蓮藕膳食纖維的研究進展

鄭趙敏 ，鐘賽意，黃琪琳

1.湖北經濟學院烹飪與營養學系（武漢 430205）；2.廣東海洋大學廣東省水產品加工與安全重點實驗室（湛江 524088）；3.華中農業大學食品科學技術學院（武漢 430070）

蓮藕（Nelumbo nucifera）又名藕、荷藕、湖藕等，是一種產量較高的水生蔬菜，中國各地都有種植，主要種植地有湖北、江蘇、山東等。近年來，國內蓮藕產量不斷增加，市場規模也不斷擴大，統計數據顯示，2011—2017年中國蓮藕產量增長迅速，2017年全國蓮藕產量和產值分別為1 122.2萬 t和550.79億元，比2011年分別增長30.5%和46.0%，年增長分別為5.1%和7.7%[1]。蓮藕主要含淀粉、蛋白質、膳食纖維等營養成分，具有清熱涼血、健脾開胃、止血散瘀、消食止泄的作用，是一種藥食兩用的植物[2-3]。蓮藕制品主要有藕粉、藕汁、清水藕、腌漬藕等。生產藕制品時會產生大量藕節、藕皮及藕渣等下腳料，大部分被廢棄最終被微生物分解而產生難聞氣味，污染環境；同時，這些下腳料富含膳食纖維，未得到開發利用，制約蓮藕經濟價值的提高。膳食纖維是公認的“第七營養素”，有大量研究報道膳食纖維有助于改善腸道健康、降低心血管疾病和糖尿病的發病率[4-5]。因此，對蓮藕膳食纖維的提取方法、功能特性及應用研究進展進行綜述，以期為提高蓮藕的綜合利用提供參考。

1 膳食纖維的定義及分類

“膳食纖維”一詞最早是在20世紀中葉由Hisley提出，指能抵抗哺乳動物細胞分泌的內切酶的植物成分[6]。膳食纖維（DF）指不能被人體消化酶消化，主要由可食性植物細胞壁殘余物（纖維素、半纖維素、木質素）及與之締合的相關物質組成的化合物[7-8]。根據其水溶性，可將其分為水不溶性膳食纖維（IDF）和水溶性膳食纖維（SDF），其中IDF主要包括纖維素、半纖維素和木質素等；SDF主要包括抗性寡糖、果膠、改性纖維素等[9]；根據其來源，可將其分為植物類（纖維素、半纖維等）、動物類（甲殼素等）、微生物類（漢生膠等）及合成類（羧甲基纖維素等）；根據其在植物體功能分為結構性多糖（纖維素、半纖維素等）、結構性非多糖（木質素等）和非結構性多糖（樹膠等）[10]。蓮藕含有的DF主要是纖維素、半纖維素和果膠[11-12]。

2 蓮藕膳食纖維的提取

蓮藕DF的提取方法主要包括物理法、化學法、生物法和復合法等，常用的提取法比較如表1所示。

表1 蓮藕膳食纖維提取方法比較

2.1 物理法

物理法主要是利用機械粉碎、超聲波或微波輔助提取的方法。金文筠[13]用行星式球磨機對藕節粉末進行超微粉碎，結果發現研磨時間12 h、物料比8∶1 g/g、轉速300 r/min時，蓮藕DF總含量為40.5%，其中SDF為10.16%。物理法具有操作簡單，對環境無污染的特點，但得到的蓮藕DF純度低，設備成本高，不適合大規模生產。

2.2 化學法

化學法是在將原料進行清洗、干燥、粉碎過篩等一系列處理后，選擇相應的化學試劑（酸堿等）去除產品中的淀粉、蛋白質等成分，進而獲得DF的方法[14]。吳疆鄂等[15]用酸堿法得到蓮藕DF得率為17.33%，含量為98.2%；嚴浪等[16]用堿法提取蓮藕渣中SDF，得率為26.97%；李慧娜[17]用水提醇沉-酸法處理蓮藕渣，得到SDF為24%；金文筠[13]用酸法處理藕節粉末，得到總DF、IDF和SDF的提取率分別為99.13%，84.63%和14.56%，其純度分別為39.74%，41.05%和32.71%。

化學法相對簡單，操作方便，但大量使用酸堿等試劑會破壞產品內部結構、對環境造成一定污染等。

2.3 生物法

生物法指用生物手段來提取DF，包括酶法、生物發酵等方法。酶法指用酶試劑去除原料中非DF成分，得到高純度的DF。生物發酵法指用微生物來消耗原料中非DF雜質，并通過自身產生的酶來發酵而得到高純度的DF。白青云等[18]用α-淀粉酶和胰蛋白酶提取得到蓮藕SDF為6.05%，總DF為66.34%。吳疆鄂等[15]用發酵法將蓮藕副產物與適量生長因子配制成發酵培養基，經滅菌、接種后于27 ℃靜置培養，在60 ℃下烘干得到DF的提取率為59.23%，含量為82.7%。

生物法安全無毒，但酶法較溫和，一般與其它方法結合使用；發酵法制備的DF得率高、易于操作，但此法生產周期較長。

2.4 復合法

物理法、化學法、生物法各有優勢，但也都存在局限性，因此提取蓮藕DF時一般是將這些方法結合運用。蔡寶玉等[19]以藕渣為原料，用酶-堿法制得IDF為65%；金文筠[13]用超聲輔助堿酶法處理藕節粉末，得到總DF、IDF和SDF提取率分別為55.37%，43.26%和3.18%；此外還有利用酸酶法處理藕節粉末，得到總DF、IDF和SDF的提取率分別為53.00%，38.94%和10.82%；吳疆鄂等[15]用酸堿-酶法提取蓮藕副產物中的DF，得率為48.28%，含量為79.6%；李慧娜等[20]用堿-酶法提取藕渣中的IDF，得率為26%；吳強等[21]用堿-酶法提取藕渣IDF得率為29.9%，純度為91.93%。潘虹等[22]用超聲輔助酶法提取藕渣中SDF，最高提取率為5.2%；唐小閑等[23]用超聲-微波得到藕渣中DF為36.83%。刁春仁[24]將亞臨界水萃取與鹽酸結合萃取藕渣中SDF，最高得率為40.80%。

3 蓮藕膳食纖維的主要功能特性

3.1 預防心血管疾病

高膽固醇和高血脂是引起心血管疾病的重要原因。蓮藕DF可以吸附膽固醇及甘油三酯等，還能影響脂肪消化中胰脂肪酶的作用。李慧娜[17]發現中高濃度的藕渣DF均可降低小白鼠總膽固醇、甘油三酯含量并增加高密度脂蛋白含量。陳歡歡[25]發現在一定時間范圍內，藕節SDF對膽固醇的吸附會隨著時間的增加而增加，并發現SDF對膽固醇的吸附是由于膽固醇可先在SDF表面形成單分子層進而以分子間引力形成多分子層進行吸附，及SDF表面帶有活性基團，可以直接螯合膽固醇分子。吳強等[21]測得藕渣IDF的持油性為4.73 g/g，說明IDF具有吸附油脂，降低血液中油脂含量的作用。Chen等[26]探究藕節SDF與胰脂肪酶的相互作用，結果發現SDF上的羧基可與胰脂肪酶上的色氨酸結合，從而抑制胰脂肪酶的活性來調節脂質代謝。

3.2 預防腸道疾病，改善腸動力障礙

DF具有很強的持水性和膨脹性，可吸收高于自身質量好幾倍的水，還具有加快結腸傳輸等生理功能，對促進腸道蠕動具有一定作用，臨床上被廣泛用于炎癥性腸病、危重癥患者腸動力障礙的輔助治療[27]。吳強等[21]測得藕渣IDF的持水性和膨脹率分別為6.58 g/g和3.03 mL/g；Hussain等[28]發現在最佳球磨條件下，藕節DF的持水性和膨脹率可達8.23 g/g和8.04 mL/g，說明蓮藕DF的持水性和溶脹性都很高。IDF主要是由于其持水力強，在腸道內可形成大小和形狀不同的微粒直接對腸道黏膜產生機械刺激，促進腸道蠕動[27,29-30]；而SDF主要是由于在結腸發酵過程中會產生氣體和短鏈脂肪酸（SCFA），氣體可刺激腸道黏膜促進腸道蠕動，SCFA可刺激結腸分泌神經遞質和激素作用于腸神經系統、結腸和回腸的平滑肌，從而刺激腸道的蠕動及收縮，進而發揮調控腸動力的作用[31-34]。李慧娜[17]研究藕渣DF對小白鼠小腸推進率的影響，結果表明中高濃度DF能增加小白鼠小腸推進率，說明DF可通過增加小腸推進率來改善腸動力。

3.3 改善腸道菌群

雖然DF不能被消化酶消化，但有些DF可作為腸道微生物生長的底物，促進腸道菌群的增殖，此外DF可在結腸內發酵為SCFA，而腸道菌群能利用這些SCFA[35-36]。刁春仁[24]發現藕渣SDF不能被胃酸和α-淀粉酶水解，穩定性較好，能耐受消化道的消化，但能促進小鼠腸道內雙歧桿菌、乳桿菌有益菌的增殖，并且抑制腸桿菌、產氣莢膜梭菌有害菌的增殖，也可調節小鼠腸道內的SCFA（乙酸、丁酸）和乳酸含量的增加，對腸道微生物有積極的調節作用。

3.4 控制體重，預防糖尿病

人體攝入DF后，會產生飽腹感，也會減慢胃的消化排空速度，從而減少對其他食物的攝取，另外DF還可作用于α-淀粉酶，抑制其對淀粉的水解，降低血液中葡萄糖的含量，SDF還能在胃腸壁上形成薄膜，吸附葡萄糖，減少腸道對葡萄糖的吸收，達到控制體重，預防糖尿病的效果[37-39]。李慧娜[17]研究藕渣DF對小白鼠調節血糖功能的影響，結果表明DF可以預防糖尿病，治療由四氧嘧啶所致的糖尿病，改善由四氧嘧啶所致糖尿病小白鼠的糖耐量；金文筠[13]發現藕節DF能延緩小鼠增重的趨勢，降低營養性肥胖小鼠肥胖度，還能降低肝臟細胞肥大概率，同時防止脂肪組織細胞體積增大。

3.5 抗氧化性

DF的單糖殘基上有游離的羥基、羧基等側鏈基團，這些可作為供氫體與自由基反應，將自由基淬滅，此外DF還可提高抗氧化酶活性發揮抗氧化作用[40-41]。刁春仁[24]發現藕渣SDF可以提高小鼠血清中抗氧化酶的活性發揮抗氧化作用，藕渣SDF濃度達到5 mg/mL時，其DPPH·和ABTS+·清除率分別為38.23%和27.93%。Li等[42]發現蓮藕SDF可與多酚結合，阻止多酚在胃腸道上部食物基質中釋放，使大量酚類物質在結腸中才釋放，從而使其更好地發揮抗氧化作用。

4 蓮藕膳食纖維在食品工業中的應用

蓮藕DF具有很好的持水性、膨脹性、持油性、抗氧化性等，將其添加到食品中，可改善食品質地、風味，提高食品營養價值，因此在食品工業中具有廣泛應用。

4.1 在面制品中的應用

蓮藕DF具有很好的持水性和膨脹性，易與面團中的水發生相互作用，阻礙淀粉、蛋白質與水之間的結合，從而影響面筋蛋白的網絡結構，改善面團的韌性和彈性[43-44]。蓮藕DF在面制品中的應用主要包括面包、面條、餅干等。李慧娜[17]向面包中添加5%蓮藕IDF，可降低面包的老化程度，制得的面包色澤、口感等感官評價都較好。藕渣的主要成分為DF，李紅濤等[45]在面包生產中直接添加6%的藕渣粉，得到顏色和口感都很好的蓮藕DF法式小面包，改善面包的品質，賦予面包蓮藕的風味及保健功能；趙春梅等[46]將藕節SDF添加到面條中，添加量4%左右時，面條的適口性、光滑性和黏性都較好，感官評價最佳。

4.2 在肉制品中的應用

肉制品營養價值豐富，是人體蛋白質和各種礦物質的重要來源，但其飽和脂肪酸、膽固醇含量高，過量食用會導致人體營養不平衡甚至引發一些慢性疾病如心血管疾病等[14]。在肉制品中添加DF，不僅能降低食品中膽固醇的含量、平衡營養價值，還能提高肉制品的持水性，使其結構更加緊密，改善肉品的穩定性和口感[47]。周明全等[48]直接將藕渣添加到藕腸中，研制一款色、香、味型俱佳的藕腸，此藕腸具有蓮藕特有的清香味。

4.3 在飲料加工中的應用

在飲料中添加DF不僅能滿足人們對低糖、低脂、低熱量的追求，還能提高產品的穩定性，改善其感官品質，提高其保健功能。李慧娜[17]在酸奶中添加6%的蓮藕DF后，得到爽口、細膩且無異味的酸奶，感官評價較高；丁興華等[49]以藕渣為原料，進行液體發酵釀造的食醋產品不僅具有蓮藕DF營養功效，還具備食醋的營養功效，為蓮藕DF飲品的開發提供參考。

4.4 在其他食品中的應用

蓮藕DF除了應用于面制品、肉制品、飲料外，還可應用于果凍[50]、飴糖[51]、咀嚼片[52]、冰激凌[53]等食品中。將蓮藕DF添加到食品中，不僅能滿足消費者對低糖、低脂、低熱量的需求，還能改善產品風味和品質，使其擁有保健功能，在食品市場上具有很好的發展潛力。

5 結語及展望

隨著科學的發展，DF的重要性逐漸被認識，成為學術界受到關注的話題。蓮藕DF具有預防心血管疾病、腸道疾病，改善腸道菌群、腸動力障礙，控制體重等生理功能，具有廣闊的應用前景。雖有大量文獻報道蓮藕DF的提取、生理功能及應用，但提取法大多是采用酸堿結合酶解的方法，對一些新的提取法如膜分離技術、高壓微射流、納米技術等的應用還有待進一步研究。蓮藕DF具有很多生理功能，但缺少對其結構與生理活性間構效關系的研究。另外，雖然對蓮藕DF在食品工業中的應用研究較多，但市場上的含蓮藕DF產品不多，DF產業發展水平不高，沒有形成穩定的市場。因此，應改進提取技術，完善工藝流程，提高產率；深入研究蓮藕DF結構與其生理活性間的構象關系，為其應用奠定理論基礎；應積極發展DF產業，繼續開發風味、形式多樣、食用方便的蓮藕DF產品，滿足市場需求，對提高蓮藕經濟價值、提升社會經濟效益、預防慢性疾病具有重要意義。