浅谈膳食纤维
陈浩莹 14食品科学与工程2班 201430380087 21世纪前，膳食纤维被认为是没有营养价值的粗纤维。随着人们生活水平的提高，对食品的要求越来越精细，膳食纤维的摄入越来越少，人体膳食营养的平衡被破坏，导致脂肪肝、高血脂、肥胖症、胆结石、癌症、糖尿病等疾病的发生，严重威胁着现代人的身体健康。膳食纤维被称为继淀粉、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质和水之后的第七营养元素。
近年来，膳食纤维作为一种功能性食材，越来越受到人们的信赖和青睐，尽管膳食纤维无法在肠内被消化，但其对肠道消化作用十分巨大，膳食纤维甚至可以作为新一类保健食品被使用。
一、对膳食纤维的定义
膳食纤维作为第七大营养素，在国际上有着不同的定义。2007年 7 月，欧洲食品安全局提出：膳食纤维广义上包括所有非消性碳水化合物，如非淀粉多糖（NSP）、抗性淀粉、抗性低聚糖（有 3 个或以上单体链节和多糖）及其它与膳食纤维多糖，尤其是木质素相关的非消化性微量组分。而在2006—2007 年间，FAO/WHO 出，膳食纤维在狭义上仅限于内源植物细胞壁多糖类（即 NSP），如纤维素、半纤维素、果胶、水状胶、植物黏液、β-葡聚糖等。根据2009年6 月国际食品法典委员会的定义，膳食纤维是指具有10个或以上单体链节的碳水化合物（是否包括3至9个单体链节的碳水化合物由国家管理当局决定），不能够被人体小肠内生酶水解，且属
于以下范畴：天然存在于消费食物中的可食用的碳水化合物，由食物原料经物理、酶或化学法获得的碳水化合物，对健康表现出有益的生理作用的人造碳水化合物的聚合物。欧盟对膳食纤维的定义“纤维”是指具有 3个或以上单体链节的碳水化合物的聚合物，在人体小肠中既不被消化也不被吸收，且包含的范畴同国际食品法典委员会。国际食品规范委员会对膳食纤维的定义膳食纤维是指聚合度≥10 的碳水化合物多聚体，并且不在小肠内消化和吸收的可食用的食物组分。中国营养学会对膳食纤维的定义膳食纤维一般是指不易被消化酶消化的多糖类食物成分，主要来自于植物的细胞壁，包含纤维素、半纤维素、树脂、果胶及木质素等。
二、膳食纤维的分类
根据不同的溶解性、来源、在大肠内发酵程度和植物体内的功能可以将膳食纤维分类，但膳食纤维主要分为水溶性膳食纤维（SDF）以及水不溶性纤维（IDF）。
水溶性膳食纤维（SDF）主要功能是可减少血液中的胆固醇水平，调节血糖水平，从而降低心脏病的危险，改善糖尿病，其来主
要是水果、蔬菜、大豆和燕麦。
非水溶性纤维（IDF）是指不能溶于水的膳食纤维。水不溶性膳食纤维主要功能是膨胀，可以调节肠的功能，防止便秘，保持大肠健康，非水溶性纤维可降低患肠癌的风险，同时能够吸收食物中的有毒物质，预防便秘并弱化消化道中细菌排出的毒素，主要包括纤维素、半纤维素和木质素等。
三、膳食纤维的理化特性
膳食纤维的理化特性主要包括水溶性、持水力、膨胀力、流变学特性、吸附作用、离子交换能力、凝胶和粒子分布等。
1. 持水力和膨胀力
膳食纤维结构中含有大量的亲水基团, 因此具有较强的持水力
2.离子交换能力和吸附作用
膳食纤维结构中,含有一些重要的侧链基团,主要包括羧基和羟基,呈现一个弱酸性阳离子交换树脂的作用,在阳离子交换中扮演重要的角色, 可与阳离子进行可逆交换。
3.发酵作用
膳食纤维虽然不能被哺乳动物小肠中的酶所降解，但在大肠中由于细菌的作用会有不同程度的发酵，其中果胶和树胶可以被细菌完全降解，而纤维素和半纤维素只有部分被降解。
4.溶解性和黏性
膳食纤维的溶解性与其结构有关，膳食纤维的结构不规则时溶解性大，若膳食纤维的结构中含有带电基团，则溶解性增大。溶解性还
受温度和离子强度的影响。果胶、瓜尔胶、琼脂等水溶性膳食纤维具有良好的黏性，能形成高黏度的溶液。
四、膳食纤维的功能
1、刺激肠道蠕动，改善大肠功能
水溶性膳食纤维选择性地刺激益生菌的生长和活力，从而使益生菌增殖。大量研究表明，凡能提高粪便持水能力的物质( 如各种水溶性膳食纤维) 或促进肠道蠕动的物质(如各种水不溶性膳食纤维) 均能起到润肠通便的作用。膳食纤维具有改善便秘的作用。
具体机制如下:水溶性膳食纤维通便作用机制，水溶性膳食纤维在肠道内呈溶液状态，有较好的持水力，且易被肠道细菌酵解，产生丁酸、丙酸、乙酸等短链脂肪酸(SCFA)，这些短链脂肪酸能降解肠道内环境的pH，刺激肠黏膜; 水溶性膳食纤维被肠道菌群发酵后产生的终产物二氧化碳、氢气、甲烷等气体，亦能刺激肠黏膜，促进肠蠕动，从而加快粪便的排出速度。
在课堂上老师为我们介绍的“随便果”，正是利用膳食纤维发酵刺激肠内蠕动，从而达到很好的通便效果，而这种成本比较便宜的原料在经过膳食纤维功能处理之后也能变得利润丰厚。
2、预防消化道肿瘤
研究表明，膳食纤维对肠道菌群的数量和种类具有一定的调节作用，由于膳食纤维具有吸附性、持水力、离子交换作用以及凝胶的形成等物理化学性质而影响了肠道对它的消化吸收。（1）肠道内的细菌产生的消化酶将膳食纤维分解可产生少量的泛酸，对肠道的
消化和吸收具有调节作用。（2）膳食纤维促进肠道蠕动，可缩短粪便在结肠内的停留时间，同时也增加粪便的排泄量，有利于促进有毒物质的迅速大量地排出。（3）Hansen 等研究发现膳食纤维的摄入，尤其是谷物纤维可预防结肠癌。Li等的实验表明，增加水溶性膳食纤维摄入量，能显著降低未绝经妇女患乳腺癌的风险。
3.降低心脑血管疾病
高血脂和高胆固醇是引起心血管疾病的重要原因。不同种类不同来源的膳食纤维降低血脂和胆固醇机理不尽相同，到目前为止，大体分为以下几个途径：（1）膳食纤维具有吸附胆酸盐能力，并可促进其排出；（2）膳食纤维在盲肠发酵产生短链脂肪酸，抑制胆固醇合成；（3）膳食纤维改变酶活性，影响脂代谢等。因此，膳食纤维对预防冠状动脉硬化、高血脂等一系列心血管疾病有重要作用。
4.调节血糖水平，预防糖尿病
膳食纤维摄入量与糖尿病发病率呈负相关，摄入膳食纤维含量越高，患糖尿病几率越低。目前提出可能的降糖机理主要有以下几点：（1）减慢胃排空速度，延缓食糜进入十二指肠的过程从而延长糖类物质的消化吸收时间；（2）与食糜形成胶团，抑制或包裹消化酶（如α-淀粉酶），使该种酶表观活性降低，从而降低碳水化合物的水解速度；（3）通过摄入膳食纤维，可提高小肠内容物黏度，从而阻碍葡萄糖的扩散；（4）可与葡萄糖结合，降低小肠内游离葡萄糖浓度；（5）当人体摄入膳食纤维后，可提高肝脏中与糖分解代谢有关的酶活性，使肝细胞上胰岛素受体数目增多，进一步增加与胰
岛素的结合能力等。
5.预防肥胖，控制体重
膳食纤维可增加饱腹感，减少食物的摄入量，从而控制体重，利于减肥。具体来说，膳食纤维体积较大，吸水后膨胀，在胃肠道内会发挥填充剂的容积作用，易引起饱腹感。同时，膳食纤维本身不能被人体所利用，从而避免了摄入过多的热量导致脂肪积累，而且膳食纤维还会影响可利用碳水化合物等成分在肠道内的消化吸收，不易产生饥饿感，有利于对肥胖症的预防。
6. 阻碍重金属吸收
膳食纤维具有阳离子交换作用, 能够减少或延缓重金属离子的吸收。有研究表明膳食纤维排重金属离子的机制为螯合、络合或吸附作用。由于膳食纤维上还有丰富的游离的-OH和-COOH基团可以与重金属络合, 在体内形成难以吸收的凝胶, 有效地阻止重金属在胃肠的吸收。
五、膳食纤维的提取方法
目前国内外提取膳食纤维的方法主要有化学提取法、酶提取法、化学—酶结合提取法、膜分离法和发酵法。
1.化学提取法
化学分离方法是指将粗产品或原料干燥、磨碎后采用化学试剂提取而制备各种膳食纤维的方法，主要有直接水提法、酸法、碱法和絮凝剂法等
2.酶提取法
酶法是用多种酶逐一除去原料中除膳食纤维外的其它组分，主要是蛋白质、脂肪、还原糖、淀粉等物质，最后获得膳食纤维的方法。所用的酶包括淀粉酶、蛋白酶、半纤维素酶、阿拉伯聚糖酶等。
3.化学—酶结合提取法
在使用化学试剂处理的同时，用各种酶如α—淀粉酶、蛋白酶、糖化酶和纤维素酶等去降解膳食纤维中含有的杂质，如脂肪、蛋白质等，再用有机溶剂处理，用清水漂洗过滤、甩干后便获得纯度较高的膳食纤维。
4.膜分离法
膜分离法是利用膜分离技术，将分子量大小不同的膳食纤维分离提取，是制备可溶性膳食纤维的最有前途的方法。
5.发酵法
发酵法提取是采用如保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌对原料进行发酵，然后水洗至中性，干燥即可得到膳食纤维。
六、膳食纤维的分析方法
现代的膳食纤维检测方法主要包括非酶重量法、酶重量法、酶化学法以及其它补充方法。
1.非酶重量法
粗纤维测定法是Einhof在1801年至1809年建立的。该方法的原理是：在硫酸作用下，样品中的糖、淀粉、果胶质和半纤维素经水解去除后，用碱处理，去除蛋白质及脂肪酸，遗留的残渣即粗纤
维。
2.酶重量法
该方法的分析原理是模拟膳食纤维在人消化道里的天然化学反应并进行检测。试样分别用α-淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖苷酶进行酶解消化，未被酶解的物质即膳食纤维。
3.酶化学法一
酶化学法最早由Southgate在1969年提出，主要有酶显色法、酶气相色谱法、酶高效液相色谱法。
4.酶化学法二
首先用二甲基二硫亚砜溶解样品，经胰酶和支链淀粉酶水解后除去淀粉，在酶消化液中加入乙醇，形成不溶性沉淀，用硫酸水解，生成的糖用比色法（测定酸性糖和中性糖）和GLC法（只测定中性糖）测定，最后定量 NSP。
5.其他方法
除以上主要方法，还可利用近红外反射光谱法快速测定谷物及其制品中的总膳食纤维含量，若改用‘sugar-expanded’模式后，可对高糖甚至是含有糖结晶的样品中总膳食纤维进行快速分析。
七、膳食纤维摄入量的问题
德国营养协会建议每人每天应摄取至少 30 g 膳食纤维，其中不溶性纤维 23 g，可溶性纤维 7 g。美国 FDA 推荐的总膳食纤维的摄入量为每日 20～35 g/d。我国营养学会 2000 年提出，成年人膳食纤维适宜摄入量为 30.2 g/d。
但摄人膳食纤维的量过大，会刺激肠粘膜，发酵产生气体也会增大肠压，再加上膳食纤维本身的吸水膨胀性，会导致腹胀等不良反应。研究表明纤维在肠道内会螯合钙和其他矿物质，有可能造成矿物质流失。
八、膳食纤维在食品加工中的应用
国外已研究的膳食纤维主要有 6 大类：谷物、豆类、果蔬、微生物多糖及其它天然纤维和合成、半合成纤维，计 30 多个品种，其中实际应用于生产已有 10 余种。我国对膳食纤维在食品中的应用也有广泛的研究。
1.应用于主食方面
膳食纤维在主食方面的应用，主要表现为在米饭、面条和馒头中的添加。在米饭中添加膳食纤维，可增加米饭蓬松清香的口感；在面条中添加时，则可改变面条的韧性。在馒头中添加膳食纤维时，一般添加量为面粉的 6%较适宜。
2.应用于焙烤食品
膳食纤维在焙烤食品中的应用最为广泛，主要产品有高膳食纤维面包、蛋糕、饼干、桃酥等。膳食纤维的加入可以改善持水力，吸附大量水分，利于产品凝固和保鲜，同时降低了成本。
3.在饮料和乳制品中的应用
膳食纤维添加到饮料和乳制品中使其营养成分更为丰富。我国已经有生产液态膳食纤维牛奶及其相关液态产品的专利，并指出膳食纤维在液态牛奶中的添加量为 7.2～22.4 kg/t。
4.在肉制品中的应用
Galanakis等研究发现从橄榄油废液中提取的水溶性膳食纤维，可作为辅料添加到低脂肉丸中，作为肉丸的脂肪替代品。
5.其他方面的应用
膳食纤维还可以添加到膨化产品、糖果、冰淇淋及调味品等。在肉制品中添加膳食纤维，添加到膨化食品中可以改变食品风味，同时增加保健功能。王大为等将玉米膳食纤维添加到冰淇淋中，发现冰淇淋口感滑润细腻，膨胀率为 98%，抗融性最好。
九、未来展望
目前膳食纤维研究的发展趋势主要有以下几个方面：①膳食纤维资源的开发；②膳食纤维组分的化学结构与抗癌能力关系的研究；③膳食纤维的制备工艺研究；④膳食纤维的工业化生产的研究。膳食纤维是人体健康必不可少的重要营养素，其资源丰富，价格低廉，因此有着广泛的应用前景，国外膳食纤维食品的开发应用已经较为普遍，而我国对于膳食纤维的研究与开发与国外还是有一定的差距。因此在我国还有待统一规划，有计划地协调全国力量，确定重点开发资源，协作攻关，早日在我国形成膳食纤维多品种生产的龙头产业，以满足广大食品市场的需要，优化和改善我国人民膳食结构。
[参考文献]
[1] 扈晓杰, 韩冬, 李铎. 膳食纤维的定义、分析方法和摄入现状[J]. 中国食品学报, 2011, 11(3):133-137.
[2] 李建文, 李月欣. 膳食纤维定义及分析方法研究进展[C]// 营养健康新观察（第二十七期）：能量和碳水化合物专题. 2006:350-355.
[3] 刘成梅, 李资玲, 梁瑞红,等. 膳食纤维的生理功能与应用现状[J]. 食品研究与开发, 2006, 27(1):122-125.
[4] 刘楠, 孙永, 李月欣,等. 膳食纤维的理化性质、生理功能及其应用[J]. 食品安全质量检测学报, 2015, (10).
[5] 符琼, 林亲录, 鲁娜,等. 膳食纤维提取的研究进展[J]. 中国食物与营养, 2010, 第3期(03):32-35.
[6] 李建文, 杨月欣. 膳食纤维定义及分析方法研究进展[J]. 食品科学, 2007,
28(02):350-355.
[7] 黄良哲, 林欢, 王海滨,等. 不同溶解性膳食纤维的功能特性差异浅析及其在肉制品中应用[J]. 食品安全质量检测学报, 2014, 09期(09).
[8] 符琼, 林亲录, 鲁娜,等. 膳食纤维提取的研究进展[J]. 中国食物与营养, 2010, 第3期(03):32-35.
[9] 丛丽敏, 董为为, 梅璐,等. 益生菌联合膳食纤维改善便秘[J]. 中国微生态学杂志, 2015, 27(07).
[10] 杜亚军. 水溶性膳食纤维促进肠道益生菌生长的研究[J]. 中国乳品工业, 2015, 43(07):26-29.
[11] 黄良哲, 林欢, 王海滨,等. 不同溶解性膳食纤维的功能特性差异浅析及其在肉制品中应用[J]. 食品安全质量检测学报, 2014, 09期(09).
[12] 刘楠, 孙永, 李月欣,等. 膳食纤维的理化性质、生理功能及其应用[J]. 食品安全质量检测学报, 2015, (10).
[13] 杨振东. 膳食纤维的功能与制备研究[J]. 江苏调味副食品, 2014, 04期(04).
[14] 刘成梅, 李资玲, 梁瑞红,等. 膳食纤维的生理功能与应用现状[J]. 食品研究与开发, 2006, 27(1):122-125.
[15] NIU Guang-cai，ZHU Dan，XIAO Dun，et al．The animal experi-mental studyof runchang purge role on Chinese pear-leaved crab-apple slag dietary fiber［J］．Food Sci，2011，32( 13) : 293-296．( in Chinese)牛广财，朱丹，肖盾，等．沙果渣膳食纤维润肠通便作用的动物实验研究［J］．食品科学，2011，32(13) : 293-296．
[16] GU Qing，ZHENG Wen-long，YANG Yi，et al．Study of effects of di-etary fiber to improve the elderly constipation［J］．Chronic Dis Prevent＆Control in China，2005，13(3) : 108-110．(in Chinese)顾清，郑文龙，杨溢，等．膳食纤维改善老年便秘作用的研究［J］．中国慢性病预防与控制，2005，13(3) : 108-110．
[17] JIANG Guo-hong，YANG Yi，LI Jing，et al．Study of effects of dietary fiber intervention to improve constipation［J］．Chin J Epide-miol，2005，25(12) : 1073-1073．(in Chinese)江国虹，杨溢，李静，等．膳食纤维干预改善便秘作用的研究［J］．中华流行病学杂志，2005，25(12) : 1073-1073．
[18]邢树文,焦德志.膳食纤维与肠道细菌对人体的影响［J］.高师理科学
刊.2003,23(2):60- 63.
[19]Hansen L，Skeie G，Landberg R，et al. Intake of di-etary fiber，
especially from cereal foods, is associated with lower incidence of colon cancer in the HELGA cohort［J］. International Journal of Cancer，2012，131（2）：469-478.
[19]Li Q，Holford T R，Zhang Y，et al. Dietary fiber intake and risk of breast cancer by menopausal and estrogen receptor status［J］. European Journal of Nutri-tion，2013，52（1）：217-223.
[20]吴洪斌，王永刚，郑刚，等.膳食纤维生理功能研究进展［J］.中国酿造，2012，31（3）：13-16.
[21]扈晓杰.岩藻黄素和豆渣膳食纤维对肥胖的预防作用及其机理研究［D］.杭州:浙江大学，2013.
[22]Arrigoni E, Caprez A, Amadò R, et al. Chemical composition and physical properties of modified dietary fibre sources [J]. Food Hydrocolloid,1986,1(1): 5764.
[23]Elleuch M，Bedigian D，Roiseux O，et al. Dietary fibre and fibre -rich by -products of food processing:characterisation, technological functionality and com-mercial applications: A review［J］. Food Chemistry，2011，124（2）：411-421.
[24]金英姿.膳食纤维的功能及其在食品中的应用研究［J］.新疆石油教育学院学报.2004,7(6):16- 17.
[25]Galanakis C M，Tornberg E，Gekas V. Dietary fiber suspensions from olive mill wastewater as potential fat replacements in meatballs ［J］. LWT -Food Science and Technology，2010，43（7）：1018-1025.
[26]王大为，张艳荣，等.玉米膳食纤维在冰淇淋中应用的研
制［J］.食品科学.2003,24(4):104- 107.