涂凌云，莫文鳳，劉濤，鄒雪蓮，范毅烽，鄧永飛，陸登俊

(廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004)

膳食纖維(dietary fiber,DF)包括纖維素、木質(zhì)素、果膠、半纖維素、樹膠等非淀粉多糖類物質(zhì)，最早是由Eban Hispley[1]提出，他認(rèn)為DF是無營養(yǎng)物質(zhì)。但在后人研究中，DF顯示出多種功能特性，在食品、藥品及化妝品方面都有廣泛應(yīng)用。DF中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等粗纖維物質(zhì)能夠加速人體腸道的蠕動，增大排便量，對人體腸道功能有增益作用[2]；果膠、樹膠具有良好的凝膠作用，在增強食品凝膠特性的同時還能豐富口感[3]；DF還具有抗氧化性，能力大小取決于還原糖和糖醛酸的含量，制成的包裝材料能夠延長食品貨架期[4]。DF是多種物理及化學(xué)性質(zhì)不同的化合物的組合，在食品工業(yè)中具有強大的研究潛力。

果蔬(特別是果皮、果殼)中含有豐富的DF，世界衛(wèi)生組織建議每人每天所攝入的果蔬量應(yīng)達到400 g，能夠有效預(yù)防腸道方面的疾病。我國作為世界上第二大人口國家，現(xiàn)有人口14億，2010年水果產(chǎn)量為27400.84萬噸，人均果蔬消費價格指數(shù)近兩年最低上漲3.9%，人均果蔬消費價格指數(shù)近兩年最低上漲3.9%，鮮果瓜類消費價格指數(shù)最高上漲12.3%(與上一年對比)[5]。但在果蔬加工業(yè)中，大約1/3的水果和蔬菜以皮、核、殼、渣的形式在準(zhǔn)備和加工階段就會被丟棄[6]，這不僅是一種資源上的浪費，還有可能會污染生態(tài)環(huán)境。合理利用果蔬副產(chǎn)品，不僅能獲得經(jīng)濟效益，還能夠推動食品工業(yè)的資源循環(huán)發(fā)展。

本文主要綜述了果蔬副產(chǎn)品中DF的提取方法以及在食品工業(yè)中利用的研究進展，為進一步開發(fā)果蔬副產(chǎn)品的高價值利用提供了科學(xué)參考。

1 膳食纖維定義及分類

2015年食品法典委員會[7]將DF定義為具有10個或10個以上單體單位的碳水化合物聚合物，不被人類小腸內(nèi)的內(nèi)源性酶水解。膳食纖維根據(jù)其來源分為谷類膳食纖維、藻類膳食纖維、水果類膳食纖維等；根據(jù)可溶性可分為可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,SDF)和不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber,IDF)。

SDF是指能夠溶于水且能夠被人體腸道內(nèi)微生物酵解的非淀粉多糖類物質(zhì)，存在于植物細(xì)胞液和細(xì)胞間質(zhì)中，大部分來源于谷物食品和果蔬類食品中，主要包括果膠、樹膠等。SDF的主要組成成分是6種單糖，分別為鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖和木糖，根據(jù)來源的不同，比例有所不同。SDF具有良好的溶解性，易形成凝膠[8]，從而可以作為工業(yè)增稠劑、乳化劑[9]等運用于食品中，在紅棗飲料[10]中添加SDF既可以作為營養(yǎng)加強添加劑，也可以豐富飲料的口感。

IDF是指不能夠溶于水也不能夠被人體微生物酵解的非淀粉多糖類物質(zhì)，在天然纖維中占比為2/3～3/4，常存在于植物的根、莖、干、葉、皮、果中，主要包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。IDF具有良好的持水性、吸脹性，可以改善肉制品凝膠體系的微觀結(jié)構(gòu)，使其更加均勻致密，在兔肉丸中添加IDF賦予肉丸更好的回彈性和咀嚼性。IDF在人體消化道中主要起調(diào)節(jié)菌群[11]、吸附有害物質(zhì)[12]等作用。

2 膳食纖維的提取方法

在植物細(xì)胞壁中，DF通常與淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪類物質(zhì)構(gòu)成緊密結(jié)構(gòu)，可以通過物理、化學(xué)、生物法破壞該結(jié)構(gòu)，將果蔬副產(chǎn)品中的DF提取出來?；瘜W(xué)法主要包括酸法和堿法；物理法有微波法、超聲波法、超微粉碎法、擠壓蒸煮法、高壓均質(zhì)法；生物法有酶法和發(fā)酵法。已有研究表明，不同的提取方法可能會改變DF的成分與結(jié)構(gòu)，從而影響它的理化性質(zhì)與功能。

2.1 化學(xué)法

2.1.1 酸法

早在1976年酸法技術(shù)就已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，目前研究中主要用酸試劑為檸檬酸與鹽酸。羅忠圣等[13]利用鹽酸提取豆渣中的DF，實驗考察了pH、溫度、料液比、時間對DF提取率的影響，隨著這些因素的增加，都呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，影響強弱為料液比>時間>溫度>pH。實驗結(jié)果表明在pH為4.6、料液比為1∶25 (g/mL)、溫度為87 ℃、時間為2.8 h的條件下，得到平均DF提取率為59.1%，比對照組豆渣DF提取率增加14.4%。

酸法制備DF成本低、操作簡單，但是反應(yīng)溫度高、作用時間長，提取得到的DF色澤較差且純度低。

2.1.2 堿法

目前研究中主要用堿試劑為氫氧化鈉和碳酸鈉，提取時加入過氧化氫[14-15]，更易打開DF與非DF結(jié)合的緊密結(jié)構(gòu)，暴露內(nèi)部的羥基，從而增加DF持水能力。楊妍等[16]對蘋果渣中DF進行研究，得到DF提取率為76%，SDF含量為30.20%，利用堿性過氧化氫提取的蘋果渣DF持水力和膨脹力增長，持油力下降。D-I-Llanes Gil-López等[17]利用微波輔助堿法處理甘蔗渣，結(jié)果表明堿處理有助于木質(zhì)素的分解，實驗中大約90%以上的木質(zhì)素被破壞。

堿法提取得到的DF具有較高的持水性，且更適用于SDF的提取，高濃度的堿能夠提高DF提取率，但是排出的廢氣、廢水會污染環(huán)境，過高的pH值會破壞提取到的DF孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致持水性、膨脹性下降。

2.2 物理法

2.2.1 微波法

微波法是利用果蔬副產(chǎn)品中各個成分吸收微波效率不同，某些成分能被選擇性加熱，從而與基質(zhì)有效地分離。沈蒙等[18]采用微波輔助超聲波法提取黑豆皮中SDF，在微波功率450 W、時間30 min、溫度45 ℃條件下，黑豆皮SDF得率為15.72%。巫永華等[19]在沈蒙的研究基礎(chǔ)上加入纖維素酶，在微波功率400 W、溫度60 ℃、時間23 min條件下，黑豆皮SDF得率為19.12%±0.23%。同時對提取得到的黑豆皮SDF進行了理化特性分析，其膨脹力、持水力、持油力分別為585.71%、11.89 g/g、10.52 g/g。

目前現(xiàn)有文獻研究中，微波法一般作為輔助方法。微波法提取時間短，產(chǎn)品質(zhì)量、純度更高，且能夠改變DF的微觀結(jié)構(gòu)，增加其吸附力，但是不適用工廠大規(guī)模生產(chǎn)。

2.2.2 超聲波法

超聲波會破壞植物材料的細(xì)胞壁，溶劑更容易進入細(xì)胞內(nèi)提取目標(biāo)分析物。鄭藝梅等[20]利用超聲波輔助堿法提取琯溪蜜柚囊衣中的IDF，在超聲功率400 W、10 min條件下，IDF提取率為50.9%，比傳統(tǒng)提取法提高了19.9%。Gan Jiapan等[21]利用微波輔助超聲波法提取柚皮中的DF，在超聲波功率為200 W條件下，IDF的提取率為55.02%，SDF的提取率為8.35%，該SDF具有更好的持水、持油能力以及吸附力。

超聲波法能夠大大減少有機溶劑的用量，并且簡化了工藝流程，縮短了提取時間，但是超聲波功率過大會降低DF提取率，DF的微觀結(jié)構(gòu)會遭到破壞，吸附力大大降低。

2.2.3 超微粉碎法

常規(guī)研磨機研磨的粉末粒徑一般為0.14～0.42 mm，超微法是通過增加剪切力或者加大材料與其他物質(zhì)中的碰撞能量將粉末粉碎成亞微米級(10～66 μm)的微粒[22]。超微粉碎法一般有兩種：一種是干法超微法，另一種是濕法超微法。Chen等[23]使用攜帶直徑5 mm氧化鋯陶瓷研磨球的球磨機，以750 r/min的旋轉(zhuǎn)速度研磨豆渣6 h后，DF平均粒徑從161 μm顯著降低至15 μm，提取得到的SDF含量由3.9 g/100 g干重增長至34.86 g/100 g干重，研磨使DF的無定形區(qū)域暴露，導(dǎo)致43%的IDF轉(zhuǎn)變?yōu)镾DF。

超微粉碎法對設(shè)備要求不高，操作流程簡單，DF的粒徑的減小會增加其在食品中的適口性，同時增大DF比表面積和孔隙率，從而提高其吸附性、分散性，但是不能大幅度提高DF的提取率。

2.2.4 擠壓蒸煮法

擠壓蒸煮法是一個高剪切、高溫和高壓相結(jié)合的連續(xù)過程。對比單螺桿擠壓，雙螺桿擠壓提取得到的SDF顯示出更大的膨脹特性[24]。Zhong Liezhou等[25]利用擠壓蒸煮法提取澳大利亞甜羽扇豆種皮中的SDF，結(jié)果表明擠壓蒸煮能顯著增加種皮中SDF含量，從29.03 g/kg干重增加到90.28 g/kg干重，水溶性增強，但水結(jié)合減弱。次年，Zhong Liezhou等[26]利用雙螺桿擠壓蒸煮法處理澳大利亞甜羽扇豆種皮，其SDF含量從44.17 g/kg干重增加到113.69 g/kg干重。

擠壓蒸煮法適用于堅韌但是不堅硬的材料，如硬質(zhì)的果皮、谷物，能夠一次性處理大量材料，大幅度提高SDF提取率，但是提取全過程消耗的能量大。

2.2.5 高壓均質(zhì)法

高壓均質(zhì)法是通過對材料施予高強壓力，使各個組分分離，主要技術(shù)為高靜水壓力、動態(tài)高壓微射流[27]、蒸汽爆破和高剪切乳化?？捣挤糩28]利用蒸汽爆破法提取豆渣中DF，結(jié)果表明，當(dāng)汽爆強度為1.5 MPa、30 s時，SDF含量提高至36.28%，較對照樣品增加了26倍。Pérez-López E 等利用水解酶輔助高靜水壓力法提取豆渣中DF，在600 MPa壓力下經(jīng)過30 min的處理，豆渣中SDF含量增加了74%，溶解度增大。

高壓均質(zhì)法對實驗設(shè)備要求高，操作危險性大，壓力過強，會導(dǎo)致DF提取率下降，但是處理時間短，DF水溶性顯著提高，適用于SDF的提取。

2.3 生物法

2.3.1 酶法

酶法是指利用各種酶，如α-淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、木聚糖酶等將果蔬副產(chǎn)品中的非DF成分降解成小分子，破壞DF與非DF形成的緊密結(jié)構(gòu)，釋放DF。酶具有專一性與特異性，通常使用復(fù)合酶會比單酶的DF提取率高。根據(jù)Feng Ziqian等[29]的研究，黑豆皮中SDF含量僅為6.9%。沈蒙等利用復(fù)合酶法(纖維素酶∶半纖維素酶為1∶2)提取黑豆皮中SDF，在酶添加量為5%、時間為3 h條件下，SDF的提取率提高至14.90%。

酶法工藝簡單快速，DF的提取率高，由于酶的專一性與高效性，得到的DF純度高。但是酶價格較為昂貴，且種類不同的酶作用條件不同，處理過程復(fù)雜，處理時間長。

2.3.2 發(fā)酵法

發(fā)酵法是利用微生物產(chǎn)出的蛋白酶和淀粉酶，降解材料中的非DF成分，從而可以提取得到DF。目前常用的發(fā)酵微生物包括黑曲霉[30-31]、乳酸菌[32]、保加利亞乳桿菌、綠色木霉、嗜熱鏈球菌等。Lin Derong等[33]利用乳酸菌和神經(jīng)孢霉混合發(fā)酵法提取豆渣中DF，在最優(yōu)條件下SDF提取率為7.09%，IDF提取率為40.07%。趙泰霞等[34]利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌(1∶1)作為發(fā)酵劑，在41 ℃發(fā)酵30 h后，從豆渣中提取的DF得率為75.6%，其中SDF提取率為17.2%。

發(fā)酵法是一種綠色環(huán)保的方法，DF提取率較高，但是發(fā)酵法中微生物在生產(chǎn)酶的同時也會生產(chǎn)廢液，純度會降低，且接種前需對材料進行高溫殺菌，防止雜菌生長，在高溫處理中可能會對DF提取產(chǎn)生不良影響。

3 膳食纖維在食品工業(yè)中的應(yīng)用

市場上超過50%的功能食品都含有膳食纖維作為活性成分[35]。DF的還原糖含量、官能團、整體結(jié)構(gòu)的不同會產(chǎn)生不同的理化特性，主要理化性質(zhì)包括持水/油性、吸收膨脹性、抗氧化性、吸附性與黏性。在食品工業(yè)中，利用其理化性質(zhì)對食品進行加工改造能夠得到口感更好、營養(yǎng)價值更高的產(chǎn)品。

3.1 在烘焙食品中的應(yīng)用

在烘焙食品中添加DF不僅能夠穩(wěn)定面糊，還能夠減少面團中面筋結(jié)構(gòu)的形成，保持食品擁有更久的新鮮口感。在DF添加量不影響烘焙食品口感下，既能夠降低其脂肪含量，又可以增加烘焙食品的營養(yǎng)價值。

3.2 在飲料中的應(yīng)用

émilie Paquet等[39]在蘋果汁中添加SDF(大麥葡聚糖、魔芋甘露聚糖、瓜爾膠)，由于SDF具有黏性與吸附性，在飲料中可以充當(dāng)穩(wěn)定劑，降低飲料的絮凝度。李晶[40]以玉米皮作為SDF來源，當(dāng)果汁中SDF添加量為1%～8%時，體系穩(wěn)定性好，粘度低，果汁貯藏后期的穩(wěn)定性提高。Piyali Chakraborty等[41]進一步研究了DF的添加對燕麥糠纖維飲料口感的影響，結(jié)果表明當(dāng)飲料中IDF的濃度超過2%(W/W)時，在口腔中會產(chǎn)生顆粒感、糊狀感，這種感覺會持續(xù)較長時間；而在飲料中添加可溶性β-葡聚糖，在口腔中會產(chǎn)生粘滑感和光滑感。

飲料中一般采用SDF作為穩(wěn)定劑，在降低絮凝度的同時能賦予飲料清爽的口感和透明度，但是過量IDF的加入會導(dǎo)致飲料易分層且口感惡化。目前高DF飲料的大眾接受度還較低，主要原因包括口感較差和價格過高。

3.3 在肉制品中的應(yīng)用

DF常用于肉腸[42]、肉松、肉餅等肉制品中，在雞肉香腸中添加蘋果渣DF[43]，大大降低了香腸中脂肪的含量，提高了降脂雞肉乳糜香腸的乳糜穩(wěn)定性，同時也提高了肉制品的硬度、黏性和咀嚼性。Lin Yanan等[44]從綠豆的副產(chǎn)品中提取DF，將其加入魚松，利用快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜(REIMS)結(jié)合體外消化試驗研究DF對魚松多級消化的影響，實驗結(jié)果表明DF的添加有效減緩了磷脂的消化速率，由于DF還具有抗氧化性，能夠緩解脂肪的消化腐敗，從而延緩魚松的貨架期。除了直接添加，DF還可作保鮮膜中的抗氧化成分，同樣能夠延長肉制品的保鮮期。

DF是一種良好的乳化劑，能夠有效穩(wěn)定肉糜產(chǎn)品，與水結(jié)合后形成凝膠將脂肪牢牢吸附，降低卡路里的同時還能夠帶走部分脂肪。目前市場上并沒有大規(guī)模將DF應(yīng)用于肉制品，但是果蔬副產(chǎn)品DF的開發(fā)利用為“健康吃肉”這一目標(biāo)提供了可能性。

3.4 在乳制品中的應(yīng)用

在牛奶發(fā)酵過程中，酸釋放導(dǎo)致pH值下降，酪蛋白與變性乳清蛋白通過二硫鍵聚集在一起形成了酸奶。DF的添加有利于縮短酸化時間，降低生產(chǎn)成本，酸奶的硬度和貯藏模量在冷藏過程中顯著提高。除了上述優(yōu)點，由于DF具有乳化性，Wang Xinya等[45]制作的含有蘋果渣DF的酸奶具有更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不容易乳清分離。在冷藏過程中，DF能夠有效抑制pH的降低，pH在14 d內(nèi)保持穩(wěn)定(對照組為7 d)。Christos Soukoulis等[46]對添加不同含量DF的冰激凌的研究表明IDF顯著增加了冰淇淋的粘度，而SDF的添加能限制冰點的降低，具有潛在的低溫保護作用。

對于冷凍乳制品而言，DF具有控制結(jié)晶和再結(jié)晶現(xiàn)象的潛在能力，能夠增加冷凍乳制品的抗熔性。對于非冷凍乳制品，DF能夠增加其穩(wěn)定性，乳清分離現(xiàn)象減少，使食品的外觀得到改善。

3.5 在其他食品中的應(yīng)用

果凍[47-48]中添加的DF充當(dāng)了凝膠基質(zhì)中的增強劑，提高了果凍的粘彈性和機械性能，蘋果和亞麻籽中DF的添加(樣品A和P)使果凍脫水收縮降低了50%和100%。

于桐[49]將刺葡萄皮渣與馬鈴薯全粉、大米粉混合，通過雙螺桿擠壓膨化技術(shù)制作一種新型擠壓膨化食品，由于DF的抗氧化性，能夠抑制天冬酰胺與還原糖反應(yīng)過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物向丙烯酰胺的轉(zhuǎn)化，減少丙烯酰胺的產(chǎn)生。當(dāng)刺葡萄皮渣添加量為5%時，產(chǎn)品中葡萄香味明顯且口感酸甜酥脆，感官評價得分高。

除此之外，DF在面制品、果醬等食品都有應(yīng)用，利用其自身的物理特性(吸水性、膨脹性、抗氧化性)為這些食品提供高價值營養(yǎng)的同時，還能夠有效提高食品的一定特性，如面制品的易消化性和果醬制品的黏性。

4 結(jié)論與展望

水果蔬菜在我們生活中必不可少，隨著果蔬種植面積的增大和果蔬干制品、果蔬腌制品、果汁、果酒等產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大和發(fā)展，越來越多的果蔬副產(chǎn)品被直接遺棄或者做成飼料，這些果蔬副產(chǎn)品中含有的DF沒有得到充分利用。選取合適的方法提取果蔬副產(chǎn)品中的DF，既能夠推動DF產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展，同時能夠?qū)崿F(xiàn)果蔬副產(chǎn)品的高值化利用，減少資源浪費。目前研究中更側(cè)重于找到一種綠色無污染且純度高的DF提取手段。酶解法是其中高效且綠色無污染的方法，但其作用周期長這一問題還有待解決。DF中含有多種成分，如何將其中各組分完全分離也是目前的一大難題。

DF在食品保健方面越發(fā)凸顯其價值，得到社會各界人士的關(guān)注，對于充分開發(fā)果蔬副產(chǎn)品中DF的營養(yǎng)價值、綜合利用、提高其附加值具有重要意義。