膳食纤维的性质与功能

摘要随着人们生活水平的进一步改善，人们对热量、脂肪含量较高的食物和精加工食品的摄入量显著增加，而日常饮食中膳食纤维的摄入量相对下降，使人体膳食营养结构状态失去原有的平衡，高血压、高血脂、单纯性肥胖、糖尿病、便秘等慢性病的发病率快速升高。大量研究已证实，膳食纤维作为一种特殊的营养素，对维护人体健康具有重要作用。本论文着重阐述了膳食纤维在调节血糖、辅助降血脂、改善肠道菌群、减肥、抗癌等方面的功能性研究，为膳食纤维在饮食营养和维护健康方面的合理应用提供科学的参考意见。关键词：膳食纤维功能慢性病健康目录1前言……………………11.1研究背景…………11.2研究现状…………11.3研究目的和意义…………………12膳食纤维定义…………23膳食纤维的分类………23.1按溶解性分类……………………23.2按来源分类………34部分食物中膳食纤维的含量…………35膳食纤维的性质与功能………………45.1膳食纤维的理化性质……………45.2膳食纤维的生理功能……………45.2.1调节血糖……………………45.2.2辅助降血脂…………………52.2.3改善肠道菌群………………55.2.4调节体脂率…………………65.2.5其它功能……………………66膳食纤维的摄入量……………………77结语……………………78参考文献………………8前言1.1研究背景过去二十年间，随着改革开放脚步的逐渐加速，我国的经济获得了前所未有的快速发展。据世界银行统计数据显示，我国2018年的国内生产总值己经达到90万亿人民币【1】。在取得这样巨大成就的时代背景下，我国居民饮食结构和生活习惯也随之发生了巨大变化。比如这十几年迅速发展的快递外卖服务、大型连锁超市、24小时便利店和其他各种不同风格和菜系的餐厅等，使人们的饮食中包括谷类、豆类、菌藻类等食物摄取量减少，而脂肪含量高的肉类食物、高温油炸食物、辛辣食物等摄入增加，膳食结构向高热量、高脂肪、高盐、低膳食纤维发生变化。于此同时，也带来了许多新的困扰和忧虑，例如肥胖症、糖尿病、心脑血管疾病、高血脂症、恶性肿瘤等发病率逐年升高，严重威胁人们的身体健康。1.2研究现状人们很早之前就认识到了粗粮、杂粮对维持人体健康的积极作用，民间早有“吃得粗，长得快”、“吃全杂粮不生病”、“吃米带点糠，老少都安康”等民俗谚语。翟凤英等【2】在2002年通过调查对我国居民的膳食纤维摄入量和膳食纤维的食物来源进行了分析。结果显示，2002年我国居民总膳食纤维摄入量比1992年有所下降；其各年龄层摄入情况为农村大于城市，男性大于女性的特点；我国居民膳食纤维的主要来源依次为蔬菜、面、米、杂粮等。张继国等【3】通过调查分析了2015年18～64岁的11960位成年居民的膳食纤维摄入状况。结果表明，我国成年居民不溶性膳食纤维摄入量平均为12.2g/d，总膳食纤维摄入量平均为18.5g/d，均低于推荐的摄入水平。通过对目前我国居民膳食纤维的认识及摄入现状显示，我国相关科研机构应继续大力研究膳食纤维的功能，在人群中开展膳食纤维的营养教育工作，以便提高我国居民膳食纤维摄入的整体水平，从而在一定程度上预防和控制糖尿病、肥胖症等慢性疾病的发生。1.3研究目的和意义大量的科学研究和流行病学调查结果均证实膳食纤维具有多种重要生理功能。联合国粮农组织、美国、加拿大、日本、欧盟等国家颁布的膳食指导大纲，以及我国近年颁布的中国居民膳食指南与发展纲要中均确认了膳食纤维是平衡膳食结构的必要营养素之一。本文具有以下几个方面的研究目的和意义：1.加强人们对膳食纤维的了解；2.本论文从现阶段我国的膳食结构处于膳食纤维摄入量下降的事实角度出发，对目前人们面临的主要健康问题和慢性病的防治与膳食纤维具有的特殊功能进行有效的联系；3.本论文对各个国家和国际组织对膳食纤维的定义及用量等进行了简单的描述；4.本论文通过检索及分析发表的科学研究文献，重点阐述了膳食纤维的功能，研究显示，膳食纤维在调节血糖、改善肠道菌群、辅助降血脂、减肥等方面具有显著效果；5.通过对膳食纤维的功能性总结，为日常饮食及营养保健方面对膳食纤维的充分开发和利用提供有力的参考依据。2膳食纤维定义经检索整理出不同地区和国际组织机构对膳食纤维的定义，通过对膳食纤维的定义总结发现，膳食纤维是一种碳水化合物的聚合物，不被人体消化和吸收，对健康有益【4】。相关定义内容见表1。表1膳食纤维的定义不同地区和组织机构定义欧洲食品安全局膳食纤维广义上包括所有非消化性碳水化合物，如非淀粉多糖（NSP）、抗性淀粉、抗性低聚糖（具有3个或以上单体链节和多糖）及其它与膳食纤维多糖，尤其是木质素相关的非消化性微量组分。联合国粮农组织FAO/世界卫生组织WHO膳食纤维在狭义上仅限于内源植物细胞壁多糖类（即NSP），如纤维素、半纤维素、果胶、水状胶、植物黏液、β-葡聚糖等。国际食品法典委员会膳食纤维是指具有10个或以上单体链节的碳水化合物（是否包括3至9个单体链节的碳水化合物由国家管理当局决定），不能够被人体小肠内生酶水解，且属于以下范畴：天然存在于消费食物中的可食用的碳水化合物，由食物原料经物理、酶或化学法获得的碳水化合物，对健康表现出有益的生理作用的人造碳水化合物的聚合物。欧盟“纤维”是指具有3个或以上单体链节的碳水化合物的聚合物，在人体小肠中既不被消化也不被吸收，且包含的范畴同国际食品法典委员会。国际食品规范委员会膳食纤维是指聚合度≥10的碳水化合物多聚体，并且不在小肠内消化和吸收的可食用的食物组分。中国营养学会膳食纤维一般是指不易被消化酶消化的多糖类食物成分，主要来自于植物的细胞壁，包含纤维素、半纤维素、树脂、果胶及木质素等。3膳食纤维的分类3.1按溶解性分类膳食纤维按水溶性分类的结果见表2。表2膳食纤维的水溶性分类分类组成成分种类水溶性膳食纤维主要为植物细胞内的贮存物质和分泌物等果胶、阿拉伯胶、角叉胶、瓜儿胶、半乳甘露聚糖、葡聚糖、聚葡萄糖、抗性糊精等不溶性膳食纤维主要为细胞壁的组成成分纤维素、半纤维素、木质素、植物蜡等3.2按来源分类膳食纤维按来源分类的结果见表3。表3膳食纤维的来源分类分类种类植物来源纤维素、半纤维素、木质素、甘露聚糖、果胶、阿拉伯胶等动物来源甲壳质、壳聚糖、胶原等微生物来源黄原胶等海藻多糖来源海藻酸盐、卡拉胶、琼脂等人工合成来源羧甲基纤维素、甲基纤维素等4部分食物中膳食纤维的含量研究已发现，膳食纤维在蔬菜、水果、谷物、豆类、菌藻类食物中含量较高。由中国营养学会编著的《中国居民膳食指南》（2016年版）【5】发表了部分精细谷物与全谷物的膳食纤维成分含量数据，数据见表4。由杨月欣编著的《中国食物成分表》（2004）【6】中统计了常见食物中膳食纤维的含量数据，其中部分膳食纤维含量较高的食物数据见表5。表4精细谷物与全谷物膳食纤维含量食物膳食纤维，g/100g食物膳食纤维，g/100g精制大米0.4精制小麦粉0.3全麦10.7糙米3.5燕麦10.6荞麦6.5玉米5.5小米1.6高粱4.4黑麦14.8表5高膳食纤维含量食物食物膳食纤维，g/100g食物膳食纤维，g/100g马铃薯1.2甘薯2.2豆腐干6.8荷兰豆7.6鱼腥草11.8大白菜1.8南瓜2.7西兰花3.7冬枣3.8香蕉1.8茶树菇（干）15.4榛蘑（干）28.8裙带菜（干）40.6海带菜11.3综上，通过科学的普及及人们对健康知识认知的提高，在日常饮食中选择中一些膳食纤维含量丰富的食物和食品已经成为普遍的流行趋势。人们也逐渐意识到减少高热量、高脂肪、油炸等饮食的比例，增加谷物、果蔬等的摄入对健康产生的积极影响。在现代食品加工行业，米糠、果皮、麦麸、燕麦、豆渣等膳食纤维含量丰富的原料也被制成食品添加剂及营养强化剂，被广泛的添加在工业加工食品和特殊功能食品中。5膳食纤维的功能研究5.1膳食纤维的理化性质膳食纤维具有的多种生理功能也与其独特的理化性质有关，已经发现膳食纤维具有的理化性质包括持水力、膨胀力、对重金属的束缚力、吸附力等。另外，膳食纤维还具有发酵性、溶解性和黏性等特殊性质。其理化性质和作用见表6。表6膳食纤维的理化性质理化性质原理作用持水力分布着较多亲水基团，亲水基团的持水性较强变化范围大约为自身重量的1.5～25倍【7】膨胀力体积比较大，缚水后的体积更大会对肠道产生容积作用，引起人体的饱腹感【8】对重金属的束缚力化学结构中包含一些羧基和羟基类侧链基团，呈现弱酸性阳离子交换作用束缚肠道内多余的重金属等物质，并将这些物质排出体外【9】吸附力分子表面有大量的活性基团吸附有机物（如胆固醇、胆汁酸等物质）和吸附肠道内的有毒物质（内源性、外源性）【10】5.2膳食纤维的生理功能5.2.1调节血糖大量的科学文献研究结果已表明，膳食纤维能调节血糖，同时可调节部分与胰岛素抵抗相关的非正常代谢症状，包括葡萄糖不耐量、脂代谢紊乱、高血压、中心肥胖等。膳食纤维调节血糖主要与它的物理性质和膳食来源的含量有关。金燕红【11】观察了2型糖尿病合并高脂血症患者服用膳食纤维对其血糖的影响。将患者随机分为膳食纤维组和对照组，每组30例，连续观察30d。结果发现，治疗结束后，膳食纤维组和对照组患者餐后2小时血糖数值和晨空腹血糖数值都明显的下降；并且与对照组相比，膳食纤维组降低餐后2小时血糖效果更佳。结果表明，膳食纤维的摄入对控制2型糖尿病合并高脂血症患者的血糖具有一定的效果。肖素文【12】研究了糖尿病患者在常规给药治疗方法的基础上，每日再额外补充高纤餐30g，连续6个月之后，空腹血糖等指标的变化情况。结果发现，观察组（补充高纤餐）的空腹血糖数值、餐后2h血糖数值、糖化血红蛋白含量指标显著低于对照组（未补充）。结果表明，糖尿病患者每日额外补充高剂量的膳食纤维具有较好治疗效果。苏巴丽等【13】探讨了在糖尿病治疗过程中应用膳食纤维具有的辅助治疗效果。将已确诊的糖尿病患者100例随机分为干预组和对照组，设计干预组摄取高膳食纤维饮食，对照组摄取正常饮食。结果发现，经7～10d调节后，干预组膳食纤维每日摄入量达到24.87g；与对照组比较，干预组糖尿病患者的空腹血糖数值、餐后2小时血糖数值均出现较大降幅。结果表明，每日保证足够膳食纤维的摄入有助于提高糖尿病患者的治疗效果。综上，补充足量的膳食纤维具有调节血糖，预防和治疗糖尿病的作用。中华医学会糖尿病学分会在其发表的《中国2型糖尿病防治指南(2017年版)》中给出的建议为：提高膳食纤维摄入对健康有积极影响，建议糖尿病患者膳食纤维的摄入达到每日的推荐剂量，即10～14g/1000kcal【14】。糖尿病患者日常饮食中可通过增加粗粮、杂豆、蔬菜、菌类、藻类、水果等食物来提高膳食纤维的摄入量。同时，还可以经常食用一些膳食纤维制品（例如魔芋精粉、麦麸制品、豆渣制品等加工食品）。5.2.2改善肠道菌群人体肠道中有大量的菌群，其中对人体有益的称为益生菌，还有一些在特殊条件下能引起人体疾病的，称为条件致病菌。膳食纤维在肠道菌群的作用下，能分解产生大量的短链脂肪酸，引起肠道pH一定程度降低，从而有利于益生菌的繁殖，益生菌大量增加对肠道中条件致病菌能起到明显的抑制作用，进而有利于人体健康。医学新闻报道显示【15】，美国斯坦福大学的贾斯汀·舍恩博格团队经研究发现，小鼠（有人类肠道菌群）如果饮食中缺乏膳食纤维摄入，小鼠肠道菌群中微生物种类的多样性会显著下降，极其容易引发一系列相关疾病。若连续四代都是如此，即使重新改回富含膳食纤维的饮食，小鼠也无法恢复肠道菌群的原本健康状态。白冰瑶等【16】研究了红枣膳食纤维对小鼠肠道菌群功能的调节作用。结果表明，膳食纤维可以使小鼠肠道内产气荚膜梭菌、肠球菌、肠杆菌的含量降低，并且能促进双歧杆菌、乳杆菌的增殖。白钰等【17】观察了高膳食纤维低血糖生成指数的饮食模式对2型糖尿病患者肠道菌群的影响。结果显示，干预后糖尿病患者肠道内柔嫩梭菌类、大肠埃希菌属和肠球菌属升高，而拟杆菌属、乳酸杆菌属和双歧杆菌属显著降低。结果表明，高膳食纤维低GI饮食可以有效改善2型糖尿病患者患者肠道菌群失调。综上，膳食纤维具有正向调整肠道菌群、保护肠黏膜屏障等生理功能。膳食纤维能促进肠道的蠕动，从而加速排便，排便时间的缩短有利于减少肠内有害细菌的生长，并能避免胆汁酸大量转变为致癌物。5.2.3辅助降血脂研究发现，膳食纤维调节血脂的可能机制是降低膳食中胆固醇的吸收、影响机体中胆固醇的代谢、促进胆固醇的排泄等方式来降低胆固醇水平；膳食纤维通过延长食物在肠道内的时间、增加胃排空、减少脂肪的吸收和利用率等机制来降低甘油三酯水平。刘敬科等【18】研究了小米糠来源的膳食纤维的调节血脂作用。结果表明，中剂量受试物组可以显著降低血清总胆固醇水平。刘洋等【19】研究了脂代谢紊乱大鼠服用谷豆复合物、谷豆复合膳食纤维、全谷物玉米膳食纤维对其血脂的影响。结果发现，各实验组大鼠的血清胆固醇、甘油三酯水平显著低于高脂模型组；高密度脂蛋白与高脂模型组相比显著升高。结果表明，谷豆复合膳食纤维具有明显改善脂代谢紊乱大鼠血脂水平的作用。张钟等【20】观察了玉米来源的膳食纤维对高脂血症小鼠的影响。结果发现，实验小鼠饲料中玉米膳食纤维含量大于5%时，小鼠的血清总胆固醇、甘油三酯水平显著下降，5周后小鼠的高密度胆固醇显著升高。结果表明，玉米膳食纤维具有一定的降脂作用。综上，膳食纤维在降血脂，防治心血管疾病方面具有一定的调节作用，有关膳食纤维调节血脂的机理也在试验研究中逐步得到印证。随着更加深入的开发，膳食纤维在高血脂、高血压、心脑血管疾病方面的应用将会取得更加明显的效果，为人们的健康做出积极的贡献。5.2.4调节体脂率膳食纤维已经成为预防肥胖的一项重要工具，膳食纤维能在胃内吸水膨胀，形成较大的体积，产生饱腹感，有助于减少食量，对控制体重有一定作用。WHO的声明总显示：控制饮食中膳食纤维和脂肪的摄入量，可以有效的控制肥胖的发生。董吉林等【21】对燕麦中的水溶性和非水溶性膳食纤维进行了减肥试验研究。结果显示，燕麦中水溶性和不溶性膳食纤维均能使肥胖小鼠模型的李氏指数显著降低，小鼠腹部脂肪的堆积明显改善，并且成剂量递增的关系。毛春英等【22】通过强化复合膳食纤维饮食观察了其对单纯性肥胖者体重的影响。将单纯性肥胖者随机分成实验组和对照组，实验组每日随餐额外给予16g复合膳食纤维，对照组正常饮食。结果发现，8周后实验组的体重、BIM、腰围水平的情况与基线期和对照组比较显著降低。结果表明，强化复合膳食纤维饮食可使单纯性肥胖患者得体重明显下降。杜仲民等【23】观察了膳食纤维对肥胖儿童的减肥效果。设计将肥胖儿童随机分为治疗组和对照组，上述受试对象均可随意进餐，不严格控制膳食的种类和数量，在此基础上，治疗组每日补充膳食纤维12～18g。结果发现，补充膳食纤维10d后，治疗组儿童的进食总量和摄入总热量均明显降低、饥饿感减轻、粪便排泄量增加。补充膳食纤维半年后，治疗组儿童的体重、臀围、腰围、腰围/臀围比值、腰围/身高比值和体重指数显著性降低，并且补充数量较多的儿童体重指数下降更加明显。结果表明，补充膳食纤维对学龄期肥胖儿童具有良好的减肥效果，是一种安全的降脂方法。综上，膳食纤维摄入可降低能量密度、增加饱腹的感觉，进而减少实际能量的摄入。能有效的调节单纯性肥胖患者的体脂率，是安全的减脂手段之一。5.2.5其他功能现代医学证明，膳食纤维具有清除超氧离子自由基和羟自由基的能力，有益于人体生理功能和代谢，在肠道中能吸附肠道中的有害物质，减少有害物质对肠壁的伤害，降低肠癌的发病风险。因此，膳食纤维在抗氧化、增强免疫力、预防结直肠癌等方面也具有一定的作用。崔洁等【24】经实验制备了一种由山杏果肉提取的可溶性膳食纤维（SDF），通过总还原力、清除自由基及清除超氧阴离子的评价方法，研究了其抗氧化活性。结果表明，山杏果肉可溶性膳食纤维具有抗氧化活性，并且在一定范围内呈剂量递增的关系。王美芳【25】通过整理相关研究资料显示，存在于香菇、木耳、姬松茸、虫草、猴头菇、灵芝、灰树花等食用真菌中的多糖类膳食纤维成分，能通过巨噬细胞刺激抗体的生成，起到提高人体免疫力的作用。李瑜元等【26】分析了膳食纤维与结直肠癌发病之间存在的关系。研究资料表明，约90%的结直肠癌患者可以通过合理的饮食起到预防作用，坚持每日服用10～35g的高纤维饮食人群，其结直肠癌发病的风险可降低10%～17%，而且各种食物中含有的纤维均有预防结直肠癌的作用。综上，现阶段国内外对膳食纤维生理功能方面的研究已进行大量的报道，膳食纤维所拥有的多种生理功能已经充分的得到了人们的认可，已有权威的组织和机构公布了膳食纤维是维持人体健康必不可少的一类营养素。通过对膳食纤维功能的进一步研究，可以预见其具有的抗氧化、增强免疫力、预防癌症等功能将在预防现代常见慢性病方面将取得显著的效果。6膳食纤维的摄入量膳食纤维的摄入量应在合理的区间范围内，摄入过多或过少都会对人体的健康产生一定的影响。膳食纤维不能在人体内合成，只能通过食物获取，摄入不足就会引起身体的一系列连锁反应，如便秘、痔疮、肠道疾病等。营养学专家已经发现，目前很多亚健康状态、糖尿病、三高症、慢性综合征等都与缺乏膳食纤维的摄入存在某种关联。然而，摄入过量的膳食纤维同样会对身体健康产生不良影响。一方面，过量的膳食纤维会对肠粘膜产生过度刺激，使膳食纤维在结肠内发酵产生气体而形成一定的压力，引起腹胀等症状，造成身体的不适；另一方面，过量的膳食纤维可能影响人体部分营养素（如钙、铁、锌等）和脂溶性维生素（如维生素A等）的吸收，引起上述物质的不足甚至是缺乏。因此，把握膳食纤维的适宜摄入量是使其充分和有效的发挥生理功能的关键所在。目前，世界上的大多数国家、地区、相关组织已公布了膳食纤维的推荐摄入量。具体发布的推荐摄入量见表7。表7膳食纤维推荐摄入量国家、地区、相关组织膳食纤维推荐摄入量日本20～30g/d美国国立研究所20～30g/d英国国家顾问委员会25～30g/d国际生命科学研究小组20g/dFAO27g/d（最低警戒线）亚洲营养工作者24g/d中国居民膳食营养素参考摄入量速查手册(2013版)25g/d（特定建议值）根据《平衡膳食宝塔》推算出中国居民膳食纤维的AI（适宜摄入量）低能量膳食（1800kcal）：25g/d中能量膳食（2400kcal）：30g/d高能量膳食（2800kcal）：35g/d7结语随着营养科学、食品科学等学科的发展，人们对日常饮食结构中膳食纤维的摄入量已具备一定的分析和管理能力，食品工业中对膳食纤维的普及和应用也逐渐成为研究与开发的热点，这些都与膳食纤维具有的多种生理功能被逐步发现有关。膳食纤维也被称为即蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质和水之外的“第七大营养素”。本论文对膳食纤维的定义、分类、食物中膳食纤维的含量、理化性质、生理功能、参考摄入量等进行了论述与总结，并重点研究了膳食纤维的生理功能，经检索相关已发表的科学文献发现，膳食纤维在调节血糖、改善肠道菌群、辅助降血脂、调节体脂率等方面具有显著的效果，这为膳食纤维在糖尿病、便秘、高血压、高血脂、心脑血管疾病、肥胖等慢性病方面的预防与辅助治疗提供更广阔的研究思路与使用依据。目前，我国相关政府部门以及科研机构已经充分认识到了居民膳食结构的重要性，在《中国居民膳食营养素参考摄入量(2013版)》中已经将膳食纤维的特定建议值设定为25g/d，根据《平衡膳食宝塔》推算出低、中、高能量膳食的中国居民膳食纤维的AI（适宜摄入量）值约为25～35g/d。因此，在对日常饮食和膳食结构的调整中，应更加注重富含膳食纤维的全谷类、豆类、菌菇类和蔬菜水果类等食物的摄入，这将对我国居民的身体健康的影响意义深远。参考文献【1】韩复龄.2018年宏观经济数据亮点及2019年政策展望[J].大众理财顾问,2019,428(02):10-11.【2】翟凤英,何宇纳,胡以松等.中国居民2002年膳食纤维的摄入现状[J].营养学报,2005,27(6):444-447.【3】张继国,王惠君,王志宏等.中国15省（区、直辖市）成年居民膳食纤维摄入状况[J].中国食物与营养,2018,24(10):10-12.【4】扈晓杰,韩冬,李铎.膳食纤维的定义、分析方法和摄入现状[J].中国食品学报,2011(3).【5】中国营养学会.中国居民膳食指南[M].2016.【6】杨月欣.中国食物成分表2004[M].北京大学医学出版社,2005.【7】LeitzREA,PusateriDJ.Balancedfibercomposition[J].1989.【8】商龙臣,李晶,李斌.膳食纤维饱腹感的研究进展[J].食品安全质量检测学报,2018(2):372-379.【9】欧仕益,高孔荣.麦麸膳食纤维清除重金属离子的研究[J].食品科学,1998,19(5):7-10.【10】陈亚非,赵谋明.水溶性与水不溶性膳食纤维对油脂、胆固醇和胆酸钠吸附作用研究[J].现代食品科技,2005,21(3):58-60.【11】金燕红.膳食纤维