袁海波
(中國農業科學院 茶葉研究所,浙江 杭州 310008)
茶葉是公認的健康飲料,受到各國人民的喜愛[1]。隨著其保健和藥用功能的不斷揭示,茶葉在更高層次上為消費者重新認識[2-3]。茶葉含有700余種已知化合物,包括茶多酚 (25% ~35%)、茶多糖 (20% ~25%)、蛋白質 (25%% ~30%)以及26種氨基酸、50余種礦質元素和維生素等多種功能性成分[4-5]。然而人們很少注意茶葉膳食纖維[6]。目前,膳食纖維在歐美、日本等國受到普遍關注,被譽為人類第7大營養素,并將其廣泛應用于食品及保健品生產中[7]。但是有關茶葉膳食纖維的研究卻開展較少,且多數以粗纖維為主[8]。早在春秋時期,我國勞動人民就有食用茶葉的記載[9],最近日本營養學家桑野和民[10]提出了從茶葉中攝取大約30%植物纖維的建議,顯示茶葉膳食纖維在食品、健康等方面的實用價值。本文就茶葉膳食纖維的組成、分類及用途等相關研究作一綜述,以期引起人們的重視[6]。
膳食纖維一詞最早于1953年由Hipsley提出,主要用于描述不可消化類的植物組分。1972-1976年期間,Burkitt等[11]正式將膳食纖維定義為“不能被消化道酶所分解的植物細胞壁成分”。1999年11月,美國谷物化學學會將膳食纖維定義為“在人的小腸中不被消化吸收而在大腸中可以全部或部分被發酵的植物可食部分或碳水化合物類似物”[12]。
根據來源及溶解特性,膳食纖維可以分為植物性、動物性、生化合成轉化型、復合型等幾類[13-14]。植物性膳食纖維主要包括谷物類、水果類、蔬菜類,干豆類等[15],典型代表有燕麥膳食纖維 (FDA于1997年認定燕麥水溶性膳食纖維能顯著降低心血管疾病的發病率)[16-17],黃豆膳食纖維 (含量約為155 g·kg-1)、冬菇 (含量高達323 g·kg-1)、 石 榴 (含 量 約 為 49 g·kg-1)等[18];動物性膳食纖維目前僅有從蝦、蟹等海類生物中提取出來的甲殼素,具有調節腸胃、排除毒素、調節血脂、抑制腫瘤等生理活性[19]。生化合成轉化型主要包括抗性麥芽糊精、改性瓜兒豆膠、微晶纖維素等,因具有成分明確、純度高、性能好等優點而成為最受歡迎的品種之一[13]。復合型膳食纖維即以多種植物性提取物為原料加工制備的膳食纖維產品,主要通過不同原料組分的有機組配、互補,達到改善體內微循環,平衡營養結構的目的。
根據溶解性不同可將膳食纖維分為水溶性和水不溶性兩大類。其中,水溶性膳食纖維是一類既可溶解于水又可吸水膨脹,并能被大腸中微生物酵解的纖維物質,常存在于植物細胞液和細胞間質中,主要有果膠、植物膠、黏膠等;水溶性膳食纖維具有潤腸通便,促進礦物元素和營養物質吸收等功效,被譽為膳食纖維中的“極品”,在防治心血管疾病、糖尿病、肥胖癥等方面優于水不溶性膳食纖維。水不溶性膳食纖維是構成細胞壁的主要成分,主要包括纖維素、半纖維素、木質素等,其中木質素不屬于多糖類,是使細胞壁保持一定韌性的芳香族碳氫化合物[20]。水不溶性膳食纖維同樣具有特殊的保健功能,能夠吸收食物中的有毒物質,預防便秘并弱化消化道中細菌排出的毒素,降低患腸癌的風險等[21]。鑒于膳食纖維在生理保健功能上的強大功效,國際相關組織提出了膳食纖維素日攝入量的推薦指標:美國防癌協會推薦標準為30~40 g·人-1·d-1,歐洲共同體食品科學委員會推薦標準為30 g·人-1·d-1,國際生命科學會專家推薦量每4 186 kJ為10 g,中國營養學會于2000年提出成年人適宜攝入量為 30.2 g·人-1·d-1[22-24]。
茶葉膳食纖維主要存在于茶葉的細胞壁、細胞液和細胞間質中,含量約為茶葉干物質總量的11%~38%,主要由纖維素、半纖維素、樹膠、木質素、果膠和原果膠等碳水化合物類似物組成[6],茶葉膳食纖維與茶葉糖類物質之間的關系見圖1。據測定,茶葉中膳食纖維含量隨地區和茶葉品類的不同而差異顯著,一般黑茶、青茶中的含量要高于紅茶、綠茶,粗老茶含量要高于名優茶,夏秋茶高于春茶[4]。茶葉中可溶性膳食纖維含量差異也較明顯,姚立虎等[25]研究表明云南二、四、六級滇紅的可溶性膳食纖維含量分別為10.7%、13.2%、15.2%,婺源一、二級珍眉和一、二級特珍則分別為10.1%、10.6%、9.7%、10.1%。茶葉可溶性膳食纖維主要包括樹膠、果膠、原果膠等物質,吸水膨脹后形成凝膠體,具有粘滯性,可增加茶湯的醇厚度,使口感順滑、回甘,韻味悠長。與其它食品性輔料混配后能在小腸粘膜表面形成一層“隔離層”,具有多重保健功效。茶葉中的水不溶性膳食纖維主要包括纖維素、半纖維素、木質素等,是茶鮮葉細胞壁的重要組成,也是支撐茶樹正常生長發育的重要生理物質。茶葉水不溶性膳食纖維同廣義上的茶葉粗纖維概念類似,均為不溶于水、難以被胃腸道消化吸收的碳水化合物。茶葉粗纖維的傳統定義為茶葉經特定濃度的酸、堿、醇或醚等溶劑作用后的剩余殘渣,處理過程中約有50%~60%的半纖維素、10%~30%的半纖維素被溶解損失掉,因此粗纖維含量要顯著低于水不溶性膳食纖維(粗纖維含量約為總膳食纖維含量20% ~50%),其組成范疇也要少于水不溶性膳食纖維。此論點也為濮荷娟和駱少君等認同[26-28]。

圖1 茶葉膳食纖維組成
不同茶類的膳食纖維含量有差異,其浸出特性也不盡相同。姚立虎等研究顯示,炒青綠茶、功夫紅茶類的水溶性膳食纖維含量一般為10%~15%,1次沖泡浸出率約為2.5% ~4.6%,2次沖泡浸出率約為3.5% ~6.2%。相關分析表明,炒青綠茶膳食纖維浸出率與其含量呈負相關 (1次沖泡r=-0.936 4,2次沖泡 r=-0.982 1),功夫紅茶則呈正相關 (1次沖泡 r=0.850 6,2次沖泡 r=0.567 6)。通常在沖泡2~4次的情況下,飲茶可攝入的茶葉膳食纖維約為總干物量的5%~ 7%[25]。
控制體重、調節減肥、防止便秘[29-35]。水溶性膳食纖維具有較強的吸水和膨脹功能,能吸收相當于自身質量數倍甚至數十倍的水分,在腸胃中膨脹后形成高粘度的溶膠或凝膠,一方面可以使人產生飽腹感,對于肥胖人群具有較好的控制體重、調節減肥功效;另一方面可與其它食物混合,增加容量,形成較大糞團,增加腸道蠕動,同時凝膠有利于軟化糞便,潤滑腸道,繼而刺激、推進排糞。
調節血脂,降低血清膽固醇和胰島素水平。眾所周知,飲茶對心腦血管疾病具有顯著的防治效果,如調節脂質代謝和糖代謝,降血壓、抗血栓,抑制動脈粥樣硬化等。研究表明,水溶性膳食纖維可以有效控制脂肪酶活性,阻止食物脂肪消化,抑制膽固醇吸收并絡合膽酸,阻止膽酸在腸內的重新吸收,從而降低血清低密度脂蛋白膽固醇,調節血脂水平,防止膽結石。同時,食用膳食纖維可有效降低餐后血糖升高幅度,改善神經末梢對胰島素的感受性,降低血清胰島素水平。
改善腸道代謝,促進腸道功能[36-38]。膳食纖維在胃腸道內不被消化,卻能為腸道細菌所酵解,一方面降低了腸道的pH值,有益于減少毒素和致癌物的產生,另一方面能有效縮短食物茶渣,包括致癌物質通過腸腔的時間 (縮短時間約1/3),減少了致癌物質對腸壁的作用時間,從而大大減少腸道癌和痔瘡等的發病概率。
對離子和有機物的解毒作用。膳食纖維對陽離子具有較強的結合和交換能力,能吸附螯合有機化合物,阻止環境污染物侵害人體。研究發現膳食纖維對Ca、Hg、Pb、高濃度 Cu、Zn等重金屬以及有機陽離子具有顯著的清除能力。此外,膳食纖維能與腸道中的K、Na等離子進行交換,促使其在尿液、糞便中大量排出,從而產生降血壓的作用。
根據茶葉中粗纖維的定義以及物質組成、含量檢測等資料,茶葉粗纖維屬于茶葉膳食纖維中性質較為特殊的一種。茶葉粗纖維、茶葉膳食纖維及茶葉糖類物質的關系見圖2。鑒于目前茶葉粗纖維檢測方法較茶葉膳食纖維、糖類物質簡單、穩定、快速,從圖2中可以看出茶葉粗纖維含量在一定程度上能夠反映茶葉膳食纖維、糖類物質的總量。
相對于茶葉膳食纖維,人們對茶葉粗纖維已開展了較為系統的研究,主要集中在不同茶葉種類粗纖維含量的差異,粗纖維含量與鮮葉品質的相關性,粗纖維含量與成品茶等級、品質的關系等方面。研究表明,不同茶樹品種、同一品種不同葉位、不同成熟度的鮮葉粗纖維含量均有顯著差異,一般隨著葉子成熟度和莖老化度的增加,含量逐漸增加,可作為鮮葉老嫩的判別標志,與鮮葉嫩度呈顯著負相關。鮮葉級數與粗纖維含量也有顯著相關性,春茶:y=8.053+0.657x,r=0.838;夏茶:y=8.967+0.313x,r=0.939;秋茶:y=9.966+0.186x,r=0.935;y為粗纖維含量,x為鮮葉等級,且同一級別鮮葉,夏秋茶含量高于春茶[39-41]。

圖2 茶葉膳食纖維與茶多糖的關系
茶葉中的粗纖維含量與成品茶品質之間也存在一定的相關性。據研究,茶葉粗纖維含量同綠茶、紅茶的風味品質成顯著的負相關。王月根、謝曉風等[42-43]對不同炒青綠茶進行研究,得出相似結論:炒青類干茶品質與粗纖維含量的相關性達-0.98以上。龍翔[44]采用通徑分析研究炒青綠茶品質等級的相關指標后發現:粗纖維對茶葉品質有直接影響,其相對重要性要高于氨基酸、咖啡堿和水浸出物。黃惠華[28]發現我國四套紅碎茶標準樣中的粗纖維含量隨著茶樣級別升高而降低,呈遞減規律,且均低于國際標準化組織 (ISO)規定的16.5%的上限[45]。茶葉粗纖維含量與烏龍茶、黑茶等品質也有密切關系。濮荷娟等[8]研究表明,烏龍茶鮮葉原料含有豐富的纖維素組分,加工過程中通過酶解作用使部分纖維素水解成葡萄糖,并最終轉化為香氣成分,是烏龍茶濃郁花果香品質特征的可能機制。王增盛等[46-47]對茯磚、普洱等代表性黑茶研究發現,茶樣經過特有的“渥堆”工序處理后,粗纖維含量有不同程度的減少,可溶性糖類含量則顯著增加。推測可能是茶葉中纖維素在纖維素酶的作用下,分解成糖類物質,微生物利用其作為碳源進行大量繁殖之故。Yamamishi[48]也得到相似結果,并提出了普洱茶的香氣成分主要由纖維素在酶和微生物作用下轉化形成的觀點。此外,呂玉憲[26]對花茶級別與粗纖維含量進行冪回歸分析,得到了花茶 (特種花茶除外)的品質指標方程:y=6.533 2x0.1028,r=0.679 8(y為粗纖維含量,x為花茶級別),確定了兩者間的對應關系。這一結論同張堂恒等[42,49]基本一致。
強化纖維類功能食品在歐美、日本等發達國家非常盛行,應用范圍日趨廣泛,將其添加到面包、餅干等烘焙食品中具有吸水、保鮮、減筋、增溶作用,可以替代減筋劑使用,使制品膨松、酥脆、味道鮮美,并可起到保水、保鮮,延長貨架保存期等作用;添加到肉制品中可代替蛋白粉和部分碳水化合物,制成低能量食品,使制品香而不膩,味道純正、鮮美,具有很好的黏彈性;添加到牛奶、大豆蛋白飲料、果汁飲料、果醬和各種調味醬中,可改善制品風味,降低熱量;以水不溶性膳食纖維為基料配以乳化劑、增稠劑、甜味劑、香味劑等可制成各種風味獨特的飲料。此外,膳食纖維還可添加于饅頭、面條、冰淇淋、八寶粥等多種食品中,面粉廠亦可針對不同需求的人群,科學添加定量的膳食纖維,由此開發出多種面粉新產品。但目前在生產中應用的纖維源主要為谷物纖維、豆類種子和種皮纖維、水果和蔬菜纖維等10余種膳食纖維,茶葉作為優質的膳食纖維源尚未得到很好的開發和利用[50-53]。
此外,由于膳食纖維在通腸潤便、控制體重等方面的特殊功效,近年來隨著國內外對排毒養顏、減肥美容等保健方式的熱衷而涌現出大量的纖維類保健品。對美容養顏類保健品而言,添加膳食纖維能改變腸內菌群的構成和代謝,刺激腸道黏膜,減少腸原性毒素被人體的吸收量,同時阻止肌體對脂肪的吸收,達到排出毒素、修復瘦身的目的。對補鈣和補血類保健品而言,添加膳食纖維可促使體內產生乳酸,而乳酸可以分離溶解鈣、鎂、鐵等礦物質,促進人體吸收[15,54]。
茶葉本身是一種傳統嗜好性健康飲料,具有天然、保健、時尚等特點。我國作為世界上最大的茶葉生產國,年產量達120多萬t,其中約有數十萬t具有豐富纖維含量的低檔茶類可用于開發系列茶葉膳食纖維食品和保健品,既能充分利用茶葉中的功能性成分,發揮茶葉健康型飲料的資源優勢,又能為中低檔茶開辟一條新的出路,提升其經濟附加值。此外,目前我國每年因加工速溶茶粉、罐裝茶水、茶濃縮汁等茶飲料以及制備茶多酚、茶多糖、咖啡堿等深加工產品而產生的茶渣約有1 000多萬t,多數含有大量膳食纖維,如能科學、合理地加以提取利用,必能在獲得社會經濟效益的同時體現出新型茶葉纖維食品的健康價值[8]。
中低檔茶和茶汁浸提殘留物中含有豐富的果膠、原果膠以及纖維素、半纖維素等多種碳水化合物,在特定條件下可降解為糖類物質,是很好的制備葡萄糖、酒精等化合物的原料,也是再生碳源的可靠來源之一。據前蘇聯研究表明,茶渣經過發酵糖化作用,其酶解產物即為葡萄糖[55]。夏黎明等[56]從人糞便中獲得一株厭氧菌Clostridium butyricum-beijerinckii,該菌分泌一種胞外降解酶,可降解膳食纖維生成低聚糖,并利用該性質結合固定化細胞技術研制連續反應裝置生產低聚糖,具有反應條件易于控制、可連續生產、無副反應等優點。我國科研人員利用生物技術將植物半纖維素等碳水化合物直接發酵為酒精的研究也取得了成功,并逐步進行工業化[57]。此外,通過微生物分泌的酶類對其進行降解,作為再生碳源加以利用,可以用作曲霉、青霉等微生物的培養基[58]。因此,合理利用茶葉膳食纖維中組分的多樣性、豐富性,結合現代高新技術,在工業、醫學、科研等領域將會有廣泛的用途。
茶葉膳食纖維中纖維素、半纖維素等成分經過特殊處理后還可用于涂料、陶瓷、醫藥等領域[59]。如纖維素的羧甲基化產品在水乳型涂料中可當作增稠劑、成膜劑使用,能促進產品貯存穩定,展色均勻,流變性好,有助于提高產品柔韌性和光澤;用在陶瓷坯體、釉漿和花釉絲印上可起到保水、粘結、稀釋等作用,對提高陶瓷產品品質,特別是產品的釉面品質有極為明顯的效果。目前,我國新研制出一種茶纖維產品[60],是以茶葉中的多種功能性成分為原料制得的粘膠纖維,具有抗菌防臭、改善人體微循環等功能,且不含任何化學性有害物質,被稱之為繼竹纖維后天然纖維市場的新寵,引領了新一輪生態紡織品革命。此外,國內外學者對膳食纖維的醫療功能也開展了很多研究。Suzuki[61]研究發現,膳食纖維對慢性腎衰竭病人的保守治療方式有一定的作用,雖然其臨床效果尚未確定,但這一新思路引起很多研究者的注意和興趣。研究發現,一些來源于動物和海藻的膳食纖維具有抗氧化性,并提出在預防癌癥方面其化學清除作用同已知的物理作用同樣重要。但有關茶葉膳食纖維的醫療作用的報道卻較少。
自從20世紀70年代左右Trowell、Burkitt等人首次列出現代“文明病”的特征,并提出膳食纖維在對抗“文明病”方面可能存在的重要作用以來,膳食纖維的研究與開發逐漸受到世界各國的重視,營養學界、臨床醫學界和食品科學界相繼投入大量精力進行研究,在全球范圍內掀起了膳食纖維的研究熱潮,并開發出多種強化膳食纖維食品、保健品及應用于醫學、紡織等領域的新型復合產品。
近年來,由于原材料和制作成本的優勢,我國正逐漸成為膳食纖維在全球最大的供應基地,產品銷往歐美、日本、韓國等多個國家,研制出的一些新型改性膳食纖維產品品質也已達到國際先進水平,為膳食纖維的進一步開發利用提供了豐富的資源儲備。隨著人們越來越注重生活品質和身體健康,多類型膳食纖維功能性食品在世界各地的開發利用已成為一種不可阻擋的潮流。茶葉是世界衛生組織 (WHO)公布的六大健康飲料之首,將其用作纖維源以制備茶葉膳食纖維中間品,并作為功能性配料加工具有多種生理保健功效的終端產品,必將具有巨大的發展空間和廣闊的市場前景。此外,通過有針對性地深入開展茶葉膳食纖維優質化、改性化、工業化系統研究,進一步拓寬其應用途徑以及技術手段,提升經濟附加值,也成為了今后茶葉膳食纖維的發展趨勢之一。
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