第八章-膳食纤维

第八章膳食纤维8.1概述1膳食纤维的定义近年来，随着人们生活水平的提高，膳食结构的变化，由于营养过剩或不平衡所造成的超重、肥胖、糖尿病、动脉粥样硬化、冠心病等所谓的“文明病”的发病率逐年增高。因此膳食纤维在食品营养上和临床医学上的重要作用已受到人们的普遍关注，膳食纤维已经成为人类第七大营养素。膳食纤维被定义为“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，还包括了少量组成成分，如蜡质、角质、软木脂等。膳食纤维的概念不同于常用的粗纤维（crudefiber）的概念，传统意义上的粗纤维是指植物经特定浓度的酸、碱、醇或醚等溶剂作用后的剩余残渣。强烈的溶剂处理导致几乎100％水溶性纤维、50%～60%半纤维素和10%～30%纤维素被溶解损失掉。因此，对于同一种产品，其粗纤维含量与总膳食纤维含量往往有很大的差异，两者之间没有一定的换算关系。2膳食纤维与粗纤维的区别8.2膳食纤维的分类和主要化学组成成分1膳食纤维的分类（1）根据膳食纤维（dietaryfiber，DF）的溶解性可以把DF分成可溶性膳食纤维（solubledietaryfiber，SDF）和不溶性膳食纤维（insolubledietaryfiber，IDF）。IDF是指不被人体消化道酶消化且不溶于热水的那部分膳食纤维，它主要是细胞壁的组成成分，包括纤维素（CEL）、半纤维素（HC）、木质素和植物蜡（wax）等。SDF是指不被人体消化道酶消化，但可以溶于温水或热水且其水溶液又能被4倍体积的乙醇再沉淀的那部分膳食纤维，它主要指植物细胞内的储存物质和分泌物，还包括部分微生物多糖和合成类多糖，如果胶（Pectin）、瓜尔豆胶、海藻酸盐、葡聚糖和真菌多糖。（2）根据在大肠内的发酵程度分类DF可以被人体大肠内的菌群所发酵，但不同的DF被发酵的程度不一样，可分为部分发酵类纤维和完全发酵类纤维。部分发酵类纤维包括：纤维素（CEL）、半纤维素（HC）、木质素、植物蜡和角质等。完全发酵类纤维包括：β－葡聚糖、果胶、瓜尔豆胶、阿拉伯胶、海藻胶和菊粉等。一般来说，完全发酵类纤维多属于SDF，而部分发酵类纤维多属于IDF。但也有一些例外，如梭甲基纤维素（以下简称CMC），它虽然易溶于水，但几乎不被大肠内的菌群所发酵。(3)根据来源的不同分类根据来源的不同，可以将膳食纤维分为植物性来源、动物性来源、微生物性来源、海藻多糖类和合成类膳食纤维。植物性来源的膳食纤维包括：纤维素、半纤维素、木质素、果胶、阿拉伯胶、愈创胶、半乳甘露聚糖、明胶、甘露聚酸等。动物性来源的包括：甲壳质、壳聚糖、胶原等。微生物性来源的包括：黄原胶等。海藻多糖类的包括：海藻酸盐、卡拉胶、琼脂等。合成类的包括：羧甲基纤维素、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。(4)根据定义分类2001年1月，膳食纤维定义委员会提交给AACC一份名为TheDefinitionofDietaryFiber的报告，报告中根据定义将DF分为：非淀粉多糖和抗消化的低聚糖类，包括CEL、HC（阿拉伯木聚糖、阿拉伯半乳聚糖）、果聚糖（菊粉、低聚果糖）、树胶、黏浆和果胶；相似的糖类化合物类，包括抗消化糊精（抗消化的麦芽糊精和土豆淀粉糊精）、合成的糖类化合物类（葡聚糖、甲基纤维素）；木质素；相关植物次生物质类，包括蜡质、肌醇六磷酸、角质、皂角苷、软木脂和单宁。(5)根据品质分类根据膳食纤维的品质可以将膳食纤维分成两类，即普通膳食纤维和高品质膳食纤维。普通膳食纤维只是一种无能量填充剂，其中可溶性成分很低，一般在3％以下，这也是其生理活性较低的原因所在。普通的玉米皮不经任何改性处理即为这种膳食纤维，因此不具备较好的加工特性、生理活性和保健功能。高品质膳食纤维的可溶性成分含量应该达到10％以上，膨胀力大于10mL.g-1，持水力不小于7g.g－1，结合水力不低于5g.g－1。因此，其生理活性较强，具有明显的保健作用，可以作为各种食品的添加剂以及用于生产保健食品。2膳食纤维主要化学组成成分(1)主要化学成分1）糖类化合物植物纤维原料中最主要的化学成分是糖类化合物，其含量因原料的不同而异，常占原料质量的60％～90％。①纤维素纤维素（cellulose，CEL）是构成植物细胞壁的主要材料，也是膳食纤维的最基本的化学成分。原料的纤维素含量的高低，是评价膳食纤维原料价值的基本依据之一。②半纤维素半纤维素（hemicellulose，HC）是植物细胞壁中除CEL和木质素之外的另一类重要组分，由于总是与CEL共同存在于植物细胞壁内,因而得名。2）木质素木质素具有非常复杂的三维结构，它是由苯基丙烷结构单元（即C6一C3单元）通过醚键、碳－碳键连接而成的芳香族高分子化合物，而不属于多糖化合物。由于是多聚芳香族苯丙烷化合物，因而能使细胞壁保持一定的韧性。它亲水性差，是植物结构整体物质，几乎不受生物化学分解。木质素作为一种抗氧化剂，具有与铁、锌结合的能力。（2）少量成分原料中的少量物质，一般包括部分无机盐、糖类、植物碱、单宁、色素、黏液、淀粉、果胶质、脂肪、脂肪酸、树脂、树脂酸、萜烯、酚类物质、甾醇、蜡、香精油等。这些物质可以在不同的溶剂中溶解，各种物质的溶解程度是不相同的，因此可以采用不同溶剂而将其分离。（3）灰分在膳食纤维原料中，除碳、氢、氧等基本元素外，还有许多种其他元素。这些元素是植物细胞生命活动中不可缺少的物质，如氮、硫、磷、钙、镁、铁、钾、钠、铜、锌、锰、氯等。随着植物的种类不同，生长环境的不同，植物所含的元素种类及含量也会有很大差异。这些元素一般以离子形式存在，是植物的根从土壤或水中吸收的。此外，植物中可能含有对植物和人有毒害作用的砷和大多数重金属离子。（4）果胶质果胶酸是聚半乳糖醛酸，它不溶于水，果胶酸中的羟基80％以上被甲基酯化，一部分被中和成盐，使其变成部分可溶于水的物质，称为果胶质。由于多价金属离子（如Ca2+，Mg2+等）与存在于果胶质中未酯化的羟基作用，将果胶质的链分子连接成网状结构，使之成为不溶于水的果胶质。3各种食物中膳食纤维的含量8.3膳食纤维的功能作用1膳食纤维的特性（1）具有很高的持水性膳食纤维的这一物化特性，使其具有吸水功能与预防肠道疾病的作用。水溶性膳食纤维持水性高于非水溶性膳食纤维。麦麸纤维可以吸收是本身质量2～3倍的水，而果胶则可以吸收其质量4～5倍的水。膳食纤维可以用于预防便秘、肠憩室症、横隔膜症及痔疮等肠道疾病，降低了肠癌的发病率。（2）对有机化合物有鳌合作用对有机化合物有螫合作用使膳食纤维具有吸附有机物的功能与预防心血管疾病的作用。因为膳食纤维具有吸附胆汁酸、胆固醇、变异原等有机分子的功能，所以膳食纤维对降低人体和动物血浆和肝脏组织胆固醇水平有着显著的作用。因此，膳食纤维可以直接扼制和预防胆石症、高血脂、肥胖症、冠状动脉硬化等心血管系统的疾病。（3）对阳离子有结合和交换能力膳食纤维对阳离子有结合和交换能力，使它具有离子交换功能和降血压作用。据有关资料报道，膳食纤维尤其是酸性多糖类，具有较强的阳离子交换功能，膳食纤维可以与钙、锌、铜、铅等阳离子进行交换，且此类交换为可逆性的，并优先交换铅等有害离子。所以，吸附在膳食纤维上的有害离子可以随粪便排出，从而产生解毒作用。据医学研究表明，血液中的Na+、K+比值的大小直接影响血压的高低。当食用膳食纤维食品后，在进行离子交换时，改变了阳离子的瞬间浓度，起到了稀释作用，故可以对消化道PH、渗透压以及氧化还原电位产生影响，营造了一个理想的缓冲环境。更为重要的是一些膳食纤维能与胃肠道中的Na+、K+进行交换，使尿中的K+和粪便中的Na+大量排出体外，血液中的Na+、K+比值随之降低可以使血压降低。（4）具有调解代谢功能与降低血糖作用膳食纤维能抑制糖尿病患者餐后血糖浓度的急剧上升和日平均血糖浓度的升高，但对空腹患者效果不明显。此外，膳食纤维还能改善外周组织对胰岛素的敏感性，进一步增强降血糖作用。（5）可改变肠道系统中微生物群系的组成膳食纤维可改变肠道系统中微生物群系的组成，因而它具有改善肠内菌群功能及加速有毒物质的排泄和解毒作用。由非淀粉多糖组成的膳食纤维经过食道到达小肠后，由于它不被人体消化酶分解吸收而直接进人大肠，在大肠内繁殖有100～200种总量约为1×108个细菌，其中相当一部分是有益菌，在提高机体免疫力和抗病变方面有着显著的功效。2膳食纤维的生理功能（1）控制体重膳食纤维以在大肠内发酵的方式代谢，提供的能量低于普通碳水化合物，它具有较强的吸水功能和膨胀功能，在食物中吸水膨胀并形成高黏度的溶胶或凝胶，容易产生饱腹感。膳食纤维能抑止进食，降低人体对淀粉、蛋白质和脂肪的吸收，减少食物的消化率，减慢了胃排空时间。（2）防治便秘长期便秘对人体危害很大，大量毒性物质在人体内积聚，如果超出肝脏的解毒能力，就会引起直肠脱垂、乙状结肠扭转、肠梗阻、尿潴留等并发症，产生口苦、口臭、恶心、腹痛、腹胀等不适感。膳食纤维能在肠道内促进肠壁的有效蠕动，使肠的内容物迅速通过肠道并排出体外，减少了食物在肠道中的停留时间。同时，膳食纤维在大肠内经过细菌发酵，可以直接增加纤维中所含的水分，大便变软变稀，从而起到了通便作用。（3）防治结肠癌结肠中的一些腐生菌能产生致癌物质，而肠道中的一些有益微生物能够利用膳食纤维产生短链脂肪酸，这类脂肪酸特别是乙酸能抑制腐生菌的生长。胆汁中的胆酸和鹅胆酸可以被细菌代谢为次生胆汁酸——石胆酸和脱氧胆酸，两者都是致癌剂的突变剂。膳食纤维能束缚胆酸和次生胆汁酸，将其排出体外，因此可以大大降低结肠中次生胆汁酸的含量。膳食纤维能促进肠道的蠕动，增加粪便体积，缩短排空时间，从而减少致癌物与结肠的接触机会。膳食纤维还能为肠道的有益微生物分解产生丁酸，而丁酸能抑制肿瘤细胞的生长增殖，诱导肿瘤细胞向正常细胞转化，并控制致癌基因的表达。（4）防治糖尿病、高血压、心脏病和动脉硬化在脂质代谢过程中，膳食纤维可以通过某种作用，抑制或延缓胆固醇与甘油三酯（即三酰甘油）在淋巴中的吸收，从而维持体内血脂和脂蛋白代谢的正常进行。能降低血清和肝中的胆固醇，从而防治高血压、心脏病和动脉硬化。能延缓糖分的吸收，抑制血糖生成和血胰岛素的上升，而且能改善末梢神经组织对胰岛素的要求量，使胰岛素的分泌下降，从而达到调节糖尿病患者的血糖水平的目的。膳食纤维对阳离子的强结合力，使无机盐在肠道中的吸收受阻，如藻酸具有离子交换能力，能吸收钠离子并随粪便排出体外，从而起到降低血压的作用。（5）清除外源有害物质膳食纤维对矿物质的束缚吸附作用的研究一直是食品工作者所关注的研究领域之一。近来，大量的研究表明，膳食纤维是靠自身的某些基团与矿物质相互作用的。一些环境污染物质摄入人体后，膳食纤维能将其清除，目前已经报道的有N02－和镉。最近采用离体试验发现，膳食纤维对汞、铅、镉和高浓度的铜、锌都具有清除能力，可以使它们的浓度由中毒水平达到安全水平。最新的科学研究表明，女性容颜衰老的一个重要原因是由肠原性毒素进人了血液引起的，这些肠原性毒素多数是由于大肠杆菌分解食物中的某些成分造成，被称为美容大敌。膳食纤维具有超强吸附毒素和水分的功能．帮助人体每天正常代谢杂质和废物，保持肠胃干净清新，从而可以改善上火、口臭、面部暗疮、青春痘、皮肤粗糙、色素沉淀等“面子问题”。可预见，膳食纤维将成为时尚女性的首选产品。（6）其它生理功能近年来，随着研究工作的深人和临床医学的调查发现，膳食纤维的缺乏还与阑尾炎、间歇性疝、膀胱结石等疾病的发病率和发病程度有很大关系。除上述功能外，膳食纤维由于能减少体内某些激素，因而能防治乳腺癌、子宫癌和前列腺癌。据推测，某些膳食纤维具有抗氧化能力，能延缓人体衰老。3膳食纤维在人体中的消化作用有人认为，膳食纤维仅仅是一种食品的填充料，在消化道内通过时，它既不能被消化也不能被人体利用，最后形成渣滓排出体外。但