蓮藕膳食纖維的研究進(jìn)展

鄭趙敏 ，鐘賽意，黃琪琳

1.湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院烹飪與營(yíng)養(yǎng)學(xué)系（武漢 430205）；2.廣東海洋大學(xué)廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（湛江 524088）；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院（武漢 430070）

蓮藕（Nelumbo nucifera）又名藕、荷藕、湖藕等，是一種產(chǎn)量較高的水生蔬菜，中國(guó)各地都有種植，主要種植地有湖北、江蘇、山東等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)蓮藕產(chǎn)量不斷增加，市場(chǎng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2011—2017年中國(guó)蓮藕產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，2017年全國(guó)蓮藕產(chǎn)量和產(chǎn)值分別為1 122.2萬(wàn) t和550.79億元，比2011年分別增長(zhǎng)30.5%和46.0%，年增長(zhǎng)分別為5.1%和7.7%[1]。蓮藕主要含淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)成分，具有清熱涼血、健脾開(kāi)胃、止血散瘀、消食止泄的作用，是一種藥食兩用的植物[2-3]。蓮藕制品主要有藕粉、藕汁、清水藕、腌漬藕等。生產(chǎn)藕制品時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量藕節(jié)、藕皮及藕渣等下腳料，大部分被廢棄最終被微生物分解而產(chǎn)生難聞氣味，污染環(huán)境；同時(shí)，這些下腳料富含膳食纖維，未得到開(kāi)發(fā)利用，制約蓮藕經(jīng)濟(jì)價(jià)值的提高。膳食纖維是公認(rèn)的“第七營(yíng)養(yǎng)素”，有大量研究報(bào)道膳食纖維有助于改善腸道健康、降低心血管疾病和糖尿病的發(fā)病率[4-5]。因此，對(duì)蓮藕膳食纖維的提取方法、功能特性及應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為提高蓮藕的綜合利用提供參考。

1 膳食纖維的定義及分類

“膳食纖維”一詞最早是在20世紀(jì)中葉由Hisley提出，指能抵抗哺乳動(dòng)物細(xì)胞分泌的內(nèi)切酶的植物成分[6]。膳食纖維（DF）指不能被人體消化酶消化，主要由可食性植物細(xì)胞壁殘余物（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素）及與之締合的相關(guān)物質(zhì)組成的化合物[7-8]。根據(jù)其水溶性，可將其分為水不溶性膳食纖維（IDF）和水溶性膳食纖維（SDF），其中IDF主要包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等；SDF主要包括抗性寡糖、果膠、改性纖維素等[9]；根據(jù)其來(lái)源，可將其分為植物類（纖維素、半纖維等）、動(dòng)物類（甲殼素等）、微生物類（漢生膠等）及合成類（羧甲基纖維素等）；根據(jù)其在植物體功能分為結(jié)構(gòu)性多糖（纖維素、半纖維素等）、結(jié)構(gòu)性非多糖（木質(zhì)素等）和非結(jié)構(gòu)性多糖（樹(shù)膠等）[10]。蓮藕含有的DF主要是纖維素、半纖維素和果膠[11-12]。

2 蓮藕膳食纖維的提取

蓮藕DF的提取方法主要包括物理法、化學(xué)法、生物法和復(fù)合法等，常用的提取法比較如表1所示。

表1 蓮藕膳食纖維提取方法比較

2.1 物理法

物理法主要是利用機(jī)械粉碎、超聲波或微波輔助提取的方法。金文筠[13]用行星式球磨機(jī)對(duì)藕節(jié)粉末進(jìn)行超微粉碎，結(jié)果發(fā)現(xiàn)研磨時(shí)間12 h、物料比8∶1 g/g、轉(zhuǎn)速300 r/min時(shí)，蓮藕DF總含量為40.5%，其中SDF為10.16%。物理法具有操作簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境無(wú)污染的特點(diǎn)，但得到的蓮藕DF純度低，設(shè)備成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)法是在將原料進(jìn)行清洗、干燥、粉碎過(guò)篩等一系列處理后，選擇相應(yīng)的化學(xué)試劑（酸堿等）去除產(chǎn)品中的淀粉、蛋白質(zhì)等成分，進(jìn)而獲得DF的方法[14]。吳疆鄂等[15]用酸堿法得到蓮藕DF得率為17.33%，含量為98.2%；嚴(yán)浪等[16]用堿法提取蓮藕渣中SDF，得率為26.97%；李慧娜[17]用水提醇沉-酸法處理蓮藕渣，得到SDF為24%；金文筠[13]用酸法處理藕節(jié)粉末，得到總DF、IDF和SDF的提取率分別為99.13%，84.63%和14.56%，其純度分別為39.74%，41.05%和32.71%。

化學(xué)法相對(duì)簡(jiǎn)單，操作方便，但大量使用酸堿等試劑會(huì)破壞產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)、對(duì)環(huán)境造成一定污染等。

2.3 生物法

生物法指用生物手段來(lái)提取DF，包括酶法、生物發(fā)酵等方法。酶法指用酶試劑去除原料中非DF成分，得到高純度的DF。生物發(fā)酵法指用微生物來(lái)消耗原料中非DF雜質(zhì)，并通過(guò)自身產(chǎn)生的酶來(lái)發(fā)酵而得到高純度的DF。白青云等[18]用α-淀粉酶和胰蛋白酶提取得到蓮藕SDF為6.05%，總DF為66.34%。吳疆鄂等[15]用發(fā)酵法將蓮藕副產(chǎn)物與適量生長(zhǎng)因子配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，經(jīng)滅菌、接種后于27 ℃靜置培養(yǎng)，在60 ℃下烘干得到DF的提取率為59.23%，含量為82.7%。

生物法安全無(wú)毒，但酶法較溫和，一般與其它方法結(jié)合使用；發(fā)酵法制備的DF得率高、易于操作，但此法生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。

2.4 復(fù)合法

物理法、化學(xué)法、生物法各有優(yōu)勢(shì)，但也都存在局限性，因此提取蓮藕DF時(shí)一般是將這些方法結(jié)合運(yùn)用。蔡寶玉等[19]以藕渣為原料，用酶-堿法制得IDF為65%；金文筠[13]用超聲輔助堿酶法處理藕節(jié)粉末，得到總DF、IDF和SDF提取率分別為55.37%，43.26%和3.18%；此外還有利用酸酶法處理藕節(jié)粉末，得到總DF、IDF和SDF的提取率分別為53.00%，38.94%和10.82%；吳疆鄂等[15]用酸堿-酶法提取蓮藕副產(chǎn)物中的DF，得率為48.28%，含量為79.6%；李慧娜等[20]用堿-酶法提取藕渣中的IDF，得率為26%；吳強(qiáng)等[21]用堿-酶法提取藕渣IDF得率為29.9%，純度為91.93%。潘虹等[22]用超聲輔助酶法提取藕渣中SDF，最高提取率為5.2%；唐小閑等[23]用超聲-微波得到藕渣中DF為36.83%。刁春仁[24]將亞臨界水萃取與鹽酸結(jié)合萃取藕渣中SDF，最高得率為40.80%。

3 蓮藕膳食纖維的主要功能特性

3.1 預(yù)防心血管疾病

高膽固醇和高血脂是引起心血管疾病的重要原因。蓮藕DF可以吸附膽固醇及甘油三酯等，還能影響脂肪消化中胰脂肪酶的作用。李慧娜[17]發(fā)現(xiàn)中高濃度的藕渣DF均可降低小白鼠總膽固醇、甘油三酯含量并增加高密度脂蛋白含量。陳歡歡[25]發(fā)現(xiàn)在一定時(shí)間范圍內(nèi)，藕節(jié)SDF對(duì)膽固醇的吸附會(huì)隨著時(shí)間的增加而增加，并發(fā)現(xiàn)SDF對(duì)膽固醇的吸附是由于膽固醇可先在SDF表面形成單分子層進(jìn)而以分子間引力形成多分子層進(jìn)行吸附，及SDF表面帶有活性基團(tuán)，可以直接螯合膽固醇分子。吳強(qiáng)等[21]測(cè)得藕渣IDF的持油性為4.73 g/g，說(shuō)明IDF具有吸附油脂，降低血液中油脂含量的作用。Chen等[26]探究藕節(jié)SDF與胰脂肪酶的相互作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SDF上的羧基可與胰脂肪酶上的色氨酸結(jié)合，從而抑制胰脂肪酶的活性來(lái)調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝。

3.2 預(yù)防腸道疾病，改善腸動(dòng)力障礙

DF具有很強(qiáng)的持水性和膨脹性，可吸收高于自身質(zhì)量好幾倍的水，還具有加快結(jié)腸傳輸?shù)壬砉δ?，?duì)促進(jìn)腸道蠕動(dòng)具有一定作用，臨床上被廣泛用于炎癥性腸病、危重癥患者腸動(dòng)力障礙的輔助治療[27]。吳強(qiáng)等[21]測(cè)得藕渣IDF的持水性和膨脹率分別為6.58 g/g和3.03 mL/g；Hussain等[28]發(fā)現(xiàn)在最佳球磨條件下，藕節(jié)DF的持水性和膨脹率可達(dá)8.23 g/g和8.04 mL/g，說(shuō)明蓮藕DF的持水性和溶脹性都很高。IDF主要是由于其持水力強(qiáng)，在腸道內(nèi)可形成大小和形狀不同的微粒直接對(duì)腸道黏膜產(chǎn)生機(jī)械刺激，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)[27,29-30]；而SDF主要是由于在結(jié)腸發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣體和短鏈脂肪酸（SCFA），氣體可刺激腸道黏膜促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，SCFA可刺激結(jié)腸分泌神經(jīng)遞質(zhì)和激素作用于腸神經(jīng)系統(tǒng)、結(jié)腸和回腸的平滑肌，從而刺激腸道的蠕動(dòng)及收縮，進(jìn)而發(fā)揮調(diào)控腸動(dòng)力的作用[31-34]。李慧娜[17]研究藕渣DF對(duì)小白鼠小腸推進(jìn)率的影響，結(jié)果表明中高濃度DF能增加小白鼠小腸推進(jìn)率，說(shuō)明DF可通過(guò)增加小腸推進(jìn)率來(lái)改善腸動(dòng)力。

3.3 改善腸道菌群

雖然DF不能被消化酶消化，但有些DF可作為腸道微生物生長(zhǎng)的底物，促進(jìn)腸道菌群的增殖，此外DF可在結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵為SCFA，而腸道菌群能利用這些SCFA[35-36]。刁春仁[24]發(fā)現(xiàn)藕渣SDF不能被胃酸和α-淀粉酶水解，穩(wěn)定性較好，能耐受消化道的消化，但能促進(jìn)小鼠腸道內(nèi)雙歧桿菌、乳桿菌有益菌的增殖，并且抑制腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌有害菌的增殖，也可調(diào)節(jié)小鼠腸道內(nèi)的SCFA（乙酸、丁酸）和乳酸含量的增加，對(duì)腸道微生物有積極的調(diào)節(jié)作用。

3.4 控制體重，預(yù)防糖尿病

人體攝入DF后，會(huì)產(chǎn)生飽腹感，也會(huì)減慢胃的消化排空速度，從而減少對(duì)其他食物的攝取，另外DF還可作用于α-淀粉酶，抑制其對(duì)淀粉的水解，降低血液中葡萄糖的含量，SDF還能在胃腸壁上形成薄膜，吸附葡萄糖，減少腸道對(duì)葡萄糖的吸收，達(dá)到控制體重，預(yù)防糖尿病的效果[37-39]。李慧娜[17]研究藕渣DF對(duì)小白鼠調(diào)節(jié)血糖功能的影響，結(jié)果表明DF可以預(yù)防糖尿病，治療由四氧嘧啶所致的糖尿病，改善由四氧嘧啶所致糖尿病小白鼠的糖耐量；金文筠[13]發(fā)現(xiàn)藕節(jié)DF能延緩小鼠增重的趨勢(shì)，降低營(yíng)養(yǎng)性肥胖小鼠肥胖度，還能降低肝臟細(xì)胞肥大概率，同時(shí)防止脂肪組織細(xì)胞體積增大。

3.5 抗氧化性

DF的單糖殘基上有游離的羥基、羧基等側(cè)鏈基團(tuán)，這些可作為供氫體與自由基反應(yīng)，將自由基淬滅，此外DF還可提高抗氧化酶活性發(fā)揮抗氧化作用[40-41]。刁春仁[24]發(fā)現(xiàn)藕渣SDF可以提高小鼠血清中抗氧化酶的活性發(fā)揮抗氧化作用，藕渣SDF濃度達(dá)到5 mg/mL時(shí)，其DPPH·和ABTS+·清除率分別為38.23%和27.93%。Li等[42]發(fā)現(xiàn)蓮藕SDF可與多酚結(jié)合，阻止多酚在胃腸道上部食物基質(zhì)中釋放，使大量酚類物質(zhì)在結(jié)腸中才釋放，從而使其更好地發(fā)揮抗氧化作用。

4 蓮藕膳食纖維在食品工業(yè)中的應(yīng)用

蓮藕DF具有很好的持水性、膨脹性、持油性、抗氧化性等，將其添加到食品中，可改善食品質(zhì)地、風(fēng)味，提高食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因此在食品工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。

4.1 在面制品中的應(yīng)用

蓮藕DF具有很好的持水性和膨脹性，易與面團(tuán)中的水發(fā)生相互作用，阻礙淀粉、蛋白質(zhì)與水之間的結(jié)合，從而影響面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善面團(tuán)的韌性和彈性[43-44]。蓮藕DF在面制品中的應(yīng)用主要包括面包、面條、餅干等。李慧娜[17]向面包中添加5%蓮藕IDF，可降低面包的老化程度，制得的面包色澤、口感等感官評(píng)價(jià)都較好。藕渣的主要成分為DF，李紅濤等[45]在面包生產(chǎn)中直接添加6%的藕渣粉，得到顏色和口感都很好的蓮藕DF法式小面包，改善面包的品質(zhì)，賦予面包蓮藕的風(fēng)味及保健功能；趙春梅等[46]將藕節(jié)SDF添加到面條中，添加量4%左右時(shí)，面條的適口性、光滑性和黏性都較好，感官評(píng)價(jià)最佳。

4.2 在肉制品中的應(yīng)用

肉制品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，是人體蛋白質(zhì)和各種礦物質(zhì)的重要來(lái)源，但其飽和脂肪酸、膽固醇含量高，過(guò)量食用會(huì)導(dǎo)致人體營(yíng)養(yǎng)不平衡甚至引發(fā)一些慢性疾病如心血管疾病等[14]。在肉制品中添加DF，不僅能降低食品中膽固醇的含量、平衡營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還能提高肉制品的持水性，使其結(jié)構(gòu)更加緊密，改善肉品的穩(wěn)定性和口感[47]。周明全等[48]直接將藕渣添加到藕腸中，研制一款色、香、味型俱佳的藕腸，此藕腸具有蓮藕特有的清香味。

4.3 在飲料加工中的應(yīng)用

在飲料中添加DF不僅能滿足人們對(duì)低糖、低脂、低熱量的追求，還能提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，改善其感官品質(zhì)，提高其保健功能。李慧娜[17]在酸奶中添加6%的蓮藕DF后，得到爽口、細(xì)膩且無(wú)異味的酸奶，感官評(píng)價(jià)較高；丁興華等[49]以藕渣為原料，進(jìn)行液體發(fā)酵釀造的食醋產(chǎn)品不僅具有蓮藕DF營(yíng)養(yǎng)功效，還具備食醋的營(yíng)養(yǎng)功效，為蓮藕DF飲品的開(kāi)發(fā)提供參考。

4.4 在其他食品中的應(yīng)用

蓮藕DF除了應(yīng)用于面制品、肉制品、飲料外，還可應(yīng)用于果凍[50]、飴糖[51]、咀嚼片[52]、冰激凌[53]等食品中。將蓮藕DF添加到食品中，不僅能滿足消費(fèi)者對(duì)低糖、低脂、低熱量的需求，還能改善產(chǎn)品風(fēng)味和品質(zhì)，使其擁有保健功能，在食品市場(chǎng)上具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

5 結(jié)語(yǔ)及展望

隨著科學(xué)的發(fā)展，DF的重要性逐漸被認(rèn)識(shí)，成為學(xué)術(shù)界受到關(guān)注的話題。蓮藕DF具有預(yù)防心血管疾病、腸道疾病，改善腸道菌群、腸動(dòng)力障礙，控制體重等生理功能，具有廣闊的應(yīng)用前景。雖有大量文獻(xiàn)報(bào)道蓮藕DF的提取、生理功能及應(yīng)用，但提取法大多是采用酸堿結(jié)合酶解的方法，對(duì)一些新的提取法如膜分離技術(shù)、高壓微射流、納米技術(shù)等的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。蓮藕DF具有很多生理功能，但缺少對(duì)其結(jié)構(gòu)與生理活性間構(gòu)效關(guān)系的研究。另外，雖然對(duì)蓮藕DF在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究較多，但市場(chǎng)上的含蓮藕DF產(chǎn)品不多，DF產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平不高，沒(méi)有形成穩(wěn)定的市場(chǎng)。因此，應(yīng)改進(jìn)提取技術(shù)，完善工藝流程，提高產(chǎn)率；深入研究蓮藕DF結(jié)構(gòu)與其生理活性間的構(gòu)象關(guān)系，為其應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)；應(yīng)積極發(fā)展DF產(chǎn)業(yè)，繼續(xù)開(kāi)發(fā)風(fēng)味、形式多樣、食用方便的蓮藕DF產(chǎn)品，滿足市場(chǎng)需求，對(duì)提高蓮藕經(jīng)濟(jì)價(jià)值、提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益、預(yù)防慢性疾病具有重要意義。