膳食纤维的生理功能及改性方法研究进展

张瀚文 余秋文 张一凡 王星燕 徐彩红

摘要：膳食纤维对于保持人体健康、预防多种慢性疾病具有重要作用，在药品、食品、保健品等领域广泛应用。介绍膳食纤维的定义及分类，综述膳食纤维的生理功能及其改性方法研究进展，以期为膳食纤维的进一步研究与应用提供参考。

关键词：膳食纤维;生理功能;改性方法;研究进展

中图分类号：TS201.2    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2021）01-0064-03

膳食纤维具有多种有益人体的功能，对肥胖、糖尿病、高血压、冠心病、心血管疾病及结肠癌等多种慢性疾病具有预防作用，在药品、食品、保健品等领域有广阔的应用前景。近年来，谷类、豆类、果蔬等来源的膳食纤维越来越受到国内外学者的重视，在膳食纤维提取、测定、生理功能及改性等方面的研究取得了很大进步，但对其改性方法、生理功能的体内作用机制及其在食品工业中的应用技术等基础研究仍需进一步探索。

1 膳食纤维的定义及分类

膳食纤维DF（Dietary fiber）是指不能被人体消化酶所消化，且不能被人体小肠吸收的非淀粉多糖。根据其在水中溶解性的差别，可分为水溶性膳食纤维（SDF）和水不溶性膳食纤维（IDF）。一般认为，SDF较IDF有更好的抗氧化等活性，对人体健康影响更大。DF来源广泛，在果蔬、谷物中广泛存在，不同植物中的DF含量和性质均存在差异。在体内环境条件下，膳食纤维虽然基本不为人体提供能量，但却对人体消化起到重要作用。张厚德等人提出“膳食纤维平衡”的概念，即在DF总量、种类达到平衡的条件下，有助于维持人体生理平衡状态。

2 膳食纤维的生理功能

2.1 降脂减肥

DF结构中含有很多亲水基团，遇水后体积膨大，充填胃腔，使人进食量减少，同时增加饱腹感，早餐食用大量的DF会使午餐摄食减少。DF基本不供给能量，当人体所摄入的能量低于所消耗的能量，就会燃烧体内多余脂肪，起到减肥作用。DF表面含有的活性基团可与胆固醇螯合，减少胆固醇转化成胆汁酸，从而降低肝脏中的胆固醇含量，并减少小肠对脂类的吸收，促使其排出，避免脂肪过度积累。研究表明，当给予30%竹膳食纤维时，大鼠减肥效果最好，提示摄入DF需达到一定剂量才会有显著的降脂减肥效果。

2.2 降血糖

增加DF的摄入能够控制糖尿病患者空腹血糖、餐后血糖和糖化血红蛋白水平。DF降血糖机理可能与糖吸收和胰岛素分泌等方面有关。黏性物质形成的黏膜可以缓解小肠对糖类的吸收，避免血糖水平骤升。同时，DF对胃肽的分泌起到抑制作用，能抑制在其刺激下的胰岛素分泌，减轻胰岛素抵抗。

2.3 调节肠道菌群

DF是大肠细菌代谢的主要碳源，其在结肠腔内可被厌氧菌酵解生成短链脂肪酸，为肠上皮细胞提供能量，促进肠粘膜的生长。高濃度DF能够显著降低肠杆菌、产气荚膜梭菌等致病菌的数量，降低肠腔pH值，从而调节肠道蠕动，改善胃肠功能，调控肠道微生物环境稳态。IDF吸水导致粪便容积增加，加快结肠蠕动传输，利于排出粪便和有害物质，增加排便频率，防止便秘，改善肠易激综合征。有研究提出，高脂肪的摄食习惯可使肠道菌群紊乱，肠道菌群失去平衡后，SDF的摄入可诱导肝癌的发生。因此，适当摄入平衡的DF才有积极作用。

2.4 降低重金属毒害

DF侧链结构中含有很多羟基、羧基、氨基及酚羟基等具有较强阳离子交换能力的基团，可与铅、汞、砷等重金属离子进行可逆交换，从而减少重金属等有害物质的吸收，防止其对人体的损伤和毒害作用。涂宗财等人通过体外模拟人的肠道pH值，发现在肠道内豆渣DF对重金属离子有很强的吸附作用，且吸附效果受限于DF的种类和重金属离子类型。

3 膳食纤维的改性

一般认为，SDF比IDF更有价值，是高品质DF。因此，对DF进行改性以提高SDF含量，成为近年来食品工业领域的研究热点。改性后的DF具有多孔结构，加工特性良好，添加到食品中能够改善感官品质、提高营养价值及延长货架期。目前，DF改性方法主要有物理法、化学法和生物法。

3.1 物理改性法

3.1.1 超微粉碎改性 超微粉碎是一种利用气体通过压力喷嘴产生剧烈碰撞来减少固体物质颗粒平均直径、增大表面积的加工工艺。此法对设备要求不高，且成本低。超微粉碎后，DF的溶解性得到提高，更易被人体吸收。粉碎方式和设备显著影响DF的理化特性。杂粮DF经此法处理后，其溶解性、DPPH自由基清除力和阳离子交换能力增强，但过度粉碎会使DF暴露和破坏更多基团，导致阳离子交换作用减弱。

3.1.2 蒸汽爆破改性 蒸汽爆破是一种利用蒸汽弹射原理对纤维质原料进行预处理的技术。通过蒸汽爆破，DF产生类酸性水解及热降解作用导致小分子物质溶出，使纤维聚合度变小;类机械断裂作用导致大分子纤维结构被破坏;氢键破坏作用导致分子链动性增强，使分子链结构更容易发生重排。王崇队等人发现蒸汽爆破处理绿笋DF后，其吸水性、吸附性等特性均有改善，但处理时间和压力对SDF得率有显著影响。

3.1.3 挤压膨化改性 挤压膨化技术是一种集混合、机械剪切、高温加热、高压、膨化及成型等手段于一体的创新技术，能使物料的组织结构、理化特性发生改变，达到改善口感的效果。SDF含量和膨化度受螺杆转速、挤压温度及物料水分等因素影响。任顺成等人采用此法处理小麦麸皮，DF和SDF得率分别为11.69%和1.16%。

3.2 化学改性法

化学改性是指将DF的糖苷键通过酸、碱处理转化为可溶性多糖，从而提高SDF含量。碱液浓度、料液比、改性时间及温度对DF得率有显著影响。吴丽萍等人将竹笋DF进行改性，提高了DF含量，并在一定程度上改善了其持水力等特性，但DF结构被破坏，阳离子交换能力下降。化学改性由于操作复杂、处理时间长且有副反应等劣势，应用受到一定限制。

3.3 生物改性法

3.3.1 酶法改性 此法通過酶解作用除去DF原料中的淀粉和蛋白质后，加入常用的酶（纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶），经浸提改性、灭酶、浓缩、乙醇沉淀、干燥等步骤得到改性的DF。此法操作简单、条件温和，可显著提高SDF得率，改善DF的加工特性。张海芳等人采用此法改性马铃薯DF，使其持水力和持油力分别提升了18%和30%，同时其结合水能力和阳离子交换能力也均有提高。

3.3.2 发酵法改性 此法利用微生物代谢产生的有机酸将IDF进行分解，切断大分子链结构，形成小分子和可溶性成分。目前主要采用乳酸菌和混合菌种。赵泰霞等人利用保加利亚杆菌和嗜热链球菌进行1∶1混合对豆渣进行发酵，提取到的DF占原料的75.6%，其中SDF占17.2%，表现出高持水力和溶胀性。此法提取到的DF纯度高、持水性和膨胀力良好，操作方法相对简单安全，但其工艺研究还处于初级阶段。

3.4 联合改性法

联合改性是指将几种方法联合使用，可弥补单一方法的缺陷，多方法协同能更有效地提升DF的产率及品质。苏玉利用蒸汽爆破和超微粉碎技术改性米糠DF，虽然DF成分变化不明显，但相比单一方法SDF含量提高了1.96倍。汪楠等人利用高温蒸煮协同酶法改性竹笋DF，使其持水力等理化特性得到提高。

4 结论

我国全谷类、薯类、果蔬类及豆类等膳食纤维来源广泛、产量大，但在综合利用方面仍处于起步阶段。近年来新型DF食品的研发及DF在医学方面的表现越来越突出，未来要对DF进行更深入的研究，提高其利用率，开发新型食品，以实现农副产品的增值，延长产业链。

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Research Progress on Physiological Function and

Modification Method of Dietary Fiber

ZHANG Hanwen， YU Qiuwen， ZHANG Yifan， WANG Xingyan， XU Caihong*

（College of Grain Science and Technology， Shenyang Normal University， Shenyang 110034， China）

Abstract： Dietary fiber plays an important role in maintaining human health and preventing many kinds of chronic diseases. It is widely used in medicine， food， health products and other fields. This paper introduces the definition and classification of dietary fiber， summarizes the research progress of physiological function and modification method of dietary fiber， in order to provide reference for further research and application of dietary fiber.

Key words： dietary fiber; physiological function; modification method; research progress