膳食纖維的功能特性及在食品領(lǐng)域的研究進(jìn)展

張松，蘇永平，李濤，周航

（四川旅游學(xué)院，四川成都610100）

膳食纖維（dietary fiber，DF）是一類植物碳水化合物混合物的總稱，因?qū)θ梭w有著重要的生理功能而被譽(yù)為“第七營養(yǎng)素”。膳食纖維分類見表1。近年來，富含膳食纖維類食品的開發(fā)與研究是食品領(lǐng)域的熱門課題，這些研究對(duì)提高人們身體健康水平非常重要，也具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

表1 膳食纖維的分類[1]Table 1 Classification of dietary fiber

1 膳食纖維的功能特性

1.1 預(yù)防腸道疾病、便秘

作為一種植物組織，膳食纖維能夠改善腸道菌群數(shù)量，預(yù)防并減少胃腸疾病的發(fā)生。它具有較強(qiáng)的吸水溶脹作用，能夠加快消化道中糞便的運(yùn)輸速度，使腸道內(nèi)的糞便減少停留時(shí)間，降低了糞便中有害物質(zhì)與腸道壁的接觸時(shí)間，能夠清潔腸道，還有些SDF具有很強(qiáng)的黏滯作用，能在一些情況下形成黏液，增加腸道的潤滑性，達(dá)到預(yù)防便秘和痔瘡的目的。王麗衛(wèi)等[2]研究表明肉蓯蓉膳食纖維可以促進(jìn)小鼠的小腸運(yùn)動(dòng)，明顯縮短了便秘小鼠的首粒黑便排出時(shí)間，軟化了便秘小鼠的糞便。楊光等[3]研究發(fā)現(xiàn)山楂膳食纖維能夠調(diào)節(jié)小鼠腸道菌群。

1.2 影響酶活性

膳食纖維對(duì)α-淀粉酶活性具有一定抑制的作用，可改善食品體系中淀粉類物質(zhì)的消化特性[4]。燕麥麩皮、燕麥粥等可減小淀粉酶、脂酶、糜蛋白酶活性。宋真真等[5]研究表明，豆渣膳食纖維可以提高肝臟超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，降低丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量、乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）活性。

1.3 降低血糖、血壓、血脂作用

膳食纖維具有抑制葡萄糖擴(kuò)散的功效，可降低血液中葡萄糖的含量，有效控制血糖指數(shù)[6]，可以明顯降低人體血脂（甘油三酯和膽固醇）水平，其較強(qiáng)的陽離子交換功能賦予了它有效降低血壓的功效。而酸性多糖類能夠調(diào)節(jié)血液中的Na/K比，產(chǎn)生降血壓的作用。柳萍等[7]研究結(jié)果表明，用富含膳食纖維的藥食同源粉和小麥纖維制成的饅頭代替2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）患者的早晚餐，能降低餐后2 h血糖，且可作為T2DM患者的日常代餐。此外膳食纖維還可以降低膽酸和鹽類的合成與吸收，阻礙中性脂肪以及膽固醇的膽道再吸收，并加速脂肪物質(zhì)的排泄。

1.4 調(diào)節(jié)機(jī)體免疫

從菇類、靈芝等提取的膳食纖維中的多糖成分可以增加人體巨噬細(xì)胞的數(shù)量，從而刺激抗體的產(chǎn)生，提高免疫能力，申利紅等[8]研究發(fā)現(xiàn)黃芪多糖可從多層面發(fā)揮免疫增強(qiáng)作用，可直接影響細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)代謝，誘導(dǎo)機(jī)體細(xì)胞產(chǎn)生相關(guān)的體液因子；不僅能增強(qiáng)機(jī)體的特異性免疫，而且還能增強(qiáng)機(jī)體的非特異性免疫。研究發(fā)現(xiàn)牛膝多糖具有非常明顯的增強(qiáng)機(jī)體免疫能力的功能作用，能形成細(xì)胞束，提高血清中免疫球蛋白IgG水平，激活網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的吞噬功能，促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖生理功能。燕麥膳食纖維中β-葡聚糖含量較多，而β-葡聚糖不僅是降血糖、降血脂和預(yù)防心血管疾病的有效成分，還能激活巨吞噬細(xì)胞，提高免疫力。

1.5 其他功能

膳食纖維有抗氧化作用，可以通過有效清除人體內(nèi)·OH等自由基，抑制脂質(zhì)的過氧化達(dá)到延緩衰老的作用。可溶性膳食纖維能清除多種自由基。楊曉寬等[9]研究表明，提取出的蘆筍老莖膳食纖維，其SDF羥基自由基（·OH）清除能力、DPPH·清除等能力均較理想。此外，膳食纖維還具有減肥作用?？稍黾语柛垢校瑴p少脂肪的攝入量，同時(shí)消耗了體內(nèi)的脂肪，從而達(dá)到減肥的效果。Mateos-Aparicio[10]研究發(fā)現(xiàn)豆渣中含有的多糖具有減肥作用。多糖中含有一定的抗氧化活性，可以增加飽腹感，減少脂肪的攝入量，同時(shí)消耗了體內(nèi)的脂肪，從而達(dá)到減肥的效果。Jimenez-Escrig等[11]研究發(fā)現(xiàn)喂食含有高膳食纖維豆渣的母鼠組與對(duì)照組有顯著差異，前者體重增加變緩、總膽固醇含量降低、抗氧化力與產(chǎn)丁酸作用明顯提高；Prestamo等[12]研究得出豆渣可降低甘油三酯與高密度脂蛋白，能有效減輕體重，對(duì)身體健康有益。

2 膳食纖維在食品中的應(yīng)用

2.1 在面包中的應(yīng)用

面包是歐美大部分國家的主食，目前在中國也越來越被消費(fèi)者所接受，銷售量也在逐年遞增。添加一定的膳食纖維到面包中，可以增加面包的營養(yǎng)價(jià)值和功能性。試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，膳食纖維具有較高的熱穩(wěn)定性，在面包攪拌、發(fā)酵、烘烤過程中其性能不易發(fā)生改變。此外，在面團(tuán)內(nèi)部也容易與淀粉進(jìn)行結(jié)合，阻止淀粉之間的鍵結(jié)，有效的延緩面團(tuán)老化時(shí)間，面包的老化度也因此而降低。在面團(tuán)中添加適量的膳食纖維較不添加膳食纖維的來說，提高了面團(tuán)結(jié)合水的能力，使面團(tuán)適度脹潤，增加了面團(tuán)的柔韌性。

此外，膳食纖維的吸水溶脹性還能夠提高面包面團(tuán)的吸水率，增加面包產(chǎn)品的保水性，有利于面包品質(zhì)的穩(wěn)定和保鮮，同時(shí)也可以降低產(chǎn)品成本。Lauková M等[13]研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯膳食纖維具有良好的水化性能（保水性、持水性和膨脹性），添加到小麥面團(tuán)中可以增加吸水率、延長(zhǎng)面團(tuán)的穩(wěn)定性和面團(tuán)的發(fā)育時(shí)間。王曉艷等[14]研究發(fā)現(xiàn)大豆纖維粉SDF的持水率高于高筋粉，尤其是SDF的持水率達(dá)到742%；此外，添加大豆纖維粉SDF還會(huì)顯著提高面包的膠著性與咀嚼性，降低內(nèi)聚性和回復(fù)性，還可以明顯改善面包蜂窩狀組織和口感。黃原膠與面粉中面筋蛋白增強(qiáng)相互作用，從而加大了面筋蛋白儲(chǔ)能模量上升的趨勢(shì)。燕麥膳食纖維經(jīng)常運(yùn)用于面包制作中，加入燕麥會(huì)讓面包的口感更加細(xì)膩，組織蓬松，體積脹大[15]。而且一定范圍內(nèi)添加聚葡萄糖町可以增大面包的體積，提高產(chǎn)品的抗老化性和保水性。李華鑫等[16]研究表明，適量添加檸檬膳食纖維可以改善面包的口味和外觀形態(tài)，還能夠有效抑制面包的老化，面包的保質(zhì)期得以延長(zhǎng)。在面粉中加入大豆膳食纖維可以強(qiáng)化面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善其蜂窩狀組織，從而使面包體積增加。一系列相關(guān)研究均表示，膳食纖維能夠改善面包品質(zhì)，豐富面包的口感，提高面包的營養(yǎng)價(jià)值，但膳食纖維的添加量對(duì)面包感官性狀影響明顯，使用中應(yīng)控制添加量，達(dá)到產(chǎn)品最優(yōu)性狀。

冷凍面團(tuán)工藝主要是針對(duì)已進(jìn)行拌粉、和面、加工成型后的面團(tuán)進(jìn)行冷凍的工藝。近幾年，隨著國內(nèi)消費(fèi)者飲食習(xí)慣的改變，對(duì)冷凍面團(tuán)及其制品的需求量逐漸增大，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，添加適量膳食纖維到冷凍面團(tuán)中可提高其品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)添加適量小麥麩皮膳食纖維在高筋粉中，可增加其冷凍面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度，使發(fā)酵力變大，產(chǎn)氣量增加。張華等[17]研究發(fā)現(xiàn)添加竹筍膳食纖維可提高冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性，增強(qiáng)其持水能力，使其微觀結(jié)構(gòu)更加均勻。

2.2 在蛋糕中的應(yīng)用

目前研究發(fā)現(xiàn)，將大豆膳食纖維、玉米膳食纖維、芒果皮渣膳食纖維、蘋果皮渣膳食纖維以及燕麥膳食纖維等添加到蛋糕中，能夠增加蛋糕的營養(yǎng)價(jià)值和功能特性。適量添加大豆纖維能夠增加蛋糕的持水性，蛋糕在貯存過程中因?yàn)槭l(fā)生的系列品質(zhì)變化也降低了，使得蛋糕的貨架期延長(zhǎng)。當(dāng)大豆膳食纖維的添加量為12%時(shí)，蛋糕品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)化，但在生產(chǎn)過程中需要適當(dāng)延長(zhǎng)面糊攪拌時(shí)間和烘烤時(shí)間。劉婷婷等[18]在研究玉米高品質(zhì)膳食纖維時(shí)，也發(fā)現(xiàn)適量膳食纖維的添加可以抑制蛋糕的老化，延長(zhǎng)貨架期。馬鈴薯粉中富含膳食纖維，Ben J K等[19]研究發(fā)現(xiàn)用馬鈴薯粉代替小麥粉顯著降低了蛋糕的硬度，降低了面團(tuán)的L*和B*的顏色值。黃原膠也可以作為蛋糕品質(zhì)的改良劑，李冰等[20]研究后發(fā)現(xiàn)，添加黃原膠能夠增大蛋糕的體積，改善蛋糕的組織結(jié)構(gòu)，使蛋糕富有彈性且貨架期延長(zhǎng)，孔洞均勻大小一致。

2.3 在餅干中的應(yīng)用

餅干是一種保存時(shí)間長(zhǎng)，市場(chǎng)認(rèn)可度高，易于營養(yǎng)強(qiáng)化的休閑食品，將膳食纖維作為原材料添加到餅干中一直是研究的熱點(diǎn)。膳食纖維添加到餅干中能夠增加餅干面團(tuán)結(jié)合水的能力，使面團(tuán)適度脹潤，限制了面筋蛋白的形成，改善面團(tuán)的加工性能，使面團(tuán)吸水率增大，形成時(shí)間延長(zhǎng)，穩(wěn)定時(shí)間顯著延長(zhǎng)，使面團(tuán)的粉質(zhì)特性得以改良[21]，在餅干制作過程中吸水膨脹且保持水分，既避免餅干因面筋含量過高韌性過強(qiáng)影響口感，又避免水分過度流失導(dǎo)致口感松散。膳食纖維能夠在餅干面團(tuán)中形成的立體交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而這一結(jié)構(gòu)是一種非面筋結(jié)構(gòu)，不會(huì)引起面團(tuán)的收縮與變形，并可適度限制面筋的形成，改良面團(tuán)的加工性能，同時(shí)仍能保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的外觀和口感[22]。

Kim Y等[23]研究發(fā)現(xiàn)蘋果膳食纖維可以替代面粉，提高面粉的糊化特性和混合穩(wěn)定性，利用其制作的餅干拉伸性強(qiáng)，烘烤后松軟且不易碎。謝婧等[24]研究表明在酥性餅干中添加4%柚皮膳食纖維，能使餅干的風(fēng)味更加純正，色澤呈均勻的棕黃色，大小、硬度、黏性等適中，提高了酥性餅干的口感。王璐等[25]研究得到檸檬膳食纖維在酥性餅干最適添加量分別為2%，韌性餅干為1.5%；郭雪霞等[26]研制出一款口感酥松，具有保健功效的奶香豆渣膳食纖維餅干。李素芬等[27]研究發(fā)現(xiàn)由于豌豆纖維粉不同于小麥面粉的膨脹力、持水力，將豌豆纖維粉添加到酥性餅干中，會(huì)直接影響餅干面團(tuán)的流變特性于餅干的品質(zhì)，既增加餅干的保健功能，又提高了豌豆加工副產(chǎn)物的利用率。餅干中的面粉對(duì)面筋數(shù)量和質(zhì)量要求比較低，膳食纖維添加量過高，餅干面團(tuán)中的面筋蛋白質(zhì)含量降低太多，整個(gè)面筋網(wǎng)絡(luò)的形成效果不理想，面團(tuán)的韌性降低，烘烤后的餅干空隙較大，成形效果不夠美觀，口感上脆性增大，口味變差，影響食用。因此膳食纖維的添加量必須要控制在合理添加范圍以內(nèi)。

2.4 在飲料及乳制品中的應(yīng)用

國內(nèi)常見將膳食纖維添加到飲料中，產(chǎn)品種類較多，尤其是燕麥膳食纖維飲料，還有具有地方特色的葡萄皮高纖飲料、麒麟菜膳食纖維飲料等。我國常見的燕麥膳食纖維飲料有碳酸飲料，也有將燕麥膳食纖維用乳酸桿菌發(fā)酵后制成乳清型飲料[28]。研究發(fā)現(xiàn)小麥麩膳食纖維加上可溶性纖維以及各種輔料可以制成一種食物纖維沖劑。此沖劑對(duì)于改善便秘，降低血糖和血脂膽固醇都有一定的療效，并且具有減肥的作用。駱嘉原等[29]以香菇為原料提取其中的膳食纖維，研制香菇可溶性膳食纖維飲品，所得飲料中可溶性固體物含量達(dá)11.15%。李宇等[30]以檸檬汁為主要原料研發(fā)的功能性飲料具有檸檬特有的濃郁香味，色澤淡黃、口感酸甜適口、細(xì)膩柔和無明顯沉淀。李鳳英等[31]以葡萄皮為原料，研制出一款顏色誘人，香味獨(dú)特，口感酸甜的葡萄皮高纖飲料。

膳食纖維在酸奶、冰淇淋等乳制品中的應(yīng)用也引起國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的重視，有將米糠，玉米、蘆薈等添加到酸乳中的相關(guān)文獻(xiàn)。岳瑞雪等[32]利用響應(yīng)面法對(duì)富含甘薯膳食纖維的酸奶發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，研制出口感風(fēng)味適宜的特色酸奶制品。李雪玲等[33]研究表明將麥麩皮膳食纖維添加到酸乳中，酸乳中的8種氨基酸含量都呈上升趨勢(shì)，鈣的含量也隨著添加量的增加而呈遞增趨勢(shì)。司俊玲等[28]對(duì)燕麥麩皮中膳食纖維的提取方法進(jìn)行優(yōu)化，并將其添加到酸乳中，結(jié)果表明，添加1.0%～2.0%的膳食纖維，產(chǎn)品能夠保持原有的組織結(jié)構(gòu)，具有良好的口感和風(fēng)味。此外，一些膳食纖維能改善制品的品質(zhì)特性，例如在冰淇淋、飲料等多種食品中添加的聚葡萄糖，就是因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能改善產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)和提高產(chǎn)品的稠度，因而被廣泛應(yīng)用。黃原膠也經(jīng)常添加于飲料中，它能夠作為穩(wěn)定劑使飲料中的不溶性成分懸浮在液體中，均勻且不分層；還可以改善飲料的口感，賦予飲料爽口的特性，使飲料具有良好的感官品質(zhì)。

2.5 在肉制品中的應(yīng)用

Tomaschunas M等[34]研究發(fā)現(xiàn)柑橘膳食纖維可以替代香腸中的部分脂肪，感官特性仍與全脂肪香腸相似，能夠被消費(fèi)者接受。有相關(guān)研究將胡桃膳食纖維作為肉制品的功能性添加劑加入牛肉中改善肉品粒度，使肉品嫩度及耐咀嚼性提高，Serrano等[35]研究了胡桃膳食纖維對(duì)牛排質(zhì)構(gòu)的改善作用，獲得了相類似的評(píng)價(jià)結(jié)果。Yilmaz等[36]將菊粉加入肉丸中產(chǎn)品的物化及感官特性評(píng)估結(jié)果也顯示出了較大幅度的提高。

添加燕麥膳食纖維在肉制品中可使肉制品的水分不流失，同時(shí)降低肉制品的熱量，間接起到減肥的作用，現(xiàn)有的低熱能肉干、肉餅、肉汁等都是添加了燕麥膳食纖維的肉制品。燕麥β-葡聚糖具有顯著的降脂作用，因而被廣泛應(yīng)用在肉丸、香腸等多種肉制品加工中。劉云等[37]充分發(fā)揮了膳食纖維的高持水和吸附性，以及β-葡聚糖能夠顯著降脂作用，用燕麥膳食纖維代替脂肪制成肉脯，產(chǎn)品質(zhì)地柔潤，出品率提高，成本降低，達(dá)到了動(dòng)植物營養(yǎng)的互補(bǔ)。王海濱等[38]將麥麩膳食纖維加入火腿腸中，得到的火腿腸脂肪和熱量分別降低了50%和20%，而質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、外觀口感依然良好。Cardoso等[39]在低脂魚肉香腸中加入豌豆纖維（利用豌豆殼或脫殼后的豌豆通過加工獲得），產(chǎn)品具有滿意的營養(yǎng)保健作用，產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)和色澤都沒有受到影響，還提高了肉質(zhì)的凝膠強(qiáng)度及產(chǎn)品硬度。試驗(yàn)證明使用豌豆纖維的低脂類香腸都具有良好的組織結(jié)構(gòu)。Zapata等[40]將乳飲料提取過程中塊莖產(chǎn)生的副產(chǎn)物——洋地粟纖維（tiger nut fiber，TNF）應(yīng)用于豬肉漢堡制作中，結(jié)果表明添加了纖維的豬肉漢堡比標(biāo)準(zhǔn)漢堡具有更高的營養(yǎng)價(jià)值及較好的烹調(diào)特性。

3 膳食纖維類食品應(yīng)用展望

目前的研究表明，膳食纖維作為一種理想的天然的功能性食品添加原料，可以代替糖類、淀粉或脂肪以適當(dāng)?shù)奶砑恿考尤胧称分?，不僅可以優(yōu)化食品的營養(yǎng)價(jià)值和組織性能，還能夠滿足社會(huì)大眾一直追求的健康膳食理念。隨著社會(huì)對(duì)膳食營養(yǎng)的日益重視，科技人員對(duì)功能性膳食纖維食品的研究進(jìn)一步深入，如何充分有效地利用各種膳食纖維改善食物的功能、質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味，開發(fā)出更多、更好、更有利于人體健康的功能性食物，必將成為今后的一大研究重點(diǎn)。