谷物膳食纤维在肉类加工制品中的应用与研究进展

吕蒙，牟德华，冯随，王世杰，高晓光*

（1.河北科技大学生物科学与工程学院，河北 石家庄 050018；2.河北双鸽食品股份有限公司，河北 石家庄 050021）

肉及肉制品是优质蛋白质、脂溶性维生素、矿物质等营养素的重要来源，在人们的膳食结构中起着十分重要的作用。虽然肉制品中含有许多对人体健康有益的成分，但由于其脂肪含量较高及膳食纤维成分缺乏等缺点，对人体健康构成了危害[1]。研究表明，肉类加工制品中含有饱和脂肪酸、胆固醇等成分，过量摄入容易造成肥胖、引发糖尿病、心血管疾病等健康问题[2]。然而，动物脂肪是肉制品加工过程中必需的成分。脂肪的存在可以使肉制品保持独特的质地和外观、减少烹饪损失、增加饱腹感。因此，不能简单地去除肉制品中的动物脂肪。所以，肉类工业需要寻找一种脂肪替代物，发展食用品质良好的低脂健康型肉制品[3]。膳食纤维所具有的功能和技术特性，已经被证实可以作为脂肪替代物应用于肉类工业中[4]。本文概述了谷物膳食纤维在肉制品加工领域中应用及其对肉制品品质影响的研究进展。

1 谷物的功能性成分

1.1 谷物中的功能性成分及分布

谷物是指以子实作为粮食的谷类作物，包括大米、小麦、小米、大豆等及其它杂粮，是我国重要的传统农作物之一。谷物中的功能性成分主要包括膳食纤维、抗性淀粉和酚类化合物。膳食纤维（dietary fiber，DF）是谷物中最典型的功能性物质。膳食纤维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，不能被人类的胃肠道消化吸收的非淀粉多糖，包括纤维素、半纤维素和果胶、甲壳素等物质，是饮食中的重要组成部分[5]。膳食纤维特有的结构、化学组成、理化特性及多重营养特性是改善或提升食品品质及营养的重要组分之一，在人类健康方面的价值已经促成了若干研究[6]。

虽然谷物的种类众多，但其主要结构基本相似，包括谷皮、胚乳、胚芽和糊粉层[7]。各个结构所含营养成分差别较大，如位于最外层的谷皮中有大量的纤维素、半纤维素、少量的蛋白质、脂肪和B族维生素等；位于谷皮和胚乳之间的糊粉层含有B族维生素和矿物质；胚乳是谷物的主要组成部分，含绝大多数的碳水化合物和少量蛋白质、脂肪、纤维素、B族维生素和维生素E等；位于谷物一端的胚芽富含蛋白质、脂肪、维生素，还有少量多酚化合物和微量矿物质[8]。膳食纤维主要位于谷皮中，小麦麸皮、黑麦麸皮、燕麦麸皮、大麦麸皮、米糠等是现阶段己经开发的所有谷物麸皮膳食纤维资源中最主要来源，其中燕麦麸皮中的总膳食纤维含量高达30%左右，因此，谷皮是生产富含膳食纤维功能性食品的主要原料[9]。

1.2 膳食纤维的分类

膳食纤维根据其水溶性可分为水溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）与非水溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）两个基本类型[10]。其中非水溶性膳食纤维是指不被人体消化酶消化且不溶于水的膳食纤维，主要是细胞壁的组成成分，包括植物性的纤维素、半纤维素、木质素、原果胶、动物性的甲壳素和壳聚糖等，主要作用是促进肠道产生机械蠕动；水溶性膳食纤维是指不被人体消化酶消化，但可溶于温水或热水且其水溶液又能被乙醇再沉淀的膳食纤维，包括戊聚糖、果胶、树胶等，主要发挥促进代谢的功能[11]。有关学者建议应增加日常饮食中膳食纤维的含量，每人每天膳食纤维的摄入量在25 g～35 g之间为宜，其中70%～80%必须是非水溶性膳食纤维[12]。谷物是非水溶性膳食纤维的主要来源，而水果和蔬菜是水溶性膳食纤维的主要来源。不同的谷物中所含的水溶性和非水溶性膳食纤维含量不同，小麦和黑麦中非水溶性膳食纤维比水溶性膳食纤维含量高。有研究发现其非水溶性膳食纤维主要是阿拉伯木聚糖，可以通过结肠发酵产生短链脂肪酸来调节肠道微环境，从而起到预防便秘和结肠癌的作用[13]。而燕麦和大麦中两者含量相似，其水溶性膳食纤维主要是β-葡聚糖[14]。β-葡聚糖不仅在肉制品加工中具有良好的乳化性、凝胶性、持水性、增稠性、持油性等，而且对人体具有降血糖、降血脂、调节肠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谱法、动态光散射分析等方法研究了燕麦β-葡聚糖的理化性质和平均直径，并将其应用于肉丸中，质地分析和感官评估结果表明，添加了燕麦β-葡聚糖的肉丸总体可接受性比对照组较高，因此燕麦β-葡聚糖是非常有前景的膳食纤维来源，可作为传统肉丸生产中的脂肪替代品。世界卫生组织（World Health Organization，WHO）强调应增加全谷物膳食纤维的摄入。谷物膳食纤维在肉制品中的应用已经成为近些年来肉制品研究领域的热点方向，也是肉制品加工行业未来的发展重点。

2 谷物膳食纤维在肉制品中的应用国内外研究进展

谷物膳食纤维与水分和脂肪结合的能力较强，在生产低热量肉制品时掺入适量的膳食纤维可以实现高产和降低成本的目的[17]。在肉制品中加入谷物膳食纤维，一方面可充分发挥膳食纤维所具有的功能特性，如较强的吸水性和持水性；另一方面可以改善肉制品的感官品质，如色泽、质地、口感，可以满足不同消费群体的需求。近年来，越来越多的国内外科研工作者将谷物膳食纤维应用于肉制品中，主要产品有香肠、肉丸、肉饼、肉脯等，所涉及的谷物膳食纤维的种类也越来越丰富。王凯凯等[18]通过多次研究性试验分析制得的新型燕麦香肠中脂肪含量比传统香肠脂肪含量降低了15.5%，膳食纤维质量分数达2.01%，表明膳食纤维的加入可有效降低肉制品脂肪含量。尤丽新等[19]以猪瘦肉和猪脂肪为主要研究原料，添加20%荞麦制作出的新型营养香肠口感细腻，肠体有弹性、切面光滑且充分保持了荞麦自身的独特味道和营养价值，可以起到主食和副食互补的作用。张晶等[20]分别以燕麦、苦荞、小米3种富含膳食纤维的谷物为原料制作不同类型的香肠做比较分析，经研究发现，3类香肠中的脂肪含量均有明显降低。此外，燕麦片香肠中蛋白质、钙、铁和锌含量最高，苦荞香肠中膳食纤维、黄酮和硒含量最高，而小米香肠中维生素B1、维生素B2含量相对较高。

谷物膳食纤维的少量添加对肉制品的食用品质具有一定的改善作用，但是过量增加膳食纤维会导致肉制品可接受度明显下降。因此，如何在保障肉制品基本食用品质的前提下，合理控制膳食纤维的用量是肉制品新产品开发领域需要解决的问题。此外，在此基础上还应该适当增加膳食纤维的种类。当前有科研工作者将不同谷物来源膳食纤维按照一定的比例结合，研制出复合谷物膳食纤维并应用于肉制品中。Garcia等[21]制作了含有6%和10%猪背膘的干发酵香肠，添加了1.5%浓度的谷物（小麦和燕麦）和3%浓度的水果（桃子、苹果和橙子）膳食纤维，所得产品的能值降低了近35%，待香肠成熟后测得总膳食纤维含量在香肠总营养成分中的占比分别为2%和4%。因此，将膳食纤维加入到肉制品中，可以研制出人们所喜爱的新型肉制品，既改善了肉制品的感官形状，使肉制品营养更加丰富；又降低了生产成本，进一步满足了人们对食品健康、营养、方便、安全的需求。各种肉制品配方中谷物膳食纤维来源及应用效果如表1所示。

表1 不同谷物来源的膳食纤维在肉制品中的应用效果Table 1 Application effects of dietary fiber from different grain sources in meat products

3 谷物膳食纤维对肉制品品质的影响

3.1 对肉制品感官性能的影响

肉制品的感官特性是消费者考虑的首要因素，总感官评分越高的肉制品越能受到消费者的青睐。因此，如何提升肉制品品质是目前研究工作者所关注的热点课题。Barretto等[33]通过研究表明，添加谷物膳食纤维的肉制品与不添加的空白对照组感官评分差别不大，总体可接受度高，可以作为新型低脂肉制品生产。Choe等[34]用小麦膳食纤维和猪皮混合体系作为香肠中脂肪的替代物，经试验研究发现膳食纤维的加入可显著提升肉糜的硬度、内聚力、胶质和耐嚼性。研究结论表明，通过添加小麦膳食纤维制得的猪皮混合体系可以作为脂肪替代物制得高蛋白低脂肪、乳化稳定性高的肉制品。王仲礼等[35]将5%的小麦麸皮加入灌肠制品中发现灌肠的风味、状态、切片性、色泽、滋味及气味都有所改善。Besbes等[36]将豌豆纤维和小麦纤维添加到牛肉汉堡中，发现牛肉的持水性增加，具有良好的风味，感官品质较高。Arildsen Jakobsen等[37]通过9个训练有素的感官小组调查研究了含10%脂肪和添加了黑麦或小麦麸的香肠的感官特性和消费者接受度。统计结果显示，两种香肠的感官描述属性相似，但这两种香肠的结构比未添加谷物膳食纤维的香肠更粗糙。小麦麸膳食纤维香肠的含水量较少，谷物的气味浓，感官评分较低。Kehlet等[38]将黑麦麸和豌豆纤维添加到肉丸中，探究制得的两种肉丸的感官品质变化，发现在肉丸中添加黑麦麸可增加谷物的气味，改善肉制品的质地和风味。每100克中最多添加6克黑麦麸和豌豆膳食纤维，否则会影响肉丸的感官品质。韩艳[39]将小麦膳食纤维添加到肉丸中，研究发现膳食纤维可以明显改善肉丸的感官品质，当小麦膳食纤维添加量为4%时得到的肉丸最佳。因此，膳食纤维可以替代部分动物脂肪应用于肉制品加工中，由于脂肪减少，产品质地变硬而且色泽变暗，导致感官评分略有降低，但是由于谷物膳食纤维拥有独特的功能性质，与肉制品结合可以弥补膳食纤维粗糙的口感，两者相互促进，形成独特的质地和风味，膳食纤维在肉制品中的应用价值较高。

3.2 对肉制品理化性能的影响

肉制品的理化性质因谷物膳食纤维的添加发生了改变。膳食纤维的固有功能性质对肉制品的性质具有重要的影响[40]。膳食纤维具有阳离子交换能力，将适量膳食纤维添加在肉制品中可在提高肉制品乳化稳定性的同时降低肉制品pH值和减少肉制品蒸煮损失。另外，谷物膳食纤维分子含有的羟基可通过氢键、疏水作用、静电相互作用、分子偶极、瞬间偶极等作用力与水分子聚集，能够提高肉质产品的保水性和吸水性。由于膳食纤维的强吸水性和持水性，能够争夺肉糜凝胶体系中的水分，使体系中自由水分减少，从而影响肌原纤维蛋白的溶解交联，进而限制其形成均匀完整的凝胶网络，导致肉制品的硬度和离散性增加，并影响产品的质构。Isabel等[41]在鱼肉糜凝胶中加入3%～6%小麦膳食纤维后发现凝胶保水性显著提升，试验样品的柔软度更强、变形能力突出，显著减弱了大多数消费者不喜欢的胶状质地。在扫描电子显微镜下观察到，添加了膳食纤维的凝胶样品中膳食纤维分布规则。虽然谷物膳食纤维的加入可使肉制品具有更好的水结合能力，但也会导致肌肉蛋白凝胶大量丧失硬度和弹性。Talukder等[42]通过将小麦和燕麦麸以10%和15%的添加量掺入鸡肉中来开发富含膳食纤维的鸡肉馅饼，鸡肉的持水力、乳液稳定性和硬度均显著增加，但鸡肉硬度的增加会影响鸡肉品质。刘英丽等[43]发现随着小麦麸膳食纤维添加量的增加，肌原纤维蛋白乳化性升高，凝胶硬度和保水性提高，此次实验表明：通过在肉制品中添加适量的膳食纤维可以明显改良肉制品的风味，并替代脂肪，减少人体热量的摄入。Yin等[44]研究了掺入纳米豆渣不溶性膳食纤维的鱼肉糜的凝胶特性，发现加入豆渣的不溶性膳食纤维主要通过填充凝胶基质和吸收水的物理功能来改善鱼糜的凝胶质地。朱君等[45]将米糠膳食纤维、燕麦膳食纤维和大豆膳食纤维添加到肌原纤维蛋白中，发现混合凝胶性质的改善与膳食纤维本身性质相关，膳食纤维的持水性和溶胀性越高，混合凝胶的持水性和硬度提高越显著。由此可见，肉制品中添加谷物膳食纤维，可通过改善纤维与水、脂肪的结合能力来增强蛋白质凝胶网络结构、降低蒸煮损失、增强乳化稳定性及改善肉糜质地特性。

3.3 对功能特性和人体健康的影响

摄入膳食纤维可降低患冠心病、高血压、糖尿病、肥胖和某些胃肠道疾病等疾病的患病风险[46]。在当前肥胖现象增多的情况下，有研究表明膳食纤维可通过增强饱腹感来减少人体对能量的摄入，进而影响人们的体重[47]。随着宏基因组测序和代谢组学分析的发展，人们逐渐认识到膳食纤维、肠道菌群与肥胖之间具有一定的关联性[48]。Slavin等[49]发现膳食纤维会增加咀嚼时间，延长食物在口腔中的暴露时间、增加胃部扩张、导致胃排空延迟，从而改变肠道激素的浓度。Yang等[50]通过16S rDNA高通量测序对膳食纤维对粪便菌群的影响进行了详细研究，证明大豆壳膳食纤维可以增加双歧杆菌和乳杆菌的含量，调节肠道菌群，为大豆壳膳食纤维作为一种新型的肠道菌群健康促进剂的开发提供了基础。Lu等[51]在基因组学层面对肥胖相关基因进行研究，发现服用豆类膳食纤维的大鼠其粪便发酵产物能抑制脂肪形成和激活因子（脂肪形成的关键反式），同时激活过氧化物酶体增殖物激活受体δ和线粒体解偶联蛋白2能量消耗蛋白，使蛋白转换的脂肪减少。试验结论表明膳食纤维的摄入可通过降低蛋白质转换脂肪效率的方式减少体内脂肪增长，由此避免肥胖的发生。Hansen等[52]为确定不同来源膳食纤维与预防结肠癌效果的相关性，研究了1 168例病例（691例结肠癌，477例直肠癌），平均诊断时间11.3年，发现与水果和蔬菜相比，从谷类中摄入膳食纤维能够更加有效地降低结肠癌风险。Zhang等[53]将米糠膳食纤维进行了体外胃肠消化和结肠发酵，从发酵上清液中检测到9种酚类化合物显示出自由基清除活性和α-葡萄糖苷酶抑制活性。这些发现表明，产生的酚类物质可能是谷物膳食纤维对健康有益的关键因素。Xia等[54]采用Logistic回归分析评估23 529名试验者的膳食纤维摄入与非酒精性脂肪肝的相关性，通过分析证实，谷物膳食纤维能够降低非酒精性脂肪肝的发病率。Ramin等[55]发现人体使用膳食纤维之后，膳食纤维与肠道微生物群反应，产生可调节人体精神状况的物质，进而降低抑郁风险。由此可见，膳食纤维作为一类人体必需的营养物质，具备良好的健康功能特性[56]。探索膳食纤维、肠道菌群和人体健康之间的相关性，能够为未来预防某些疾病提供相应的研究方向和理论依据。

4 总结和展望

膳食纤维在人体健康中发挥着重要作用，长期摄入能够预防和缓解高血压、结肠癌等疾病。谷物膳食纤维与动物蛋白之间存在积极的相互作用，可以添加到肉制品中，从而显著改善肉制品的风味、乳化稳定性和营养价值。近年来，富含谷物膳食纤维的肉制品层出不穷，如荞麦香肠、小米肉饼、莜麦肉脯等，满足了人们对高品质肉制品的需求。国外对谷物膳食纤维的研究相对较早并且研究成果较多。科研工作者一方面应继续探索自然界中富含膳食纤维的谷物，寻求可行的提取及改性方法，获得更优质的原料；另一方面不断优化膳食纤维的提取和加工工艺，降低成本，实现规模化生产。此外，谷物膳食纤维来源、性质不同，肉制品种类也各不相同，它们之间的作用机制差异很大，因此各种谷物膳食纤维在肉制品中用量和具体作用机理的研究依旧是未来研究的重点。随着人们保健意识的增强和谷物膳食纤维研究的深入，富含谷物膳食纤维的营养健康型肉制品的市场将更加广阔。