谷物膳食纖維在肉類加工制品中的應用與研究進展

呂蒙，牟德華，馮隨，王世杰，高曉光*

（1.河北科技大學生物科學與工程學院，河北 石家莊 050018；2.河北雙鴿食品股份有限公司，河北 石家莊 050021）

肉及肉制品是優質蛋白質、脂溶性維生素、礦物質等營養素的重要來源，在人們的膳食結構中起著十分重要的作用。雖然肉制品中含有許多對人體健康有益的成分，但由于其脂肪含量較高及膳食纖維成分缺乏等缺點，對人體健康構成了危害[1]。研究表明，肉類加工制品中含有飽和脂肪酸、膽固醇等成分，過量攝入容易造成肥胖、引發糖尿病、心血管疾病等健康問題[2]。然而，動物脂肪是肉制品加工過程中必需的成分。脂肪的存在可以使肉制品保持獨特的質地和外觀、減少烹飪損失、增加飽腹感。因此，不能簡單地去除肉制品中的動物脂肪。所以，肉類工業需要尋找一種脂肪替代物，發展食用品質良好的低脂健康型肉制品[3]。膳食纖維所具有的功能和技術特性，已經被證實可以作為脂肪替代物應用于肉類工業中[4]。本文概述了谷物膳食纖維在肉制品加工領域中應用及其對肉制品品質影響的研究進展。

1 谷物的功能性成分

1.1 谷物中的功能性成分及分布

谷物是指以子實作為糧食的谷類作物，包括大米、小麥、小米、大豆等及其它雜糧，是我國重要的傳統農作物之一。谷物中的功能性成分主要包括膳食纖維、抗性淀粉和酚類化合物。膳食纖維（dietary fiber，DF）是谷物中最典型的功能性物質。膳食纖維是指植物中天然存在的、提取的或合成的碳水化合物的聚合物，不能被人類的胃腸道消化吸收的非淀粉多糖，包括纖維素、半纖維素和果膠、甲殼素等物質，是飲食中的重要組成部分[5]。膳食纖維特有的結構、化學組成、理化特性及多重營養特性是改善或提升食品品質及營養的重要組分之一，在人類健康方面的價值已經促成了若干研究[6]。

雖然谷物的種類眾多，但其主要結構基本相似，包括谷皮、胚乳、胚芽和糊粉層[7]。各個結構所含營養成分差別較大，如位于最外層的谷皮中有大量的纖維素、半纖維素、少量的蛋白質、脂肪和B族維生素等；位于谷皮和胚乳之間的糊粉層含有B族維生素和礦物質；胚乳是谷物的主要組成部分，含絕大多數的碳水化合物和少量蛋白質、脂肪、纖維素、B族維生素和維生素E等；位于谷物一端的胚芽富含蛋白質、脂肪、維生素，還有少量多酚化合物和微量礦物質[8]。膳食纖維主要位于谷皮中，小麥麩皮、黑麥麩皮、燕麥麩皮、大麥麩皮、米糠等是現階段己經開發的所有谷物麩皮膳食纖維資源中最主要來源，其中燕麥麩皮中的總膳食纖維含量高達30%左右，因此，谷皮是生產富含膳食纖維功能性食品的主要原料[9]。

1.2 膳食纖維的分類

膳食纖維根據其水溶性可分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）與非水溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）兩個基本類型[10]。其中非水溶性膳食纖維是指不被人體消化酶消化且不溶于水的膳食纖維，主要是細胞壁的組成成分，包括植物性的纖維素、半纖維素、木質素、原果膠、動物性的甲殼素和殼聚糖等，主要作用是促進腸道產生機械蠕動；水溶性膳食纖維是指不被人體消化酶消化，但可溶于溫水或熱水且其水溶液又能被乙醇再沉淀的膳食纖維，包括戊聚糖、果膠、樹膠等，主要發揮促進代謝的功能[11]。有關學者建議應增加日常飲食中膳食纖維的含量，每人每天膳食纖維的攝入量在25 g～35 g之間為宜，其中70%～80%必須是非水溶性膳食纖維[12]。谷物是非水溶性膳食纖維的主要來源，而水果和蔬菜是水溶性膳食纖維的主要來源。不同的谷物中所含的水溶性和非水溶性膳食纖維含量不同，小麥和黑麥中非水溶性膳食纖維比水溶性膳食纖維含量高。有研究發現其非水溶性膳食纖維主要是阿拉伯木聚糖，可以通過結腸發酵產生短鏈脂肪酸來調節腸道微環境，從而起到預防便秘和結腸癌的作用[13]。而燕麥和大麥中兩者含量相似，其水溶性膳食纖維主要是β-葡聚糖[14]。β-葡聚糖不僅在肉制品加工中具有良好的乳化性、凝膠性、持水性、增稠性、持油性等，而且對人體具有降血糖、降血脂、調節腸道菌群及提高免疫功能等保健功效[15]。Liu等[16]用高性能尺寸排阻色譜法、動態光散射分析等方法研究了燕麥β-葡聚糖的理化性質和平均直徑，并將其應用于肉丸中，質地分析和感官評估結果表明，添加了燕麥β-葡聚糖的肉丸總體可接受性比對照組較高，因此燕麥β-葡聚糖是非常有前景的膳食纖維來源，可作為傳統肉丸生產中的脂肪替代品。世界衛生組織（World Health Organization，WHO）強調應增加全谷物膳食纖維的攝入。谷物膳食纖維在肉制品中的應用已經成為近些年來肉制品研究領域的熱點方向，也是肉制品加工行業未來的發展重點。

2 谷物膳食纖維在肉制品中的應用國內外研究進展

谷物膳食纖維與水分和脂肪結合的能力較強，在生產低熱量肉制品時摻入適量的膳食纖維可以實現高產和降低成本的目的[17]。在肉制品中加入谷物膳食纖維，一方面可充分發揮膳食纖維所具有的功能特性，如較強的吸水性和持水性；另一方面可以改善肉制品的感官品質，如色澤、質地、口感，可以滿足不同消費群體的需求。近年來，越來越多的國內外科研工作者將谷物膳食纖維應用于肉制品中，主要產品有香腸、肉丸、肉餅、肉脯等，所涉及的谷物膳食纖維的種類也越來越豐富。王凱凱等[18]通過多次研究性試驗分析制得的新型燕麥香腸中脂肪含量比傳統香腸脂肪含量降低了15.5%，膳食纖維質量分數達2.01%，表明膳食纖維的加入可有效降低肉制品脂肪含量。尤麗新等[19]以豬瘦肉和豬脂肪為主要研究原料，添加20%蕎麥制作出的新型營養香腸口感細膩，腸體有彈性、切面光滑且充分保持了蕎麥自身的獨特味道和營養價值，可以起到主食和副食互補的作用。張晶等[20]分別以燕麥、苦蕎、小米3種富含膳食纖維的谷物為原料制作不同類型的香腸做比較分析，經研究發現，3類香腸中的脂肪含量均有明顯降低。此外，燕麥片香腸中蛋白質、鈣、鐵和鋅含量最高，苦蕎香腸中膳食纖維、黃酮和硒含量最高，而小米香腸中維生素B1、維生素B2含量相對較高。

谷物膳食纖維的少量添加對肉制品的食用品質具有一定的改善作用，但是過量增加膳食纖維會導致肉制品可接受度明顯下降。因此，如何在保障肉制品基本食用品質的前提下，合理控制膳食纖維的用量是肉制品新產品開發領域需要解決的問題。此外，在此基礎上還應該適當增加膳食纖維的種類。當前有科研工作者將不同谷物來源膳食纖維按照一定的比例結合，研制出復合谷物膳食纖維并應用于肉制品中。Garcia等[21]制作了含有6%和10%豬背膘的干發酵香腸，添加了1.5%濃度的谷物（小麥和燕麥）和3%濃度的水果（桃子、蘋果和橙子）膳食纖維，所得產品的能值降低了近35%，待香腸成熟后測得總膳食纖維含量在香腸總營養成分中的占比分別為2%和4%。因此，將膳食纖維加入到肉制品中，可以研制出人們所喜愛的新型肉制品，既改善了肉制品的感官形狀，使肉制品營養更加豐富；又降低了生產成本，進一步滿足了人們對食品健康、營養、方便、安全的需求。各種肉制品配方中谷物膳食纖維來源及應用效果如表1所示。

表1 不同谷物來源的膳食纖維在肉制品中的應用效果Table 1 Application effects of dietary fiber from different grain sources in meat products

3 谷物膳食纖維對肉制品品質的影響

3.1 對肉制品感官性能的影響

肉制品的感官特性是消費者考慮的首要因素，總感官評分越高的肉制品越能受到消費者的青睞。因此，如何提升肉制品品質是目前研究工作者所關注的熱點課題。Barretto等[33]通過研究表明，添加谷物膳食纖維的肉制品與不添加的空白對照組感官評分差別不大，總體可接受度高，可以作為新型低脂肉制品生產。Choe等[34]用小麥膳食纖維和豬皮混合體系作為香腸中脂肪的替代物，經試驗研究發現膳食纖維的加入可顯著提升肉糜的硬度、內聚力、膠質和耐嚼性。研究結論表明，通過添加小麥膳食纖維制得的豬皮混合體系可以作為脂肪替代物制得高蛋白低脂肪、乳化穩定性高的肉制品。王仲禮等[35]將5%的小麥麩皮加入灌腸制品中發現灌腸的風味、狀態、切片性、色澤、滋味及氣味都有所改善。Besbes等[36]將豌豆纖維和小麥纖維添加到牛肉漢堡中，發現牛肉的持水性增加，具有良好的風味，感官品質較高。Arildsen Jakobsen等[37]通過9個訓練有素的感官小組調查研究了含10%脂肪和添加了黑麥或小麥麩的香腸的感官特性和消費者接受度。統計結果顯示，兩種香腸的感官描述屬性相似，但這兩種香腸的結構比未添加谷物膳食纖維的香腸更粗糙。小麥麩膳食纖維香腸的含水量較少，谷物的氣味濃，感官評分較低。Kehlet等[38]將黑麥麩和豌豆纖維添加到肉丸中，探究制得的兩種肉丸的感官品質變化，發現在肉丸中添加黑麥麩可增加谷物的氣味，改善肉制品的質地和風味。每100克中最多添加6克黑麥麩和豌豆膳食纖維，否則會影響肉丸的感官品質。韓艷[39]將小麥膳食纖維添加到肉丸中，研究發現膳食纖維可以明顯改善肉丸的感官品質，當小麥膳食纖維添加量為4%時得到的肉丸最佳。因此，膳食纖維可以替代部分動物脂肪應用于肉制品加工中，由于脂肪減少，產品質地變硬而且色澤變暗，導致感官評分略有降低，但是由于谷物膳食纖維擁有獨特的功能性質，與肉制品結合可以彌補膳食纖維粗糙的口感，兩者相互促進，形成獨特的質地和風味，膳食纖維在肉制品中的應用價值較高。

3.2 對肉制品理化性能的影響

肉制品的理化性質因谷物膳食纖維的添加發生了改變。膳食纖維的固有功能性質對肉制品的性質具有重要的影響[40]。膳食纖維具有陽離子交換能力，將適量膳食纖維添加在肉制品中可在提高肉制品乳化穩定性的同時降低肉制品pH值和減少肉制品蒸煮損失。另外，谷物膳食纖維分子含有的羥基可通過氫鍵、疏水作用、靜電相互作用、分子偶極、瞬間偶極等作用力與水分子聚集，能夠提高肉質產品的保水性和吸水性。由于膳食纖維的強吸水性和持水性，能夠爭奪肉糜凝膠體系中的水分，使體系中自由水分減少，從而影響肌原纖維蛋白的溶解交聯，進而限制其形成均勻完整的凝膠網絡，導致肉制品的硬度和離散性增加，并影響產品的質構。Isabel等[41]在魚肉糜凝膠中加入3%～6%小麥膳食纖維后發現凝膠保水性顯著提升，試驗樣品的柔軟度更強、變形能力突出，顯著減弱了大多數消費者不喜歡的膠狀質地。在掃描電子顯微鏡下觀察到，添加了膳食纖維的凝膠樣品中膳食纖維分布規則。雖然谷物膳食纖維的加入可使肉制品具有更好的水結合能力，但也會導致肌肉蛋白凝膠大量喪失硬度和彈性。Talukder等[42]通過將小麥和燕麥麩以10%和15%的添加量摻入雞肉中來開發富含膳食纖維的雞肉餡餅，雞肉的持水力、乳液穩定性和硬度均顯著增加，但雞肉硬度的增加會影響雞肉品質。劉英麗等[43]發現隨著小麥麩膳食纖維添加量的增加，肌原纖維蛋白乳化性升高，凝膠硬度和保水性提高，此次實驗表明：通過在肉制品中添加適量的膳食纖維可以明顯改良肉制品的風味，并替代脂肪，減少人體熱量的攝入。Yin等[44]研究了摻入納米豆渣不溶性膳食纖維的魚肉糜的凝膠特性，發現加入豆渣的不溶性膳食纖維主要通過填充凝膠基質和吸收水的物理功能來改善魚糜的凝膠質地。朱君等[45]將米糠膳食纖維、燕麥膳食纖維和大豆膳食纖維添加到肌原纖維蛋白中，發現混合凝膠性質的改善與膳食纖維本身性質相關，膳食纖維的持水性和溶脹性越高，混合凝膠的持水性和硬度提高越顯著。由此可見，肉制品中添加谷物膳食纖維，可通過改善纖維與水、脂肪的結合能力來增強蛋白質凝膠網絡結構、降低蒸煮損失、增強乳化穩定性及改善肉糜質地特性。

3.3 對功能特性和人體健康的影響

攝入膳食纖維可降低患冠心病、高血壓、糖尿病、肥胖和某些胃腸道疾病等疾病的患病風險[46]。在當前肥胖現象增多的情況下，有研究表明膳食纖維可通過增強飽腹感來減少人體對能量的攝入，進而影響人們的體重[47]。隨著宏基因組測序和代謝組學分析的發展，人們逐漸認識到膳食纖維、腸道菌群與肥胖之間具有一定的關聯性[48]。Slavin等[49]發現膳食纖維會增加咀嚼時間，延長食物在口腔中的暴露時間、增加胃部擴張、導致胃排空延遲，從而改變腸道激素的濃度。Yang等[50]通過16S rDNA高通量測序對膳食纖維對糞便菌群的影響進行了詳細研究，證明大豆殼膳食纖維可以增加雙歧桿菌和乳桿菌的含量，調節腸道菌群，為大豆殼膳食纖維作為一種新型的腸道菌群健康促進劑的開發提供了基礎。Lu等[51]在基因組學層面對肥胖相關基因進行研究，發現服用豆類膳食纖維的大鼠其糞便發酵產物能抑制脂肪形成和激活因子（脂肪形成的關鍵反式），同時激活過氧化物酶體增殖物激活受體δ和線粒體解偶聯蛋白2能量消耗蛋白，使蛋白轉換的脂肪減少。試驗結論表明膳食纖維的攝入可通過降低蛋白質轉換脂肪效率的方式減少體內脂肪增長，由此避免肥胖的發生。Hansen等[52]為確定不同來源膳食纖維與預防結腸癌效果的相關性，研究了1 168例病例（691例結腸癌，477例直腸癌），平均診斷時間11.3年，發現與水果和蔬菜相比，從谷類中攝入膳食纖維能夠更加有效地降低結腸癌風險。Zhang等[53]將米糠膳食纖維進行了體外胃腸消化和結腸發酵，從發酵上清液中檢測到9種酚類化合物顯示出自由基清除活性和α-葡萄糖苷酶抑制活性。這些發現表明，產生的酚類物質可能是谷物膳食纖維對健康有益的關鍵因素。Xia等[54]采用Logistic回歸分析評估23 529名試驗者的膳食纖維攝入與非酒精性脂肪肝的相關性，通過分析證實，谷物膳食纖維能夠降低非酒精性脂肪肝的發病率。Ramin等[55]發現人體使用膳食纖維之后，膳食纖維與腸道微生物群反應，產生可調節人體精神狀況的物質，進而降低抑郁風險。由此可見，膳食纖維作為一類人體必需的營養物質，具備良好的健康功能特性[56]。探索膳食纖維、腸道菌群和人體健康之間的相關性，能夠為未來預防某些疾病提供相應的研究方向和理論依據。

4 總結和展望

膳食纖維在人體健康中發揮著重要作用，長期攝入能夠預防和緩解高血壓、結腸癌等疾病。谷物膳食纖維與動物蛋白之間存在積極的相互作用，可以添加到肉制品中，從而顯著改善肉制品的風味、乳化穩定性和營養價值。近年來，富含谷物膳食纖維的肉制品層出不窮，如蕎麥香腸、小米肉餅、莜麥肉脯等，滿足了人們對高品質肉制品的需求。國外對谷物膳食纖維的研究相對較早并且研究成果較多。科研工作者一方面應繼續探索自然界中富含膳食纖維的谷物，尋求可行的提取及改性方法，獲得更優質的原料；另一方面不斷優化膳食纖維的提取和加工工藝，降低成本，實現規模化生產。此外，谷物膳食纖維來源、性質不同，肉制品種類也各不相同，它們之間的作用機制差異很大，因此各種谷物膳食纖維在肉制品中用量和具體作用機理的研究依舊是未來研究的重點。隨著人們保健意識的增強和谷物膳食纖維研究的深入，富含谷物膳食纖維的營養健康型肉制品的市場將更加廣闊。