膳食纖維的生理功能及改性方法研究進展

張瀚文 余秋文 張一凡 王星燕 徐彩紅

摘要：膳食纖維對于保持人體健康、預(yù)防多種慢性疾病具有重要作用，在藥品、食品、保健品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。介紹膳食纖維的定義及分類，綜述膳食纖維的生理功能及其改性方法研究進展，以期為膳食纖維的進一步研究與應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：膳食纖維;生理功能;改性方法;研究進展

中圖分類號：TS201.2? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2021）01-0064-03

膳食纖維具有多種有益人體的功能，對肥胖、糖尿病、高血壓、冠心病、心血管疾病及結(jié)腸癌等多種慢性疾病具有預(yù)防作用，在藥品、食品、保健品等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，谷類、豆類、果蔬等來源的膳食纖維越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視，在膳食纖維提取、測定、生理功能及改性等方面的研究取得了很大進步，但對其改性方法、生理功能的體內(nèi)作用機制及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)等基礎(chǔ)研究仍需進一步探索。

1 膳食纖維的定義及分類

膳食纖維DF（Dietary fiber）是指不能被人體消化酶所消化，且不能被人體小腸吸收的非淀粉多糖。根據(jù)其在水中溶解性的差別，可分為水溶性膳食纖維（SDF）和水不溶性膳食纖維（IDF）。一般認為，SDF較IDF有更好的抗氧化等活性，對人體健康影響更大。DF來源廣泛，在果蔬、谷物中廣泛存在，不同植物中的DF含量和性質(zhì)均存在差異。在體內(nèi)環(huán)境條件下，膳食纖維雖然基本不為人體提供能量，但卻對人體消化起到重要作用。張厚德等人提出“膳食纖維平衡”的概念，即在DF總量、種類達到平衡的條件下，有助于維持人體生理平衡狀態(tài)。

2 膳食纖維的生理功能

2.1 降脂減肥

DF結(jié)構(gòu)中含有很多親水基團，遇水后體積膨大，充填胃腔，使人進食量減少，同時增加飽腹感，早餐食用大量的DF會使午餐攝食減少。DF基本不供給能量，當(dāng)人體所攝入的能量低于所消耗的能量，就會燃燒體內(nèi)多余脂肪，起到減肥作用。DF表面含有的活性基團可與膽固醇螯合，減少膽固醇轉(zhuǎn)化成膽汁酸，從而降低肝臟中的膽固醇含量，并減少小腸對脂類的吸收，促使其排出，避免脂肪過度積累。研究表明，當(dāng)給予30%竹膳食纖維時，大鼠減肥效果最好，提示攝入DF需達到一定劑量才會有顯著的降脂減肥效果。

2.2 降血糖

增加DF的攝入能夠控制糖尿病患者空腹血糖、餐后血糖和糖化血紅蛋白水平。DF降血糖機理可能與糖吸收和胰島素分泌等方面有關(guān)。黏性物質(zhì)形成的黏膜可以緩解小腸對糖類的吸收，避免血糖水平驟升。同時，DF對胃肽的分泌起到抑制作用，能抑制在其刺激下的胰島素分泌，減輕胰島素抵抗。

2.3 調(diào)節(jié)腸道菌群

DF是大腸細菌代謝的主要碳源，其在結(jié)腸腔內(nèi)可被厭氧菌酵解生成短鏈脂肪酸，為腸上皮細胞提供能量，促進腸粘膜的生長。高濃度DF能夠顯著降低腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等致病菌的數(shù)量，降低腸腔pH值，從而調(diào)節(jié)腸道蠕動，改善胃腸功能，調(diào)控腸道微生物環(huán)境穩(wěn)態(tài)。IDF吸水導(dǎo)致糞便容積增加，加快結(jié)腸蠕動傳輸，利于排出糞便和有害物質(zhì)，增加排便頻率，防止便秘，改善腸易激綜合征。有研究提出，高脂肪的攝食習(xí)慣可使腸道菌群紊亂，腸道菌群失去平衡后，SDF的攝入可誘導(dǎo)肝癌的發(fā)生。因此，適當(dāng)攝入平衡的DF才有積極作用。

2.4 降低重金屬毒害

DF側(cè)鏈結(jié)構(gòu)中含有很多羥基、羧基、氨基及酚羥基等具有較強陽離子交換能力的基團，可與鉛、汞、砷等重金屬離子進行可逆交換，從而減少重金屬等有害物質(zhì)的吸收，防止其對人體的損傷和毒害作用。涂宗財?shù)热送ㄟ^體外模擬人的腸道pH值，發(fā)現(xiàn)在腸道內(nèi)豆渣DF對重金屬離子有很強的吸附作用，且吸附效果受限于DF的種類和重金屬離子類型。

3 膳食纖維的改性

一般認為，SDF比IDF更有價值，是高品質(zhì)DF。因此，對DF進行改性以提高SDF含量，成為近年來食品工業(yè)領(lǐng)域的研究熱點。改性后的DF具有多孔結(jié)構(gòu)，加工特性良好，添加到食品中能夠改善感官品質(zhì)、提高營養(yǎng)價值及延長貨架期。目前，DF改性方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法。

3.1 物理改性法

3.1.1 超微粉碎改性 超微粉碎是一種利用氣體通過壓力噴嘴產(chǎn)生劇烈碰撞來減少固體物質(zhì)顆粒平均直徑、增大表面積的加工工藝。此法對設(shè)備要求不高，且成本低。超微粉碎后，DF的溶解性得到提高，更易被人體吸收。粉碎方式和設(shè)備顯著影響DF的理化特性。雜糧DF經(jīng)此法處理后，其溶解性、DPPH自由基清除力和陽離子交換能力增強，但過度粉碎會使DF暴露和破壞更多基團，導(dǎo)致陽離子交換作用減弱。

3.1.2 蒸汽爆破改性 蒸汽爆破是一種利用蒸汽彈射原理對纖維質(zhì)原料進行預(yù)處理的技術(shù)。通過蒸汽爆破，DF產(chǎn)生類酸性水解及熱降解作用導(dǎo)致小分子物質(zhì)溶出，使纖維聚合度變小;類機械斷裂作用導(dǎo)致大分子纖維結(jié)構(gòu)被破壞;氫鍵破壞作用導(dǎo)致分子鏈動性增強，使分子鏈結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生重排。王崇隊等人發(fā)現(xiàn)蒸汽爆破處理綠筍DF后，其吸水性、吸附性等特性均有改善，但處理時間和壓力對SDF得率有顯著影響。

3.1.3 擠壓膨化改性 擠壓膨化技術(shù)是一種集混合、機械剪切、高溫加熱、高壓、膨化及成型等手段于一體的創(chuàng)新技術(shù)，能使物料的組織結(jié)構(gòu)、理化特性發(fā)生改變，達到改善口感的效果。SDF含量和膨化度受螺桿轉(zhuǎn)速、擠壓溫度及物料水分等因素影響。任順成等人采用此法處理小麥麩皮，DF和SDF得率分別為11.69%和1.16%。

3.2 化學(xué)改性法

化學(xué)改性是指將DF的糖苷鍵通過酸、堿處理轉(zhuǎn)化為可溶性多糖，從而提高SDF含量。堿液濃度、料液比、改性時間及溫度對DF得率有顯著影響。吳麗萍等人將竹筍DF進行改性，提高了DF含量，并在一定程度上改善了其持水力等特性，但DF結(jié)構(gòu)被破壞，陽離子交換能力下降?；瘜W(xué)改性由于操作復(fù)雜、處理時間長且有副反應(yīng)等劣勢，應(yīng)用受到一定限制。

3.3 生物改性法

3.3.1 酶法改性 此法通過酶解作用除去DF原料中的淀粉和蛋白質(zhì)后，加入常用的酶（纖維素酶、半纖維素酶、木聚糖酶），經(jīng)浸提改性、滅酶、濃縮、乙醇沉淀、干燥等步驟得到改性的DF。此法操作簡單、條件溫和，可顯著提高SDF得率，改善DF的加工特性。張海芳等人采用此法改性馬鈴薯DF，使其持水力和持油力分別提升了18%和30%，同時其結(jié)合水能力和陽離子交換能力也均有提高。

3.3.2 發(fā)酵法改性 此法利用微生物代謝產(chǎn)生的有機酸將IDF進行分解，切斷大分子鏈結(jié)構(gòu)，形成小分子和可溶性成分。目前主要采用乳酸菌和混合菌種。趙泰霞等人利用保加利亞桿菌和嗜熱鏈球菌進行1∶1混合對豆渣進行發(fā)酵，提取到的DF占原料的75.6%，其中SDF占17.2%，表現(xiàn)出高持水力和溶脹性。此法提取到的DF純度高、持水性和膨脹力良好，操作方法相對簡單安全，但其工藝研究還處于初級階段。

3.4 聯(lián)合改性法

聯(lián)合改性是指將幾種方法聯(lián)合使用，可彌補單一方法的缺陷，多方法協(xié)同能更有效地提升DF的產(chǎn)率及品質(zhì)。蘇玉利用蒸汽爆破和超微粉碎技術(shù)改性米糠DF，雖然DF成分變化不明顯，但相比單一方法SDF含量提高了1.96倍。汪楠等人利用高溫蒸煮協(xié)同酶法改性竹筍DF，使其持水力等理化特性得到提高。

4 結(jié)論

我國全谷類、薯類、果蔬類及豆類等膳食纖維來源廣泛、產(chǎn)量大，但在綜合利用方面仍處于起步階段。近年來新型DF食品的研發(fā)及DF在醫(yī)學(xué)方面的表現(xiàn)越來越突出，未來要對DF進行更深入的研究，提高其利用率，開發(fā)新型食品，以實現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品的增值，延長產(chǎn)業(yè)鏈。

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Research Progress on Physiological Function and

Modification Method of Dietary Fiber

ZHANG Hanwen， YU Qiuwen， ZHANG Yifan， WANG Xingyan， XU Caihong*

（College of Grain Science and Technology， Shenyang Normal University， Shenyang 110034， China）

Abstract： Dietary fiber plays an important role in maintaining human health and preventing many kinds of chronic diseases. It is widely used in medicine， food， health products and other fields. This paper introduces the definition and classification of dietary fiber， summarizes the research progress of physiological function and modification method of dietary fiber， in order to provide reference for further research and application of dietary fiber.

Key words： dietary fiber; physiological function; modification method; research progress