膳食纤维提取工艺及在食品工业中的应用进展

张欢欢 高飞虎 张玲 张雪梅 李雪 梁叶星

摘 要 简要介绍了膳食纤维的定义、分类、生理功能，系统地阐述了膳食纤维的提取工艺，以及其在食品工业中的应用。

关键词 膳食纤维；提取工艺；食品工业；应用

中图分类号：TS201.2 文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.1.023

随着公众物质条件的不断提升，在饮食方面有了更多的选择，相应的习惯也与以往大不相同，营养摄入不均衡与膳食纤维摄入量不足的情况在许多城市都已显现，并且愈演愈烈，其表现为高血脂、糖尿病、动脉硬化和冠心病的发病率在老年人群中较普遍，在中青年人群中也呈逐年上升的趋势，此类所谓的“富贵病”对公众的健康造成了极大威胁。所以，针对膳食纤维展开探究是一项极具实际价值的活动。本文对国内外提取膳食纤维的基础工艺及其在食品中的运用等方面的研究进展进行综述，目的在于为工业化生产及后续的探究活动提供有效参考。

1 膳食纤维简介

膳食纤维是指可以对抗人体小肠消化吸收，能够在大肠内发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相似物的整体统称。按照其溶解的特殊属性可分成2类，即可溶性（SDF）膳食纤维与不溶性（IDF）膳食纤维。其中，前者涵盖了树胶、果胶、黏胶以及部分半纤维素，主要来源于豆类、水果、燕麦、魔芋等；后者涵盖了木质素、纤维素以及部分半纤维素，主要出自于含有大量高膳食纤维的叶类蔬菜和全谷物。膳食纤维可以对血糖及血脂水平进行调整，从而有利于糖尿病及心血管病的有效预防[1-4]，同时还具有控制体重、预防肥胖[5-6]、改善胃肠道功能、预防胃肠道疾病[7]、抗癌[8-9]等生理功能。除此之外，膳食纤维还经常被用于食品领域，起到对食品的加工特性、质量以及外观等加以改善的作用。

2 膳食纤维提取工艺的研究进展

由于原料及产品的特性各不相同，所以在对膳食纤维进行提取时选用的方式也各不一样，以下就现阶段使用频率较高的方法展开阐述。

2.1 化学法

化学法指的是先把原料进行干燥及磨碎，而后借助化学试剂（酸、碱等）对膳食纤维加以提取的方法，常见的有酸法、水提法及碱法等。戴余军等[10]在对菠萝皮里的SDF进行提取的时候选用了碱法，借助单因素及正交试验确定了最优工艺，即料液比为1∶20、浸提液pH 12、浸提温度及时间为80 ℃和90 min，在此条件下，SDF得率为23.58%。李泽珍等[11]选用的原料为红薯渣，借助碱化学法提取IDF，对最优工艺进行了明确，即料液比为1∶6，碱浓度为10.0 g·L-1，提取温度为75 ℃，提取时间45 min，在此条件下，IDF提取率可达70.25%。张怡等[12]选用的原材料是干红辣椒渣，借助酸提醇沉法获取SDF，并将果胶得率视作判定参数，由响应面试验对最优工艺进行了明确，即料液质量体积比为1∶15，pH 1.48，提取温度86.5 ℃，提取时间3.5 h，此时果胶得率（12.74±0.03）%。

2.2 酶法

酶法是借助多类酶将原料里所具有的脂肪、蛋白质以及淀粉等物质一一清除，从而得到膳食纤维的方式，譬如蛋白酶、半纤维素酶等，其优势在于可以获得比较纯净的膳食纤维。李建周等[13]选择使用豆渣，借助酶法来提取其中的IDF，由单因素以及正交实验明确了相应的最优工艺，即蛋白酶、α-淀粉酶以及糖化酶的酶解温度分别为50 ℃、70 ℃、50 ℃，时间分别为5 h、1 h、30 min，用量分别为25 mg·g-1、6 mg·g-1与5 mg·g-1，在此条件下，提取率可达80.13%。李可等[14]选用的原料是亚麻籽粕，借助碱性蛋白酶来获取IDF，由单因素以及响应面优化试验得出了最优工艺，即料液比1∶20、酶解温度55 ℃、时间4 h、加酶量9%，在此条件下，IDF得率为52.05%。

2.3 酶—化学结合法

酶—化学结合法指的是在通过化学试剂处理的同时，对膳食纤维中的其他杂质加以降解，主要借助多类酶来完成，譬如蛋白酶、α-淀粉酶等，以制得高纯度膳食纤维的方法。 刘德讲等[15]选取的原料是燕麦加工品的余渣，得出了酶—碱结合法制作燕麦麸膳食纤维的最优工艺，即料水比1∶10，α-淀粉酶添加量1.5%，溶液pH 6.5，65 ℃条件下酶解30 min，酶解液加3%浓度为1 mol·L-1的NaOH溶液，置于60 ℃环境中进行40 min的碱解。王顺民等[16]以菜籽皮为原料获取SDF，由单因素以及响应面试验得出酶—化学法获取膳食纖维的最优工艺，即纤维素酶使用量为0.4%，酶解时间为60 min，碱解pH 13.0，碱解时间及温度为1 h与70 ℃，在此条件下制备的SDF得率为7.18%。

2.4 微生物发酵法

具体指的是在发酵原料的时候选用适宜的菌种，譬如保加利亚乳杆菌等，从而使淀粉及蛋白质等被逐渐消耗掉，而后水洗使其变为中性，再通过干燥之后获取膳食纤维的方式。吴德智等[17]借助嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌的混合物（两者比例为1∶1）通过发酵法对葛根渣里的膳食纤维进行获取，由单因素以及响应面法得出最优工艺，即接种量5%、发酵温度35 ℃、时间23.5 h，在此条件下制备的膳食纤维得率为（79.2±0.21）%。蒋丽等[18]借助绿色木霉与乳酸菌通过微生物发酵法对柠檬果渣里的膳食纤维进行提取，得出最优工艺，即底物pH 5.0、接种量6%、发酵时间及温度为50 h和 34 ℃，此条件下产品的膳食纤维含量为88.3%。

2.5 膜分离法

此方法属于生化分离技术，使用的时间相对较短，可借助膜的选择渗透功能依照分子量之间的大小区别，在外界能量或者化学位差的促使下完成分离纯化。然而此法却无法制作IDF，同时在设施方面的标准更为严苛[19]。王世清等[20]借助超滤膜对花生壳中的SDF进行分离纯化，试验显示，选用PS-30聚砜膜，在压力为0.08 MPa、料液比（g∶mL）为1∶75、温度为30 ℃时，成效最佳，可获取67.56%的SDF提取率。

3 膳食纤维在食品工业中的应用

3.1 在面制品中的应用

相较而言，面制品中对于膳食纤维的运用更为普遍，在蛋糕、面包、饼干等当中将其加入，可使持水力得以提升，吸收到诸多水分，从而使商品凝固度及新鲜度更胜一筹，并且还可以减小成本；将其加进馒头当中，可以使成品的口感及颜色更佳，同时具有较为特别的香味；将其加进面条里，可使面条具有较佳的韧性，但颜色较深，不易被消费者接受。Delahaye等[21]在比萨面团里加入高膳食纤维（26%）稳定的米糠粉，用以混合焙烤，得出的成品口感甚佳。Aravind等[22]针对IDF对意大利面的感官、構造及作用特性展开深度探究，发现在膳食纤维加入量为10%时，面条的质量基本无太大的变化，但是抗氧化能力却有一定的提升，当添加量超过30%，面条的色泽和感官特性均不理想。

3.2 在高纤维饮料中的应用

膳食纤维可以应用在各种高纤维饮料中，包括固体饮料（速溶咖啡、麦片等）、运动饮料、植物蛋白饮料和果汁等各种功能性饮料，其能够使饮料的分散性、稳定性以及冲调性得以提升。徐立伟等[23]将米糠膳食纤维处理后添加到胡萝卜饮料中，结果表明，在饮料中可加入一定比例的米糠膳食纤维，适度的添加能够使饮料的品质变得更佳，但是应以8%为最高限。

3.3 在乳制品中的应用

膳食纤维能够充当活性菌的营养源头，如果在乳制品中将其加入，那么则能够使商品的有效期增加，并且味道更加突出。Hashim等[24]在酸奶里加入枣椰子膳食纤维，剖析前者出现的变化，结果显示当加入3%的后者之后，前者的甜度、酸度以及可接受度等都和普通酸奶基本相同，而且对健康更为有利。

3.4 在肉制品中的应用

通过大豆、燕麦以及甘薯等获取的膳食纤维可充当脂肪代替品在火腿肠、肉松等肉糜制品中加入，能够使成品的脂肪含量更少、膳食纤维及蛋白含量变高，具有良好的保健作用。Galanakis等[25]在多次探究之后指出可在低脂肉丸中加入胡萝卜纤维及源自于橄榄油废液里的SDF，后者是比较适合的脂肪替代品。

4 结语

膳食纤维能够从多类原料当中获取，经济性较佳，而且对于人体健康十分有利，所以运用及发展的空间极为广阔。相对来说，国外在此方面的研究早于我国，而且已经获取了诸多成果。我国与其相差甚远，相关的研究基本上依旧停滞于实验室阶段，而市场当中的相应产品数量及种类都不够丰富。所以，我国还需针对该领域加大探究力度，通过顶层统筹、统一规划以及合作联结，打造出膳食纤维多类型生产的重点企业，使公众的选择更具多样性，膳食结构得以均衡。

参考文献：

[1] Post R E， Mainous A G， King D E， et al. Dietary fiber for the treatment of type 2 diabetes mellitus： a meta-analysis[J].Journal of the American Board of Family Medicine，2012，25（1）：16-23.

[2] Wolfram T， Ismail-Beigi F.Efficacy of high-fiber diets in the management of type 2 diabetes mellitus[J].Endocrine practice，2011，17（1）：132-142.

[3] Theuwissen E， Mensink R P.Water-soluble dietary fibers and cardiovascular disease[J].Physiology & Behavior，2008，94（2）：285-292.

[4] Cheng H H， Lai M H.Fermentation of Resistant Rice Starch Produces Propionate Reducing Serum and Hepatic Cholesterol in Rats[J].Journal of Nutrition， 2000，130（8）：1991-1995.

[5] Islam A， Civitarese A E， Hesslink R L， et al.Viscous dietary fiber reduces adiposity and plasma leptin and increases muscle expression of fat oxidation genes in rats [J].Obesity，2012，20（2）：349-355.

[6] Du H， Van der A D L， Boshuizen H C， et al.Dietary fiber and subsequent changes in body weight and waist circumference in European men and women[J].American Journal of Clinical Nutrition，2010，91（2）：329-336.

[7] Brownlee I A.The physiological roles of dietary fibre[J].Food Hydrocolloids， 2011，25（2）：238-250.

[8] Hansen L， Skeie G， Landberg R， et al.Intake of dietary fiber， especially from cereal foods，is associated with lower incidence of colon cancer in the HELGA cohort[J].International Journal of Cancer，2012，131（2）：469-478.

[9] Li Q， Holford T R， Zhang Y， et al.Dietary fiber intake and risk of breast cancer by menopausal and estrogen receptor status[J].European Journal of Nutrition，2013，52（1）：217-223.

[10] 戴余军，石会军，李长春，等.菠蘿皮可溶性膳食纤维碱法提取工艺的优化[J].湖北农业科学，2014，53（6）：1398-1401.

[11] 李泽珍，狄建兵，李治.红薯渣中不溶性膳食纤维提取工艺的优化[J].山西农业大学学报，2016，36（9）：673-677.

[12] 张怡，卢俏，刘亚明，等.响应面法优化辣椒渣水溶性膳食纤维提取工艺的研究[J].中国调味品，2016，41（8）：77-81.

[13] 李建周，陈晓华，罗思诗.豆渣中水不溶性膳食纤维的提取及性质研究[J].食品研究与开发，2017，38（7）：29-33.

[14] 李可，侯伟伟，秦娜娜，等.响应面法优化亚麻籽粕不溶性膳食纤维提取工艺[J].新疆农业科学，2013，50（3）：490-498.

[15] 刘德讲，郑晓吉，朱丽莉.燕麦麸膳食纤维提取工艺的研究[J].保鲜与加工，2013，13（3）：37-41.

[16] 王顺民，汤斌，余建斌，等.响应面法优化菜籽皮可溶性膳食纤维提取工艺[J].中国粮油学报，2011，26（9）：98-103.

[17] 吴德智，郭伟，甘贵方，等.发酵法制备葛根渣膳食纤维及其酥性饼干的研制[J].食品与发酵工业，2017，43（7）：146-151.

[18] 蒋丽，雷激.发酵法从柠檬果渣中制备膳食纤维的研究[J].中国酿造，2016，35（3）：133-136.

[19] 符琼，林亲录，鲁娜，等.膳食纤维提取的研究进展[J].中国食物与营养，2010（3）：32-35.

[20] 王世清，于丽娜，杨庆利，等.超滤膜分离纯化花生壳中水溶性膳食纤维[J].农业工程学报，2012，28（3）：278-282.

[21] Emperatriz Pacheco de Delahaye， Paula Jiménez， Elevina Pérez. Effect of enrichment with high content dietary fiber stabilized rice bran flour on chemical and functional properties of storage frozen pizzas[J].Journal of Food Engineering，2005，68（1）：1-7.

[22] Aravind N， Sissons M， Egan N， et al. Effect of insoluble dietary fibre addition on technological， sensory， and structural properties of durum wheat spaghetti[J].Food Chemistry，2012，130（2）：299-309.

[23] 徐立伟，张锐，张良辰.米糠饼粕膳食纤维在胡萝卜饮料中的应用[J].新农业，2016（17）：37-39.

[24] Hashim I B， Khalil A H， Afifi H S. Quality characteristics and consumer acceptance of yogurt fortified with date fiber[J].Journal of Dairy Science，2009，92（11）：5403-5407.

[25] Galanakis C M， Tornberg E， Gekas V. Dietary fiber suspensions from olive mill wastewater as potential fat replacements in meatballs[J].LWT-Food Science and Technology，2010，43（7）：1018-1025.

（责任编辑：敬廷桃）