食品工业中膳食纤维检测方案(纤维测定仪)

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发展论坛 膳食纤维及其在食品工业中的应用 刘传富 董海洲宋晓庆 侯汉学 (山东农业大学食品科学与工程学院) 【摘要】主要对膳食纤维的分类、原料加工品种生理功能、分离制备技术、测定方法、过量摄入可能的副作用、推荐的摄入量、膳食纤维的改性，同时，对其在食品工业中的应用及其研究发展方向和开发利用前景进行了综述。 【关键词】膳食纤维；食品工业；应用 中图分类号： TS202.3 文献标识码：A 文章编号：1009-1807(2001)11-0015-03 1 膳食纤维的分类及组成 1.1 膳食纤维的种类 膳食纤维(简称DF) 是一类在人体内难以被酶解消化的结构较复杂的天然大分子物质，种类较多。 根据溶解特性的不同，可将其分为水溶性膳食纤维(简称SDF) 和不溶性膳食纤维(简称IDF) 两大类。IDF是指不被人体消化道酶消化且不溶于热水的那部分膳食纤维，是构成细胞壁的主要成分，包括纤维素、半纤维素、木质素、原果胶和动物性的甲壳素和壳聚糖，其中木质素不属于多糖类，是使细胞壁保持一定韧性的芳香族碳氢化合物。SDF是指不被人体消化酶消化，但可溶于温水或热水且其水溶性又能被4倍体和乙醇再沉淀的那部分膳食纤维。主要包括存在于苹果、桔类中的果胶，植物种子中的胶，海藻中的海藻酸、卡拉胶、琼脂和微生物发酵产物黄原胶，以及人工合成的羧甲基纤维素钠盐等。 按来源分类，可将膳食纤维分为植物来源、动物来源、海藻多糖类、微生物多糖类和合成类。 植物来源的有：纤维素、半纤维素、木质素、果胶、阿拉伯胶、愈疮胶和半乳甘露聚糖等；动物来源的有：甲壳素、壳聚糖和胶原等；海藻多糖类有：海藻酸盐、卡拉胶和琼脂等；微生物多糖如黄原胶等；合成类的如羧甲基纤维素等。其中，植物体是DF的主要来源，也是研究和应用最多的一类。 1.2 制备膳食纤维的原料品种 常见的普通 DF品种有大豆、玉米麸、甜菜、小 麦、黑麦、燕麦、小麦麸、大麦麸、米糖、果皮、豌豆麸和苋属植物等纤维。另外，琼脂、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶、黄蓍胶、鹿角菜胶、藻酸盐以及黄原酸盐等在食品配方中也常见。目前在我国研究较多的品种主要集中于大豆、玉米麸、甜菜、小麦及小麦麸等几个纤维品种。 原料不同，其DF含量也有差异。用中性洗涤剂将原料中的蛋白质、淀粉和脂肪等非DF成分消化除去后，分别测得它们的DF含量(见表1)。通常，多数原料中的半纤维素含量普遍高于纤维素，还含有一定量的果胶，其中以水果皮中的含量比较高。 表1 不同原料中膳食纤维的含量(%) 原料 总量 纤维素 半纤维素 木质素 米糠 92 29 47 16 玉米皮 93 25 48 20 小麦麸 97 24 62 11 稻壳 59 32 12 15 苹果渣 95 47 39 9 胡萝卜干渣 76 55 9 12 甜菜渣 52 25 22 5 豆渣 54 20 33 1 膳食纤维的功能 2.1 防治结肠癌 DF主要通过以下方式有效地防治结肠癌的发生。 ①减少次生胆汁酸的产生。②抑制腐生菌的生长。③减少致癌物与结肠接触机会。④产生丁酸。。⑤清除自由基。 2.2 防治高血压、心脏病和动脉硬化 DF能降低血清和肝中的胆固醇，从而防治高血压、心脏病和动脉硬化。 2.3 防治糖尿病 DF能减少血浆葡萄糖含量，从而降低对胰岛素的要求，达到治疗糖尿病的目的。 2.4 清除外源有害物质 一些环境污染物质摄入人体后， DF能将其清除，目前已报道的有NO，和镉。最近有人发现，麦麸DF对 Hg、Pb、Ca和高浓度的 Cu、Zn 都具有清除能力，可使它们的浓度由中等水平达到安全水平。 2.5治疗肥胖症 DF能取代食物中一部分营养成分的数量，而使食物总摄入量减少；其次由于增加了咀嚼，延缓了进食速度。由于对胃的填充作用而产生饱腹感；同时减少了对脂肪的吸收率。 膳食纤维的分离制备技术 DF的分离制备方法大致可分为4类：粗分离法、化学分析法、膜分离法及化学试剂和酶结合分离法。 ①粗分离法。悬浮法和气流分级法可作为粗分离法的代表。这类方法得到的产品不纯净，适合于原料的预处理。 ②化学分离方法。化学分离方法是指将粗产品或原料干燥、磨碎后，采用化学试剂提取而制备各种DF的方法，以碱法应用较普遍。 ③膜分离法。该法能通过改变膜的分子截留量制备不同分子量的 DF， 且能实现工业化生产，它将是分离 SDF最有前途的方法。 ④化学试剂和酶结合分离法。采用质量法和单组分分析法制备的 DF 还含有少量的蛋白质和淀粉，要制备极纯净的DF，必须结合酶处理。 4 膳食纤维的测定 ①质量法。质量法又可分为粗纤维法、中性洗涤纤维法、酸性洗涤纤维法和酶法。前3种分别只能测定某些特定成分，因而都造成测定结果偏低。 质量法中目前应用较多的是酶法。其基本过程是按化学试剂和酶结合分离法制备 SDF和 IDF， 然后烘干称其质量。不过，操作过程中如果酶水解淀粉和蛋白质不彻底，结果会偏高。 ②单组分分析法。制备DF后，采用特定的酶将之水解成单糖，然后采用气、液相色谱测定的方法即为单组分分析法。该法难度大，耗时多，但它能提供单糖组成的详细数据，对了解不同类型膳食纤维生理作用的差异有指导意义。 5过量摄入膳食纤维可能造成的副作用 ①束缚 Ca和一些微量元素。许多 DF 对 Ca、Cu、Zn、Fe、Mn等金属离子都有不同程度的束缚作 用，不过，是否影响矿物元素代谢还有争论。 ②束缚人体对维生素的吸收和利用。研究表明，果胶、树胶和大麦、小麦、燕麦、羽扇豆等的DF对VA、VE和胡罗卜素都有不同程度的束缚能力，可见，DF对脂溶性维生素的有效性有一定影响。 ③引起不良生理反应。过量摄入DF，尤其是摄入凝胶性强的 SDF， 如瓜尔豆胶等会有腹胀、大便次数减少、便秘等副作用。 另外过量摄入DF也可能影响到人体对其它营养物质的吸收。如 DF 会对氮代谢和生物利用率产生一些影响，但损失量很少，在营养上几乎未起很大作用。总的来说，各种不同 DF 具有不同的功能或同时具有多种功能。因此，DF可被广泛应用于各类食品中以改善食品营养和功能。 6 膳食纤维的推荐摄入量 鉴于 DF对人体有利的一面，过量摄入也可能有副作用，为此许多科学工作者对DF 的合理摄入量进行了大量细致的研究。研究结果表明，对一般健康人来说， DF的合理摄入量为每人每天20~35g，但对患病者来说剂量一般都有所加大。DF生理功能的显著性与 DF中 SDF和 IDF的比例有很大关系。合理的SDF和 IDF的比例大约是13。 7 膳食纤维的改性处理 常见的 DF 改性处理方法有化学处理法和机械降解处理法。 化学处理是采用化学试剂，控制适当pH值、温度和反应时间，使糖苷键断裂产生新的还原性末端，使纤维类大分子的聚合度下降，部分转化成非消化性的可溶性多糖。但在实际中该法采用较少。 机械降解处理通常采用挤压手段，使物料在挤压机筒内受到强烈剪切作用后，纤维类大分子部分转化为非消化性的可溶性多糖。 国内的 DF 改性现也多采用挤压蒸煮法。研究发现，挤压前后 SDF与 IDF量的变化与选择的挤压机类型、条件及分析方法有很大关系，在挤压机类型确定时通常影响挤压效果的主要因素有：螺杆转速、进料水分、进料速度、挤压温度及pH值等。 8 膳食纤维在食品工业中的应用 ①在焙烤食品中的应用。DF 在焙烤食品中的应用比较广泛。丹麦自1981年就开始生产高DF面包， 并逐渐增加其品种。同样， DF 还可用于生产饼干、蛋糕、桃酥、番饼、罗汉饼等焙烤食品，用量一般为面粉含量的5%~10%，如其用量超过10%，将使面团醒发速度减慢。因 DF吸水性特强，故配料时应适当增加水量。 ②在主食食品中的应用。DF可用于制做馒头、面条等主食。馒头中加入面粉量6%的DF，成品颜色及味道如同全麦粉做成的馒头，并且有特殊香味，口感良好，无发干和粗糙之感。面条中加入5%的DF， 面条煮熟后其强度反而增加，韧性良好，耐煮耐泡，比普通面条更为清爽，口味正常。 3在制粉业中的应用。利用特殊加工工艺，含麸量达50%~60%的麸质面粉，适口性稍差于精白粉，但蛋白质含量、热量优于精白粉，粗脂肪低于精白粉，面粉质地疏松，可消化的蛋白量优于精白粉。国内市场仍处于开发和起步阶段。 4在制糖业中的开发应用。采用酶法生产工艺生产双歧杆菌的增殖因子——低聚糖，对双歧杆菌增殖效果明显，生产成本低，低热值，用途广，可实现工业化生产。 ⑤在馅料、汤料食品中的应用。为了改变DF面食制品中外观质量，人们将 DF 与焦糖色素、动植物油脂、山梨酸、水溶性维生素、微量元素等营养成分以及木糖醇、甜菊甙等甜味剂混合后，加热制成 DF馅料，可用于牛肉馅饼、点心馅、汉堡包等面食制品，效果较好。此外，也可在普通汤料中加入1%的DF后一同食用，同样能达到补充 DF 之目的。 6在油炸食品中的应用。取豆渣 DF1kg， 加水0.5kg， 淀粉 5kg， 混匀后蒸煮 30min， 再加入食盐90g、糖100g、咖喱粉 50g， 混匀并成型，干燥至含水量15%左右，油炸后得油炸 DF 点心。也可在丸子中加入30%DF， 混匀，油炸制成油炸丸子或油条。 ②在饮料制品中的应用。DF饮料于10年前就已盛行欧洲，并于1988年风靡美国。日本养禾多、大家制药和雪印等公司从1986年起先后推出了 DF饮米或酸奶，每100g饮料含2.5~3.8gDF，其销量势头良好。台湾多家食品公司也陆续生产出DF饮料，并在台湾饮料市场上异军突起。此外，也可将DF用乳酸杆菌发酵处理后制成乳清饮料。 ⑧在果酱、果冻食品中的应用。此类食品主要添加SDF果胶，所用果蔬原料主要是苹果、山楂、桃、杏、香蕉和胡萝卜等。 ⑨在其他食品中的应用。除上述应用之外， DF 还可用于快餐、膨化食品、糖果、酸奶、肉类、罐头、食品及其他一些功能保健性方便食品。 9 膳食纤维的研究发展方向 ①膳食纤维对人体生理机能的影响。由前面的讨论可知，某些DF 具有抗氧化能力和自由基清除活性，那么， DF所含的这些活性成分是否能为肠道微生物释放出来，它们是否会进入血液循环对人体生理过程产生影响，都值得进一步研究。 ②膳食纤维解毒机理及能力的研究。研究表明，DF可以作为某些环境污染物质最后的屏障，防止它们最终侵害人体。那么，我们必须弄清 DF 的作用机理，对哪些有毒物质具有清除能力，并建立一些定量指标体系，从而建立科学的食品配方或药物配方。 ③膳食纤维各组分的化学结构与抗癌能力关系的研究。DF的不同组份在抗癌作用的能力、作用方式和致癌不同部位的影响能力等方面显示着较大的差异。组成DF的各成分的化学性质，存在状态和组合以及在人类膳食中的配比等都有待于深入研究。 ④加强膳食纤维改性研究。DF经过适当的改性后，能增加生物活性。改性方法须进一步探索。 ⑤完善膳食纤维的工业化制备方法。目前 DF的制备还停留在实验室规模，对活性更高的 SDF的制备更是如此，虽然已注入了膜分离方法，但并未完全确定其操作参数。 10 结论 综上所述， DF是一种资源丰富并有多种生理功能的多糖类物质，它们对预防某些疾病和保障人体健康起着极其重要的作用，是一类比较理想的功能性保健食品原料。因此，一些发达的国家中十分重视DlF资源的开发利用。但在我国，此方面的研究进展还比较缓慢，而且随着人们生活水平的不断提高，精细食品种类逐渐增加， DF的摄入量正日趋降低。由此可见，充分开发利用国内巨大的 DF资源，使其变废为宝，并为食品工业提供优质原料，这为改善人们的膳食结构，提高全民的健康水平，是大有必要。 ( 收稿日期：2001-08-06 ) ( 作者简介：刘传富(1962-)，男，山东东平人，山东农业大学食品科学与工程学院实验师，主要从事粮油加工工艺的研究与开发推广。 ) ( 通讯地址：(271018 8 )山东省泰安市 ) China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net 主要对膳食纤维的分类、原料加工品种生理功能、分离制备技术、测定方法、过量摄入可能的副作用、推荐的摄入量、膳食纤维的改性 ,同时 ,对其在食品工业中的应用及其研究发展方向和开发利用前景进行了综述。