（食品科学与工程专业论文）配制型膳食纤维素溶胶结构及传质特性的研究.pdf

摘要 本文针对现有膳食纤维素产品功能特性欠完备和改性工艺复杂的问题，选用在结构上具有互 补性的大豆不可溶性膳食纤维素、瓜尔豆胶：果胶进行复配，制备兼具s d f 和i d f 生理功能的 复合膳食纤维素。 研究中采用s e m 对s i d f ( 9 0 ) 与瓜尔豆胶、果胶复合溶胶的立体结构进行了观察分析，并 在此基础上，参照膳食纤维素发挥生理功能的人体环境，模拟小肠内营养物质的消化、吸收过程， 进行了体外营养物质( 葡萄糖、七、k ) 的质传递实验，以考核复合膳食纤维素溶胶的传质特性 和质传递规律。研究结果表明： 1 复合溶胶体系具有固、胶、液三相混和的三维网状结构，在表面张力、黏度等物性指标的改 善上具有明显的协同增效作用。其中，s i d f ( 9 0 ) 与瓜尔豆胶复合溶胶的黏度指标较3 种单 一成分的算术和高出5 8 倍，s i d e ( 9 0 ) 与果胶复合溶胶的秸度指标较3 种单一成分的算术 和高出2 7 倍。 2 在s 1 d f ( 9 0 ) 与瓜尔豆胶复合溶胶体系中葡萄糖的传递受到了有效抑制，进入稳定传质过程 后的1 2 0m i n 内葡萄糖的透过平均速率仅为葡萄糖溶液的4 0 5 0 ，而v c 、的透过速 率基本不受影响。 3 复合溶胶体系黏度较高，对流、错位困难，质的扩散需要克服溶胶较高的内摩擦阻力，使 质扩散速率下降；溶胶黏度和表面张力较大，能在介质表面形成液膜，增大了介质表面非搅 动层的厚度和浓差极化现象，使透过速率下降；s d f 胶团的分枝结构对介质膜孔的堵塞和“污 染”，降低了介质的通透量；s d f 、i d f 胶团的吸附、包埋作用，束缚了质的运动；上述几种 形式协同作用，使葡萄糖扩散、透过速率显著降低。而对于小分子物质( 如v c 、) ，由于 混合体系中液相的存在，透过速率基本不受影响。这一传质规律既可1 2 0m i n 内消减葡萄糖 透过峰值同时又不影响维生素和矿物质等营养物质的吸收，在临床应用和保健食品开发中 具有重要价值。 关键词：膳食纤维素显微结构，传质特性 i i 中国农业人学硕士学位论文 a b s t r a c t t oi m p r o v et h ef u n c t i o n so ft h ep r e s e n td i e t a r yf i b e rp r o d u c t s ，a n ds i m p l i f yt h ec o m p l i c a t e d m o d i f i c a t i o nt e c h n i q u e ，s e r i e so fd i e t a r yf i b e rc o m p l e x e sc o m p o u n d e df r o ms o y b c a ni n s o l u b l ed i e t a r y f i b e r ( s i d f ) ，g u a rg u ma n dp e c t i n ，w e r ep r e p a r e dw i t hc o m b i n e dp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o no fs d fa n d i df t h et h r e e d i m e n s i o n a ls t r u c t u r e so ft h et w ok i n d so fs i d fc o m p l e xs o l s ( c o m b i n e ds i d fw i t h g e a rg u mo rp e c t i n ) w e r eo b s e r v e db ym e a n so fs e m ，a n dm a s st r a n s f e re x p e r i m e n t s ( g l u c o s e ，v c ，k 十) w e r eu n d e r t a k e ni na ne n v i r o n m e n tw h i c hs i m u l a t e dt h ed i g e s t i o na n da b s o r p t i o np r o c e s s e si ns m a l l i n t e s t i n e t h em a s st r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c sa n dr u l e sw e r es u m m a r i z e d ，a n dt h er e s u l t sw e r es h o w na s f o l l o w s ： 1 t h ec o m p l e xs o l sp r e s e n t e dat h r e e - d i m e n s i o n a ln e t w o r km a d eu po fg r a n u l e s g u ma n dl i q u i d s t a t e s t h es y n e r g i s t i ci n t e r a c t i o nw a so b v i o u s l yo b s e r v e di ns o m ea s p e c t s ，s u c ha sv i s c o s i t ya n d s u r f a c et e n s i o n c o m p a r e dw i t ht h ea r i t h m e t i cs u mo fv i s c o s i t yo ft h r e er a wm a t e r i a l s ，t i mv i s c o s i t y o ff o r m u l a t e ds o lf r o ms i d f ( 9 0 ) a n dg e a rg u mi n c r e a s e db y5 8t i m e s ，a n dt h es o lf r o m s i d f ( 9 0 ) a n dp e c t i ni n c r e a s e db y2 7t i m e s 2 t h et r a n s f e ro f g l u c o s ew a sp o t e n t l yi n h i b i t e di nt h es i d f ( 9 0 ) a n dg u a rg u ms 0 1 i i lt h e1 2 0 m i n u t e sw h e nt h es t a b l em a s st r a n s f e rp r o c e s sw a sc o m i n g ，t h ep e r m e a t i o nr a t eo fg l u c o s ew a s o n l y4 0p e r c e n tc o m p a r e dw i t ht h eg l u c o s es o l u t i o n ，w h i l et h ep e r m e a t i o nr a t eo fv ea n dk + h a d n oa n yc h a n g e 3 t h es o lc o m p l e xh a df o l l o w e dm a s st r a n s f e rr u l e s t h ef i r s t ，t h ed i f f u s i o nr a t ew a sd e c r e a s e d b e c a u s et h ec o n v e c t i o nw a sm o r ed i f f i c u l t ，t h ev i s c o s i t yw a sh i g h e r , t h ef r i c t i o n a lr e s i s t a n c ew a s i n c r e a s e d ，a n dt h e r eh a d “t h eb o u n d a r yp h e n o m e n o n ”t h es e c o n d ，t h ep e r m e a t i o nr a t ew a s d e c r e a s e db e c a u s et h ei n c r e a s e dv i s c o s i t ya n ds u r f a c et e n s i o nf o r m e dal i q u i dm e m b r a n ei nt h e s u r f a c eo fd i a l y s i s b a g t o e n l a r g e t h e u n s t i r r e d l a y e ra n dt h ec o n c e n t r a t i o np o l a r i z a t i o n p h e n o m e n o n t h et h i r d , t h ep e r m e a t i o nq u a n t i t yo f s m a l li n t e s t i n em e m b r a n ew a sd e c r e a s e d b e c a u s et h em u l t i - b r a n c hs t r u c t u r eo fs d fc o n g l o m e r a t i o n sj a m m e dt h eh o l e so fs m a l li n t e s t i n e m e m b r a n e t h el a s t ，t h ep e r m e a t i o na n dd i f f u s i o nr a t eo fg l u c e s ew e r em o r ed e e p l yd e c r e a s e d b e c a u s es d fc o n 9 1 0 m e r a t i o n sa n di d fg r a n u l e ss o r b e da n db o u n dt h eg l u c o s et oe n l a r g et h e i n t e r a c t i o no fa b o v et h r e ed i f f u s er e s i s t a n c e s ，w h i l et h e r ew a sn oa n ye f f e c t so nt h ep e r m e a t i o nr a t e o fv ca n dfd u et ot h e i rm o l e c u l a rw e i 9 1 l tw a ss os m a l l d u et ot h em a s st r a n s f e rr u l e s ，i h e l c a nn o to n l yl o w e rt h ec o n t e n to fb l o o ds u g a r b u ta l s oh a v en oa n ye f f e c t so nt h ea b s o r p t i o no f v i c t i m sa n dm i n e r a l s s ot h es o li so fg r e a tv a l u e si nt h ec l i n i c a la p p l i c a t i o na n dt h eh e a l t hf o o d d e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：d i e t a r yf i b e r ，m i c r o s t r u c t u r e ，t h em a s st r a n s f e rp r o p e r t i e s l i t 中国农业大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，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已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名时间2 0 0 5 年，月幺日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名时间：2 0 0 5 年6 月缃 导师签名：歹t 似匆 时二： ：晰年石月伽 中国农业大学硕士学位论文第一章绕论 第一章绪论 1 1 膳食纤维素概述 膳食纤维( d i e t a r yf i b e rd f ) 是不能被人类的胃肠道中消化酶所消化的，且不被人体吸收 利用的多糖。这类多糖主要来自植物细胞壁的复合碳水化台物，也可称之为非淀粉多糖即非a 一 葡聚糖的多糖。一些不可利用的低聚糖( 抗性低聚糖) ，也包括在膳食纤维的成份之中。膳食纤 维的主要成份，包括纤维素、半纤维素、果胶及亲水胶体物质如树胶及海藻多糖等组分，另外还 包括植物细胞壁中所含有的木质素。 对膳食纤维的研究开展较早，但先前的资料主要关注这种食物成份对其他营养素吸收的不利 影响以及粗纤维对消化系统的损伤近年来有关膳食纤维的研究才转移到它有益于人体健康的保 健功能上，并不断对它的作用机理和用途进一步的探讨和研究。 1 9 7 0 年前营养学认为“粗纤维”是对人体不起营养作用的一种非营养成份，营养学家认为 粗纤维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素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，改称为“膳食纤维”。 由于膳食纤维不是单一物质而是许多复杂有机物质的混合物，所以膳食纤维赊包含不为人体 消化酶所消化的多糖外，近年来又将一些非细胞壁的化合物，如一些也不被人体消化酶所分解的 物质如抗性淀粉( r o s l s t a n ts t a r c h ) 及抗性低聚糖，美拉得反应( m i l l a r dr e a c t i o n ) 的产物以及来 源于动物的不被消化酶所消化的物质如氨基多糖( 也称甲壳素) 等也列入到膳食纤维的组成成份 之中这类物质在人类的膳食中含量虽少，但仍具有一定的生理活性。“1 膳食纤维根据其组份的不同分可分为： 1 总膳食纤维( t d f ) ：包括所有的组份在内如非淀粉多糖、木质索、抗性淀粉( 包括回生淀 粉和改性淀粉) 以及美拉德反应产物等。 2 可溶性膳食纤维( s d f ) ：包括果胶等亲水胶体物质和部分半纤维素。 3 不可溶性膳食纤维( m f ) ：包括纤维素、木质素和部分半纤维素。 4 非淀粉多糖：食物样品中除去淀粉后，残渣用酸水解成中性糖，然后用气相色谱( g l c ) 或 高效液相色谱( h p l c ) 定量检测其总和，即为非淀粉多糖，或用酶解方法检测，包括纤维 素、半纤维素、果胶及可溶性非纤维素多糖。 1 2 膳食纤维的物化特性： 夺 很高的持水力：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，变化范围 大致在自身重量的i 5 2 5 倍之间。 夺 对阳离子有结合和交换能力：膳食纤维化学结构中包含一些羧基和羟基类侧链基团，有类似 于弱酸性阳离子交换树脂的作用，可与阳离子，特别是有机阳离子进行可逆交换，它不是通 过单纯结合而减少机体对离子的吸收，而是改变离子的瞬间浓度从而对消化道的p h 值、 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 i i 皇! ! ! 自! 自! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 1 0 1 1 曼! 鼍! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 皇! ! ! 自目! ! ! ! ! ! ! ! e ! ! ! ! ! ! ! 皇 渗透区以及氧化还原电位产生影响，呈现出一种更缓冲的环境以利用消化吸收。 夺 对有机化合物的吸附螫合作用：膳食纤维表面带有很多活性基因，可以螯合吸附胆固醇和胆 汁酸之类有机分子，从而抑制人体对它们的吸收，这是膳食纤维能够影响体内胆固醇物质代 谢的重要原因。同时，膳食纤维还可以吸附肠道内的有毒物质、化学药品和有毒医药品等， 并促进它们排山体外。 夺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，易引起饱腹感。同时，由于膳食纤维的存在，影响了机体对食物其他成分的消化吸收， 人也不易产生饥饿感。 夺 可改变肠道系统中的微生物群系组成：肠系统中流动的肠液和寄生菌群对食物蠕动和消化有 重要的作用，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， 这些好气菌很少产生致癌物，厌气菌能产生较多的致癌性毒物这些毒物能快速地随膳食纤 维排出体外“、”。 1 3 膳食纤维的生理功能： 1 预防心脑血管疾病的功效 肝脏中的胆固醇会转变成胆酸，到达小肠后能帮助消化脂肪，然后胆酸会回到肝脏再转变成 胆固醇。由于水溶性膳食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化需要胆酸时，肝脏 只能靠吸收血中的胆固醇来补充消耗的胆酸，从而降低了血中的胆固醇，令冠心病和中风的发病 率也随之降低。 2 预防糖尿病的功效”1 水溶性膳食纤维能在胃肠中形成一种粘膜，阻隔了食物营养素与小肠壁的直接接触，使整个 消化道中消化吸收过程减慢，从而降低血糖水平。膳食纤维可降低胃捧空速率，研究表明，减缓 胃捧空速率。可减轻血糖生成反应和减缓营养素吸收的能力。有的报道还将降糖机理解释为增加 膳食纤维的含量，可以改善末梢组织对胰岛索的感应性，降低对胰岛索的要求，从而达到降血糖 的作用。 3 预防肠癌的功效 膳食纤维对防治癌症的作用主要表现在两个方面： 1 )水不溶性纤维素吸水后稀释了大肠中致癌物质，并使肠道中的食物膨胀变软。促进肠道 蠕动和加速排便，减少了致癌物质在肠道内的停留时间，有效预防大肠癌 2 )肠中的胆酸可能致癌，但水溶性纤维可以令胆酸不被小肠肠壁吸收而通过消化道被排出 体外，因此膳食纤维可预防大肠癌的发病率。 4 防治便秘的功效 膳食纤维影响大肠功能的作用包括：缩短通过时间、增加粪便量及排便次数，稀释大肠内容 物以及为正常存在于大肠内的菌群提供可发酵的底物 1 )影响粪便排出量。一种原因是粪便排出量受膳食纤维酵解程度的影响较大，其机理可能 是膳食纤维的容水量，但也不尽然。另重要因素是膳食纤维使细菌量以及细菌的含水量增加。 2 )对结肠运动和转移时问的影响。由于膳食纤维有缓泻作用，起到了促进肠蠕动和减少了 2 中图农业大学硕士学位论文第一章绪论 肠内容物通过肠道的时间，因此可缩短排便间隔时间。 5 辅助减肥的功效 1 )膳食纤维影响食物摄入量 吃高纤维的食物要花较长的时间。 纤维可减少食物能量密度。 某些纤维如瓜尔豆胶和果胶可减慢胃排空时间。 可能减少了食物的消化率。 高纤维膳食的能量可能在粪便中损失的较多。 纤维可能影响了胃肠中的某些激素，是激素的作用影响了食物的摄入量。 2 ) 膳食纤维有控制体重的作用 大多数富含纤维的食物，如谷物、全麦面、豆类、水果和蔬菜中只含有少量的脂肪。在控制 能量摄入，摄食富舍纤维的膳食会起到减肥的作用。 6 影响维生素和矿物质的吸收 纯的膳食纤维可能降低某些维生素和矿物质的吸收率。这是因为在小肠内纤维素将这些营养 素结合了。但是这种现象未发现在食用了富含膳食纤维食物的人群中，例如这些人食用了蔬菜 未发生维生素或矿物元素缺乏的现象。用纯的膳食纤维研究钙的吸收表明，膳食纤维可以降低钙 的吸收率，但是当这些被膳食纤维结合的钙进入到结肠时，由于纤维被细菌酵解为短链脂肪酸， 此酵解产物又在结肠和回肠中促进了钙的吸收。 体外实验结果表明，各种膳食纤维均能抑制胰酶的活性，因而在一定程度上影响了碳水化合 物、蛋白质和脂肪的吸收，因其作用机理是影响了营养素的水解，因此推测膳食纤维的存在也会 降低维生素的吸收率，但总的看来膳食纤维对维生素的吸收影响 _ l t d , 。有些实验表明天然食物如 谷类、水果中的纤维有抑制钙、铁、锌和铜等元素的吸收，但这可能是食物中所含植酸干扰了吸 收作用，而纯的纤维素、果胶和树胶的实验结果表明不影响矿物质的吸收“ 3 ”。 1 4 国内外研究现状 近2 0 年来，膳食纤维的提取和利用研究达到了高潮这主要归因于对膳食纤维生理活性和 功能特性的不断认识膳食纤维的研究工作目前处于相当活跃的状态，是食品科学家研究的热点。 1 4 1 国外对膳食纤维的研究现状 国外对于膳食纤维的研究主要集中在： 1 )基础理论研究如对定义的完善，分析方法的改进； 2 ) 膳食纤维在临床治疗上的应用及每日膳食摄入量研究； 3 1 功能产品的开发； 1 4 1 1 有关膳食纤维的基础理论研究 1 9 7 2 1 9 7 6 年间，t m w e l l 等建立了大量膳食纤维与健康相关的假说，被称为“膳食纤维假 说”。膳食纤维这一术语用来描述那些不能被人体内源消化酶作用的植物成分，包括纤维素、半 纤维索及木质素以及与之相关的少量组成成分如：蜡质、角质、软木腊，这些物质都是可食用的。 3 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 其他具有纤维成分的食物还有芹菜及其他蔬菜、可食用的水果皮及谷物麸皮。 至1 9 7 6 年止，膳食纤维的定义已被拓宽到包括所有的不可消化的多糖( 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。 1 9 9 9 年，学术界就膳食纤维定义的统一问题讨论异常活跃，并举行了一系列的会议及专题讨 论：1 9 9 9 年6 月2 3 日a a c c 和国际生命科学会( i l s i ) 共同成立了关于膳食纤维定义的工作委 员会：1 9 9 9 年7 月2 6 日i f f ( t h e i n s t i t u t e o f f o o d t e c h n o l o g i s t s ) 年会在芝加哥就膳食纤维的定义举 行了专门的论坛：1 9 9 9 年1 1 月2 日在8 4 t ha a c c 年会上举行专门会议对膳食纤维的定义进行了 讨论。 目前，膳食纤维被定义为“凡是不能被人体内源酶消化吸收的可食用植物细胞、多糖、木质 素以及相关物质的总和”。这一定义包括了食品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、果胶以及少量组成成分如蜡质、角质、软木质。 7 0 年代后期，p r o s k y 开始致力于在学术界将膳食纤维定义统一化的工作。同时为了营养改良 及食品标签来定量膳食纤维的目的。开始从事于符合膳食纤维定义的分析方法的统一工作，并听 取了世界范围内1 0 0 多位科学家的意见。1 9 8 1 年在加拿大渥太华进行的美国职业分析化学家学会 ( a o a c ) 春季工作会议上，按照t r o w e l l 等在1 9 7 6 年提出的定义，就膳食纤维的定量方法达成了 共识。其中a s p 、f u r d a 和s c h w e i z e r 等提出的测定方法被认为是较好的研究方法，在p r o s l ( y 的 倡导下，这些研究者( 包括d e v d e s 和i - l a r l a n d ) 建立了一种适合国际间合作研究的简单方法，约有 2 9 个国家的4 3 个实验室参与了这项研究。 目前膳食纤维的测定方法分为两大类，重量法和化学法。重量法较简单，是通过提取去除非 纤维成分将纤维多糖用8 0 乙醇沉淀残渣称重即为总膳食纤维的含量。化学法是首先将样本 经酶法去除淀粉多糖经8 0 乙醇沉淀后得到总的d f 以供分析，它可以分可溶和不可溶两部分， 总d f 或s d f 和i d f 经酸解后来分析其特定的纤维组分。酶一重量法于2 0 世纪8 0 年代在国外发 展起来，现已成为a o a c 认可的分析方法，现已被美国、日本、瑞典及北欧许多国家广泛采用”、 0 】 近年来，随着新的膳食纤维组成成分的不断提出，如菊粉( i n u l i n ) ，低聚果糖( o l i g o f r u c t o s e ) ， 抗性淀粉( r s ) ，葡聚糖( p o l y d e x t r o s e ) 等，已不能用当前的方法测出，测定方法仍需改进。 可见，膳食纤维的组成复杂，目前尚缺乏公认的科学定义，食物中膳食纤维的定量方法难以 统一，致使膳食纤维的研究存在一定的标准化问题。 1 4 1 2 膳食纤维生理功能的研究 国外对于膳食纤维生理功能的研究也较活跃“。 1 9 8 6 年r i m m 等“”4 3 7 5 7 名美国成年男子进行膳食纤维摄入量与冠心痛危险性关系的研究， 发现膳食纤维摄入量最高五分位人群( 平均2 8 9g d ) 与最低四分位人群( 平均1 2 4g ，d ) 相比，心 肌梗死发病的危险性( r r ) 是0 5 9 并且膳食纤维摄入量每增加1 0g ，对应的r r 为0 8 1 ，表明膳 食纤维摄入量与心肌梗死发病之间存在反比关系且表明膳食纤维是独立于脂肪摄入量之外的预 防冠心病的一个重要膳食成份 y v e s 用含5 藻胶的饲料喂养大鼠3 周。发现其空腹血脂虽无明显变化，但餐后的血甘油三 4 中国农业大学硕士学位论文 第一苹绪论 i i 脂和胆固醇的增值减少1 。1 9 8 5 年h a r d d 等“”以麦麸膳食纤维治疗胰岛素依赖型糖尿病患者观 察其作用，效果良好。1 9 8 6 年a n d e r o n “”发现膳食纤维可缩短膳食通过小肠的时间而减少葡萄糖 的吸收，并可减缓淀粉水解，对糖尿病有良好的预防作用。l e c l e r e 等认为膳食纤维可减缓胃排定 速率是使餐后血糖曲线变平的主要因素。“”1 9 9 7 年w o l e v e r 等”研究了膳食纤维和蛋白质摄入量 与非胰岛素依赖型糖尿病( n i d d m ) 的关系，发现人均膳食纤维摄入量每日仅为1 2g m j ，若日 膳食纤维摄入量每增加一个标准差( 0 7 2g m j ) 则会减少3 9 的患n i d d m 的危险性，还发现去除 膳食纤维的淀粉类食物将导致具有遗传易感性的人群发生糖尿病。 1 9 8 7 年k l u f f e l d ”肯定了麦麸膳食纤维有减少结肠憩室病和胆结石形成的作用，同时对结肠 癌也有预防作用。c u m m i n g s 的文献中评估了纤维摄入量与粪便量的关系，认为食用了含不可溶 纤维的食物使粪便重量增加量多。1 9 9 7 年a l d o o r i 等。对4 万余名美国成年男子进行了前瞻性研 究，探讨不同膳食纤维成分与结肠憩室痛的关系，发现不溶性膳食纤维摄入量与肠憩室病危险性 成反比，r r = 0 6 3 ，纯纤维素最为明显r r = 0 5 2 ，表明摄入高膳食纤维可降低肠憩室病的危险性， 特别是不可溶性膳食纤维的含量高。 1 4 1 3 对膳食纤维摄入量的研究 对于膳食纤维摄入量，不同的国家作了大量的l 临床试验确定了各自推荐的摄入量， 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= ，采用一个生理指标来评定其适宜摄入量。英国国家顾 问委员会建议膳食纤维的摄入量为2 5 - 3 0g d ，美国f d b 推荐的总膳食纤维的摄入量为每日2 0 3 5 g ( 成人) ( p i l c hs 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5g ( 2 岁儿童) ，8g ( 3 岁以上儿童) ，2 5 3 0g ( 2 0 岁以上成 年人) 。澳大利强人研究表明，每日平均摄入膳食纤维2 5g ，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 4g d 。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 4g 为宜。 1 4 1 4 膳食纤维产品的开发 西方发达国家早在2 0 世纪7 0 年代就着手对膳食纤维的研究与开发美、英、德、法已形成 一定产业规模，并在食品市场占有一席之地美国成立了膳食纤维协会，在年销售6 0 亿美元方 便谷物食品中，约2 0 n , 6 是富含膳食纤维的产品。欧美及日本盛行强化膳食纤维功能食品。日本2 0 世纪8 0 年代后期利用可溶性膳食纤维制成的饮料包括碳酸饮料、乳酸饮料及果汁等据对该国 3 4 个生产膳食纤维厂家统计，开发利用的资源还有木桨、米糠、麦麸、甜菜渣、玉米、大豆、麻、 果皮、种子多糖、魔芋、甲壳素等十余种。膳食纤维疗病方法也在一些国家产生。 国外已研究开发的膳食纤维产品主要有五种”1 ： 1 、小麦麸制品：小麦麸含有丰富的纤维素、半纤维素和术质索，对预防便秘、大肠癌、糖 尿病及心血管系统疾病有显著效果。 2 、甘薯纤维制品：甘薯采用酸发酵法分离出淀粉后，再用酶处理技术将甘薯渣变成微细甘 薯纤维，即为甘薯纤维制品。 3 、甜菜纤维制品：甜菜制糖后剩下的渣，经过进一步分离即可提取甜菜纤维。甜菜纤维制 5 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 品是一种水溶性纤维和不可溶性纤维的复合型纤维制品。主要含有半纤维素、木质素和果胶，可 作为食品添加剂。 4 、葫芦纤维制品：它以天然干瓢为原料采用先进精细粉碎技术加工而成，具有良好的粘 稠感，口感较好。葫芦纤维能够促进肠胃内双歧杆菌的繁殖，有益于健康。 5 、纯纤维制品：成分纤维索以山毛榉、桑叶为原料加工而成，多用作改进食品的结合剂、 稳定剂和润滑剂。 1 4 2 国内对膳食纤维的研究现状 我国对膳食纤维的提取技术研究、应用研究和生产尚处于起步阶段。大体可分为四个方面” i ) 膳食纤维对人体生理功能的研究，如防治冠心病、治疗肥胖症、预防高血压、治疗糖尿病和 抗胃肠癌症、抗氧化、清除自由基等。 1 9 9 3 年吴杰等“以5 魔芋精粉、果胶、褐藻胶或琼脂饲喂高脂型大鼠，发现四种膳食纤维 均能有效降低动物空腹血清中总胆固醇t c 含量降低肝脂水平，促进肠道胆汁酸的排泄。1 9 9 6 年王常青等。”报道，以含6 豆渣纤维或果胶饲料饲喂大鼠，可使动物血清t c 和低密度脂蛋白胆 固醇( l d l - c ) 显著降低( p 2 的增胶作用。通过f n r 分析复合体系的相容程度， 两种高聚物复配后羟基伸缩振动峰增强并向低波数方向发生位移，那么分子问的氢键增强，即分 子间相互作用增大，表现为凝胶化能力提高，凝胶强度明显增大，分析其机理可能是因为黄原胶 是具有羧基的一种阴离子多糖，具有类似纤维的骨架结构，分子中的糖醛酸键和c o o 一与魔芋葡 甘聚糖形成分子间氢键所致“”。在多糖凝胶的黏度和耐盐性的研究中，黄原胶与刺槐豆胶复配 生成的凝胶的黏度和耐盐性显著提高，刺槐豆胶与黄原胶相互作用的机理与刺槐豆胶半乳甘露聚 糖的精细结构有关。1 ，6 连接的a d 一吡喃半乳糖群在1 ，4 连接的d 一甘露糖主链上的分布称为 半乳甘露聚糖的精细结构。通过透射电镜对刺槐豆胶的观察，研究认为，刺槐豆胶的精细结构由 “毛发区”和“光滑区”交替组成，其中d 一半乳糖分布密集的区域称为“毛发区”，连续的没有 被取代的d 一甘露糖区域称为“光滑区”黄原胶与刺槐豆胶的结合区位于半乳甘露聚糖的“光滑 1 2 中国农业大学颂十学位论义 第二章研究方案确定 区”，一二者结合形成二维的网状结构，水分子充满网眼内，“毛发区”使结合的分子悬浮在水溶液 中而不发生沉淀现象，从而使复配胶的黏度大幅度提高“。 我国天然可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维的原料来源丰富、安全、对人体无副作削，在 分子结构上有些可溶性膳食纤维与不可溶性膳食纤维具有天然的互补性。根据上面的研究采用 复配改性来完善膳食纤维的功能就成了一种简单易行，科学有效的改性方法。 马正伟等做了复合膳食纤维对高脂血症大鼠肠道形态结构及功能的影响的研究，结果表明 由不同比例的可溶性纤维及不可溶性纤维构成的复合膳食纤维在降低高胆蚓醇血症大鼠血清中 t c 、l d c c 、升高h d l - c 的同时可使人鼠小肠壁重龟增加，并且随可溶性和不可溶性膳食纤维 比值的增加，大鼠小肠壁重量呈增加的趋势”“。来扬等在用纤维素、果胶、海藻酸钠三者两两复 配后，和三种单一膳食纤维对高脂血症大鼠体内脂类含量影响实验中证实，各种膳食纤维均可不 同程度降低大鼠体内脂类含量，其中可溶性膳食纤维效果优于不可溶性膳食纤维，复合膳食纤维 的效果义优于单一的膳食纤维”。 综上所述，本次研究中拟利用现有的天然可溶性膳食纤维与不可溶性纤维素进行复配利用 可溶性膳食纤维在水中可缓慢溶胀、体积膨胀率高、形成的溶胶黏度高、吸附和包埋能力强的特 性，弥补不溶性膳食纤维在物性上的不足，在不破坏原有纤维结构的同时，达到改善其物化特性 的目的。同时，可溶性膳食纤维溶胶特有的网状结构，能够使分散性很强的不可溶性纤维素嵌合 到网状可溶性膳食纤维的微孔中，形成种圃、胶、液混合的三维网状结构( 如图2 - 1 ) ，得到 同时具备可溶、不可溶性膳食纤维物性的配制型膳食纤维素，使其在物化性质上较单质原料有明 显改善。 图2 1百e 制型腰食纤维素结构构想图 f i 9 2 - 1 t h es t r u c t u r eo f f o r m u l a t e dd i e t a r yf i b e r 通过测定配制型膳食纤维素的黏度、表面张力、膨胀率和持水率的变化，验证通过复配可完 善纤维素物化特性的论断。采用扫描电镜观察复合溶胶的空间结构，验证可溶性膳食纤维与不可 溶纤维素在空间结构上的互补性是物化特性得到改善的直接原因。在复合溶胶结构和物化性质的 研究的基础上，推测营养物质在复台溶胶中的传递特性，并通过体外模拟质传递实验，验证这一 推断的合理性，并概括营养物质在复合溶胶中的传递规律。 1 3 中国农业大学硕士学位论文 第三章窟制型膳食纾维索的结构及物性研究 第三章配制型膳食纤维素溶胶结构及物性 3 1天然膳食纤维主要产品 不可溶性膳食纤维( i d f ) 包括纤维素、木质素和部分半纤维索。多存在于谷物或豆类等植 物性原料中w 。 纤维素是由d 一吡喃葡萄糖基通过b ( 1 - - + 4 ) 糖苷键结合的巨型分子长链，其聚合度大约是数 千，常称为“结晶型聚台物”( 如图3 - 1 ) 。它是细胞壁的主要构成物质。由于葡聚糖链内与链间 强烈的氢键作用力，纤维素分子在植物细胞壁中呈结晶状的微纤维束结构单元，相当牢固，只有 通过物理或化学的方式破坏分子间的作用力使其断裂，才能使纤维素的亲水性增加。但纤维结构 并不是连续的，不同结晶问微纤维排列的规律差形成非结晶结构，非结晶结构内的氢键结合力较 弱，易被溶剂破坏。纤维素的结晶区与非结晶区之间界限不明确，逐渐转变，结晶区的直径约5 0 1 0 0 a ，长度在8 0 0 1 2 0 0 a 。 。霉二了。嚣、| - - - - 、l 。囊 程等，莓蕊虽蚕i 知 量爹：誉磐i & 霉 多二一。， 田3 - 1 纤维素6 一葡聚培链的结构特征 f i g 3 1 t h es i r u c t u r a lc h a r a c t e r o f p - o e x t r a n o f c c h u l o s e 半纤维素是带有各种不均一分支的碳水化合物的聚合物。主链的原糖是5 c 糖和6 c 糖，在分 支上连有葡萄糖醛酸、麦芽糖、阿拉伯糖、木糖残基等。半纤维素的种类很多，有的可溶于水， 但绝大部分都不溶于水。组成谷物和豆类的膳食纤维中的半纤维素，主要是阿拉伯木聚糖、木糖 葡聚糖、半乳糖甘露聚糖和b ( 1 3 ，1 4 ) 葡聚糖等。另外一些水溶性胶也属于半纤维索。 木质素是由松柏醇、芥子醇和对羟基肉桂酵三种单体组成的大分子纯合物。亲永性差，是植 物的结构整体物质，天然存在的木质素大多与碳水化合物紧密结台在一起很难将之分开。木质 素是没有活性的膳食纤维。 天然可溶性膳食纤维( s d f ) ，包括果胶及亲水胶体物质如树胶及海藻多糖，部分半纤维素等 组分。 果胶是以( 1 4 ) 糖苷键连接的聚半乳糖醛酸为骨架链的聚合物。主链中连有( 1 2 ) 鼠 李糖残基侧链中的部分半乳糖醛酸残基经常被甲基酯化。果胶类物质主要包括阿拉伯聚糖、半 乳聚糖或阿拉伯半乳聚糖。果胶或果胶类物质均能溶于水，它们在谷物纤维中的含量少但在豆 类和果蔬纤维中含量较高。果胶能形成凝胶，对维持膳食纤维的结构有重要作用。谷物纤维中所 1 4 中国农业大学硕士学位论文第三章配制型膳亩纤维素的结构及物性研究 i l l 含的果胶能与致癌物质结合。由肠内排出”“。 瓜尔豆胶的化学成分为半乳甘露聚糖其结构是主链为( 1 4 卜8 一d 一甘露糖单位，侧链由单 个的a d 一半乳糖以( 1 6 ) 键与主链相连，每两个甘露糖单位中有一个半乳糖单位在巳位与之 相联。相对分子量为2 0 3 0 万，瓜尔豆胶在水中可缓慢溶胀分散，溶胶黏度很高。能形成一定 强度的水溶性薄膜，可与其他食用胶复配使用”“，。 阿拉伯树胶：一种含有钙、镁、钾等多种阴离子的酸性大分子多糖，分子量5 0 - 1 0 0 万具 有以阿拉伯半乳聚糖为主的，多支链的复杂分子结构，在结构上还连有2 左右的蛋白质。阿拉 伯树胶可以分为3 个基团其一是与其功能相关的阿拉伯半乳聚糖蛋白，另外2 个基团分别是阿 拉伯半乳聚糖和糖蛋白。阿拉伯半乳聚塘蛋白是阿拉伯半乳聚糖成分与个蛋白链相连。阿拉伯 半乳聚糖又是由阿拉伯糖和半乳糖这些支链结构组成的支链的末端还连有鼠李糖和葡萄糖醛 酸，因而，每一个分子都如球状，而且非常紧密。阿拉伯腔的黏度较低，配置成5 0 的溶液仍有 流动性，它可以和大多数其他的水溶性胶和淀粉相配伍，也可以和生物碱相配伍混溶应用“。 海藻酸( a l g i n i ea c i d ) 和海藻酸盐( a l g i n a t e s ) 主要是从褐藻的昆部属l a m i a r l ah y p e r b o r e a n ， l d i g i t a t a 、巨藻属的m a c r o c y s t i sp y r i f e r a 及岩藻属的f u c u ss e r r a t r s 等品种海藻中提取。海藻酸的 基本结构不同比例的( 1 4 ) 键相连的b d 一甘露糖醛酸片段和a l 一吉洛糖醛酸片段相互联 接成的线性大分子多糖，相对分子量为2 0 万。天然海藻胶是海藻酸( 钙、镁、钠、钾) 盐的混 合物。在食品工业中海藻酸盐主要用作凝胶剂和增稠剂。海藻胶透明、坚韧，具有较宽的结构范 围拳1 较好的热稳定性，不易脱水收缩“。 可溶性和不可溶性膳食纤维的复配机理与它们的分子结构有着密切的关系。因此在品种繁多 的膳食纤维中，选择来源广，产量大，价格低，与不可溶性纤维素在结构上具有互补性，复配后 能够形成良好嵌合、稳定性强的原料作为基料进行复配改性，是保证复配产物品质的关键1 ”“1 。 大豆不可溶性纤维素( s i d f ) ：由1 3 吡哺葡萄糖基通过b ( 1 4 ) 糖苷键连接起来的聚合物。 其聚合度大约是数千。纤维素呈伸长的长链无分支结构。s i d f 在水中难以溶解