膳食纤维

膳食纤维（英文：Dietary Fiber，缩写：DF）是指膳食中存在的，由单糖或多糖及其衍生物组成的，不能在胃肠道直接被人体分泌的消化酶分解、吸收，但在结肠中可被肠道菌群酵解的碳水化合物。主要包括纤维素、半纤维素、木质素、果胶等。中国营养学会推荐每人摄入总膳食纤维25~30g/d。《膳食纤维专家共识》鼓励通过蔬菜、水果、坚果、全谷物等植物性食物，摄入天然存在于植物中的膳食纤维，并以此作为膳食纤维的主要来源。

1953年，Hipsley首次提出了膳食纤维（Dietary Fiber，DF）的说法并将其作为由植物细胞壁组成的不消化的部分的缩写术语，当时仅包括了纤维素、半纤维素和木质素。1972年，Trowell等人对膳食纤维做了大量的研究，认为可用DF来描述不能被人类消化道酶消化的植物组分，包括纤维素、半纤维素、木质素以及一些相关的微量组分如蜡质、角质和软木脂。1976年，膳食纤维的定义已扩展到包括所有抗消化的多糖，如胶质、改性纤维素、粘胶、低聚寡糖和果胶等，并且重点强调了其可食性和抗消化性。1992年至1993年间进行了一项国际范围的调查涉及147位专家，65%的科学家支持膳食纤维的定义为抗人类消化道酶的植物残渣，包括多聚糖、木质素和一些相关成分，59%的科学家赞成将抗消化的低聚糖也归于其中。1999年11月2日在84届美国谷物化学师协会年会上对膳食纤维的定义为：凡是不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。主要包括纤维素、半纤维素、木质素、果胶等。关于膳食纤维的定义相对权威的一个概念是美国谷物化学学会（AACC）成立的膳食纤维专门委员会在2001年提出的，他们从生理学角度出发，将其定义为在小肠中不能被消化吸收，而在大肠中可部分或全部发酵的可食的植物成分、碳水化合物和类似物质的总和，包括多糖、寡糖、纤维素、半纤维素、果胶、树胶、蜡质、木质素等，此定义明确规定了膳食纤维的范畴，是可食的植物成分，而非动物成分。也有科学家提出将膳食纤维定义的重点放在“不被人体消化的物质”这一特点上，故在AACC定义仅为植物成分的基础上，将一些存在于动物体、微生物体内及人工合成或半合成的抗消化的物质均归于其内涵之中，如氨基多糖（动物性来源的抗消化成分）、美拉德反应的产物等。

根据其水溶性不同，可分为可溶性膳食纤维(soluble fiber，SDF；如果胶、低聚果糖和聚葡萄糖等)和不溶性膳食纤维（Insoluble Fiber，IDF；如纤维素、半纤维素和木质素等）。

膳食纤维根据是否溶解于水，分为水溶性和水不溶性两类。

水溶性膳食纤维是指不被人体消化道酶消化，但溶于热水且其水溶性又能被4倍体积乙醇沉淀的那部分膳食纤维。主要包括果胶、海藻酸、卡拉胶、琼脂、黄原胶以及羚甲基纤维素钠盐等。

水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那部分膳食纤维，是构成细胞壁的主要成分，主要包括纤维素、半纤维素、木质素、原果胶以及动物性甲壳素和壳聚糖等。膳食纤维被称为人体必需的“第七营养素”，对人体健康必不可少，是人体肠道的“绿色清道夫”，在保持人体肠道通畅、排毒通便、清脂养颜、维护肌肤健康等方面有重要作用。

膳食纤维按来源可分为植物性、动物性、海藻多糖类、微生物多糖类和合成类膳食纤维。植物来源的膳食纤维有纤维素、半纤维素、木质素、果胶、阿拉伯胶、半乳甘露聚糖等；动物来源的膳食纤维有壳聚糖和胶原等；海藻多糖类有海藻酸盐、卡拉胶和琼脂等；合成类的膳食纤维如骏甲基纤维素等。其中，植物性膳食纤维是研究和应用最多的一类，如大豆纤维、玉米麸、小麦麸、大麦麸、果皮等。

纤维素（cellulose）是一种重要的膳食纤维，由葡萄糖组成的大分子多糖不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分，通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起，其结合方式和程度对植物源食品的质地影响很大。纤维素是自然界中分布最广含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40%~50%，还有10%～30%的半纤维素和20%~30%的木质素。

半纤维素（hemicellulose）是由多种不同糖残基组成的一类多糖，主链由木糖、半乳糖或甘露糖聚合而成，支链上带有阿拉伯糖或半乳糖。半纤维素的种类很多，有的可溶于水，但绝大部分都不溶于水，很多半纤维素是不溶性多糖与可溶性多糖的混合物。组成谷物和豆类膳食纤维中的半纤维素，主要有阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、半乳甘露聚糖和β-1,3，β-1,4葡聚糖等。

果胶（pectin）主链是由半乳糖醛酸（GalA）以α-1,4糖苷[gān]键连接而成的聚合物。甲氧基含量超过7%的为高甲氧基果胶，低于7%的为低甲氧基果胶，低甲氧基果胶形成凝胶时需要Ca。从植物体提取的天然果胶常常含有阿拉伯聚糖、半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖、鼠李聚糖等多糖。果胶能溶于水形成凝胶，对维持膳食纤维的结构有重要作用。

木质素（lignin）并非多糖，而是由苯基丙烷[wán]衍生物的单体所构成的聚合物，构成木质素的单体主要是松柏醇、丁香醇和对基肉桂醇3种苯基丙烷衍生物。木质素是植物细胞壁的结构成分之一，具有复杂的三维结构，人和动物均不能消化木质素。5.植物胶植物胶（gum）的化学结构因来源不同而有差别。主要包括葡萄糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖及甘露糖所组成的多糖。它可溶于水形成具有黏稠性的溶胶，起增稠剂的作用。

抗性淀粉（resistantstarch）又称抗酶解淀粉、难消化淀粉。1993年欧洲抗性淀粉协会将抗性淀粉定义为：健康人体小肠内剩余的不被消化吸收的淀粉及其降解物的总称。抗性淀粉的抗酶解特性与淀粉的一系列自然属性和食品加工过程有关，因此它是一类性质并非完全相同的淀粉。抗性淀粉与可溶性膳食纤维有相似的生理功能，但其理化特性不像可溶性膳食纤维那样较易保持高水分，因而将抗性淀粉添加于低水分食品如饼干、甜饼中是极为有利的，且加人的抗性淀粉不会产生类似沙烁的不适感，也不会影响食品的风味与质构。

壳聚糖（chitosan）是甲壳素（chitin）脱除乙酰[xiān]基后的产物，即由N-氨基葡萄糖单体通过β-1,4糖苷键连接而成的直链高分子多糖，也是一种常见的黏多糖。壳聚糖不溶于水、碱溶液和有机溶剂，但可溶于稀酸溶液。壳聚糖分散在柠檬酸、酒石酸等多价有机酸的水溶液中时，高温时溶解，温度下降时呈凝胶状，这一性质已被广泛用于食品风味物的微胶囊化、细胞或酶的固定化处理。

对于不同品种的膳食纤维，由于其内部化学组成、结构以及物化特性的不同，在对机体健康的作用及影响方面也有差异，并不是所有的膳食纤维，都具备下列所有的生理功效。

水不溶性膳食纤维（如麦麸纤维，大部分水不溶），水溶性膳食纤维（如果胶、燕麦纤维等）均有较高的持水能力。膳食纤维随着食物进入人体的消化道中，吸水膨胀，可增加胃内食物容积而产生饱腹感，从而减少对食物的摄入量。膳食纤维本身并不产生能量，又可使能源性营养素的吸收不完全，有利于控制体重，预防肥胖症。膳食纤维刺激胃肠道的蠕动，预防改善便秘。有利于预防结肠癌。

膳食纤维对血糖方面的影响作用主要是由可溶性膳食纤维实现的。可溶性膳食纤维粘稠吸水膨胀的特性可截留消化酶，抑制碳水化合物的消化，阻止葡萄糖的扩散，防止餐后血糖的快速上升；膳食纤维还可减少碳水化合物在小肠中和肠壁的接触， 改变末梢组织对胰岛素的感受性。膳食纤维的黏度延缓了胃的排空速率及淀粉在小肠内的消化，减慢了葡萄糖在小肠内的吸收，可降低血糖因为摄食而升高的幅度，对维持人体血糖的稳定具有重要的作用，同时减少糖尿病患者对膜岛素和降糖药的依赖。

玉米皮、米糠、麦麸和燕麦麸、糖用甜菜纤维、番石榴、紫花苜蓿、果胶、瓜尔胶、亚麻籽胶等天然膳食纤维已被证实在动物实验中具有降血脂，减轻高脂血并发症的能力。膳食纤维对血脂方面的影响与对血糖方面的影响作用类似。Glore研究发现，可溶性膳食纤维有降低血清中总胆固醇和低密度脂蛋白的潜力。Guillon 与Champ认为膳食纤维黏性和阳离子结合交换的物理特性对脂肪的吸收起重要的作用。Thebaudin强调和膳食纤维有关的胆盐的吸收以及结肠发酵的物理特性在血脂变化和胆固醇代谢中发挥重要的作用。膳食纤维可与饮食中的胆固醇结合，降低胆固醇的吸收。膳食纤维中含有的植物固醇（麦角固醇），可抑制饮食中胆固醇的吸收。膳食纤维可与体内胆盐、胆酸结合，增加胆固醇的排泄。所以膳食纤维可以降低人血浆胆固醇水平，特别是降低低密度脂蛋白胆固醇，而高密度脂蛋白胆固醇降低得很少，甚至不降低。这是食物纤维可防治高胆固醇血症、动脉粥样硬化等心血管疾病的原因。

食物经消化吸收后所剩残渣到达结肠后，在被微生物发酵过程中，可能产生许多有毒的代谢产物，包括氨（肝毒素）、胺（肝毒素）、亚硝胺（致癌物）、苯酚与甲苯酚（促癌物）、引哚[duǒ]与3－甲基引哚（致癌物）、次级胆汁酸（致癌物或结肠癌促进物）等。膳食纤维对这些有毒发酵产物具有吸附整合作用，并促进其排出体外，预防大肠癌变。膳食纤维增加粪便的体积，软化粪便，刺激胃肠道的蠕动，预防改善便秘。膳食纤维可促进肠道蠕动，缩短了粪便在肠道内的停留时间，加快粪便的排出，使肠道内的致癌物质得到稀释。因此，致癌物质对肠壁细胞的刺激减少，也有利于预防结肠癌。食物纤维可促进肠道蠕动，从而稀释肠内致癌物的浓度；可缩短肠内容物通过肠道的时间，减少肠内致癌物与肠壁的接触时间。据联合国卫生组织的广泛性国际研究，证明食物纤维的摄入量与肠癌的患病率呈负相关。膳食过分精细、脂肪及肉类摄取过多，是导致肠癌的重要原因之一。高脂肪膳食刺激消化系统，肉类可使肠内厌氧菌大量繁殖，使中性或酸性类固醇特别是胆酸、胆固醇及其代谢物降解。粪便中增多的胆酸代谢物可能是致癌的辅助物质即促癌物质。食物纤维影响大肠细菌活动，抑制厌氧细菌的活动，促进嗜氧细菌的生长，使大肠内的胆酸生成量减少。另一方面借其充盈作用，稀释肠内有毒物质，使粪便变软，通过肠道的时间缩短，减少促癌物质与易感的肠粘膜长时间接触，从而防止可能产生的癌变。

膳食纤维被结肠内某些细菌酵解，产生短链脂肪酸，使结肠内pH下降，促进肠道有益菌的生长和增殖，而抑制了肠道内有害腐败菌的生长。由于水溶性纤维易被肠道菌群作用，调节肠道菌群效果更明显。同时多糖在大肠被细菌酵解，可合成泛酸、烟酸、谷维素、核黄素、生物素等维生素，供人体需要。

此外，食物纤维尚能降低锌/铜比值，发挥其对心血管系统的保护作用。

中国营养学会推荐每人摄入总膳食纤维25~30g/d。美国FDA推荐的成人总膳食纤维摄入量为20～35g/d。英国国家顾问委员会建议总膳食纤维的摄入量为25～30g/d。德国营养学会建议至少为30g/d。

膳食中食物纤维的供给量取决于食物种类品种及加工方法。多用粗杂粮、蔬菜水果，食物纤维的供给量相对高些。谷类中食物中的麦麸、米糠含量最高，糙粉中食物纤维含量约为白面粉的两倍；菜蔬中鲜豆荚、嫩玉米的含量高于瓜果类；水果中草莓、菠萝含纤维较多，香蕉、苹果含量较低；坚果中花生、核桃、香榧[fěi]等含量较高。品种老嫩不同部位的纤维含量不同，菜帮和菜心、果皮和果肉悬殊很大。用嫩菜叶、水果去皮，或煮烂作成菜泥、果汁，可使纤维软化，这种作法还可降低食物纤维的供给量。蔬菜消毒后生食既可增加膳食中食物纤维的供给量又可避免无机盐和维生素的烹调损失。长期摄入高膳食纤维的膳食，会影响矿物质和维生素的吸收，以致发生缺铁、缺锌和缺钙等营养问题。因为进食大量食物纤维可引起胀气，增加粪便中甲烷和脂肪的排出量，降低钙、镁、锌、磷的吸收率，也可影响血清铁和叶酸的含量，应予以注意。

膳食纤维由于其自身独特的理化特性和显著的生理功能，既可改善食品的风味和质构，又是维持人体健康必不可少的营养素，因此被广泛应用于各种保健品、食品和医药制品中。

有相关研究表明，麦麸膳食纤维具有良好的持水性、持油性和膨胀性。将麦麸膳食纤维作为食品原料应用到面条馒头等面制品中,在一定程度上可以增加产品营养价值，改善面制品的质构特性和感官品质。将未添加麦麸膳食纤维与添加3％麦麸膳食纤维的面条置于扫描电镜作对比，发现添加麦麸膳食纤维的面条的淀粉颗粒被面筋网络紧密包裹，淀粉颗粒间隙缝少，更加均匀，且不会对色泽与口感造成影响。用小麦膳食纤维添加量为8％的面粉制做馒头，与未添加小麦膳食纤维的馒头相比，硬度与咀嚼性有明显改善,食用品质明显提高。添加小麦麸皮膳食纤维后，面团形成时间增加，面粉的品质得到改善。

将膳食纤维添加到饮品当中，可以在一定程度弥补膳食不足。以酒糟为原料生产膳食纤维，并将其加入制备好的酸乳中， 可得到膳食纤维充足的酸乳饮料。提取豆渣中可溶性膳食纤维并混以添加剂，能够增加蓝莓汁的营养。膳食纤维还可以增强饮品的稳定性。水溶性膳食纤维的添加，会使酸乳饮料在使热处理、发酵、成品等的生产过程稳定。

膳食纤维可以使肉制品的口感与风味更佳。在鸭肉与猪肉复合的基础上，使用大豆蛋白膳食纤维代替瘦肉，可加工制作口感风味俱佳、符合食品卫生标准的发酵鸭肉香肠。将两种辅料（玉米糁、猕猴桃渣）作为膳食纤维加入新鲜猪肉中， 可得到一种高膳食纤维、低热量、低脂肪的香肠制品。

膳食纤维的制备方法可分为化学法、生物法和物理法。

化学制备法就是把经过预处理的原料干燥粉碎后，使用不同ｐＨ的水溶液提取膳食纤维的方法。可分为直接水提法、酸性提取法、碱性提取法和酸碱共处理法。

直接水提法就是在中性条件下进行提取，这种方法相对工艺简单、成本低、无二次污染，但提取率不高，相关报道也较少。刘秀凤等用该法提取芦荟老茎中的可溶性膳食纤维，最佳提取工艺为：料液比1：35（ｍ：Ｖ），提取温度95℃，提取时间2.5ｈ，此条件下，每100ｇ芦荟干粉可得到11.193ｇ可溶性膳食纤维。

酸性提取法是使用不同浓度的酸液进行提取。由于该法在制备过程中，膳食纤维损失较大，得率也不高，因而应用较少。

碱性提取法是化学制备法中应用最广的方法，其方法是使用不同浓度的碱液进行提取，并辅以其它化学试剂进一步将水溶性和不溶性膳食纤维分离。

基于酸法、碱法各自的优势，许多研究人员提出用酸碱共处理法提取膳食纤维。

用化学法制备膳食纤维的工艺相当成熟，而且简便快捷，是最常用的方法，已应用到工业化生产中。存在的问题是，采用碱法或酸法制得的膳食纤维产品色泽较差、不易漂白，制备的膳食纤维中含有一定的蛋白质和淀粉，纯度不高；且在高碱或高酸、高温条件下，对提取容器腐蚀十分严重；特别是排放大量的污水对环境造成严重污染，处理费用昂贵。

酶解法是利用各种酶逐一去除原料中的蛋白质、脂肪、淀粉等其它成分，可获得纯度较高的膳食纤维。大量试验证实了酶解法有提取条件温和、节约能源、工艺简便、环保等优点，因此该法正受到越来越多的关注，是一种很有前途的工艺。

采用微生物发酵制取膳食纤维是一种比较新颖的方法，发酵原理大致如下：选用适当的菌种（如保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌），采用发酵技术提取原料中的膳食纤维，水洗至中性，干燥后即可得到膳食纤维。发酵法生产的膳食纤维色泽、质地、气味和分散程度都优于化学法，而且比化学法制备的膳食纤维有更高的持水力和得率。

水溶性和非水溶性膳食纤维在人体内的生理功能和保健作用有所不同，而天然来源的膳食纤维中大多为非水溶性膳食纤维，水溶性膳食纤维含量相对较低，通过挤压法，则可将部分非水溶性膳食纤维转化为水溶性膳食纤维，从而提高水溶性膳食纤维的含量。

膜分离法是利用高科技的膜分离技术，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。这种方法能改变膜的分子截留量，因而，它可以通过分离一些小分子物质来提取高纯度的膳食纤维；还可以制备不同分子量的膳食纤维。该方法是提高非水溶性膳食纤维的产率和分离水溶性膳食纤维的最有前途的方法。

鉴于各种方法各具特色，又各有不足，人们也开始尝试将它们结合起来运用到生产实践当中，扬长避短，以达到更好的效果。生物—化学结合法便应运而生。以生物—化学结合法和生物法提取的膳食纤维感官性状及物理特性均优于化学法，但生物法提取成本相对较高且得率较低，所以建议以生物—化学结合法。