人類第七大營(yíng)養(yǎng)素-膳食纖維

人類第七大營(yíng)養(yǎng)素——膳食纖維摘要膳食纖維被稱為人類第七大營(yíng)養(yǎng)素，本文介紹了膳食纖維的有關(guān)化學(xué)問(wèn)題，如其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、理化性質(zhì)、生理功能和檢測(cè)方法，以及膳食纖維的應(yīng)用與開發(fā)現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞膳食纖維聚葡萄糖甲殼素生理功能膳食纖維具有突出的保健功能，有研究表明膳食纖維可以促進(jìn)人體正常排泄；降低某些癌癥、心血管和糖尿病的發(fā)病率［1~4］。許多常見病如動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、冠心病、便秘、肥胖以及嚴(yán)重威脅人類生命的結(jié)腸癌等都與膳食纖維的攝入量不足有關(guān)。因而膳食纖維逐漸成為營(yíng)養(yǎng)學(xué)家、流行病學(xué)家及食品科學(xué)家等關(guān)注的熱點(diǎn)，有科學(xué)家將其稱為人體“第七營(yíng)養(yǎng)素”。1什么是膳食纖維1972年，TrowellHC首次將“膳食纖維”（DietaryFiber，DF）定義為“食物中那些不被人體所消化吸收的植物成分”。隨后，又“將那些不被人體消化吸收的多糖類碳水化合物與木質(zhì)素統(tǒng)稱為膳食纖維”。近年來(lái)國(guó)外對(duì)膳食纖維進(jìn)行了廣泛研究，一般認(rèn)為膳食纖維是指植物性食品中不能被人類胃腸道消化酶消化,但能被大腸內(nèi)的某些微生物部分酵解和利用的非淀粉多糖類物質(zhì)與木質(zhì)素的合稱。2001年美國(guó)化學(xué)家協(xié)會(huì)對(duì)膳食纖維的最新定義為：膳食纖維是指能抗人體小腸消化吸收，而在人體大腸能部分或全部發(fā)酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相類似物質(zhì)的總和，包括多糖、寡糖、木質(zhì)素以及相關(guān)的植物物質(zhì)［5］。因此，膳食纖維包括很多不被人體小腸消化的物質(zhì)，如纖維素、半纖維素、樹膠、β葡聚糖、膠質(zhì)、木質(zhì)素、聚葡萄糖、果寡糖、抗性淀粉和糊精等。膳食纖維按溶解性分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維(IDF)兩大類，而總膳食纖維（TDF）是指SDF和IDF之和?？扇苄陨攀忱w維指可溶于溫水或熱水，且其水溶液能被4倍95%的乙醇再沉淀的那部分纖維，主要是細(xì)胞壁內(nèi)的儲(chǔ)存物質(zhì)和分泌物，以及微生物多糖和合成多糖，如果膠、β葡聚糖等。不溶性膳食纖維是指不溶于溫水或熱水的那部分纖維，主要是細(xì)胞壁的組成部分，包括纖維素、半纖維素、甲殼質(zhì)等。此外，功能性低聚糖和抗性淀粉(ResistantStarch，RS)也普遍認(rèn)為屬于膳食纖維。膳食纖維主要來(lái)自谷類、薯類、豆類及水果蔬菜等植物性食品中，其含量與食物種類有關(guān)。例如，蔬菜中的嫩莖和葉膳食纖維含量較高,而含淀粉較高的根莖類則較低；植物成熟度越高,膳食纖維含量也越高；谷類加工越精細(xì)則所含膳食纖維就越少。此外，很多食品加工過(guò)程的下腳料中膳食纖維含量較高,如麥麩、米糠、豆腐渣、甘薯渣、蕎麥皮、蘋果渣、菠蘿渣、柚子皮等。表1總結(jié)了不同類食物中膳食纖維的含量。2膳食纖維的結(jié)構(gòu)來(lái)源不同的膳食纖維其化學(xué)本質(zhì)差異較大，但基本組成成分則較相似，相互間的主要區(qū)別表現(xiàn)在各組成成分的相對(duì)分子質(zhì)量、分子的糖苷鍵、聚合度以及支鏈結(jié)構(gòu)方面的差異。2.1可溶性膳食纖維的結(jié)構(gòu)果膠（Pectin）：許多蔬菜、水果含有果膠，果膠的化學(xué)組成與半乳糖醛酸相似。其分子主鏈上的糖基是半乳醛酸，其側(cè)鏈上是半乳糖和阿拉伯糖。它是一種無(wú)定形的物質(zhì)，存在于水果和蔬菜的軟組織中，可在熱水中溶解，在酸性溶液中遇熱形成膠態(tài)；具有與離子結(jié)合的能力。β葡聚糖（βglucan）：β葡聚糖在結(jié)構(gòu)上不同于一般多糖（如淀粉、糖原、糊精等），因?yàn)橐话愣嗵鞘且驭?，4糖苷鍵連結(jié)，而葡聚糖則是以β1，3鍵結(jié)構(gòu)為主體，且有一些β1，6鍵的側(cè)枝，不同于一般糖類的線型分子結(jié)構(gòu)，而是形成螺旋型分子結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。聚葡萄糖（Polydextrose）：聚葡萄糖是由葡萄糖和少量山梨醇、檸檬酸經(jīng)高溫熔融，隨機(jī)縮聚而成的多糖。聚葡萄糖相對(duì)分子質(zhì)量分布廣(162~20000)，約有90%的聚葡萄糖相對(duì)分子質(zhì)量在504~5000之間，平均聚合度約為12，平均相對(duì)分子質(zhì)量為2000。聚葡萄糖含有的糖苷鍵種類多，以1，6糖苷鍵為主，分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。2.2不溶性膳食纖維的結(jié)構(gòu)纖維素（Cellulose）：不溶性膳食纖維的基本結(jié)構(gòu)是纖維素，纖維素是由β葡萄糖通過(guò)β1，4糖苷鍵相連而成的直鏈葡聚糖，由300~500個(gè)葡萄糖縮合而成，最多能達(dá)到10000個(gè)葡萄糖單體。纖維素不溶于冷水、熱水、稀酸和熱的稀堿溶液。人體內(nèi)的淀粉酶只能水解α1，4糖苷鍵，而不能水解β1，4糖苷鍵，因此纖維素不能被人體胃腸道的酶消化。半纖維素（Hemicellulose）：半纖維素也不溶于冷水、熱水和熱的稀酸；半纖維素和纖維素的區(qū)別是它能溶于稀堿溶液。半纖維由50~200個(gè)葡萄糖縮合而成，并帶有支鏈。存在于谷物中的阿(拉伯)糖基木聚糖是半纖維素的主要組成成分。甲殼質(zhì)（Chitin）：又叫甲殼素，化學(xué)名為(1,4)2乙酰氨基2脫氧βD葡聚糖，是以β1,4糖苷鍵相連的線型生物高分子，是自然界中惟一存在的堿性多糖。甲殼素是地球上含量?jī)H次于纖維素的天然高分子化合物，存在于低等植物菌類、藻類的細(xì)胞，高等植物的細(xì)胞壁，以及節(jié)肢動(dòng)物(蝦、蟹)的甲殼，烏賊的骨架，昆蟲的外殼、內(nèi)臟襯里、筋腱及翅上的覆蓋物等。甲殼素與纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似，分子鏈為線型直鏈；不同點(diǎn)在于甲殼素C2上有一個(gè)乙酰胺基(CH3CONH-)。甲殼素脫去乙?；愕玫綒ぞ厶?，三者的結(jié)構(gòu)比較,如圖2所示：抗性淀粉（ResistantStarch,RS）：是指在健康者小腸中不能被吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物,主要存在于整粒和回生的高淀粉類食物中,可被結(jié)腸菌群分解為乙酸、丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸(SCFA)及其降解產(chǎn)物,對(duì)人體健康有益。RS的分子結(jié)構(gòu)較小,長(zhǎng)度為20～25個(gè)葡萄糖殘基,是以氫鍵連接的多分散線性聚糖。RS之所以能抵抗酶的水解,是由于聚糖的葡萄糖殘基鏈之間存在較強(qiáng)的氫鍵,該氫鍵在155℃～160℃時(shí)具有40J/g的焓；或是由于這種聚糖具有β型晶體結(jié)構(gòu)。2.3非糖類結(jié)構(gòu)木質(zhì)素(Lignin):不是多糖物質(zhì)，而是苯基類丙烷的聚合物，具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。因?yàn)槟举|(zhì)素存在于細(xì)胞壁中很難與纖維素分離，所以在膳食纖維的組成成分中包括了木質(zhì)素，人和動(dòng)物都不能消化木質(zhì)素。木質(zhì)素的3種結(jié)構(gòu)單體如圖3所示。角質(zhì)（cutin）：是細(xì)胞壁表面的類似蠟的長(zhǎng)鏈脂肪酸。3膳食纖維的生理功能膳食纖維的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)決定其理化性質(zhì),雖然膳食纖維在人體內(nèi)不能被消化吸收,但卻具有重要的生理功能。3.1膳食纖維與減肥膳食纖維具有親水性的極性基團(tuán)，因而具有持水性和溶脹性，遇水后體積增大，對(duì)腸道產(chǎn)生容積作用,進(jìn)食后充填胃腔,需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)消化,延長(zhǎng)胃排空的時(shí)間,使人容易產(chǎn)生飽足感而減少熱量的攝?。欢疑攀忱w維在腸內(nèi)會(huì)吸引脂肪使其排出體外,有助于減少脂肪積聚，從而達(dá)到減肥的效果。3.2膳食纖維與控制血