新型能源水溶性膳食纖維抗氧化活性研究及其市場前景分析

文/劉亞賽 高藝多，北京星網宇達科技股份有限公司 北京誠和敬驛站養老服務有限公司

膳食纖維（Dietary Fiber,DF）最先由Trowell等人于1972年提出，指不能被人體消化吸收的多糖類化合物和木質素，包括纖維素、半纖維素、果膠、木質素、膠質、黏質等，是繼六大營養素之后的“第七大營養素”。依據其溶解性將膳食纖維分為水溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF）兩大類。目前，膳食纖維的研究主要集中在制備、臨床、清除自由基團等方面，但對于其在抗氧化方面的研究還不多見。SDF能在水中溶解膨脹并被大腸中微生物酵解，形成溶膠或凝膠狀，具有很強的離子吸附性（能吸附膽酸、膽固醇及有害物質）并可以清除自由基，此外，還具有益生元的作用，能降血糖、血脂。一些常見的食物如豆類、大麥、柑橘、胡蘿卜、燕麥等食物中富含SDF。日本、歐美等發達國家已開發出富含膳食纖維的功能性食品，其中SDF可以添加至烘烤食品、乳制品等食品中。

玉米、花生等農作物在我國種植面積大、分布廣泛、產量可觀，但玉米芯、花生殼等農副產品，由于生活習慣和處理技術限制等原因，除少數用于漚肥、牲畜飼料外，絕大多數都被當做廢棄物而直接燒掉，不僅破壞環境還極大的浪費了資源。近年來，由于科技的進步和科研工作者的重視，農副產品的價值逐漸被發現。其中，玉米芯主要含纖維素和木質素，并還含有粗蛋白、氨基酸、維生素以及鐵、鉀等礦質元素。以農副產品為原料提取SDF，具有以下優點：1）原料來源廣、價格低，2）增加農民收入，提高務農積極性，3）有利于節約資源，保護環境，4）政策優惠。

1 基于水溶性膳食纖維提取技術的研究進展及市場分析

1.1 浸提法

如何高效提取SDF一直以來是科研工作者的研究熱點。王若蘭等以花生殼為原料，應用堿浸提法提取花生殼中的SDF。發現最佳提取條件為：提取溫度為60℃、1:14的料液比、NaOH質量濃度0.05 g/mL、提取時間4 h，并超聲輔助提取。于麗娜等發現3次酸浸提的效果最佳。

1.2 微波/超聲波提取法

微波/超聲波提取法是一種新型的提取技術，同時也可輔助其他提取方法并用。溫志英等將花生殼破碎后，應用微波功率進行提取，發現微波功率在320 W時提取效果最佳，但要注意微波提取時間。張曉龍等采用堿解法并輔以超聲波提取玉米芯中SDF，確定最佳提取工藝條件為：堿濃度0.88%，提取溫度41℃，提取時間20.3 min。

1.3 酶提取法

植物細胞壁主要成分為纖維素和果膠，起支持和保護的作用。選用合適的酶，溶解細胞壁，可以提高提取效率。吳麗萍等用雙酶（纖維素酶、蛋白酶）降解法提取花生殼膳食纖維，確定了最佳提取工藝。滕超等經實驗也確定了雙酶（纖維素酶、木聚糖酶）法提取玉米芯中SDF的最佳工藝。

1.4 微生物發酵

微生物發酵即是指利用微生物，在適宜的條件下，將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要的產物的過程。Margareta E等研究表明以豆渣為原料，利用乳酸菌發酵，在酸性環境下糖苷鍵斷裂，產生新的還原末端，使IDF轉化為SDF。而霉菌則是通過分泌相關的酶，斷裂IDF的糖苷鍵，使小分子多糖轉化成SDF。

以上幾種方法各有優缺點，浸提法的優點在于操作簡單，對設備要求低，缺點在于提取效率偏低，純度不高；微波/超聲波法則要注意控制微波/超聲波的功率及時間，溫度太高容易破壞SDF結構。超濾技術由于膜系統的分離作用，得到的濃縮液中SDF含量較高，純度較好，但對設備有一定要求。酶解法利用纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶等水解破壞細胞壁，從而更好的釋放和提取膳食纖維，但酶的價格較高，活性受外界條件影響較大。微生物發酵法的關鍵在于篩選高效菌株，探索合適的發酵條件，適合于大規模應用，以農副產品為原料的大規模發酵產業具有廣闊的市場空間。

2 SDF抗氧化活性研究進展及其市場應用分析

膳食纖維對人體的健康與否具有重大影響。研究表明，膳食纖維在降低血清膽固醇，改善腸道健康，預防高血壓，動脈硬化以及清除外源有害物質等一系列生理作用和保健功能方面具有積極作用。其中IDF 具有預防肥胖、結腸癌、高血壓、心臟病和動脈硬化等生理功能,在保健品、肉制品、面制品等產業中應用廣泛，而SDF具有降血糖、降血脂、降血壓、清除體內自由基、抗氧化、防衰老、抗癌防癌、增強機體免疫力等功能。一般來說，抗氧化性可從以下幾個角度體現：總還原能力、清除自由基能力、清除羥自由基能力、超氧陰離子清除能力、亞硝基清除能力。自由基的種類眾多，具有兩面性，低濃度的自由基參與體內能量傳遞，也有助于滅菌和殺死寄生蟲，還能參與毒素的排出過程；高濃度的自由基則使細胞受損，破壞細胞功能，加速細胞衰老。隨著化學制劑的大量使用、汽車尾氣和工業廢氣的大量排放、自然環境的惡化、人類活動范圍擴大等多因素的影響下，環境自由基含量也急劇增加，早就超過了人類正常承受水平，人類健康受到日益嚴峻的挑戰。因此，從這個角度來說抗氧化研究勢在必行。

溫志英等研究表明，從花生殼提取的SDF隨著濃度的增加，其還原能力也逐漸增強；同時，抗氧化性實驗結果表明SDF具有清除DPPH自由基和羥自由基的能力，此外還發現花生殼SDF清除羥自由基能力較強（清除率95%以上）。石秀梅等通過比較三種不同來源SDF的抗氧化活性發現，它們均有良好的抑制亞油酸氧化能力，并且對于自由基的清除率也較強。周小理等通過改進提取方法，提高了膳食纖維的抗氧化活性。

以農副產品為原料的多項研究顯示，玉米芯、豆渣、玉米須、玉米皮、米糠中也富含多酚、黃酮類物質，它們具有抗癌、抗氧化、抗炎等生理作用。徐彩虹等探討了玉米皮多酚的提取方法，確定了在超聲時間6.5 min、酶解溫度55℃、木聚糖酶添加量2.1%的條件下，提取量最佳。通過組合不同檢測方法對提取物的其抗氧化能力測定發現，玉米皮多酚類化合物（Phenolic of maize bran,MTP）對體外抗氧化能力評價指標DPPH和ABTS+具有較強的清除能力。周小理等應用雙酶法提取苦蕎麩皮中多酚、黃酮類物質，抗氧化實驗結果表明提取產物對DPPH自由基、羥自由基的清除能力以及總還原能力等均有不同程度提高。許鋼等提取玉米須、玉米葉、玉米芯、玉米粒中的黃酮類物質并對其抗氧化性進行了比較，結果表明黃酮類物質在玉米須中的含量最高。與TBHQ、Vc、茶多酚比較發現，三種提取物均表現出良好的抗氧化性能，復配實驗表明茶多酚具有良好的正協同效應。

3 膳食纖維的生化功能及其市場應用分析

3.1 膳食纖維的理化性質及功能

膳食纖維的結構決定了其理化性質，總體來說包括以下幾個方面：持水力、膨脹力、溶解性，吸附及鰲和能力，陽離子結合和交換能力以及改善腸道微生物群能力。膳食纖維化學結構中含有很多親水基團，能夠吸收較多的水分，吸水后重量變化約為自身體重1.2～2.5倍。膳食纖維能夠促進排便，減輕直腸和泌尿系統壓力，進而減少患膀胱炎、腎結石、直腸癌等疾病風險。此外，膳食纖維吸水后體積增大，對腸道產生容積作用，產生飽腹感；同時還會影響碳水化合物的吸收，使人不易產生饑餓感，故而有利于預防肥胖癥。

膳食纖維化學結構的側鏈中含有羧基和羥基類基團，表現出弱酸性陽離子交換樹脂的特性，因此能與陽離子或有機物中的陽離子進行交換。它通過減少離子瞬間濃度的方式，對消化道pH、滲透壓以及氧化還原電位產生影響，有利于體內某些礦質元素代謝。膳食纖維的表面帶有很多活性基團，能夠吸收膽汁酸、膽固醇等有機物，從而抑制人體對它們的吸收。此外，SDF還能吸附一些有毒物質、化學藥品等，促進它們排出體外，維護人體健康。

人的消化管道與外界環境相通，是病毒、細菌等微生物入侵的途徑之一。人體腸道內微生物眾多，它們不但在營養物質的消化吸收中發揮重大作用，而且也維護著人體正常人體免疫功能。腸道內膳食纖維的增多有利于好氣菌的生長而抑制厭氣菌的生長，好氣菌產生更少的致癌物，此外，還能促進致癌物排出體外，減少結腸癌發生的概率，這就是膳食纖維能預防結腸癌的重要原因之一。

3.2 膳食纖維的市場應用分析

鑒于膳食纖維具有良好的理化性質，現已廣泛應用于食品行業。作為天然添加劑和營養增強劑，它們主要是改變產品的口味和構造。通過向面食、奶制品、肉、烘烤食品等中添加膳食纖維，可以避免膠體脫水收縮和高脂肪食品的固化及乳化。膳食纖維也可作為增厚劑、均質劑、穩定劑和脂肪替代品添加到食品、飲料中。此外，在早點、香腸、膨化食品、冰淇淋、糖果、調味品中亦廣泛應用。

4 水溶性膳食纖維抗氧化活性應用及其市場前景分析

隨著科技進步和醫療水平的提高，人類的平均壽命也越來越長。據資料顯示，目前世界上有50多個國家和地區進入老齡化。歐盟委員會2015年的報告預測，到2060年，全球65歲以上的人口將超過28%。目前，我國人口老齡化問題也越來越嚴峻，據官方資料顯示，到2015年底，全國65歲以上的人口以達1.439億，占總人口的10.5%。高血壓、糖尿病等老年性疾病在老年人中的發病率越發升高，嚴重影響廣大中老年人健康。膳食纖維的缺乏與上述疾病有著密切關系，足夠的膳食纖維有助增強中老年人體質。基于我國人口眾多這一基本國情，加快開發膳食纖維產品具有緊迫性和必要性。高品質膳食纖維中，SDF含量應不低于10%，SDF比IDF具有更高的營養價值和應用價值。目前，利用農副產品提取SDF的研究越發受到關注，隨著研究的深入SDF的地位越發重要，其應用范圍也將也來越廣。

4.1 水溶性膳食纖維在保健食品中的應用及其市場前景分析

人體內胰島素分泌不足或者相對不足引起糖尿病，表現為多飲、多尿、多食和消瘦、疲乏無力等癥狀，嚴重影響人體健康。攝入SDF能延緩胃排空，減緩食物在腸胃中的吸收速率，有利于維持血糖濃度緩慢升高，而在胰島素相對不足時，也不至于血糖迅速升高。此外，SDF也廣泛應用于調節微生物平衡、潤腸通便的保健食品中。攝入的SDF能夠促進益生菌如乳酸菌、腸道雙歧桿菌等生長，同時，大量產生短鏈脂肪酸，改變腸道pH，提供利于益生菌生長的腸道環境，進而促進腸道蠕動，順利排便。

4.2 水溶性膳食纖維在乳制品中的應用及其市場前景分析

2012 年1月12日，衛生部1號文件批準聚葡萄糖（Polydextrose）作為營養強化劑可以添加于嬰幼兒配方產品。聚葡萄糖作為一種水溶性膳食纖維，至今已有50多個國家批準作為健康食品配料使用。嬰幼兒和老年人腸道消化能力不強且容易缺鈣，SDF具有降血脂、降血糖、促進礦質元素吸收等作用。SDF也可以添加至酸奶或其他風味乳制品中，市售的高纖維酸奶中SDF含量可達6%～8%。

4.3 水溶性膳食纖維在飲料中的應用及其市場前景分析

目前，已有多家公司將SDF添加至功能性飲料中，因為它不僅解渴、提供水分，還能提供人體需要的膳食纖維。在日本、西歐、美國等市場上，這類產品深受歡迎，如日本可口可樂公司推出的含SDF礦泉水，歐美市場的高纖維橙汁、茶等，國內市場上有匯源公司的高纖維果汁，脈動公司的系列飲料等。

4.4 水溶性膳食纖維在糖果市場的應用及其市場前景分析

隨著人們健康意識觀越來越強，糖果也朝著低糖、低脂肪、既美味又營養的方向發展。在一些發達國家，低能量糖果的銷量逐年增加，表現出良好的發展勢頭。SDF中的聚葡糖糖可用于代替現糖果配方中的葡萄糖漿，也可以與其他甜味劑一起使用代替蔗糖。

4.5 水溶性膳食纖維在面制食品中的應用及其市場前景分析

面制食品在世界各地都具有非常重要的市場地位，歐美等國家的主食基本都離不開面包，同樣，國內的面包銷售也異常火爆。研究表明，面包中添加膳食纖維可以改善口味、提高色澤。添加至面粉中則能使饅頭口感更佳，味道更香。此外，還可以添加至面條中來提高勁道，耐煮耐泡，一般適宜的添加量為面粉的3%～6%。

4.6 水溶性膳食纖維在肉制品中的應用及其市場前景分析

SDF溶水后在疏水作用下能與肉制品中的蛋白形成熱穩定性凝膠，有助于吸附香味，防止香味揮發，提高品質。另外，膳食纖維也是一種優良的脂肪替代品，可用于生產高蛋白、高膳食纖維、低糖、低熱量的火腿腸等產品。

4.7 水溶性膳食纖維在其他市場的應用及其市場前景分析

SDF具有良好的吸水性和保水性，可以增加產品的濃稠度，因此，可用于調味品市場，添加后產品更為均一，外觀更佳。另外，也有用于速凍食品的餡料中，增加制品的保水性、成團性。總之，SDF的優良屬性，可以確保其在激烈的市場競爭中占的一席之地，更好的造福于人類。

5 總結與展望

在日美等發達國家，SDF的研究起步較早，作為良好的食品添加劑，已廣泛應用于保健食品、乳制品、功能飲料、糖果業、烘焙食品、沙拉醬等食品中。目前，國內業已推出了含SDF的膠囊、沖劑和片劑之類的產品，表現出良好的社會效益，取得了一定的市場份額。隨著研究的深入，SDF在預防糖尿病、結腸和直腸癌、肥胖癥、冠心病、降低膽固醇等方面的作用將越發被人認識，因此，現階段開展膳食纖維的研究對改善人們體質、提高健康水平具有深遠的現實意義，也符合大健康產業的要求。以農副產品提取膳食纖維，來源廣泛、價格低廉，社會效益高、具有可行性。因其特殊的化學性質，SDF必將在醫學、營養學、生物學等方面發揮不可替代的作用。