大豆纤维的应用.doc

大豆膳食纤维的应用一、膳食纤维总述膳食纤维是一种天然有机高分子化合物，是由许多失水葡萄糖组成的非淀粉多糖，它包括纤维素、半纤维素和果胶、甲壳素等物质。膳食纤维虽不能被人体消化吸收，但其在维持人体健康方面有着不可替代的生理作用。经查阅国内外大量资料表明，被称之为“现代文明病”的高血压、高血脂、糖尿病、便秘、肥胖症、冠心病等都与膳食纤维的摄入量不足有关。因此，有些科学家将膳食纤维推崇为“人类第七营养素”在20世纪50年代，西方国家开始了膳食纤维方面的研究。1960年，H.C.Trowell博士第一次列出了西方文明病的特征并论证了富含纤维食品的重要性。现在，许多发达国家已经意识到膳食纤维的生理作用及其在人体中不可代替的地位，因此，开发出多种富含膳食纤维的食品及其保健品。如在美、英、法、德等西方发达国家在年销售的谷物食品中约有20%上是富含膳食纤维的功能食品，日本自80年代开始相继有30多家植物纤维厂应运而生。而在我国，由于近年来经济的发展，人们的生活水平日益提高，食物结构也发生了重大的改变。主食大米、面粉日趋由精米、精粉所代替，并且由于食品市场的繁荣以及方便食品的发展，越来越多的人每天摄入的纤维数量呈现出下降的趋势，导致许多西方“文明病”即所谓的“富贵病”在中国流行，这一状况已经开始引起我国卫生部、食品界等的关注。随之，我国在进入90年代以来对膳食纤维的研究和开发工作也开始蓬勃发展起来。关于膳食纤维的定义，国际上公认的是1985年FAQ和W HO确定的定义：能用公认的定量方法测定的，人体消化器官固有的消化酶所不能水解的食用动植物的构成成分。显然，膳食纤维是许多物质混合物的统称。国际上对于膳食纤维的摄入量没有正式规定，但一些国家健康组织提出了一些建议，如美国癌症协会建议健康的成年人每天应摄取20一35克膳食纤维。1、膳食纤维的分类根据来源的不同可将膳食纤维分成植物类纤维素、动物类纤维素、海藻多糖类纤维素等。其中植物类纤维素是膳食纤维的主要来源，表1-1列出了部分食物的纤维含量。表1-1部分食物的纤维含量品名 豆类 大米 高粱 小麦 叶菜 水果含量% (w/w) 3.6-6.8 0.7-19.2 2.5-9.0 2.8-12.1 1.2-4.8 1.4-4.2 从表中可以看出，豆类是膳食纤维的重要资源。我国是大豆生产大国，年产大豆约为15001700万吨;同时我国又是大豆的主要消费国，年消费大豆约为3400万吨左右。因此，对豆渣中膳食纤维的研究在我国是很有意义的。根据膳食纤维的溶解性可把膳食纤维分成水溶性膳食纤维(SDF)和不溶性膳食纤维( IDF )。水溶性膳食纤维是指不能被人体消化道分泌的消化酶所消化，但可溶于温水或热水，且其水溶液又能被相当于四倍乙醇再沉淀的那部分膳食纤维。水溶性膳食纤维主要有植物细胞内的储存物质和分泌物，其组成主要有一些胶类物质，如果胶、阿拉伯胶、角叉胶、瓜儿胶、黄原胶等以及抗性糊精、改性纤维素、低聚异麦芽寡糖、半乳甘露聚糖、葡聚糖等。经研究表明，水溶性膳食纤维的生理活性较高，具有很强的保健作用。2、膳食纤维的化学组成与化学结构膳食纤维的化学组成包括三大部分:(1)纤维状碳水化合物(纤维素)。(2)基料碳水化合物(果胶类物质、半纤维素和糖蛋白等)。(3)填充类化合物(木质素)。其中(1), (2)为构成细胞壁的初级成分，随着细胞的生长而生长。(3)为细胞壁的次级成分，通常是死组织，没有生理活性。2.1纤维素 纤维素通常与木质素及其它非淀粉多糖共存形成混合物，是构成植物细胞壁的主要材料，一般称为粗纤维。它是由吡喃葡萄糖基通过1, 4糖营键连接起来的聚合物，其聚合度大约是数千，不溶于水。纤维素呈伸长的长链无分支结构，由于其糖链内与链间存在强烈的氢键作用力，纤维素分子在植物细胞中呈现结晶状的纤维束结构单元。但结晶结构并不是连续的，非结晶结构内的氢键结合力较弱，易被溶剂破坏。2.2半纤维素 组成谷物和豆类膳食纤维中的半纤维素主要有阿拉伯木糖、木糖葡萄糖、半乳糖甘露聚糖和(13，14)葡聚糖四种。半纤维素在水中部分溶解，在稀碱中几乎完全溶解;在若酸下易水解，生成己糖和戊糖(木糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖)。其溶解情况通常为支链越多则溶解性越好。因此在提取膳食纤维时，部分半纤维素会被提取液萃取而成为可溶性膳食纤维的一部分。2.3果胶和果胶类物质果胶是以a(14)糖苷键连接的聚半乳糖醛酸为骨架链，主链中有(12)鼠李糖残基，部分半乳糖醛酸残基经常被甲基酚化。该结构是通过鼠李糖基的C4位置携带取代基阿拉伯低聚糖、半乳低聚糖或阿拉伯半乳低聚糖。果胶类物质主要有阿拉伯低聚糖、半乳糖或阿拉伯半乳低聚糖，其中阿拉伯聚糖是由吠喃阿拉伯糖通过(15)糖苷键连接成主链。半乳聚糖是由呋喃半乳糖通过(14)键连接而成的线性结构。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，在豆类及果蔬纤维中含量很高。果胶能形成凝胶，对维持膳食纤维的结构有重要的作用。2.4木质素木质素是由松伯醇、芥子醇和对经基肉桂醇三种单体组成的大分子化合物，天然存在的木质素大多与碳水化合物紧密结合在一起，很难将之分离开来。它不溶于水，不被人体消化，常被认为是不溶性膳食纤维的成分。在大豆膳食纤维中分离出来的木质素多糖复合物，分析表明，它们之间至少存在三种化学连接键:(1)易被碱水解破坏的。(2)易被NaBH4破坏的。(3)抵抗碱水解的化学键。3、膳食纤维的物化特性 膳食纤维的化学组成特性，奠定了它的一些独特物化性质。概括的说，其物化特性主要包括以下五个方面。3.1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。具体的持水能力视纤维的来源不同以及分析方法的不同而不同，变化范围大致在自身重量的1.225倍之间。很多研究表明，膳食纤维的持水性可以增加人体排便的体积与速度，减轻直肠内压力，同时也减轻了泌尿系统的压力，从而缓解了诸如膀胱炎、膀胱结石和肾结石这类泌尿系统疾病的症状，并能使毒物迅速排出体外。3.2对阳离子有结合和交换能力膳食纤维化学结构中含有一些羧基和羟基类侧链基团，呈现一个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的交换。纤维对阳离子的作用是可逆性的交换，它不是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，一般是起稀释作用并延长它们的转换时间，从而对消化道的pH值、渗透压以及氧化还原电位产生影响，并出现一个更缓冲的环境以利于消化吸收。当然，膳食纤维也因此必然影响到人体内某些矿物质元素的代谢。3.3对有机化合物有吸附鳌合作用由于膳食纤维表面带有很多活性基团，可以鳌合吸附胆固醇和胆汁酸之类有机分子，从而抑制了人体对他们的吸收，这是膳食纤维能够影响体内胆固醇类物质代谢的重要原因。同时，膳食纤维还能吸附肠道内的有毒物质(内源性有毒物)、化学药品和有毒医药品(外源性有毒物)等，并促进它们排出体外。3.4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，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(可利用碳水化合物)的消化吸收，人不易产生饥饿感。为此，膳食纤维对预防肥胖症大有益处。3.5可改变肠道系统中的微生物群系组成肠道系统中流动的肠液和寄生菌群对食物的蠕动和消化有重要作用。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，比较来说厌气菌产生较多的致癌性毒物。即使有这些毒物产生，也能快速地随膳食纤维排出体外，这是膳食纤维能预防结肠癌的重要原因之一。4膳食纤维的生理功能4.1膳食纤维与结肠癌和便秘的关系 现在，对膳食纤维在防治结肠癌与便秘方面的作用己成定论。通常认为，结肠癌是由于某种刺激物或毒物停留在结肠内的时间过长而引起的。食物中膳食纤维含量过少，有毒物质在肠道内停留时间过长，就会对肠壁发生毒害作用，并被肠壁所吸收。长此以往，就会诱导结肠癌的发生。 若食物中膳食纤维含量较高，进入大肠内的纤维能被肠内细菌部分地、选择性地分解与发酵，从而改变肠内菌群的构成与代谢，诱导大量好气菌的繁殖。水溶性膳食纤维较多地被分解而成为菌体的养分，并使粪便保持一定的水分与体积。微生物发酵生成的低级脂肪酸还能降低肠道pH值，从而促进了有益好气菌的大量繁殖，同时刺激了肠道黏膜，加快了粪便的排泄。水不溶性膳食纤维被细菌所分解的数量较少，但作为肠内异物也能刺激肠黏膜，促进肠内功能正常化。4.2膳食纤维与冠心病的关系 膳食纤维对预防和改善冠状动脉硬化造成的心脏病具有重要的作用，这种作用起因于纤维促进了体内血脂和脂蛋白代谢的正常作用。许多研究业已证实，在脂肪代谢过程中，纤维可通过某种作用起抑制或延缓胆固醇与甘油三醋在淋巴中的吸收。 膳食纤维能够阻止机体对脂肪的吸收，这首先是因为它能缩短脂肪通过肠道的时间，同时它能够吸附胆汁酸并降低胆固醇和甘油三醋消化产物分子团的溶解性。具有粘性的膳食纤维会组织分子团向小肠吸收细胞表面转移，促进小肠细胞的生理功能和消化酶分泌机能发生变化。 胆固醇的代谢途径主要是通过粪便，而胆汁酸又是胆固醇的代谢产物，为了补充被纤维吸附而排出体外的那部分胆汁酸，就需要更多的胆固醇进行代谢，体内胆固醇含量因此得以显著下降。对这方面普遍的看法是，水溶性膳食纤维对降低胆固醇有明显的影响，而水不溶性膳食纤维的影响较小或没有。 在通常的膳食条件下，适当增加些膳食纤维的摄入量同时减少脂肪的摄入，就可减少机体对胆固醇的吸收量，降低体内胆固醇水平，达到预防与治疗动脉粥样硬化和冠心病。4.3膳食纤维与糖尿病的关系 西方人糖尿病发病率高，膳食纤维的摄入量太少是一个重要原因。增加膳食中膳食纤维的含量，可以改善末梢组织对胰岛素的感受性，降低对胰岛素的要求，从而达到调节糖尿病患者的血糖水平。 现在，大多数研究者认为，可溶性膳食纤维在降低葡萄糖忍耐实验期间和就餐后的血糖水平是有效的，但对不溶性膳食纤维在降低血糖水平方面的研究结果不甚一致。对膳食纤维的摄入与血浆胰岛素水平的影响问题也存在争议，有些研究表明，在血糖水平下降的同时血浆胰岛素水平也伴随着下降。 各种长期或短期的研究都己证实，高纤维膳食对治疗胰岛素依赖型糖尿病患者是有效的，这方面已不存在争议。但对非胰岛素依赖型糖尿病人来说，情况比较复杂，尚需进一步的证实。4.4膳食纤维的其他生理功能 除上所述，膳食纤维能增加胃部饱满感，减少食物摄入量，具有预防肥胖症的作用;膳食纤维可减少胆汁酸再吸收量，改变食物消化速度和消化道分泌物的分泌量，可预防胆结石。另外，膳食纤维的缺乏与间歇式病、阑尾炎、静脉血管曲张、肾结石和膀胱结石、十二指肠溃疡、骨盆静脉石、痔疮等疾病的发病率与发病程度有很大的关系。摄入高纤维膳食可保护机体免遭这些疾病的侵害。 另外，膳食纤维可能还有抗乳腺癌的作用。科研人员通过多次调查发现，那些大量摄入富含膳食纤维食品的妇女与几乎不吃这些食品的妇女相比，似乎很少患乳腺癌的可能，尽管危险因素相当。二、大豆膳食纤维1、大豆膳食纤维分类 大豆膳食纤维制品有两类：水溶性型和水不溶性型。大豆水不溶性膳食纤维生产工艺简单，在国内已有批量生产。对于大豆水溶性膳食纤维而言，生产工艺较复杂，目前国内尚无生产商，市售产品均来自国外，因此在我国进行其研究生产有重要意义。大豆膳食纤维的应用很广，可用于食品、医药等领域。膳食纤维是具有潜在应用价值的生理活性物质，由于其本身的特性以及对人休具有的生理作用，在食品中适量添加不同类型的膳食纤维即可制成具有不同特色的强化功能食品和风味食品。2、大豆膳食纤维的生理功能 加工制成的大豆膳食纤维已经几乎没有了蛋白质、维生素、脂肪等营养物质，但对人体却具有其他方面的生理活性功能。2.1预防肥胖症 由于膳食纤维取代了食物中一部分营养成分的数量，而使可以消化吸收的食物总摄入量减少，并且由于增加了咀嚼时间，延缓了进食速度而减少了食物的摄取，同时促进了唾液和消化液的分泌。膳食纤维吸收水分后体积膨胀，对胃起到填充作用而产生饱腹感，同时减少了小肠对脂肪的吸收率，从而起到预防肥胖症的作用。2.2预防结肠癌 膳食纤维可促进肠道蠕动，减少有害物质与肠壁的接触时间，可以有效地防治结肠癌。2.3防治高血压、心脏病和动脉硬化 胆固醇和胆酸的排出与膳食纤维有着极为密切的夫系，大豆纤维中的水溶性膳食纤维有明显降低血胆固醇浓度的作用。2.4预防糖尿病 不溶性食物纤维能促进人体胃肠吸收水分，延缓葡萄糖的吸收，改善耐糖量，同时使人产生饱腹感，对糖尿病和肥胖病人进食有利，可作为糖尿病人的食品和减肥食品。2.5增强人体的免疫功能 许多可溶性膳食纤维多糖可显著提高机体巨噬细胞率和巨噬细胞吞食指数，并可刺激抗体的产生，从而增强人体免疫功能。膳食纤维还能减少体内某些激素而具有防治乳腺癌、子宫癌和前列腺癌的作用。3、膳食纤维在食品中的应用由于膳食纤维本身的特性，以及对人体生理效应，在食品加工中适量添加不同类型的膳食纤维，即可制成具有不同特色的强化功能食品和风味食品，这也是当前膳食纤维最具有社会效益和经济效益的应用。由豆渣经过处理得到的食用大豆纤维，是众多天然膳食纤维源中价廉质高的一种，是很好的多功能蛋白 膳食纤维添加剂，因此，将经过处理的大豆纤维添加到食品中可同时强化蛋白质和膳食纤维。3.1水不溶性大豆膳食纤维的应用水不溶性大豆膳食纤维具有增强面团网络结构，改善面团特性等功能，而且保水性好，因此是一种很实用的面粉品质改量剂。3.1.1应用于面包加工面包己成为世界性的大众食品，销售量巨大，是最便于强化剂添加膳食纤维的食品。欧美大部分国家以面包为主食，也是心血管疾病高发地区。在面包中添加膳食纤维，可有效的控制人们患病的几率。面包作为商品在储存过程中发生最显著的变化是“老化”，而大豆纤维可以增加面团的含水量，减少淀粉的回生数量，从而减少面包的老化速率。由于面包配料系统十分复杂，在烘培中膳食纤维不能简单代替面粉，而需同时添加活性面筋来保持最终产品应有的体积。生产中大豆膳食纤维(一般添加量为25%)，可增强面包功能形状，同时改善面包工艺性状的结果，增大其体积。特别是明显改善面包蜂窝状组织和口感。 3.1.2应用于饼干加工饼干也焙烤类的方便食品，相对于面包来说，饼于烘焙对面粉筋力质量要求很低，也便于较大比例地添加膳食纤维，故利于制作以纤维功能为主的多种保健饼干。随着大豆纤维的加入，面团的可塑性增加，弹性降低。因而面团易成型，模纹清晰;同时，产品的咀嚼感好，酥脆性增加。在焙烤过程中，大豆纤维产生挥发性物质，从而增加饼干的风味使之具有特有的香味。由于大豆纤维中含有部分蛋白质，在焙烤过程中与饼干中的糖产生美拉德反应加深产品表面色泽。因大豆纤维具有保湿性，能够通过保持水分或防止水分散失来保持或延长产品的货架期。3.1.3应用于糕点加工 糕点在制作过程中含有大量水份，烘培时会失去水分使产品硬度增加而影响质量。加入膳食纤维后，因其具有较高持水力，可吸附大量水份，有利于产品保持体积和保鲜，同时降低成本。但不同的膳食纤维添加量不同，糕点对面筋质量要求很低，可较大比例添加水不溶性大豆膳食纤维，一般大豆纤维添加量为面粉的20%一25%。3.1.4 应用于面条改性 面条中添加膳食纤维，可以改善面条的烹煮品质.但不同种类纤维效果不同，有的添加后对生面条的强度有所减弱，可煮熟后反而强度增加，一般添加处理后的面条韧性良好，耐煮耐泡。在面条添加大豆膳食纤维一般适宜量为5%，可提高面条的强度和烹煮品质，制出面条韧性良好，耐煮耐泡，不仅不断条，不混汤，还滑爽筋道。3.2水溶性大豆膳食纤维的应用水溶性大豆膳食纤维具有溶解性大，热量低，能产生粘性溶液、胶体，保水性等性质，所以它的应用十分广泛。 3.2.1饮料由于水溶性大豆膳食纤维溶解度大，溶性粘性低，且在低pH下稳定，可随意充当纤维素来源用以增加饮料固形物含量。如高纤维豆乳，富含纤维的酸奶功能饮料，果汁、肉汁及果酱类食品的增稠。水溶性膳食纤维在饮料中应用,有两方面特性，一方面，饮用添加水溶性膳食纤维的饮料,能使饮用者吸收各营养成分的同时,增强饱腹感,减少对热量物质的摄入量,长期饮用能帮助减肥,特别适合中青年肥胖者饮用；另一方面，在饮料中使用水溶性膳食纤维后,可使饮料中其它微粒均匀分布在溶液中,不易产生沉淀和分层现象,提高饮料品质。 3.2.2 巧克力水溶性大豆膳食纤维能取代巧克力中的蔗糖，并能与糖霜结合，给巧克力基质提供温和、奶油质口感，又可防止巧克力“起霜”;它在食品加工中还能产生少量焦香物质，使巧克力风味更完美。 3.2.3糖果水溶性大豆膳食纤维的水溶性和粘性均很高，适于制造风味感佳的糖果。与其它原料混用还能减少结晶、消除冷流动性并提高糖果稳定性。加入口香糖中，水溶性大豆膳食纤维吸收唾液膨胀而增加口香糖与牙齿的接触面，达到洁齿的效果，同时在储存时还防止糖果脱水收缩。 3.2.4冷冻甜点水溶性大豆膳食纤维在同等溶液中的粘度比蔗糖和山梨醇高，还具有冰点低的功能，用它能生产出具有奶油n感的美味冷冻甜点。水溶性大豆膳食纤维还能向低脂冷冻甜点提供某些功能特性，如控制水分、提供清新圆滑的口感及改进组织结构。水溶性膳食纤维具有良好的分散性和吸水膨胀性,可作为功能冰淇淋的添加物,它能明显提高冰淇淋的膨胀率和老化后物料的粘度当其添加量为0.3%和0.5%时,可延长冰淇淋的抗融时间;但当其添加量为1%时,冰淇淋的抗融时间反而缩短12通过对冰淇淋基本配方的适当调整,可避免因水溶性膳食纤维的添加导致其外观!口感和风味上的不足 3.2.6水果涂沫酱和水果馅料水溶性大豆膳食纤维水溶性好、粘度高，适于添加到低糖水果馅料中，它可防止水分从馅中转移到面团或糕点内部，因而延长保质期。3.2.7乳制品乳制品被认为含有除膳食纤维外人体所需的全部营养素，近年来,乳制品在我国发展非常迅速，在乳制品加入膳食纤维能同时满足人们对蛋白质、维生素、脂肪等动物性营养成分和膳食纤维等植物性营养成分的需求,能进一步提高乳制品的营养价值和应用范围，长期饮用能使肠道舒畅,防治便秘,并可降低胆固醇、调节血脂、血糖、助减肥,特别适合中老年人、糖尿病人和肥胖者饮用，加入水溶性膳食纤维的乳制品在欧美很受消费者欢迎，水溶性膳食纤维在乳品中应用可以改善乳品口感,提高稳定性,且不与其中任何成分发生对人体不利的理化反应，长期饮用含有水溶性膳食纤维的乳品,能使肠道舒畅,并可降低胆固醇,调节血脂、血糖,特别适于中老年人饮用。 此外，在糖果、饮料和包点馅料中也可以添加大豆膳食纤维，1970年代己在欧美盛行。有的将膳食纤维用乳酸杆菌发酵处理后制成大豆乳清饮料，也有的将大豆纤维用于多种碳酸饮料如纤维饮料、果皮饮料、高纤维豆乳等。另外，大豆纤维产品可作为酱汁及调味品的增稠剂，还可用作肉制品和鱼类制品的胶冻，起到保水保油的作用。6.5应用于保健食品 膳食纤维的功效随着科学研究的深入逐渐被人们认识。现在人们称它为“第七营养素”。研究表明，增加饮食中膳食纤维的含量可以减少冠心病的几率;减轻长期大量饮酒对胰脏的损伤;降低血清中胆固醇的含量;提高肾切除者对氮排泄功能;摄取适量的水溶性和水不溶性膳食纤维，可以改善吸收功能，预防结肠癌:能增加饱腹感，防止进食过饱，可减少导致肥胖症的过渡热量。 在我国，豆渣大豆中不溶性的碳水化合物数量十分可观，为我们提供了廉价的膳食纤维资源。我国是大豆主产国，也是豆制品主要消费国，大豆膳食纤维系列产品将会有广阔的发展前景。4膳食纤维应用及开发前景 下面对大豆膳食纤维在食品中主要应用作一介绍。4.1食品添加别4.1.2水溶性大豆膳食纤维 水溶性大豆膳食纤维具有溶解性大，热量低，能产生粘性溶液、胶体，保水性等性质，所以它的应用十分广泛。 饮料:由于水溶性大豆膳食纤维溶解度大，溶性粘性低，且在低pH下稳定，可随意充当纤维素来源用以增加饮料固形物含量。如高纤维豆乳，富含纤维的酸奶功能饮料，果汁、肉汁及果酱类食品的增稠。 巧克力:水溶性大豆膳食纤维能取代巧克力中的蔗糖，并能与糖霜结合，给巧克力基质提供温和、奶油质口感，又可防止巧克力“起霜”;它在食品加工中还能产生少量焦香物质，使巧克力风味更完美。 糖果:水溶性大豆膳食纤维的水溶性和粘性均很高，适于制造风味感佳的糖果。与其它原料混用还能减少结晶、消除冷流动性并提高糖果稳定性。加入口香糖中，水溶性大豆膳食纤维吸收唾液膨胀而增加口香糖与牙齿的接触面，达到洁齿的效果，同时在储存时还防止糖果脱水收缩。 冷冻甜点;水溶性大豆膳食纤维在同等溶液中的粘度比蔗糖和山梨醇高，还具有冰点低的功能，用它能生产出具有奶油n感的美味冷冻甜点。水溶性大