不同原料中膳食纖維提取研究進展

高小娜，趙山山

（河北工程大學生命科學與食品工程學院，河北 邯鄲 056000）

膳食纖維是一類可食用的植物性成分，不能被小腸所消化吸收，但在大腸中可以部分或全部發(fā)酵[1]。其中部分發(fā)酵類纖維包括木質素、半纖維素、纖維素、植物蠟和角質等；完全發(fā)酵類纖維包括阿拉伯膠、果膠、β-葡聚糖、海藻膠、瓜爾豆膠和菊粉等。根據溶解性的不同可分為：不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維兩大類[2]。

不溶性膳食纖維是一種不能溶于水，不能被大腸微生物所發(fā)酵的纖維，主要有殼聚糖、植物蠟、抗性淀粉等[3]。不溶性膳食纖維不能夠參與人體血液循環(huán)，但能夠縮短糞便停留在腸道的時間，刺激腸道蠕動，起到潤滑排便的作用?？扇苄陨攀忱w維是一種可溶于水，可吸水膨脹，可由微生物在大腸中發(fā)酵的一類纖維，常見于植物細胞內分泌物之中，主要有果膠、樹膠、黏膠、低聚果糖等[4]。研究表明，可溶性膳食纖維具有很強的持水力和膨脹力，能夠減少有害物質在腸道內的停留時間，減少人體對重金屬的吸收，還可預防高血壓、糖尿病、冠心病、心血管疾病等[5]多種慢性疾病的發(fā)生。

隨著人們生活水平的提高，越來越多的人注重食物的精細化，動物性食物所占比例大為增加，而膳食纖維的攝入量卻明顯降低。攝入膳食纖維量不足，將會導致多種慢性疾病的發(fā)生。因此，膳食纖維作為食物中添加的原料，需求量將會大幅度上升。我國擁有豐富的膳食纖維原料如谷物、果蔬、豆制品、海藻等，加工過程中由此產生許多廢棄物如麩皮、香蕉皮、柑橘皮、香菇柄、豆渣等，有些被做成肥料或者飼料，還有許多作為廢棄物被扔掉，農產品的附加值較低，因此從農產品加工廢棄物中提取膳食纖維具有重要意義。這里我們綜述了不同原料中膳食纖維提取的研究進展，以期為將膳食纖維應用于食品、保健品中提供有效依據。

1 膳食纖維的提取方法

目前膳食纖維可采用酶提取法、化學提取法、酶-化學結合法、膜分離法、發(fā)酵法、超聲微波提取法等進行提取。國內外常見膳食纖維提取原理、制備方法、優(yōu)缺點和提取率等，如表1 和表2 所示。

表1 不同膳食纖維提取方法的原理與優(yōu)缺點Table 1 Principles and advantages and disadvantages of different dietary fiber extraction methods

表2 不同膳食纖維提取方法的應用實例Table 2 Example of the application of different dietary fiber extraction methods

續(xù)表2 不同膳食纖維提取方法的應用實例Continue table 2 Example of the application of different dietary fiber extraction methods

2 從不同原料中提取膳食纖維

2.1 從谷物原料中提取膳食纖維

谷物原料如小麥麩皮、燕麥、玉米皮、蕎麥等膳食纖維含量極高。我國是農業(yè)生產大國，從各種不同的谷物原料中提取的膳食纖維被廣泛應用于食品中，這不但可提高原料的利用率，還可增加農產品的附加值，提高經濟效益。

2.1.1 從燕麥中提取膳食纖維

燕麥又稱油麥，是一種低糖、低脂肪、高營養(yǎng)的食品，具有預防心血管疾病、降血壓、血脂、促進消化、延緩衰老等作用[27-28]。燕麥中的膳食纖維含量為35%左右，蛋白質含量約為12.5%～19.6%，燕麥中起主要作用的是β-葡聚糖[29]，它是一種水溶性膳食纖維，燕麥中的水溶性膳食纖維含量遠高于玉米與小麥。

從燕麥中提取膳食纖維主要采用超聲法和堿法。李楠等[30]采用堿法提取裸燕麥中的β-葡聚糖，在液料比21∶1（mL/g），pH 為10.9，提取溫度85 ℃下提取1.9 h，β-葡聚糖得率為4.36%。董興葉[31]則采用超聲波法和水提法提取燕麥中的β-葡聚糖，通過對比，超聲波法提取率較高，β-葡聚糖保留率可達90.42%，通過此提取工藝，可從燕麥中獲得提取率更高的β-葡聚糖。在運用超聲法提取的過程中，要特別注意超聲時間，提取時間過長，則會破壞其結構，聚合度有所降低，導致部分膳食纖維降解，從而使提取率下降，超聲時間一般控制在35 min 左右為宜。

以燕麥麩為原料，粉碎成末，添加到面包、蛋糕、香腸、飲料中，可提升產品的營養(yǎng)價值[32]。

2.1.2 從小麥麩皮中提取膳食纖維

小麥是我國主要農作物之一，經過加工可制成面粉，并產生副產物麩皮。麩皮是小麥的外表皮，近年來小麥麩皮總處理量每年可達2 000 萬t 以上[33]，小麥麩皮中含有許多營養(yǎng)物質[34-35]，總膳食纖維含量較高，約為35%～55%。小麥麩皮中主要含有兩種活性成分，即活性多糖和酚類物質，水溶性膳食纖維中含有豐富的活性多糖，小麥麩皮中的酚類化合物主要包括木酚素、酚酸、類黃酮化合物[36]，這些物質的抗氧化性極強，對糖尿病、高血壓等多種慢性疾病具有預防作用。

小麥麩皮中的膳食纖維主要采用酶法來提取。張媛媛等[37]研究以雙酶法（0.6%的α-淀粉酶和0.3%的堿性蛋白酶）提取制備小麥麩皮膳食纖維，小麥膳食纖維提取率為71.94%。陶顏娟[38]以酶法提取小麥麩皮中的膳食纖維，先加入α-淀粉酶酶解淀粉，最終提取率高達90%，通過該提取工藝，可從小麥麩皮中獲得純度高達86%、提取率高達90%的優(yōu)良膳食纖維，所提取的膳食纖維具有體外抗氧化活性、自由基清除能力、抗亞油酸氧化能力等。采用酶法提取小麥麩皮中膳食纖維的過程中，要注意酶解溫度控制在50～55 ℃，過高的溫度可使酶失活，影響淀粉、蛋白等其他雜質的去除。小麥麩皮膳食纖維可用于制備食品麥麩香茶、麥麩膳食纖維飲料、纖維素沖劑、麥麩纖維低聚糖餅干、麥麩膨化纖維面包、麥麩纖維片等[39]，制成營養(yǎng)強化品來改善人們的飲食結構，有益于人們身體健康。毛景海等[40]研究表明，在酸奶中添加1.5%小麥麩皮膳食纖維，有益于排除腸道體內毒素，調節(jié)腸道環(huán)境，提高身體免疫力。

2.1.3 以玉米皮為原料提取膳食纖維

玉米皮主要是玉米深加工而成的副產品，占整個玉米質量的20%，主要成分為膳食纖維、蛋白質、淀粉及其他營養(yǎng)元素。玉米皮中膳食纖維含量較高，其中可溶性膳食纖維為10%～25%，不溶性膳食纖維為70%～80%，玉米皮與麥麩、米糠相比，總膳食纖維含量更為豐富，可達80%以上[41]。因此，玉米皮是膳食纖維良好的來源之一。

目前，玉米皮中提取膳食纖維的研究相對較多，大多數采用超聲法來處理。祝美云等[42]利用直接水提法和超聲萃取法提取玉米皮中的水溶性膳食纖維，結果表明，超聲萃取法的提取率高達70.18%，比直接水提法提高了13.04 個百分點，且所得的水溶性膳食纖維顆粒細膩，在外觀上要比水提法好，在此工藝提取過程中，要注意控制適宜的超聲功率，高功率產生的機械振動可能會造成膳食纖維的分解，提取率會有所降低。從玉米皮中提取的膳食纖維可以制作成各種膳食纖維產品，如玉米皮膳食纖維冰淇淋、餅干、酸奶、天然玉米纖維添加劑、玉米復合谷物纖維、玉米膳食纖維飲料等[43]，都具有玉米的獨特風味，是一種理想的膳食纖維產品。美國、日本等多個發(fā)達國家已經建立了玉米制品公司，生產的玉米皮制品膳食纖維含量高達85%，可作為食物的添加劑添加在面包、點心、糕點、餅干、飲料中，完善飲食結構[44-45]。

2.2 從食用菌及果蔬原料中提取膳食纖維

近年來，我國蔬菜和水果加工業(yè)迅速發(fā)展，總處理量為10.8 億t，在處理果蔬原料的過程中，會產生許多廢棄物，可對環(huán)境造成了嚴重的污染。為避免造成不必要的浪費，對果蔬深加工產生的副產物加以利用，從果蔬皮渣中提取多種有效成分，以此來提高果蔬的利用率。

2.2.1 以食用菌及蔬菜為原料提取膳食纖維

蔬菜中含有豐富的營養(yǎng)元素，主要有維生素和礦物質，還有少量的蛋白質和脂肪，其也是天然膳食纖維的來源之一。其中膳食纖維含量較高的蔬菜有毛豆（4.0%）、嫩蠶豆（3.1%）、香菇（3.4%）、豌豆（3.0%）、菠菜（1.7%）、莧菜（1.8%）、西蘭花（1.6%）[46]等。一些蔬菜加工廠在生產蔬菜汁、蔬菜罐頭、蔬菜粉等的過程中產生大量的皮渣廢棄物，還有在烹飪過程中香菇柄、菠菜根、蘑菇頭等多種蔬菜的根莖葉被丟棄。據研究，蔬菜皮渣中含有豐富的膳食纖維、果膠、碳水化合物等[47]多種營養(yǎng)物質，如能夠對這些殘渣加以利用，不僅能夠節(jié)約資源，還能保護環(huán)境，創(chuàng)造一定的價值。

韓超等[48]以杏鮑菇殘渣為原料，找到利用酶解法提取膳食纖維的最佳工藝條件為：反應溫度40 ℃，pH 7.0，中性蛋白酶添加量0.93%，液料比9.6∶1（mL/g），酶解時間4 h，該工藝下膳食纖維得率達32.15%，最后得出杏鮑菇殘渣的總膳食纖維含量為67.52%。胡春曉等[25]研究利用微波法提取香菇柄中的水溶性膳食纖維，通過此提取工藝，水溶性膳食纖維平均得率為10.24%，微波法提取所得的水溶性膳食纖維，有較高的持水力和膨脹力，在微波提取的過程中要注意控制適宜的微波功率和時間，避免過多的熱效應破壞膳食纖維的分子結構，降低提取率。蔬菜皮渣中含有良好的膳食纖維，能夠用于不同的食品加工業(yè)中，如可作為食品的添加劑添加到飲料、糕點類的食品中，此外還可廣泛應用于食品醫(yī)藥等行業(yè)。

2.2.2 以水果為原料提取膳食纖維

我國水果加工產品主要以水果罐頭、果酒、水果飲料、果醬等為主。每年深加工的水果廢棄物可占總產量的30%，還有日常生活中產生并被丟棄的香蕉皮、石榴皮、柑橘皮、西瓜皮、菠蘿皮等，每年大約有1.5 億t 的水果皮籽渣等廢棄物被扔掉。據研究，皮渣中的膳食纖維含量極高，還含有抗氧化物質等，充分提取利用皮渣中的多種活性成分，是非常有必要的。

麻佩佩[49]采用纖維素酶法提取蘋果渣中的可溶性膳食纖維，經過擠壓后蘋果渣中可溶性膳食纖維得率為26.79%，所提取的可溶性膳食纖維較光滑平整。段振[50]采用堿法提取石榴皮中不溶性膳食纖維，不溶性膳食纖維得率為30.42%，對提取出的石榴皮不溶性膳食纖維理化性質進行分析，其持水力為4.84 g/g，膨脹力為3.99 g/g，表明提取所得的不溶性膳食纖維活性較高。采用堿法提取膳食纖維的過程中要注意適宜的堿液濃度，堿液濃度過高，氫氧化鈉和膳食纖維發(fā)生化學反應，破壞了膳食纖維的結構，提取率也隨之發(fā)生改變。從水果皮渣中提取的膳食纖維，可以進一步得到擴展，用于不同食品體系中，在食品中用作食品添加劑，在雪糕中可用作增稠劑和乳化劑，此外，在紡織、化工、化妝品、醫(yī)療等行業(yè)也廣泛應用[51-52]。段振[50]通過堿法提取石榴皮中不溶性膳食纖維，可用于制作功能性咀嚼片，在配方中加入35%膳食纖維，此時的咀嚼片硬度適中，具有降血脂功效。

2.3 從豆類原料中提取膳食纖維

大豆的營養(yǎng)十分豐富，含有較多的脂肪和蛋白質及優(yōu)質膳食纖維。大豆膳食纖維雖然不能為人體提供營養(yǎng)，但具有重要的生理功能，可調節(jié)血糖血脂、抑制癌細胞生長、預防便秘等。目前，越來越多的研究者對大豆膳食纖維進行提取研究。美國多個公司生產和銷售多種大豆膳食纖維產品，例如美國SSI 纖維素公司生產的大豆膳食纖維代餐粉，膳食纖維含量高達97%。在日本，大豆膳食纖維在食品上應用的專利已達100 余項。如日本北海道玄米酵素公司生產的大豆膳食纖維粉，具有減肥功效，目前已得到廣大消費者的認可。

我國是世界上主要的大豆生產國，近年來總處理量為2 500～5 410 萬t，目前主要是研究從大豆皮、渣中提取膳食纖維。大豆皮是大豆脫皮制油加工過程中產生的副產品，豆渣是大豆在生產豆?jié){、豆腐、豆奶、豆腐腦過程中產生的副產物，大豆皮渣占整個大豆質量的35%以上。大豆皮中粗纖維含量可達40%，粗蛋白為13%左右。為避免浪費，可采用不同方法從大豆皮渣中提取膳食纖維。沈蒙等[53]則采用超聲-微波協(xié)同提取黑豆皮中的水溶性膳食纖維，得率可達15.72%。馮子倩等[54]應用堿性過氧化氫提取黑豆皮中的可溶性膳食纖維，經過改性后的黑豆皮可溶性膳食纖維提取率由原來的7.75%提高到16.85%，提取所得的水溶性膳食纖維經過膽酸結合后，具有潛在的降血脂功能，且在提取的過程中要注意堿性過氧化氫的反應時間，避免反應過于劇烈，影響膳食纖維的提取率。高翠銀[55]將豆渣中的膳食纖維應用在餅干制作過程中，豆渣粉添加量為34%，制備的餅干硬度適中，口感極佳。

2.4 從海藻原料中提取膳食纖維

海藻富含維持人體生命活動所必需的蛋白質、多糖、脂類、礦物質等多種營養(yǎng)物質，也是膳食纖維良好的來源。國外對海藻膳食纖維的研究主要為對海帶、紫菜、裙帶菜、羊棲菜屬（Hiziki）、石莼中膳食纖維的生理功能及其理化特性[56]。而我國對于海藻中膳食纖維的制備提取尚處于起步階段，主要研究可食用海藻居多。可食用海藻（紅藻、綠藻、褐藻、馬尾藻、麒麟菜、海帶等）含有大量的膳食纖維，在綠藻和紅藻中，水溶性膳食纖維含量為51%～57%，而在褐藻中膳食纖維含量為68%～86%；馬尾藻中蛋白質可達6%以上，而膳食纖維含量高達70%以上；海帶中脂肪蛋白含量低，而膳食纖維含量在75%以上；江蘺中膳食纖維含量高達77%以上[57]。其中大多數的膳食纖維可以通過酵解轉化為脂肪酸，有益于腸道健康。陳菲菲[58]以紅藻廢渣為主要原料，采用酶法和化學法結合制取不溶性膳食纖維，制備的不溶性膳食纖維含量高達93.61%，且其持水力為5.5 g/g，膨脹力為6.47 g/g，在提取不溶性膳食纖維過程中要注意鹽酸濃度和處理溫度的控制，避免鹽酸與膳食纖維中的纖維素和半纖維素發(fā)生水解反應，從而引起不溶性膳食纖維含量的降低。

從海藻中提取的膳食纖維可廣泛應用于食品各行各業(yè)，添加在飲料中可增加飲料的口感及穩(wěn)定性，使得飲料符合健康食品的標準；添加在乳制品中可以起到乳化增稠作用，進一步提升乳制品的營養(yǎng)價值；添加在面制品中可以提高面條的彈性、抗老化、爽滑、耐煮等特性；添加在焙烤制品中可使面團的體積增大，使面包具有一定的疏松度，改善餅干的韌性等，滿足人們對食物既營養(yǎng)又健康的需求。

3 小結與展望

我國幅員遼闊，農產品種植面積廣，擁有豐富的膳食纖維資源，但在農產品加工過程中產生的許多富含膳食纖維的副產物被丟棄，造成了一定的資源浪費，使農產品的附加值較低。研究從不同原料中提取膳食纖維的技術，不僅可以節(jié)約資源，保護環(huán)境，還可充分利用農副產品，推動產業(yè)的發(fā)展，提高產品的經濟效益。目前，國內外提取制備膳食纖維主要以化學法和酶法為主，也有采用酶-化學結合法提取膳食纖維?；瘜W法已廣泛應用于工業(yè)化生產中，唯一不足之處是在化學加工過程中試劑的殘留容易對環(huán)境造成污染。因此，采用條件溫和、環(huán)境無污染的提取方法取代化學法，對未來發(fā)展更具有研究應用前景。同時，采用發(fā)酵法、超聲及微波法從不同原料中提取膳食纖維，也是未來提取膳食纖維研究方向之一。另外，應加強對膳食纖維性能的研究。近幾年，對膳食纖維的研究僅限于其持水力、膨脹力等理化性質，還應增加其對膽固醇、重金屬離子、脂肪等的吸附性能和清除體內自由基、抗氧化、抗還原能力等性能的研究，為實現(xiàn)膳食纖維食品的開發(fā)和利用提供理論依據。