茶叶膳食纤维的研究与应用

袁海波

(中国农业科学院 茶叶研究所，浙江 杭州 310008)

茶叶是公认的健康饮料，受到各国人民的喜爱［1］。随着其保健和药用功能的不断揭示，茶叶在更高层次上为消费者重新认识［2－3］。茶叶含有700余种已知化合物，包括茶多酚 (25% ～35%)、茶多糖 (20% ～25%)、蛋白质 (25%% ～30%)以及26种氨基酸、50余种矿质元素和维生素等多种功能性成分［4－5］。然而人们很少注意茶叶膳食纤维［6］。目前，膳食纤维在欧美、日本等国受到普遍关注，被誉为人类第7大营养素，并将其广泛应用于食品及保健品生产中［7］。但是有关茶叶膳食纤维的研究却开展较少，且多数以粗纤维为主［8］。早在春秋时期，我国劳动人民就有食用茶叶的记载［9］，最近日本营养学家桑野和民［10］提出了从茶叶中摄取大约30%植物纤维的建议，显示茶叶膳食纤维在食品、健康等方面的实用价值。本文就茶叶膳食纤维的组成、分类及用途等相关研究作一综述，以期引起人们的重视［6］。

1 定义与分类

膳食纤维一词最早于1953年由Hipsley提出，主要用于描述不可消化类的植物组分。1972－1976年期间，Burkitt等［11］正式将膳食纤维定义为“不能被消化道酶所分解的植物细胞壁成分”。1999年11月，美国谷物化学学会将膳食纤维定义为“在人的小肠中不被消化吸收而在大肠中可以全部或部分被发酵的植物可食部分或碳水化合物类似物”［12］。

根据来源及溶解特性，膳食纤维可以分为植物性、动物性、生化合成转化型、复合型等几类［13－14］。植物性膳食纤维主要包括谷物类、水果类、蔬菜类，干豆类等［15］，典型代表有燕麦膳食纤维 (FDA于1997年认定燕麦水溶性膳食纤维能显著降低心血管疾病的发病率)［16－17］，黄豆膳食纤维 (含量约为155 g·kg－1)、冬菇 (含量高达323 g·kg－1)、 石 榴 (含 量 约 为 49 g·kg－1)等［18］;动物性膳食纤维目前仅有从虾、蟹等海类生物中提取出来的甲壳素，具有调节肠胃、排除毒素、调节血脂、抑制肿瘤等生理活性［19］。生化合成转化型主要包括抗性麦芽糊精、改性瓜儿豆胶、微晶纤维素等，因具有成分明确、纯度高、性能好等优点而成为最受欢迎的品种之一［13］。复合型膳食纤维即以多种植物性提取物为原料加工制备的膳食纤维产品，主要通过不同原料组分的有机组配、互补，达到改善体内微循环，平衡营养结构的目的。

根据溶解性不同可将膳食纤维分为水溶性和水不溶性两大类。其中，水溶性膳食纤维是一类既可溶解于水又可吸水膨胀，并能被大肠中微生物酵解的纤维物质，常存在于植物细胞液和细胞间质中，主要有果胶、植物胶、黏胶等;水溶性膳食纤维具有润肠通便，促进矿物元素和营养物质吸收等功效，被誉为膳食纤维中的“极品”，在防治心血管疾病、糖尿病、肥胖症等方面优于水不溶性膳食纤维。水不溶性膳食纤维是构成细胞壁的主要成分，主要包括纤维素、半纤维素、木质素等，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［20］。水不溶性膳食纤维同样具有特殊的保健功能，能够吸收食物中的有毒物质，预防便秘并弱化消化道中细菌排出的毒素，降低患肠癌的风险等［21］。鉴于膳食纤维在生理保健功能上的强大功效，国际相关组织提出了膳食纤维素日摄入量的推荐指标:美国防癌协会推荐标准为30～40 g·人－1·d－1，欧洲共同体食品科学委员会推荐标准为30 g·人－1·d－1，国际生命科学会专家推荐量每4 186 kJ为10 g，中国营养学会于2000年提出成年人适宜摄入量为 30.2 g·人－1·d－1［22－24］。

2 组成、含量及浸出特性

茶叶膳食纤维主要存在于茶叶的细胞壁、细胞液和细胞间质中，含量约为茶叶干物质总量的11%～38%，主要由纤维素、半纤维素、树胶、木质素、果胶和原果胶等碳水化合物类似物组成［6］，茶叶膳食纤维与茶叶糖类物质之间的关系见图1。据测定，茶叶中膳食纤维含量随地区和茶叶品类的不同而差异显著，一般黑茶、青茶中的含量要高于红茶、绿茶，粗老茶含量要高于名优茶，夏秋茶高于春茶［4］。茶叶中可溶性膳食纤维含量差异也较明显，姚立虎等［25］研究表明云南二、四、六级滇红的可溶性膳食纤维含量分别为10.7%、13.2%、15.2%，婺源一、二级珍眉和一、二级特珍则分别为10.1%、10.6%、9.7%、10.1%。茶叶可溶性膳食纤维主要包括树胶、果胶、原果胶等物质，吸水膨胀后形成凝胶体，具有粘滞性，可增加茶汤的醇厚度，使口感顺滑、回甘，韵味悠长。与其它食品性辅料混配后能在小肠粘膜表面形成一层“隔离层”，具有多重保健功效。茶叶中的水不溶性膳食纤维主要包括纤维素、半纤维素、木质素等，是茶鲜叶细胞壁的重要组成，也是支撑茶树正常生长发育的重要生理物质。茶叶水不溶性膳食纤维同广义上的茶叶粗纤维概念类似，均为不溶于水、难以被胃肠道消化吸收的碳水化合物。茶叶粗纤维的传统定义为茶叶经特定浓度的酸、碱、醇或醚等溶剂作用后的剩余残渣，处理过程中约有50%～60%的半纤维素、10%～30%的半纤维素被溶解损失掉，因此粗纤维含量要显著低于水不溶性膳食纤维(粗纤维含量约为总膳食纤维含量20% ～50%)，其组成范畴也要少于水不溶性膳食纤维。此论点也为濮荷娟和骆少君等认同［26－28］。

图1 茶叶膳食纤维组成

不同茶类的膳食纤维含量有差异，其浸出特性也不尽相同。姚立虎等研究显示，炒青绿茶、功夫红茶类的水溶性膳食纤维含量一般为10%～15%，1次冲泡浸出率约为2.5% ～4.6%，2次冲泡浸出率约为3.5% ～6.2%。相关分析表明，炒青绿茶膳食纤维浸出率与其含量呈负相关 (1次冲泡r=－0.936 4，2次冲泡 r=－0.982 1)，功夫红茶则呈正相关 (1次冲泡 r=0.850 6，2次冲泡 r=0.567 6)。通常在冲泡2～4次的情况下，饮茶可摄入的茶叶膳食纤维约为总干物量的5%～ 7%［25］。

3 生理功能

3.1 水溶性膳食纤维

控制体重、调节减肥、防止便秘［29－35］。水溶性膳食纤维具有较强的吸水和膨胀功能，能吸收相当于自身质量数倍甚至数十倍的水分，在肠胃中膨胀后形成高粘度的溶胶或凝胶，一方面可以使人产生饱腹感，对于肥胖人群具有较好的控制体重、调节减肥功效;另一方面可与其它食物混合，增加容量，形成较大粪团，增加肠道蠕动，同时凝胶有利于软化粪便，润滑肠道，继而刺激、推进排粪。

调节血脂，降低血清胆固醇和胰岛素水平。众所周知，饮茶对心脑血管疾病具有显著的防治效果，如调节脂质代谢和糖代谢，降血压、抗血栓，抑制动脉粥样硬化等。研究表明，水溶性膳食纤维可以有效控制脂肪酶活性，阻止食物脂肪消化，抑制胆固醇吸收并络合胆酸，阻止胆酸在肠内的重新吸收，从而降低血清低密度脂蛋白胆固醇，调节血脂水平，防止胆结石。同时，食用膳食纤维可有效降低餐后血糖升高幅度，改善神经末梢对胰岛素的感受性，降低血清胰岛素水平。

3.2 水不溶性膳食纤维

改善肠道代谢，促进肠道功能［36－38］。膳食纤维在胃肠道内不被消化，却能为肠道细菌所酵解，一方面降低了肠道的pH值，有益于减少毒素和致癌物的产生，另一方面能有效缩短食物茶渣，包括致癌物质通过肠腔的时间 (缩短时间约1/3)，减少了致癌物质对肠壁的作用时间，从而大大减少肠道癌和痔疮等的发病概率。

对离子和有机物的解毒作用。膳食纤维对阳离子具有较强的结合和交换能力，能吸附螯合有机化合物，阻止环境污染物侵害人体。研究发现膳食纤维对Ca、Hg、Pb、高浓度 Cu、Zn等重金属以及有机阳离子具有显著的清除能力。此外，膳食纤维能与肠道中的K、Na等离子进行交换，促使其在尿液、粪便中大量排出，从而产生降血压的作用。

4 品质指标性功能

根据茶叶中粗纤维的定义以及物质组成、含量检测等资料，茶叶粗纤维属于茶叶膳食纤维中性质较为特殊的一种。茶叶粗纤维、茶叶膳食纤维及茶叶糖类物质的关系见图2。鉴于目前茶叶粗纤维检测方法较茶叶膳食纤维、糖类物质简单、稳定、快速，从图2中可以看出茶叶粗纤维含量在一定程度上能够反映茶叶膳食纤维、糖类物质的总量。

相对于茶叶膳食纤维，人们对茶叶粗纤维已开展了较为系统的研究，主要集中在不同茶叶种类粗纤维含量的差异，粗纤维含量与鲜叶品质的相关性，粗纤维含量与成品茶等级、品质的关系等方面。研究表明，不同茶树品种、同一品种不同叶位、不同成熟度的鲜叶粗纤维含量均有显著差异，一般随着叶子成熟度和茎老化度的增加，含量逐渐增加，可作为鲜叶老嫩的判别标志，与鲜叶嫩度呈显著负相关。鲜叶级数与粗纤维含量也有显著相关性，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为粗纤维含量，x为鲜叶等级，且同一级别鲜叶，夏秋茶含量高于春茶［39－41］。

图2 茶叶膳食纤维与茶多糖的关系

茶叶中的粗纤维含量与成品茶品质之间也存在一定的相关性。据研究，茶叶粗纤维含量同绿茶、红茶的风味品质成显著的负相关。王月根、谢晓风等［42－43］对不同炒青绿茶进行研究，得出相似结论:炒青类干茶品质与粗纤维含量的相关性达－0.98以上。龙翔［44］采用通径分析研究炒青绿茶品质等级的相关指标后发现:粗纤维对茶叶品质有直接影响，其相对重要性要高于氨基酸、咖啡碱和水浸出物。黄惠华［28］发现我国四套红碎茶标准样中的粗纤维含量随着茶样级别升高而降低，呈递减规律，且均低于国际标准化组织 (ISO)规定的16.5%的上限［45］。茶叶粗纤维含量与乌龙茶、黑茶等品质也有密切关系。濮荷娟等［8］研究表明，乌龙茶鲜叶原料含有丰富的纤维素组分，加工过程中通过酶解作用使部分纤维素水解成葡萄糖，并最终转化为香气成分，是乌龙茶浓郁花果香品质特征的可能机制。王增盛等［46－47］对茯砖、普洱等代表性黑茶研究发现，茶样经过特有的“渥堆”工序处理后，粗纤维含量有不同程度的减少，可溶性糖类含量则显著增加。推测可能是茶叶中纤维素在纤维素酶的作用下，分解成糖类物质，微生物利用其作为碳源进行大量繁殖之故。Yamamishi［48］也得到相似结果，并提出了普洱茶的香气成分主要由纤维素在酶和微生物作用下转化形成的观点。此外，吕玉宪［26］对花茶级别与粗纤维含量进行幂回归分析，得到了花茶 (特种花茶除外)的品质指标方程:y=6.533 2x0.1028，r=0.679 8(y为粗纤维含量，x为花茶级别)，确定了两者间的对应关系。这一结论同张堂恒等［42，49］基本一致。

5 应用

5.1 在食品及保健品方面

强化纤维类功能食品在欧美、日本等发达国家非常盛行，应用范围日趋广泛，将其添加到面包、饼干等烘焙食品中具有吸水、保鲜、减筋、增溶作用，可以替代减筋剂使用，使制品膨松、酥脆、味道鲜美，并可起到保水、保鲜，延长货架保存期等作用;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，使制品香而不腻，味道纯正、鲜美，具有很好的黏弹性;添加到牛奶、大豆蛋白饮料、果汁饮料、果酱和各种调味酱中，可改善制品风味，降低热量;以水不溶性膳食纤维为基料配以乳化剂、增稠剂、甜味剂、香味剂等可制成各种风味独特的饮料。此外，膳食纤维还可添加于馒头、面条、冰淇淋、八宝粥等多种食品中，面粉厂亦可针对不同需求的人群，科学添加定量的膳食纤维，由此开发出多种面粉新产品。但目前在生产中应用的纤维源主要为谷物纤维、豆类种子和种皮纤维、水果和蔬菜纤维等10余种膳食纤维，茶叶作为优质的膳食纤维源尚未得到很好的开发和利用［50－53］。

此外，由于膳食纤维在通肠润便、控制体重等方面的特殊功效，近年来随着国内外对排毒养颜、减肥美容等保健方式的热衷而涌现出大量的纤维类保健品。对美容养颜类保健品而言，添加膳食纤维能改变肠内菌群的构成和代谢，刺激肠道黏膜，减少肠原性毒素被人体的吸收量，同时阻止肌体对脂肪的吸收，达到排出毒素、修复瘦身的目的。对补钙和补血类保健品而言，添加膳食纤维可促使体内产生乳酸，而乳酸可以分离溶解钙、镁、铁等矿物质，促进人体吸收［15，54］。

茶叶本身是一种传统嗜好性健康饮料，具有天然、保健、时尚等特点。我国作为世界上最大的茶叶生产国，年产量达120多万t，其中约有数十万t具有丰富纤维含量的低档茶类可用于开发系列茶叶膳食纤维食品和保健品，既能充分利用茶叶中的功能性成分，发挥茶叶健康型饮料的资源优势，又能为中低档茶开辟一条新的出路，提升其经济附加值。此外，目前我国每年因加工速溶茶粉、罐装茶水、茶浓缩汁等茶饮料以及制备茶多酚、茶多糖、咖啡碱等深加工产品而产生的茶渣约有1 000多万t，多数含有大量膳食纤维，如能科学、合理地加以提取利用，必能在获得社会经济效益的同时体现出新型茶叶纤维食品的健康价值［8］。

5.2 在制备深加工产品方面

中低档茶和茶汁浸提残留物中含有丰富的果胶、原果胶以及纤维素、半纤维素等多种碳水化合物，在特定条件下可降解为糖类物质，是很好的制备葡萄糖、酒精等化合物的原料，也是再生碳源的可靠来源之一。据前苏联研究表明，茶渣经过发酵糖化作用，其酶解产物即为葡萄糖［55］。夏黎明等［56］从人粪便中获得一株厌氧菌Clostridium butyricum-beijerinckii，该菌分泌一种胞外降解酶，可降解膳食纤维生成低聚糖，并利用该性质结合固定化细胞技术研制连续反应装置生产低聚糖，具有反应条件易于控制、可连续生产、无副反应等优点。我国科研人员利用生物技术将植物半纤维素等碳水化合物直接发酵为酒精的研究也取得了成功，并逐步进行工业化［57］。此外，通过微生物分泌的酶类对其进行降解，作为再生碳源加以利用，可以用作曲霉、青霉等微生物的培养基［58］。因此，合理利用茶叶膳食纤维中组分的多样性、丰富性，结合现代高新技术，在工业、医学、科研等领域将会有广泛的用途。

5.3 其它方面

茶叶膳食纤维中纤维素、半纤维素等成分经过特殊处理后还可用于涂料、陶瓷、医药等领域［59］。如纤维素的羧甲基化产品在水乳型涂料中可当作增稠剂、成膜剂使用，能促进产品贮存稳定，展色均匀，流变性好，有助于提高产品柔韧性和光泽;用在陶瓷坯体、釉浆和花釉丝印上可起到保水、粘结、稀释等作用，对提高陶瓷产品品质，特别是产品的釉面品质有极为明显的效果。目前，我国新研制出一种茶纤维产品［60］，是以茶叶中的多种功能性成分为原料制得的粘胶纤维，具有抗菌防臭、改善人体微循环等功能，且不含任何化学性有害物质，被称之为继竹纤维后天然纤维市场的新宠，引领了新一轮生态纺织品革命。此外，国内外学者对膳食纤维的医疗功能也开展了很多研究。Suzuki［61］研究发现，膳食纤维对慢性肾衰竭病人的保守治疗方式有一定的作用，虽然其临床效果尚未确定，但这一新思路引起很多研究者的注意和兴趣。研究发现，一些来源于动物和海藻的膳食纤维具有抗氧化性，并提出在预防癌症方面其化学清除作用同已知的物理作用同样重要。但有关茶叶膳食纤维的医疗作用的报道却较少。

6 总结与展望

自从20世纪70年代左右Trowell、Burkitt等人首次列出现代“文明病”的特征，并提出膳食纤维在对抗“文明病”方面可能存在的重要作用以来，膳食纤维的研究与开发逐渐受到世界各国的重视，营养学界、临床医学界和食品科学界相继投入大量精力进行研究，在全球范围内掀起了膳食纤维的研究热潮，并开发出多种强化膳食纤维食品、保健品及应用于医学、纺织等领域的新型复合产品。

近年来，由于原材料和制作成本的优势，我国正逐渐成为膳食纤维在全球最大的供应基地，产品销往欧美、日本、韩国等多个国家，研制出的一些新型改性膳食纤维产品品质也已达到国际先进水平，为膳食纤维的进一步开发利用提供了丰富的资源储备。随着人们越来越注重生活品质和身体健康，多类型膳食纤维功能性食品在世界各地的开发利用已成为一种不可阻挡的潮流。茶叶是世界卫生组织 (WHO)公布的六大健康饮料之首，将其用作纤维源以制备茶叶膳食纤维中间品，并作为功能性配料加工具有多种生理保健功效的终端产品，必将具有巨大的发展空间和广阔的市场前景。此外，通过有针对性地深入开展茶叶膳食纤维优质化、改性化、工业化系统研究，进一步拓宽其应用途径以及技术手段，提升经济附加值，也成为了今后茶叶膳食纤维的发展趋势之一。

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