膳食纖維的生理功能、制備方法和改性技術的研究進展

寧建紅，張 杰，李 霞

(1 青島市中心醫(yī)院核醫(yī)學科，山東青島 266042；2 青島市中心醫(yī)院重癥監(jiān)護室，山東青島 266042；3青島市腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學科，山東青島 266042)

1 膳食纖維的生理功能

研究表明，經(jīng)常攝入膳食纖維可以降低血脂血糖、利于減肥，還能夠緩解便秘、防止結腸癌的發(fā)生[1]。

1.1 降血脂、降血糖

麥紫欣等[2]發(fā)現(xiàn)，膳食纖維降血脂的機制之一在于，抑制機體對膽固醇和甘油三酯等脂肪類物質的吸收，同時加快膽固醇的排泄以降低血液脂含量。另外也有研究證實，膳食纖維的攝入可以延緩胃排空的時間，增加食物在腸道中的停留時間以減少對脂肪的吸收[3-4]。另外，膳食纖維能夠調控脂代謝過程中的某些基因，從分子水平影響機體的脂代謝過程[5]。膳食纖維降血糖的研究相對較多，研究顯示，膳食纖維可以使2型糖尿病小鼠的空腹血糖值顯著下降，增加胰島素水平，改善小鼠的糖耐守狀況[6-7]。涂宗才[8]用四氧嘧啶造模糖尿病小鼠，成功后給小鼠喂食1 000mg/kg BW劑量的大豆可溶性膳食纖維，結果顯示，小鼠的血糖值明顯下降，同時能夠改善小鼠消瘦、多飲多食的癥狀，可見膳食纖維在改善糖代謝紊亂、治療糖尿病方面發(fā)揮著重要作用。歐仕益等人總結了膳食纖維調控糖代謝的部分機制：一方面膳食纖維可作用α-淀粉酶，抑制其對淀粉的水解度，降低血液中的葡萄糖含量；另一方面膳食纖維可以增加腸液黏度，抑制葡萄糖的擴散，從而減少腸道對葡萄糖的吸，同時膳食纖維還可以可逆地吸附葡萄糖[9]。

1.2 改善腸道微環(huán)境，防止便秘

解春艷等[10]用茶新菇發(fā)酵麥麩制備可溶性膳食纖維，并進行腸道微生物實驗，結果顯示，膳食纖維不僅能夠促進乳酸菌的生長，還能夠抑制大腸桿菌的繁殖，有效改善腸道中有益菌群和有害菌群的比例。孫元琳等[11]發(fā)現(xiàn)，戊聚糖能夠促進雙歧桿菌、乳桿菌等有益菌的增殖，原因在于這些菌類可以通過自身含有的相關酶對戊聚糖進行降解從而作為自身生長繁殖的底物。顧清等[12]發(fā)現(xiàn)，攝入膳食纖維可以有效地緩解老年人的便秘情況。

1.3 預防癌癥發(fā)生

膳食纖維可以降低患直腸癌和結腸癌的風險，這是因為膳食纖維能夠調整腸道菌群的比例，增加有益菌的數(shù)量，改善腸道微環(huán)境，促進腸道蠕動，加快有害物質的排出[13-14]，并有助于促進機體分泌更多的抗炎癥活性物質。Susasa等[15]以直腸癌突變模型鼠為研究對象，對其喂食1%的葡萄抗氧化膳食纖維6周，結果發(fā)現(xiàn)，小鼠腸道腫瘤的數(shù)量明顯減少，不同大小的息肉均有不同程度的萎縮。有研究證明，膳食纖維和乳腺癌發(fā)生率之間呈負相關關系，隨著膳食纖維攝入量的增加，患乳腺癌的風險下降[16]。Huimin Chen等[17]發(fā)現(xiàn)，患晚期大腸腺瘤的人在攝入膳食纖維后，腸道中的丁酸產(chǎn)生菌顯著增加，同時可有效緩解大腸腺瘤癥狀。關于膳食纖維和子宮內膜癌之間的關系，有研究發(fā)現(xiàn)兩者之間的危險系數(shù)為0.66，可見膳食纖維可以降低患子宮內膜癌的幾率[18]。整體來說，攝入多種膳食纖維較攝入單一的水果纖維或谷物纖維或蔬菜纖維等的預防癌癥的效果好。

2 膳食纖維的制備方法

2.1 化學法

關于膳食纖維的化學提取法主要分為水提法、酸或堿提取法以及酸堿結合提取法。其中水提取法是最為環(huán)保的一種提取方法，但該方法只能得到少量的膳食纖維，不宜進行推廣使用。酸或堿提取法和酸堿結合提取法是較普遍能夠應用到工業(yè)上的一種提取方法。但是這種方法會產(chǎn)生大量的廢液，對環(huán)境造成嚴重的影響，所以還需進行改進。黃群等[19]、溫志英等[20]分別對超聲提取法和微波提取法進行優(yōu)化，找到了最佳的水溶性膳食纖維的提取條件，不僅能夠節(jié)約成本，還能夠起到保護環(huán)境的作用。

2.2 酶法

酶法的優(yōu)點是酶作用條件溫和，通常不需進行高溫高壓便可使反應順利進行，因此對環(huán)境的污染較小。酶制備法所獲得的膳食纖維純度較高，雜質含量少，是目前較為廣泛應用的一種方法。酶法過程中常用的酶有蛋白酶、淀粉酶、糖化酶等。Chen等[21]使用酶制備法的同時輔以超聲提取法，最終得到豆莢水溶性膳食纖維8.9%、水不溶性膳食纖維77.35%。李星科等[22]使用酶制備法提取棗渣中的水不溶性膳食纖維，發(fā)現(xiàn)得率是普通化學法得率的1.5倍，最終得率可達到24.8%。 酶制備法涉及的反應過程相對較復雜，需要注意各種酶種類的選取，不同酶所需的反應溫度、反應時間、pH值等條件。同時對于不同來源的膳食纖維而言，由于組成成分不同，還需根據(jù)實際情況選擇適合的酶或酶組合。

2.3 發(fā)酵法

發(fā)酵法是利用微生物的發(fā)酵作用進行的。李狀等[23]以根霉菌為發(fā)酵菌種得到了竹筍邊角料中的膳食纖維，并發(fā)現(xiàn)獲得的膳食纖維具有較高的生物活性。左茜等[24]用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合菌為發(fā)酵菌，得到了茶葉渣中的可溶性膳食纖維。發(fā)酵法制備膳食纖維不僅具有純度較高、生物活性也較高的優(yōu)點，風味、色澤等也使人更易接受，但是發(fā)酵法所需的合適菌種還需進一步挖掘。

3 膳食纖維的改性方法

3.1 物理改性

物理改性技術是膳食纖維改性方法中最常用的一種基礎方法，高溫、高壓和增加剪切力是常規(guī)物理方法中的幾種。膳食纖維改性大致可以分為擠壓蒸煮技術、超微粉碎技術和超高壓或瞬時高壓技術三種。Chen等人[21]利用擠壓蒸煮技術成功改性了大豆膳食纖維，提高了水溶性膳食纖維的含量，從而使膳食纖維的持水性和溶脹能力顯著提升。超微粉碎技術獲得的超微粉具有很好的溶解性、吸水性和分散性，但這種方法對設備的要求較高，目前難以在工業(yè)上進行推廣應用。超高壓或瞬時高壓技術指對膳食纖維賦予高達100～1 000MPa的壓力，使其中的氫鍵、離子鍵等結構發(fā)生變化的過程。李雁等人[25]利用該技術對紅薯渣中的膳食纖維改性，發(fā)現(xiàn)改性后的膳食纖維生物活性明顯提高，可以有效調節(jié)血糖、血脂。

3.2 化學改性

膳食纖維含有大量的羥基和羧基，因此可利用酸或堿對其進行酯化或醚化改性。吳麗萍等[26]利用羧甲基改性方法成功改善了花生殼中的膳食纖維，改性后的膳食纖維物理、化學特性具有明顯的改變，由于分子間的距離更大，所以使膳食纖維具有較好的分散性和持水性。楊陽等[27]利用硫酸酯化改性方法對蘋果膳食纖維進行改性，結果發(fā)現(xiàn)，獲得的膳食纖維表現(xiàn)出更高的生物活性。化學改性可以在一定程度上改善膳食纖維的結構，但是這種方法存在著很大的弊端，例如化學試劑的引入可能會給人體帶來很大的安全隱患。

3.3 生物技術改性

生物技術改性通常分為酶法和微生物發(fā)酵法，前者最常使用的酶有纖維素酶、木聚糖酶等，后者常使用的微生物菌種為乳酸菌。李明華等[28]用纖維素酶水解金針菇中的膳食纖維，發(fā)現(xiàn)水溶性膳食纖維的含量可達14.45%，并與化學法獲得的膳食纖維進行比較，發(fā)現(xiàn)前者具有更高的生理活性。林寧曉等[29]用乳酸菌和鏈球菌混合菌種改性大豆膳食纖維，發(fā)現(xiàn)水溶性成分含量也有顯著增加。生物技術改性獲得的產(chǎn)品品質高，且不會對環(huán)境造成污染，因此是一種具有廣闊應用前景的方法，但存在著成本較高以及應用菌種種類少的問題，還需加大研究力度。◇