膳食纖維的疾病預防作用及其在食品工業(yè)中的應用

◎ 張卡博，劉宇博，梁惠嫻，葛燕輝

（廣東藥科大學 藥學院，廣東 廣州 510000）

對于膳食纖維的描述，最早出現(xiàn)在《黃帝內(nèi)經(jīng)·素問》[1]。1953 年，Hipsley 首次提出了膳食纖維的概念，并用其來描述木質(zhì)素、纖維素和半纖維素等不能夠消化的細胞壁，提出并解釋膳食纖維對妊娠毒血癥起到作用的假說[2]，從此掀起了人們對膳食纖維的探索熱潮。隨后，BURKITT 等[3-4]發(fā)現(xiàn)了非洲當?shù)厝藗儗Ξ敃r歐洲出現(xiàn)的現(xiàn)代文明病患病率低的現(xiàn)象，并得出這一現(xiàn)象與日常飲食中富含膳食纖維有關(guān)的結(jié)論。HIGGINSON 等[5]和BURKITT[6]首次發(fā)現(xiàn)膳食纖維與人體腸癌的聯(lián)系，進一步推動了膳食纖維的研究進程。當前研究發(fā)現(xiàn)膳食纖維中存在的特定成分能促進小鼠腸道中的益生菌種群生長，從而影響小鼠的生長和代謝[7]，對心血管疾病及其他疾病的預防作用也在不斷探索中。

《中國居民膳食指南》中建議普通成年人的日均攝入膳食纖維量為25 ～30 g[8]。然而，在2015 年的調(diào)查中顯示我國成年居民總膳食纖維攝入量平均為18.5 g·d-1[9]，這是因為隨著居民平均生活水平的提高，高熱量、高蛋白、高脂肪的食物攝入同比增大，富含膳食纖維的食物攝入同比減少，這種飲食結(jié)構(gòu)破壞了營養(yǎng)均衡，從而導致亞健康人群的數(shù)量日益增多。隨著對膳食纖維研究的深入，發(fā)現(xiàn)膳食纖維與眾多疾病的預防有關(guān)，如糖尿病、心血管疾病、肥胖、便秘、高血脂等疾病。本文圍繞膳食纖維在多種疾病中起到的預防作用進行概述，并總結(jié)了膳食纖維在食品工業(yè)中的應用。

1 膳食纖維對疾病的預防作用

1.1 預防糖尿病

糖尿病是一組在遺傳與環(huán)境因素綜合人為作用下，胰島素分泌異常引起的以慢性高血糖為特征的代謝紊亂性綜合征[10-11]，主要分為1 型和2 型，且主要以2 型糖尿病患者為主（占比超過90%）。

對于2 型糖尿病來說，持續(xù)慢性高血糖是該并發(fā)癥發(fā)病的關(guān)鍵因素[12-13]，餐后和空腹高血糖均可導致2 型糖尿病總體高血糖[14]。目前，相關(guān)學者認為糖尿病患者控制血糖的方法主要依賴于日常飲食[15]，臨床證明膳食纖維具有降血糖的功能，其作用機制包括兩部分：抑制葡萄糖吸收和抑制某些水解酶的活性[16]。孫玉東[17]在高膳食纖維治療妊娠期糖尿病的研究中發(fā)現(xiàn)，高膳食纖維不僅有助于調(diào)節(jié)患者的血糖血脂指標，還可以降低不良妊娠結(jié)局發(fā)病率。吳梅芳等[18]在研究粗膳食纖維對2 型糖尿病的影響時發(fā)現(xiàn)，粗膳食纖維可以與藥物治療聯(lián)合應用以增加療效。因此膳食纖維可以在預防和治療糖尿病中發(fā)揮重要作用，具有廣闊的應用前景。

1.2 預防心血管疾病

心血管疾病是一類致死率較高的循環(huán)系統(tǒng)疾病，其中以高血壓、冠心病及腦卒中最為多見。目前，臨床上對于導致心血管疾病的危險因子的研究主要集中于血脂異常、高血壓、糖尿病、肥胖、胰島素敏感和C-反應蛋白水平異常等[19]。在20 世紀70 年代BURKITT 等[4]的研究指出心血管疾病發(fā)病率可能與膳食纖維攝入量有關(guān)，目前研究發(fā)現(xiàn)膳食纖維預防心血管疾病的機制主要包括調(diào)血脂、降血壓、減輕胰島素抵抗等[20]，膳食纖維主要通過調(diào)節(jié)心血管危險因子達到預防心血管疾病的目的。馮焱等[21]分析了膳食纖維攝入對心血管疾病風險因素產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)心血管疾病風險因素得到了改善，說明膳食纖維的攝入對心血管疾病的治療發(fā)揮了積極作用。

高血壓是引起心血管疾病的危險因子，預防高血壓成為預防心血管疾病的重要環(huán)節(jié)。1998 年，OBATA等[22]發(fā)現(xiàn)車前子的殼（一種能改善糖尿病和脂質(zhì)狀況的纖維）能降低高鹽飲食的中高血壓大鼠的動脈血壓?！白柚垢哐獕旱娘嬍朝煼ā毖芯恐兄赋?，高纖維、低鹽和低脂肪的飲食可以降低動脈血壓[23]。20 世紀80 年代，有團隊跟蹤研究51 529 名男性進行18 年的膳食纖維攝入對血壓影響的實驗，發(fā)現(xiàn)全谷類的長期攝入能明顯降低高血壓發(fā)病率[24]。有研究表明，人群補充攝入麥麩（主要是纖維成分），高血壓的發(fā)生風險降低15%[25]，證實了膳食纖維對血壓的調(diào)節(jié)作用。祁金丹等[26]在研究中發(fā)現(xiàn)，高血壓患者的飲食結(jié)構(gòu)中膳食纖維攝入水平較低，而膳食纖維是血壓控制的保護因素。

控制血脂水平有利于避免心血管疾病的高發(fā)，但當下飲食習慣和生活方式的改變，使得高血脂人群顯著增加，且國內(nèi)高脂血癥治療率和控制率偏低[27]。膳食纖維能夠影響脂質(zhì)的代謝吸收過程，不僅可以抑制膽固醇、膽酸鈉、甘油三酯、低密度脂蛋白的吸收，還能吸附部分油脂及脂肪代謝產(chǎn)物，并通過消化系統(tǒng)排出體外，發(fā)揮預防高血脂的作用[28]。THEUWISSEN等[29]研究燕麥和大麥中的水溶性膳食纖維β-葡聚糖，發(fā)現(xiàn)該膳食纖維可以通過增加腸道內(nèi)的黏附能力來抑制膽汁酸的重吸收，促使膽汁酸分泌排出體外，使得體內(nèi)的膽固醇轉(zhuǎn)化為膽汁酸[30]。膳食纖維還可以通過影響膽固醇代謝過程的關(guān)鍵酶，如促進肝臟中膽固醇7a-羥化酶的活力和抑制羥甲基戊二酰輔酶A 等，抑制膽汁酸及膽固醇合成，加速膽固醇代謝[31]。膳食纖維與膽固醇結(jié)合，有助于減少其在小腸中游離擴散，抑制腸道對膽固醇甘油三酯的吸收，同時膳食纖維可以促進腸道在物理層面上的蠕動，提高膽固醇的清除率[32]。王樂凱等[33]用小麥麩和可溶性纖維海藻酸鈉制成膳食纖維沖劑，發(fā)現(xiàn)服用膳食纖維沖劑的高血脂大鼠血中膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇均得到明顯降低，且提前服食膳食纖維沖劑的大鼠在高脂飼料喂養(yǎng)后，能夠起到預防膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇升高的效果。

1.3 預防肥胖

目前較為公認的膳食纖維預防肥胖的機制是膳食纖維類食物能量低，飽腹感強，有助于減少對其他食物的攝入[34]。當食物沿著消化道移動時，信號被發(fā)送到大腦，并產(chǎn)生腸道激素，以多種方式參與調(diào)節(jié)，包括減緩胃排空，減少胃腸道分泌物，這些作用被認為是影響飽腹感的重要因素。不同類型的纖維在改變飽腹感方面也有差異[35]。FLOOD-OBBAGY 等[36]比較了不同形式的水果對能量攝入和用餐時的飽腹感的影響，結(jié)果表明吃一個蘋果的飽腹感最好，可以減少15%的能量攝入，其次是蘋果醬、蘋果汁，最后是對照食物。蘋果的形態(tài)改變導致飽腹感存在差異，這種差異的出現(xiàn)可能與膳食纖維的含量變化有關(guān)。

有研究人員提出纖維素對肥胖影響的另一種機制，認為肥胖和腸道微生物生態(tài)學之間有動態(tài)聯(lián)系，膳食纖維在腸道中發(fā)酵，導致腸道pH 值降低，微生物群發(fā)生變化，短鏈脂肪酸和其他代謝物就會發(fā)生變化[37]。楊海燕等[38]在對膳食纖維的研究中發(fā)現(xiàn)膳食纖維也可以在腸道中發(fā)揮改善炎癥反應，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和腸道激素的作用，從而改善肥胖。王賽男等[39]在研究大豆不溶性膳食纖維對高脂飲食誘導的肥胖小鼠的作用時發(fā)現(xiàn)，喂食大豆不溶性膳食纖維的小鼠體重變化明顯減慢，血清和肝臟中總膽固醇水平明顯降低，說明大豆不溶性膳食纖維對誘導小鼠肥胖具有預防作用。

1.4 預防腸道疾病

腸道是人體重要的消化器官，腸道發(fā)生疾病與飲食有著密切的聯(lián)系。目前的研究表明日常合理攝入膳食纖維有利于調(diào)節(jié)腸道菌群，改善便秘，維持腸道屏障免疫，促進腸道健康[40]。一項Meta 分析顯示，147 例慢性特發(fā)性便秘患者中有113 例（77%）在纖維素治療下效果顯著，表明了纖維素具有促進排便和改善便秘的功能[41]。膳食纖維被認為可以有效改善腸道便秘疾病的同時，有人認為運動水平可能會影響膳食纖維改善便秘的作用，并引起了人們的關(guān)注。DUKAS等[42]發(fā)現(xiàn)增加膳食纖維攝入量并進行適度體力活動的婦女不太可能出現(xiàn)便秘。CLARKE 等[43]比較了40 名職業(yè)橄欖球運動員和46 名男性對照組的糞便微生物組和代謝組，發(fā)現(xiàn)運動員的腸道微生物組比對照組更加多樣化。

腸道功能運作離不開腸道菌群的作用，人與大多數(shù)腸道菌群之間的關(guān)系已經(jīng)演變?yōu)榛ダ蚬采P(guān)系[44-45]。膳食纖維主要通過兩條途徑影響機體健康。①膳食纖維發(fā)酵產(chǎn)物直接參與機體生理代謝調(diào)節(jié)。②膳食纖維通過改變腸道菌群結(jié)構(gòu)，進一步影響腸道菌群代謝產(chǎn)物組成[46]。有學者提出人類的胃腸道和草食動物的胃腸道消化功能的相似性較大，植物纖維能夠被強力發(fā)酵，產(chǎn)生并吸收利用乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸（影響菌群生長的信號分子）[47-48]。ARORA 等[49]研究發(fā)現(xiàn)，用10%的可發(fā)酵亞麻籽纖維替換高脂肪飲食，可以顯著增加小鼠腸道內(nèi)丁酸鹽的產(chǎn)生、能量消耗以及雙歧桿菌和阿克曼氏菌的菌落數(shù)量水平。SIMPSON等[50]提出每天食用富含纖維的水果和蔬菜可以增加腸道內(nèi)菌群物種的多樣性。

在胃腸道中發(fā)生的惡性癌癥中，最常見的是結(jié)腸癌。結(jié)腸癌的形成與多種因素有關(guān)，各種遺傳和環(huán)境因素會影響疾病的發(fā)展[51]。其中環(huán)境誘因主要與高脂和低纖維素飲食有密切聯(lián)系[52]。研究發(fā)現(xiàn)短鏈脂肪酸在結(jié)腸癌中發(fā)揮著明顯的抗癌效果。短鏈脂肪酸是由腸道菌群通過酵解膳食纖維產(chǎn)生[53]，有助于降低結(jié)腸的pH 值，防止膽汁酸代謝物轉(zhuǎn)化為更多的毒性形式，而且膳食纖維分解產(chǎn)生的短鏈脂肪酸（如丁酸）可以通過抑制癌細胞增殖和誘導癌細胞凋亡起到抗癌作用[54]。BISHEHSARI 等[55]研究發(fā)現(xiàn)，患有結(jié)腸息肉的小鼠腸道內(nèi)產(chǎn)生短鏈脂肪酸的細菌少，表明有結(jié)腸息肉時膳食纖維的發(fā)酵產(chǎn)物減少。給結(jié)腸息肉小鼠提供高膳食纖維飲食后，小鼠腸道內(nèi)的短鏈脂肪酸含量提高，結(jié)腸息肉的產(chǎn)生可能與短鏈脂肪酸存在一定的聯(lián)系。對616 名接受結(jié)腸鏡檢查的參與者的糞便樣本進行研究[56]，在多發(fā)性結(jié)直腸腺瘤和黏膜內(nèi)癌的病例中微生物群的轉(zhuǎn)變較為明顯，一些腸道菌群（如核酸桿菌）在癌變的早期到晚期表現(xiàn)出逐漸增多的現(xiàn)象。膳食纖維對結(jié)腸癌的作用效果并非治療性作用，而是通過改善日常飲食平衡、構(gòu)建合理的飲食結(jié)構(gòu)，在生活層面預防或減少結(jié)腸癌癥疾病的發(fā)生。

2 膳食纖維在食品工業(yè)中的應用

2000年，美國谷物化學家協(xié)會（American Association of Cereal Chemists，AACC）[57]對膳食纖維給出新的定義，即植物可食用部分或類似的碳水化合物部分，包含多糖、低聚糖、木質(zhì)素等相關(guān)物質(zhì)，這類物質(zhì)在人類小腸中很難被消化和吸收，在大腸中才能進行部分或完全發(fā)酵。早期對膳食纖維的定義可以體現(xiàn)該物質(zhì)的天然性、可食用性。食品纖維的重要性促進了富含纖維的產(chǎn)品和配料的巨大發(fā)展?jié)摿褪袌隹臻g。近年來，對膳食纖維的應用主要集中在食品添加中，如將膳食纖維用于面包、飲料、飲品和肉制品中[58]。

2.1 面制品中的應用

現(xiàn)如今，富含膳食纖維的面制品已經(jīng)進入消費市場，被消費者所接受。與非改良食品相比，膳食產(chǎn)品更能引起消費者的關(guān)注，如全麥面包、蕎麥面、魔芋粉等。早期TUDORICǎ 等[59]觀察到，添加可溶性和不可溶性膳食纖維成分會影響生面條和熟面條的總體品質(zhì)，如添加可溶性膳食纖維后，葡萄糖的分解會明顯減少。對于面食來說，某些燕麥、大麥、大豆、米糠等纖維的防粘連特性有助于提高面團的可塑性，延長熟面制品的食用保質(zhì)期。MUDGIL 等[60]在面粉中添加少量可溶性纖維，發(fā)現(xiàn)膳食纖維對面條的韌度、黏附性和內(nèi)聚力有明顯的提升效果。在米面制品中添加膳食纖維能夠有效改善產(chǎn)品的韌性和彈性，以延緩產(chǎn)品熱量損失，增強食品抗氧化能力、發(fā)酵能力和保濕性，防止其在儲存期內(nèi)變質(zhì)。陶春生等[61]研究了麥麩膳食纖維對面條品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)在面條中加入膳食纖維不利于面條的外觀，但能改善面條的口感，且膳食纖維含量為6%時，面條的品質(zhì)最好。

2.2 肉制品中的應用

肉類作為飲食結(jié)構(gòu)中的重要部分，不僅可以提供豐富的蛋白質(zhì)，還能為機體補充必需的脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)和微量營養(yǎng)素。大多數(shù)肉類并不會直接含有豐富的膳食纖維成分，在肉制品的開發(fā)研究過程中，提高與拓展膳食纖維在肉制品中的應用已是一個重要的研究方向。王健等[62]利用柑橘纖維替代脂肪生產(chǎn)低脂香腸，在降低脂肪含量的同時不影響香腸的品質(zhì)，同時具有預防肥胖、高血糖和心血管疾病等功能。劉云等[63]將燕麥膳食纖維應用于肉脯配方中，能降低肉脯的脂質(zhì)含量，但不會降低產(chǎn)品的口感，實現(xiàn)了營養(yǎng)互補。韓芳蕊等[64]將甘薯膳食纖維添加到豬肉中，改變了豬肉的肌原纖維蛋白水分布，提高了保水性。膳食纖維應用在肉制品加工中的研究已經(jīng)越來越普遍，在肉制品中添加膳食纖維可以改善肉制品的特性、提高肉制品的產(chǎn)量和延長保質(zhì)期[65]。吳丹璇[66]在牛肉丸中加入燕麥膳食纖維，并采用超聲波處理，發(fā)現(xiàn)燕麥膳食纖維的含量為3%時口感較好，彈性和咀嚼性更佳。膳食纖維及其衍生物作為一種來源廣泛、成本低廉、性能優(yōu)良的原料，將其應用于食品行業(yè)，將會進一步提升肉制品的品質(zhì)。

2.3 飲料乳制品中的應用

膳食纖維可以作為活性菌的營養(yǎng)源頭，通過在乳制品中添加適量膳食纖維，能延長活性菌的活性，并使乳制品的味道更加突出。在酸奶中添加不等劑量的膳食纖維能明顯影響酸奶的質(zhì)地、濃度、流動特性，從而影響消費者的接受程度[67]。林雪嬌等[68]用豆渣改良乳制飲料加工工藝，得到體系均勻、滋味純正，具有一定保健功能的膳食纖維發(fā)酵豆渣乳制品飲料，相比改良前具有更良好的風味和穩(wěn)定性。高天宇[69]用食用型真菌發(fā)酵方法改善大豆膳食纖維風味，將改良后的豆渣加入風味發(fā)酵酸乳體系進行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)添加量為0.4%時，豆腥味減輕且口感更佳。郭曉菲[70]在制備凝固型酸奶時加入了筍頭粗膳食纖維，結(jié)果發(fā)現(xiàn)適量加入筍頭膳食纖維可以提高凝固型酸奶的發(fā)酵速率，使乳酸菌保持較高的活力，從而延長了酸奶的貨架期。膳食纖維作為一種輔料添加到食品中，能夠提高食品的質(zhì)量，但仍需要更多的臨床研究來確定其益處和適當?shù)膭┝俊?/p>

3 結(jié)語

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，膳食纖維資源豐富，不僅可以直接開發(fā)利用農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，還可以利用許多蔬菜、瓜果和植物加工過后的廢棄物，如甘蔗楂、米糠、小麥麩皮、果渣皮等，并將其用于膳食纖維產(chǎn)品開發(fā)中，減少資源的浪費和環(huán)境污染，為社會提供有利的價值。目前已有許多研究人員以米糠、麥麩、黑麥、燕麥、豆渣等為原料，經(jīng)過加工提純后開發(fā)出直接以膳食纖維為主體的纖維制品，或?qū)⑵溆米魇称份o料添加到面食等發(fā)酵食品、肉制品等當中。通過改良配方，提高產(chǎn)品的品質(zhì)，增加保質(zhì)期[71]。結(jié)合我國豐富的膳食纖維資源與巨大的消費需求，膳食纖維表現(xiàn)出廣闊的應用前景。

目前膳食纖維主要作為膳食補充劑來改善人群膳食結(jié)構(gòu)，有著控制體重、調(diào)節(jié)代謝和預防糖尿病、心血管疾病以及腸道疾病等作用。此外，近年來膳食纖維食品的應用開發(fā)發(fā)展迅速，在面制品、乳制品以及肉制品等中應用廣泛，但我國人均膳食纖維攝入量遠未達到中國營養(yǎng)學會推薦的每天攝入25 g 的要求，表明新型產(chǎn)品開發(fā)具有較大的發(fā)展?jié)摿Α１疚闹孛枋隽松攀忱w維在生理代謝過程中對疾病的預防調(diào)節(jié)作用以及在食品加工中的開發(fā)利用，希望其能夠得到進一步的開發(fā)利用。