膳食纖維的改性方法及應用探究

1、膳食纖維的改性方法及應用探究纖維論文（專業(yè)范文10篇）之第十篇關鍵詞：纖維,膳食纖維,改性,應用膳食纖維 (Dietary Fiber, DF) 廣泛存在于蔬果、雜糧、豆制品類及菌藻類等食物中, 被稱作有益于人類生命健康的第7營養(yǎng)素。根據(jù)美國谷物化學家協(xié)會的定義, 膳食纖維是一種在人體小腸抗消化、吸收, 在大腸完全或部分發(fā)酵的植物可食用組織或相似碳水化合物;1。依據(jù)其溶解性差異可劃分為不溶性膳食纖維 (Insoluble Dietary Fiber, IDF) 和可溶性膳食纖維 (Soluble Dietary Fiber, SDF) 2。IDF中的纖維素、木質素和半纖維素具有促進腸道蠕動、減

2、少肥胖、通便排毒等重要功效, SDF中的水溶性半纖維素、低聚糖和果膠等物質在調(diào)理血糖血脂濃度、預防心血管疾病等方面擁有較好的生理活性3。IDF結構中的大部分親水活性基團賦予其很強的吸附作用, 在吸水、持水和促進膨脹方面有獨特優(yōu)勢?；钚曰鶊F的作用是降低體內(nèi)的膽固醇、膽汁酸以及腸道內(nèi)的毒害物質、化學藥品等有機化合物, 也可以與某些金屬陽離子相互作用, 從而實現(xiàn)特定的離子交換功能。SDF具有諸多重要的生理功能。在預防腸道疾病方面, DF能有效幫助腸道內(nèi)有益菌群的生長, 同時還能通過調(diào)節(jié)腸道pH值改善有益菌群的生長環(huán)境, 使腸道蠕動加快, 降低腸內(nèi)疾病的發(fā)生概率;在預防糖尿病方面, 在飲食中提高DF的

3、攝入量, 可增加小腸內(nèi)容物黏度、降低游離葡萄糖濃度、抑制α-淀粉酶活性、增加食物在胃腸內(nèi)的消化時間和胃排空時間, 使人體對葡萄糖吸收速度減慢, 進餐后的血糖值不會急劇回升;在抑制膽固醇方面, DF在小腸中形成的膠狀物質與膽汁酸結合后可加速排出體外, 達到膽固醇向膽汁酸轉化降低膽固醇的目的4,5,6。盡管SDF具備多種對人體有益的功效, 但大多數(shù)天然原料中SDF含量僅為3%4%, 無法達到人們追求SDF含量10%以上的要求。因此, 人們使用多種方法對天然DF進行改性, 提高其SDF的含量, 改善其應用特性, 提高其生理功效。1 膳食纖維的改性方法膳食纖維改性是利用不同的技術對DF進行

4、處理, 使IDF內(nèi)部的糖苷鍵發(fā)生斷裂, 將IDF的全部或部分轉化為SDF, 提高SDF含量, 同時致密的網(wǎng)狀結構變得疏松, 具備更高的生理效能。國內(nèi)外已報道的DF改性方法有化學方法 (以酸法、堿法為主) 、生物技術方法 (以酶法、發(fā)酵法為主) 、物理方法 (以超微粉碎技術、擠壓技術、超高壓技術和冷凍技術等為主) 7,8,9,10。1.1 化學改性方法在特定的條件下, 對膳食纖維進行酸或堿處理, 提高SDF含量, 進而改善其理化特性。Qi等11利用硫酸和強氧化鈉對米糠IDF進行改性處理, 改性后其吸附葡萄糖和抑制α-淀粉酶活性明顯改善, 從而能有效降低血糖含量。Na等12采用堿性過氧

5、化氫對番茄皮進行優(yōu)化改性, SDF的提取率從7.9%大幅提高到27.5%, 與原有SDF相比, 改性SDF具有更強的多孔結構及吸附葡萄糖和膽汁酸的能力, 促使螯合二價離子形成更強的凝膠, 保護食品加工和貯存過程中不穩(wěn)定的功能成分不被破壞。吳麗萍等13使用醚化方法對花生殼膳食纖維進行處理, 在最佳優(yōu)化條件下得到的羧甲基花生殼DF含量為16.8%, 改性后樣品DF結構疏松, 松散性良好, 物化特性有所改善?；瘜W改性的優(yōu)勢在于試劑成本低廉, 方法簡便易于實現(xiàn), 但劣勢在于IDF向SDF的轉化因為條件的限制而出現(xiàn)轉化率低, 要選用耐腐性強的反應設備, 引入的離子基團如何取舍等諸多難題14。1.2 生物

6、改性方法生物改性方法包含酶法和發(fā)酵法。酶法一般是使用木聚糖酶、半纖維素酶、纖維素酶和木質素酶將DF大分子通過酶的作用分解成可溶性小分子化合物。Napolitano等8通過酶法改性小麥DF, 改性前其SDF含量為3.1%, 改性后提高到了8.8%。Guoyong等15采用復酶法對胡蘿卜渣中IDF進行了改性, 使其表面結構更為松散, SDF含量達到15.07%, 膽固醇吸附能力相應明顯提高。酶法優(yōu)點諸多, 比如反應條件溫和、副產(chǎn)物較少、產(chǎn)品純度高等。酶法改性的決定因素是酶制劑的選擇和用量, 應事先考慮原料的成分差異和產(chǎn)品的質量要求, 選擇相匹配的酶制劑, 為提高產(chǎn)品的得率和純度, 可采用一種或多種

7、酶制劑相結合的方法。發(fā)酵法是利用微生物新陳代謝將DF進行分解, 增加SDF的含量, 原理與酶法類似。李靜16使用黑曲霉發(fā)酵提取香蕉皮SDF, 得到的香蕉皮發(fā)酵液中SDF提取率達到了12.83%。李狀等17發(fā)現(xiàn)根霉菌可利用糖類和蛋白質進行發(fā)酵代謝, 將竹筍下腳料為根霉菌培養(yǎng)基制備DF, 得到保持了竹筍本身特有風味的功能活性較高的DF。令博等18以釀酒葡萄皮渣為培養(yǎng)基, 添加保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌進行發(fā)酵改性, 總DF含量發(fā)酵后為84.4%, 較發(fā)酵前提高了14.79%, SDF含量發(fā)酵后為17.25%, 較發(fā)酵前提高了8.88%, 物理特性如膨脹力、保水力和持油力均得到有效提高。發(fā)酵法

8、的缺點是必須選擇適合的菌種, 發(fā)酵時間也相對漫長;優(yōu)點是生產(chǎn)工藝簡便、成本低、易于大量生產(chǎn)。1.3 物理改性方法物理改性通常是運用超微粉碎、冷凍粉碎、高靜水壓、擠壓膨化、超聲和微波振動等機械降解方法, 使大分子纖維成分發(fā)生膨化、粉碎、破裂, 使部分IDF轉化為SDF。物理改性方法容易實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模化, 避免了化學改性方法中引起的環(huán)境污染。擠壓技術是指DF在高溫高壓條件下, 物料內(nèi)部受剪切力作用, 所含水分快速汽化, 纖維分子間和分子內(nèi)空間結構產(chǎn)生改變。Huanhuan等19研究了擠壓對蓮藕節(jié)粉末中SDF分子結構和理化性質的影響, 結果表明, 擠壓影響了蓮藕節(jié)粉末SDF的微觀結構和分子大小, 導致

9、DF中纖維素和半纖維素發(fā)生降解, 改善了SDF的水化性能, 包括膨脹能力、保水性和乳化性等物理特性。高靜水壓技術是指將物料置于液體介質中, 施加1001 000MPa壓力, 物料體積在液體介質中被壓縮20。高壓產(chǎn)生的極高靜壓能改變生物高分子立體結構中的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價鍵, 使蛋白凝結、淀粉變性。Guoyong等15采用較高的靜水壓力對胡蘿卜渣DF改性, 其持水力、膨脹力、油脂吸附力和陽離子交換等物理性能得到顯著提高。超微粉碎是運用流體動力或機械力學技術, 克服物料內(nèi)部凝聚力, 將3mm以上的物料顆粒粉碎至粒徑在100μm以下的一種方法。粉碎后的物料顆粒由于體積變小, 表面積、

10、孔隙度和親水基團增加, 使得溶解性提高。王安建等21利用超微粉碎技術對玉米皮DF進行改性, 設定粉碎細度區(qū)間為160200目, IDF含量無變化, 但其物理特性均有所提升, 提升比例為持水力2.04%、膨脹力14.12%、陽離子交換能力17.85%、不飽和脂肪持油力15.24%、飽和脂肪持油力25.41%。蒸汽爆破法 (氣爆) 通常作為一種預處理方法, 其機理為物料從高溫高壓狀態(tài)下突然下降到常溫常壓, 物料內(nèi)部的水分, 迅速汽化膨脹爆破, 從而使物料體積變大形成海綿狀, 纖維組織等結構遭到破壞, 內(nèi)含物暴露促進目標物的溶出22,23。王安建等24利用蒸汽爆破法改性玉米皮SDF, 改性后玉米皮S

11、DF提取率達到了9.76%, 其最佳優(yōu)化工藝參數(shù)為作用時間80s、壓力1.0MPa、水分含量100%。超聲微波協(xié)同萃取法是通過物料吸入微波能、結合超聲波空化效應和超聲相械作用, 促進物料中SDF溶出。Lou等25以牛蒡為原料, 利用微波超聲波協(xié)同法制備DF, 在超聲波功率50W、微波功率40W、反應時間60s、料液比115 (g/mL) 的條件下, 改性后DF的保水力、膨脹力、吸附力均有不同程度的提高。1.4 協(xié)同改性方法綜合運用化學、生物和物理多種手段進行協(xié)同處理, 可有效提高DF中SDF所占比例, 并對SDF的生理活性產(chǎn)生一定的影響。Ya等26分別對酶法及微粉化輔助酶法對米糠DF結構和功能

12、性能的影響進行了研究, 發(fā)現(xiàn)纖維素酶、木聚糖酶、微粉化、聯(lián)合酶和酶協(xié)同微粉化處理使其SDF含量分別增加了3.8倍、4.7倍、3.5倍、10.0倍、11.4倍, 同時其膨脹能力、膽固醇和?；悄懰徕c的吸收能力也有明顯提高。試驗表明纖維素酶和木聚糖酶可以改變米糠DF的結構和功能特性, 而運用微粉化輔助酶法處理米糠DF能更為有效地改變其性能。Lai等27借助超聲波輔助酶法從甘薯渣中制備DF, DF得率可高達37.19%, 對應工藝條件為超聲時間11.55min、α-淀粉酶劑量1.47mL、蛋白酶0.43mL、葡萄糖淀粉5.52mL。邵卓28以超高壓協(xié)同纖維素酶法改性豆渣DF, 在pH值為5

13、、溫度為60、料液比為126、酶解時間為1.5h、加酶量為1200的條件下, 豆渣SDF從11.13%提高到25.4%?？蝶惥?9對氣爆預處理后的小米糠膳食纖維采用超聲-微波協(xié)同酶法改性, 在酶添加量為5.85%、溫度為56、pH值為4.64、微波功率為451W的條件下, 其SDF含量從2.16%提高到了13.12%。吳俊男30采用微波協(xié)同酶法對小麥麩皮DF進行改性, 研究微波功率、微波加熱時間、酶添加量、酶處理時間對小麥麩皮DF化學特性和生物活性的影響, 結果顯示改性后的小麥麩皮DF具有較強的抗氧化特性和較好的熱穩(wěn)定性。2 膳食纖維的應用2.1 提升烘焙食品品質膳食纖維能有效改善面包、蛋糕、

14、餅干等烘焙食品質構, 根據(jù)不同的產(chǎn)品需求來提高持水力、柔軟性和疏松性, 在儲存期內(nèi)保持外觀和口感。Anwarul等31研究發(fā)現(xiàn), 添加6%麩皮DF的餅干在顏色、質地、風味和接受程度方面, 都與未添加麩皮DF的餅干相當。吳衛(wèi)國等32研究發(fā)現(xiàn), 添加6%麥麩DF的蛋糕, 感觀指標有所改善, 蛋糕比容有所增大。2.2 提高飲料纖維含量膳食纖維飲料從20世紀80年代起, 就已開始在歐美日等發(fā)達國家風靡, 取得了飛速的發(fā)展。我國膳食纖維飲料種類繁多, 主要有液體、固體和碳酸飲料, 另外也有將膳食纖維用乳酸桿菌發(fā)酵而生產(chǎn)的乳清型飲料。郭健等33將乳酸菌引入到麥麩DF中進行發(fā)酵, 經(jīng)調(diào)配均質成功研制出了一種

15、具有功能性的麥麩DF乳酸活菌飲料。余毅等34在麥麩膳食纖維中添加懸浮劑和風味劑, 經(jīng)攪拌、混合制成了麥麩膳食纖維含量高達64%的低熱量低脂肪的新型固體飲料。2.3 改善肉制品的口感膳食纖維的高持水力、陽離子結合交換力和填充力, 對改良肉制品的組成成分、質構、貨架期有良好的效果, 可達到強化營養(yǎng)和保健的目的。Isabel等35利用小麥膳食纖維使魷魚制品保持了更高的水分, 改善了肉品質構特性的同時做到了不影響產(chǎn)品外觀。劉偉蘭36將麥麩粉和麥麩膳食纖維粉分別添加到以豬肉、雞肉和魚肉為原料的肉丸中, 改善了肉丸的質構, 增加了肉丸的營養(yǎng)和保健功能。2.4 優(yōu)化面食結構特性膳食纖維可添加于面條、饅頭等面

16、食。面條加入膳食纖維后, 生面條拉伸度降低, 但熟面條口感反而更勁道。邵佩蘭等37研究發(fā)現(xiàn), 麥麩膳食纖維面條具有更好的烹煮品質。趙文華等38將麥麩膳食纖維添加到饅頭中, 確定麥麩膳食纖維在饅頭面團中最適添加量為8%時口感與未添加差別不大。2.5 在其他食品中的應用膳食纖維還被用于糖果、冰激凌等制作, 效果良好。馬靜等39探討了麥麩膳食纖維軟糖的制備工藝, 得到的產(chǎn)品香味濃、口感軟、耐咀嚼, 能促進胃腸蠕動, 具有一定的保健功能。據(jù)美國專利發(fā)現(xiàn), 將麥麩SDF以5%的比例添加到牛乳中制作冰激凌, 制成品組織結構光滑, 口感細膩40。結論由于膳食纖維具有特殊營養(yǎng)和功能, 受到消費者越來越多的關注。我國擁有豐富的農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物資源, 膳食纖維的來源廣泛、量多。但是, 目前大多數(shù)膳食纖維食品的開發(fā)只是局限于普通膳食食品, 這類食品外觀一般, 口感也略顯粗糙索然無味, 市場接受認可度較低。因此, 如何開發(fā)具有較高活性和優(yōu)良感官品質的DF配料, 是目前所面臨的最主要問題。隨著人們對健康生活的更多追求和更高要求, 高品質膳食纖維產(chǎn)品仍具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。參?/p>