隨著人們膳食結(jié)構(gòu)的改變和健康意識的增強，膳食纖維的重要性日益凸顯，越來越多的研究人員專注于有關膳食纖維的研究。膳食纖維中的可溶性膳食纖維不僅能在維持膳食平衡方面發(fā)揮重要作用，而且在預防結(jié)腸癌、心血管疾病和降低膽固醇等方面具有重要的生理功能，同時還可以降低血脂含量、延緩小腸對葡萄糖的吸收速度，從而預防糖尿病的發(fā)生。筆者對近年來國內(nèi)外的可溶性膳食纖維提取純化技術進行綜述，為進一步開發(fā)利用膳食纖維提供一定的參考。

膳食纖維簡介

1 膳食纖維的定義

2009年6月國際食品法典委員會對膳食纖維作出了新的定義:膳食纖維是指聚合度大于等于3的可食碳水化合物，不能被人類的小腸內(nèi)源酶水解，且有以下特點:天然存在于食物中的可食用碳水化合物，由可食用原料經(jīng)物理、酶或化學法獲得的碳水化合物，對健康表現(xiàn)出有益的生理作用。膳食纖維一般由不溶性植物細胞壁材料和細胞內(nèi)非淀粉的水溶性多糖組成，不同種類食物的膳食纖維組成、功能以及植物多糖的結(jié)構(gòu)亦不同。

2 膳食纖維的分類

根據(jù)膳食纖維在水中的溶解性，其被分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維?？扇苄陨攀忱w維如β－D－葡聚糖，是一種水溶性多糖。此外，水溶性也受某些官能團的存在、溫度和離子強度的影響，如果膠、瓜爾膠及黃原膠等親水膠體。相比谷物而言，水果和蔬菜中的膳食纖維大部分可溶，可溶比例越高，對健康的影響越重要。

3 膳食纖維的性質(zhì)與功能

膳食纖維的物理化學性質(zhì)主要有持水力、膨脹力、持油力等。膳食纖維的水化性質(zhì)主要是持水力和膨脹力。持水力是指1g干重的纖維在一定條件下束縛水、動力水和物理束縛水的總和。膨脹力是指纖維浸入水中，對水的吸收能力。除了水化性能，膳食纖維還具有對油的吸附能力，持油力是指纖維和油混合離心后油保留的質(zhì)量。這是一種與膳食纖維多糖結(jié)構(gòu)、顆粒的表面性質(zhì)、總電荷密度和親水性相關的特性。

膳食纖維有控制體質(zhì)、預防肥胖的作用。膳食纖維在大腸內(nèi)發(fā)酵，提供的能量低于普通碳水化合物。某些膳食纖維如菊粉可以在小腸內(nèi)與蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)形成復合物，不利于對蛋白質(zhì)和脂肪的吸收，從而達到一定的減肥作用。膳食纖維的水化作用可使糞便濕潤、松軟、量多、表面光滑，可促進排便從而起到防治痔瘡的作用。

可溶性膳食纖維的提取

目前，對于不同來源的可溶性膳食纖維的提取技術有物理法、化學法、酶法和微生物發(fā)酵法。提取溫度、提取時間、pH和溶劑等操作條件決定了可溶性膳食纖維的得率、結(jié)構(gòu)和功能特性。目前的研究主要集中在提取技術和操作條件的組合優(yōu)化，在獲得產(chǎn)品預期的收益和功能特性的同時，盡量選擇適宜的溫度，減少溶劑的消耗和操作的時間。

1 物理提取

物理法在可溶性膳食纖維的提取中應用廣泛，用物理法對原料進行預處理可改善膳食纖維的一些性質(zhì)。傳統(tǒng)的浸提法對膳食纖維進行提取可獲得較高的提取率，而一些新興技術如微波、超聲波和高壓處理等，與傳統(tǒng)提取方法相比具有更好的效果。

1.1 物理和機械預處理

Ｒaghavendra 等研究發(fā)現(xiàn)，采取研磨減小膳食纖維粒子尺寸(550～1127μm)會提高水化性能，然而低于550μm時水化性能會隨著尺寸的減小而減弱。微射流技術對桃和燕麥中的不溶性膳食纖維的影響顯示，當粒徑達到亞微米級時，一些不溶性膳食纖維變?yōu)榭扇?。?jīng)微射流后，桃和燕麥中不溶性膳食纖維的平均粒徑分別從 204.6、111.1μm減少到35.3、74.4μm。微射流處理后桃中膳食纖維的溶解性、持水力、膨脹力和持油力分別提高了2.1、1.5、2.2和3.1倍，而燕麥中分別提高了3.6、2.1、1.3和3.7倍。Zhu 等將小麥麩皮膳食纖維進行超細粉碎，發(fā)現(xiàn)其持水力及膨脹力均顯著降低。研究表明，減小孔徑會增強鎖水能力使水化性能增強，但是某些情況下，孔徑減小會損傷纖維，使毛孔崩壞，導致水化性能下降。

1.2 浸提法

浸提法是提取蔬菜中膳食纖維的最常用的方法之一，一些膳食纖維甚至可在室溫下攪拌得到，在高溫下可得到更大的收益，然而浸提法提取率低于酶法或化學法。浸提法的水溫、pH和時間等條件的控制取決于要提取的膳食纖維的特性。一般情況下水溫在60～100℃，提取時間在20min～12h。

Yeoh 等提到，提取果膠的常用方法是直接煮2h以上。然而，由于長時間加熱，有些多糖會降解。Basanta 等利用浸提法在不同的溫度下提取李子中的果膠，提取時間為2h以上，收率達12%。隨著加熱時間變長，果膠的平均分子量下降。使用沸水煮時果膠產(chǎn)量顯著增加，但果膠的黏度較低。Guo 等同樣對橘皮熱提取1h(80～82℃)后，果膠產(chǎn)率達15.47%。Ales 等用同樣的方法對香菇進行了提取(90℃，30min)，提取出的多糖用于制藥、化妝品和保健品。

研究表明，浸提法破壞了多糖結(jié)構(gòu)中相對較弱的糖苷鍵，導致細胞膨脹和破裂，引發(fā)顆粒粒徑減小，從而增加細胞的表面積，改變多糖的性質(zhì)。浸提溫度增加對膳食纖維造成的影響最大，會導致質(zhì)量大幅度降低。因此，有時此法會與酸性介質(zhì)、溶劑、螯合劑或新技術結(jié)合，有助于從細胞壁中釋放膳食纖維。

1.3 微波和超聲波法

微波和超聲波常用來輔助膳食纖維的提取，與傳統(tǒng)的提取方法相比，其效率更高。微波通過引起細胞破裂來提取生物質(zhì)中的各種化合物。微波使生物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生熱，在非均質(zhì)材料內(nèi)建立一個加熱點，粒子爆炸，導致木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)破裂。溫度的快速增加，降低了黏度，并打破了樣品的外膜，提高了提取率。超聲波制造了一個連續(xù)的從高到低的壓力周期，創(chuàng)造小氣泡，氣泡猛烈破裂引起氣蝕。這種現(xiàn)象產(chǎn)生強烈的剪切力，使溶劑在固體中穿透的更深，從而增加了擴散速率。這個過程會導致植物組織細胞結(jié)構(gòu)的破壞，溶劑更易達到細胞內(nèi)部，從而更有效地釋放細胞成分。

一項研究對常規(guī)法和微波輔助法提取果膠進行了比較，微波輔助法(500W，3min)的收率為 24.2%，而傳統(tǒng)的浸提法(120min)的收率為18.32%。Seixas 等對時間和微波功率對酸性介質(zhì)中果膠得率的影響進行了研究，在628W下進行9min得到的收率最高。Guo 等在500W下提取橘皮果膠21min，產(chǎn)率為18.13%。

Xu 等將超聲波法和浸提法結(jié)合在一起對柚子皮中的果膠進行提取，這2種方法的結(jié)合顯著提高了提取率，在60℃下處理52min收率最高。Wang 等對超聲輔助加熱提取和非輔助加熱提取進行了比較，最佳的提取條件是12.56W/cm2，66.71℃，27.95min，提取率為27.34%。與傳統(tǒng)方法相比，超聲波輔助提取率增加了16.34%，溫度降低了13.3℃，時間減少了37.78%。Benito-Ｒomán 等用超聲輔助提取法提取小麥中的β－ 葡聚糖，處理強度低時得到的β－葡聚糖的分子量較高。

1.4 高壓法

高壓處理已經(jīng)成為提取可溶性膳食纖維的新興技術。因為壓力不受質(zhì)量和時間的影響，高壓處理法不同于常規(guī)的熱處理，其具有均勻和瞬時的效果，同時該方法的主要優(yōu)勢是處理時間短。高壓處理法提取膳食纖維時，處理過程中可能發(fā)生結(jié)構(gòu)修改，使膳食纖維的性質(zhì)和功能改變。Guo 等研究了利用高壓技術對果膠進行提取(壓力100～600MPa，處理時間5～30min，溫度10～30℃)。此法的最佳條件(500 MPa，55℃，10min)的收益率(20.44%)明顯高于傳統(tǒng)的熱法(15.47%)和微波法(18.13%)。此外，得到的果膠黏度、流變特性、活化能和凝膠特性都比熱提取高。Mateos-Aparicio 等利用高靜壓技術改善了大豆豆渣中膳食纖維的功能。經(jīng)高壓處理后，豆渣中可溶性膳食纖維的含量由原來的2.08%變?yōu)?6.86%(60℃，400 MPa)，可溶性膳食纖維占比由原來的4.6%變?yōu)?7.2%，膳食纖維的持水力、膨脹力、持油力分別從原來的6.84g/g、9.09mL/g、3.78g/g增加到12.56g/g、12.92mL/g、7.97g/g。

2 化學提取

化學提取法常用于獲得不同來源的膳食纖維，經(jīng)常在酸或堿條件下結(jié)合高溫對可溶性膳食纖維進行提取。化學法的主要缺點是時間和溫度等處理條件可能對食品基質(zhì)造成損傷，同時這種方法可能會使提取出的多糖的官能團損壞，導致膳食纖維的功能喪失。

Xiong 等在酸性條件下(115℃，100min，pH4.5)從蛋白質(zhì)離析后的甘蔗渣中提取可溶性膳食纖維。在堿性條件下處理甘蔗渣溫度在50～90℃范圍內(nèi)，時間為1.5～3.0h，pH為9～13。酸處理與堿處理相比膳食纖維的酯化程度低，并且分子量也較低。作者指出，多糖的分子量隨著酯化程度的增加而增加，酯化度低的多糖具有較低的水性黏度和較好的乳化活性。

Kosmala 等將乙醇不溶物去除后得到細胞壁多糖，并進行了一系列連續(xù)萃取，用水釋放結(jié)合較弱的果膠，接著用CDTA釋放由鈣結(jié)合到細胞壁的果膠，Na2CO3提取高度甲基化的果膠，最后用NaOH和NaBH4處理24h以釋放半纖維素和其余廢渣。

雖然化學法需要較長的處理時間和較高的處理溫度，但仍然被廣泛采用。目前科研人員一直采用改變?nèi)軇┗蚴褂醚趸瘎?、螯合劑等方法?yōu)化處理條件，從而提高膳食纖維的功能特性。

3 酶法提取

化學或物理提取過程是高效的，但是這些方法提取出的膳食纖維只有一部分在上消化道內(nèi)可被吸收，而酶法提取的條件可模擬消化系統(tǒng)中的條件，提取的膳食纖維吸收利用率更高。體外消化最常用的生物分子有胰酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶。

Gamel 等測定了淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶對從燕麥麩皮中獲得的β－葡聚糖的溶解度和黏度的影響。加入酶使黏度增加，并促進燕麥麩皮多糖的釋放。Villanuevasurez等對豆渣進行了一系列的酶提取，酶提取法導致可溶性膳食纖維的組分增加，并且提高了可溶與不溶纖維的比例。Meyer 等用酶法(62.5℃，pH3.5，1h)從無淀粉馬鈴薯漿中提取出了具有高分子量的果膠。Dominiak 等使用商業(yè)酶從橙皮中提取果膠，在50℃下處理4h得到最高產(chǎn)率(23%)，其果膠的功能特性(如凝膠強度和黏度)與酸提取的果膠相似。陳小舉等采用半纖維素酶水解法從梨渣中提取可溶性膳食纖維，在58℃下添加35U半纖維素酶，酶解5h得到最高提取率15.21%。相似地，李梁等利用纖維素酶(60U/g，49℃，7h)輔助提取蘋果梨渣中的可溶性膳食纖維，最佳得率為15.31%。

酶法提取成功地克服了一些酸處理方法的缺點，如高溫、低pH、酸腐蝕并且需要中和以及去除過程中產(chǎn)生的大量的廢物，但幾乎所有的酶法提取都需要較長的時間和較高的溫度。最近的研究發(fā)現(xiàn)，用最小的酶處理作為一種創(chuàng)新的方法提取膳食纖維，通過最優(yōu)的處理條件可在短時間內(nèi)獲得大量的膳食纖維。Thomassen 等發(fā)現(xiàn)了從馬鈴薯渣提取多糖的最佳條件:用1%(W/W)來自構(gòu)巢曲霉的果膠裂解酶和來自棘孢曲霉的多聚半乳糖醛酸酶處理1%(W/W)馬鈴薯渣(pH6，60℃，1min)。研究發(fā)現(xiàn)，酶提取技術與其他技術結(jié)合可提高膳食纖維的產(chǎn)量和功能。

4 微生物發(fā)酵法

發(fā)酵法是利用微生物發(fā)酵，消耗原料中的碳源、氮源，除去原料中的植酸，減少蛋白質(zhì)、淀粉等成分，制取可溶性膳食纖維。主要采用曲霉、乳酸菌和鏈孢霉等微生物。曲霉發(fā)酵麥麩、果渣或豆渣是通過菌體分泌纖維素酶、半纖維素酶類等物質(zhì)，使不溶性纖維的糖苷鍵斷裂，生成小分子多糖，轉(zhuǎn)化為水溶性纖維，從而改善膳食纖維的生理活性。

令博等利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌作為發(fā)酵菌種在40 ℃下發(fā)酵21h，從葡萄皮渣中提取出可溶性膳食纖維(17.25%)。王慶玲等以番茄皮渣為原料制備可溶性膳食纖維，他們發(fā)現(xiàn)，微生物發(fā)酵法制備番茄皮渣膳食纖維的最優(yōu)工藝為接種量0.2%、發(fā)酵溫度24℃、pH4，此條件下SDF的得率為39.02%。

應用與展望

可溶性膳食纖維在食品工業(yè)中具有非常廣泛的應用，其經(jīng)常作為一種食品添加劑應用于食品工業(yè)中。如將膳食纖維添加到面點中可增強面團的吸水率、延長穩(wěn)定時間并且增強面點的彈性。在肉制品中添加可溶性膳食纖維可增強口感、提高出品率、降低成本并且具有降脂作用，尤其適用于糖尿病患者。在飲料中添加可溶性膳食纖維可使微粒分布均勻、久存無沉淀、無膠質(zhì)感還可以起到保健作用。

我國是人口大國同時也是食品產(chǎn)業(yè)大國，擁有豐富的食品加工副產(chǎn)物資源，為減少資源浪費并且保護環(huán)境，應加大副產(chǎn)物的開發(fā)與利用，因此，開發(fā)與利用食品加工副產(chǎn)物資源已經(jīng)成為了一種趨勢。膳食纖維廣泛存在于各種食品加工的副產(chǎn)品中，因其特殊的營養(yǎng)功能受到醫(yī)學界、食品界乃至普通民眾的廣泛關注。目前國外提取膳食纖維的主要方法為化學法，擁有成熟的技術，已經(jīng)應用到工業(yè)化生產(chǎn)中。但由于在加工過程中會對膳食纖維的理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，從而使其喪失營養(yǎng)保健功能，并且加工過程還會產(chǎn)生大量廢物對環(huán)境造成污染，因此，目前研究人員一直在尋找一種條件溫和且環(huán)保的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法，而酶法、微生物發(fā)酵法以及新興技術(微波、超聲波、高靜壓)因其條件溫和且對環(huán)境無污染越來越受到研究人員的關注。

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