膳食纖維提取工藝及在食品工業中的應用進展

張歡歡 高飛虎 張玲 張雪梅 李雪 梁葉星

摘 要 簡要介紹了膳食纖維的定義、分類、生理功能，系統地闡述了膳食纖維的提取工藝，以及其在食品工業中的應用。

關鍵詞 膳食纖維；提取工藝；食品工業；應用

中圖分類號：TS201.2 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.1.023

隨著公眾物質條件的不斷提升，在飲食方面有了更多的選擇，相應的習慣也與以往大不相同，營養攝入不均衡與膳食纖維攝入量不足的情況在許多城市都已顯現，并且愈演愈烈，其表現為高血脂、糖尿病、動脈硬化和冠心病的發病率在老年人群中較普遍，在中青年人群中也呈逐年上升的趨勢，此類所謂的“富貴病”對公眾的健康造成了極大威脅。所以，針對膳食纖維展開探究是一項極具實際價值的活動。本文對國內外提取膳食纖維的基礎工藝及其在食品中的運用等方面的研究進展進行綜述，目的在于為工業化生產及后續的探究活動提供有效參考。

1 膳食纖維簡介

膳食纖維是指可以對抗人體小腸消化吸收，能夠在大腸內發酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相似物的整體統稱。按照其溶解的特殊屬性可分成2類，即可溶性（SDF）膳食纖維與不溶性（IDF）膳食纖維。其中，前者涵蓋了樹膠、果膠、黏膠以及部分半纖維素，主要來源于豆類、水果、燕麥、魔芋等；后者涵蓋了木質素、纖維素以及部分半纖維素，主要出自于含有大量高膳食纖維的葉類蔬菜和全谷物。膳食纖維可以對血糖及血脂水平進行調整，從而有利于糖尿病及心血管病的有效預防[1-4]，同時還具有控制體重、預防肥胖[5-6]、改善胃腸道功能、預防胃腸道疾病[7]、抗癌[8-9]等生理功能。除此之外，膳食纖維還經常被用于食品領域，起到對食品的加工特性、質量以及外觀等加以改善的作用。

2 膳食纖維提取工藝的研究進展

由于原料及產品的特性各不相同，所以在對膳食纖維進行提取時選用的方式也各不一樣，以下就現階段使用頻率較高的方法展開闡述。

2.1 化學法

化學法指的是先把原料進行干燥及磨碎，而后借助化學試劑（酸、堿等）對膳食纖維加以提取的方法，常見的有酸法、水提法及堿法等。戴余軍等[10]在對菠蘿皮里的SDF進行提取的時候選用了堿法，借助單因素及正交試驗確定了最優工藝，即料液比為1∶20、浸提液pH 12、浸提溫度及時間為80 ℃和90 min，在此條件下，SDF得率為23.58%。李澤珍等[11]選用的原料為紅薯渣，借助堿化學法提取IDF，對最優工藝進行了明確，即料液比為1∶6，堿濃度為10.0 g·L-1，提取溫度為75 ℃，提取時間45 min，在此條件下，IDF提取率可達70.25%。張怡等[12]選用的原材料是干紅辣椒渣，借助酸提醇沉法獲取SDF，并將果膠得率視作判定參數，由響應面試驗對最優工藝進行了明確，即料液質量體積比為1∶15，pH 1.48，提取溫度86.5 ℃，提取時間3.5 h，此時果膠得率（12.74±0.03）%。

2.2 酶法

酶法是借助多類酶將原料里所具有的脂肪、蛋白質以及淀粉等物質一一清除，從而得到膳食纖維的方式，譬如蛋白酶、半纖維素酶等，其優勢在于可以獲得比較純凈的膳食纖維。李建周等[13]選擇使用豆渣，借助酶法來提取其中的IDF，由單因素以及正交實驗明確了相應的最優工藝，即蛋白酶、α-淀粉酶以及糖化酶的酶解溫度分別為50 ℃、70 ℃、50 ℃，時間分別為5 h、1 h、30 min，用量分別為25 mg·g-1、6 mg·g-1與5 mg·g-1，在此條件下，提取率可達80.13%。李可等[14]選用的原料是亞麻籽粕，借助堿性蛋白酶來獲取IDF，由單因素以及響應面優化試驗得出了最優工藝，即料液比1∶20、酶解溫度55 ℃、時間4 h、加酶量9%，在此條件下，IDF得率為52.05%。

2.3 酶—化學結合法

酶—化學結合法指的是在通過化學試劑處理的同時，對膳食纖維中的其他雜質加以降解，主要借助多類酶來完成，譬如蛋白酶、α-淀粉酶等，以制得高純度膳食纖維的方法。 劉德講等[15]選取的原料是燕麥加工品的余渣，得出了酶—堿結合法制作燕麥麩膳食纖維的最優工藝，即料水比1∶10，α-淀粉酶添加量1.5%，溶液pH 6.5，65 ℃條件下酶解30 min，酶解液加3%濃度為1 mol·L-1的NaOH溶液，置于60 ℃環境中進行40 min的堿解。王順民等[16]以菜籽皮為原料獲取SDF，由單因素以及響應面試驗得出酶—化學法獲取膳食纖維的最優工藝，即纖維素酶使用量為0.4%，酶解時間為60 min，堿解pH 13.0，堿解時間及溫度為1 h與70 ℃，在此條件下制備的SDF得率為7.18%。

2.4 微生物發酵法

具體指的是在發酵原料的時候選用適宜的菌種，譬如保加利亞乳桿菌等，從而使淀粉及蛋白質等被逐漸消耗掉，而后水洗使其變為中性，再通過干燥之后獲取膳食纖維的方式。吳德智等[17]借助嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌的混合物（兩者比例為1∶1）通過發酵法對葛根渣里的膳食纖維進行獲取，由單因素以及響應面法得出最優工藝，即接種量5%、發酵溫度35 ℃、時間23.5 h，在此條件下制備的膳食纖維得率為（79.2±0.21）%。蔣麗等[18]借助綠色木霉與乳酸菌通過微生物發酵法對檸檬果渣里的膳食纖維進行提取，得出最優工藝，即底物pH 5.0、接種量6%、發酵時間及溫度為50 h和 34 ℃，此條件下產品的膳食纖維含量為88.3%。

2.5 膜分離法

此方法屬于生化分離技術，使用的時間相對較短，可借助膜的選擇滲透功能依照分子量之間的大小區別，在外界能量或者化學位差的促使下完成分離純化。然而此法卻無法制作IDF，同時在設施方面的標準更為嚴苛[19]。王世清等[20]借助超濾膜對花生殼中的SDF進行分離純化，試驗顯示，選用PS-30聚砜膜，在壓力為0.08 MPa、料液比（g∶mL）為1∶75、溫度為30 ℃時，成效最佳，可獲取67.56%的SDF提取率。

3 膳食纖維在食品工業中的應用

3.1 在面制品中的應用

相較而言，面制品中對于膳食纖維的運用更為普遍，在蛋糕、面包、餅干等當中將其加入，可使持水力得以提升，吸收到諸多水分，從而使商品凝固度及新鮮度更勝一籌，并且還可以減小成本；將其加進饅頭當中，可以使成品的口感及顏色更佳，同時具有較為特別的香味；將其加進面條里，可使面條具有較佳的韌性，但顏色較深，不易被消費者接受。Delahaye等[21]在比薩面團里加入高膳食纖維（26%）穩定的米糠粉，用以混合焙烤，得出的成品口感甚佳。Aravind等[22]針對IDF對意大利面的感官、構造及作用特性展開深度探究，發現在膳食纖維加入量為10%時，面條的質量基本無太大的變化，但是抗氧化能力卻有一定的提升，當添加量超過30%，面條的色澤和感官特性均不理想。

3.2 在高纖維飲料中的應用

膳食纖維可以應用在各種高纖維飲料中，包括固體飲料（速溶咖啡、麥片等）、運動飲料、植物蛋白飲料和果汁等各種功能性飲料，其能夠使飲料的分散性、穩定性以及沖調性得以提升。徐立偉等[23]將米糠膳食纖維處理后添加到胡蘿卜飲料中，結果表明，在飲料中可加入一定比例的米糠膳食纖維，適度的添加能夠使飲料的品質變得更佳，但是應以8%為最高限。

3.3 在乳制品中的應用

膳食纖維能夠充當活性菌的營養源頭，如果在乳制品中將其加入，那么則能夠使商品的有效期增加，并且味道更加突出。Hashim等[24]在酸奶里加入棗椰子膳食纖維，剖析前者出現的變化，結果顯示當加入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，而且對健康更為有利。

3.4 在肉制品中的應用

通過大豆、燕麥以及甘薯等獲取的膳食纖維可充當脂肪代替品在火腿腸、肉松等肉糜制品中加入，能夠使成品的脂肪含量更少、膳食纖維及蛋白含量變高，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蘿卜纖維及源自于橄欖油廢液里的SDF，后者是比較適合的脂肪替代品。

4 結語

膳食纖維能夠從多類原料當中獲取，經濟性較佳，而且對于人體健康十分有利，所以運用及發展的空間極為廣闊。相對來說，國外在此方面的研究早于我國，而且已經獲取了諸多成果。我國與其相差甚遠，相關的研究基本上依舊停滯于實驗室階段，而市場當中的相應產品數量及種類都不夠豐富。所以，我國還需針對該領域加大探究力度，通過頂層統籌、統一規劃以及合作聯結，打造出膳食纖維多類型生產的重點企業，使公眾的選擇更具多樣性，膳食結構得以均衡。

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（責任編輯：敬廷桃）