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膳食纖維的研究現狀-上海纖檢膳食纖維測定儀

2021-11-30
本文系統而簡要地論述了膳食纖維的研究現狀,包括膳食纖維的生理功能、提取方式、人體攝入情況以及在食品中的應用現狀,并對其發展前景進行了展望,以期為膳食纖維的深入研究提供一定的理論基礎。

隨著人們對健康的逐漸關注與重視,功能性食品成為新的研究與開發方向。由于膳食纖維具有降血脂、調節血糖、預防結腸癌、調節機體免疫等多種生理功能[1],使得其成為功能性食品研究的熱點。本文對膳食纖維的概念、提取、應用以及生理功能進行了綜述。
1 膳食纖維簡介
膳食纖維(Dietary Fiber,DF)是一類食物中不能被人體消化分解的多糖類物質及木質素的總稱,可分為水溶性膳食纖維(SDF)和水不溶性膳食(IDF)[2]。SDF 和 IDF 在生理功能上的作用有所不同,SDF 具有較好的保留能力與發酵能力,具有減少心血管疾病、降低血漿膽固醇含量和促進腸道有益菌群生長等功效。IDF 可以增大糞便體積,減少食物殘渣在胃腸道的停留時間[3]。膳食纖維天然存在于谷類、豆類、蔬菜和水果中[4],具有多種生理功能,對人體健康十分有益,被營養學界補充為第七大營養素。2 膳食纖維的生理功能
2.1 調節血糖,預防糖尿病
膳食纖維調節血糖的作用具體體現在兩方面。首先由于膳食纖維無法被人體消化吸收使其在腸胃中產熱低,在腸道中形成不可分解的網狀結構,促進了腸胃的蠕動,使食物快速經過腸道,降低了食物的吸收時間,從而降低對葡萄糖的吸收[5]。另一方面膳食纖維提高了胰島素受體的敏感性,使胰島素利用率增加,并延緩飯后血糖和胰島素的升高,使血糖保持穩定。研究表明,增加膳食纖維的攝入,同時減少攝入脂肪,對Ⅱ型糖尿病有一定預防作用[6]。
2.2 預防肥胖癥和便秘
膳食纖維具有較強的膨脹功能和吸水作用[7],其在腸胃中吸水形成凝膠類物質,增加飽腹感,可減少食物的攝入。膳食纖維對油脂的吸附能力較強,使其隨糞便一起排出體外,較少了脂肪的消化吸收,從而對預防肥胖癥具有積極的作用。同時膳食纖維增加了大便的水分和體積,刺激腸壁蠕動使排便速度增加[8],防止大便在腸道內停留時間過長,失去水分而形成便秘。
2.3 降膽固醇和血壓
不同來源和種類的膳食纖維都具有吸附膽固醇的能力[9]。膽酸對脂類物質的代謝具有十分重要的作用[10],體外試驗證明純化的膳食纖維具有吸附膽酸的能力,使其通過腸胃蠕動隨糞便排出體外,從而消耗血液中膽固醇來補充膽酸,使血液中的膽固醇含量大大降低。同時,膳食纖維在大腸中發酵產生一些短鏈脂肪酸,干擾體內相關物質代謝降低膽固醇水平[11]。膳食纖維具有較強的吸附陽離子功能,可以降低腸道中 Na+和 K+的濃度,從而降低血壓。
2.4 防治結腸癌
飲食中增加膳食纖維的攝入能有效預防結腸癌的發生。機體分解蛋白質和脂肪會促進膽汁酸生成,而膽汁酸濃度過高會誘發結腸癌。膳食纖維可以使大便增重,增加排便量,縮短糞便和毒素在腸道中的停留時間,同時陽離子膳食纖維會吸附膽汁酸,且陽離子膳食纖維越多,吸收膽汁酸越多[12]。膳食纖維會促進腸道益生菌的生長[13],并會抑制有害菌生長,防止一些腐生菌產生致癌物質。腸道菌群可以分解膳食纖維中的營養物質為短鏈脂肪酸,這些短鏈脂肪酸可以作為結腸細胞再生的能量來源與營養基礎[14]。
3 膳食纖維的提取方法
膳食纖維來源廣泛并且性質差異較大,因此提取方法也有多種。目前國內外提取膳食纖維的方法主要有化學提取法、酶法、膜分離法、酶化學結合法、發酵法等。
3.1 化學法
化學制備法是指將原料干燥、粉碎、過篩、稱重后使用化學試劑如鹽酸或氫氧化鈉等物質提取制備膳食纖維的方法。李慧蕓等[15]利用化學法提取光皮木瓜渣中水不溶性膳食纖維的研究表明,光皮木瓜渣中水不溶性膳食纖維的最佳提取工藝為:料液比 20∶1(mL/g),NaOH 濃度 0.75 mol/L,提取時間 70 min,提取溫度 60 ℃,在該條件下水不溶性膳食纖維得率最高為 25.23%。Kamboj 等[16]利用堿性過氧化氫法在提高玉米纖維提取率的同時改善了其理化性質、流變學特性及抗氧化能力。
3.2 酶法
酶法是采用淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等多種酶除去原料中膳食纖維外的脂肪或者蛋白質等雜質,最后獲得高純度膳食纖維的方法。因為酶解一次會對蛋白質的降解不徹底,還可以對原料進行二次酶解,使得獲得的膳食纖維純度高以及節約原材料,此法適合于淀粉和蛋白質含量高的原料[17]。酶法制取膳食纖維具有多種優點,工藝簡單,原料利用率高,產物純度高并彌補了化學制備法的不足,因此酶法具有較高的研究價值與應用前景。在生產加工中,酶法通常與化學制備法結合使用。黃雪姣等[18]采用酶重量法提取殘次棗中水溶性膳食纖維,研究發現,最佳工藝參數為:α-淀粉酶添加量 0.5%,中性蛋白酶添加量 0.6%,液料比 27∶1 (mL/g),酶解溫度 50 ℃,酶解時間 40 min,在此工藝條件下,殘次棗中水不溶性膳食纖維得率最高,為 13.04%。
3.3 膜分離法
膜分離法是利用壓力作用使分子量大小不同的膳食纖維通過高分子膜的提取膳食纖維的方法。此過程主要為一個物理過程,該法與化學法提取膳食纖維相比的優點是沒有使用化學試劑而帶來藥劑殘留的危害,此法雖然清潔,但不適用于提取不溶性膳食纖維[17]。
3.4 酶-化學結合法
使用化學法對原料處理之后,利用酶法使用淀粉酶、蛋白酶、半纖維素酶、阿拉伯聚糖酶等降解膳食纖維中含有的蛋白質、脂肪、還原糖、淀粉等物質,再用有機溶劑處理以及清水漂洗過濾至中性,然后利用真空干燥法獲得膳食纖維。酶-化學結合法制備的膳食纖維持水性和膨脹能力都優于酶法或化學法單獨制備的膳食纖維,且純度較高,適合大規模生產。劉德講等[19]采用酶-堿結合法提取燕麥麩膳食纖維,研究發現,采用 1.5% α-淀粉酶水解燕麥麩中的淀粉,在65 ℃下酶解 30 min 后加入 3.0%濃度為 1 mol/L 的NaOH,60 ℃條件下反應 40 min,可使膳食纖維的產量達到 56.43%。
3.5 發酵法
發酵法是將大豆、檸檬、竹筍等原料清洗滅菌后,用微生物發酵,然后調節 pH,用乙醇沉淀后干燥過篩便可得到膳食纖維的方法。試驗多采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌按 1∶1 的比例制成發酵劑。發酵法的優點是膳食纖維得率高,易于操作,可實現大批量提取膳食纖維,而且節約成本。田亞紅等[20]采用乳酸菌發酵法提取甘薯渣中水不溶性膳食纖維,研究發現發酵 20 h,接種量 1.25%,發酵溫度 42 ℃時甘薯渣水不溶性膳食纖維得率最高。
4 膳食纖維人體攝入情況
中國營養學會根據國外資料,參考“中國居民膳食指南及平衡膳食寶塔”,建議膳食纖維的適宜攝入量為每天 25~35 g/d,其中:不可溶性膳食纖維占 70%~75%,可溶性膳食纖維占 25%~30%。但是有數據顯示,我國女性平均每天攝入膳食纖維 13 g,男性平均每天攝入膳食纖維 14 g,同時老年人為主要膳食纖維缺乏的人群。這一數據說明我國人民膳食纖維攝入量嚴重不足。這一現象與我國人口老齡化、人民生活方式及飲食習慣密切相關。

日常生活中可通過多種方式補充膳食纖維。早餐食用全麥面包,多吃蔬菜水果、薯類、豆類,同時適量食用肉類食品。在《中國居民膳食指南(2016)》中建議成年人應每天攝入谷薯類食物 250~400 g,其中全谷物和雜豆類 50~150 g,薯類 50~100 g,每天攝入 300~500 g 蔬菜,深色蔬菜應占全天攝入蔬菜量的 1/2,每天攝入 200~350 g 新鮮水果[21]。
5 膳食纖維素在食品中的應用
5.1 在焙烤食品中的應用
在焙烤食品中加入的膳食纖維有麥麩膳食纖維、玉米膳食纖維、微晶膳食纖維、大豆膳食纖維等,在制作面包時適量加入膳食纖維不僅可以提高營養價值,降低熱量,還可以提高面粉的吸水性,繼而使產品更加松軟,在儲藏的過程中不易變干、變硬,延長貨架期[22]。大豆膳食纖維可以促進淀粉糊化,增強耐熱穩定性與貯藏穩定性[23]。玉米、麩皮的纖維素具有特殊的香味,用于焙烤食品可以提高食品的香味,而且食品的口感呈中性、味道可口,且營養豐富。因此加入膳食纖維的焙烤食品更容易受到消費者歡迎。
5.2 在飲料中的應用
水溶性膳食纖維在水中具有良好的分散性,可以提高飲料的穩定性與乳化性[24]。將膠體微晶纖維素添加到速溶飲品粉末中,可以使其更長時間處于松散狀態,結塊率大大降低[25]。飲料中加入麥麩膳食纖維不改變飲料原有的外觀與口感,且符合低熱、低糖、低脂肪的健康食品標準,既改善飲料營養結構,又豐富了飲料的種類[26]。
5.3 在肉類食品中的應用
肉類食品富含豐富的蛋白質,我國居民膳食指南中明確建議成年人每日應食用畜禽肉類 50~70 g。但隨著人們生活水平的不斷提高,肉類食品攝入越來越多,也會給機體帶來肥胖、膽固醇增高等健康隱患。膳食纖維應用在肉類中可以提高肉制品的持水能力和乳化穩定性使微觀結構更加致密,并且改善了傳統肉制品高脂肪、高膽固醇、高能量、低膳食纖維的營養結構[27],還可清除自由基,降低肉制品亞硝酸鹽含量[28],增加了肉制品的保健功能。研究表明,燕麥麩皮中水溶性膳食纖維和不飽和脂肪酸的含量高于小麥麩皮[29],在肉類食品中添加麥麩膳食纖維比添加其他膳食纖維效果更佳,且最適添加量范圍為 5%~15%[26]。
5.4 在保健食品中的應用
在我國,保健食品日益成為公眾關注的熱點,市場需求也日益增大。膳食纖維在降低血壓、降低膽固醇、通便潤腸、預防癌癥、提高免疫力、清除自由基等多個方面都具有其特定的積極作用。研發膳食纖維保健食品不僅可以提高人們的健康水平,而且也是保健食品研發領域的熱點之一。在高血脂、高血壓、高血糖人群、糖尿病病人和肥胖人群中,膳食纖維保健食品具有更大的市場。
5.5 在其他食品中的應用
除上述應用,膳食纖維還可應用乳制品中,防止部分人群食用后出現的排便困難等不適癥狀[30]。在面條中加入膳食纖維,可以增加其韌性,使口感更加筋道。在果醬中加入膳食纖維,可以提高果醬的黏稠性和穩定性[31]。杜磊等[32]利用豆渣膳食纖維研制可食用包裝紙,制得的膜具有獨特的柔韌性,隔氧、阻水效果良好安全無污染且可食用。還可將膳食纖維應用到調味劑、冷飲制品、糖果制品中,這不僅豐富了各類食品的口感,增加其營養價值,也使消費者的選擇更加多元化。

6 展望
膳食纖維作為維持人體健康必不可少的一類營養素,具有十分重要的研究價值和廣泛的應用前景。膳食纖維在我國應用的相對較晚,所以我們還需加大力度來研究其功能特性,開發膳食纖維保健食品,使我國人民膳食營養結構更加合理,預防相關疾病的產生。

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