膳食纤维改性研究进展.docx

1、膳食纤维改性研究进展粮食与油脂2008年第4期膳食纤维改性研究进展朱国君。赵国华(西南大学食品科学学院,重庆,400715摘要:大量研究证实。膳食纤维改性后理化性质具有明显优越性,能更好发挥其生理功能。该文综述化学处理法、机械降解处理法、微生物发酵与酶法和混合处理法在膳食纤维改性中应用进展,阐明改性膳食纤维发展前景,旨在为今后膳食纤维研究与开发提供参考。关键词:膳食纤维;水溶性膳食纤维;膳食纤维改性Researchadvance On nlodinCatiOn ot OietarV Il ber_o1l-n-1Z删G啪-jan。Z姒OGuo-hua(CoHegeof Food Science。

2、Southwest University,Chongqing 400715。ChinaAbstract:Many research datum indicated that modified dietary fiber has alot of evidentadvantagesinits physiochemical properties and physiological functions.Application ofchemical treatment,mechancaltreatment,fermentation and enzymatic hydrolysistomodify die

3、tary fiber,and developmental perspec-tive of modified dietary fiber were reviewed in this paper,to provide some references for the future research and development of dietary fiber.KeyWords:dietary fiber;soluble dietary fiber;dietaryfiber modification中图分类号:TS201.2*3文献标识码:A .文章编号:1008-9578(200804-0040

4、-03膳食纤维(Dietary Fiber,DF是指能抗人体小肠消化吸收而能在大肠部分或全部发酵可食用植物性成分、碳水化合物及其相类似物质总称。一般将膳食纤维分为水不溶性膳食纤维(Insoluble Dietary Fiber,IDF和水溶性膳食纤维(Soluble Dietary Fiber,SDF两大类。IDF主要作用于肠道产生机械蠕动作用,而SDF 则更多发挥代谢功能,如影响可利用碳水化合物和脂类代谢。因此,膳食纤维中SDF组成比例是影响膳食纤维生理功能一个重要因素。美国Leitz等学者建议,膳食纤维组成中SDF含量达到10%以上才是高品质膳食纤维,否则只能被称作填充料型膳食纤维旺1。然

5、而许多天然存在膳食纤维资源中水溶性膳食纤维所占比例都很小,仅为3%-4%,远低于高品质膳食纤维要求。为此,近年来很多学者一直致力于膳食纤维改性研究,目的是使膳食纤维中大分子组分连接键断裂,转变成小分子成分,使部分不溶性成分转变成可溶性成分:使致密空间网状结构转变为疏松网状空间结构,能更好发挥膳食纤维生理功能b1。膳食纤维改性处理方法主要有化学处理法、机械降解处理法和微生物发酵与酶法,或几种方法相结合混合处理法。1化学处理法化学处理法多为采用酸、碱等化学试剂对膳食纤维进行处理,控制适当pH值、温度和反应时间,使糖苷键断裂产生新的还原性末端,纤维类大分子聚合度下降,部分转化为SDF而具有较优良性质

6、和较强生理功能。陈存社等1研究发现,酸和碱处理都能使苹果膳食纤维SDF含量得以较大提高,其中碱处理效果更好些;SDF含量随酸处理pH减小而增大,当pH达到2时,SDF含量可增加到11.4%;SDF含量随碱处理pH收稿日期:2008一03埘增大而增大,当pH达到11时,SDF含量可以增加到16.1%。羧甲基化是经常使用一种化学改性方法。赵国华旧研究发现,对豆渣膳食纤维进行羧甲基化改性处理后,产品水溶性膳食纤维含量可达25.03%,持水力、结合水力、粘度和阳离子交换能力都有显著提高。龚冉以有机溶剂一乙醇为醚化介质,采用两次添加碱液,对甜菜膳食纤维进行羧甲基化改性,发现相比于传统一次加碱、水为媒介水

7、媒法,可得到高粘度、高得率羧甲基化改性产物。化学处理虽可不同程度提高SDF含量,但转化率低,反应时间长,对设备和温度要求都很高,且大量引进阴阳离子也给下一步食品加工带来不便,因此,在一定程度上限制该法使用。2机械降解处理法随着现代高新食品工程技术和先进设备广泛应用,使用各种物理方法对膳食纤维进行改性取得重大进展,其中挤压蒸煮技术和超微粉碎技术发展尤为迅速。2.1挤压蒸煮技术挤压蒸煮技术集输送、混合、加热和加压等多种单元操作于一体,能在短时间内实现部分大分子聚合物直接或间接转化为SDF。且高纤维物料经挤压处理后,还可改良色泽与风味,钝化部分能引起不良风味分解酶,使挤压后产品稳定性与风味得以明显改

8、善1。故在工业化生产中,膳食纤维改性一般采用挤压改性方法。国内外关于挤压小麦麸皮、燕麦麸皮、玉米皮、甜菜皮、柑橘皮等高纤维物质都曾有过报道。陈存社等对苹果膳食纤维进行挤压改性后,产品SDF含量达22.6%,与化学方法相比,具有较高转化率。挤压改性万方数据万方数据2008年第4期粮食与油脂4l后苹果膳食纤维膨胀力、持水性有很大程度提高,且这种膨胀力和持水性稳定性更好。影响挤压效果主要因素有:pH值、螺杆转速、进料水分、进料速度、挤压温度等。陈雪峰等吟1研究发现,酸性条件对苹果渣膳食纤维挤压改性几乎无效果,而碱性条件则有促进作用,适宜碱液浓度为7.5%。这是因碱能降解糖苷键,借助于挤压处理过程中高

9、温和剪切作用,碱性条件有助于纤维高聚物连接键断裂,且随碱液浓度增加,断裂作用会加剧,SDF含量明显提高;但同时也会对产品感官产生影响,由原来灰白色变成浅褐色,颜色加深。徐红华等o探讨单螺杆挤压机对稻麸改性工艺条件,结果显示:挤压温度110、物料水分15%、螺杆转速90r/rain,SDF含量可提高7.67%,其中螺杆转速是影响改性效果最关键因素。很多研究显示,在挤压机内各种强作用力下,部分不溶性阿拉伯木聚糖之类半纤维素及不溶性果胶类化合物会发生熔融现象,或部分连接键断裂,转变成水溶性聚合物成分。但挤压处理并不会引起膳食纤维高聚物结构发生深度降解或破坏,对纤维素组分也不起作用。钱建亚等n采用X一

10、射线衍射分析显示,挤压处理后大豆纤维素结晶性质基本没有改变,证实挤压处理对豆渣纤维素可能没有影响,水溶性组分增加部分是由半纤维素转化而来。2.2超微粉碎技术膳食纤维生理功能在很大程度上与其结构、颗粒度、比表面积、水化作用(如膨胀性、持水力等性质相关m。超微粉碎技术能将3n蛐以上物料颗粒粉碎至10-25斗m以下,随着颗粒向微细化发展,物料表面积和孔隙率大幅增加而使超微粉体具有独特理化性质。作为一种现代食品工程高新技术,超微粉碎已运用于膳食纤维研究与开发中。美国利用超微粉碎技术,以全美最上乘棕金车前谷为原料,研制“金谷纤维王”风靡欧美等发达地区”。对于膳食纤维微粒破碎,微射流均质机处理是目前可利用

11、最好方式。它是一种液相法超微粉碎技术,其作用机制为液态膳食纤维物料在微射流均质机反应腔内经过流体高速撞击、高剪切、空穴、涡旋等一系列综合物理机械作用处理后,纤维类大分子糖苷键可能发生断裂,部分转化为可溶性膳食纤维,从而达到改性目的.1。刘成梅等引研究发现,豆渣膳食纤维经高压均质处理(40MPa和经微射流均质处理(100MPa和120MPa后,总膳食纤维含量分别为63.87%、72.19%、69.78%,可溶性膳食纤维含量分别为7.08%、17.5l%、24.76%,可溶性膳食纤维与总膳食纤维含量比值分别为O.1109、0.2424、0.3548。表明微射流均质处理能显著增加总膳食纤维和可溶性膳

12、食纤维含量。蓝海军等”发现,经微射流作用的湿法对大豆膳食纤维超微粉碎比经研磨式干法更加有助于膳食纤维膨胀力和持水力增大,比干法超微粉碎分别高26%和8%。膳食纤维粒度越小,则其比表面积越大,其持水力和膨胀性也相应增大,生理功能发挥也越显著引。刘成梅等2采用Microfluidizer微射流均质机对膳食纤维进行超微化研究发现,随着处理压力增高和处理次数增加,物料粒径往往由大至小;当处理压力在120170MPa范围内或处理次数继续增加时,物料粒径则由小变大而发生团聚现象。团聚发生原因可能是由于范德华力吸引或体系总表面极小化的驱动力而引起。涂宗财等n们研究发现,利用动态超高压技术研制纳米级膳食纤维比

13、表面积达到1.8189m2/g,约为普通纤维2倍;其持水力和膨胀率分别达15.3265g/g 和21.5017g/g,均约为普通纤维3倍;且产品混浊液变稠、粘度升高、口感变细腻、可溶性增加、离子交换能力大大提高、酶作用时间缩短数十倍。纳米级豆渣膳食纤维生物活性也得到增强,如降低血脂水平、血清总胆固醇与低密度脂蛋白胆固醇水平等方面效果大大提高。瞬时高压作用(Instantaneous High Pressure,IHP系基于Microfluidizer作用机理概念。当物料在高压作用下快速通过微射流均质机反应腔时承受高达300MPa压力,由于物料快速通过该反应腔,高压对物料作用时间非常短,压力变化

14、速率极大,物料通过处理腔时受到多种机械力作用而被超微粉碎,故将此过程称为瞬时高压作用引。刘成梅等2.-81研究发现,经IHP作用处理后,豆渣膳食纤维的膳食纤维总含量和SDF含量均有所增加,持水力、结合水力和膨胀性分别是豆渣原样各项指标2.19倍、2.59倍、3.05倍,表明在相当程度上提高豆渣膳食纤维品质,验证IHP作为膳食纤维改性手段可能性。熊慧薇引研究发现,IHP能大幅提高膳食纤维溶液粘度,且在纯牛乳中按照一定比例加入经IHP处理后膳食纤维的悬浮液能改变乳品流变性质,可使其具有更高粘度。3微生物发酵与酶法3.1酶法酶法改性由于条件温和、反应速度快、专一性强,产品色泽浅、易漂白、无异味、纯度

15、较高,被认为是一种较有潜力改性方法。目前应用于膳食纤维改性的酶主要有木聚糖酶、纤维素酶和木质素氧化酶等。姚文华等啪探讨用纤维素酶制备枣渣膳食纤维工艺,结果显示,纤维素酶添加量为0.7%、温度35、水解时间120min,SDF含量可提高到28%,且持水性和溶胀性均较好。胡叶碧等眈发现单独使用纤维素酶和木聚糖酶都能显著提高玉米皮SDF含量,而先用40IU/g木聚糖酶处理4h,再用4IU/g纤维素酶处理2h能极大提高原料中SDF含量,分别比单一纤维素酶和木聚糖酶处理在同等酶用量和时间下增加38.8%和58.2%,且持水性和溶胀性等物化性质都有提高。3.2微生物发酵法发酵法改性膳食纤维是利用微生物发酵

16、将膳食万方数据万方数据42粮食与油脂2008年第4期纤维大分子组分分解成可溶小分子化合物,以提高制品水溶性膳食纤维含量,从而改善膳食纤维的物化性质。涂宗财等眈,采用自制混合菌曲对大豆纤维进行发酵处理后,膳食纤维总纤维含量升高,SDF占总纤维比例由原来4.23%升到13.13%,且具有特殊香味、无豆渣原有豆腥味和苦涩味、持水力高、吸水性强等特点。该作用机理可能是在较长发酵期间不断产生代谢产物中含有大量有机酸,造成大豆纤维长时间处于酸性条件下。由于酸是质子良好供体,可使纤维素糖苷键断裂,产生新的还原性末端,大豆纤维大分子聚合度不断下降,部分转化成非消化性可溶性多糖。很多学者利用微生物发酵产生酶以改

17、性膳食纤维,取得很好效果。欧仕益掣剐研究发现,人体结肠微生物以麦麸SDF为基质时分泌胞外酶同样可降解麦麸IDF,随发酵时间延长,微生物分泌胞外酶增多,麦麸IDF降解率也显著增加,表明采用结肠微生物产酶处理IDF能得到活性较高SDF。李凤敏利用菌株An-76产生木聚糖酶和菌株Sd-96产生纤维素酶对玉米皮膳食纤维进行处理,结果得到可溶性半纤维素和纤维素多糖。Nakajima等呸1从人粪便中获到一株厌氧菌(Clostridium bu(yricumbeijerinckii,该菌分泌一种胞外降解酶,可降解膳食纤维生成低聚糖;并利用该性质结合固定化细胞技术研制连续反应装置生产低聚糖,发现其具有反应条件

18、易控制、可连续生产而无需添加酶、无副反应等优点。4混合处理法有学者将化学处理、机械处理、微生物发酵或酶法结合起来对膳食纤维进行混合处理,取得很好效果。涂宗财等嗡1研究发现,单纯利用发酵法可提高可溶性膳食纤维含量达15%以上,动态超高压均质处理法可提高可溶性膳食纤维含量达35%以上,而发酵处理后40MPa下均质处理即可生产出可溶性膳食纤维含量为30%高活性膳食纤维。虽随着压力升高,可溶性膳食纤维含量仍会增加;但增幅不大,最终可溶性膳食纤维含量最高可达37%以上,显然发酵处理可节约均质处理能源,降低均质处理难度。徐广超等旧1采用机械处理一酶解混合处理法从豆渣中提取水溶性膳食纤维,SDF含量可由原来

19、2.5%提高至22.8%,可溶性膳食纤维产率比单纯酶解法提取有很大提高,且此法污染少,工序简单,便于推广应用。5结束语对膳食纤维进行改性,提高水溶性膳食纤维含量已成为膳食纤维研究重点之一。改性处理可显著提高膳食纤维中可溶性成分含量,使膳食纤维持水力、结合水力和膨胀力等物化性质得到改善,更好发挥膳食纤维生理功能,拓宽其在食品工业中应用范围,在膳食纤维开发和利用方面具有广阔发展前景。采用化学处理、机械处理、微生物发酵或酶法相结合混合处理方法能取得更好效果,将会成为膳食纤维改性研究发展方向。参考文献【l】侯汉学,张锦丽.麦麸膳食纤维的挤压改性及其在面包中的应用研究J.粮食与饲料工业,2003,(5:

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21、压改性对苹果膳食纤维物理化学性质的影响J.食品与发酵工业,2005,31(12:5760.【9陈雪峰,吴丽萍,柯蕾.苹果渣膳食纤维改性工艺的初步探讨J,食品与发酵工业,2004,(6:50一53.(10】徐红华,许岩,肖志刚.不同挤压膨化条件对稻麸中可溶性膳食纤维含量的影响J.食品科技,2004,(12:8990;94.【111钱建亚,丁霄霖.膳食纤维的双螺杆挤压改性(IJ.食品与发酵工业,1995,(6:24-28.【12】刘成梅,刘伟,林向阳.Microfluidizer对膳食纤维粒度分布的影响J.食品科学,2004,(1:5255.13】赵海军,史建新.超微粉碎技术在食品加工中的应用J.

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25、.豆碴水溶性膳食纤维制备工艺的研究J.河南工业大学学报(自然科学版,2005,26(1:5457.万方数据万方数据 膳食纤维改性研究进展作者:朱国君, 赵国华, ZHU Guo-jun, ZHAO Guo-hua作者单位:西南大学食品科学学院,重庆,400715刊名:粮食与油脂英文刊名:JOURNAL OF CEREALS & OILS年,卷(期:2008(4被引用次数:4次参考文献(27条1.侯汉学;张锦丽麦麸膳食纤维的挤压改性及其在面包中的应用研究期刊论文-粮食与饲料工业 2003(052.涂宗财;李金林微生物发酵法研制高活性大豆膳食纤维的研究期刊论文-食品工业科技 2005(053.胡叶

26、碧;王璋纤维素酶和木聚糖酶对玉米皮膳食纤维组成和功能特性的影响期刊论文-食品工业科技 2006(114.姚文华;胡玉宏酶法制备枣膳食纤维与应用的研究期刊论文-食品科学 2007(015.刘成梅;刘伟;林向阳Microfluidizer对膳食纤维粒度分布的影响期刊论文-食品科学 2004(016.钱建亚;丁霄霖膳食纤维的双螺杆挤压改性( 1995(067.徐红华;许岩;肖志刚不同挤压膨化条件对稻麸中可溶性膳食纤维含量的影响期刊论文-食品科技 2004(128.郑建仙功能性食品 19999.陈雪峰;吴丽萍;柯蕾苹果渣膳食纤维改性工艺的初步探讨期刊论文-食品与发酵工业 2004(0610.陈雪峰;吴

27、丽萍挤压改性对苹果膳食纤维物理化学性质的影响期刊论文-食品与发酵工业 2005(1211.郑建仙;耿立萍蔗渣膳食纤维挤压改性的研究( 1997(0412.龚冉甜菜废粕中膳食纤维的提取及其改性的研究学位论文 200413.赵国华羧甲基豆渣膳食纤维的制备及其性能研究期刊论文-食品与发酵工业 2003(1714.陈存社;董银卯;赵华苹果膳食纤维改性实验研究期刊论文-食品工业科技 2003(0615.欧阳玲花绿色木酶发酵提取柠檬皮膳食纤维及其毒理学研究 200616.徐广超;姚惠源豆渣水溶性膳食纤维制备工艺的研究期刊论文-河南工业大学学报(自然科学版 2005(0117.涂宗财;李金林利用豆渣生产高活

28、性膳食纤维的研究期刊论文-食品科学 2006(0718.Nakajima N Dietary-fiber-degrading enzymes from a human intestinal clostridium and their application to oligosaccharide production from nonstarchy polysaccharides using immobilized cells外文期刊 2002(2/319.李凤敏微生物酶法生产高活性膳食纤维的研究学位论文 200320.欧仕益;李炎;高孔荣人体结肠微生物降解麦麸膳食纤维的研究 2000(1-22

29、1.熊慧薇瞬时高压作用对膳食纤维改性的影响 200622.刘成梅;熊慧薇IMP处理对豆渣膳食纤维的改性研究期刊论文-食品科学 2005(0923.涂宗财;侯鹏;刘成梅纳米技术及其在食品中的应用研究概述期刊论文-江西食品工业 2004(0224.涂宗财;李金林;刘成梅纳米膳食纤维的研制及特性初探期刊论文-食品科学 2006(1225.蓝海军;刘成梅大豆膳食纤维的湿法超微粉碎与干法超微粉碎比较研究期刊论文-食品科学 2007(0626.刘成梅;刘伟;万婕瞬时高压作用对膳食纤维可溶性的影响期刊论文-食品科学 2005(0827.赵海军;史建新超微粉碎技术在食品加工中的应用期刊论文-农产品加工 2004(04本文读者也读过(9条2009(32007,28(22004,30(6引证文献(5条