病在老年人中的發(fā)病率越發(fā)升高，嚴重影響廣大中老年人健康。膳食纖維的缺乏與上述疾病有著密切關(guān)系，足夠的膳食纖維有助增強中老年人體質(zhì)?；谖覈丝诒姸噙@一基本國情，加快開發(fā)膳食纖維產(chǎn)品具有緊迫性和必要性。高品質(zhì)膳食纖維中，SDF含量應(yīng)不低于10%，SDF比IDF具有更高的營養(yǎng)價值和應(yīng)用價值。目前，利用農(nóng)副產(chǎn)品提取SDF的研究越發(fā)受到關(guān)注，隨著研究的深入SDF的地位越發(fā)重要，其應(yīng)用范圍也將也來越廣。

4.1 水溶性膳食纖維在保健食品中的應(yīng)用及其市場前景分析

人體內(nèi)胰島素分泌不足或者相對不足引起糖尿病，表現(xiàn)為多飲、多尿、多食和消瘦、疲乏無力等癥狀，嚴重影響人體健康。攝入SDF能延緩胃排空，減緩食物在腸胃中的吸收速率，有利于維持血糖濃度緩慢升高，而在胰島素相對不足時，也不至于血糖迅速升高。此外，SDF也廣泛應(yīng)用于調(diào)節(jié)微生物平衡、潤腸通便的保健食品中。攝入的SDF能夠促進益生菌如乳酸菌、腸道雙歧桿菌等生長，同時，大量產(chǎn)生短鏈脂肪酸，改變腸道pH，提供利于益生菌生長的腸道環(huán)境，進而促進腸道蠕動，順利排便。

4.2 水溶性膳食纖維在乳制品中的應(yīng)用及其市場前景分析

2012 年1月12日，衛(wèi)生部1號文件批準聚葡萄糖（Polydextrose）作為營養(yǎng)強化劑可以添加于嬰幼兒配方產(chǎn)品。聚葡萄糖作為一種水溶性膳食纖維，至今已有50多個國家批準作為健康食品配料使用。嬰幼兒和老年人腸道消化能力不強且容易缺鈣，SDF具有降血脂、降血糖、促進礦質(zhì)元素吸收等作用。SDF也可以添加至酸奶或其他風(fēng)味乳制品中，市售的高纖維酸奶中SDF含量可達6%～8%。

4.3 水溶性膳食纖維在飲料中的應(yīng)用及其市場前景分析

目前，已有多家公司將SDF添加至功能性飲料中，因為它不僅解渴、提供水分，還能提供人體需要的膳食纖維。在日本、西歐、美國等市場上，這類產(chǎn)品深受歡迎，如日本可口可樂公司推出的含SDF礦泉水，歐美市場的高纖維橙汁、茶等，國內(nèi)市場上有匯源公司的高纖維果汁，脈動公司的系列飲料等。

4.4 水溶性膳食纖維在糖果市場的應(yīng)用及其市場前景分析

隨著人們健康意識觀越來越強，糖果也朝著低糖、低脂肪、既美味又營養(yǎng)的方向發(fā)展。在一些發(fā)達國家，低能量糖果的銷量逐年增加，表現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。SDF中的聚葡糖糖可用于代替現(xiàn)糖果配方中的葡萄糖漿，也可以與其他甜味劑一起使用代替蔗糖。

4.5 水溶性膳食纖維在面制食品中的應(yīng)用及其市場前景分析

面制食品在世界各地都具有非常重要的市場地位，歐美等國家的主食基本都離不開面包，同樣，國內(nèi)的面包銷售也異?；鸨Ｑ芯勘砻?，面包中添加膳食纖維可以改善口味、提高色澤。添加至面粉中則能使饅頭口感更佳，味道更香。此外，還可以添加至面條中來提高勁道，耐煮耐泡，一般適宜的添加量為面粉的3%～6%。

4.6 水溶性膳食纖維在肉制品中的應(yīng)用及其市場前景分析

SDF溶水后在疏水作用下能與肉制品中的蛋白形成熱穩(wěn)定性凝膠，有助于吸附香味，防止香味揮發(fā)，提高品質(zhì)。另外，膳食纖維也是一種優(yōu)良的脂肪替代品，可用于生產(chǎn)高蛋白、高膳食纖維、低糖、低熱量的火腿腸等產(chǎn)品。

4.7 水溶性膳食纖維在其他市場的應(yīng)用及其市場前景分析

SDF具有良好的吸水性和保水性，可以增加產(chǎn)品的濃稠度，因此，可用于調(diào)味品市場，添加后產(chǎn)品更為均一，外觀更佳。另外，也有用于速凍食品的餡料中，增加制品的保水性、成團性?？傊?，SDF的優(yōu)良屬性，可以確保其在激烈的市場競爭中占的一席之地，更好的造福于人類。

5 總結(jié)與展望

在日美等發(fā)達國家，SDF的研究起步較早，作為良好的食品添加劑，已廣泛應(yīng)用于保健食品、乳制品、功能飲料、糖果業(yè)、烘焙食品、沙拉醬等食品中。目前，國內(nèi)業(yè)已推出了含SDF的膠囊、沖劑和片劑之類的產(chǎn)品，表現(xiàn)出良好的社會效益，取得了一定的市場份額。隨著研究的深入，SDF在預(yù)防糖尿病、結(jié)腸和直腸癌、肥胖癥、冠心病、降低膽固醇等方面的作用將越發(fā)被人認識，因此，現(xiàn)階段開展膳食纖維的研究對改善人們體質(zhì)、提高健康水平具有深遠的現(xiàn)實意義，也符合大健康產(chǎn)業(yè)的要求。以農(nóng)副產(chǎn)品提取膳食纖維，來源廣泛、價格低廉，社會效益高、具有可行性。因其特殊的化學(xué)性質(zhì)，SDF必將在醫(yī)學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、生物學(xué)等方面發(fā)揮不可替代的作用。