王瑤，張明，王兆升，楊立風(fēng)，馬超，王崇隊(duì)，吳茂玉*

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安271000；2.中華全國(guó)供銷(xiāo)合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南250014）

果蔬加工副產(chǎn)物是指在果蔬加工過(guò)程中產(chǎn)生的果皮、果渣、老莖等副產(chǎn)物，主要成分有膳食纖維、木質(zhì)素及蛋白質(zhì)等。我國(guó)每年果蔬廢棄物產(chǎn)量約占果蔬總產(chǎn)量的25%~30%，約有1 億t 的水果和蔬菜廢棄物被丟棄[1]。這些廢棄物中含有大量的膳食纖維，其中不同膳食纖維的質(zhì)量和生理功能差別明顯，自然界原料中可溶性膳食纖維的含量一般在3%左右，研究表明只有可溶性膳食纖維含量達(dá)到10%以上，才具有良好的功能特性和加工性能，否則只是低品質(zhì)的填充型膳食纖維[2]。因此，使不溶性膳食纖維（IDF）轉(zhuǎn)化為可溶性膳食纖維（SDF），提高其生理活性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍具有重要的研究意義。本文結(jié)合近年來(lái)的研究，就膳食纖維的功能評(píng)價(jià)和改性方式等作簡(jiǎn)要綜述，以期為果蔬加工副產(chǎn)物膳食纖維資源高值利用提供一定的參考和借鑒。

1 膳食纖維的化學(xué)成分及理化特性

1.1 化學(xué)成分

膳食纖維實(shí)際上是植物細(xì)胞壁及部分植物細(xì)胞內(nèi)部的膠粘物質(zhì)、植物受損的應(yīng)激物質(zhì)等組成的混合物[3，4]。根據(jù)植物體功能劃分為三大類(lèi)：（1）結(jié)構(gòu)性多糖，包括纖維素、半纖維素及果膠等物質(zhì)；（2）結(jié)構(gòu)性非多糖，主要成分為木質(zhì)素，是一種由C6-C3單元通過(guò)醚鍵、碳-碳鍵連接的多聚芳香族化合物；（3）非結(jié)構(gòu)性多糖，是細(xì)胞內(nèi)的分泌物，多為樹(shù)膠、膠漿及部分多糖類(lèi)物質(zhì)。膳食纖維的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

1.2 理化特性

膳食纖維的理化特性與化學(xué)組成密切相關(guān)。各分子鏈中單糖分子含有不同的基團(tuán)，它們通過(guò)彼此結(jié)合，賦予了膳食纖維獨(dú)特的理化特性，主要體現(xiàn)在持水性、離子交換能力和吸附能力、發(fā)酵性等方面。

1.2.1 持水性和溶脹性

膳食纖維含有大量的親水基團(tuán)，有較強(qiáng)的吸水、持水能力。不同來(lái)源、不同種類(lèi)膳食纖維的持水力（WHC）和溶脹性各不相同。富含膳食纖維的食物進(jìn)入消化道，吸收大量的水分，并膨脹形成高黏度的溶液或凝膠，從而產(chǎn)生飽腹感，減少了食物和熱量的攝入。劉靜娜等[5]對(duì)蘆筍皮和莖中提取得到的SDF 和IDF 進(jìn)行持水力和溶脹力的測(cè)定，結(jié)果表明，持水性能由大到小依次為：皮IDF、莖IDF、皮SDF、莖SDF，蘆筍皮中的IDF 持水性是SDF 的2倍，蘆筍莖的IDF 持水性是SDF 的4.8 倍，而蘆筍皮SDF的持水性與莖IDF 相當(dāng)；蘆筍皮、蘆筍莖的IDF 溶脹性能明顯強(qiáng)于SDF，且蘆筍皮SDF 的溶脹性為蘆筍莖的2.2 倍，而蘆筍皮IDF 的溶脹性比蘆筍莖高1.5 倍。

1.2.2 離子交換和吸附能力

膳食纖維中尤其是酸性多糖類(lèi)的結(jié)構(gòu)含有一些側(cè)鏈基團(tuán)（主要為羧基和羥基），它們有較強(qiáng)的陽(yáng)離子交換能力，且此交換為可逆性的，會(huì)優(yōu)先交換鉛等有害離子，同時(shí)還能吸附膽汁酸、膽固醇、變異原等有機(jī)分子。楊曉寬等[6]對(duì)酶堿法提取的膳食纖維，包括SDF、IDF 和TDF（總膳食纖維，SDF∶IDF=1∶2），進(jìn)行特性比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SDF、IDF、TDF 的 陽(yáng) 離 子 交 換 能 力 分 別 為0.77、0.27、0.48 mmol/g；吸附膽固醇的能力，SDF 為20.71 mg/g，IDF 為15.69 mg/g，TDF 為17.45 mg/g。

表1 膳食纖維的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及作用Table 1 Chemical composition，structure and function of dietary fiber

1.2.3 發(fā)酵性

膳食纖維不易在體內(nèi)被消化酶降解，但在大腸內(nèi)可被微生物（如雙歧桿菌）酵解。這些微生物能以部分膳食纖維為營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行代謝，同時(shí)產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸，促進(jìn)有益菌群的增殖。微生物酵解的速率、程度與底物接觸的程度（即膳食纖維基質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)）、多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，可溶性多糖的酵解率比細(xì)胞壁內(nèi)多糖的酵解率要高[7]。有益菌群增殖的同時(shí)可減少腸毒素的累積，減少對(duì)腸粘膜的刺激，從而保護(hù)腸道健康，預(yù)防結(jié)腸癌的發(fā)生。

2 膳食纖維的功能特性

2.1 預(yù)防心血管疾病

血液中膽固醇的來(lái)源可分為兩種：食物攝取和體內(nèi)合成，血液中的血脂和膽固醇含量高容易引起心血管疾病。肝臟中的膽固醇可代謝為膽汁酸，膽汁酸在小腸中消化脂肪，并被小腸吸收轉(zhuǎn)換成膽固醇回到肝臟[8]。膳食纖維具有良好的吸附能力，能夠吸附膽固醇的代謝產(chǎn)物——膽汁酸。為消化腸道內(nèi)的食物，肝臟需要吸收更多的膽固醇進(jìn)行代謝，導(dǎo)致血液中膽固醇含量下降；膳食纖維還能縮短脂肪經(jīng)過(guò)腸道的時(shí)間，阻止或延緩肌體對(duì)脂肪的吸收，從而降低血液中脂和膽固醇的含量，預(yù)防心血管疾病[9]。

2.2 預(yù)防腸道疾病，改善便秘

厭氧菌與酵母菌可酵解膳食纖維，使其在大腸內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸（SCFA）。其中丁酸可降低腸道內(nèi)的pH 值，利于雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群的生長(zhǎng)繁殖；同時(shí)還能抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，控制致癌基因表達(dá)，預(yù)防腸道疾病。另一方面IDF 對(duì)有害物質(zhì)有較強(qiáng)的清除和吸附能力，且?guī)в兄菜?、阿魏酸等生物活性物質(zhì)，可抑制癌癥的形成，降低結(jié)腸癌的發(fā)病率[10,11]。

SDF 具有較好的持水能力，且易被酵解為SCFA，刺激腸黏膜，增加糞便排泄量；IDF 不易被消化酵解，能促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，縮短食物殘?jiān)ㄟ^(guò)的時(shí)間，從而加快排泄，預(yù)防便秘。

2.3 防止重金屬中毒，預(yù)防高血壓

膳食纖維尤其是酸性多糖類(lèi)對(duì)陽(yáng)離子有結(jié)合和交換能力，可以與鈣、鋅、銅、鉛等離子進(jìn)行交換，并對(duì)鉛等有害離子有優(yōu)先交換性，所以吸附在膳食纖維上的有害離子可以隨糞便排出，從而防止重金屬中毒。

醫(yī)學(xué)研究表明，血液中鈉、鉀離子比值的大小直接影響血壓的高低。膳食纖維在胃腸中進(jìn)行離子交換，改變了陽(yáng)離子濃度，對(duì)消化道pH、滲透壓、氧化還原電位產(chǎn)生影響。隨著尿液中鉀離子和糞便中鈉離子的排出，血液中Na/K 的比值降低，導(dǎo)致血壓降低[11]。

2.4 預(yù)防糖尿病

水溶性膳食纖維在胃腸道中能形成凝膠基層，阻礙消化酶與食物的接觸，減緩消化吸收進(jìn)程，延緩胃排空時(shí)間；水不溶性膳食纖維能吸附葡萄糖，減慢機(jī)體對(duì)葡萄糖的吸收速度，降低腸液葡萄糖的有效濃度，有助于控制糖尿病患者的癥狀[10,12]。膳食纖維可影響消化酶對(duì)機(jī)體的調(diào)節(jié)作用，延長(zhǎng)酶解時(shí)間，減緩腸液中葡萄糖的釋放；還能改善末梢組織對(duì)胰島素的感受性，使葡萄糖的吸收率下降，提高人體耐糖的程度，利于糖尿病的治療和康復(fù)。

3 膳食纖維的改性方法

膳食纖維中不溶性成分主要刺激腸道產(chǎn)生機(jī)械蠕動(dòng)，而可溶性成分則發(fā)揮代謝功能，故而膳食纖維中可溶性成分的組成比例對(duì)膳食纖維生理功能起著重要作用。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，高品質(zhì)膳食纖維中SDF 的含量應(yīng)該在10%以上[13]。然而大多數(shù)植物膳食纖維中的SDF 含量很少，未能達(dá)到膳食平衡標(biāo)準(zhǔn)，且性能存在某些缺陷，無(wú)法滿足加工需求，須通過(guò)改性處理提高其品質(zhì)。改性技術(shù)是指對(duì)膳食纖維進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，使不溶性膳食纖維大分子結(jié)構(gòu)的部分連接鍵斷裂，轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿拥途垠w的膳食纖維降解產(chǎn)物，其物理、化學(xué)特性以及生物活性發(fā)生變化，以滿足生產(chǎn)需求[14]。

目前膳食纖維的改性方法主要有物理方法（超微粉碎技術(shù)、超高壓技術(shù)等）、化學(xué)方法（酸法、堿法）和生物技術(shù)方法（酶法、發(fā)酵法），也可將上述方法聯(lián)合使用，得到高品質(zhì)的膳食纖維。

3.1 物理方法

3.1.1 超微粉碎技術(shù)

我國(guó)超微粉碎技術(shù)是20 世紀(jì)90 年代隨著現(xiàn)代化工、電子、生物、材料及礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展而興起的，是目前食品加工的高科技尖端技術(shù)[15]。它是利用機(jī)械或流體動(dòng)力的方法克服固體內(nèi)部凝聚力并使之破碎的粉碎技術(shù)，可以使物料的粒度達(dá)到10 μm 以下，甚至能夠達(dá)到1 μm 的超微米水平[16]。膳食纖維在超微粉碎時(shí)，經(jīng)高速高強(qiáng)度的碰撞剪切等，可使糖苷鍵斷裂，物料比表面積增大，使得親水基團(tuán)暴露，致使其持水性、膨脹力等物化特性發(fā)生改變。

超微粉碎技術(shù)大致分為機(jī)械粉碎和化學(xué)合成粉碎，前者因成本低、產(chǎn)能高且操作方便而得以普遍應(yīng)用。葛邦國(guó)等[17]對(duì)蘋(píng)果渣膳食纖維進(jìn)行改性試驗(yàn)，比較了化學(xué)法和物理法對(duì)膳食纖維改性的影響，得出物理方法對(duì)膳食纖維能進(jìn)行較好的改性處理，經(jīng)過(guò)超微粉碎處理的蘋(píng)果渣膳食纖維的持水力提高了9.9%，膨脹力提高了9.8%。李安平等[18]對(duì)竹筍膳食纖維進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，超微粉碎時(shí)間增加，粒徑減小，比表面積也增大，當(dāng)粉碎處理40 min 時(shí)，粒度小于150 μm 的粉末顆?？蛇_(dá)到81.16%；此外，DF 粉末粒徑越小，SDF 含量越高；超微粉碎獲得的各種粒徑竹筍DF 的SDF/IDF 比值在0.0048~0.0158 之間變化，且隨著粒徑的減小，DF 對(duì)NO2-和膽酸鈉的吸附量卻逐漸增大。

3.1.2 超高壓技術(shù)

超高壓改性是一種將樣品置于常溫或高溫的液體介質(zhì)中進(jìn)行100~1000 MPa 處理以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的方法。該技術(shù)是純物理手段，在介質(zhì)中物料體積被壓縮。超高壓會(huì)產(chǎn)生極高的靜壓，不僅影響細(xì)胞的形態(tài)，還會(huì)使生物高分子立體結(jié)構(gòu)的非共價(jià)鍵發(fā)生變化，使蛋白質(zhì)凝固、淀粉等變性[19]。

李雁等[20]對(duì)紅薯渣不溶性膳食纖維進(jìn)行超高壓改性，結(jié)果表明，改性紅薯渣IDF 的微觀結(jié)構(gòu)為疏松、光滑、蜂巢形的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；結(jié)晶度減小，比表面積增大。涂宗財(cái)?shù)萚21]研究了不同處理壓力對(duì)提高豆渣中可溶性膳食纖維（SDF）含量的影響，結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)超高壓均質(zhì)處理法可提高可溶性膳食纖維含量達(dá)35%以上。

3.2 化學(xué)方法

化學(xué)改性指通過(guò)酸堿處理，使纖維類(lèi)大分子不同程度地轉(zhuǎn)化為多糖（非消化性），從而使聚合度大幅下降，在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件（如pH、時(shí)間及溫度）下，斷裂其中的糖苷鍵，產(chǎn)生具有還原性的末端。吳麗萍等[22]對(duì)竹筍膳食纖維進(jìn)行化學(xué)改性后，膨脹力、持水力、結(jié)合水力、SDF 含量都有一定程度的提高，但是陽(yáng)離子交換力略有下降。化學(xué)改性雖可以提高SDF 含量，但其轉(zhuǎn)化率低、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且化學(xué)基團(tuán)的引入容易造成離子殘留。故化學(xué)改性在食品加工方面并不占優(yōu)勢(shì)，更多用于包裝材料的使用[23]。

3.3 生物技術(shù)方法

生物技術(shù)方法主要指酶法和發(fā)酵法。酶法改性是通過(guò)復(fù)合酶制劑作用于不溶性膳食纖維，使其部分成分發(fā)生降解，提高溶解性，同時(shí)改善持水性等理化性質(zhì)。酶法反應(yīng)條件溫和，專一性強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間短。目前主要用于膳食纖維改性的酶有木聚糖酶、纖維素酶和木質(zhì)素氧化酶等。麻佩佩等[24]利用纖維素酶對(duì)擠壓后的蘋(píng)果渣膳食纖維進(jìn)行改性，提高可溶性膳食纖維的含量，從而提高產(chǎn)品的功能性。

發(fā)酵法主要是通過(guò)微生物代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸的作用，將大分子膳食纖維分解為小分子化合物。目前應(yīng)用的發(fā)酵菌種主要是乳酸菌和其它混合菌群。陳海強(qiáng)等[25]利用枯草芽孢桿菌BF7658 發(fā)酵綠豆粉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品SDF 含量高達(dá)10.08%，在發(fā)酵原料0.78%的基礎(chǔ)上增加了9.30%。

4 果蔬副產(chǎn)物膳食纖維在食品中的應(yīng)用

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)果蔬加工業(yè)的副產(chǎn)物高達(dá)1 億t。這些副產(chǎn)物基本上沒(méi)有開(kāi)發(fā)利用，不僅污染環(huán)境，而且浪費(fèi)資源。因?yàn)檫@些副產(chǎn)物中含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、果膠、膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)成分。從果蔬副產(chǎn)物中提取的DF 具有持水性、持油性、乳化性、成膠性等特性，添加到食品中，可賦予食品適當(dāng)?shù)牧髯儗W(xué)特性，改善食品的風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)，在產(chǎn)品加工方面有較明顯作用。

4.1 在主食中的應(yīng)用

主食主要包括面條、饅頭、面包等。面條一般添加5%的DF，種類(lèi)不同，效果也不同。將DF 加到面粉中制成饅頭，可強(qiáng)化面團(tuán)筋力，并且具有特殊香味，口感適宜。在國(guó)外，大部分面包都不同程度地添加了DF，其蜂窩狀組織和口感有明顯改善，是一種最常見(jiàn)強(qiáng)化膳食纖維的食品。

劉婷婷等[26]對(duì)玉米高品質(zhì)膳食纖維（CHQDF）面包的質(zhì)構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)CHQDF 可增大面包的硬度和咀嚼性，而在彈性和回復(fù)性方面影響較小；通過(guò)對(duì)面包比容、保水性、物性、老化度及感官品質(zhì)等進(jìn)行綜合分析，確定CHQDF 添加量為9%時(shí)效果最好，此時(shí)面包口感細(xì)膩、彈性適宜、質(zhì)地柔軟、味道純正。Fan Lisheng 等[27]將黑木耳子實(shí)體中的多糖提取出來(lái)，按9%的比例添加到面粉中，得到的面包口感良好，且具有很好的抗氧化性。

4.2 在焙烤食品中的應(yīng)用

改性后的DF 有良好的水合性能，在焙烤食品中應(yīng)用廣泛，如餅干、蛋糕、餡餅等食品中。其中焙烤餅干中的糖、油用量較多，水分偏少，面粉筋力較低，需要添加DF改善餅干的口感。而糕點(diǎn)中含有大量水分，在焙烤時(shí)影響產(chǎn)品質(zhì)量，DF 有較高的WHC，可吸附水分，利于產(chǎn)品形成合理質(zhì)構(gòu)。DF 的用量一般不超面粉的10%，否則影響面團(tuán)的醒發(fā)。

在一定添加量范圍內(nèi)，隨著蘋(píng)果渣膳食纖維添加量的增加，桃酥?jǐn)偭讯戎饾u降低；且膳食纖維的粒度越小，桃酥的組織結(jié)構(gòu)和口感越好[28]。將DF 與焦糖色素、油脂、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分、木糖醇等甜味劑混合后制成餡料，可用于餡餅、漢堡等面制食品。且在普通的餡料中加1%的膳食纖維，同樣可以補(bǔ)充膳食纖維。

4.3 在飲料中的應(yīng)用

膳食纖維可作為均質(zhì)劑和穩(wěn)定劑添加到飲料中。市場(chǎng)上的果汁大多采用果膠、黃原膠等作為穩(wěn)定劑。適量的膳食纖維可使飲料中的微粒分布均勻，避免分層和沉淀，改善口感。Hou Xujie 等[29]將巴楚菇中的多糖提取出來(lái)制成一種混合飲料，質(zhì)地均勻透徹，香氣濃郁，比壓榨的蘋(píng)果汁味道更好。還可將提取后的米糠膳食纖維經(jīng)再處理后應(yīng)用于胡蘿卜飲料中，制成富含纖維的營(yíng)養(yǎng)保健飲料[30]。

目前國(guó)內(nèi)添加膳食纖維的飲料已有上百種，其中比較有代表性的有：伊利集團(tuán)的“谷粒多”系列，開(kāi)辟了谷物乳飲料的先河；蒙牛乳業(yè)的“早餐奶”系列，也是成功運(yùn)用谷物的概念體現(xiàn)膳食纖維；娃哈哈的“營(yíng)養(yǎng)快線、呦呦奶茶”系列，把膳食纖維作為復(fù)合營(yíng)養(yǎng)素的一種；此外，在固體飲料中膳食纖維的應(yīng)用更是廣泛，市場(chǎng)上80%的膳食纖維補(bǔ)充劑都是固體飲料形式的，已成為一種大眾化的產(chǎn)品形式[31]。

4.4 在保健食品中的應(yīng)用

保健品市場(chǎng)中最為熱門(mén)的功效是潤(rùn)腸通便、減肥美容等，而膳食纖維在這些方面作用突出。在實(shí)際生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)外已有多家研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)推出膳食纖維加工技術(shù)和保健品，如日本大冢制藥公司用食用水溶性膳食纖維制造纖維素飲品MINIFIBER，暢銷(xiāo)日本和韓國(guó)；浙江工商大學(xué)杭州商學(xué)院研制的高纖維保健品——麥寶；寧波寶鼎公司研發(fā)的新型海洋生物膳食纖維保健品；河南科龍保健食品廠以谷物為原料開(kāi)發(fā)的純天然保健食品膳食纖維粉等[32]。除了作為功能性產(chǎn)品配料使用以外，目前還產(chǎn)生了以可溶性膳食纖維為主的片劑、膠囊及沖劑等保健產(chǎn)品，表現(xiàn)出了良好的市場(chǎng)前景。

4.5 在其他食品中的應(yīng)用

膳食纖維有較強(qiáng)的持水力和保水力，可減緩水分流失，使烹調(diào)的食物不易干硬或酥爛，如大豆食用纖維可使肉灌制食品保持良好口感，提高出品率。膳食纖維還可部分替代食品中的油脂，如植物膠能提供奶油狀、滑膩的口感性質(zhì)，卡拉膠和瓜爾豆膠混合物可以用作冰激凌的穩(wěn)定劑。瓜爾豆膠、卡拉膠和阿拉伯膠可添加到調(diào)味品（如醬油）中作增稠劑和穩(wěn)定劑來(lái)提高產(chǎn)品稠度，防止組分分離，調(diào)整口味。此外，膳食纖維在香腸、膨化食品、內(nèi)脂豆腐、糖果中也有廣泛應(yīng)用。

5 展望

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高和人們對(duì)養(yǎng)生的重視，DF 因其特有的生理功能和保健作用成為功能性食品研發(fā)的熱點(diǎn)之一。目前，關(guān)于DF 的研究很多，主要集中在提取和研究植物性纖維方面，關(guān)于DF 的構(gòu)效關(guān)系和分子水平的研究較少，能適應(yīng)市場(chǎng)的高品質(zhì)纖維產(chǎn)品缺口較大。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)產(chǎn)品資源豐富，從農(nóng)產(chǎn)品加工的副產(chǎn)品（如廢渣）提取DF 不僅解決了環(huán)境污染問(wèn)題，還提高了食品產(chǎn)業(yè)的附加值，因此膳食纖維及其改性在食品中應(yīng)用的研究和開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。