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膳食纤维提取的研究进展* 符 琼，林亲录，鲁 娜，周丽君 （中南林业科技大学食品科学与工程学院，长沙 410004） *项目资助：湖南省重大科技专项(No.2007FJ1007) 作者简介：符琼（1984 ），男，湖南怀化人，在读硕士研究生，研究方向为食品生物技术。 摘 要：膳食纤维对人类健康有积极的作用，在预防人体胃肠道疾病和维护胃肠道健康方面功能突出。本文 综述了国内外膳食纤维提取的常用方法以及从不同原料中提取膳食纤维的工艺和原料的利用情况，并从所得膳食 纤维的品质、特性及发展前景等方面进行了较全面的比较。 关键词：膳食纤维；提取；特性 膳食纤维(DF)是指不被人体消化的多糖类碳水化 合物和木质素的总称，可分为水溶性膳食纤维和水不 溶性膳食纤维两大类。其中，水溶性膳食纤维主要为 植物细胞内的储存物质和分泌物，另外还包括部分微 生物多糖和合成多糖，其组成主要是一些胶类物质和 糖类物质。不溶性膳食纤维的主要成分是纤维素、半 纤维素、木质素、原果胶和壳聚糖等。 膳食纤维对人类健康有积极的作用，在预防人体胃 肠道疾病和维护胃肠道健康方面功能突出。早期的流行 病学研究显示，膳食纤维能够预防结肠癌， 一定程度上 可以治疗慢性疾病， 因而有 “ 肠道清道夫”的美誉。 虽然目前膳食纤维的准确作用机理仍然难以确定， 但研 究表明， 膳食纤维含量充足的饮食， 无论是在预防还是 在治疗糖尿病方面都具有特殊的功效。膳食纤维还能够 延缓和减少人体对重金属等有害物质的吸收， 有减少和 预防有害化学物质对人体的毒害作用。另外，膳食纤维 可以改善食品的食用品质、加工特性和外观特性，在食 品中的用途十分广泛。膳食纤维在蔬菜、水果、粗粮杂 粮、豆类及菌藻类食物中含量丰富。在我国， 有着丰富 的纤维素原料， 可用于制备膳食纤维的原料很多。本文 总结了国内外提取膳食纤维的常用方法， 为工业化生产 和其他研究工作者提供一定的参考。 1 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。 1.1 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。提取 可溶性豆渣膳食纤维采用直接水提法制备最为简便。 Prakongpan1研究菠萝膳食纤维(PDF)，用乙醇提取获得 的水溶性膳食纤维的纯度为99.8，是很好的食品加工 原料。姜竹茂等2在提取温度 100 、自然pH、提取时 间 10 min、加水量 25 ml/g条件下实验，结果表明，可 溶性膳食纤维产率由原来的 6.55提高到11.34， 增 加了近一倍。碱法应用较普遍，日本不二公司以豆渣 为原料，用含 3070碱性水溶液的亲水性有机溶 剂乙醇抽提，再用酸中和、压榨、脱水、干燥得到固体 多糖，产品为无臭、无味的白色粉末。从豆渣中提取出 的大豆多糖含食物纤维60。酸法使用较少，因为使用 酸法制备膳食纤维的过程中，损失较大，得率不高。 1.2 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。刘达玉 等3以干薯渣为原料，采用酶法水解淀粉、蛋白质的 提取方法，探讨了薯渣中淀粉、蛋白质水解的工艺条 件，提取的产品总膳食纤维含量达到 78以上，是薯 渣粉含量的 2.76倍，淀粉含量 3.09。林文庭4以番 茄渣为原料，研究酶法提取膳食纤维的工艺技术，酶 法提取的水溶性膳食纤维 (SDF) 及水不溶性膳食纤维 2010年第03期No.03，2010 中 国 食 物 与 营 养 Food and Nutrition in China (IDF) 的得率分别为 6及 40。酶法提取条件温和，不 需要高温、高压，而且节约能源，操作方便，更可以省 去部分工艺和设备，有利于环境保护，所以特别适合于 原料中淀粉和蛋白质含量高的制备工艺。 1.3 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 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。 刘达玉等5以干薯渣为原料，采用酶法水解淀粉，碱法 水解蛋白质、脂肪的提取方法， 提取的产品总膳食纤维 含量达到 80.70，是薯渣粉含量的 2.84倍，淀粉含量 2.40，而蛋白质和脂肪含量分别为0.49、0.38。 1.4 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。该法能通过改变膜的分子截留量来制备不同的 分子量的膳食纤维，避免了化学分离法的有机残留。使 用此法的缺点是不能制备不溶性膳食纤维，而且此法对 设备要求较高。目前， 膜分离法制备膳食纤维的报道不 多。该法能通过改变膜的分子截留量制备不同分子量的 膳食纤维， 且能实现工业化生产。可以预见， 它将是分 离水溶性膳食纤维最有前途的方法。 1.5 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。发酵法生产的膳食纤维色泽、质地、气味 和分散程度均优于化学法，比化学提取法得到的膳食 纤维有较高的持水力和得率。目前该法在果皮原料制 取膳食纤维时使用。涂宗财等6利用自制混合菌曲发 酵制得的豆渣膳食纤维为浅黄色的粉末产品、该产品 具有特殊香味、无豆渣原有的豆腥味和苦涩味、持水 力高、吸水性强等特点， 且加工过程中不易失去水 分， SDF 占 DF 的比例高达 13.13， 生理活性明显 增强， 是一种优质的膳食纤维。 2 不同原料中提取膳食纤维的研究现状 2.1 从谷物类原料中提取膳食纤维 从谷物类中提取膳食纤维主要是针对粮食加工生 产的大宗副产品，比如燕麦麸皮、麦麸、玉米皮、米 糠等，其所含膳食纤维主要以纤维素、半纤维为主。 由于它们具有原料高度集中、价格低廉等优点，以此 为原料提取膳食纤维的研究比较多，提取物在食品工 业中也得到了较为广泛的应用。 2.1.1 从燕麦麸中提取 燕麦，又称莜麦。是一种特色杂粮作物。燕麦麸 得率在3040，总膳食纤维含量超过30。此外， 燕麦膳食纤维中水溶性膳食纤维-葡聚糖是所有谷物 中含量最高的，占11.33左右。李芳等7用酶碱结合 法提取燕麦麸膳食纤维，在最佳工艺条件(料水比1:10、 -淀粉酶添加量为1.5、酶解溶液pH值7.0、酶解温度 65 )下酶解40 min，再使用1 mol/L NaOH溶液调节pH值 至11，于60 条件下提取30 min，所得燕麦麸膳食纤维 的提取率达66.12。 申瑞玲8报道了用微波协助提取法 可以从燕麦麸中提取一种具有高生理活性的多糖-葡聚 糖，发现在液固比为1：2、微波功率720 W、提取时间9 min、溶液pH为10的条件下， 所提取-葡聚糖的得率达 8.31，高于未微波处理时的得率7.14。 2.1.2 从小麦麸皮中提取 针对麦麸膳食纤维的组分特点，目前其提取主要 以化学法为主。 李新明等9用水提和乙醇沉淀的方法提 取麦麸水溶性膳食纤维，提取率为4.76；所得纤维产 品还具有一定的抗氧化性，在花生油中其抗氧化作用 优于常用抗氧化剂BHA、BHT、TBHQ，且毒副作用远 低于后者。目前对于小麦麸皮膳食纤维也在食品工业 中得到了广泛的应用， 可用于制备食物纤维素冲剂、 麦麸纤维保健型花生饮料、麦麸膳食纤维乳酸饮料、 麦麸纤维软糖等，赋予了这些食品一定的保健功能。 2.1.3 从啤酒糟中提取 从啤酒糟中提取膳食纤维较之前面所述的几种原 料较为复杂一些，这是由于啤酒糟中含有大量蛋白 质及少量的淀粉和脂肪，因此在提取的过程中要首先 除去这些成分。为此，酶法以及酶化法在此类膳食 纤维提取中应用更多，以利用一些水解酶类在温和的 条件下水解脱蛋白、降解淀粉和脂肪。例如，王金华 等10研究了利用酶法提取啤酒糟水不溶性膳食纤维， 发现在75下，同时加入0.6的木瓜蛋白酶和0.2的 -淀粉酶可除去蛋白质和淀粉， 酶解4 h， IDF得率为 29.5； 同样用0.6的木瓜蛋白酶和0.2的-淀粉酶 除去蛋白质和淀粉，然后用乙醇沉淀的方法提取水溶性 膳食纤维，SDF得率为16.5。 目前，已有用从啤酒糟 为原料提取的可溶性膳食纤维制取纤维饮料的报道， 即用提取出的膳食纤维与脱脂乳混合，接入乳酸菌发 酵，经调配、均质等工艺过程，制成功能性乳酸发酵 33符琼等：膳食纤维提取的研究进展 纤维饮料。鉴于啤酒糟源的膳食纤维的功能性特点，其 具有广阔的应用前景，还有待于进一步的开发。 此外，在谷物中可以作为膳食纤维原料的还有玉米 皮、米糠等。我国是农业大国，谷物种植面积广，产量 高，开发以谷物为原料提取膳食纤维，可以提高我国农 业生产中主要粮食作物附加值，增加农民收入。 2.2 从豆类原料中提取 除了谷物外，大豆膳食纤维也是一种优质的纤 维，目前大豆源膳食纤维的提取和性质研究已经成为 热点之一。许多发达国家已建立起开发研制大豆膳食 纤维的专门机构。Burke等11研究了20多种纤维，认 为大豆纤维具有更明显的生理和医疗功能，是一种安 全的膳食纤维。在大豆油脂、大豆传统加工制品(如豆 腐、豆腐花等)与现代加工品(如大豆分离蛋白等)过程 中，副产物大豆皮、大豆渣占原材料30以上。豆渣 和豆皮因为成分和纤维特性的不同， 其提取方法也略 有不同。 豆渣(干基)含粗蛋白质约1525，较豆 皮蛋白含量高，脂肪含量也较高，所以提取过程一般 需要脱脂除蛋白处理。豆渣豆腥味较浓，可进行加热 处理、溶剂处理去脱腥味。豆皮蛋白质和脂肪含量较 低，一般可以不进行脱脂除蛋白，但豆皮膳食纤维中 水溶性纤维含量较豆渣中少，生理功效不如豆渣膳食 纤维，目前有对其进行改性的研究，以提高水溶性膳 食纤维含量，如酶法改性、挤压蒸煮、瞬时高压等。 此外，由于豆渣、豆皮本身颜色较深，要获得较佳的 产品色泽，还需要进行脱色处理，最常用的是过氧化 氢漂白法。 由于大豆膳食纤维具有良好的吸水、吸 油、增稠性能， 同时能改善一些产品的质构， 因此目 前已作为食品配料广泛应用于食品加工中，如制备高 纤维面包、饼干等健康食品。 2.3 从果蔬类原料中提取膳食纤维 目前， 从果蔬类为原料中提取膳食纤维的研究也 较多， 主要利用制糖业、果蔬加工业的副产物，品种 较多， 其中研究较多的是甜菜粕和甘蔗渣， 作为糖厂 制糖的副产物，这两种原料产量大，来源集中。 2.3.1 从甘蔗中提取 蔗渣大约占甘蔗的24 27，一般是用于锅炉燃料、造纸和制板等。近年来 研究发现， 蔗渣含有90以上的总膳食纤维干基，其 中纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为26.5、 43和19.5，是一种很好的天然膳食纤维源，从膳 食纤维的两个主要功能性指标即膨胀力和持水力来比 较，其与小麦麸皮纤维极为相似。 目前，蔗渣膳食纤 维粉的制备流程主要包括原料清理、粗粉碎、浸泡漂 洗、异味脱除、二次漂洗、脱色、干燥、粉碎和过筛 等步骤12。 2.3.2 从甜菜粕中提取 甜菜粕是在甜菜制糖过程 中，甜菜经切丝、充分提取糖分后所得的含糖很少的 菜丝，亦称废粕，是糖厂中物料量最大的副产品。甜 菜粕中主要含有纤维素、半纤维素和果胶，还有少量 的蛋白质、糖分等，也是膳食纤维的天然来源之一。 然而，同蔗渣一样，传统上许多糖厂对甜菜粕的处理 都是作为饲料出售，经济价值很低。如能对其进行膳 食纤维及其制品的开发利用，将大大提高其附加值。 国外一般采用物理方法从甜菜粕中制取混合型膳食纤 维， 尽量保持天然品质。 例如英国糖业公司， 他们 生产甜菜膳食纤维的加工方法为：用大量的水反复漂 洗甜菜粕，然后在低温条件下干燥， 即成无不良气味 的膳食纤维含量达73的白色纤维产品。国内以甜菜 渣为原料制取膳食纤维的工艺流程则较为复杂。关于 甜菜膳食纤维特性的研究表明，此种纤维有很好的亲 水性、吸油性、保形性和保香性，而且总发热量低， 约为60Kcal左右。 2.3.3 从水果中提取 一些水果加工厂生产果汁、 果酱、水果罐头、蜜饯等的过程中会产生大量的皮、 渣等废弃物，目前这些副产物没有得到增值利用，都 作为垃圾废弃，极大浪费资源，污染环境。实际上， 菠萝皮渣、苹果渣和柑桔渣中含有丰富的果胶。研究 表明，果胶含量最高的是柑橘皮，约占干重的25， 其次是苹果渣， 占干重的15，菠萝皮渣中果胶则为 9.2。果胶具有凝胶化和乳化稳定等特点，能够用于 不同食品体系中，用作增稠剂、 组织成型剂和乳化剂 等。此外， 它在医药、化妆品行业也有广泛用途。 张雪等13用酸水解和乙醇沉淀的方法从柑桔皮中提取 果胶，得率约为21，所得产品为淡黄色粉末，味微 酸，含水量710，酯化度在7080。 2.4 从海藻类原料中提取膳食纤维 海藻含有丰富的藻胶、纤维素、半纤维素、维生 素和矿物质， 也是一种良好的膳食纤维源。 国外对海 藻膳食纤维的研究始于20世纪90年代，以研究紫菜、 裙带菜、石莼、浒苔中膳食纤维的结构、理化性质及 生理功能居多14。 我国对海藻膳食纤维的制取技术研 究和生产尚处于起步阶段，目前研究较多的是海带、 马尾藻、江蓠和麒麟菜等， 因为它们资源丰富，易获 得。 研究表明，海藻种类不同，其膳食纤维含量也不 34中 国 食 物 与 营 养 同，因此其提取工艺也有所不同。如江蓠中膳食纤维 占6070，蛋白质含量在15以上，脂肪含量低； 麒麟菜中膳食纤维占70以上，蛋白含量在2.0以 上；马尾藻膳食纤维含量在60以上， 蛋白含量在7 以上；这些都是高膳食纤维、低热量的天然优质保健 食品原料。李来好等15研究用碱法从江蓠中提取膳食纤 维，产率为28.4，其最佳提取工艺为用5氢氧化钠溶 液，在80条件下处理90min。海藻种类不同时，不仅其 膳食纤维提取的工艺不同，所得产品特性也各有不同。 3 总结和展望 目前， 国内外提取膳食纤维方法以化学法为主， 此工艺简单投入成本低， 已应用到工业化生产中。但 由于在加工过程中对膳食纤维产品的理化性质和生理 功能有明显影响， 如热碱浸泡和反复用水漂洗既降低 了膳食纤维的产率， 又使产品的持水力和膨胀力明显下 降。更为不利的是用化学法提取膳食纤维不可避免会排 放大量的污水对环境造成严重的污染， 而处理费用代 价昂贵。有鉴于此， 在研究膳食纤维起步较早的欧美 和日本等国家，均在积极探索采用较为温和的工艺方 法和环保的高新技术提取分离膳食纤维。虽然酶法、 膜过滤和发酵法提取膳食纤维的技术尚不成熟， 相对 于常规的化学法的成本也较高， 但因其反应条件较为 温和， 同时对环境的污染相对较小， 将是今后提取膳食 纤维的研究方向之一。豆渣膳食纤维在提取的过程中， 还需要处理脱腥、脱色和保存等关键问题， 探索有效的 工艺参数和方法， 解决生产中的疑难问题。 参考文献 1T prakongpan. 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