任 恒，林聲偉，丑義宣，冉紅梅，金 雨，劉學龍，崔耀明，王 朋，王金榮，喬漢楨

（河南工業(yè)大學生物工程學院，河南鄭州 450001）

膳食纖維（dietary fiber，DF）是指不能被人體小腸消化吸收，可在大腸部分或全部發(fā)酵的可食用植物性成分、碳水化合物及其類似物質的總稱[1]，具有降低血液膽固醇水平[2]，調節(jié)血糖[3]，降低心臟病風險[4]，調節(jié)腸道功能且防止便秘[3]等諸多功效，對維持機體正常生理功能具有重要作用。DF 按其溶解性可分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）兩大類，其中SDF 主要包括果膠、樹膠、半纖維素等親水性物質；IDF 主要包括纖維素、木質素和部分半纖維素等[5]。DF 中SDF 含量通常是評價DF 品質優(yōu)劣的重要指標，高品質DF 中的SDF 含量通常達到30%～50%，因而具有更加優(yōu)良的加工特性、生理活性和保健功能[6]。但大多數天然DF 中SDF 含量較少（＜10%），無法滿足膳食的平衡要求，因此，需要加工技術處理DF，使得IDF 大分子的糖苷鍵斷裂，致密的網狀結構疏松，并促進IDF 向SDF 轉化，提高SDF 比例，改善DF 品質。

超聲波技術是一種高效且對環(huán)境友好的現代食品加工手段，作用于溶液時會產生空化效應，并進一步引起機械效應和自由基效應，在食品加工中可引發(fā)食品組分結構的變化[7]。超聲可以根據應用分為不同的頻率范圍，包括高頻低強度的非破壞性超聲（＞1 MHz，＜1 W/cm-2），用于化合物的分析或表征以及食品理化特性（熟度、硬度、酸度、含糖量等）分析[8]。另一種是低頻高強度超聲（20～100 kHz，10～1000 W/cm-2），即功率超聲。由于其對加工過程或產品的機械、化學或物理作用，已廣泛應用于食品、農業(yè)和化工產業(yè)[9]。近年來，超聲波由于操作簡單，綠色高效，易實現自動化等諸多優(yōu)點越來越受到人們的重視，可作為一種理想的非熱加工方式應用于活性物質提取、制備等多方面[10]。此外，超聲波技術常與酶法[10]、微波法[11]、化學法[12]等多種技術相結合，縮短處理時間，增強處理效果。目前，關于該技術對膳食纖維結構、理化特性的影響還未深入探究。本文就超聲波對DF 的提取、結構以及理化特性的影響進行綜述，以期為DF 的深度開發(fā)應用提供理論依據。

1 超聲波處理DF 文獻統(tǒng)計分析

通過CNKI、Web of Science 等數據庫對國內外近10 年超聲波處理DF 相關文獻進行統(tǒng)計，結果如圖1 所示?？梢钥闯?，近10 年來，國內關于超聲波的研究一直保持活躍，相關文獻數量總體呈穩(wěn)定趨勢，但國內對超聲波的應用及其對DF 的功能開發(fā)與國際相比還存在一定差距。

圖1 2010～2020 年國內外超聲波處理DF 相關文獻統(tǒng)計Fig.1 Statistics of Chinese and international literatures on ultrasonic modification of DF from 2010 to 2020

2 超聲波處理對SDF 含量的影響

可溶性膳食纖維含量高低是評價膳食纖維的重要指標，隨著可溶性膳食纖維含量的增加，水合特性、流變特性等這些理化性質會隨之改善，通常來說，可溶性膳食纖維含量在10%以上的具有更加優(yōu)良的理化特性。超聲波可通過在植物組織內部產生強烈的振動、高加速度和強大的氣蝕破壞植物細胞，減少各組分間的密切連接，使植物組織結構變得疏松多孔，增強細胞質的釋放、擴散和溶解，從而提高SDF 的提取效率[8]。超聲波常與其他物理、化學和酶法等聯合使用，用于SDF 的提取（表1），效果優(yōu)于單一方法。Dong 等[12]采用超聲輔助酶法（超聲功率500 W，處理溫度65 ℃，處理25 min 后，調節(jié)pH至4.9，添加纖維素酶0.2%（w/w），50 ℃孵育2 h）提取的咖啡皮SDF 含量最高為13.04%，相比酸輔助酶法（0.1 mol/L HCl，固液比1:15 g/mL，60 ℃反應20 min后調節(jié)pH 至4.9，添加纖維素酶0.2%（w/w），50 ℃孵育2 h）的11.38%，酶法（纖維素酶0.2%（w/w），50 ℃，pH4.9，孵育2 h）的9.54%和酸提取法（0.1 mol/L HCl，固液比1:15 g/mL，60 ℃，反應20 min）的9.16%，SDF 含量顯著提升（P＜0.05），這與超聲的空化作用破壞了DF 結構，增大了DF 與酶接觸的比表面積密切相關[13]。Gan 等[11]的研究中也有類似結果，超聲-微波法（微波功率500 W，溫度80 ℃，處理40 min后，超聲功率200 W，溫度25 ℃，處理10 min）處理后的柚皮SDF 含量為8.35%，顯著高于微波法（微波功率500 W，溫度80 ℃，處理40 min，SDF 含量為7.94%）處理和未處理組（SDF 含量為3.62%）（P＜0.05），原因可能是超聲處理能增加細胞內壓力，使細胞壁破裂，釋放更多的活性成分。

表1 DF 的提取方法Table 1 Extraction method of DF

3 超聲波處理對DF 結構的影響

DF 獨特的結構特性與其復雜多樣的物化及功能特性緊密相關[19]，超聲波技術作為一種物理處理手段，可以機械振動形式在液體介質中產生瞬時強壓、強剪切力和局部高溫，打斷DF 長分子鏈，改變DF單糖含量、粒度和分子聚集狀態(tài)，從而改變DF 的空間結構及分子間作用力，進而影響DF 的水合性、吸附性和黏性等理化特性[8]。

3.1 粒徑

DF 的粒徑受加工和消化過程的影響，同時粒徑對DF 理化特性也有較大影響[1]。牛希等[20]研究發(fā)現，燕麥DF 經240 W 超聲處理30 min 后，粒徑從1281.34 nm 減小至300～800 nm，表面結構出現疏松多孔特征，表明超聲的空化、剪切等物理作用使得大粒徑燕麥DF 破壞，粒徑減少，隨著功率增加至360 W，膳食纖維結構破壞增加，粒徑進一步變化（13.55～955.41 nm）。胡筱等[21]研究發(fā)現，葵花粕經100 W 的超聲波處理1 h 后，SDF 粒徑（40.14±1.55 μm）高于處理前（39.50±3.22 μm），可能是SDF 發(fā)生了部分團聚使得粒徑略增。Fan 等[22]研究了不同超聲強度（0、1、2、3、4 和5 W/mL）對豆渣DF 粒徑的影響，發(fā)現當超聲強度由0 增加到1 W/mL 時，豆渣DF 粒徑略微減??；隨著強度增加到4 W/mL，DF 的粒徑則由79.76 μm 驟降到53.96 μm（P＜0.05），表明低超聲強度（1 W/mL）對豆渣DF 粒徑幾乎無影響，而高超聲強度（4 W/mL）具有更強的空化效應和機械應力；隨著超聲強度繼續(xù)增加到5 W/mL，豆渣薄壁組織變形，但DF 粒徑并未繼續(xù)減小，可能是此時形成的高黏度DF 懸液加強了DF 顆粒間的相互作用力，阻礙DF 粒徑變小。此外，DF 的粒度是決定其性能和應用的重要因素[23]。有研究表明，隨著豆渣DF 粒徑的減?。?6.7 mm～544.3 nm），其明度和白度顯著提升（P＜0.05），Zeta 電位持續(xù)下降（P＜0.05），膨脹力，水溶性指數和表觀黏度顯著上升（P＜0.05），有助于在色澤鮮艷、保水率高、低熱量的食品中應用[24]。因此，通過超聲波處理調節(jié)膳食纖維的粒徑，進而改善膳食纖維的分子特性，可拓展膳食纖維的應用范圍。

3.2 分子量

DF 分子量的測定是研究DF 功能特性的重要指標[25]，研究表明，小分子多糖具有良好的生理活性功能（抑菌性、抗氧化性等）[25-27]。當考慮重均分子量（MW）時，分子量越小，聚合度越低，溶解度越好，黏度越低[28]。重均分子量與數均分子量（Mn）之比（MW/Mn）代表分子量分散系數，可作為樣品分子量分布是否均勻的指標，分散系數越小，樣品分子量分布越均勻[29]。Shen 等[25]采用超聲-微波（功率450 W，時間30 min）協同處理黑豆皮（固液比1:40 g/mL），處理后SDF 的平均分子量降低了33.21%，表明處理黑豆皮中SDF 的分子量發(fā)生變化，這可能是因為超聲波處理使細胞壁破裂更徹底，SDF 溶解更徹底。通常，超聲處理后DF 分子內部會暴露更多水結合位點和其他極性基團；此外，超聲波的空化效應形成瞬間高壓，會連續(xù)不斷沖擊破碎DF 組織，使得水分更易進入DF 內部，表現出更強的水合特性[30]。此外，超聲極大程度上破壞了DF 糖苷鍵及多糖鏈內與鏈間的氫鍵作用，使分子量降低，聚合度變小，也為超聲處理后DF 持水力、膨脹力和持油力的改善提供了理論依據。

3.3 比表面積

通常，物料的比表面積與粒徑成反比，超聲波處理能有效減小物料粒徑，提高物料的比表面積和吸附能力[31]。活性炭在15 wt% H3PO4溶液中浸潤45 min后，20 kHz 超聲處理5 min，發(fā)現超聲振動效應促進了活性炭表面擴大和孔洞發(fā)育，在非空化狀態(tài)下，中孔（20～500 ?）孔容（孔體積和中孔粒徑分布）提高60%～100%；超聲空化效應也促進了活性炭孔結構（比表面積和微孔體積）發(fā)育，減小了活性炭粒徑[31]。此外，聲化反應幾乎與空化同時發(fā)生，在此過程中，通過分解水和氧產生的羥自由基、過氧化氫和其他氧化劑，促進了H3PO4對活性炭中纖維素、木質素等生物聚合物的水解[32-33]，進而促進了活性炭孔結構（比表面積和微孔體積）發(fā)育。然而，過度的空化會導致活性炭孔隙率降低，可能是由于過量的空化氣泡附著在活性炭表面[34]，阻礙了活性炭與H3PO4的接觸。胡筱等[21]研究發(fā)現，葵花粕經100 W 的超聲波處理1 h 后，SDF 表面疏松，凹凸不平，部分出現裂縫，呈現出一定的水合特性，而經超聲波處理的SDF 表面明顯平整，出現孔洞結構，比表面積增大，這也為持水力、結合水力和持油力的增加提供了結構基礎。張艷等[35]研究發(fā)現，將新鮮、干制和冷凍方竹筍DF 按照料液比1:10（g/mL），超聲波頻率25 kHz，功率100 W 的條件室溫處理1 h，結果顯示超聲波處理使新鮮方竹筍DF 的蜂窩結構更加密集，干制和冷凍方竹筍DF 則呈現疏松多孔結構，這也進一步增加了方竹筍DF 的比表面積。Huang 等[13]在超聲功率535 W，作用時間41 min，初始溫度45 ℃的條件下對大蒜秸稈IDF 進行處理，發(fā)現未經處理的IDF 表面較光滑平坦，經超聲處理后IDF 具有明顯的蜂窩結構特征，且表面呈現更多的裂紋和孔洞，比表面積增大，可能是由于超聲處理的纖維素、木質素及其內部糖苷鍵被破壞所致。Minjares-Fuentes 等[36]利用超聲（強度0.05 W/mL）輔助堿處理提取葡萄渣中半纖維素，發(fā)現未處理樣品與堿處理（20 ℃，60 min）葡萄渣半纖維素表面形態(tài)無明顯差異；而超聲波輔助堿處理樣品60 min 后，葡萄渣半纖維素表面出現明顯斷裂，比表面積增大。超聲波處理可通過加強植物細胞壁中間層纖維物質的水合作用，強化細胞壁的膨脹和軟化過程，加速植物組織細胞破碎，使其比表面積和傳質速率顯著增加，進而充分釋放DF 等功能活性成分[37]。比表面積大的物料可有效增加與客體分子的接觸面積，暴露更多的反應位點，提升反應效率[38]。超聲波處理通過破壞膳食纖維空間結構提高DF 的比表面積，使其呈現裂紋和孔洞的疏松結構，這為提升膳食纖維的功能提供重要結構基礎。

3.4 孔洞結構

物料孔洞結構的維持依賴于高分子鏈間不同強度的化學鍵及物理相互作用，而超聲處理過程往往伴隨大分子骨架的斷裂，部分不溶性成分轉變成可溶性成分以及致密的空間結構轉變?yōu)槭杷山Y構[39]。Izadifar[40]采用84 W 的24 kHz 超聲對小麥干酒糟（wheat dried distiller’s grain，DDG）超聲處理30 s，樣品比表面積和孔容積分別增至18.847 m2/g 和0.016 cm3/g，較處理前分別提升35.5%和33.3%（P＜0.05），表明超聲處理能有效促進DDG 孔隙發(fā)育和植物細胞壁損傷；超聲處理前后樣品細胞壁孔徑主要為中孔（27.34～34.31 ?），隨著超聲功率（處理20 min 內）增加，DDG 的總孔容積隨之增大，表明超聲對樣品的力學效應主要表現為中孔范圍內孔容積增大，且高功率和超短時間（100%功率，30 s）的能耗較低功率和長超聲時間（20%功率，20 min）更少。此外，超聲處理后孔體積、比表面積增大，可提高酚類化合物的提取產量和效率（14%以上），證明超聲處理有助于天然化合物的提取。Fan 等[22]利用超聲處理豆渣，初始豆渣DF 呈塊狀，表明光滑，質地致密，無明顯碎片；當超聲強度為2 W/mL 時，豆渣DF 呈不規(guī)則的塊狀結構，排列緊密；隨著強度繼續(xù)增加，DF 則產生明顯的蜂窩樣結構，此時薄壁組織完整；當超聲強度為4 W/mL 時，薄壁組織變得致密，沙漏結構斷裂；而當超聲強度達到5 W/mL，薄壁組織變形，DF 解體。因此，DF 孔洞結構的成型受超聲功率和DF 來源的影響，低功率超聲處理僅分解塊狀結構，高功率超聲處理可使DF 結構和成分一定程度上分解，功率過高或過低都不利于孔洞結構的形成。

3.5 官能團

DF 富含羧基和羥基類側鏈基團，可對礦物質元素和電解質（尤其是重金屬離子）產生吸附作用[41]。Huang 等[13]在超聲功率535 W，作用時間41 min，初始溫度45 ℃的條件下對大蒜秸稈IDF 進行處理，經紅外光譜分析發(fā)現超聲處理IDF 在2320 cm-1處出現了一個新的峰，具有三鍵化合物的特征，表明其脫氫是由超聲波誘發(fā)的。從超聲處理后峰位的變化可以看出，超聲可以破壞分子內的化學鍵，導致有機分子的破壞，增加親水基團和水結合位點，減小粒徑。此外，超聲波處理天然纖維素后，纖維素I（1430 cm-1處）的特征峰會向低波數方向移動，纖維素II 結晶變體出現，表明超聲波處理改變了纖維素的結晶度和晶格結構，處理時間延長，會加劇這種結晶結構的轉變[42]。此外，超聲處理也會增強-OH、C-H、C-O、C=C 和C=O 鍵的吸收峰強度。然而，超聲功率、作用時間以及DF 來源不同，超聲處理對DF 的作用效果也不盡相同。經超聲處理（100 W，20 min）前后的大蒜秸稈SDF 紅外光譜相重疊，表明在處理過程中，SDF 的官能團和化學結構沒有變化[43]。同時，超聲處理后糖苷鍵的破壞可導致SDF的黏度和粒徑降低，這可能是自由基或空化效應引起的[43]?？偟膩碚f，DF 經一定強度的超聲處理后紅外光譜特征吸收峰的強度有較明顯變化，DF 各組分重新分布，促使部分IDF 向SDF 轉化。

3.6 晶體結構

X 射線衍射（X-ray diffraction，XRD）是評價DF 結晶特性的有效方法。晶體纖維素具有明顯的XRD 峰，具有延伸的晶線和完整的晶面；非晶區(qū)由非晶纖維素、半纖維素和木質素組成[44]，通常采用非線性多峰擬合函數對X 射線衍射圖譜進行分峰擬合，評價DF 的結晶度指數。萬苗苗[45]采用超聲輔助EDTA 酸提法（超聲功率850 W，超聲時間79 min，EDTA 含量0.25%，pH1.0，固液比1:25 g/mL），微波輔助EDTA 酸提法（微波功率550 W，微波時間125 s，EDTA 含量0.25%，pH1.0，固液比1:25 g/mL），EDTA輔助酸提法（EDTA 含量0.25%，pH1.0，固液比1:30 g/mL，提取溫度90 ℃，提取時間90 min）提取柚皮果膠，XRD 結果顯示，EDTA 輔助酸提法和微波輔助EDTA 酸提法提取的果膠分別在21°、22°和23°處有強衍射峰，在16°附近有弱衍射峰，表明這兩種方法提取的果膠存在部分結晶現象。超聲輔助EDTA酸提法提取的果膠沒有明顯衍射峰，可能是由于超聲波的機械和空化作用破壞了果膠的晶體結構。其余不規(guī)則峰可能是由于果膠提取過程中變性所致[24]，此外，超聲輔助EDTA 酸提法提取的果膠溶解度最佳（6 h），說明DF 的溶解度與結晶度有關，結晶度越高，晶體類型越多，溶解性越差[46]。

4 超聲波處理對DF 理化特性的影響

DF 的理化特性與其結構特性密切相關，研究DF 理化特性與結構之間的關系則為進一步解析DF 構效關系提供理論基礎[46]。目前DF 的理化特性研究主要集中在水合特性、黏性、酶解發(fā)酵特性和吸附特性等。

4.1 水合特性

DF 結構中存在大量羥基、羧基等親水基團，使DF 具備較強的水合特性（持水力、吸附力和膨脹力）[47-48]。DF 水合特性的提高有助于減輕腸道內壓力，提高機體排便速度，加速胃腸道內毒物排出，起到預防結腸癌的作用[49-50]。超聲波處理DF 過程中，空穴效應產生的瞬時高壓會不斷沖擊DF，使得DF 粒度減小，比表面積增大，細胞結構疏松，大量親水基團暴露，水合特性得到強化[51]。牛希等[20]研究發(fā)現，燕麥DF 經240 W 超聲處理30 min 后，相比對照組，燕麥膳食纖維持水力、膨化力和持油力分別提高8%，52.58%和6.8%（P＜0.05）；隨著功率增加至360 W，持水力、膨化力和持油力也隨之增加，相比對照組分別提高20.16%、155.57%和21.98%（P＜0.05）。胡筱等[21]研究發(fā)現，葵花粕經100 W 的超聲波處理1 h后，與未處理SDF 相比，改性后SDF 的持水力、結合水力和持油力分別增加了3.09%、17.56%、23.73%。Fan 等[22]利用超聲波對豆渣DF 進行處理，隨著超聲功率密度從0 W/mL 提高到4 W/mL，持水力則從4.20±0.06 g/100 g 提升到最高值16.36±1.06 g/100 g（P＜0.05）。Zhang 等[14]采用超聲輔助堿性提取法（料液比1:16.55（w/w），超聲功率175 W，超聲時間30.76 min）提取木瓜皮中SDF，發(fā)現超聲輔助堿性提取法所得SDF 的持水力（5.26±0.15 g/g）顯著高于堿性提取法（4.93±0.10 g/g）（P＜0.05），可能是由于超聲輔助堿處理破壞了DF 的三維孔洞結構，降低了DF 的碳鏈長度，增大了DF 的表面積。超聲處理后的DF 分子間作用力減弱，使得DF 組織結構松散，溶液更容易進入DF 內部，進而提高DF 的保水性[52]。

4.2 黏性

黏性是DF 重要的理化特性，反映了DF 的吸水和凝膠能力[24]。SDF 通常具有良好的黏性，能形成高黏度的溶液，可用來改善飲料的黏度和穩(wěn)定性，提高乳制品的保健功能和應用范圍[53]。此外，機體攝入SDF，也可提高小腸內容物的黏度，起到阻礙葡萄糖吸收，控制餐后血糖升高和預防糖尿病的作用[54]。Fan 等[22]通過超聲波對豆渣DF 進行處理，發(fā)現處理后豆渣DF 懸液表現出獨特的多糖剪切稀釋現象，在一定超聲功率范圍內（0～4 W/mL），功率增加，豆渣DF 懸液的表觀黏度值也會增加，可能是由于超聲處理后豆渣DF 微粒數量增加，導致溶液更粘稠。通常，DF 比表面積隨著粒徑的減小而增大，提升的比表面積可提供更多的吸附位點和空間，從而產生流動阻力[55]。Huang 等[43]通過聚能超聲波（100 W，20 min，25 ℃）處理大蒜秸稈SDF，發(fā)現在高黏度、低剪切速率條件下，SDF 表現出典型的剪切稀化特性（假塑性），而流變性通常與分子量和取代基的分布等結構參數有關。相比對照組，超聲處理后的SDF 黏度從0.037 Pa·s 顯著降低至0.010 Pa·s（10 s-1的剪切速率）（P＜0.05），其原因可能是超聲處理引起的SDF 粒徑減小或顆粒形狀的改變。Encalada 等[56]采用高能超聲（超聲強度10 W/cm2，料液比1:40 g/mL，處理時間20 min）處理胡蘿卜凍干粉，隨后加入0.1 mol/L Na2CO3能夠在1 h 內以低溶液體積（1:60 g/mL）從胡蘿卜凍干粉中提取14%的果膠，得到三個低分子量的果膠組分（119240、45266、35940 Da）剪切稀化前在水中表現出較高的牛頓黏性，并制備出彈性模量較低的鈣交聯凝膠（G=12 Pa），表明超聲處理能夠破壞原料基質，促進聚合物釋放，有效提取富含果膠的組分，且平均分子量的改變可能是影響果膠黏度的直接原因。由于超聲處理后DF 形成的中空孔洞結構，可使DF 迅速膨脹增稠而溶于水，易分散，不成團，因此超聲處理后DF 是種潛在的增稠保水劑。

4.3 酶解發(fā)酵性

由于DF 不能被機體中的消化酶水解，但能夠被微生物部分酵解和利用[56]，因此，為了提高機體腸道菌群對DF 的利用效率，可采用超聲波對DF 進行預處理，使得DF 結構疏松，有機大分子轉變成小分子物質，有利于DF 進一步發(fā)酵和降解。粉碎研磨后的木屑可采用纖維素酶酶解，然而水解過程相當緩慢，且水解過程中積累的糖量不足以發(fā)酵[57]。超聲波可有效破壞植物組織結構，提高酶與底物的接觸面積。通過對木屑進行超聲波處理，發(fā)現高強度超聲（10 W/g 木屑）可導致木屑結構的破壞和暴露面積增加，通過增加底物的比表面積以及酶與底物復合物的接觸位點來提高DF 的降解速率[43,58]。此外，超聲波（功率：10 W/g 木屑，5～10 min）處理與兩級研磨（400 r/min）相結合后，酶解效率最高，此時葡萄糖含量（35.5 g/L-1葡萄糖）比對照組增加了2 倍[57]。因此，超聲波處理可破壞木質纖維素結構，提高底物與酶的接觸面積，提升DF 的酶解速率。

4.4 吸附性

DF 分子表面存在大量活性基團，可以吸附膽固醇、膽汁酸、亞硝酸根和一些致病毒素從而抑制機體的吸收，一些有毒和致癌的物質也可以被DF 吸附并排出體外[1,53]。超聲波處理對DF 吸附特性的影響如表2 所示。Huang 等[13]對大蒜秸稈IDF 進行超聲處理，在超聲功率535 W、超聲時間41 min 和初始溫度45 ℃條件下，處理后IDF 的膽固醇結合力和持油力分別為16.75 mg/g 和10.56 g/g，比未處理的IDF 分別提高了58.2%和17.9%（P＜0.05）。超聲處理后IDF 具有良好的孔隙率、更小的粒徑和更大的表面積，這也賦予了IDF 更強的吸附和結合能力。此外，小鼠飼喂8 周含Cd2+（100 mg/L）的低DF 飼糧，發(fā)現飼糧中添加麥麩DF（100 g/kg）能吸附大部分Cd2+，恢復小鼠細胞的體外生長速度。與單純攝入Cd2+的模型組小鼠相比，飼喂麥麩DF 能有效防止Cd2+進入小鼠器官，降低腸道對Cd2+的吸收，消除Cd2+對腸道菌群的毒性，恢復腸道菌群結構。因此，DF 可作為一種食物補充成分，對抗重金屬毒性[54]。

表2 超聲波處理對DF 結構、理化特性以及吸附特性的影響Table 2 Effects of ultrasonic treatment on structure, physicochemical properties and adsorption properties of DF

由此可見，膳食纖維的理化特性研究主要集中在水合特性、黏性、酶解發(fā)酵特性和吸附特性等，而這些理化特性與纖維的比表面積、粒徑、親水基團以及孔洞結構密切相關。超聲波處理可通過空化效應等調節(jié)膳食纖維的比表面積、粒徑以及親水基團的暴露和孔洞結構的形成，進而改善膳食纖維的理化特性。

5 結語及展望

超聲波處理DF 作為一種公認的高效、高利用率、便捷、綠色無污染的物理處理方法，通過調控超聲功率及其處理條件，可使生物聚合物的微觀結構朝預期轉變。因此，超聲被認為是改善和微調生物聚合物的結構、疏水性以及改變其尺寸、分子量、結構特性以及生物活性的有效物理工具。目前研究主要集中于超聲處理對不同來源DF 的輔助提取以及超聲處理后對DF 的影響等，在食品與健康領域尚缺乏深入、系統(tǒng)研究。

為提高DF 理化性質，拓寬其應用領域，今后對超聲波處理DF 理化性質與結構影響的研究應重點關注以下三個方面：首先，開展DF 經超聲處理后，其理化性質如黏性、吸附性等在不同pH、溫度和溶劑等條件下的變化規(guī)律研究；其次，建立DF 理化特性與結構關系的數學模型，解析DF 理化特性與構象間的關系；最后，加強DF 在人與動物不同生長階段的應用研究，探索最適的添加水平和營養(yǎng)配方，明確DF 的在體功能及其作用機制。