（食品科学专业论文）不同加工方式甘薯膳食纤维的化学成分、生理功能及其应用.pdf

摘要 本论文就3 个甘薯品种的膳食纤维的提取、生理功能、化学成分、甘薯抗性 淀粉的制备和含甘薯抗性淀粉的甘薯膳食纤维片的制备进行了研究。 将苏薯3 号( a ) 、鲁薯3 号( b ) 、豫薯7 号( c ) 、6 0 c 烘干的豫薯7 号丝 ( d ) 、日光下干燥的豫薯7 号干粉( e ) 经粉碎、压榨和过滤，滤渣在9 0 c 糊化 1 0 r a i n ，自然冷却至7 0 c ，其中a 、b 、c 、d 组按甘薯重量的o 0 6 添加a 一淀 粉酶，水解除淀粉，得不溶性部分；滤液经沉淀后收集溶液并浓缩，得可溶性部 分。合并可溶性和不溶性部分，烘干，分别得到i 、1 v 4 种含甘薯膳食 纤维的样品；e 组糊化后按甘薯重量的0 0 5 添加a 一淀粉酶，水解除淀粉，过 滤并收集滤渣，加入2 倍体积7 0 c 水，再加入甘薯重量o 2 0 的n 一淀粉酶，进 行第2 次处理，得不溶性部分，含甘薯不溶性膳食纤维样品( v i ) ；滤液经沉淀 后收集溶液并浓缩，得到可溶性部分，合并可溶性和不溶性部分，得含甘薯膳食 纤维样品( v ) 。 将以上6 种样品经口喂养s d 大鼠，通过对大鼠排便量、小肠推进率、进食 量、粪便含水量、粪便长度及2 0 h 内首便时间、排便量、排便粒数的综合评分， v 组优于其他各组。 经测定， v 组含总膳食纤维2 8 3 ，纤维素1 8 1 ，果胶2 3 ，抗性淀 粉3 4 ，其中抗性淀粉含量高于其他各组( 0 8 左右) ，其膨胀力，结合水力 和持水力分别为8 9 6 m l g 、6 0 3 9 g 和2 9 3 8 。 将c 组甘薯粉在2 0 c 、3 0 c 和4 0 c 下烘干9 0 r a i n 后，按照v 组工艺制各样 品，经3 0 c 烘干处理后得到的样品( v i i ) 抗性淀粉含量由0 8 增加到1 1 5 ， 高于2 0 c 和4 0 c 烘干的样品。通过扫描电镜观察，样品的颗粒形貌具晶体特 征。 按重量的2 0 添加玉米淀粉，加水混匀过4 0 目造粒，4 0 c 烘干至含水5 后，4 0 目整粒并添加o 4 的硬脂酸镁，混匀后在1 5 t 压力下压片，得到含甘 薯抗性淀粉的甘薯膳食纤维片。 关键词：甘薯、膳食纤维、抗性淀粉、扫描电镜 v a b s t r a c t e x t r a c t i o n ，h e a l t h yf u n c t i o na n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fd i e t a r yt i b e r ( d f ) ，a n d p r e p a r a t i o no fr e s i s t a n ts t a r c h ( r s ) a n dd ft a b l e tw i t hr s ，f r o m3v a r i e t i e so fs w e e t p o t a t o ，w e r es t u d i e d t h ec a k ea n df i l t r a t ef r o ms h u s h u 3 ( a ) ，l u s h u3 ( b ) ，y u s h u7 ( c ) ，y u s h u7s l i c e s d r i e da t6 0 2 3 ) a n dy u s h u7p o w d e rd r i e db ys u n l i g h t ( e ) w e r es e p a r a t e d t h e i n s o l u b l es u b s t a n c eo fa ，b ，c ，d ，ew a sg a i n e db yt h ec a k eg e l a t i n i z i n ga t9 0 。cf o r t o m i n ，c o o l i n gt o7 0 * c ，h y d r o l y z i n gw i t hq a m y l s a e ( b yo 0 6 w wf o ra ，b ，c ，d ； t r e a t e dt w i c eb yo 0 5 a n d0 0 2 w wf o re ) a n dp r e s s i n g ，a n dt h es o l u b l es u b s t a n c e w a sg a i n e da f t e rt h ef i l t r a t ew a sp r e c i p i t a t e da n dc o n c e n t r a t e d t h es o l u b l ea n d i n s o l u b l es u b s t a n c ew e r ec o m b i n e dt o g e t4k i n d so ft h es a m p l e s ( t ，i i ，1 i i ，i t ， v ，r e s p e c t i v e l y ) a f t e rd r i e d m e a n w h i l et h ei n s o l u b l es u b s t a n c eo few a su s e da st h e s a m p l e vw a st h em o s te f f e c t i v ea m o n ga l lg r o u p st oi m p r o v et h ei n t e s t i n ef u n c t i o no f m i c e ( t h ef e e d i n gw e i g h t , t h ef e c e sw e i g h t ，t h es m a l li n t e s t i n ea d v a n c i n gr a t e ，t h e l e n g t ho ff e c e s ，t h ef e c e sw a t e rc o n t a n t ，a n dt h ef i r s td e f e c a t i n gt i m e ，t h ef e c e sw e i g h t a n dt h ef e c e sn u m b e rw i t h i n2 0 h ) a f t e rs dm i c ew e r ef e dv i am o u t h vc o n t a i n e dt o t a l d f ( 2 8 3 ) ，c e l l u l o s e ( 1 8 1 1 ) ，p e c t i n ( 2 3 ) a n dt h em o s t r s ( 3 4 ) a m o n ga l ls a m p l e s i t se x p a n df o r c e c o m b i n i n gw a t e rf o r c ea n dh o l d i n g w a t e rf o r c ew e r e8 9 6 m l g ，6 0 3 9 ga n d1 9 3 8 ，r e s p e c t i v e l y v 1 1w a sg a i n e da f t e rcw a sd r i e da t3 0 ca n dp r e p a r e d b yvp r o c e d u r e c o n t a i n e dm o r er s ( 1 1 5 ) t h a n2 0 co r4 0 ，i t ss t r u c t u r ew a sc h a r a c t e r i s t i co f c r y s t a l l i n eb ys e c at a b l e t c o n t a i n i n g v 1 1w a sp r e p a r e d b ya d d i n gc o r np o w d e r ( 2 0 w w ) ， p a r t i c u t a t i n g ( 4 0m e s h ) ，d r y i n gt o5 w a t e rc o n t e n ta t4 0 ，s i e v i n g ( 4 0m e s h ) ， a d d i n gs t e a r i cm a g n e s i u m ( 0 4 w w ) a n dp r e s s i n g k e yw o r d s ：s w e e tp o t a t o ；d i e t a r yf i b e r f ) ；r e s i s t a n ts t a r c h ( r s ) ；s e c 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) i i 签名：导师签名：型丛日期： 导师签名：型l 坐日期： 第一章绪论 第一章绪论 随着人们生活水平的提高和入们健康意识的增强，食品的消费观念不断发生 变化，人们已越来越意识到饮食对自身健康的影响，消费趋势从具有色、香、味 和形均佳的食品转向关注具有合理的营养和保健功能的食品，我国居民饮食结构 也发生了很大变化。在人们的膳食水平提高较快的今天，如何开发二十一世纪的 主导食品? 来自医学界、营养学界的专家对此进行了战略性的学术研讨，专家们 一致提出：处在世纪之交的现代社会，开发和大力发展高膳食纤维食品已成为当 今的一个重要课题。 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，近年来国际营 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，可与传统的六大营 养素( 即蛋白质、脂肪、碳水化合化物、水、矿物质、维生素) 并列为“第七大营 养素”【l 2 l 尽管2 0 0 0 多年以前人们就知道了纤维类食品的重要性，但膳食纤维却一直 因为被认为是没有营养价值的粗纤维而少有研究。直到上世纪7 0 年代，随着膳 食纤维概念的提出以及它对现代“富贵病”影响的认识，膳食纤维的价值才被人 们重新发现，成为许多科学家关注的热点，进入9 0 年代达到了高潮，全世界范 围内掀起了研究膳食纤维的热潮，受到了来自不同领域科学家，包括医生、营养 学家、膳食家、食品科学家、生物化学家以及与食品法规及营养教育有关的科学 决策者的广泛重视。【3 j 1 1 膳食纤维 1 1 1 膳食纤维的定义 膳食纤维( d i e t a r yf i b e r ，d f ) 一词的出现首先是在2 0 世纪5 0 年代，最 先由h i p s l e y 4 提出，膳食纤维是一种不能被人体的消化酶所消化、也不被小肠 吸收的以多糖为主体的高分子物质的总称。不同于日常所说的粗纤维( c r u d e 上海大学硕士学位论文 f i b e r ) ，它是由半纤维素、纤维素、木质素及果胶、树胶、粘质等组成，是食物 中有一定生理功能的化学成分。到1 9 7 2 年t r o w e l l 等人在测定食品中各种营养 成分时修正了膳食纤维的定义，他们认为膳食纤维是“完全不能被消化道酶所消 化的植物成分”，这种“生理学”的定义是企图将纤维与消化道内的消化过程相 联系。按照这种定义，膳食纤维可以理解为包括植物细胞壁的物质，如纤维素、 半纤维素、果胶和木质素，此外还包括细胞内的多糖( 如树胶和胶浆) 。但是这一 定义曾经被认为是不够精确而受到批驳。1 9 7 6 年t r o w e l l 重新给定了更为确切 的“化学”定义，他把那些“不被人体消化吸收的多糖类碳水化合物和木质素” 统称为膳食纤维 5 - 6 。即包括纤维素、半纤维素、木质素、树胶、人造纤维素、 海藻胶、寡糖、果胶、蜡质和木栓质【”。实际上这两种定义都是指那些不同的植 物成分的混合物。至1 9 7 6 年止，d f 的定义已被拓宽到包括所有不可消化的多糖 ( 主要为植物性糖类) ，如胶质、改性纤维素、粘胶、寡糖以及果胶，这基本保留 了生理学的定义，即基于其可食性及抗消化性f s 】。1 9 8 1 年9 5 届美国职业分析化 学家学会( a s s o c i a t i o no f0 f f i c i a l a n a l y t i c a lc h e m i s t s ，简称a o a c ) ，a o a c 年会上多数人同意t r o w e l l 的定义，即膳食纤维是不被人体消化吸收的多糖类碳 水化合物和木质素，其它如1 9 8 6 年a n d e r s o n ，1 9 8 4 年s e l v e n r a n 等对膳食纤维 的定义与上述看法是一致的。随着研究的不断深入，近年来又提出了将另外一些 存在于动植物和微生物钵内人工合成或半合成的不可消化的物质归入到膳食纤 维【9 】。如，植物细胞壁的蜡、角质和不能被消化的细胞壁蛋白质。还有一些非细 胞壁的化合物，包括抗性淀粉( r e s i s t a n ts t a r c h ) 、梅拉得( m i l l a r d ) 反应的产 物，以及动物性来源的抗消化物质( 如氨基多糖) 。这些物质在人类的食物中含量 虽少，然而却可能具有生理活性。因为很难从传统的膳食纤维所具有的生理活性 中将这类物质的作用区分开来。1 9 9 5 年在由l e o np r o s 时主持的a o a c 关于膳食 纤维与复合性碳水化合物的会议上，专家们建议膳食纤维的定义还应包括不能为 人体内源酶所吸收的寡糖及抗性淀粉，同时大多数专家认为膳食纤维应包括在复 合性碳水化合物的概念中。就复合性碳水化合物这概念而言，在美国习惯上指可 消化的多糖，即淀粉。在欧洲却通常指所有的多糖，即包括淀粉和非淀粉【lo 】。到 1 9 9 9 年，d e v r i e s 等人提出膳食纤维的定义f l ”是：膳食纤维是指食物中不能被人 体内源酶消化吸收的植物细胞、多糖、木质素以及其它物质的总和。这一定义包 2 第一章绪论 括食物中的大量组成成分如纤维素、半纤维素、木质素、胶质、改性纤维素、粘 质、寡糖、果胶以及其它少量组成成分如蜡质、角质、软木质等。由于膳食纤维 以往的定义主要是以生理功能和分析方法为主来定义的，所包含的组分非常复 杂，加之随着现代科技和食品工业的高速发展，出现了很多具有类似膳食纤维性 质的食品成分如：抗性淀粉、寡糖以及菊芋多糖等【1 2 】，均不符合以前膳食纤维定 义范围，使得以前膳食纤维的定义的局限性越来越明显。因此有必要给它一个准 确性的定义，来统一比较混乱的局面。为此2 0 0 0 年6 月1 口，美国谷物化学家 协会( a m e r i c a na s s o c i a t i o no fc e r e a lc h e m i s t ,z 删 ，一 义为：膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收酌而在灭律夫肠鬣离蹶至部发酵的 一 可食用的植物成分，即碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木 质秉苡夏磊买丽秸芴芴赢_ 藤否孬磋真看顽砺通硬_ 碉苇j ；面盂糖浓度、降血脂 等一种或多种生理功能。丝上枣墨堕堕塑定工膳盒红丝殴主要成硷；蹙鱼红堡量、 种可以食用的植物性成分，而非麴塑点! l 盆。主要包括纤维素、半纤维素、果胶、，7z 、一 。 o 【 乙 及亲水胶体物质如树胶、海藻多糖等组分：另外还包括植物细胞壁中所含有的木_ 亿 v 。 质素：不被人体消化酶所分解的物质如抗性淀粉、抗性糊精、抗性低聚糖、改性。比 纤维素、粘质、寡糖、以及少量相关成分如蜡质、角质、软木脂等【1 3 】。这些物质 的共同特点是都不被人体消化的聚合物【1 4 1 。扩大的膳食纤维定义有助于食品生产 者明确他们的食品功能，也将使更多的食品被归入膳食纤维的范畴。目前，a a c c 委员会正在计划将该定义用于全球，以获得统一的认识。 1 1 2 膳食纤维的分类 膳食纤维是一种复杂的混合物，随着来源的不同其组成会有很大的不同，膳 食纤维的分类方法众多。 ( 1 ) 根据溶解性的不同，可将膳食纤维分为可溶性膳食纤维( s d f ) 和不可溶性 膳食纤维( i d f ) 两大类【l ”。不可溶性膳食纤维是指不被人体消化道酶消化且不溶 于热水的那部分膳食纤维，它是细胞壁的组成部分，包括纤维素、半纤维素、木 质素、壳聚糖和植物蜡等。可溶性膳食纤维是指不被人体消化道消化，但可溶于 温水或热水，且其水溶液又能被其4 倍体积的乙醇再沉淀的那部分膳食纤维。它 是指植物细胞内的储存物质和分泌物质，另外还包括部分微生物多糖和合成多 上海大学硕士学位论文 糖，其主要组成是一些胶类物质，如果胶、阿拉伯胶、愈疮胶、黄原胶、琼脂等， 还有半乳甘露聚糖、葡萄糖、海藻酸钠、梭甲基纤维素和真菌多糖等。 ( 2 ) 根据来源的不同，可将膳食纤维分为植物性来源、动物性来源、微生物性 f = = = 5 。一一一一一一 塞湮：鎏夔垒蕉娄翘金或娄鳆壁食纤维c 植物性来源的如：纤维素、半纤维素、 木质素、果胶、阿拉伯胶、愈疮胶、半乳甘露聚糖等。动物性来源的如：甲壳质、 壳聚糖、胶原等。微生物性来源的如：黄原胶等。海藻多糖类如：海藻酸盐、卡拉 胶、琼脂等。合成类如：梭甲基纤维素等。其中植物体是膳食纤维的主要来源， 也是研究和应用最多的一类【l “。 总膳食纤维 司浴性膳食纤维不司浴性膳食纤维 j 植物胶果胶半纤维素纤维素木质素 f ff 非纤维素多糖纤维素木质素 i 、非淀粉多糖木质素 图1 1 植物性膳食纤维的分类组成图 f i 9 1 1t h es o r t sa n dc o m p o n e n t so f d i e t a r yf i b e rf r o mp l a n t 1 1 3 膳食纤维的组成 根据膳食纤维的定义，可以得知，膳食纤维的化学组成包括三大部分【1 7 】：即 纤维状碳水化合物( 纤维素) 、基料碳水化合物( 果胶类物质、半纤维素和糖蛋白 等) 和填充类化合物( 木质素) 。 纤维素( c e l l u l o s e ) 纤维素化学结构与直链淀粉相似，但它是以b 一吡喃葡 萄糖基通过b ( 卜4 ) 糖苷键联接的无支链葡萄糖多聚体。纤维素呈长链无分支结 构，两个糖苷键之间距离为i 0 3 r i m ，通过氢键作用增强了葡聚糖链的刚性和稳 定性。在植物细胞壁中，氢键作用力较强的位置，纤维素里结晶状的微纤维束结 4 第一章绪论 构单元，在氢键结合力较弱的位置成非结晶结构，因此容易被溶剂破坏。 半纤维素( h e m i c e l l u l o s e ) 半纤维素是由多种糖基组成的一类多耱，其主链 上由阿拉伯木聚糖、半乳聚糖或甘露糖和b ( 1 - 3 ) 或b ( 卜4 ) 葡聚糖组成，在其 支链上带有阿拉伯糖或半乳糖。在人的大肠内半纤维素比纤维素易于被细菌分 解。大部分半纤维素是不可溶性的，具有一定的生理作用。但是，有些半纤维素 是可溶的。 果胶( p e c t i n ) 果胶是以a ( 卜4 ) 糖苷键连接的聚半乳糖醛酸为骨架链，主链 中有( 卜2 ) 鼠李糖残基，部分半乳糖醛酸残基经常被甲基酯化。该结构是通过的 c 一鼠李糖基位置携带取代基阿拉伯低聚糖、半乳糖或者阿拉伯半乳低聚糖，则成 为阿拉伯半乳聚糖。果胶是一种无定形的物质，具有与离子结合的能力，可以在 热溶液中溶解，在酸性溶液中形成胶态，它对于维持膳食纤维的结构有重要的作 用。果胶多存在于水果和蔬菜的软组织中，在谷物类纤维中的含量很少。 树胶( g u m ) 树胶的化学结构因来源不同而有差别。主要成份是葡萄糖醛酸、 半乳酸、阿拉伯糖及甘露糖等所组成的多糖。它可分散于水中，具有粘稠性，可 起到增稠剂的作用。 木质素( l i g n i n ) 木质素不是多糖物质，而是由松伯醇、芥子醇和羟基肉桂 醇为主体的苯基类丙烷聚合物，具有复杂的三维结构，有关它的具体的化学本质 至今仍未完全弄清楚。天然存在的木质素大多与碳水化合物紧密结合在一起，处 于细胞壁中，因此很难与纤维素分离。所以，在膳食纤维的组成中包括了木质素， 人和动物均不能消化木质素。 抗性淀粉( r e s i s t a n ts t a r c h ) 抗性淀粉在水溶液中不能充分膨胀、分散， 淀粉酶难以与之接触，因此发生酶抗性。抗性淀粉包括改性淀粉经过加热后又经 整垫的蓬塑：宦塑查尘暨囱垫丕越堕收。 1 1 4 膳食纤维的物化特性 膳食纤维的上述化学组成特性，奠定了它的一些独特物化性质。概括地说， 其物化特性 主要包括以下五个方面： ( 1 ) 很高的持水力 5 上海大学硕士学位论文 膳食纤维化学结构中含有很多亲水基团，因此具有很强的持水性。具体的持 水能力视纤维的来源不同而不同，交化范围大致在自身重量的1 5 2 5 倍之间。 ( 2 ) 对阳离子有结合和交换能力 膳食纤维可以吸附矿物质元素，这在体外实验及动物生物学吸附实验中已经 得到证实。 ( 3 ) 对有机化合物有吸附作用 本世纪6 0 年代开始的许多试验业已表明，由于膳食纤维表面带有很多活性 基团，可以吸附胆固醇和胆汁酸之类的有机分子。 ( 4 ) 具有类似填充剂的容积作用 膳食纤维的体积较大，缚水之后的体积更大，对肠道产生容积作用。 ( 5 ) 可改变肠道系统中的微生物群系组成 肠道内膳食纤维含量多时，会诱导出大量好气菌群来代替原来存在的厌气菌 群f l s 】 1 1 5 膳食纤维的生理功能 膳食纤维的生理功能包括： ( 1 ) 调节肠道菌群肠道内微生物生态系统的平衡是肠胃健康的关键因素。膳 食纤维可被肠道细菌的酶发酵降解，产生s c f a ( c 2 c 5 的有机酸) ，使结肠内 p h 值下降，促进肠道有益菌群生长和增殖，抑制有害腐败菌的生长并减少有毒 发酵产物的形成【1 9 j 。s c f a 在维持肠道屏障功能和刺激结肠受损组织愈合方面也 起着重要的作用口o 】。同时，膳食纤维具有高持水性，能在胃肠道中吸收大量的水 分，使粪便体积增大，导致结肠内径变大，而不易形成憩室。膳食纤维可增加粪 便含水量，使其变得柔软而更易被排泄出去，有利于肠内压的下降。若膳食纤维 摄入量太少，则粪便干而硬，通过结肠时给肠壁造成很大的压力，导致结肠环形 肌肉乏力而容易产生肠憩室和便秘。 ( 2 ) 防止冠心病加膳食纤维的摄入可明显降低心脏血管疾病尤其是冠心病 ( c o r o n a r yh e a r td i s e a s e ，c h d ) 的发生率【封1 1 2 2 1 。实验证明：膳食纤维可降低 血清中l d l 浓度，从而预防和治疗c h d 的发生。其中果胶、愈创胶、角豆胶、卡 拉胶等水溶性膳食纤维，燕麦、养麦和豆类等非水溶性膳食纤维对降低血清中 6 第一章绪论 l d l 和胆固醇有较好的效果1 1 2 4 。 ( 3 ) 降血压降血糖作用膳食纤维对阳离子的强结合力，它能与肠道中的n a k + 进行交换，促使尿液和粪便中大量排出k 、n a ，从而降低n a k 比，起到降低血 压的作用【2 5 j 膳食纤维的缺乏被认为是引起人类糖尿病的重要原因之一，西方入糖尿病发 病率高的一个重要原因就在于此。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。 膳食纤维的降糖机制比较复杂，目前还未完全清楚。一般认为，膳食纤维的 摄入，可增加胃内容物的粘度，降低胃排空速率，影响葡萄糖的吸收。另外由于 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问的 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，使食物在肠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。 欧仕益等研究表明，膳食纤维通过影响a 一淀粉酶对淀粉的降解作用，延长酶解 时间，降低肠液中葡萄糖释放速率的方式来减缓小肠对葡萄糖的吸收【2 6 】。 还有一种观点认为，膳食纤维在肠内被细菌发酵所产生的s c f a 具有调节激 素分泌的作用，通过减少肠激素( 如抑胃胎、胰高血糖素) 的分泌来抑制血糖的升 高，但这种说法仍缺乏可靠的事实依据。 ( 4 ) 抗癌作用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，可能产生许多有毒的代谢产物，包括氨( 肝毒素) 、胺( 肝毒素) 、亚硝胺( 致 癌物) 、苯酚和甲苯酚( 促癌物) 等。膳食纤维对这些有毒发酵产物具有吸附鳌合 作用，使致癌物质在结肠内浓度降低，减少致癌物质对肠壁的刺激。结肠内的腐 生菌适于在较高p h 环境中生长，且易产生致癌物质。膳食纤维发酵产生s c f a ， 可降低肠道p h 抑制了腐生菌的生长，也减少了致癌物的产生。已证实s c f a 中 的丁酸可抑制上皮细胞恶化的倾向，诱导肿瘤细胞向正常细胞转化，并控制致癌 基因表达 2 7 1 1 2 8 1 1 2 9 1 。同时，膳食纤维还有助于降低结肠内参与生成致癌物质的酶 的活力，使肠道内致癌物质的产生量减少。膳食纤维促进肠道蠕动，可缩短粪便 在结肠内的停留时间，同时也增加粪便的排泄量，有利于促进有毒物质的迅速大 量地排出。 上海大学硕士学位论文 膳食纤维摄入的多少与乳腺癌的发生有关口0 】雌激素作为乳腺癌发生的可确 定因素在乳癌细胞增殖过程中起着重要的作用。膳食纤维对游离型雌激素有良好 的吸附作用，能降低体内雌激素的浓度，从而对预防乳腺癌有一定的作用【3 “。 ( 5 ) 减肥作用膳食纤维会减弱小肠内食物之间及食物与消化酶之间的混合， 影响消化吸收。体外试验表明，各种膳食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。c u m m i n g s 等人以麦麸 和谷物为膳食纤维来源，发现当受试者的膳食纤维摄入量由1 7 9 d 升至4 5 9 d 时， 脂肪酸的排除量由3 9 d 升至4 5 9 d 。研究表明，膳食纤维并非改变了脂肪与脂 肪酸的消化和吸收过程，也不是增加了人体内原脂肪的排出，而是由于膳食纤维 与部分脂肪酸结合，这种结合使得当脂肪酸通过消化道时，不能被吸收【3 “。另外， 膳食纤维有吸水膨胀性，膨胀后形成粘稠度很高的胶体溶液，能增加胃部饱胀感， 延缓胃内容物排空，更快产生饱腹感且不易感到饥饿，对于预防肥胖症大有好处。 1 1 6 膳食纤维研发现状 ( 1 ) 国外研究情况 西方发达国家在上世纪7 0 年代开始膳食纤维的研究与开发，业己形成一定 产业规模。研究机构包括科研机关、高校、公司、政府、学会等，周建勇【3 3 1 检索 了f s t a l 9 6 9 2 0 0 0 年的文献，收集到有关膳食纤维的论文2 3 4 1 篇，研究内容从 多到少依次为加工利用、组成含量、生理功能、测定方法和物化性质。美国的 a r c h e r d a n i e l sm i d l a n dc o ，n a t i n a lo a t sc o ，a e s t a l e ym f g c o ，j a m e s r i v e rc o ，m i l l e rb r e w i n gc o 等公司均能生产和销售膳食纤维产品：在全美 年销售6 0 亿美元的方便谷物食品中，约2 0 富含膳食纤维。日本生产活性膳食 纤维加强型的碳酸饮料、乳酸饮料和果汁：全曰本3 4 个厂家，开发木浆、米糠、 麦鼓、甜菜渣、玉米、大豆、麻、果皮、种子多糖、魔芋、甲壳素等生产膳食纤 维。国外己研究的膳食纤维主要有六大类：谷物、豆类、果蔬、微生物多糖及其 它天然纤维与合成、半合成纤维，共3 0 多个品种，其中实际应用于生产的己有 1 0 余种口4 1 。美国著名的安利公司推出了膳食纤维保健食品一“蔬菜纤维素咀嚼 片”：全球最大的食品及饮料生产商雀巢公司也在我国推出了“衡恰膳食纤维饮 品”。 8 第一章绪论 国外研究者在制取膳食纤维时以物理方法为主。如b r a d d o c k d 5 1 采用磨粉、 水洗、石灰处理和干燥的办法从柑桔中果皮制取膳食纤维。l a r r a u r i 3 6 1 采用洗 涤、挤压、干燥和粉碎制取菠萝皮膳食纤维。t r o n g p a n i c h ke ta l 3 7 1 使用双螺 杆技术以脱脂大豆为原料生产膳食纤维制品，产品的总膳食纤维( t d f ) 含量和 蛋白质含量大于原料。m a s o o d i f a 3 s 通过水提取和超微粉碎制取苹果渣膳食纤维 并将其添加入糕点。t i m p o n e r 1 3 明用挤压和酶处理法从柑桔果肉中制取总膳食纤 维( t d f ) ，产品微酸，但不带苦味。p r a k o n g p a n t 用乙醇制取和碱处理法制取 菠萝膳食纤维，产品具有良好的持水、持油性，能很好改善油炸食品的功能特性。 这些方法总的看来可以得到i d f 含量较高的产品，质量比较稳定和均一。但 不足在于s d f 含量过少，对环境的污染大，且过多的水洗导致产品的生理功效降 低。 ( 2 ) 国内研究情况 随着我国人民生活水平的提高，动物性食品及其加工品占食物的比重增加， 已出现膳食纤维摄入量减少的迹象。据1 9 9 2 年全国营养调查资料显示，全国城 乡居民平均膳食纤维摄入量为2 0 4 9 d ，低于专家所推荐的3 0 2g d 。而膳食 纤维制取技术、应用和生产尚处于起步阶段。目前，大体可分为四个方面：一是 膳食纤维对人体生理作用。二是资源分布和农副产品综合利用。二是完善和提高 工业制取工艺。四是在食品工业上的应用。 众多学者已开始从谷物：米渣i 加1 、麦麸：豆类h ”，果蔬，如甘蔗渣【4 2 】、苹果渣 【4 3 】、梨渣4 4 柑桔皮、花生壳、甘菜渣等植物制取膳食纤维的研究。膳食纤维作 为一种食品配料有许多优良特性，可其用于食品工业的多个方面：焙烤食品、主 食食品、制粉业、馅科、汤料、饮料、快餐、膨化食品及其它。国内众多科研机 构和生产厂家推出了多项膳食纤维加工技术和产品。如：山西博奥科技有限公司 的高复合膳食纤维食品；杭州商学院研制的高纤维保健食品一麦宝：宁波宝鼎公 司开发的新型海洋生物膳食纤维保健食品：河南科龙保健食品厂开发的保健食品 膳食纤维粉。经检索国家专利局统计数据，截止2 0 0 4 年6 月3 日，已经有1 0 9 项与膳食纤维有关的产品申请了国家专利，这其中大部分采用酸碱制取的方法生 产。比较成型的方法还有挤压蒸煮技术、气流膨化技术、局部爆炸技术、湿热处 理技术、酶处理技术和膜分离法等【4 5 】。 9 上海大学硕士学位论文 1 2 抗性淀粉 1 2 1 抗性淀粉的概念及分类 淀粉是食品中的重要成分，也是人体能量的主要来源，在谷物、块茎、豆类 种子及根部中含量丰富。长期以来，淀粉一直被认为可被人体完全消化吸收，因 为人体排泄物中未曾测得淀粉成分的残留阳。直到1 9 8 5 年，e n g l y s t 等人在进 行膳食纤维定量分析时，发现在不溶性膳食纤维中包埋有淀粉成分【4 7 1 ，从而打破 了传统的膳食纤维为非淀粉多糖的定义范围。淀粉也根据其消化特性被分为三类 一类是快速消化淀粉( r a p i d l yd i g e s t i b l es t a r c h ，r d s ) ，另一类是缓慢消化 淀粉( s l o w l yd i g e s t i b l es t a r c h ，s d s ) ，第三类是抗性淀粉( r e s i s t a n ts t a r c h r s ) ，具体参见表1 1 1 4 8 1 表1 1 依据消化性不同的淀粉分类法 t a b l e l 2c l a s s i f i c a t i o no fs t a r c ha c c o r d i n gt od i g e s t i o n a b i l i t y 1 9 9 2 年e u r e s t a ( e u r o p e a nf l a i rc o n c e r t e da c t i o n0 1 2r e s i s t a n ts t a r c h ) 将抗性淀粉( r e s i s t a n ts t a r c h ，r s ) 定义为不能被健康人体小肠吸收的淀粉及其 降解产物。许多动物试验表明，抗性淀粉在小肠中不能被消化，而在大肠中被微 生物发酵。e n g l y s t 等人【5 0 1 根据淀粉抗消化性来源的不同，将抗性淀粉分为四 类：r s i ，物理包埋淀粉，主要存在于完整的或部分研磨的谷粒、豆粒之中，r s l 的形成是因为淀粉质被包埋于食物基质中，例如：淀粉颗粒因细胞壁保护而受限 于植物细胞中：或因蛋白质成分之遮蔽而使小肠淀粉酶不易接近，因此发生酶抗 1 0 第一章绪论 性。此类型r s l 容易受到饮食时咀嚼作用及加工过程中粉碎及碾磨作用的影响而 改变其含量：r s 2 ，生淀粉颗粒，是指天然具有抗消化性的淀粉，因其物质结构如 结晶结构、密度大等特点而产生抗消化性，这类淀粉包括高直链玉米淀粉、绿香 蕉淀粉和未成熟的马铃薯淀粉等：r s 3 ，回生淀粉，指糊化后的淀粉在冷却或储存 过程中部分重结晶，如加工过程引起的淀粉化学结构、聚合度和晶体构象方面的 变化等，常存在于冷米饭、冷面包、油炸土豆片等食品中，利用差式扫描量热分 析仪( ( d s c ) 对r s 3 结构进行分析，约在1 4 0 1 5 0 左右出现吸收峰，这主要由 老化的直链淀粉组成：r s 4 ，化学改性淀粉，可抵抗a 一淀粉酶的消化，如乙酞化 淀粉、轻丙基淀粉和交联淀粉，以及由于酶抑制剂或抗营养因子的存在而不能被 消化的淀粉。r s 的分类仍在不断认识和变化中，但是需要强调的是r s l 和r s 2 或r s l 和r s 3 常常是共存于一种食物中的，r s 2 - 4 均可以由淀粉在食物生产或食 品加工过程中转化形成，不同类别的r s 可能对食品风味和特点有着重要意义1 5 ”。 1 2 2 抗性淀粉的生理功畿 早期人们注意到东非本地人肠癌、肠炎、便秘等肠道疾病发生几率远比欧洲 人低，后来发现这与当地的饮食习惯有关，东非本地人膳食中粗粮比重大，含有 多种不消化的成分，包括膳食纤维和r s d 2 。澳大利亚官方建议，成人每天食用 2 9 的r s 有助于身体健康。在营养概念发生巨大变化的今天，人们更关心的是自 身健康和疾病威胁，食品的成份和功能自然成为研究的重点，r s 是这一领域重 要的研究成果。 r s 具有比传统膳食纤维更为优越的生理功能和食品加工性能，是一种“药 食两用”的食品资源。众多研究学者1 5 3 】用老鼠傲试验观察到：r s 能毫无变化地通 过小肠进入大肠，并在大肠中缓慢发酵产生短链脂肪酸和其他产物。因此他们认 为r s 可降低肠道的p h 值：增加粪便体积：通过增加囊细胞的生长速度，减少肠道 上皮萎缩维持肠道健康：抑制肿瘤形成，减少血清中的胆固醇和甘油三酸酯 ( 1 ) 抑制膳食后血糖的升高 国内外将r s 对血糖值和胰岛素水平的影响做了大量研究，认为r s 可延缓饭 后血糖升高和促进胰岛素分泌，同时改善脂质构成，从而有助于体重的控制和耱 尿病的预防等。 上海大学硕士学位论文 王竹等【5 q 研究发现，r s 可部分阻止高蔗糖饮食诱发的大鼠葡萄糖耐量异常 的发生，这可能与降低餐后葡萄糖吸收，改善葡萄糖转运有关。y a m a d a 等也得 出相似结论，食用含r s 的面包后，人体的血糖浓度和胰岛素水平没有明显升高， 而食用不含r s 的面包后，人体的血糖浓度和胰岛素水平有明显升高，因此研究 者认为可以把r s 作为治疗糖尿病的辅助手段。 ( 2 ) 减少肠机能失调及结肠癌发病率 r s 能增加老鼠的粪便体积，这对于预防便秘、肠憩室病和肛门一直肠机能失 调是很重要的。d o n a l d 【5 5 l 研究发现在结肠中，r s 增加了粪便体积，被肠道中的 微生物部分发酵产生多种挥发性短链脂肪酸( s c f a ) ，降低了结肠p h 值。s c f a 对 大肠健康有积极的作用，包括增加镁和钙的吸收，促进大肠上皮的增值，平衡细 菌种群和促进细菌对胆汁酸的代谢。r i s i n g - h s i e nc h e n g 5 6 】等用大鼠试验表明， r s 的摄入与血清中的丁酸含量呈正相关。现己证实丁酸在降低癌症发病率过程 中起到重要作用。 ( 3 ) 减少血清中胆固醇和甘油三酸酯 d e d e c k e r e 等人研究发现含高r s 含量的饮食可减少血浆中总胆固醇( t c ) 和三梭酸甘油脂值( t a g ) 。r a n h o t r a 等研究也发现r s 能有效降低肝脏内脂质含 量。他们证实了胆固醇降低的机制与高密度和低密度脂蛋白水平的降低有关。 ( 4 ) 对体重控制和能量平衡的潜在影响 研究r s 对人体的作用，这个工作正处于刚刚起步阶段，有一些以老鼠为模 型的发现在人体上还没有获得证实。例如，在老鼠身上发现r s 有降低胆固醇的 作用，可当人具有正常血脂的情况下还没有发现此作用。许多研究表明有3 0 一7 0 的r s 产生了代谢变化期。 1 3 现阶段我国居民的营养状况 改革开放以来，我国国民经济得到迅速发展，中国人在充分享受改革开放带 来的小康生活，饮食也从吃饱进入了吃好阶段，即进入了饮食三步曲( 吃饱一吃 好一吃营养) 的第二阶段。但人们面对琳琅满目的食品，自觉不自觉的摄入过多 的热量和脂肪，造成的结果是生活方式西方化、疾病西化：成人多患脂肪肝、儿 童堆里胖子多。过去人们讲的病从口入讲的是传染病，而现在讲的病从口入却指 1 2 第章绪论 的是因生活好了，人们吃的太好，吃的太精，膳食营养失衡所造成的非传染性慢 性疾病。最新资料表明，8 4 是吃出来的毛病。 2 0 0 2 年1 2 月，在卫生部、科技部和国家统计局的共同领导下，我国首次进 行的营养与健康综合性调查。它将以往由不同专业分别进行的营养、高血压、糖 尿病等专项调查进行有机整合，并结合社会经济发展状况，增加了新的相关指标 和内容，在充分科学论证的基础上，统一组织、设计和实施。调查覆盖全国3 1 个省自治区直辖市( 不含香港、澳门特别行政区及台湾) ，对全国和不同类型地 区具有良好的代表性。调查结果显示，慢性非传染性疾病患病率上升迅速，其中 包括： ( 1 ) 高血压患病率有较大幅度升高我国1 8 岁及以上居民高血压患病 率为1 8 8 ，估计全国患病人数1 6 亿多。与1 9 9 1 年相比，患病率上升3 1 ，患 病人数增加约70 0 0 多万人。农村患病率上升迅速，城乡差距已不明显。大城市、 中小城市、一至四类农村高血压患病率依次为2 0 4 、1 8 8 、2 1 o 、1 9 o 、 2 0 2 和1 2 6 。我国人群高血压知晓率为3 0 2 ，治疗率为2 4 7 ，控制率为6 1 ； 与1 9 9 1 年的2 6 6 、1 2 2 和2 9 相比有所提高，但仍处于较差水平。 ( 2 ) 糖尿病患病增加我国1 8 岁及以上居民糖尿病患病率为2 6 ，空 腹血糖受损率为1 9 。估计全国糖尿病现患病人数20 0 0 多万，另有近20 0 0 万人空腹血糖受损。城市患病率明显高于农村，一类农村明显高于四类农村。与 1 9 9 6 年糖尿病抽样调查资料相比，大城市2 0 岁以上糖尿病患病率由4 6 上升到 6 4 、中小城市由3 ，4 上升到3 9 。 ( 3 ) 超重和肥胖患病率呈明显上升趋势我国成人超重率为2 2 8 ，肥 胖率为7 1 ，估计人数分别为2 0 亿和60 0 0 多万。大城市成人超重率与肥胖 现患率分别高达3 0 o 和1 2 3 ，儿童肥胖率已达8 1 ，应引起高度重视。与1 9 9 2 年全国营养调查资料相比，成人超重率上升3 9 ，肥胖率上升9 7 ，预计今后肥 胖患病率将会有较大幅度增长。 ( 4 ) 血脂异常值得关注我国成人血脂异常患病率为1 8 6 ，估计全国 血脂异常现患人数1 6 亿。不同类型的血脂异常现患率分别为：高胆固醇血症 2 9 ，高甘油三酯血症1 1 9 ，低高密度脂蛋白血症7 4 。另有3 9 9 6 的人血胆 固醇边缘升高。值得注意的是，血脂异常患病率中、老年人相近，城乡差别不大。 上海大学硕士学位论文 而以上这些现象都与膳食纤维的摄入不足有关。在第一节里已经提到，膳食 纤维具有降血压血糖、抗癌、控制体重的功能。综合大调查拟采取的措施中有 点就是“倡导平衡膳食与健康生活方式”，就是要提高膳食纤维的摄入量。 1 4 甘薯 甘薯又名番薯、红薯、地瓜、红苔。原产美洲约在5 0 0 年前传入我国。甘 薯在植物分类上属于旋花科甘薯属甘薯种草本植物，若生长在热带地区，四季长 绿，开花结籽，为多年生。若生长在温带地区，茎叶经霜冻桔死，成为一年生植 物。由于他具有高产稳定，抗灾能力强，适应性广，容易栽培等特点，深受广大 人民群众欢迎，很快普及推广到我国南北各地，现在我国北至辽宁，南至海南都 种植甘薯，常年种植面积在6 7 1 0 6 亩以上，成为仅次于水稻，小麦，玉米之 后的粮食作物【5 8 】。 1 4 1 甘薯的营养成分和功效 经现代化学分析，每1 0 0 克鲜甘薯中，含碳水化合物2 9 克，蛋白质2 3 克， 脂肪0 2 克，粗纤维0 5 克，胡萝b 素1 3 1 克，硫胺素0 1 2 毫克，核黄素o 0 4 毫克，尼克酸0 5 毫克，灰分0 9 克，钙1 8