一、膳食纤维

（一）膳食纤维的定义与分类

1.膳食纤维的定义

膳食纤维（Dietary fiber）这一名词是在1972年，Trowell等人在测定食品中各种营养成分时给出了膳食纤维的定义，即食物中不被消化吸收的植物成分。1999年7月26日IFT（the Institute of Food Technologists）年会在芝加哥就膳食纤维的定义举行了专门的论坛；1999年11月2日在84th AACC年会（美国临床化学年会）上举行专门会议对膳食纤维的定义进行了讨论。

膳食纤维定义为“凡是不能被人体内源酶消化吸收的可食用植物细胞、多糖、木质素以及相关物质的总和”。这一定义包括了食品中的大量组成成分如纤维素、半纤维素、木质素、胶质、改性纤维素、黏质、寡糖、果胶以及少量组成成分如蜡质、角质、软木质。AOAC985.29/AACC32-05，AOAC991.43/AACC32-07法被作为一种事实上的定义方法。

膳食纤维的测定方法可分为两大类即重量法和化学法。

重量法较简单，主要测定总膳食纤维、可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。重量法中目前应用较多的是酶法。一般分别用AACC32-07、AACC32-06方法测定总膳食纤维、可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。

化学法则可定量地测定其中每一种中性糖和总的酸性糖（糖醛酸），还可单独测定木质素。但化学法受仪器设备制约，因而不适用于常规的膳食纤维分析。

总之，目前膳食纤维的定义与测定方法之间仍然存在一定的差距，包含所有膳食纤维组成成分的测定方法有待于进一步建立。

2.膳食纤维的分类

膳食纤维有许多种分类方法，根据溶解特性的不同，可将其分为不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维两大类。不溶性膳食纤维是指不被人体消化道酶消化且不溶于热水的膳食纤维，是构成细胞壁的主要成分，包括纤维素、半纤维素、木质素、原果胶和动物性的甲壳素和壳聚糖。水溶性膳食纤维是指不被人体消化酶消化，但溶于温水或热水且其水溶性又能被4倍体的乙醇再沉淀的膳食纤维。主要包括存在于苹果、橘类中的果胶，植物种子中的胶，海藻中的海藻酸、卡拉胶、琼脂和微生物发酵产物黄原胶，及人工合成的羧甲基纤维素钠盐等。

按来源分类，可将膳食纤维分为植物来源、动物来源、海藻多糖类、微生物多糖类和合成类。

植物来源的有：纤维素、半纤维素、木质素、果胶、阿拉伯胶、愈疮胶和半乳甘露聚糖等；动物来源的有：甲壳素、壳聚糖和胶原等；海藻多糖类有：海藻酸盐、卡拉胶和琼脂等；微生物多糖如黄原胶等；合成类的如羧甲基纤维素等。其中，植物体是膳食纤维的主要来源，也是研究和应用最多的一类。

中国营养学会将膳食纤维分为：总的膳食纤维、可溶膳食纤维和水溶膳食纤维、非淀粉多糖。

（二）膳食纤维的组成与特性

1.膳食纤维的组成

膳食纤维的化学组成包括三大类：①纤维状碳水化合物（纤维素）；②基质碳水化合物（果胶类物质等）；③填充类化合物（木质素）。

其中，①、②构成细胞壁的初级成分，通常是死组织，没有生理活性。来源不同的膳食纤维，其化学组成的差异可能很大。

2.膳食纤维的理化特性

从膳食纤维的化学组成来看，其分子链中各种单糖分子的结构并无独特之处，但由这些并不独特的单糖分子结合起来的大分子结构，赋予膳食纤维一些独特的物化特性，从而直接影响膳食纤维的生理功能。

（1）高持水力　膳食纤维化学结构中含有很多亲水基团，具有很强的持水力。不同品种膳食纤维其化学组成、结构及物理特性不同，持水力也不同。

膳食纤维的持水性可以增加人体排便的体积与速度，减轻直肠内压力，同时也减轻了泌尿系统的压力，从而缓解了如膀胱炎、膀胱结石和肾结石等泌尿系统疾病的症状，并能使毒物迅速排出体外。

（2）吸附作用　膳食纤维分子表面带有很多活性基团，可以吸附螯合胆固醇、胆汁酸以及肠道内的有毒物质（内源性毒素）、化学药品和有毒医药品（外源性毒素）等有机化合物。膳食纤维的这种吸附螯合的作用，与其生理功能密切相关。其中研究最多的是膳食纤维与胆汁酸的吸附作用，它被认为是膳食纤维降血脂功能的机理之一。

（3）对阳离子有结合和交换能力　膳食纤维化学结构中所包含的羧基、羟基和氨基等侧链基团，可产生类似弱酸性阳离子交换树脂的作用，可与阳离子，尤其是有机阳离子进行可逆的交换，影响消化道的pH、渗透压及氧化还原电位等，并出现一个更缓冲的环境以利于消化吸收。

（4）无能量填充剂　膳食纤维体积较大，遇水膨胀后体积更大，易引起饱腹感。同时，由于膳食纤维还会影响可利用碳水化合物等成分在肠内的消化吸收，使人不易产生饥饿感。

（5）发酵作用　膳食纤维虽不能被人体消化道内的酶所降解，但却能被大肠内的微生物所发酵降解，产生乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸，使大肠内pH降低，从而影响微生物菌群的生长和增殖，诱导产生大量的好气有益菌，抑制厌气腐败菌。

（6）溶解性与黏性　膳食纤维的溶解性、黏性对其生理功能有重要影响，水溶性纤维更易被肠道内的细菌所发酵，黏性纤维有利于延缓和降低消化道中其他食物成分的消化吸收。

在胃肠道中，这些膳食纤维可使其中的内容物黏度增加，增加非搅动层（unstirredlayer）厚度，降低胃排空率，延缓和降低葡萄糖、胆汁酸和胆固醇等物质的吸收。

（三）膳食纤维的生理功能

早在1839年美国人Graham和1889年英国人Allinson就提出膳食纤维的生理功能。Allinson认为假如食物中完全不含膳食纤维或麸皮，不但易引起便秘，而且还会引起痔疮、静脉血管曲张和迷走神经痛等疾病。1923年Kellogg博士论述了小麦麸皮的医疗功能，可是这些早期的研究工作当时均未得到人们的重视。直到20世纪60年代，在大量的研究事实与流行病调查结果基础上，膳食纤维的重要生理功能才为人们所了解，并逐渐得到公认，现在它已被列入继蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物元素和水之后的第七营养素。

1.调整肠胃功能（整肠作用）

膳食纤维能使食物在消化道内的通过时间缩短，一般在大肠内的滞留时间约占总时间的97％，食物纤维能使物料在大肠内的移运速度缩短40％，并使肠内菌群发生变化，增加有益菌，减少有害菌，从而预防便秘、静脉瘤、痔疮和大肠癌等，并预防其他合并症状。

（1）防止便秘　膳食纤维使食糜在肠内通过的时间缩短，大肠内容物（粪便）的量相对增加，有助于大肠的蠕动，增加排便次数，此外，膳食纤维在肠腔中被细菌产生的酶酵解，先分解成单糖而后又生成短链脂肪酸。短链脂肪酸被当作能量利用后在肠腔内产生二氧化碳并使酸度增加、粪便量增加以及加速肠内容物在结肠内的转移而使粪便易于排出，预防便秘。

（2）改善肠内菌群和辅助抑制肿瘤作用　膳食纤维能改善肠内的菌群，使双歧杆菌等有益菌活化、繁殖，产生有机酸，使大肠内酸性化，抑制肠内有害菌的繁殖，并吸收掉有害菌所产生的二甲基联氨等致癌物质。

已知膳食纤维能显著降低大肠癌、结肠癌、乳腺癌、胃癌、食管癌等癌症的发生。

（3）缓和由有害物质导致的中毒和腹泻　当肠内有中毒菌和其所产生的各种有毒物质时，小肠腔内的移动速度亢进，营养成分的消化、吸收降低，并引起食物中毒性腹泻。而当有膳食纤维存在时可缓和中毒程度，延缓在小肠内的通过时间，提高消化道酶的活性和对营养成分正常的消化吸收。

（4）膳食纤维在消化道中可防止小的粪石形成，减少此类物质在阑尾内的蓄积，从而减少细菌侵袭阑尾的机会，避免阑尾炎的发生。

2.调节血糖值

膳食纤维中的可溶性纤维，能抑制餐后血糖值的上升，其原因是延缓和抑制对糖类的消化吸收，并改善末梢组织对胰岛素的感受性，降低对胰岛素的要求。水溶性膳食纤维随着凝胶的形成，阻止了糖类的扩散，推迟了在肠内的吸收，因而抑制了糖类吸收后血糖的上升和血胰岛素升高的反应。

3.调节血脂

可溶性膳食纤维可螯合胆固醇，抑制机体对胆固醇的吸收，并降低血浆胆固醇5％～10％，且都是降低对人体健康不利的低密度脂蛋白胆固醇，而高密度脂蛋白胆固醇降得很少或不降。

4.控制肥胖

大多数富含膳食纤维的食物，仅含有少量的脂肪。因此，在控制能量摄入的同时，摄入富含膳食纤维的膳食会起到减肥的作用。黏性纤维使碳水化合物的吸收减慢，防止了餐后血糖的迅速上升并影响氨基酸代谢，对肥胖病人起到减轻体重的作用。膳食纤维能与部分脂肪酸结合，使脂肪酸通过消化道，不能被吸收，因此对控制肥胖症有一定的作用。

5.消除外源有害物质

膳食纤维对汞、砷、镉和高浓度的铜、锌都具有清除能力，可使它们的浓度由中毒水平减低到安全水平。

可溶性和不溶性膳食纤维的各种性能比较见表3-1。

（四）膳食纤维的缺点

过量摄入膳食纤维可能造成以下的一些副作用：

（1）束缚Ca²⁺和一些微量元素　许多膳食纤维对Ca、Cu、Zn、Fe、Mn等金属离子都有不同程度的束缚作用，不过，是否影响矿物元素代谢还有争论。

（2）束缚人体对维生素的吸收和利用　研究表明：果胶、树胶和大麦、小麦、燕麦、羽扇豆等的膳食纤维对维生素A、维生素E和胡萝卜素都有不同程度的束缚能力，由此说明膳食纤维对脂溶性维生素的有效性有一定影响。

（3）引起不良生理反应　过量摄入，尤其是摄入凝胶性强的膳食纤维，如瓜尔豆胶等会有腹胀、大便次数减少、便秘等副作用。

另外过量摄入膳食纤维也可能影响到人体对其他营养物质的吸收。如膳食纤维会对氮代谢和生物利用率产生一些影响，但损失氮很少，在营养上几乎未起很大作用。

（五）膳食纤维的推荐摄入量

科学工作者对膳食纤维的合理摄入量进行了大量细致的研究。美国FDA推荐的成人总膳食纤维摄入量为20～35g/d。美国能量委员会推荐的总膳食纤维中，不溶性膳食纤维占70％～75％，可溶性膳食纤维占25％～30％。

我国低能量摄入（7.5MJ）的成年人，其膳食纤维的适宜摄入量为25g/d。中等能量摄入量（10MJ）为30g/d，高能量摄入量（12MJ）为35g/d。但对患病者来说剂量一般都有所加大。膳食纤维生理功能的显著性与膳食纤维中的比例有很大关系，合理的可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的比例大约是1:3。

（六）膳食纤维生产技术

膳食纤维的资源非常丰富，现已开发的膳食纤维共6大类约30余种。这6大类包括：谷物纤维、豆类种子和种皮纤维、水果和蔬菜纤维、微生物、其他天然纤维以及合成和半合成纤准。然而，目前在生产实际中应用的只有10余种，利用膳食纤维最多的是烘焙食品。

膳食纤维依据原料及对其纤维产品特性要求的不同，其加工方法有很大的不同，必需的几道加工工序包括原料粉碎、浸泡冲洗、漂白脱色、脱水干燥和成品粉碎、过筛等。

不同的加工方法对膳食纤维产品的功能特性有明显的影响。反复的水浸泡冲洗和频繁的热处理会明显减少纤维终产品的持水力与膨胀力，恶化其工艺特性，影响其生理功能的发挥，因为膳食纤维在增加饱腹感预防肥胖症、增加粪便排出量预防便秘与结肠癌方面的作用，与其持水力、膨胀力有密切的关系，持水力与膨胀力的下降会影响膳食纤维这方面功能的发挥。高温短时的挤压机处理会对纤维产品的功能特性产生良好的影响。有试验表明，小麦与大豆纤维经挤压机处理后，由于高温、高剪切挤压力的作用，大分子的不溶性纤维组分会断裂部分连接键，转变成较小分子的可溶性组分，变化幅度达3％～15％（依挤压条件的不同而异），这样就可增加产品的持水力与膨胀力。

1.小麦纤维（Wheatbranfiber）

小麦麸俗称麸皮，是小麦制粉的副产物。麸皮的组成因小麦制粉要求的不同而有很大差异，在一般情况下，所含膳食纤维约为45.5％，其中纤维素占23％，半纤维素占65％，木质素约6％，水溶性多糖约5％，另含一定量的蛋白质、胡萝卜素、维生素E、Ca、K、Mg、Fe、Zn、Se等多种营养素。在当今食品日趋精细时，不失为粗粮佳品。

生产流程：原料预处理→浸泡漂洗→脱水干燥→粉碎→过筛→灭菌→包装→成品

麸皮受小麦本身及储运过程中可能带来的污染，往往混杂有泥沙、石块、玻璃碎片、金属屑、麻丝等多种杂质，加工前的原料预处理中去杂是一个重要步骤。其处理手段包括筛选、磁选、风选和漂洗等。

因麸皮中植酸含量较高，植酸可与矿物元素螯合，从而影响人体对矿物元素的吸收，因此，对麸皮的植酸脱除成了小麦纤维加工的重要步骤。

先将小麦麸皮与50～60℃的热水混合搅匀，麸皮与加水量之比为（0.1～0.15）:1，用硫酸调节pH至5.0，搅拌保持6h。随后，用NaOH调节pH至6.0，在水温为55℃条件下加入适量中性或碱性蛋白酶分解麸皮蛋白，时间2～4h。然后升温至70～75℃，加入α-淀粉酶保持0.5～3h以分解去除淀粉类物质，再将温度提高至95～100℃，保持0.5h，灭酶同时起到杀菌的作用。之后分数次清洗、过滤和压榨脱水，再送到干燥机烘干至所需要的水分，通常是7％左右。洗涤步骤有时也可在升温灭酶之前进行。

这样制得的产品为粒状，80％的颗粒大小为0.22mm范围内。其化学成分是：果胶类物质4％、半纤维素35％、纤维素18％、木质素13％、蛋白质≤8％、脂肪≤5％、矿物质≤2％和植酸≤0.5％，膳食纤维总量在80％以上。这种产品对20℃水的膨胀力为4.7mL/g并保持17h不变。该产品颗粒适宜，可直接食用也可与酸奶、面包等一起食用；若要加工成食品添加剂，只需再经粉碎过筛即可。

小麦纤维在加工制备时，考虑到其吸水（潮）性较强，因而生产过程必须连续，且容器的密闭性要求高，尤其是南方地区湿度较高，需对生产环境的相对湿度作一些特殊处理，以免产品吸潮过量而影响产品质量。

2.大豆纤维

（1）大豆皮膳食纤维　生产流程如下：

大豆皮→粉碎→筛选→调浆→软化→过滤→漂白→离心→干燥→粉碎→成品

以大豆的外种皮为原料，为增加外种皮的表面积，以便更有效地除去不需要的可溶性物质（如蛋白质），可用锤片粉碎机将原料粉碎至大小以全部通过30～60目筛为适度。然后加入20℃左右的水使固形物浓度保持在2％～10％之间，搅打成水浆并保持6～8min，以使蛋白质和某些糖类溶解，但时间不宜太长，以免果胶类物质和部分水溶性半纤维素溶解损失掉。浆液的pH值保持在中性或偏酸性，pH值过高易使之褐变，色泽加深，pH值低色泽浅，柔和。

将上述处理液通过带筛板（325目）振动器进行过滤，滤饼重新分散于25℃、pH6.5的水中，固形物浓度保持在10％以内，通入0.01％的过氧化氢进行漂白，25min后经离心机或再次过滤得白色的湿滤饼，干燥至含水分8％左右，用高速粉碎机使物料全部通过100目筛为止，即得天然豆皮纤维添加剂。这个过程纤维最终得率为70％～75％左右。

（2）多功能纤维　工艺流程如下：

豆渣→湿热处理→脱腥→干燥→粉碎→筛选→成品

多功能纤维（MultifunctionFiberAdditive，MFA）是由大豆种子的内部成分组成，与通常来自种子外覆盖物或麸皮的普通纤维明显不同。这种纤维是由大豆湿加工所剩的新鲜不溶性残渣为原料，经过特殊的湿热处理转化内部成分而达到活化纤维生理功能的作用，再经脱腥、干燥、粉碎和过筛等工序而制成，其外观呈乳白色，粒度小于面粉。

MFA含有68％的总膳食纤维和20％的优质植物蛋白，添入食品中既能有效地提高产品的纤维含量又有利于提高蛋白含量。所以，更确切地说应称之为“纤维蛋白粉”。表3-2为其氨基酸分析结果。

MFA有良好的功能特性，可吸收相当于自身重量7倍的水分，也就是吸水率达到700％，比小麦纤维的吸水率400％高出很多。在某些产品如肉制品中，它能使肉汁中的香味成分发生聚集作用而不逸散。此外，强持水特性可明显提高某些加工食品的经济效益，如在焙烤食品中添加它可减少水分损失而延长产品的货架寿命。这种多功能纤维添加剂能在很多食品中得到应用并能获得附加的经济效益。

3.甜菜纤维

新鲜甜菜榨糖后的废渣洗净去杂质并挤干，分别用自来水、1.5％柠檬酸、95％乙醇浸泡1h，然后用匀浆器打碎，用自来水冲洗，4层尼龙布过滤至滤液变清，挤去水分，50℃下烘干，再用粉碎机磨成粉末。

该方法生产的产品食物纤维含量达到76％～80％，持水能力为6.1～7.8g水/g干纤维，与一般食物纤维相比，甜菜纤维具有中等水平的持水能力，吸油能力为1.51～1.77g油/g干纤维。

4.玉米纤维

利用玉米淀粉加工后的下脚料玉米皮为原料，用枯草芽孢杆菌α-淀粉酶（0.02g/50g）及少量蛋白酶，在60℃下酶解90min后过滤，干燥而得。酶法生产比酸法、碱法操作简单，设备要求低，产品中无机物含量低。也可由玉米秸经碱、酸水解后精制而得。

产品为乳白色粉末，无异味，含半纤维素70％、纤维素25％、木质素5％。80℃时可吸水6倍。

5.新型纤维

（1）壳聚糖　壳聚糖（Chitosan）是以甲壳类物质为原料，脱去Ca、P、蛋白质、色素等制备成甲壳素（Chitin），进一步脱去分子中的乙酰基而获得的一种天然高分子化合物，其化学结构是β-1，4-D-葡萄糖胺的聚合物，在结构上与纤维素相似。由于这种特殊的化学结构，致使壳聚糖有高分子性、成膜性、保湿性、吸附性、抗辐射性和抑菌防霉作用，对人体安全无毒，且具备可吸收性能。壳聚糖不仅具有一般膳食纤维的生理功能，且更具有一般膳食纤维所不具备的特性，如它是地球上至今为止发现的膳食纤维中唯一阳离子高分子集团，并且具有成膜性、人体可吸收性、抗辐射性和抑菌防霉作用等，这些特性使壳聚糖作为膳食纤维具备更优越的生理功能。

（2）菊粉（Inulin）菊粉是由D-呋喃果糖分子以β-2，1糖苷键连接而成的果聚糖。菊粉在自然界中分布很广泛，某些真菌和细菌中含有菊粉，但其主要来源是植物。菊粉是一种水溶性膳食纤维，具有膳食纤维的营养功能。

菊粉主要从菊芋或菊苣块茎中提取，这两种植物来源丰富，菊粉含量高，占其块茎干重的70％以上。

生产流程：

菊芋块茎→清洗→切片→沸水提取→过滤→石灰乳除杂→阴离子交换树脂脱色→阳离子交换树脂脱盐→真空浓缩→喷雾干燥→菊粉成品

菊粉粗提液中通常含有蛋白质、果胶、色素等杂质，需要进一步纯化处理。参照制糖工艺，在提取液中添加石灰乳，可有效去除非菊粉杂质，通过离子交换树脂去除提取液中各种离子成分，从而达到最终纯化菊粉提取液的目的。

食品中添加菊粉可以改善低能量冰淇淋的质构和口感；保持饮料稳定，增强饮料体积和口感；替代焙烤食品中的脂肪和糖分，提高焙烤食品的松脆性；改善肉制品的持水性；保持低能量涂抹食品的品质稳定性。

（七）膳食纤维的应用

（1）在焙烤食品中的应用　膳食纤维在焙烤食品中的应用比较广泛。丹麦自1981年就开始生产高膳食纤维面包、蛋糕、桃酥、饼干等焙烤食品，用量一般为面粉含量的5％～10％，如其用量超过10％，将使面团醒发速度减慢。因膳食纤维吸水性特强，故配料时应适当增加水量。

（2）在果酱、果冻食品中的应用　此类食品主要添加水溶性膳食果胶，所用果蔬原料主要是苹果、山楂、桃、杏、香蕉和胡萝卜等。

（3）在制粉业中的应用　利用特殊加工工艺，含麸量达50％～60％的面粉，适口性稍差于精白粉，但蛋白质含量、热量优于精白粉，粗脂肪低于精白粉，面粉质地疏松，可消化的蛋白量优于精白粉。国内市场仍处于开发和起步阶段。

（4）在制糖业中的开发应用　采用酶法生产工艺生产双歧杆菌的增殖因子——低聚糖，对双歧杆菌增殖效果明显，生产成本低，低热值，用途广，可实现工业化生产。

（5）在馅料、汤料食品中的应用　为了改变膳食纤维面食制品中外观质量，人们将膳食纤维与焦糖色素、动植物油脂、山梨酸、水溶性维生素、微量元素等营养成分及木糖醇、甜菊苷等甜味剂混合后，加热制成膳食纤维馅料，可用于牛肉馅饼、点心馅、汉堡包等面食制品，效果较好。此外，也可在普通汤料中加入1％的膳食纤维后一同食用，同样能达到补充膳食纤维之目的。

（6）在油炸食品中的应用　取豆渣膳食纤维1kg，加水0.5kg，淀粉5kg，混匀后蒸煮30min，再加入食盐90g、糖100g、咖喱粉50g，混匀、成型，干燥至含水量15％左右，油炸后得油炸膳食纤维点心。也可在丸子中加入30％膳食纤维，混匀，油炸制成油炸丸子或油条。

（7）在饮料制品中的应用　膳食纤维饮料于早就已盛行欧洲，并于1988年风靡美国。日本雪印等公司从1986年起先后推出了膳食纤维饮料或酸奶，每100g饮料含2.5～3.8g膳食纤维，其销量势头良好。台湾地区多家食品公司也陆续生产出膳食纤维饮料，膳食纤维并在台湾饮料市场上异军突起。此外，也可将膳食纤维用乳酸杆菌发酵处理后制成乳清饮料。

（8）在其他食品中的应用　除上述应用之外，膳食纤维还可用于快餐、膨化食品、糖果、酸奶、肉类及其他一些功能性方便食品。