水溶性膳食纤维研究进展Word格式文档下载.docx

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膳食纤维是功能性食品一种重要的基料，曾被一度被认为是没有营养价值的粗纤维。

但一经来自不同领域的专家（包括营养学家、医学家、食品科学家、膳食家、生物化学家、食品法规及营养教育有关的科学决策者）研究便引起广泛重视，随后将其列为继碳水化合物、脂肪、蛋白质、水、维生素和矿物质之后的“第七大营养素”。

食品法典委员会在2004年第26届会议指出，膳食纤维至少具有以下多个生理功能:

增加粪便的体积，软化粪便，刺激结肠内的发酵，降低血中总胆固醇和（或）低密度胆固醇的水平，降低餐后血糖和（或）胰岛素水平等生理功能[1]。

越来越多的研究表明，膳食纤维对调节人体生理机能有很大作用，它是维持人体健康必不可少的物质。

功能性逐渐成为食品发展的一个趋势，而水性膳食纤维作为一种新型的膳食纤维和膨胀剂、增稠剂、填充剂、配方助剂等，广泛应用于功能性食品中。

我国膳食纤维资源非常丰富，如大豆、小麦、豆腐渣、蔗渣、梨渣、玉米皮、米糠等，这些原料价格低廉，从中提取膳食纤维素不仅可以运用于保健行业中，还可以大力发展有关的膳食食品行业，提高原料综合利用的一条有效途径，产生良好的社会效益和经济效益，还可以实现废弃资源的有效利用，因此膳食纤维具有良好的研究和发展前景[1]。

1.2膳食纤维的定义

“膳食纤维”最先是由科学家Hipleshy[2]提出来的，而国际上对膳食纤维的定义还没有一个十分确定的说法，一般性的我们认为，膳食纤维（Dietaryfibre．DF）是指植物食品中不能被人体消化系统的消化酶消化的，但却能被大肠内的某些微生物部分发酵分解和利用的，以多糖类的为主的一类大分子物质的概称，包括纤维素、植物性木质素、果胶、羧甲基纤维素（CMC）及胶原、动物性壳质等[3]。

1.3膳食纤维的分类及其组成

膳食纤维分为两大类，不溶性膳食纤维（insolubledietaryfiber，简称IDF）和水溶性膳食纤维（solubledietaryfiber，简称SDF）[3]。

不溶性膳食纤维的主要成分是纤维素、壳聚糖、半纤维素、植物蜡和木质素等，其不被人体消化道酶消化，而且不溶于热水，它主要是作为细胞壁的构成成分。

水溶性膳食纤维则是不被人体消化道酶消化，但可溶于温水或热水且其水溶液又能被其4倍体积的乙醇再沉淀的那一部分膳食纤维，它主要是指植物细胞内的贮存物质和分泌物，另外还包括部分微生物多糖和合成多糖，其组成主要是一些胶类物质，如阿拉伯胶、果胶、角叉胶、瓜儿豆胶、卡拉胶、愈疮胶、黄原胶、琼脂等[4]。

一般来说，水溶性膳食纤维，具有良好的加工性能与更优越的生理功能而运用广泛。

生产生活中常见的水溶性膳食纤维主要有：

菊粉、抗性淀粉、壳聚糖、聚葡萄糖、瓜尔胶、燕麦、藻酸钠、β-葡聚糖、真菌多糖等，这其中有天然制备的，有合成、半合成的。

无论制备过程如何，其独特性能均得到了诸多好评。

特别是聚葡萄糖、抗性淀粉、菊粉成为最受欢迎的高品质水溶性膳食纤维。

并在食品加工业中作为膨胀剂、增稠剂、填充剂、配方助剂应用于低能量食品和功能性食品的开发利用，水性膳食纤维具有巨大的发展空间和广阔的市场前景。

2水溶性膳食纤维的提取

目前膳食纤维的提取方法可分为：

（1）粗分离法，悬浮法和气流分级法可作为粗分离法的代表[4]。

这类方法所得的产品不纯净，但它可以改变原料中各成分的相对含量,如可减少植酸、淀粉含量，增加膳食纤维等含量。

进行原料的预处理时主要使用本方法。

（2）化学分离法，是指采用化学试剂来提取分离膳食纤维的一种方法，主要方法有酸法、碱法、絮凝剂法和直接水提法等；

（3）酶法，是通过利用蛋白酶、淀粉酶来去除蛋白质和溶解淀粉而分离得到膳食纤维；

（4）化学试剂-酶结合分离提取法，先用化学试剂处理，然后用酶（如蛋白酶、α-淀粉酶、纤维素酶和糖化酶等）来降解膳食纤维中的其他杂质，接着用有机溶剂处理，最后用清水漂洗过滤，得到纯度较高的膳食纤维；

（5）膜分离法，该方法的原理是改变膜的分子截留量从而来制备分子量不同的膳食纤维；

（6）发酵法，通常是用合适的菌种，利用微生物发酵消耗原料的碳、氮源，从而消除存在于原料中的植酸，并且减少淀粉和蛋白质等成分来制取膳食纤维[5]。

2.1粗分离法

膳食纤维的生产原料，多是来源于生产食品时余下的下脚料和废弃物，在分离制备时，首先要进行预处理。

我们说知道的其预处理原料的方法还是比较多的有：

悬浮法、干燥法、气流分级法、热蒸煮法、研磨法等。

干燥法以减少水分，来降低生产能耗。

气流分级法，通过分离灰分来去除杂质。

而悬浮法则是减少淀粉、植酸等物质含量。

加热蒸煮法则是先软化原料,再由酶和化学试剂共同作用来促进提取[6]。

如陕方等[7]提取燕麦中的可溶性膳食纤维时采用研磨和蒸煮等预处理的方法。

2.2化学分离法

化学法是一类先将原料干燥、粉碎，再使用酸或碱提取膳食纤维的方法。

主要有酸法、碱法、酸碱结合法以及絮凝剂法，应用普遍的是碱法。

经过化学试剂处理后，再通过离心、过滤并辅以乙醇等有机溶剂，将可溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维进一步分离[8]。

2.3酶法

酶法，是一种用多种酶逐一去除原料的其它成分（如蛋白质、脂肪、淀粉、还原糖等），然后获得提取物的方法。

采用化学分离法提取的膳食纤维不可避免的一个问题是，依然含有部分淀粉和蛋白质，酶提取法则可以解决这个难题，并制得非常纯净的膳食纤维。

可用半纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、阿拉伯聚糖酶来进行提取。

酶法提取在较温和的反应条件下，因有部分蛋白与残渣、半纤维素结合，不易渗入到纤维得结晶区，所以一次去除蛋白效果较差。

林文庭[13]是以番茄渣为原料的，研究酶法提取的工艺条件，正交实验得出的最佳条件为:

pH值6.0，温度70℃，时间3h，酶量1.0%（淀粉酶）；

蛋白酶pH值6.5，温度60℃，时间为2h，酶量0.3%（蛋白酶）；

该法提取的水溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维的产率为6%、40%。

酶提取法有无需高温、高压，条件温和，操作方便，节约能源且可以省去一些工艺，利于减少环境污染等诸多优点，该法尤其适于高淀粉、蛋白质的原料的制备工艺[14]。

2.4化学试剂-酶结合分离法

使用化学试剂和各种酶如α-淀粉酶、蛋白酶、糖化酶和纤维素酶等同时作用去降解膳食纤维中含有的杂质，如脂肪、蛋白质，再用有机溶剂处理，用清水漂洗过滤、干燥后便获得纯度较高的膳食纤维[14]。

2.5膜分离法

膜分离（MembraneSeparating），利用具有选择透过性的膜，以外界能量、化学位差为动力的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[16-18]。

利用膜分离法制备膳食纤维的实例较少。

此方法是通过改变膜的分子截留量，并且可以分离低聚糖和一些小分子的酸或者酶来提取高纯度的膳食纤维。

如Hossain[19]以载体AerosolOT/油醇和支撑Celgard2500的液膜，Gyeongho[20]利用液膜，研究鱼油中脂肪酸的分离，侯东军等[21]研究大豆浓缩蛋白的生产工艺等。

2.6发酵法

发酵法提取的原理是采用适当的菌种对原料进行发酵，然后水洗至中性，干燥可得膳食纤维。

如用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌处理原料生产膳食纤维。

发酵法生产的膳食纤维质地好、色泽鲜亮、分散程度佳和气味温，并且比其他方法得到的DF有更高的持水力和得率。

并且膳食纤维的感官性能和加工性能，功能性和生理活性受到其来源、加工方法及色泽的不同等影响。

郑建仙[22]用酸碱法制膳食纤维，会导致纤维产品的持水力、膨胀性减少，使其特性遭到破坏。

然而，我们可以采用一种比较新颖的途径——微生物发酵。

如涂宗财等[23]利用混合菌曲发酵制得豆渣膳食纤维。

目前，该方法多在果皮原料中用来制取膳食纤维[14，24]。

3水溶性膳食纤维的测定

水溶性膳食纤维的测定方法主要可以分为洗涤纤维法、酶-重量法、酶-化学法[26]。

3.1洗涤纤维法

洗涤纤维法：

主要代表方法是酸性洗涤纤维法（ADF）法和中性洗涤纤维法（NDF）法，酸性洗涤纤维法是设法用酸性洗涤剂去除淀粉、蛋白质和半纤维素，而残留纤维素和木质素；

中性洗涤纤维法是用中性洗涤剂除去淀粉、蛋白质，而保留纤维素、木质素和半纤维素。

这种方法简便高效，成本低，缺点是精度不高，仅用于测总膳食纤维（TDF）[27]。

3.2酶-重量法

酶-重量法：

利用酶的处理使得可被人体消化道消化吸收的部分水解去除，根据重量分析测得那些未被水解的残留部分就是膳食纤维。

以AOAC法为中心的酶-重量法是目前公认的测定方法[27]。

3.3酶-化学法

酶-化学法：

原理是测定样品中的非淀粉多糖（NSP），首先用酶将淀粉完全水解，再进行溶液离心，过滤的残渣通过酸水解，测定单糖，通过转换系数得出总糖NSP[27]。

目前官方认可的测定方法，见下表所示[28]：

表1官方认可的膳食纤维分析方法

AOAC指定分析法

AACC指定分析法

AOAC985.29酶-重量法测TDF

AACC32-05测TDF

AOAC991.42酶-重讨法加磷酸盐缓冲液测IDF

AACC32-20测TDF

AOAC99143酶-重量法MES.TnS测DF

AACC32-07测TDF、IDF、SDF

AOAC992.16酶-重量法测TFDA

AACC32-06TDF快速重量分析法

AOAC993.19酶-重量法加磷酸盐缓冲液测SDF

AOAC993.21产品淀粉低于2%时用非酶-重量法测TDF

AOAC994.13酶-化学法测TDF

AACC32-25通过中性NSP、糖醛酸、酸不溶木质素的测定TDF

AACC32-31酶-重量法测定燕麦产品的IDF和SDF

注：

上表每一行相对应的AOAC和AACC测定方法一致。

4水溶性膳食纤维的理化性质

膳食纤维，是由多个单糖分子（200以上）经非α-1.4葡萄糖苷键缩合而成的高分子戍聚糖或已聚糖的复杂混合物[27]，其主要特性有：

含水力、粘性、易发酵性、对阳离子有结合交换能力等。

4.1含水性

纤维的化学结构中，因其含有数量多的亲水基因，而具有持水性，水溶性膳食纤维如果胶、树胶等，比不溶性纤维素含水能力更强。

4.2粘性

水溶性膳食纤维可在消化道形成粘性的液体。

粘液延迟了胃的排空作用，有助于延长饱腹感，另外，还能阻碍消化酶与内容物的混合，减慢消化吸收过程。

4.3易发酵性

多数情况下，食物中的纤维，可被大肠中的微生物群发酵，从而产生部分短链脂肪酸，然后被结肠细胞用作供应能量。

4.4阳离子结合交换力

膳食纤维的分子结构中，包含一些弱酸性阳离子基团起到交换树脂的作用。

此外，纤维表面带有很多活性基团，可以鳌合胆固醇、胆汁酸及某些毒物，使他们排出体外[27]。

5水溶性膳食纤维的生理功能

5.1预防肥胖症与肠道疾病

水溶性膳食纤维分子中有很多亲水性基因，具有强吸水性、含水性、膨胀性。

可增加粪便体积及排便速度，减轻直肠内及泌尿系统压力、缓解膀胱炎、肾结石、膀胱结石等泌尿系统病症，同时使毒素迅速排出体外，防便秘、防直肠癌。

当水溶性膳食的食物进人消化道内，膳食纤维的高保水力与高膨胀性能形成高粘度的溶胶或凝胶延缓胃排空，使人胃部产生饱食感而减少食物摄入量，有利于预防肥胖症与减肥[29]。

5.2吸附螯合作用预防心血管疾病

研究显示，SDF表面有很多活性基因，可以螯合吸附胆固醇、胆汁酸等有机分子，显著抑制总胆固醇浓度升高，降低人血清及肝脏中的胆固醇，从而阻碍中性脂肪和胆固醇的胆道再吸收，限制了胆酸的肝肠循环，进而加快脂肪的代谢。

因此，SDF还能防止冠状动脉硬化、高血脂症、胆石症及预防心血管疾病。

另外有研究显示膳食纤维还能吸附肠毒素、化学毒素并促使其排出体外[30]。

5.3阳离子交换作用降低血压

水溶性膳食纤维，特别是酸性多糖，具有较强的阳离子交换功能。

能与肠道中的Na+、K+进行交换，使排泄物中大量排出Na、K，进而降低血液中的Na/K比，来降低血压。

5.4溶解性与黏性预防糖尿病

水溶性膳食纤维有黏性，由于黏度增加，肠内容物与肠黏膜接触减少，调节了糖类物质在肠道的吸收，从而使血糖浓度的升高延缓,促进血糖平衡,促进胰岛素排出，利于供应与代谢糖份,还可控制糖尿病患者的症状；

另外，水溶性膳食纤维可以改善神经末梢组织对胰岛素的感受性[31]，因此，使患者对抗糖尿病药物的需要量减少，从而达到减轻胰岛组织的压力[32]的目的。

5.5发酵作用和平衡肠道微生物群

可溶性膳食纤维可被大肠内有益菌发酵成乙酸、乳酸等有机酸，降低肠道pH，促进肠内有益菌双歧杆菌生长，防止肠道黏膜萎缩，维持肠道微生物平衡与健康。

发酵产生的有机酸能加快食物在胃肠的蠕动与消化，促进粪便排泄，防止肠内有毒物刺激肠壁及毒素的过长停留，防止结肠癌。

因纤维素的通便作用，有益于肠道内压下降，可预防便秘及由长期便秘引起的痔疮及下肢静脉曲张，肠内细菌代谢产物及由胆汁酸转换成的致癌物脱氧胆汁酸和变异源物质也随纤维排出体外，缩短毒物与肠黏膜接触时间，起预防肠癌作用[33]。

5.6预防乳腺癌、子宫癌等

水溶性膳食纤维能清除一些进入人体的污染物质，如NO2-和镉[37，38]。

由离体试验可发现，麦麸膳食纤维对高浓度的Cu、Zn和Pb、Hg、Cd都具有清除能力，使浓度回复到安全水平。

此外，膳食纤维能防治乳腺癌，子宫癌和前列腺癌等[39]。

5.7抗氧化性和清除自由基

医学证明显示，脂质氧气所产生的自由基，在肿瘤形成的初始及促成阶段都起着重要作用。

在新陈代谢过程中人体产生的最危险的自由基是羟自由基，而膳食纤维中的黄酮类物质可以清除超氧离子自由基和羟自由基，在治疗心血管病、老年性痴呆症方面疗效独特[37]。

另外，推测抗氧化特性和清除自由基活性与人体抗衰老有一定关系。

5.8改善牙齿、口腔环境[29]

增加膳食中的纤维素，则可增加使用口腔肌肉、牙齿咀嚼的机会，长期下去，会使口腔保健功能得到改善，防止牙齿脱落、龋齿出现的情况[37]。

6水溶性膳食纤维的应用现状

6.1膳食纤维在食品中的应用

水溶性膳食纤维，可作为一种新型的食品膨胀剂、增稠剂、配方助剂、填充剂等，应用于高纤维、低热量等功能性食品中。

此外，其还以良好的溶解性、稳定性、口感等特性，在焙烤、面食、油炸、饮料、乳制品、糖果等领域应用也很广泛。

6.2在焙烤食品中的应用膳食纤维

膳食纤维应用最为广泛的是在焙烤食品中，其产品主要有高膳食纤维的饼干、桃酥、面包、蛋糕等[40]。

膳食纤维的加入可改善含水力，其吸水性强，配料时应适当的多加水，膳食纤维加入量一般为面粉的5%-10%，通常以6%为宜。

玉米麸皮的膳食纤维、小麦麸皮的膳食纤维，前者具有特殊的香味，可以提高食品的风味，后者可使面包保持松软、改良风味、延长食品货架期。

6.3在面制主食食品中的应用膳食纤维

膳食纤维可用来制作米饭、面条、馒头等。

馒头中加入水溶性膳食纤维，可强化筋力，馒头颜色、口感良好，并且有特殊香味，没有发酵和粗糙的感觉；

面条中加入水溶性膳食纤维，一般量为3%～6%，虽然影响面条强度，但煮熟后反而增加其强度，耐煮耐泡且韧性好；

米饭中添加水溶性膳食纤维，具有蓬松清香的良好口感。

水溶性膳食纤维添加技术的关键，是掌握不同种类的膳食纤维和其适宜的添加量。

6.4在调味、馅、汤料食品中应用膳食纤维

研究结果显示，将DF、SDF与某些食品添加剂混合制成馅料，风味独特。

另外，在普通汤料煲汤时，加入1％的膳食纤维（包括水溶和水不溶）可起增稠作用也能同时补充膳食纤维的缺乏。

6.5在油炸食品中应用膳食纤维

如果将豆渣中的膳食纤维，添加到油炸类食品中，得到油炸纤维点心；

如果在丸类配方中加人3％左右膳食纤维，可制成丸子或油条。

并且可以明显延长食品的保存期。

6.6在果酱、果冻食品中应用膳食纤维

在果酱、果冻中添加水溶性膳食纤维果胶，可有良好的吸水、保水性，增加产品的汁液黏度、改善感官性状、防止脱水和均一、不分层的作用，并且能提高产品出品率。

6.7在糖果中应用膳食纤维

21世纪的糖果工业，逐渐向于低糖、低脂肪靠拢，倾向于美味又营养。

水溶性膳食纤维，可作为一种低热量食品配料，广泛应用于糖果市场上。

水溶性膳食纤维中的聚葡萄糖可以用于糖果配方中来代替葡萄糖浆，另外还可以与其它替代性甜味剂共同使用来替代蔗糖。

6.8在肉制品中应用膳食纤维

在肉制品中添加水溶性膳食纤维，可保持肉制品中的水分，吸咐香味物质，防止香味物质挥发，同时可降低肉制品的热量，制成具有多种保健功能的肉制品，添加量一般1%~5%左右[40]。

6.9在运动食品中应用膳食纤维

水溶性膳食纤维有很高的保水性，相对体积小，吸水后体积变大，从而对肠道产生填充作用，产生并延长饱腹感，另外摄入膳食纤维后可降低血糖值来达到能量缓释，可根据该特质制成运动食品。

6.10在速冻食品中应用膳食纤维

用来提高速冻品的成团型、保水性。

可按照总陷料重量的1%左右，添加膳食纤维量3-5倍的水，与陷料一起混合搅拌均匀即可。

6.11在其他食品中应用膳食纤维

膳食纤维还可用于膨化食品、冰淇淋、内脂豆腐、肉脯、风味乳、饮料、奶制品等，在不同的食品中膳食纤维有着不同的作用，关键在于纤维的粒度大小、用量、品种、水溶性与水不溶性膳食纤维所占的比例[41]。

7水溶性膳食纤维的市场现状

7.1国外发展现状

水溶性膳食纤维在20世纪80年代的欧美国家其应用已十分普遍，尤其是欧美国家的超市或便利店，其含水溶性膳食纤维的面包、饼干、饮料、乳制品等琳琅满目。

年销售百亿美元的方便食品中，富含水溶性膳食纤维的功能性食品约占20%。

目前，国外水溶性膳食纤维的种类主要有六大类：

谷物、天然纤维、豆类、微生物多糖及合成和半合成的纤维，有30多个品种之多，而其中应用于实际生产的有10多种。

在市场上较为受欢迎的有聚葡萄糖、大豆和燕麦溶膳食纤维等等6种。

在美、德、日、英、法等国也已形成一定的生产规模，并且在食品市场上占据一定的市场份额。

另外，日本的功能性膳食纤维食品也十分盛行，有调查显示，在1996年其膳食纤维类食品销售额达100多亿美元，其中有70%以上是含有水溶性膳食纤维的功能饮品。

而美国，早已有研究开发水溶性膳食纤维的专门机构，并设置大型公司制造并销售各类水溶性膳食纤维的产品。

总体来说，全球的总膳食纤维类食品多达600多种，近年来推出的新品达400多种。

亚洲国际市场上，纷纷出现了诸多添加膳食纤维，尤其是水溶性膳食纤维的纤维饮品、低热能食品（巧克力、营养棒等）、乳酸菌饮品、运动饮料、、牛奶片等等。

欧美的国际市场上，也涌现出大量纤维强化食品，如酸奶饮品、低碳水化合物冰淇淋、果冻、低热量速溶咖啡、膨化食品（饼干、薯片等）等。

国际知名品牌公司如：

雀巢、卡夫（达能）、可口可乐、联合利华等，正积极推出富含膳食纤维的新品。

7.2国内发展现状

目前，我国研究较为广泛的水溶性膳食纤维，其来源主要集中在玉米麸皮纤维、小麦麸皮纤维、大豆纤维、甜菜纤维和魔芋纤维等品种上。

在2008年5月1日实施的《食品营养标签管理规范》中，水溶性膳食纤维被明确地列为营养成分，并对其定义、标示方法、能量值、营养素参考值及检测方法进行了明确地规范。

另外，我国的水溶性膳食纤维主要应用在保健行业，主要市场集中在保健类食品，普通食用食品中所占的比例就相对较小了。

近几年，国内的食品企业巨头，如：

伊利、蒙牛、光明、农夫山泉、娃哈哈等，集中在饮料领域纷纷推出了富含水溶性膳食纤维的健康饮品，而其他食品领域的开发力度严重不足，还需加大研发纤维新品的力度。

7.3国内外水溶性膳食纤维的研究方向

7.3.1水溶性膳食纤维是否有副作用

要充分重视水溶性膳食纤维是否具有副作用，水溶性膳食纤维可预防肥胖症，但对于比较瘦的人来说，会不会影响其吸收营养元素；

另外，我们知道多数金属元素在高浓度时有毒性，但其又是人体必需的微量元素。

因此，我们要考虑添加水溶性膳食纤维后是否会导致其缺乏的问题。

7.3.2完善水溶性膳食纤维的工业化制备方法

我国水溶性膳食纤维的制备还停留在实验室阶段，对活性更高的水溶性膳食纤维的制备更是如此。

虽然已有部分采用膜分离方法，然而却未完全确定其操作参数。

我们有必要改变水溶性膳食纤维的制备方法，以利于大规模的工业化生产。

7.3.3水溶性膳食纤维资源的开发利用

现阶段，我国水溶性膳食纤维资源开发品种主要有，谷物纤维、豆类纤维、水果纤维等陆生植物资源。

大型经济海藻类，有海带、马尾藻、江蓠和麒麟菜等，此类藻中水溶性膳食纤维含量很高，海藻膳食纤维将有望成为我国膳食纤维开发主要来源之一[41]。

8展望

近年来，国内外众多的学者对膳食纤维尤其是水溶性膳食纤维进行了深入的研究。

在国外，欧美日等国家对水溶性膳食纤维的研究起步比较早，作为食品添加剂，水溶性膳食纤维已在保健品、糖果、乳制品、功能饮料、烘焙食品、胶体食品、果酱等食品中广泛应；

在国内，先是作为添加剂使用，然后还形成了以水溶性膳食纤维为主的胶囊、冲剂和片剂类产品。

综上所述，在2l世纪，功能性食品将逐渐成为主流。

由于膳食纤维具有突出保健功能，其受到来自不同领域的科学家的广泛重视。

膳食纤维正被广泛应用于主食食品中，同时还被添加到乳制品、肉制品、膨化产品、糖果和调味品等中。

此外，随着人们对膳食纤维与人体健康关系研究的不断深入与认识的不断加强，作为膳食纤维补充剂，水溶