茶葉膳食纖維的研究與應(yīng)用

袁海波

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 茶葉研究所，浙江 杭州 310008)

茶葉是公認(rèn)的健康飲料，受到各國人民的喜愛［1］。隨著其保健和藥用功能的不斷揭示，茶葉在更高層次上為消費者重新認(rèn)識［2－3］。茶葉含有700余種已知化合物，包括茶多酚 (25% ～35%)、茶多糖 (20% ～25%)、蛋白質(zhì) (25%% ～30%)以及26種氨基酸、50余種礦質(zhì)元素和維生素等多種功能性成分［4－5］。然而人們很少注意茶葉膳食纖維［6］。目前，膳食纖維在歐美、日本等國受到普遍關(guān)注，被譽為人類第7大營養(yǎng)素，并將其廣泛應(yīng)用于食品及保健品生產(chǎn)中［7］。但是有關(guān)茶葉膳食纖維的研究卻開展較少，且多數(shù)以粗纖維為主［8］。早在春秋時期，我國勞動人民就有食用茶葉的記載［9］，最近日本營養(yǎng)學(xué)家桑野和民［10］提出了從茶葉中攝取大約30%植物纖維的建議，顯示茶葉膳食纖維在食品、健康等方面的實用價值。本文就茶葉膳食纖維的組成、分類及用途等相關(guān)研究作一綜述，以期引起人們的重視［6］。

1 定義與分類

膳食纖維一詞最早于1953年由Hipsley提出，主要用于描述不可消化類的植物組分。1972－1976年期間，Burkitt等［11］正式將膳食纖維定義為“不能被消化道酶所分解的植物細(xì)胞壁成分”。1999年11月，美國谷物化學(xué)學(xué)會將膳食纖維定義為“在人的小腸中不被消化吸收而在大腸中可以全部或部分被發(fā)酵的植物可食部分或碳水化合物類似物”［12］。

根據(jù)來源及溶解特性，膳食纖維可以分為植物性、動物性、生化合成轉(zhuǎn)化型、復(fù)合型等幾類［13－14］。植物性膳食纖維主要包括谷物類、水果類、蔬菜類，干豆類等［15］，典型代表有燕麥膳食纖維 (FDA于1997年認(rèn)定燕麥水溶性膳食纖維能顯著降低心血管疾病的發(fā)病率)［16－17］，黃豆膳食纖維 (含量約為155 g·kg－1)、冬菇 (含量高達(dá)323 g·kg－1)、 石 榴 (含 量 約 為 49 g·kg－1)等［18］;動物性膳食纖維目前僅有從蝦、蟹等海類生物中提取出來的甲殼素，具有調(diào)節(jié)腸胃、排除毒素、調(diào)節(jié)血脂、抑制腫瘤等生理活性［19］。生化合成轉(zhuǎn)化型主要包括抗性麥芽糊精、改性瓜兒豆膠、微晶纖維素等，因具有成分明確、純度高、性能好等優(yōu)點而成為最受歡迎的品種之一［13］。復(fù)合型膳食纖維即以多種植物性提取物為原料加工制備的膳食纖維產(chǎn)品，主要通過不同原料組分的有機組配、互補，達(dá)到改善體內(nèi)微循環(huán)，平衡營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的目的。

根據(jù)溶解性不同可將膳食纖維分為水溶性和水不溶性兩大類。其中，水溶性膳食纖維是一類既可溶解于水又可吸水膨脹，并能被大腸中微生物酵解的纖維物質(zhì)，常存在于植物細(xì)胞液和細(xì)胞間質(zhì)中，主要有果膠、植物膠、黏膠等;水溶性膳食纖維具有潤腸通便，促進(jìn)礦物元素和營養(yǎng)物質(zhì)吸收等功效，被譽為膳食纖維中的“極品”，在防治心血管疾病、糖尿病、肥胖癥等方面優(yōu)于水不溶性膳食纖維。水不溶性膳食纖維是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分，主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，其中木質(zhì)素不屬于多糖類，是使細(xì)胞壁保持一定韌性的芳香族碳?xì)浠衔铮?0］。水不溶性膳食纖維同樣具有特殊的保健功能，能夠吸收食物中的有毒物質(zhì)，預(yù)防便秘并弱化消化道中細(xì)菌排出的毒素，降低患腸癌的風(fēng)險等［21］。鑒于膳食纖維在生理保健功能上的強大功效，國際相關(guān)組織提出了膳食纖維素日攝入量的推薦指標(biāo):美國防癌協(xié)會推薦標(biāo)準(zhǔn)為30～40 g·人－1·d－1，歐洲共同體食品科學(xué)委員會推薦標(biāo)準(zhǔn)為30 g·人－1·d－1，國際生命科學(xué)會專家推薦量每4 186 kJ為10 g，中國營養(yǎng)學(xué)會于2000年提出成年人適宜攝入量為 30.2 g·人－1·d－1［22－24］。

2 組成、含量及浸出特性

茶葉膳食纖維主要存在于茶葉的細(xì)胞壁、細(xì)胞液和細(xì)胞間質(zhì)中，含量約為茶葉干物質(zhì)總量的11%～38%，主要由纖維素、半纖維素、樹膠、木質(zhì)素、果膠和原果膠等碳水化合物類似物組成［6］，茶葉膳食纖維與茶葉糖類物質(zhì)之間的關(guān)系見圖1。據(jù)測定，茶葉中膳食纖維含量隨地區(qū)和茶葉品類的不同而差異顯著，一般黑茶、青茶中的含量要高于紅茶、綠茶，粗老茶含量要高于名優(yōu)茶，夏秋茶高于春茶［4］。茶葉中可溶性膳食纖維含量差異也較明顯，姚立虎等［25］研究表明云南二、四、六級滇紅的可溶性膳食纖維含量分別為10.7%、13.2%、15.2%，婺源一、二級珍眉和一、二級特珍則分別為10.1%、10.6%、9.7%、10.1%。茶葉可溶性膳食纖維主要包括樹膠、果膠、原果膠等物質(zhì)，吸水膨脹后形成凝膠體，具有粘滯性，可增加茶湯的醇厚度，使口感順滑、回甘，韻味悠長。與其它食品性輔料混配后能在小腸粘膜表面形成一層“隔離層”，具有多重保健功效。茶葉中的水不溶性膳食纖維主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，是茶鮮葉細(xì)胞壁的重要組成，也是支撐茶樹正常生長發(fā)育的重要生理物質(zhì)。茶葉水不溶性膳食纖維同廣義上的茶葉粗纖維概念類似，均為不溶于水、難以被胃腸道消化吸收的碳水化合物。茶葉粗纖維的傳統(tǒng)定義為茶葉經(jīng)特定濃度的酸、堿、醇或醚等溶劑作用后的剩余殘渣，處理過程中約有50%～60%的半纖維素、10%～30%的半纖維素被溶解損失掉，因此粗纖維含量要顯著低于水不溶性膳食纖維(粗纖維含量約為總膳食纖維含量20% ～50%)，其組成范疇也要少于水不溶性膳食纖維。此論點也為濮荷娟和駱少君等認(rèn)同［26－28］。

圖1 茶葉膳食纖維組成

不同茶類的膳食纖維含量有差異，其浸出特性也不盡相同。姚立虎等研究顯示，炒青綠茶、功夫紅茶類的水溶性膳食纖維含量一般為10%～15%，1次沖泡浸出率約為2.5% ～4.6%，2次沖泡浸出率約為3.5% ～6.2%。相關(guān)分析表明，炒青綠茶膳食纖維浸出率與其含量呈負(fù)相關(guān) (1次沖泡r=－0.936 4，2次沖泡 r=－0.982 1)，功夫紅茶則呈正相關(guān) (1次沖泡 r=0.850 6，2次沖泡 r=0.567 6)。通常在沖泡2～4次的情況下，飲茶可攝入的茶葉膳食纖維約為總干物量的5%～ 7%［25］。

3 生理功能

3.1 水溶性膳食纖維

控制體重、調(diào)節(jié)減肥、防止便秘［29－35］。水溶性膳食纖維具有較強的吸水和膨脹功能，能吸收相當(dāng)于自身質(zhì)量數(shù)倍甚至數(shù)十倍的水分，在腸胃中膨脹后形成高粘度的溶膠或凝膠，一方面可以使人產(chǎn)生飽腹感，對于肥胖人群具有較好的控制體重、調(diào)節(jié)減肥功效;另一方面可與其它食物混合，增加容量，形成較大糞團，增加腸道蠕動，同時凝膠有利于軟化糞便，潤滑腸道，繼而刺激、推進(jìn)排糞。

調(diào)節(jié)血脂，降低血清膽固醇和胰島素水平。眾所周知，飲茶對心腦血管疾病具有顯著的防治效果，如調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和糖代謝，降血壓、抗血栓，抑制動脈粥樣硬化等。研究表明，水溶性膳食纖維可以有效控制脂肪酶活性，阻止食物脂肪消化，抑制膽固醇吸收并絡(luò)合膽酸，阻止膽酸在腸內(nèi)的重新吸收，從而降低血清低密度脂蛋白膽固醇，調(diào)節(jié)血脂水平，防止膽結(jié)石。同時，食用膳食纖維可有效降低餐后血糖升高幅度，改善神經(jīng)末梢對胰島素的感受性，降低血清胰島素水平。

3.2 水不溶性膳食纖維

改善腸道代謝，促進(jìn)腸道功能［36－38］。膳食纖維在胃腸道內(nèi)不被消化，卻能為腸道細(xì)菌所酵解，一方面降低了腸道的pH值，有益于減少毒素和致癌物的產(chǎn)生，另一方面能有效縮短食物茶渣，包括致癌物質(zhì)通過腸腔的時間 (縮短時間約1/3)，減少了致癌物質(zhì)對腸壁的作用時間，從而大大減少腸道癌和痔瘡等的發(fā)病概率。

對離子和有機物的解毒作用。膳食纖維對陽離子具有較強的結(jié)合和交換能力，能吸附螯合有機化合物，阻止環(huán)境污染物侵害人體。研究發(fā)現(xiàn)膳食纖維對Ca、Hg、Pb、高濃度 Cu、Zn等重金屬以及有機陽離子具有顯著的清除能力。此外，膳食纖維能與腸道中的K、Na等離子進(jìn)行交換，促使其在尿液、糞便中大量排出，從而產(chǎn)生降血壓的作用。

4 品質(zhì)指標(biāo)性功能

根據(jù)茶葉中粗纖維的定義以及物質(zhì)組成、含量檢測等資料，茶葉粗纖維屬于茶葉膳食纖維中性質(zhì)較為特殊的一種。茶葉粗纖維、茶葉膳食纖維及茶葉糖類物質(zhì)的關(guān)系見圖2。鑒于目前茶葉粗纖維檢測方法較茶葉膳食纖維、糖類物質(zhì)簡單、穩(wěn)定、快速，從圖2中可以看出茶葉粗纖維含量在一定程度上能夠反映茶葉膳食纖維、糖類物質(zhì)的總量。

相對于茶葉膳食纖維，人們對茶葉粗纖維已開展了較為系統(tǒng)的研究，主要集中在不同茶葉種類粗纖維含量的差異，粗纖維含量與鮮葉品質(zhì)的相關(guān)性，粗纖維含量與成品茶等級、品質(zhì)的關(guān)系等方面。研究表明，不同茶樹品種、同一品種不同葉位、不同成熟度的鮮葉粗纖維含量均有顯著差異，一般隨著葉子成熟度和莖老化度的增加，含量逐漸增加，可作為鮮葉老嫩的判別標(biāo)志，與鮮葉嫩度呈顯著負(fù)相關(guān)。鮮葉級數(shù)與粗纖維含量也有顯著相關(guān)性，春茶:y=8.053+0.657x，r=0.838;夏茶:y=8.967+0.313x，r=0.939;秋茶:y=9.966+0.186x，r=0.935;y為粗纖維含量，x為鮮葉等級，且同一級別鮮葉，夏秋茶含量高于春茶［39－41］。

圖2 茶葉膳食纖維與茶多糖的關(guān)系

茶葉中的粗纖維含量與成品茶品質(zhì)之間也存在一定的相關(guān)性。據(jù)研究，茶葉粗纖維含量同綠茶、紅茶的風(fēng)味品質(zhì)成顯著的負(fù)相關(guān)。王月根、謝曉風(fēng)等［42－43］對不同炒青綠茶進(jìn)行研究，得出相似結(jié)論:炒青類干茶品質(zhì)與粗纖維含量的相關(guān)性達(dá)－0.98以上。龍翔［44］采用通徑分析研究炒青綠茶品質(zhì)等級的相關(guān)指標(biāo)后發(fā)現(xiàn):粗纖維對茶葉品質(zhì)有直接影響，其相對重要性要高于氨基酸、咖啡堿和水浸出物。黃惠華［28］發(fā)現(xiàn)我國四套紅碎茶標(biāo)準(zhǔn)樣中的粗纖維含量隨著茶樣級別升高而降低，呈遞減規(guī)律，且均低于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)規(guī)定的16.5%的上限［45］。茶葉粗纖維含量與烏龍茶、黑茶等品質(zhì)也有密切關(guān)系。濮荷娟等［8］研究表明，烏龍茶鮮葉原料含有豐富的纖維素組分，加工過程中通過酶解作用使部分纖維素水解成葡萄糖，并最終轉(zhuǎn)化為香氣成分，是烏龍茶濃郁花果香品質(zhì)特征的可能機制。王增盛等［46－47］對茯磚、普洱等代表性黑茶研究發(fā)現(xiàn)，茶樣經(jīng)過特有的“渥堆”工序處理后，粗纖維含量有不同程度的減少，可溶性糖類含量則顯著增加。推測可能是茶葉中纖維素在纖維素酶的作用下，分解成糖類物質(zhì)，微生物利用其作為碳源進(jìn)行大量繁殖之故。Yamamishi［48］也得到相似結(jié)果，并提出了普洱茶的香氣成分主要由纖維素在酶和微生物作用下轉(zhuǎn)化形成的觀點。此外，呂玉憲［26］對花茶級別與粗纖維含量進(jìn)行冪回歸分析，得到了花茶 (特種花茶除外)的品質(zhì)指標(biāo)方程:y=6.533 2x0.1028，r=0.679 8(y為粗纖維含量，x為花茶級別)，確定了兩者間的對應(yīng)關(guān)系。這一結(jié)論同張?zhí)煤愕龋?2，49］基本一致。

5 應(yīng)用

5.1 在食品及保健品方面

強化纖維類功能食品在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家非常盛行，應(yīng)用范圍日趨廣泛，將其添加到面包、餅干等烘焙食品中具有吸水、保鮮、減筋、增溶作用，可以替代減筋劑使用，使制品膨松、酥脆、味道鮮美，并可起到保水、保鮮，延長貨架保存期等作用;添加到肉制品中可代替蛋白粉和部分碳水化合物，制成低能量食品，使制品香而不膩，味道純正、鮮美，具有很好的黏彈性;添加到牛奶、大豆蛋白飲料、果汁飲料、果醬和各種調(diào)味醬中，可改善制品風(fēng)味，降低熱量;以水不溶性膳食纖維為基料配以乳化劑、增稠劑、甜味劑、香味劑等可制成各種風(fēng)味獨特的飲料。此外，膳食纖維還可添加于饅頭、面條、冰淇淋、八寶粥等多種食品中，面粉廠亦可針對不同需求的人群，科學(xué)添加定量的膳食纖維，由此開發(fā)出多種面粉新產(chǎn)品。但目前在生產(chǎn)中應(yīng)用的纖維源主要為谷物纖維、豆類種子和種皮纖維、水果和蔬菜纖維等10余種膳食纖維，茶葉作為優(yōu)質(zhì)的膳食纖維源尚未得到很好的開發(fā)和利用［50－53］。

此外，由于膳食纖維在通腸潤便、控制體重等方面的特殊功效，近年來隨著國內(nèi)外對排毒養(yǎng)顏、減肥美容等保健方式的熱衷而涌現(xiàn)出大量的纖維類保健品。對美容養(yǎng)顏類保健品而言，添加膳食纖維能改變腸內(nèi)菌群的構(gòu)成和代謝，刺激腸道黏膜，減少腸原性毒素被人體的吸收量，同時阻止肌體對脂肪的吸收，達(dá)到排出毒素、修復(fù)瘦身的目的。對補鈣和補血類保健品而言，添加膳食纖維可促使體內(nèi)產(chǎn)生乳酸，而乳酸可以分離溶解鈣、鎂、鐵等礦物質(zhì)，促進(jìn)人體吸收［15，54］。

茶葉本身是一種傳統(tǒng)嗜好性健康飲料，具有天然、保健、時尚等特點。我國作為世界上最大的茶葉生產(chǎn)國，年產(chǎn)量達(dá)120多萬t，其中約有數(shù)十萬t具有豐富纖維含量的低檔茶類可用于開發(fā)系列茶葉膳食纖維食品和保健品，既能充分利用茶葉中的功能性成分，發(fā)揮茶葉健康型飲料的資源優(yōu)勢，又能為中低檔茶開辟一條新的出路，提升其經(jīng)濟附加值。此外，目前我國每年因加工速溶茶粉、罐裝茶水、茶濃縮汁等茶飲料以及制備茶多酚、茶多糖、咖啡堿等深加工產(chǎn)品而產(chǎn)生的茶渣約有1 000多萬t，多數(shù)含有大量膳食纖維，如能科學(xué)、合理地加以提取利用，必能在獲得社會經(jīng)濟效益的同時體現(xiàn)出新型茶葉纖維食品的健康價值［8］。

5.2 在制備深加工產(chǎn)品方面

中低檔茶和茶汁浸提殘留物中含有豐富的果膠、原果膠以及纖維素、半纖維素等多種碳水化合物，在特定條件下可降解為糖類物質(zhì)，是很好的制備葡萄糖、酒精等化合物的原料，也是再生碳源的可靠來源之一。據(jù)前蘇聯(lián)研究表明，茶渣經(jīng)過發(fā)酵糖化作用，其酶解產(chǎn)物即為葡萄糖［55］。夏黎明等［56］從人糞便中獲得一株厭氧菌Clostridium butyricum-beijerinckii，該菌分泌一種胞外降解酶，可降解膳食纖維生成低聚糖，并利用該性質(zhì)結(jié)合固定化細(xì)胞技術(shù)研制連續(xù)反應(yīng)裝置生產(chǎn)低聚糖，具有反應(yīng)條件易于控制、可連續(xù)生產(chǎn)、無副反應(yīng)等優(yōu)點。我國科研人員利用生物技術(shù)將植物半纖維素等碳水化合物直接發(fā)酵為酒精的研究也取得了成功，并逐步進(jìn)行工業(yè)化［57］。此外，通過微生物分泌的酶類對其進(jìn)行降解，作為再生碳源加以利用，可以用作曲霉、青霉等微生物的培養(yǎng)基［58］。因此，合理利用茶葉膳食纖維中組分的多樣性、豐富性，結(jié)合現(xiàn)代高新技術(shù)，在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研等領(lǐng)域?qū)袕V泛的用途。

5.3 其它方面

茶葉膳食纖維中纖維素、半纖維素等成分經(jīng)過特殊處理后還可用于涂料、陶瓷、醫(yī)藥等領(lǐng)域［59］。如纖維素的羧甲基化產(chǎn)品在水乳型涂料中可當(dāng)作增稠劑、成膜劑使用，能促進(jìn)產(chǎn)品貯存穩(wěn)定，展色均勻，流變性好，有助于提高產(chǎn)品柔韌性和光澤;用在陶瓷坯體、釉漿和花釉絲印上可起到保水、粘結(jié)、稀釋等作用，對提高陶瓷產(chǎn)品品質(zhì)，特別是產(chǎn)品的釉面品質(zhì)有極為明顯的效果。目前，我國新研制出一種茶纖維產(chǎn)品［60］，是以茶葉中的多種功能性成分為原料制得的粘膠纖維，具有抗菌防臭、改善人體微循環(huán)等功能，且不含任何化學(xué)性有害物質(zhì)，被稱之為繼竹纖維后天然纖維市場的新寵，引領(lǐng)了新一輪生態(tài)紡織品革命。此外，國內(nèi)外學(xué)者對膳食纖維的醫(yī)療功能也開展了很多研究。Suzuki［61］研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維對慢性腎衰竭病人的保守治療方式有一定的作用，雖然其臨床效果尚未確定，但這一新思路引起很多研究者的注意和興趣。研究發(fā)現(xiàn)，一些來源于動物和海藻的膳食纖維具有抗氧化性，并提出在預(yù)防癌癥方面其化學(xué)清除作用同已知的物理作用同樣重要。但有關(guān)茶葉膳食纖維的醫(yī)療作用的報道卻較少。

6 總結(jié)與展望

自從20世紀(jì)70年代左右Trowell、Burkitt等人首次列出現(xiàn)代“文明病”的特征，并提出膳食纖維在對抗“文明病”方面可能存在的重要作用以來，膳食纖維的研究與開發(fā)逐漸受到世界各國的重視，營養(yǎng)學(xué)界、臨床醫(yī)學(xué)界和食品科學(xué)界相繼投入大量精力進(jìn)行研究，在全球范圍內(nèi)掀起了膳食纖維的研究熱潮，并開發(fā)出多種強化膳食纖維食品、保健品及應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、紡織等領(lǐng)域的新型復(fù)合產(chǎn)品。

近年來，由于原材料和制作成本的優(yōu)勢，我國正逐漸成為膳食纖維在全球最大的供應(yīng)基地，產(chǎn)品銷往歐美、日本、韓國等多個國家，研制出的一些新型改性膳食纖維產(chǎn)品品質(zhì)也已達(dá)到國際先進(jìn)水平，為膳食纖維的進(jìn)一步開發(fā)利用提供了豐富的資源儲備。隨著人們越來越注重生活品質(zhì)和身體健康，多類型膳食纖維功能性食品在世界各地的開發(fā)利用已成為一種不可阻擋的潮流。茶葉是世界衛(wèi)生組織 (WHO)公布的六大健康飲料之首，將其用作纖維源以制備茶葉膳食纖維中間品，并作為功能性配料加工具有多種生理保健功效的終端產(chǎn)品，必將具有巨大的發(fā)展空間和廣闊的市場前景。此外，通過有針對性地深入開展茶葉膳食纖維優(yōu)質(zhì)化、改性化、工業(yè)化系統(tǒng)研究，進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用途徑以及技術(shù)手段，提升經(jīng)濟附加值，也成為了今后茶葉膳食纖維的發(fā)展趨勢之一。

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