膳食纤维的营养价值与应用

膳食纤维的营养价值与应用

0营养营养饮料在首次引入肌肉纤维之前，营养界只提出了“厚纤维”理论，这是为了描述不能被人体消化和吸收的食物的残渣。食物纤维指的是含有一定浓度的酸、碱、醇和醚的植物生长发育成分。在一定温度下，经过处理后剩余的残留物。其主要成分是纤维和木质素。20世纪70年代，西方工业化国家相继开发出丰富的食物纤维。例如，美国利普曼公司开发了100米高的养分养分和天然营养纤维。随着生活水平的提高，由于养分不足和营养不良，中国出现了“文明病”。胖、高血压、冠状动脉粥样硬化和糖尿病和结节已成为危害我国人民健康的主要疾病。食用纤维不能被人体消化和吸收，对预防和控制结肠癌、降低血糖、预防糖尿病和减少重金属等有毒物质非常有效。在这种背景下，中国也开始加强研究。1纤维主要来源膳食纤维是指能抵抗小肠消化吸收,而在大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相似物质的总和.膳食纤维的摄入量同人的身体健康有密切关系.适量摄入膳食纤维对人是有益的,但过多的摄入也会带来诸如胀气等副作用.欧美国家人均摄入量只有15~25g,发展中国家高达40~60g,一般对健康人来说,膳食纤维推荐的日摄入量为20~35g或者10~13g/4186.8kJ.按溶解性,膳食纤维可以分为两类:一类是水溶性膳食纤维,主要包括可溶性半纤维、天然果胶、瓜尔胶、藻酸钠、葡聚糖和真菌多糖等,主要是细胞壁内的储存物和分泌物;另一类是水不溶性膳食纤维,主要包括木质素、纤维素、半纤维素和壳聚糖等,是细胞壁的组成部分.其中木质素属于芳香族碳氢化合物,能使细胞保持一定的韧性.按来源膳食纤维可以分为以下几类:①谷物纤维,主要来源于小麦麸皮、玉米、燕麦、大麦以及米糠等谷物,且大多以水不溶性膳食纤维为主;②豆类纤维,主要来源于大豆、豌豆、绿豆等豆类植物,大多以水溶性膳食纤维为主;③水果纤维,主要来源于橘子、苹果、梨、葡萄、香蕉等水果,大多以水不溶性为主;④蔬菜类纤维,主要来源于胡萝卜、甜菜、苦瓜、油菜等蔬菜中;⑤合成、半合成纤维,主要来源于葡聚糖等合成水溶性纤维;⑥其他天然纤维及微生物纤维,主要来源于甘蔗、菊芬等.来源不同的膳食纤维因其各组成成分的相对含量、分子的糖苷键、聚合度以及支链结构不同从而使其化学本质有较大的不同.2食物纤维的物理性质2.1食物纤维的化学成分表12.2食物纤维的物理性质2.2.1膳食纤维的发酵膳食纤维不易被人体消化道的酶所降解,但能被大肠内的微生物发酵降解.厌氧菌与酵母可分解膳食纤维,其发酵情况与细菌可以接触底物的程度和多糖的个体化学结构有关,其中多糖分子中单糖和糖醛酸的种类、数量及成键方式等结构特性很大程度上决定该纤维在肠道内的发酵情况.同一来源的膳食纤维,颗粒小者较颗粒大者更易发酵,单独摄入的较包在基质中的更易酵解.2.2.2生产力由于膳食纤维中含有果胶、树胶、海藻多糖等结构,能明显地增加小肠内容物的粘度.2.2.3玉米膳食纤维的持水力由于其化学结构中含有较多的亲水基团,所以具有很高的持水性.有报道火棘膳食纤维的持水力达4.82gH2O/g干料;玉米膳食纤维的吸水性为1.5gH2O/g干粉;在氯化钠浓度为20%下玉米膳食纤维的持水性为5.5gH2O/g干粉.2.2.4膳食纤维膨胀性能测定膳食纤维比重小,体积大,缚水后的体积对肠道有容积作用,因而具有较好的膨胀性.有资料报道,膳食纤维吸水溶胀后,体积和重量比原来增大10~15倍;水溶性燕麦膳食纤维可吸收相当于自身重4~5倍的水.2.2.5阳离子交换膳食纤维化学结构中包含羧基、羟基和氨基等侧链基团,呈现出一个弱酸性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.2.2.6不同ph值的膳食纤维对铅、汞离子和铅离子的分离和净化膳食纤维的吸附作用是物理吸附和化学吸附的综合结果.膳食纤维主要由各种多糖组成,分子表面带有较多活性基团,对吸附有毒物质、化学药品等有机化合物有重要作用.较高pH条件下,基团呈游离状态可以和带正电的阳离子以离子键结合.一定pH值下,水溶性膳食纤维、水果纤维和含水溶性膳食纤维的复合纤维对汞离子和铅离子具有较高的铅除量和较低的最小清除浓度.3食物中的纤维功能3.1膳食纤维对抗菌性能的影响厌氧菌与酵母分解膳食纤维,从而得到维持细胞生长与功能所需要的能量.肠内的腐生菌易在高pH值环境中生长.结肠内的一些有益菌将膳食纤维降解产生短链脂肪酸,尤其是产生丁酸降低肠道内的pH值,从而抑制了腐生菌的生长.水不溶性膳食纤维,对有害物质有较强的清除和吸附能力,还携带有其他生物活性物质,诸如植酸、阿魏酸等,可抑制癌症的形成,减少结肠癌的发病率.通过对米糠膳食纤维的研究发现,pH2和pH3时对NO-2有显著的吸附,具有抑制和预防结肠癌的作用.3.2膳食纤维降脂性能膳食纤维所形成的粘液在胃中形成胶基层,降低胃的排空率.在肠内阻碍消化酶与食物的接触,减缓小肠收缩,影响葡萄糖的吸收,束缚葡萄糖,降低肠液葡萄糖的有效浓度,影响α-淀粉酶对淀粉的降解作用,降低肠液中葡萄糖的释放速度,改善末梢组织对胰岛素的感受性,降低机体对胰岛素的作用,使葡萄糖的吸收率下降.通过对大鼠的研究发现,燕麦膳食纤维可提高大鼠的糖耐量,从而降低糖尿病的发生.王子花等对膳食纤维降血糖进行了研究.张钟等研究发现玉米膳食纤维添加量为5%以上时,具有明显的降脂效果.3.3营养品质对腹泻感、短链脂肪酸的影响一方面膳食纤维不能被人体所消化、吸收,且有较高的持水性,可以增加排便的速度和体积,还有较好的膨胀性,易产生饱腹感;另一方面膳食纤维在结肠内易被某些微生物所发酵降解,产生短链脂肪酸(被代谢或成为细胞的主要能源物质,其净能量基本为零);而且膳食纤维可将脂肪吸附排出体外,减少脂肪的吸收,故其摄入有利于防治肥胖.3.4重金属及其他道内的吸收膳食纤维含有大量羟基、羧基等基团,可以有效地减少饮食中的汞、镉、铅等重金属以及亚硝胺、苯并芘等有毒物质在肠道内的吸收;在接近胃pH的条件下,含水溶性纤维较多的水果纤维的吸附能力较强.此外膳食纤维可抑制厌氧菌的生长和繁殖,有利于肠道有益菌合成供人体利用的维生素.3.5预防乳腺癌的准备由于膳食纤维可能会降低血液中诱导乳腺癌的雌性激素的比率,同那些不食膳食纤维的妇女相比,大量摄入膳食纤维有利于降低乳腺癌的发病率.4食物纤维的转化4.1粉碎改性膳食纤维超微粉碎技术是利用动力学及流体力学克服物料内部凝聚力使物料破碎的方法.分为微米级粉碎、亚微米级粉碎、纳米级粉碎.经研究发现,超微粉碎技术在改性膳食纤维方面有以下优点:①改善膳食纤维的物化特性,对其膨胀力、持水性以及结合水能力等方面有显著效果;②使其具有良好的乳化性、增稠性;③提高其生物活性;④改善食用品质,保证物料完整性.将超微粉碎技术用于果蔬加工、粮油加工等,增加纤维质的可溶性,改善面粉质量,制成高纤维面粉;陈存社研究过此法对小麦胚芽膳食纤维物化性质的影响,发现经过超微粉碎后可将其持水性及膨胀力大大增加.4.2纤维素在苹果渣中的应用挤压蒸煮技术指膳食纤维经高温、高压及剪切使连接膳食纤维分子的化学键断裂,发生分子裂变,使膳食纤维彻底微粒化.经挤压蒸煮改性后的膳食纤维有以下优点:①营养和风味得到较大改善;②提高膳食纤维的可溶性;③消化率得到提高;④改善其生理活性;⑤生产率高,成本低,无三废污染.据报道对苹果渣进行热处理、酸碱处理、挤压处理比较得出挤压处理使苹果渣中的可溶性膳食纤维含量得到了最大程度的提高;陈雪峰等研究表明苹果渣膳食纤维改性的最佳工艺条件是在碱性条件下加水量为20%,碱液质量分数为7.5%;王常青对此法生产可溶性燕麦纤维进行了研究,确立最佳工艺条件为:温度在180℃左右、柠檬酸添加1%左右、控制水分14%~22%,可获得高水溶性膳食纤维的燕麦麸产品.对糙米挤压膨化处理后的膨化物中膳食纤维的含量从2.0%增到2.6%.经过挤压蒸煮的方法可将纤维素中水溶性成分由原来的3%~6%提高到10%~16%.对于蔗糖纤维来说经过挤压蒸煮后,不仅可将其中的可溶性膳食纤维含量提高到2.7%~9.5%,还对膳食纤维的物化性质产生不同程度的影响.4.3膳食纤维的改性瞬时高压技术是以微射流均质机为物质基础的瞬时高压作用,是集混合、超微粉碎、加温、加压、膨化等多单元操作为一体的一门全新技术,对膳食纤维的改性起着重要作用,使可溶性膳食纤维的含量增加,还有杀菌作用,从而延长货架期.刘伟等人用此法对麦麸膳食纤维进行改性,得出经过瞬时高压处理过的麦麸膳食纤维其膨胀率、持水率、结合力都有不同程度的增大;对豆渣膳食纤维经过微流化为物质基础的瞬时高压作用处理后发现持水力、膨胀率和结合水力均增大,膳食纤维颗粒粒度减小,透光率提高,组织更加松散.4.4改善膳食纤维的持水力发酵法主要利用微生物发酵和动态超高压均质处理,消耗原料中的碳源、氮源,以消除原料中的植酸,减少蛋白质、淀粉等成分,产生大量的短链脂肪酸——膳食纤维生理功能发挥的重要物质,从而改善膳食纤维的持水力等物化特性.同非发酵的膳食纤维相比,发酵的同类产品口感香甜,溶胀性和持水性明显高于原料和化学方法制得的产品.涂宗财等将这一技术用于对大豆膳食纤维的改性,得出均质压力在40MPa下可将可溶性膳食纤维的含量提高到30%.4.5小分子肽和游离氨基酸通常为酶法水解淀粉;碱法水解蛋白质和脂肪,蛋白质在碱的作用下降解为可溶性的小分子肽和游离氨基酸,脂肪通过皂化反应水解为甘油和脂肪酸的盐类,从而被清除;结合挤压膨化方法将其改性,最后再用超微粉碎技术将其粉碎,最终达到改性膳食纤维,提高其风味和口感的目的.刘达玉等曾将这一方法成功用于对薯渣膳食纤维的改性.4.6键断裂纤维原料膳食纤维经过酸碱试剂处理,控制适当的pH、温度和反应时间,使糖苷键断裂产生新的还原性末端,纤维类大分子的聚合度下降,部分转化为非消化性的可溶性多糖,使其具有较好的性质和功能,提高水溶性膳食纤维的含量,但存在反应时间长、副反应多、工艺复杂、对设备要求较高等不足.5食物纤维的检测方法5.1膳食纤维酶解过程中的提取此法自20世纪80年代在国外发展起来,现已得到广泛认可.主要用α-淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖苷酶等酶试剂将样品中的酶和蛋白质降解为低分子物质,酶解后的样品用乙醇洗涤,沉淀物用乙醇和丙酮洗去,除去脂质,得到的残渣干燥后称量,可同时测不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维的含量,且酶的专一性高、快速,具有分析结果稳定、可重复性好、准确率高、所用设备较少等优点,但过程比较复杂,影响因素较多,操作不方便且成本高.边罗等人相继用此法测得食物中膳食纤维的含量.5.2膳食纤维的理化性质利用酸性洗涤剂(主要成分为十六烷三甲基溴化氨)的作用除去膳食纤维中可消化成分,即最大程度地除去淀粉、蛋白质和半纤维素等成分,又不能破坏非淀粉碳水化合物与木质素的存在与性质.所得到的为酸性洗涤剂纤维,主要包括纤维素和木质素两种成分.5.3膳食纤维的分离纯化采用中性洗涤剂(主要成分为十二烷基硫酸钠)除去淀粉和蛋白质,所得到的为中性洗涤剂纤维,主要包括纤维素、不溶性半纤维素和木质素3种成分.NDF法对去除细胞间的蛋白质很有效,能较好地测定不溶性膳食纤维的含量,而且重复性好.但测不出可溶性膳食纤维的含量,同时也不能很好地去除淀粉,过滤较难.我国膳食纤维测定的国家标准方法即为中性洗涤剂法(GB12394-90).5.4淀粉多糖的组成该法以测样品中非淀粉性多糖作为膳食纤维的测定指标.主要有Englyst法和Uppsala法:先将淀粉去除,加乙醇沉淀,得到可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维残渣,用酸水解,通过比色法、气相色谱(GLC)、或高效液相色谱(HPLC)测定单糖组成和含量,通过转换系数得到的总糖为非淀粉多糖,该法可测总的非淀粉多糖、水溶性淀粉多糖和水不溶性淀粉多糖,且能测定组成膳食纤维的单糖成分.但却不能测定木质素等膳食纤维,所以通常在欧盟国家使用.6通过改造烹饪纤维的应用6.1玉米膳食纤维在面包中的添加量改性后的膳食纤维具有较好的持水性和膨胀性,被广泛用于面包、蛋糕、饼干等食品中.不仅可以明显降低面包的老化度,还可以使得面团的流变学特性如面团的吸水率、形成时间及稳定时间等发生明显的改善.在面包中玉米膳食纤维的最佳添加量为7%左右;张艳荣等人将用挤压法处理制得的高品质膳食纤维应用于饼干中,得出最佳膳食纤维添加量为16%左右;葛毅强等人将米糠膳食纤维用于饼干制作中,实验得出米糠膳食纤维的最佳添加量为5%;林亚军研究得出在蛋糕中燕麦膳食纤维的最佳添加量为6%左右.6.2增加饮料的新熔点改性后的膳食纤维还可用于高纤维饮料中,除增加饮料产品良好的质感、保健作用外还可增加饮料的新卖点.王林山等人经实验得出在酸奶中添加6%左右的玉米膳食纤维,不仅能改善酸奶的口感和色泽,还可以满足人的营养需要;郭利美研究了大豆膳食纤维在饮料中的应用,得出膳食纤维最佳添加量为7%~9%时所得饮料稳定性最佳.6.3功能性膳食制品以米糠、豆渣、燕麦等富含膳食纤维的原料,经加工后不仅可开发出直接的纤维型制品,还可作为添加剂加到肉制品中,从而制做出一种高蛋白、高膳食纤维、低脂肪、低盐、低热量、具有保健作用的功能性香肠制品.陶菲等人经过对大豆膳食纤维火腿肠的研制,得出膳食纤维的最佳添加量为2%左右,不仅可改善火腿肠的色泽,而且还可以增加其营养价值,延长货架期,香肠的质地和弹性也优于不添加膳食纤维的产品.6.4方便膳食纤维片哈高科大豆食品有限责任公司利用生产分离蛋白的副产物——豆渣经过一些列工艺加工生产方便膳食纤维片;金氏公司将燕麦膳食纤维作为脂肪替代品,用在无脂肪牛奶和无脂肪胆固醇牛奶中,此外还可以制成两性纤维素