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中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳食纤维的提取与应用 中文摘要 国内外研究表明，膳食纤维具有降血脂、降血糖、预防肠癌等诸多生理功能，膳食 纤维的提取和应用日益受到人们的重视。 苹果是我国的大宗果品之一，加工中产生大量的下脚料。对苹果皮渣的综合利用具 有重要意义。本论文采用正交试验设计，确定了苹果皮渣中膳食纤维的最佳提取工艺； 选择了最佳脱色及干燥方法。结果表明：均质压力3 0 m p a ，p h 为2 0 ，9 0 c j j f l 热6 0 m i n ， 获得的膳食纤维提取物具有最高的s d f i d f 值。离心后。获得的不溶性膳食纤维( i d f ) 用乙醇洗涤2 次；可溶性膳食纤维( s d f ) 提取液真空浓缩，采用乙醇沉淀、乙醇洗涤 2 次，脱色效果最佳。脱色后的膳食纤维进行喷雾干燥，产品色泽和细度最好。 对膳食纤维的应用进行研究。确定了高纤维果冻的最佳配方为：卡拉胶0 3 克， 槐树豆胶0 4 5 克，不溶性膳食纤维4 克，磷酸二氢钾( k h 2 10 4 ) 0 1 5 克，砂糖1 0 克，柠 檬酸o 1 5 克，原果汁3 0 m l ，青苹香精o 1 m l ( 总体积1 0 0 m 1 ) 。新型高纤维姜味饮料的 最佳配方为：可溶性膳食纤维0 8 克，姜油树脂o 0 6 克阿斯巴甜0 0 4 克( 总体积1 0 0 m 1 ) 。 感官评价结果表明两种高纤维食品具有良好的风味和口感。 关键词：膳食纤维苹果皮渣提取高纤维食品 o v 中固农业硕士学位论文 苹果皮渣膳食纤维的提取与应用 a b s t r a c t i tw a sp r o v e dt h a td i e t a r yf i b e rm i g h tr e d u c et h er i s ko fm a n yd i s e a s e ss u c ha so b e s i t y , d i a b e t e s ，h e a r td i s e a s ea n dc a n c e r s t h ea p p l i c a t i o n o fd i e t a r yf i b e ri nf o o d s ，e s p e c i a l l y f u n c t i o n a lf o o d s ，i sg e t t i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a r a p p l ep o m a c ew a sam a j o rb y - p r o d u c tw i t hal a r g ea m o u n tf r o ma p p l ep r o c e s s i n gt h a t p e r h a p sw a s o n eo ft h eb i g g e s tf r u i tp r o c e s s i n gi n d u s t r i e si nc h i n a s t u d i e so no p t i m i z e d p r e p a r a t i o no f d i e t a r yf i b e rf r o m t h ep o m a c ew e r eu n d e r t a k e ni nt h i sp r o j e e las a t i s f i e dr a t i o o fs d f i d fw a sa c h i e v e du n d e rt h ec o n d i t i o n so fh o m o g e n i z a t i o np r e s s u r e3 0m p a , p h2 0 ， 9 0 f o r6 0m i n u t e s e x t r a c t e df i b e rw a st h e nw a s h e dw i t he t h a n o lf o rt w i c e t i m e st or e m o v e c o l o r ss u c c e s s f u l l y t h ef i n a lp r o d u c t s ，i n c l u d i n gi d fa n ds d f , w e r ep r e p a r e dw i t ht h e r e m o v a lo f w a t e ra n d p a r t i c l ef o r m a t i o nb ys p r a yd r y i n g t w ov a r i e t i e so f f u n c t i o n a lf o o d sr i c hi ns d fa n di d fp r e p a r e da c c o r d i n g t op r o c e d u r e d e s c r i b e da sa b o v ew e r ed e v e l o p e d t h ei n g r e d i e n t so ft h eh i g hd i e t a r yf i b e rj e l l yw e r e ： c a r r a g e e ng u m0 3 9 , l o c u sb e a ng u mo 4 5 9 , i d f4 9 , k h 2 p 0 4o 1 5 9 , s u g a r1 0 舀c i t r i ca c i d 0 1 5 9 , j u i c e3 0 m 1 a p p l ef l a v o r0 i m l ( t o t a l v o l u m e 1 0 0 m 1 ) g i n g e rd r i n k c o n t a i n e d ： s d f 0 8 9 , g i n g e rr e s i no 0 6 9 a n da s p a c t a m eo 0 4 9 as e n s o r ye v a l u a t i o nf o rt h o s et w o f o o d sw a s f i n a l l yp e r f o r m e d t h er e s u l t ss u g g e s t e dt h o s et w of o o d s e x h i b i t e dn i c ef l a v o ra n d t e x t u r ea n dt h e r e f o r em i g h th a v eab r i g h tf u t u r ei nm a r k e t k e yw o r d s ：d i e t a r yf i b e r ( d i e t a r yf i b r e ) ，a p p l ep o m a c e ，e x t r a c t , h i g hd i e t a r yf i b e rf o o d s 2 中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳食纤维的提取与应用 第一章文献综述与立题思路 第一节前言 1 研究意义 人类在过去很长一段时间内，都在努力去除小麦粉中的麸皮和大米中的米糠，以达 到生产白面和精制米的目的。由于在膳食结构中对这些精细食品以及高热量、高蛋白和 高脂肪食品的摄入量大大增加，使膳食纤维的摄取量相对减少，破坏了膳食营养的平衡 性，因而致使高血脂、肥胖症、胆结石、脂肪肝、糖尿病及肠癌等疾病在各地时有发生。 随着现代科学技术在医学、生物学等领域取得的突破性成就，近二、三十年来，膳 食纤维的功能作用日益受到重视。国际营养学家一致认为膳食纤维能够平衡人体营养， 调节机体功能。增加膳食中纤维的摄入量已成为西方国家为提高自身健康而采取的一项 重要措施。 我国城市人口人均纤维素摄入量为1 7 9 克，天。农村人口平均为2 1 6 克厌，大大低 于世界卫生组织的要求( 2 7 克厌) 。 因此开展对膳食纤维的研究，对促进人民身体健康、提高食品工业在国内国际市 场上的竞争力有熏要意义。 2 膳食纤维的研究历史 1 9 7 0 年前营养学中并无”膳食纤维”( d i e t a r yf i b e r 或d i e t a r yf i b r e ) 一词，而只有” 粗纤维”( c r u d ef i b e r , r o u g h a g e ，b u l k ) 1 4 ”由于用于消化纤维类的酶不存在于消化液中， 因此，粗纤维曾被认为是对人体不起营养作用的一种非营养成份。而且营养学家考虑的 是粗纤维吃多了会影响人体对食物中营养素的吸收，尤其是对微量元素的吸收不利。然 而通过近2 0 多年来的调查和研究，发现并认识到这种”非营养紊”与人体健康密切相关， 它在预防人体的某些疾病方面起着重要的作用，同时也认识到这种”非营养素“的概念已 不适用，因而将”粗纤维词废弃，改为”膳食纤维”。 2 0 世纪7 0 年代英国的d e n i sb u r k i t t 和h u g ht r o w e l l 等人在就东非人与欧洲人所患 疾病进行比较研究中，发现在患便秘、大肠憩室症、阑尾炎、过敏性肠炎、大肠癌等疾 病的患者中，东非人少而欧洲人多。于是提出假说：粗粮或富含膳食纤维的食物可以预 中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳食耋f - - l t g 的提取与应用 防西方社会中所发生的一些疾病如肠癌、大肠憩室症、阑尾炎、便秘、痔疮、糖尿病、 心脏病、高胆固醇症及肥胖症等。尽管有人认为此假说纯属推理，但已逐渐引起了人们 对膳食纤维的重视和研究，并不断地提出一些理论和实验研究的进展。 此外，印度营养学家马洛特拉研究发现，与印度北部相比，南部人群中大肠癌发病 率较高，其原因是北印度的人们摄入了大量的纤维质食品、纤维素、蔬菜类等l l i 。 从此人们对膳食纤维倾注了热切的关注。到1 9 7 6 年，提出了膳食纤维比较明确的 定义，为营养学家、分析学家研究膳食纤维生理功能、分析方法提供了明确的方向。19 7 9 年第9 3 届国际分析化学家协会( a o a c ) 年会提出和号召对膳食纤维进行标准化定义 和分析。引起了膳食纤维研究的新高潮，到1 9 8 4 年a o a c 就确定了以酶一重量法分别测 定食品中总膳食纤维、不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维的方法，为进一步明确不溶性 膳食纤维及可溶性膳食纤维的生理功能提供了强有力的手段。1 9 8 8 年通过并建立了统一 的国际a o a c 方法，为国际间膳食纤维研究、食品标签、标准制定提供了比较依据。 流行病学家和其他研究工作者，需要膳食纤维各成份的数据以进一步研究膳食纤维 与疾病和健康的关系卫生人员和消费者也需要这方面的资料。然而各国的食物成份表 中均缺少食物中膳食纤维含量的完整资料。美国农业部的国家食物成份表中也不包括膳 食纤维。但收集了一些资料编成了一个临时应用的膳食纤维表。我国1 9 9 1 年版的 中列出了”不可溶膳食纤维”的含量，但还是缺乏总的膳食纤维及可溶性膳食 纤维的含量2 1 。 进入9 0 年代，全世界范围掀起了研究膳食纤维的热潮，膳食纤维受到来自不同领 域科学家的重视，尤其9 0 年代初期，美国总统里根患直肠癌的消息传出后，全美甚至 整个欧共体国家掀起了股研制开发纤维食品的热潮，以往不被重视的膳食纤维，被正 式列为传统六大营养素之后的“第七大营养素“。 膳食纤维经过了3 0 多年的研究和发展，人们取得了不少共识，专家们一致认为： 纤维食品将是2 l 世纪主导食品之一。在欧美，食用纤维素的年销售额已达3 0 0 亿美元， 日本在1 9 9 3 年已超过1 0 0 亿美元。 3 膳食纤维的定义 根据联合国粮农组织( f a o ) 的定义，膳食纤维是指：“能用公认的定量方法测定 的人体消化器官所固有的消化酶所不能分解的食用动植物的构成成分”膳食纤维是 类多糖物质混合物的总称，其包含的组分非常复杂，因此准确定义一直未能确定根据 4 中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳食纤维的提取与应用 上述定义，膳食纤维包括纤维素、半纤维素、木质素、胶质、改性纤维素、粘质、寡糖、 果胶，少量组成成分如蜡质、角质、软木质。近年来又将一些非细胞壁的化合物加入到 膳食纤维的组成成分之中，包括抗性淀粉、美拉德反应的产物、来源于动物的甲壳素等 1 4 9 】。 根据其在热水中的溶解性，膳食纤维( d f ) 大致可分为可溶性膳食纤维( s d f ) 和不溶 性膳食纤维( i d f ) 两类，不溶性膳食纤维包括纤维素、某些半纤维素、木质素等；可溶性 膳食纤维包括果胶、植物胶、粘液等。 纤维素( c e l l u l o s e ) 是植物细胞壁中存在的1 , 4 一b 葡萄糖聚合物。作为一个直链中性大 分子，纤维素是不溶于水的，虽然它可以被修饰得更可溶些而加到食品中作添加剂( 如 羧甲基纤维素钠) 。纤维素被肠内细菌的降解程度不同，但总的来说发酵性差。麸皮、 豆类、豌豆、根菜、甘兰属蔬菜、种子外表皮和苹果纤维素含量相对较高。 半纤维素( h e m i c e l l u l o s e ) 也存在于植物细胞壁中是六碳糖、五碳糖中带有分枝的 聚和物主链的糖是半纤维素分类的基础，包括木糖、甘露糖、半乳糖，侧链的糖包括 阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖醛酸侧链的糖也有重要的性质如侧链含有酸的半纤维素 有少量电荷并且可溶，其它半纤维素不可溶半纤维素被肠内细菌的发酵性能也受它的 种类和位置的影响如半纤维素的己醣和醛糖酸组分更容易被细菌酶分解麸皮和全麦 半纤维素含量高 果胶0 e c t i n s ) 的主要构成是以a 1 ，4 连接的n 葡萄糖醛酸链其它糖成为它的侧 链包括鼠李糖、木糖、阿拉伯糖和海藻糖果胶存在于主细胞壁的一部分和胞间层的 一部分果胶可溶于水具有凝胶性并有离子结合能力。果胶可完全被肠内细菌代谢苹 果、草莓、柑桔果胶丰富。 木质素( l i n g i n ) 是由松柏醇、芥子酵和羟基肉桂醇3 种单体组成的大分子芳香族化 合物，在细胞壁中与其它非纤维索成分连接。不溶于水，不被肠内细菌消化。成熟根类 蔬菜如胡萝l - ，小麦和有可食性种子的水果如草莓，木质素含量高。 植物胶( g u m s ) 是一组物质，它们在植物受伤处由分泌细胞分泌，并能从植物中流出。 它们的结构依据起源的不同也多种多样。主要有半乳糖、葡萄糖醛酸、醛糖酸、阿拉伯 糖、鼠李塘、甘露糖及其它植物胶在大肠中被肠内细菌发酵。 粘液( m u c i l a g e s ) 和海藻多糖( a l g a lp o l y s a c c h a r i d e s ) 是水状胶质与植物胶化学结构 相似。因为他们有亲水性质，这些物质是优良稳定剂。粘液由分泌细胞合成，用来保护 种子的胚乳。粘液和海藻多糖都可以被肠内细菌降解。 5 中回农业硕士学位论文苹果皮渣j 罄食纤维的提取与应用 其它成分：角质( c u t i n ) 、软木质( s u b c 币n ) 、蜡( w a x e s ) 。角质在细胞壁外表面，含有 羟基脂肪酸，不渗水。软木质紧贴细胞壁外表面，恰好在表皮下，由酚类物质、长链醇 和酸组成。角质和软木质是脂肪酸的聚合物，抗酸和酶。蜡质，复杂的憎水碳水化合物， 在许多植物的外表皮| 5 0 】。 4 膳食纤维的物化特性 4 1 高持水力：膳食纤维的吸水性能极强，吸水后能将自身膨胀几倍至几十倍因其化 学结构中含有很多亲水基团。 4 2 吸附作用：膳食纤维分子表面有很多活性基团，可以吸附螯合胆固醇、胆汁酸以及 肠道内有毒物质( 内源性毒素) 、化学药品和有毒医药品( 外源性毒素) 等有机化合物。 4 3 阳离子交换作用：膳食纤维化学结构中包含羧基、羟基、氨基等侧链基团，可以产 生弱阳离子交换树脂的作用，可与阳离子，尤其是有机阳离子进行可逆交换一方面， 由于改变了离子瞬间浓度，一般是起稀释作用并延长转换时间，从而影响消化道内p h 值、渗透压及氧化还原电位等，并出现一个更缓冲的环境有利于消化吸收。另一方面， 这种交换作用也会影响到机体对某些矿物元素的吸收刖 4 4 无能量填充j f l i ：膳食纤维体积较大，缚水后体积更大 4 5 发酵作用t 膳食纤维虽不能被人体消化道内的酶所降解，但却能被大肠内微生物发 酵降解，产生乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸【”1 。 5 膳食纤维的生理作用 5 , 1 预防结肠癌和大肠憩室症 5 1 1 预防结肠癌主要通过以下方式： 5 1 1 1 抑制有毒发酵产物 食物经消化吸收后所剩残渣到达结肠后，在被微生物发酵过程中，可能产生许多 有毒代谢产物，包括氨、苯酚与甲苯酚、亚硝胺等。 膳食纤维对这些有毒发酵产物有吸附螯合作用，可以减少其对肠壁的刺激。并且， 膳食纤维酵解产生的短链脂肪酸，能刺激肠道蠕动，有利于缩短食物在大肠内的通过时 间，从而促进有毒物质迅速排出。此外，膳食纤维增加了粪便排泄量，相当于稀释了肠 道内的致癌物质纠。 5 1 1 2 减少次胆汁酸生成 6 皆 臀 中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳食纤维的提取与应用 过多的胆酸在肠内，由于肠内细菌的作用，会变成有致癌作用的次胆汁酸。水溶性 纤维能束缚胆酸和次胆汁酸，将之排出体外；此外，由于短链脂肪酸生成导致的p h 值 降低使得胆汁酸的溶解度变小。这都减少了胆汁酸代谢物产生的细胞毒性物质，从而可 以降低结肠癌的发病率。 5 1 1 3 发酵产生短链脂肪酸 其中丁酸是最重要的一种，它可调节结肠细胞的增殖，是上皮细胞的能量源，对细 胞生长和分裂有影响，在预防结肠癌方面具有重要作用： 5 1 i 3 i 细胞过度增生被认为是癌症的早期变化，是癌症的非基因性的原因。结肠上皮 细胞过度增生极易导致结肠癌，而丁酸可抑制上皮细胞的过度增生和转化，预防结肠上 皮细胞的癌变。 5 1 1 3 2 丁酸可促进结肠癌细胞的分化，抑制肿瘤细胞系初级阶段的生长与增殖，降低 其生长速率。 5 1 1 3 3 丁酸可诱导肿瘤细胞产生与正常细胞相似的类型，使正常细胞增殖：并有助于 促使转化细胞向正常细胞转变而防止其癌变 5 1 1 3 4 丁酸还可能改变某些致癌基因或它们的产物的表达。 短链脂肪酸的产生使得结肠内p h 值下降，不仅可抑制有害腐生菌的生长，也可 促进肿瘤细胞的凋亡j 表i - i 不同食品成分发酵产生的短链脂肪酸的数量i 卅 总酸量 成分 丁酸丙酸乙酸 抗性淀粉 3 82 l4 1 小麦纤维 1 91 55 7 纤维素 1 92 06 1 瓜儿胶 1 12 65 9 果胶 91 47 5 5 1 2 预防大肠憩室症 大肠憩室是在肠壁柔软处生成的小室，当它们变大发炎就变成大肠憩室。此情况常 伴有左下部疼痛，腹泻与便秘交替，肠胃气胀。大肠憩室症在2 0 世纪以前实际没有， 但在工业社会已成稳定增长的趋势h ” 7 v 中国农业硕士掌位沧文 苹果皮渣膳食纤朔：的提取与应用 小肠、大肠是一种合起来长达1 0 米的细长的内脏器官，“停滞时间的延长”发生在 大肠终端，即从结肠到直肠的部分。膳食纤维一多，食物在肠内的滞留时润就会缩短， 粪便就会增多，并会迅速从这里通过，排便就顺畅了。同时膳食纤维吸水后能将自身膨 胀几倍至几十倍。结果增加了肠中水的含量，使粪便的体积和柔软度增加1 5 ”。 增加了体积和柔软度的粪便，通过减轻排便的紧张程度成为防止痔疮、静脉曲张、 大肠憩室症、大肠癌的重要因素i 4 j 。 5 2 调节肠内菌群 有害性肠内细菌( 厌氧菌) 比真菌数量要少，不过，其作用一旦加强，就会成为导 致人体各种老化现象出现及成人病的病因。结肠内腐生菌适于在较高p h 值环境中生长， 以产生致癌物质。 来自小肠的未被消化吸收的膳食纤维进入大肠后，对其中微生物菌群的数量和种类 产生重要影响。膳食纤维被结肠内某些细菌酵解，产生短链脂肪酸，使结肠内p h 值下 降，影响结肠内微生物的生长和增殖。促进肠遵有益菌的生长和增殖，从而抑制肠道内 有害腐败菌的生长并减少有毒发酵产物的形成。 水溶性膳食纤维由于容易被肠道菌群作用，因而影响肠道菌群的效果也更为明显 某些水溶性膳食纤维还是双歧杆菌的有效增殖因子双歧杆菌在肠道内大量繁殖能够起 抗癌作用。并且，随着年龄的增大。由于胃肠液分泌量的减少，肠道内的双歧杆菌活菌 数会逐渐减少双歧杆菌活菌数的减少被认为是衰老、机体免疫力下降和肿瘤发生的重 要原因p 。 5 3 降血脂 膳食纤维可有效降低血脂水平，这已被大量人体和动物试验所证实。普遍认为，膳 食纤维可有效降低血清总胆固醇( 1 ) 和低密度脂蛋白胆固醇( l d l - c ) ，但对血清三甘醑 ( t g ) 和高密度脂蛋白胆固醇( h d l - c ) 水平的影响却缺乏比较统一的试验结果。大多数试 验显示，膳食纤维对h d l - c 和t g 无明显影响。l d l - c 被称作致动脉硬化因子，而h d l - c 也被称为抗动脉硬化因子。前者的降低和后者的升高均显示血脂情况的改善p “。 膳食纤维降血脂的可能作用机理包括： 5 3 1 吸附肠腔内胆汁酸 肝脏中的胆固醇会转变成胆酸，到达小肠能帮助消化脂肪，然后胆酸会回到肝脏再 转变成胆固醇。由于水溶性纤维在小肠中能形成胶状物质将胆酸包围。胆酸便不能通过 小肠肠壁被吸收再回到肝脏，而是通过消化道被排出体外。于是，当肠内食物再进行消 8 中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳食纤维的提取与应用 化需要胆酸时，肝脏只能靠吸收血液中的胆固醇来补充消耗的胆酸，从而降低了血液中 的胆固醇。体外试验显示，木质索吸附胆汁酸的能力很强，果胶及其它酸性多糖吸附能 力也较好，而纤维素的吸附作用较小。肠腔内，膳食纤维与胆汁酸的作用可能是静电力、 氢键力或者疏水键间的相互作用，其中氢键力结合可能是主要的作用形式。 5 3 2 降低膳食胆固醇的吸收率 机体血浆胆固醇水平与膳食胆固醇吸收率直接相关。黏性膳食纤维可明显增加小肠 内容物黏度，在小肠腔内形成胶基层，增加小肠非搅动层厚度，降低腮固醇从肠腔到黏 膜的扩散速度，阻碍胆固醇与肠黏膜的接触，导致胆固醇吸收率的下降。同时，膳食纤 维还可将胆固醇结合或包裹在它的分子内抑制胶态分子团的形成，阻碍胆固醇与胆汁 的乳化作用，也导致膳食胆圃醇吸收率的下降，而粪便胆固醇排出量却增加。 5 3 3 发酵产生短链脂肪酸 发酵产生的短链脂肪酸对肝脏胆固醇的生物合成可能有抑制作用降低了血中的胆 固醇，使冠心病和中风的发病率也随之降低美国医学界曾对燕麦中的水溶性纤维进行 历时3 0 多年的研究，结果显示它能降低血胆固醇，从而降低心脏病和中风的发病率。 5 4 预防肥胖症 在小肠中。膳食纤维会减弱小肠内食物之间以及食物与消化酶之间的混合，影响消 化吸收。体外试验表明。各种纤维均能抑制碳水化合物、脂质和蛋白质的胰酶的活力， 但这种抑制作用的机理目前尚不清楚。膳食纤维可减少脂质与胆酸的混合。抑制脂肪的 乳化，影响脂质在小肠中的吸收黏性膳食纤维可通过增加小肠内容物餮啵，使非搅动 层厚度增加等机制，延缓消化吸收过程，使高纤维膳食中的大部分营养素在小肠的下段 被吸收9 。 在胃中，黏性膳食纤维会使胃内容物黏度增加，可延缓胃的排空，使人不易感到饥 饿。通常，在大部分液体排空之前，膳食中的固体物质大都沉积于胃的底部，而后再经 胃窦和幽门进入小肠。当膳食中的黏性多糖增加胃内容物的黏度，固体与液体混杂在一 起不能分开，使固体物质不易沉降于胃底，从而延缓胃的捧空。试验显示，健康个体连 续4 周摄入苹果果胶( 2 0 9 d ) 后，其胃排空时间延长了2 倍，在停止摄入果胶3 周后，其 胃排空速率才恢复到试验以前的水平剐。 膳食纤维的高持水性和缚水后体积的膨胀性，对胃肠道产生容积作用，对于预防肥 胖症大有益处。 5 5 调节血糖水平 9 ， 中国农业硕士掌位论文 苹果皮洼膳食纤维的提取与应用 膳食纤维的摄取，有助于延缓和降低餐后血糖和血清胰岛素水平的升高，改善葡萄 糖耐量曲线，维持餐后血糖水平的平衡与稳定。 膳食纤维稳定餐后血糖水平的作用机理主要在于，延缓和降低机体对葡萄糖的吸收 速度和数量。 在胃中，膳食纤维的摄入，增加了胃内容物的黏度，降低了胃排空速率，也影响了 葡萄糖的吸收。添加膳食纤维所引起的胃排空速率降低与餐后血糖水平降低显著相关。 在小肠中。研究显示，黏性膳食纤维的摄入，可使小肠内容物的黏度增加，在肠内 形成胶基层，并使肠黏膜非搅动层厚度增加，使葡萄糖由肠腔进入肠上皮细胞吸收表面 的速度下降。葡萄糖吸收速率也随之下降。由于膳食纤维的持水性和膨胀性，在肠道内 干扰了可利用碳水化合物与消化酶之间的有效混合和作用，降低了可利用碳水化合物的 消化率。并且，膳食纤维促进肠道蠕动，使食物在消化道内的消化和吸收时间变短，也 影响了小肠对葡萄糖的吸收”l 。 膳食纤维延缓餐后葡萄糖的吸收，降低餐后血糖的最高峰值，也减轻了胰岛素的负 担，并可促进糖代谢的良性循环，对预防糖尿痛十分有利。大量的研究事实均证实，长 期摄入高纤维膳食，有利于稳定血糖，改善机体末梢组织对胰岛素的感受降低糖尿病 人对胰岛素的要求。对于i l 型( 非胰岛素依赖型) 糖尿病人，十分有必要提高日常膳食纤 维的摄入量，以避免疾病症状的进一步恶化但对于i 型( 胰岛素依赖型) 糖尿病。膳食 纤维的控制作用则较小p 】【7 j 。 5 6 成为肠内细菌繁殖的饵食，增加排便量 在肠道内( 主要是大肠内) ，共同生存大约1 0 0 种肠内细菌，它们把膳食纤维等难 以消化吸收的东西作为饵食，在上面繁殖着。 肠内细菌合成维生素b i 、b 2 、尼克酰胺、叶酸、维生素k 等。成为供给人体的 一部分能源肠内细菌还起着消灭外来侵入的腐败菌及化脓菌等的作用，在增强人体免 疫力方面也发挥着作用。 健康状态下的排便量每天会有所不同，多时和少时有时会相差十几倍但其中含有 水分约7 5 却是一定的，这与细菌这一类单纯生物的水分含量7 5 8 0 有关可以说， 大量进食膳食纤维后，排便量增加，不仅是由于没有消化而原封不动的排泄掉部分增多 了，而且是由于肠内细菌及其尸体增加的缘故。 1 0 中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳 ? 纤维的提取与应用 5 7 膳食纤维摄入过多时也会产生问题 过量摄入膳食纤维，有时会导致痢疾等疾病的发生。患了痢疾。将会排泄掉大量水 分，而溶解于水中的无机物也会大量流失，不仅是食物中的，连消化液中含有的从血液 中分离出来的无机物质都会流失掉，容易引发无机物缺乏症。 过量摄入膳食纤维还使无机物摄入量减少可能导致营养素缺乏。但是，如果食用 富含纤维的天然食品，即使大量摄入。与其成比例的各种无机物也可以相应的摄取到， 就不易导致缺乏症的发生i ，。 中国农业硕士掌位论文苹果皮渣膳食纤维的提邱u 亨应用 营养吸收 或结合 胆汁酸肠胆汁酸 脂肪脂肪吸收( 下降) 矿物质血清胆固醇( 下降) i ， 改变了的矿物质平衡 s d i i t = = = = 今凝胶形成_ 营养吸收( 下降) 图i - i 胃肠对可溶纤维和不可溶纤维的反应 1 2 成 值 _ p 0 中国农业硕士掌位论文 苹果皮滏膳食纤维的提取与应用 6 膳食纤维的摄入量 6 1 膳食质量标准的新概念 从2 0 世纪早期，营养学家就开始根据相关知识，建议某些营养素的参考摄入量。 推荐营养素摄入量( r d a s ，r e c o m m e n d e dd a i l ya m o u n t s ) 作为传统的膳食质量标准， 对指导发展食物生产，保障居民身体健康起了不可低估的作用。但随着科学资料的积累 和应用时间的发展，营养学界逐渐认识到传统r d a 概念已经不能很好适应今日需要， 于是提出了比较系统的d r i s ( d i e t a r y r e f e r e n c ei n t a k e s ) 概念”1 。 制定d r i s 的主要目的是为了满足应用不断发展的需要。以往只有r d a s ，在制定 人群食物供应计划、评价个体和群体的食物消费资料、确定食品援助计划目标、制订营 养教育计划以及指导食品加工和营养标签等都参考同一套推荐值，这样针对性不强，存 在由于评估过量摄入的危险性很不理想d r i s 则包含多项内容，可以针对个体或群体 不同的应用目的提供更适宜的参考数据。 d r i s 是在r d a s 基础上发展起来的一组每日平均膳食营养素摄入量的参考值，其 中包括4 项内容：平均需要量( f a r ) 、推荐摄入量( r n d 、适宜摄入量( a i ) 和可耐受最高 摄入量( u l ) 。 6 】平均需要量t 匣a r ) e a r 是根据某些指标判断可以满足某特定性别、年龄及生理 状况群体中5 0 个体需要量的摄入水平，这一摄入水平不能满足群体中另外5 0 个体对 该营养素的需要e a r 是制订r n i 的基础。 6 1 2 推荐摄入量( r n dr n i 相当于传统使用的r d a 。是可以满足某一特定性别、年龄 及生理状况群体中绝大多数( 9 7 曲8 ) 个体需要量的摄入水平长期摄入r n i 水平，可 以满足身体对该营养素的需要，保持健康和维持组织中有适当的储备r n i 的主要用途 是作为个体每日摄入该营养素的目标值 6 1 3 适宜摄入量( a i ) 在个体需要量的研究资料不足而不能计算e a r ，因而不能求得 r n ! 时，可设定a i 来代替r n i 。a i 是通过观察或实验获得的健康人群某种营养素的摄 入量。制定a i 时不仅考虑到预防营养素缺乏的需要，而且也纳入了减少某些疾病风险 的概念。根据营养”适宜”的某些指标制定的a i 值一般都超过e a r ，也有可能超过r n i 。 当健康个体摄入量达到a i 时，出现营养缺乏的危险性很小。如长期摄入超过a i 值，则 有可能产生毒副作用。 6 1 4 可耐受最高摄入量0 j l ) u l 是平均每日摄入营养素的最高限量。当摄入量低于 u l 时，可以肯定不会产生毒副作用。当摄入量超过u l 时，发生毒副作用的危险性增 1 3 中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳。纤维的提率与应用 加。 6 2 各国的推荐摄入量 由于膳食纤维至今尚无统一的标准测定方法，因此各国得出的适宜摄入量也无法直 接作比较。当前有两种方法可用来评价膳食纤维的适宜摄入量。其一，根据不同慢性疾 病危险人群的不同膳食摄入量来确定其适宜摄入量；其二，采用一个生理指标来评定其 适宜摄入量。 英国著名营养学家c u m m i n g s 等人证明每天摄入非淀粉多糖不超过3 2 9 ，其摄入量 与粪便重量间呈剂量反应关系。每日粪便重量低于1 5 0 9 时患有疾病的危险性增加。英 国卫生部根据这些事实，建议健康人膳食中非淀粉多塘的摄入量为每日1 8 9 。此数值类 似于生命科学研究办公室专家组所推荐的1 0 9 1 0 0 0 k c a l ( i k f a l = 4 1 8 k j ) 。这也是粪便重量 作为预测适宜纤维摄入量的生理学指标。 英国国家顾问委员会( n a t i o n a la d v i s o r yc o m m i t t e e ) 推荐膳食纤维的摄入量为 2 5 9 - 3 0 9 天, 。美国第十版r d a 中引用l a n z ae ta l 。1 9 8 7 年的资料，美国人平均摄入膳食 纤维的量为1 2 9 天。1 9 8 6 年美国生命科学研究部( l s r o ) 和美国实验生物学会提供了 一些报告，其中由膳食纤维专家委员会提出了美国健康成年人的膳食纤维推荐量为每人 每天摄入纤维2 0 - 3 5 9 。此推荐量的低限是可以保持纤维对肠功能起到作用的量，上限为 不会因纤维的摄入过多而起有害作用的量美图f d a 推荐的总膳食纤维的摄入量为每 日2 0 - 3 5 9 ( 成人) ( p i l c h s m 等) w i l l i a m s 提出美国儿童的膳食纤维摄入量为自2 岁以 上，按其年龄加5 9 天, 和年龄加t o g ：天，此数值是基于保持通便和有助于将来预防某些 慢性病而提出的，即5 9 ( 2 岁儿童) ，8 9 ( 3 岁以上儿童) ，2 5 9 - 3 0 9 ( 2 0 岁以上成年人) 澳大利弛人每日平均摄入膳食纤维2 5 9 可明显地减少冠心病的发病率和死亡率加拿 大的一份调查结果为每人日膳食纤维的摄入量为2 2 - 2 4 9 。j a c o b 提出亚洲营养学者的看 法，认为膳食纤维摄入量以每日2 4 9 为宜 6 6 j 。 在预防糖尿病的意见中，三个国际权威医学机构都提到了膳食纤维的作用：美国糖 尿病学会建议糖尿病病人每天摄取的膳食纤维应达4 0 克；美国国立卫生研究院认为膳 食纤维对预防糖尿病有好处；欧洲糖尿病研究会认为每天每1 0 0 0 卡热量膳食中应包括 水溶性纤维2 5 克。 6 3 中国的膳食纤维d r i s 1 4 o 中圄农业硕士掌位论文 苹果皮渣脯，食纤维的提取与应用 表1 - 2 由折算系数推算1 9 9 2 年城乡居民各类膳食纤维摄入量1 8 】 种类全国城乡平均值全国农村居民平均值全国城市居民平均值 t d f2 0 42 1 6 1 7 9 l d f1 3 - 31 4 1 1 1 6 s d f5 56 18 2 表1 - 3 不同能量摄取者膳食纤维的推荐摄入量【8 1 低能量中能量高能量 食物种类 食物量 i d ft d f 食物量i d ft d f食物量i d ft d f 谷类3 0 0 6 61 0 24 0 08 81 3 65 0 01 1 o1 6 9 蔬菜 4 0 04 5 68 84 5 05 1 39 95 0 05 7 01 1 1 水果 1 0 01 1 41 71 5 01 7 l2 55 0 02 2 83 3 豆类及豆制品 5 02 5 l4 25 02 5 l4 22 0 02 5 14 2 总计平均值1 4 8 l2 4 9 1 8 1 53 0 22 1 4 9 3 5 ，4 此推荐量建立在折算和推算所得结果的基础上膳食纤维的d r i s 还有待进一步完 善。由此表，可以看出我国中等能量摄入l o m j ( 2 4 0 0 k c a l ) 的成年人膳食纤维的适宜摄 入量为3 0 2 9 d 。与英、美及亚洲国家建议的摄入量2 0 , - 3 5 9 d 或l o - , , 1 3 9 d 相比，是处在 推荐量的高限范围。 从两个表的比较我们可以看出，我国人民摄入膳食纤维的量不足，尤其是城市居民。 可见，补充膳食纤维。对促进我国人民身体健康有着重要意义 中国农业硕士掌位论文 苹果皮涪膳食纤维的提取与应用 第二节立题思路 1 原料选择 本文以苹果皮渣为主要原料提取膳食纤维。 1 1 综合利用 随着我国人民生活水平的不断提高，果蔬汁饮料的消费面在不断扩大，果蔬汁饮料 工业呈快速发展的势头。2 0 0 0 年，我国果汁和果汁饮料总产量为9 7 万吨，预计2 0 0 1 年可达1 3 0 万吨左右。在果蔬汁加工中，往往有大量废弃物产生。如果得不到及时有效 的利用，不仅造成对资源的浪费，而且会严重污染环境。因此，如何充分利用果蔬原料 成为果蔬汁加工企业面临的重要问题。 果蔬综合利用( c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ) 是根据各种果蔬不同部份所含成分及特 点，对其进行全植株的高效利用使原料各部分所含有的有用的成分，都能被充分合理 地利用。通过综合利用技术，可以变无用为有用，变小用为大用，变一用为多用。不但 可以减轻其对环境的污染，更重要的可以从这些被废弃的生物资源中得到大量的非常好 的生理括性物质，实现农产品原料的梯度加工增值和可持续发展，提高经济效益和生态 效益。 苹果在世界各地都有栽培，我国为主要生产国之一，约占世界总产量的l ，3 以上。 1 9 9 8 年我国苹果产量为1 9 4 8 万吨，生产浓缩汁9 万吨，加工苹果原料近9 0 万吨n 0 1 。 在苹果汁的加工中，每加工1 吨苹果大约要产生4 0 0 k g 下脚料。苹果渣的主要成分( ) 为：果核0 9 - - i 5 ，果梗0 3 、果皮7 0 。我国果品加工厂产出的果渣一般是作为牲畜 的青饲料或干饲料，未得到充分利用，或者成为垃圾污染环境1 1 1 】。国外通常将果渣加工、 转化为有用的副产品，如1 9 8 7 年，美国政府投入1 5 0 0 万美元完成了苹果综合利用体系， 主要是用苹果皮渣发酵生产乙醇、柠檬酸1 6 0 | 等；也有的用苹果皮渣提取果胶以及研制苹 果纤维食品i l “。 随着人们对膳食纤维有益作用的不断认识，用苹果皮渣提取膳食纤维成了苹果皮渣 综合利用的重要内容，为果蔬原料的综合利用开辟了新的途径。 1 2 苹果可溶性纤维含量高 常见的普通膳食纤维主要来自大豆、玉米麸、甜菜、小麦、黑麦、燕麦、小麦麸、 大麦麸、米糠、果皮、豌豆麸和苋属植物等纤维。另外。琼脂、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、 1 6 中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳食纤维的提取与应用 刺槐豆胶、黄蓍胶、鹿角菜胶、藻酸盐以及黄原酸盐等在食品配方中也常见目前在我 国研究较多的品种主要集中于豆渣、玉米麸、甜菜渣、麦麸、米糠等几个纤维品种l i ”。 从前面膳食纤维的作用我们可以看出，可溶性膳食纤维比不可溶纤维有更多的生 理功能。美国学者认为优质的膳食纤维成分，可溶性部分至少应占总膳食纤维1 0 以上 【6 i l 。苹果纤维含s d f 比上述传统的原料要高。 h c h e n t “烙做了小麦和燕麦麸皮与苹果皮的比较： a 小麦和燕麦麸皮( 5 0 3 9 水幢固体) 比苹果纤维( 9 3 6 9 g 固体) 吸湿性低。这可能 因为它们含量少，或细胞壁组成物质不同，或颗粒大。 b 苹果纤维颗粒小，有7 0 过了1 0 0 目筛，而麸皮绝大多数只通过4 0 目。 国内尚无从苹果皮渣中提取膳食纤维的报道。国外h j w a n g l 6 2 1 研究了直接将苹 果皮渣应用于焙烤食品中。t o p t r e e 公司已生产出苹果膳食纤维而且被很多实验室 作为研究膳食纤维的材料i “】。但是该公司提取的产品纤维含量较低，s d f l l 3 ， t d f 4 2 8 5 ：而且颜色为红褐色州1 1 6 3 1 ，若将其作为添加剂使用，其颜色和纯度必然会对 产品有很大影响本试验旨在提取能够广泛应用于食品工业的膳食纤维添加剂此外， 本文也可以为苹果综合利用以及其它果蔬产品的综合利用提供参考 2 提取方法 2 1 目前膳食纤维的制备方法大致可分为两大类。从天然植物中提取和人工合成 2 1 i 从天然植物中提取 从天然植物中提取主要包括粗分离法、化学分离法及化学试剂和酶结合分离法悬 浮法和气流分级法可作为粗分离法的代表，这类方法得到的产品不纯净，但它可以改变 原料中各成分的相对含量，如可减少植酸、淀粉含量，增加膳食纤维的含量，一般用于 初分离。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。如果采用化学分离方法制备的还含有少量的蛋白质和淀粉，要制备 极纯净的膳食纤维，必须结合酶处理，即化学试剂和酶结合分离法l l ”。 2 1 2 人工合成膳食纤维 人工合成膳食纤维主要通过生物合成、化学合成和转化法三种方法。生物合成是利 用微生物或微生物产生的酶将淀粉等降解的单糖、二糖转化为功能性多糖或抗性寡糖。 比较常见的产品有微生物发酵生产的真菌多糖和酶法合成的低聚果糖和帕拉多糖等而 化学合成法以美国r e n h a r d 对聚葡萄糖的研究( 专利号3 7 6 6 1 6 5 ) 为代表，此膳食纤维 1 7 o 中国农业硕士掌位论文 苹果皮渣膳食纤维的提取与应用 是以食用葡萄糖、山梨糖醇和柠檬酸为原料，缩聚而成的d 一葡萄糖聚合体。转化法是 一种新型的膳食纤维生产方法，研究比较多的是抗性淀粉，即通过高压湿热、微波或酶 等手段将可消化的淀粉转化为抗性淀粉。与提取法相比，合成法对生产技术和设备要求 较高，但生产出来的产品质量较好，主要表现在：纯度高( 一般在9 0 以i z ) 、颜色浅、 口感好，并且产品都是可溶性膳食纤维。 2 2 本研究是从苹果皮渣中提取膳食纤维，根据苹果原料的特性，本试验采用化学分离法 2 2 1 用传统的豆渣、麦麸、米糠等原料提取膳食纤维时，通常使用化学试剂和酶结合 分离法才能制取较高纯度的膳食纤维f ”l 。与这些原料相比，苹果中的蛋白质、脂肪和淀 粉三种营养素含量极少，因此本试验将去掉酶处理步骤。去掉了膳食纤维提取过程中最 耗时、最复杂的步骤酶处理，将大大简化加工程序；而且由于不使用酶制剂，使生 产成本降低。 2 2 2 由于可溶性纤维有更多生理功能，因此在提高产品纯度的同时，还要通过化学、 物理方法提高可溶性纤维素与不可溶纤维素的比例( s d f l d f ) h a d d e ng r a h a m ( 1 9 8 8 ) 在提取可溶性纤维时发现，p h 值及热处理会对膳食纤维化学成分产生影响州j 。 m c c h a n g ( 1 9 9 0 ) 认为加热处理能提高苹果纤维可溶性部分的含量阱l 。钱建皿等通 过双螺杆酸碱联合挤压提高了可溶性纤维的得率，说明加压和较强酸碱环境有利于提高 可溶性纤维比例”1 潘明通过加热、加压也提高了可溶性纤维含量i “】同时加压操作相 当于超微粉碎( 湿法) ，比干法超微粉碎得到的产品粒度更细i 本试验将探讨以上因 素对苹果膳食纤维提取的影响。 2 3 目前可溶性纤维提取的一个新方向是超滤 超滤是膜分离的一种，它是基于筛分原理即根据膜孔尺寸的大小对不同大小的物质 进行分离、浓缩。超滤膜是一种压力驱动膜，其孔径介于微滤膜和反渗透膜之间，一般 为1 0 1 0 0 0 nm 。超滤在许多需将大分子组分与低分子量物质分离的场合得到广泛应 用，包括食品和乳品工业、制药工业、纺织工业、化学工业等1 2 0 l 。 膜分离技术提取s d f 的优点： ( 1 ) 膜分离过程是在常温下进行，在浓缩过程中，能减少s d f 的降解 ( 2 ) 膜分离过程不发