膳食纤维的功能特性及在饼干中的研究进展

刘 悦，张国治*，张康逸

（1.河南工业大学粮油食品学院，郑州450001；2.河南省农业科学院农副产品加工研究中心，郑州 450002）

膳食纤维是一种能抗人体小肠消化吸收，在大肠能部分或全部发酵的植物性可食用成分，以及以多糖类为主的大分子物质的总称，被称为“第七营养素”，主要包括纤维素、半纤维素、果胶和木质素[1]。研究表明，膳食纤维对预防和缓解便秘、糖尿病、结肠癌、肥胖、中风及高血压等有重要作用[2-3]，在居民膳食结构、功能性食品和临床学上越来越受到重视。另外，膳食纤维还具有高粘度和高水合作用的物理特性，对烘焙食品的加工过程具有重要影响[4]。

饼干是一种便于携带、吃起来有一定的饱腹感的休闲食品，同时它良好的营养品质、低廉的成本都使其成为消费者中最受欢迎的烘焙食品之一[5]。无论是酥性饼干还是韧性饼干，其内部都含有糖类、膳食纤维和脂肪等，它们之间的相互作用，不仅维持饼干的风味，并且降低其最终含水量从而增长货架期[6]。脂肪和糖类是饼干产生良好风味的主要原因：不仅为产品提供酥性、丰富和嫩度，而且可以改善其风味和口感[7]。然而，长时间摄入高脂高糖食品会使人患病的几率大大增加，所以，消费者越来越意识到饮食与健康之间的联系。

目前研究表明我国人均膳食纤维的摄入量严重不足，并且随着食品精加工水平的提高呈逐步下降的趋势[8]。因此，研制一种膳食纤维含量高的饼干，将其作为减肥一类食品并且辅助治疗疾病是工业化生产饼干的一个重点研究方向。

1 膳食纤维的分类

在早期的营养素研究中，由于膳食纤维具有不被胃肠道吸收且不产生能量的特点，曾被定义为一种“无营养物质”[9]。近年来随着深入研究的增多，越来越多的研究证实膳食纤维摄入与人体健康密切相关。目前，被普遍接受的是国际食品法典委员会(CAC)讨论并提出的膳食纤维定义，即膳食纤维是指具有10个或更多单体单位的碳水化合物聚合物，具有特定生理学效应[10]。

膳食纤维主要可分为三类：非淀粉多糖或低聚糖；碳水化合物类似物；木质素类似物及复合物[11]。根据物化性质的不同，膳食纤维亦可根据其水溶性的差异分为以下两大类：不溶性膳食纤维（IDF）和水溶性膳食纤维 （SDF），其主要来源和成分如表1所示。

表1[12] 膳食纤维分类

目前膳食纤维已成为国内外食品工业领域的研究热点，由于各国饮食习惯的差异，我国大多研究不同种类膳食纤维的优化及其制备、提取，但将其添加于食品产品中的应用还不够完善，而国外学者对其功能特性的研究更加成熟。所以，在今后的科研创新及工业化生产中，可将提取出的食品加工副产物膳食纤维加以利用，将其与烘焙食品相结合，研制新的保健食品。

2 膳食纤维的功能特性

2.1 膳食纤维的生理功能

膳食纤维对人体健康至关重要，主要是因为膳食纤维具有以下的生理功能：通便防癌、降低胆固醇、降低血糖、吸附某些食物中的化学物质等。

2.1.1 预防肥胖症

膳食纤维具有吸水膨胀性，易产生饱腹感而减少人们对其他食物的摄入[13]；通过影响蛋白质、脂肪等消化酶的活性，减少人体对这些物质吸收；将脂肪吸附并排出体外，减少人体对脂肪的吸收[14-15]，预防肥胖。

2.1.2 改善肠道菌群及缓解便秘

膳食纤维可被肠道微生物降解，促进肠道有益菌的生长繁殖，为肠道有益菌群生长提供所需的代谢底物和良好的生存环境，增强人体免疫力、保护肝脏[16]。此外，膳食纤维被大肠内的细菌发酵降解后，产生气体和大量短链脂肪酸，这些酸类物质会使酸度和粪便量增加，加速肠内粪便排出，起到预防便秘的作用[17-18]。

2.1.3 降血压及胆固醇

膳食纤维中的酸性多糖，具有较强的阳离子交换能力，在消化道内形成缓冲环境；膳食纤维与肠道中的钠离子和钾离子交换，降低钠钾比，起到降血压作用[16]；膳食纤维可加快脂肪通过肠道的速度，延缓或抑制胆固醇在淋巴中的吸收；同时吸附代谢产物，降低消化产物分子团的溶解，消耗更多胆固醇，从而降低胆固醇含量[19]。

2.1.4 其它生理功能

可溶性膳食纤维吸水后可增加肠道黏度，降低胃排空速度，减少人体对葡萄糖的吸收和对胰岛素需求，对于降血糖及改善糖尿病症状具有积极的作用[20]。温兆霞等[21]研究显示膳食纤维能吸附体内的游离型雌激素，起到预防乳腺癌的作用；Satija等[22]研究发现经常摄入谷物膳食纤维能改善心血管机能，减少心血管疾病的发生；此外，膳食纤维的缺乏还与胆结石、阑尾炎、肾结石、十二指肠溃疡和溃疡性结肠炎等疾病的产生有很大的关系[23-24]。

2.2 膳食纤维的理化特性

膳食纤维的理化特性主要包括吸水性、持水力、膨胀力、吸附作用、离子交换能力、溶解性、粘性及流变学特性等。

2.2.1 水合作用

由于膳食纤维具有多孔的结构，化学结构中含有许多亲水基团，吸水膨胀能力较强，所以具有较强的水合作用[25]。一般以持水力和膨胀率等指标来衡量其水合能力。由于提取的膳食纤维原料的不同其性质具有一定差异，一般吸水后重量为自身重量的1.5～25.0倍，其中自身果胶含量高的吸水性较强[26]。提高膳食纤维的持水力有利于排便，起到预防结肠癌、预防便秘、痔疮等肠道疾病的作用[27]。

2.2.2 吸附作用

膳食纤维分子表面含有很多活性基团，可以吸附其它的分子。不仅可以吸附油脂，提供香气，还可螯合有机化合物。Lin等[16]通过酶水解和冻干法获得麦麸膳食纤维并测量吸附能力，结果表明不溶性膳食纤维对亚硝酸盐有很强结合能力，可缓解亚硝酸盐引起的中毒。

2.2.3 离子交换能力

膳食纤维化学结构中所包含的各种基团，呈现弱酸性阳离子交换作用。其化学结构中含有羧基和羟基类等活性基团，可与Ca2+、Zn2+、Pb2+等阳离子交换，且优先交换Pb2+等有害离子，使其排出；还可与有机阳离子进行可逆的交换[16]。同时还能降低血液中钠离子和钾离子的比值，起到降血压的作用[28]。此外，完全发酵后产生的短链脂肪酸，可以促进人体对矿物质的吸收[29]。

2.2.4 溶解性和黏性

膳食纤维的溶解性主要是由其特殊的有序和无序结构的稳定性所决定的。结构越不规则，溶解性越好[30]。膳食纤维的黏性主要是由物质化学结构、温度、溶剂和浓度所决定的。在胃肠道中，可增加内容物的黏度，形成胶基层，延缓和减少对胆固醇、胆汁酸、葡萄糖等物质的吸收[31]。

2.2.5 流变学特性

研究表明，由于不同膳食纤维具有水溶性的差异，导致其流变学特性差异也很大。因为提取膳食纤维的工艺多种多样，造成其（SDF/IDF）的比例不同，从而膳食纤维的营养价值及代谢特性大有不同。所以在生产过程中，倾向于采用高压均质、挤压蒸煮、发酵或酶处理等方法制备，改善膳食纤维的理化特性，通过对制备出的膳食纤维进行改性，增强其在食品领域中的应用。

3 膳食纤维对面团质构特性的影响

迄今为止，有关膳食纤维对面团流变学特性及面食制品品质影响方面的研究较多，但结论不一，原因可能是膳食纤维的添加量、基本特性、来源及实验方法不同所致。

3.1 添加量不同

添加到面团内的膳食纤维依据其高持水性，及内部的酚酸活性双键与面筋蛋白的相互作用，形成一个更大分子更稳定的面筋网络结构，从而增加面团拉伸比。同时膳食纤维可依靠主链间的非共价键形成具有一定粘弹性的凝胶网络结构，添加后有效改善面团的硬度、粘性、内聚性等质构特性。

陶颜娟等[32]和Sudha等[33]研究结果显示，添加膳食纤维可增加面团吸水率、形成时间和面团拉伸比，降低面团延展性。Peressini[34研究结果显示，添加膳食纤维可延长和面时间与稳定时间，降低吸水率。姜燕等[35]添加可溶性膳食纤维后与空白对照，面团的拉伸长度、弹性、粘性和内聚性变好，而硬度变小，形成良好的质构。张华等[36]研究表明，随膳食纤维添加量的增加，面团稳定时间呈先上升、后下降趋势。

Yadav等[37]表明，添加膳食纤维会降低面包的粘附性、咀嚼性，口感变差。Garófalo等[38]认为添加膳食纤维能显著增加面包体积，促进面团产气。

3.2 基本特性及来源不同

适当添加可溶解性膳食纤维对面团的面筋网络的形成有一定的促进作用；添加不同种类或不同筋力的可溶性膳食纤维，如谷物类、大豆类和小麦等，不仅可以有效增长峰值时间，提供足够的筋力形成面筋网络结构，较好保持内部产生的二氧化碳气体，形成良好的组织结构和纹理，还可以增加焙烤过程中的耐热性，所得成品呈现更好的感官性状。

豆康宁等[39]研究认为，不同溶解性的膳食纤维对面团流变学特性的影响不同，不溶性小麦膳食纤维对面团面筋具有恶化作用，而可溶性小麦膳食纤维对面团面筋具有改良作用。陈建省等[40]研究表明，谷物类可溶性膳食纤维能降低面团的峰值高度、8min尾高、峰值面积，增加峰值时间和8 min带宽。姜小苓等[41]表明不同筋力小麦的膳食纤维改变了面团和糊化凝胶体系的微观结构，增加面团的致密性，降低凝胶结构的均匀性。

4 膳食纤维在饼干中的应用

焙烤食品中加入的膳食纤维种类多种多样，如：麦麸膳食纤维、玉米膳食纤维、大豆膳食纤维、微晶膳食纤维等。

在制作西点时加入适量的膳食纤维不仅可以提高营养价值、降低热量，还可以提高面粉的吸水性，继而使产品更加松软，在储藏的过程中不易变干、变硬，并且延长产品的货架期[42]。膳食纤维添加到饼干等面食中，在一定程度上可改善产品的质构和感官品质，同时提高产品营养价值；不同的食品适宜添加的膳食纤维种类和颗粒大小也各不相同，应视实际情况挑选合适的纤维，有资料显示添加多种膳食纤维的效果比单一膳食纤维好，粉末更细的比粗的好。

4.1 谷物类饼干

在中国具有代表性的一种谷物类膳食纤维即为麦麸膳食纤维。麦麸膳食纤维凭借其侧链上的羧基、羟基等活性基团和良好的水合性质与面团中的水发生相互作用，减少淀粉和蛋白质与水的结合，从而影响面筋蛋白网络结构，可以得到致密性好和稳定的面团。麦麸膳食纤维在面制品的适宜添加量一般为3%～6%[43]。因此加入不同种类膳食纤维的焙烤食品在感官品质及货架期等方面都有着不小的优势。

大豆膳食纤维可以促进淀粉糊化，增强耐热稳定性与贮藏稳定性[44]。玉米、麸皮的纤维素具有特殊的香味，用于焙烤食品可以提高食品的香味，而且食品的口感呈中性、味道可口，且营养丰富。

饼干中加入麦麸膳食纤维可以使体积变大，提高制品的持水力，使其松软可口，蓬松细腻。陈凤莲等[45]利用麦麸膳食纤维制作饼干，结果表明，面粉中添加20%的小麦麸皮粉可以制得口味纯正、口感舒适的营养型饼干。刘松涛等[46]利用麦麸、豆渣中含有的高纤维，将五种粗粮结合在一起，利用谷朊粉作面团改良剂，复配出产品膳食纤维含量高达8%以上。

祝莹等[47]研究表示，大麦粉的添加有利于增加饼干中膳食纤维含量，但不利于保持面团的稳定性，颗粒口感及较黑色泽影响其接受度。胡新中[48]在饼干、桃酥、脆饼等产品中添加10%～20%燕麦膳食纤维时，产品的组织变得更加紧密、口感更加酥脆，达到入口即化的效果。张国真等[49]还研究了麦麸无糖酥性饼干的最优工艺，其麦麸无糖酥性饼干外型完整、花纹清晰、麦香浓郁、口感酥脆。

4.2 蔬菜类饼干

日常含膳食纤维较多的食物：除了谷物类外，根菜类和海藻类中食物纤维较多，如牛蒡、胡萝卜、四季豆、红豆、豌豆、薯类和裙带菜等。

随着人们对膳食纤维与人体健康关系的认识的不断深入，一些高纤维蔬菜类制品越来越受到青睐，菌藻、果蔬等在饮食结构中的比例逐渐增加。在现代食品工业中，一些富含膳食纤维的原料，经过系列加工制取的相应食物纤维产品，既有直接口服的食疗型纤维制品，又有可用作食品添加剂，如作为品质改良剂及膳食纤维强化剂添加到发酵食品或焙烤食品之中。

李曼等[50]利用高温高压蒸煮的方法使蕨菜膳食纤维改性，改性后以不同比例添加到酥性饼干中，与未改性饼干相比，得到口感更佳，酥脆不粘牙的产品。王轶等[51]通过对红薯生产过程中的副产物甘薯渣进行利用，制作出的饼干总膳食纤维和可溶性膳食纤维高，可作为减肥食品和调节血糖、血压、血清及胆固醇的食品[52]。

4.3 水果类饼干

水果特性是多汁且主要味觉为甜味和酸味。水果不但能促进消化、降火，而且还含有丰富的营养素、膳食纤维等。水果中膳食纤维的利用通常依赖于外部条件处理后加以利用，主要用途有2种：

（1）改性膳食纤维提高饼干品质。胡晓潇等[53]将经过热风干燥改性过的莲蓬膳食纤维，通过响应面分析方法，证实添加膳食纤维后对饼干的涩味、苦味有好的影响。

（2）膳食纤维作为饼干的辅料。陈继冰[54]在饼干中添加蜜柚皮膳食纤维，不仅为食用纤维的摄入提供了新的途径，还可以提升饼干品质。加入后制出的饼干无粗糙感，口感酥脆，带有柚香。朱丹丹[55]在饼干中添加4%左右的沙棘果渣粉，提高了饼干的口感及抗氧化特性。但添加沙棘果渣含量较高时，硬度、咀嚼性会增高，口感可接受度降低。

5 结论与展望

大自然中广泛存在着膳食纤维：如水果、蔬菜及谷物类原料等，将其应用到食品中，不仅可以补充人体必需营养素，还可以减少资源浪费。其良好的生理功能和理化特性，对糖尿病、胃肠道疾病均有一定的改善作用，通过与肠道菌群的相互作用，调节身体机能，增强人体免疫力，预防癌症发生。

近年来含膳食纤维类食品发展迅速，种类层出不穷，但大多都为含粗纤维类食品，其感官特性大多不好。同时市场上出现的高膳食纤维饼干大多具有很高的含糖量，以满足人们对口感的需求，但较多的碳水化合物也是造成人体肥胖、血脂高的主要原因之一。这些风味、口感较差的饼干使得消费者对于含膳食纤维的休闲食品接受程度较低，而口感较好的饼干又有着含糖含油较多的不足之处。因此，在继续深入研究膳食纤维的精细制备、综合开发利用农副产品的同时，开拓一种利于吸收、口感品质更好并且使高纤低糖性质相结合的饼干必将是饼干行业未来发展的一大亮点。