食物中的膳食纖維

食物中的膳食纖維

目錄膳食纖維的簡(jiǎn)介膳食纖維的分類膳食纖維的理化性質(zhì)不同食物中的膳食纖維膳食纖維的檢測(cè)方法膳食纖維的生理學(xué)功能加工處理對(duì)食物中膳食纖維含量的影響膳食纖維在功能性食品中的應(yīng)用膳食纖維的簡(jiǎn)介膳食纖維〔Dietaryfibre〕一詞最早由Hipsley于1953年提出，它是指植物細(xì)胞壁的不可消化組分，包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。1972～1976年，Trowell、Burkitt和Walker等建立了膳食纖維與健康效應(yīng)的假說，被稱為“膳食纖維假說〞。該假說提出“膳食纖維是指不能被人體內(nèi)源消化道酶消化吸收的所有植物細(xì)胞及相關(guān)物質(zhì)的總和，包括半纖維素，纖維素，木質(zhì)素，低聚糖，果膠，樹膠和蠟〞。美國谷物化學(xué)家協(xié)會(huì)〔AACC〕在2000年定義膳食纖維是指不能被人體消化的可食碳水化合物及其類似物，這些物質(zhì)不能被小腸消化吸收，但在大腸中可全部或局部發(fā)酵。它包括多糖、低聚糖、木質(zhì)素，或與之相締合的植物成分。食物纖維的重要性，導(dǎo)致近年來富含纖維產(chǎn)品和配料潛力大的市場(chǎng)的開展，形成一個(gè)找到新的膳食纖維來源以應(yīng)用于食品工業(yè)的趨勢(shì)。把它當(dāng)做強(qiáng)化劑用來加強(qiáng)食品種的纖維含量，這些強(qiáng)化劑主要用于餅干及其他谷物為根底的產(chǎn)品，對(duì)于快餐，飲料，調(diào)味品，仿乳酪，醬料，冷凍食品，肉類罐頭，肉類及其他類似物食物的纖維含量的增加也已有研究。Tungland和Meyer(2002)提出了幾種不同的分類系統(tǒng)以對(duì)膳食纖維進(jìn)行分類：基于它們?cè)谥参镏械淖饔茫嗵堑念愋?，胃腸道中的可溶性，消化的產(chǎn)物和生理學(xué)進(jìn)行分類。然而由于受到一些限制都不盡人意，從而不能夠?qū)ζ渫耆x。膳食纖維的分類最廣為接受的分類被就是在確定pH的緩沖液中區(qū)分其溶解度和/或代表人類消化道酶液的含水酶在體外進(jìn)行發(fā)酵的能力。因此，膳食纖維可分為兩類：水不溶性膳食纖維/微發(fā)酵纖維：纖維素，半纖維素，木質(zhì)素；水溶性/以及發(fā)酵纖維：果膠，樹膠和植物黏膠?？扇苄耘c不溶性DF兩者的作用不同，不可溶性纖維可以增加腸蠕動(dòng)、加強(qiáng)胃腸排空、減少膽固醇滯留，從而可預(yù)防結(jié)腸癌和高脂血癥；可溶性纖維可減緩消化速度和增加排泄膽固醇，所以除了讓血液中的血糖和膽固醇能夠控制在理想的水平之外，還可以幫助糖尿病患者降低胰島素和甘油三酯水平。纖維素纖維素是細(xì)胞壁的主要成分，它是由葡萄糖單位以β-1,4糖苷鍵連接而成的沒有支鏈物質(zhì)。纖維素的機(jī)械強(qiáng)度，耐生物降解，低水溶解性和在微纖維內(nèi)耐酸水解產(chǎn)生氫鍵。Aspinall(1970)的研究指出纖維素溶于強(qiáng)堿且有10-15%的纖維素為“非晶態(tài)〞，它們更容易溶解于酸。纖維素對(duì)于人體胃腸系統(tǒng)的酶在任何程度上不會(huì)消化。半纖維素半纖維素是植物細(xì)胞壁多糖溶解于堿中后去除水溶性和果膠物質(zhì)的多糖，通過β-1,4糖苷鍵連接，但其分子量小于纖維素，含有多種糖類且有分支。它們主要含有木糖和一些半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖和其他一些糖。木質(zhì)素木質(zhì)素不是一個(gè)多糖而是由四種醇單體〔對(duì)香豆醇、松柏醇、5-羥基松柏醇、芥子醇〕形成的一種復(fù)雜酚類聚合物也可簡(jiǎn)單定義為對(duì)羥基肉桂醇類的酶脫氫聚合物。木質(zhì)素有不同的分子量和甲氧基含量，由于其強(qiáng)分子結(jié)合能力〔C-C鍵〕故而木質(zhì)素比其他天然的聚合產(chǎn)物有更強(qiáng)的抗壓能力。果膠果膠物質(zhì)是以D-半乳糖醛酸為主要結(jié)構(gòu)元件的復(fù)合多糖，它們是細(xì)胞壁細(xì)胞壁的主要成分也是細(xì)胞間膠質(zhì)物質(zhì)。果膠物質(zhì)高度水溶性而且?guī)缀跄鼙唤Y(jié)腸細(xì)菌完全代謝。由于它們的凝膠特性，它們能降低胃排空的速率且影響了通過小腸的時(shí)間，這也同時(shí)解釋了它們能降低血糖的性質(zhì)。樹膠和凝膠樹膠和黏膠不是細(xì)胞壁的成分而是植物纖維的一個(gè)類型，由特異的分泌的植物細(xì)胞形成。樹膠是在植物受到創(chuàng)傷時(shí)凝膠外滲干的產(chǎn)物，其主要成分是瓜爾膠和阿拉伯膠。瓜爾膠是一種從古柯的種子中別離得到的半乳甘露聚糖，局部酶水解的產(chǎn)物可以作為可溶性的膳食纖維。阿拉伯膠是阿拉伯樹分泌的一種含有糖蛋白的阿拉伯半乳聚糖復(fù)合多糖。黏膠是植物種子的胚乳分泌的防治過度脫水的物質(zhì)。Table.1基于水溶性和發(fā)酵能力對(duì)膳食纖維的分類

特征纖維素成分描述主要食物來源水纖維素

為植物細(xì)胞壁的主要成分，植物（蔬菜、甜菜、各種糠）不溶/不溶于濃堿，可溶于濃酸

微溶

半纖維素

含有β-1,4糖苷鍵的細(xì)胞壁谷物發(fā)酵多糖，溶于稀堿

木質(zhì)素非碳水化合物細(xì)胞壁成分，木本植物復(fù)雜的交聯(lián)苯丙聚合物，抗細(xì)菌降解水溶性/果膠以D半乳糖醛酸構(gòu)成細(xì)胞壁水果、蔬菜、豆類、的主要成分，通常是溶于水甜菜、馬鈴薯完全溶解和形成凝膠發(fā)酵樹膠通過特異的分泌細(xì)胞在植物豆科植物的種子（瓜爾豆、發(fā)酵受傷部位分泌，在食品和藥刺槐豆）海藻提取物，（角叉品中使用菜膠，藻酸鹽）微生物膠（黃原

膠，凝膠糖）

植物凝膠由植物合成，預(yù)防種子胚乳的植物提取物（阿拉伯樹膠、刺梧-干燥，在食品工業(yè)中使用，桐膠、黃蓍樹膠）親水，穩(wěn)定劑膳食纖維的理化性質(zhì)膳食纖維是一種在通過胃腸道是有多種功能和作用的多糖復(fù)合物，這些功能和作用都取決于其理化性質(zhì)。膳食纖維的一些理化性質(zhì)如下：1.粒度和總體積粒度對(duì)控制消化過程如消化道的通過時(shí)間，發(fā)酵，排泄時(shí)間等起到重要作用，它取決于食物的細(xì)胞壁類型和加工的程度。膳食纖維的粒度在經(jīng)過消化道時(shí)由于咀嚼、嚼碎和在大腸中細(xì)菌降解等原因有不同大小。例：Raghavendra等人在2006年研究了嚼碎了的椰子〔coconut〕剩余物的性質(zhì)，并且觀察到其粒度大小由1127μm降低到550μm導(dǎo)致水合作用的增加。而這種水合作用可能是由于膳食纖維的粒子外表積和總孔隙容積以及結(jié)構(gòu)修飾引起的，超過550μm降低了其在經(jīng)過消化道時(shí)粒度的減小。同時(shí)脂肪的吸收能力的增加降低粒度大小。2.外表積特征多孔性和可利用的外表能夠影響膳食纖維的發(fā)酵〔結(jié)腸中的微生物降解作用〕而外表層的區(qū)域化學(xué)在一些的生理化學(xué)性質(zhì)〔吸收或結(jié)合一些小分子〕上起作用從而解釋膳食纖維的一些生理效應(yīng)。3.水合作用水合作用能夠決定膳食纖維在消化道中的局部作用〔如誘導(dǎo)發(fā)酵〕并且解釋了一些膳食纖維的生理作用〔如微發(fā)酵膳食纖維的發(fā)酵膨脹〕。膳食纖維結(jié)構(gòu)中的許多親水基團(tuán)使它可保持其自身重1.5-25倍的水分，在胃中形成高粘度的溶膠或凝膠，產(chǎn)生飽腹感，可減少進(jìn)食量而減肥。并促進(jìn)胃腸道的蠕動(dòng)，抑制營養(yǎng)物質(zhì)在腸內(nèi)的擴(kuò)散速度，食物在腸內(nèi)停留時(shí)間縮短，分解吸收減少也可減肥；同時(shí)增加了排便速度和體積，減輕直腸內(nèi)壓力，同時(shí)也減輕了秘尿系統(tǒng)內(nèi)壓力，從而通便，預(yù)防憩室及痔瘡等腸道疾病；還可緩解膀胱炎、膀胱結(jié)石和腎結(jié)石這類秘尿系統(tǒng)疾病的病癥，并能使毒物順利排出體外。

4.溶解度和粘度系數(shù)溶解度對(duì)于膳食纖維的功能具有極大的影響，已確定可溶性的黏性多糖能夠阻礙腸中營養(yǎng)素的消化和吸收。如果多糖結(jié)構(gòu)是晶體陣列的一個(gè)分子組合，那么它在固體中的穩(wěn)定性高于液態(tài)中。更多的支鏈〔像阿拉伯膠〕、離子基團(tuán)的存在〔如果膠甲氧基化〕和潛在的單元位置結(jié)合〔像β-葡聚糖類以β-1,3和β-1,4鍵混合結(jié)合〕能夠增加溶解性。單糖單元或是其他分子形式的修飾〔α-或β-形式〕能進(jìn)一步增加穩(wěn)定性〔例如，阿拉伯樹膠、阿拉伯半乳聚糖、黃原膠〕。流體的粘度可以大致描述為它的流動(dòng)阻力，一般來說由于纖維分子量或鏈的長度的增加，溶液中的纖維的粘度系數(shù)增加。然而，溶液中纖維素的濃度、溫度、pH、加工過程的剪切力和離子強(qiáng)度都取決于纖維的粘度系數(shù)。首先，長鏈聚合物，例如樹膠〔瓜爾膠，黃蓍膠〕與水結(jié)合后顯示出高的粘度系數(shù)。然而，一般來說，高度溶解的纖維大都是高度分支的或相對(duì)短的聚合物，例如阿拉伯樹膠具有低的粘度系數(shù)。例：Aportela-Palacios等于2005年研究了麥麩〔天然和烘烤過的〕和風(fēng)味〔菠蘿和鳳梨園〕對(duì)酸奶質(zhì)量的影響。他們指出隨著纖維量(1.5,3.0and4.5%byweight)的增加pH增加，凝固降低，天然的麥麩比烘烤過的稠度增加，加有鳳梨園比加有菠蘿的酸奶的粘度系數(shù)更高。5.吸收或結(jié)合離子和有機(jī)分子由于帶電的多糖〔如果膠的羧基〕和相關(guān)的物質(zhì)(如谷類纖維中的植酸鹽)曾被證明在體外能結(jié)合重金屬離子，膳食纖維一度被疑心能夠損害礦物質(zhì)的吸收。帶電的多糖對(duì)礦物質(zhì)和微量元素的吸收沒有任何影響，但是與此相關(guān)的物質(zhì)如植酸鹽對(duì)吸收有負(fù)面影響。而纖維的各種別離甚至是化學(xué)的結(jié)合膽汁酸的能力可以作為一個(gè)潛在的機(jī)制，即富含有糖醛酸類和紫錐菊多酚的膳食纖維有一個(gè)降低膽固醇的作用。環(huán)境條件〔曝光的時(shí)間，pH〕，纖維的物理和化學(xué)形態(tài)和膽汁酸的性質(zhì)都會(huì)影響到纖維的吸收能力。不同食物中的膳食纖維膳食纖維天然存在于谷物、蔬菜、水果和堅(jiān)果中，不同食物中的纖維含量和成分都不同。富含有膳食纖維的食物具有低的能量密度〔即有低脂肪含量〕，大的容積和更豐富的微量營養(yǎng)物。這種食物餓攝入花費(fèi)的時(shí)間較長，并且很快就有飽腹感產(chǎn)生，盡管這種飽腹感是比較短暫的。我們建議一個(gè)健康的成年人應(yīng)該每日攝入20-35g的膳食纖維，一些非淀粉食物提供高達(dá)20-35g/100g干重的膳食纖維，其他那些含有淀粉的食物提供約10g/100g干重的膳食纖維，水果和蔬菜纖維含量是1.5-2.5g/100g干重。各種食物源的膳食纖維含量于Table2。膳食纖維的檢測(cè)方法膳食纖維的濃度是描述飲食攝入纖維和能量值評(píng)估的一個(gè)有用的手段，這種方法延續(xù)了幾乎將近150年。膳食纖維的測(cè)定方法因其測(cè)定原理不同而差異較大。最早的粗纖維測(cè)定方法是在1806年提出的，1963～1981年．VanSoest建立酸性洗滌劑法和中性滌劑法測(cè)定纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，Southgat介紹了一種測(cè)定可溶性纖維和不溶性纖維的酶分析法，但是它使用相當(dāng)不準(zhǔn)確的量熱糖的檢測(cè)技術(shù)，不能夠完全消除食物中的淀粉。Englyst等人于1982年修改了Southgate提取法，采用氣液色譜法直接測(cè)定糖從而大大改善了這種技術(shù)的專一性。然而，這種方法不能夠測(cè)定木質(zhì)素和通過差分技術(shù)間接來測(cè)定特定成分。目前膳食纖維的測(cè)定主要采用兩種方法：酶重量法和酶化學(xué)法。酶重量法這個(gè)方法涉及到用酶去除淀粉和蛋白質(zhì)，然后用乙醇沉淀水溶性膳食纖維，別離并稱量膳食纖維的重量，然后校正殘?jiān)械牡鞍踪|(zhì)和灰分含量，即總膳食纖維=殘?jiān)?〔蛋白質(zhì)+灰分〕酶化學(xué)法這個(gè)方法涉及到用酶去除淀粉，用80%的乙醇從低分子糖類和淀粉水解產(chǎn)物中別離出水溶性膳食纖維多糖。Garcimartin等比較〔1995〕了正式的AOAC法和修正的Englyst對(duì)鹽腌的馬鈴薯片的膳食纖維的評(píng)估這兩種方法的結(jié)果。評(píng)價(jià)該AOAC方法是用酶重量法來測(cè)定總膳食纖維〔TDF〕。Englyst方法包括酶化學(xué)提取法和非淀粉多糖〔NSP〕的別離，然后用GLC法確定中性多糖。作者認(rèn)為Englyst法比較費(fèi)力，費(fèi)時(shí)且為不同類型的不需要常規(guī)分析的DF的性質(zhì)提供了信息，而AOAC法更快，更容易進(jìn)行，不會(huì)使測(cè)得的膳食纖維值偏高，除非抗性淀粉被視為它的一局部。膳食纖維的生理學(xué)功能飲食中攝入像谷物，水果和蔬菜這類富含膳食纖維的食物，對(duì)人體的健康具有積極影響。由于它能夠降低幾種類型的疾病的發(fā)病率等益處，如增加糞便的膨脹，降低腸內(nèi)的運(yùn)輸時(shí)間，降低膽固醇和血糖水平，捕獲一些對(duì)人體有害的物質(zhì)〔致突變和致癌因子〕，刺激腸道微生物的增長。膳食纖維對(duì)人體健康的一些功能和益處如Table3。加工處理對(duì)食物中的膳食纖維含量的影響纖維的理化性質(zhì)可以通過一些化學(xué)、酶、機(jī)械〔磨碎〕、熱或機(jī)械熱〔擠壓、擠壓蒸煮和控制瞬時(shí)減壓〕等的處理來改善它們的功能。例如，機(jī)械能對(duì)多糖具有極大的影響；研磨會(huì)影響纖維的水合性質(zhì)，尤其是水分吸收動(dòng)力學(xué)會(huì)增大外表積，使得纖維的水合更加迅速；熱力通常會(huì)改變水不溶性膳食纖維的溶解溶解速率；結(jié)合熱和機(jī)械能能夠改變膳食纖維的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生一些新的功能特性。簡(jiǎn)單的加工處理例如浸泡和蒸煮會(huì)改變營養(yǎng)素的成分和性能，也能改變可能具有重要生理學(xué)效應(yīng)的植物細(xì)胞壁中的一些物質(zhì)。例如對(duì)麩皮的熱處理〔煎、煮或焙〕會(huì)增加總纖維的增加，而這個(gè)增加不是因?yàn)樾吕w維的合成，而是由于熱處理過程形成一些耐熱的纖維蛋白復(fù)合物，并把它們定量為膳食纖維引起的。對(duì)食用的一些蔬菜和豆類〔小雞豌豆、蠶豆、扁豆〕的加工處理會(huì)引起一些纖維成分的降低。例如，在小扁豆的蒸煮期間會(huì)使纖維的質(zhì)量降低，其中主要是半纖維素的減少。Tatjana等研究了菜豆熱處理期間的變化，多糖的溶解度的增加會(huì)引起TDF的減少，這主要是由于水溶性DF的損失引起的。對(duì)食用的一些蔬菜和豆類〔小雞豌豆、蠶豆、扁豆〕的加工處理會(huì)引起一些纖維成分的降低。例如，在小扁豆的蒸煮期間會(huì)使纖維的質(zhì)量降低，其中主要是半纖維素的減少。Tatjana等研究了菜豆熱處理期間的變化，多糖的溶解度的增加會(huì)引起TDF的減少，這主要是由于水溶性DF的損失引起的。Varo等8個(gè)實(shí)驗(yàn)室采用不同的分析方法研究了熱處理〔包括擠壓蒸煮、煮、油煎〕對(duì)谷物和土豆的DF的影響。它指出熱處理的土豆中有更多的水溶性DF且比未處理的樣品有更少的淀粉，而擠壓蒸煮的樣品中膳食纖維和淀粉的質(zhì)量沒有變化。

Herranz等研究了五種冷凍蔬菜〔生的和煮的〕以及五種灌裝蔬菜〔其中有兩種是油煎的〕中中性洗滌纖維〔NDF〕、酸性洗滌纖維〔ADF〕、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量的變化。其中煮會(huì)引起NDF、ADF和纖維素含量的增加，半纖維素的含量輕微上升，木質(zhì)素的含量沒有任何改變。油煎會(huì)引起NDF、ADF、纖維素和木質(zhì)素的大量減少，而半纖維素只有輕微變化。ThedandPhillips〔1995〕研究了土豆在烹飪過程中DF和淀粉成分的變化，他們認(rèn)為微波加熱和熱油煎會(huì)降低體外消化淀粉的量，顯著增加抗性淀粉〔RS〕和水不溶性膳食纖維〔IDF〕的量，采用任何烹調(diào)手段都不會(huì)影響IDF的量。IDF的增加是由于土豆咋烹飪過程中一些淀粉通過支鏈淀粉酶和RS〔在IDF中的增加最多〕變的不可消化。Cammire等也研究了不同的馬鈴薯去皮方法〔機(jī)械去皮和蒸汽去皮〕和擠壓蒸煮對(duì)于馬鈴薯皮中DF成分的不同的影響。他們指出對(duì)蒸汽去皮土豆的擠壓蒸煮會(huì)增加TDF，降低淀粉含量；機(jī)械去皮的土豆中木質(zhì)素含量降低，但是對(duì)TDF沒有任何影響。在這兩種去皮的方式都會(huì)使可溶性非淀粉多糖降低。Chopra(2021)等研究了浸泡對(duì)于鷹嘴豆、豇豆、干豌豆、蕓豆和綠豆中不溶性，可溶性和TDF的影響。樣品用戶自來水以1:2的比例于室溫〔29-31℃〕浸泡12h，浸泡使得增加TDF了1.2-8.2%，其中主要是可溶性膳食纖維的增加。膳食纖維在功能性食品中的應(yīng)用食品中的DF可以改變產(chǎn)品的稠度、質(zhì)地、流變行為和感官特征，新型纖維原料的出現(xiàn)，為他們?cè)谑称饭I(yè)中的應(yīng)用提供了新的機(jī)遇。這些纖維甚至可以來于加工后的廢棄物，例如小麥秸稈，大豆殼，燕麥殼，花生，杏仁皮，玉米秸稈和棒子，啤酒發(fā)酵后的酒糟和水果與蔬菜加工處理后剩余的局部。膳食纖維對(duì)于人體健康的益處從而使得其所有的功能在功能性食品中作為一個(gè)重要的成分而存在，主要應(yīng)用在以下功能性食品中：聚葡萄糖〔polydextrose)是水溶性膳食纖維的別名，食品添加劑中可作為：增稠劑，填充劑，配方劑。是用來制造低熱量，低脂肪，低膽固醇，低鈉健康食品的重要原料。在焙烤食品中的應(yīng)用添加的食品有面包、餅干、蛋糕、桃酥等。添加量一般為面粉重量的5%-10%。用量超出10%，將減慢面團(tuán)醒發(fā)速度。添加后不影響產(chǎn)品的工藝、外觀、彈性、色澤、筋力。還可提高該類食品柔軟性、酥軟性、保水性，防止貯存期變硬。Nassar等提出在制作餅干時(shí)15%的橙皮及其果肉可作為一種成分混合參加，這是由于其是一種與生物活性化合物〔黃酮類化合物、類葫蘿卜素等〕有關(guān)的適宜的DF原料。焙烤制品中參加DF可作為脂肪的替代物而不會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量從而降低脂肪含量來改善食品的營養(yǎng)質(zhì)量。在主食食品中的應(yīng)用膳食纖維在饅頭等主食中的添加量是面粉量的6%，它可強(qiáng)化面團(tuán)筋力，無發(fā)干和粗糙的口感，顏色味道與全麥粉制作的相似，并有特殊香味。在面條中參加5%的膳食纖維〔樹膠〕可使熟后面條強(qiáng)度與韌度增強(qiáng)，耐煮、耐泡、清爽、口味正常，但顏色加深。在餡料、湯料食品中的應(yīng)用將膳食纖維與肉類混合制成餡料，不僅可增強(qiáng)面食制品的外觀質(zhì)量，還可改善對(duì)單獨(dú)進(jìn)食脂類食品所造成的消化吸收問題，食用添加了DF的餡類食品，可促進(jìn)人體的代謝和吸收。此外，在普通湯料中加人1%的DF可以起到增稠作用，即改變了湯類食品的外觀，同時(shí)也能到達(dá)補(bǔ)充DF的目的。在乳制品中的作用冰激凌和冷藏酸奶含有特殊功能的較高脂肪水平，參加像藻酸鹽、瓜爾膠和纖維素凝膠不僅能替代脂肪還能增加粘度系數(shù)，改善乳液、泡沫和凍融的穩(wěn)定性，控制溶解性質(zhì)，降低脫水收縮，促進(jìn)形