膳食纖維的黏度特性及其生理功能研究進展

蔡松鈴，劉 琳，戰(zhàn) 倩，張 宇，溫雅迪，劉 逸，許澤坤，隋中泉,*

（1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240；2.上海杉達學(xué)院管理學(xué)院，上海 201209）

自20世紀70年代以來，關(guān)于膳食纖維的定義一直是人們爭論的焦點，主要是因為其復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)、物理特性及其生理效應(yīng)[1]。Trowell等[2]認為膳食纖維由可食用的植物細胞多糖類、木質(zhì)素和抵抗人類消化道酶水解消化的相關(guān)物質(zhì)組成。隨著對膳食纖維的不斷深入研究，目前許多國家將膳食纖維定義為一種聚合度大于10、不能被小腸消化吸收的碳水化合物[3]。根據(jù)膳食纖維來源的溶解性不同，一般分為可溶性膳食纖維（例如果膠、瓜爾豆膠、葡聚糖等）和不溶性膳食纖維（例如麥麩、大豆殼等纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等）。

膳食纖維的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)決定了其特殊的理化性質(zhì)，包括持水性、膨脹性、黏性、離子交換特性和吸附作用等。有人指出其中的黏度特性與膳食纖維的生理功能密切相關(guān)，能對人體產(chǎn)生有益生理作用[4]。黏性纖維的黏度與血糖和膽固醇濃度、胃排空時間有關(guān)，其具有的黏性能夠縮短胃中的食物轉(zhuǎn)送至小腸的時間[5]。膳食纖維的黏度特性是指當纖維與液體混合時，在一種流體或溶液中其多糖與多糖成分之間的物理纏結(jié)所產(chǎn)生的增稠或形成凝膠的能力[6-7]。膳食纖維中能形成黏性溶液的多糖稱為黏性多糖，如樹膠和果膠，還有集中在大麥、小麥等飼料原料的糊粉層和胚乳中的阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖等，都可根據(jù)其獨特的化學(xué)成分形成增稠的溶液[8]。黏性多糖在低濃度時與水分子直接作用而增加溶液的黏度；在高濃度時，多糖分子之間相互作用纏繞成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而形成凝膠，使黏度大大增加[9]。可溶性膳食纖維可在水中穩(wěn)定分散，在腸道內(nèi)與葡萄糖纏結(jié)形成具有一定黏度的膠體，可結(jié)合水分子、吸收礦物質(zhì)陽離子，也可作為腸內(nèi)微生物發(fā)酵的基質(zhì)[10]。同時，有研究表明可溶性膳食纖維的黏度大于不溶性膳食纖維[11]?？扇苄陨攀忱w維的含量與黏度呈正相關(guān)，例如，在一些豆科植物種子胚乳中的半乳甘露聚糖和燕麥中的β-葡聚糖等，這些多糖的含量越高，溶液的黏度就越大[12]。

1 膳食纖維黏度的研究現(xiàn)狀

黏度是影響膳食纖維生理功能的重要理化性質(zhì)。黏度測量是食品流變學(xué)研究中的一項重要任務(wù)，膳食纖維中含有瓜爾豆膠、車前子膠、藻酸鹽、葡甘聚糖等物質(zhì)，這些物質(zhì)使得膳食纖維具有凝膠特性，因而受到國內(nèi)外學(xué)者的大量關(guān)注和研究，并將其廣泛應(yīng)用到食品工業(yè)中。然而，研究者們運用不同的實驗方法測得的黏度存在較大的差異。所以，在研究黏度在膳食纖維領(lǐng)域中的具體應(yīng)用前，應(yīng)明確黏度的概念、相關(guān)流體行為以及測量方法和儀器的使用。

1.1 黏度的概念

英國科學(xué)家牛頓是最早研究和定義流體黏度的科學(xué)家之一。牛頓把黏度定義為流體的流動與流體所受的力之間的比例關(guān)系，也可被認為是液體的內(nèi)部摩擦，或它的抗流傾向。計算黏度的一般方式是用剪切應(yīng)力除以剪切速率，可用η表示，其中剪切速率是指在某一特定流體中由于外加剪切應(yīng)力而建立的速度梯度。剪切速率用倒數(shù)秒（s-1）單位表示。剪切應(yīng)力是切向流體平面上施加的力。在物理上，剪切應(yīng)力是一個力矢量，因此它不僅具有力的大小，而且具有作用力的方向。剪切應(yīng)力在（國際）公制單位中以帕斯卡（Pa）或牛頓每平方米（N/m2）計[13]。由于黏度的表達形式有時是不一致的，所以必須先了解黏度的各個單位。黏度的典型表達是以毫帕斯卡每秒（mPags）或厘泊（cP）為單位，兩種表達是一樣的，因為1 cP＝1 mPags。其他各單位之間的轉(zhuǎn)換也比較簡單，比如：1 000 mPags＝1 Pags，100 cP＝1 P，最后都能統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成mPags或cP[13]。

如今存在許多用于描述黏度的術(shù)語，常用的3 種黏度表示方法為：動力黏度、運動黏度和相對黏度（又稱條件黏度，常用的條件黏度有恩氏黏度、賽氏黏度和雷氏黏度）[14]。動力黏度也叫絕對黏度，它是液體以1 cm/s的流速流動時，在每平方厘米液面上所需切向力的大小，單位為Pags。另外兩個術(shù)語有時是相對于溶液黏度被表達的。運動黏度定義為絕對黏度除以所測流體的密度，并以平方米每秒（m2/s）為單位表示。運動黏度受所測流體密度范圍的限制，因為與絕對黏度相比，較大的密度范圍將把運動黏度壓縮至較小的測量范圍。由于食品工業(yè)中所用成分的密度范圍很廣，所以與營養(yǎng)價值有關(guān)的運動黏度幾乎沒有意義[13]。相對黏度也被稱為黏度比，指流體的黏度和純?nèi)軇ざ鹊谋嚷?，是很多文獻中引用出現(xiàn)偏差的一個術(shù)語，因為純?nèi)軇┑母拍钪淮嬖谟诶硐霔l件下[13,15]，因此該術(shù)語在實際情況中并沒有適用性。

除上述術(shù)語外，在與膳食纖維相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻中表觀黏度是最常見的。它是指在一定速度梯度下，相應(yīng)的剪切應(yīng)力除以剪切速率所得的商。它被定義為非牛頓流體的黏度，表達方式與牛頓流體相同。表觀黏度是以實際觀察的流動曲線為依據(jù)，從實驗數(shù)據(jù)中計算得出的一個系數(shù)。測量表觀黏度值，可以在一個剪切速率下進行單一黏度讀數(shù)[16]。

用這些術(shù)語來解釋黏度相關(guān)的數(shù)據(jù)時，就會出現(xiàn)一定程度的混淆。因為研究人員有時會在沒有準確地理解黏度是如何被測定的情況下就報告“黏度”的值，或者把這些與黏度相關(guān)的術(shù)語進行不正確的相互替換[13]。因此，在開展與膳食纖維相關(guān)黏度的研究工作之前，必須先理解并明確黏度的相關(guān)概念及使用條件。

1.2 黏性流體行為

黏性流體一般可分為牛頓流體、非牛頓流體、塑性流體、觸變性流體和流凝性流體。牛頓流體是指黏度與剪切速率無關(guān)的流體[17]。最典型的牛頓流體是水，食品中可歸屬于牛頓流體的有：糖水溶液、低濃度牛乳、油等[13]。由于牛頓流體的剪切速率與其作用的剪切應(yīng)力成正比，所以單點測量就可以確定黏度的準確表達式。通過測量標準剪切應(yīng)力下的剪切速率來得出結(jié)果，或者在剪切速率不變的情況下來測量對應(yīng)的剪切應(yīng)力。牛頓流體的黏度點反映在剪切應(yīng)力與剪切速率的線性圖上時，結(jié)果就是一條過原點的直線。描繪牛頓流體的黏度與剪切速率的關(guān)系時，兩者產(chǎn)生簡單的直線關(guān)系；因此，在所有剪切速率下，液體的黏度都是一樣的[13,15]，牛頓流體的黏度只與溫度有關(guān)，隨著溫度升高而降低。

然而，由于許多黏性液體食品以及營養(yǎng)學(xué)中使用的生物流體具有非常復(fù)雜的組成和形態(tài)，與牛頓流體的行為有很大的偏差，因此基本都屬于非牛頓流體。非牛頓流體的黏度除了與溫度有關(guān)外，還與剪切速率、剪切時間有關(guān)。特別是黏度與剪切速率間具有相互依存關(guān)系，其黏度是隨剪切速率的變化而變化的。根據(jù)流動特性的不同，非牛頓流體行為可描述為假塑性流動或脹塑性流動。假塑性流動也稱為剪切變稀流動，是一個廣義的描述性術(shù)語。有此流動行為的流體其剪切速率隨著剪切應(yīng)力的增加而增加，或者當剪切速率增加時就會導(dǎo)致表觀黏度降低[13,15]。常見的假塑性流體食品包括蘋果醬、香蕉泥和橙汁濃縮液[15]。脹塑流體的特征是剪切應(yīng)力的等量增加小于剪切速率的等量增長。由于黏度隨剪切速率的增加而增大，因此也被稱為剪切增稠行為。生淀粉懸浮液、某些類型的蜂蜜和一些巧克力溶液都表現(xiàn)出這種流動行為[13,15]。

塑性流體屬于假塑性黏度范疇，是根據(jù)賓漢理論來定義的：當作用在物質(zhì)上的剪切應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時，物質(zhì)開始流動，否則，物質(zhì)就保持即時形狀并停止流動。屈服應(yīng)力是流動發(fā)生時必須超過的最小剪切應(yīng)力。當繪制黏度與剪切速率的關(guān)系圖時，黏度隨剪切速率的增加而減小。其中，根據(jù)流動特性是否符合牛頓流動規(guī)律又可將塑性流體分為賓漢流體和非賓漢流體。許多生物液體和液體食品都表現(xiàn)出這種流動行為，包括攪打蛋白和纖維素纖維凝膠等[18]。觸變性流體是隨剪切應(yīng)力的增加，黏性逐漸減小，當作用力停止時流體又變得不易流動，其黏度不僅與剪切速率有關(guān)，還與剪切時間有關(guān)。食品中常見的觸變性流體有番茄醬、蛋黃醬和煉乳等。觸變性食品的口感比較柔和爽口。與觸變性流體相反的是流凝性流體，具有流凝性的食品具有更黏稠的口感，主要是由于其黏度隨剪切速率的增加和剪切時間的延長而逐漸增大。典型的流凝性流體為糖漿。

1.3 測量黏度的方法和儀器

非牛頓流體的黏度單點測量會導(dǎo)致黏度的錯誤測定，其結(jié)果也不能反映該流體黏度的全部范圍。黏度數(shù)據(jù)的測量結(jié)果受黏度測量方法和儀器的影響。

測量液體黏度的方法有很多，傳統(tǒng)的測量方法有毛細管法、旋轉(zhuǎn)法、振動法等。進行黏度測量時要根據(jù)液體黏度、流速、透明程度等選取恰當?shù)臏y量方法，否則會因為液體黏度的不同而得不到最佳的測量效果[19]，導(dǎo)致數(shù)據(jù)間的差異性。同時GB/T 22235ü2008《液體黏度的測定》規(guī)定了不同流體黏度的測定方法，供實驗者參照選取合適的測定方法。此外，儀器設(shè)備的固有構(gòu)造差異和使用不當也會造成測定結(jié)果的差異性。許多專門為測量牛頓流體黏度而設(shè)計的黏度儀器如果應(yīng)用于測量非牛頓流體的黏度特性，則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的差異[13]。流變儀用來測量食品科學(xué)中流體食物和溶液的黏度、變形和黏彈性等流變特性。流變儀可以測量多種流體特性，而黏度計只用于測量黏度[15]。流變儀和黏度計可分為兩大類：旋轉(zhuǎn)型和管式。旋轉(zhuǎn)型流變儀由幾種不同幾何構(gòu)造的裝置組成，包括平行板、同心圓柱、錐板和混合器。管式流變儀的一般組成包括玻璃毛細管、高壓毛細管和管道裝置[13,15]，但是玻璃毛細管易被樣品中的顆粒物堵塞，所以管式流變儀對樣品的純度有較高要求[19]。旋轉(zhuǎn)黏度計與管式黏度計相比有優(yōu)勢，目前應(yīng)用廣泛，它適用于所有的流體，即牛頓型流體和非牛頓型流體；使用簡單，測量快速方便，數(shù)據(jù)準確可靠；便于連續(xù)測量，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以測量不同剪切速率下的流體黏度[20]。但旋轉(zhuǎn)式黏度計也有一些缺點，如所需的硬件設(shè)備較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，對流體及測量周圍的環(huán)境要求較高等。此外，近年來，由于光電技術(shù)、超聲波技術(shù)、計算機技術(shù)等的迅速發(fā)展，液體黏度的測量技術(shù)和儀器也在不斷的發(fā)展和完善中，以求獲得高精度、易操作、低成本的測量結(jié)果[19]。

2 影響膳食纖維溶液黏度的因素

已有研究表明，溶液中膳食纖維黏度的測量結(jié)果受多種因素影響，例如分子質(zhì)量、化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)、含水量、粒徑、剪切速率、溶液濃度、溫度、時間、加工條件和酸堿條件。

2.1 膳食纖維的分子質(zhì)量

高分子聚合物的水溶液具有一定的黏度，所以高分子質(zhì)量膳食纖維溶液的黏度比低分子質(zhì)量膳食纖維溶液的黏度高，高分子溶液即使在低濃度下也具有一定的黏度。王日思等[21]考察了不同分子質(zhì)量大豆可溶性膳食纖維對大米淀粉流變性質(zhì)的影響，將大米淀粉與大豆可溶性膳食纖維按質(zhì)量比95∶5進行混合，實驗結(jié)果顯示原淀粉溶液的峰值黏度為2 724 cP，添加了小分子質(zhì)量大豆可溶性膳食纖維溶液的峰值黏度為2 756 cP，兩者值相差不大，而添加了大分子質(zhì)量大豆可溶性膳食纖維溶液的峰值黏度從2 724 cP上升至3 789 cP，靜態(tài)流變學(xué)實驗表明添加大分子質(zhì)量大豆可溶性膳食纖維可使大米淀粉的稠度系數(shù)K值升高。

飲食中膳食纖維分子質(zhì)量的差異對人體生理反應(yīng)的影響結(jié)果也不呈完全的規(guī)律性。Ellis等[22]在面包的制作過程中用不同分子質(zhì)量的瓜爾豆膠替代部分小麥面粉，按每千克小麥粉中加入100 g瓜爾豆膠的比例混合。選取青少年受試者，禁食一夜后讓其分別食用4 種面包，一種是全小麥粉面包（對照），另外3 種是混入了低、中、高不同分子質(zhì)量瓜爾豆膠的小麥粉面包，然后分別在餐后30、60、90、120 min采血，測定其血糖和胰島素濃度增量，結(jié)果見表1。結(jié)果發(fā)現(xiàn)各組受試群餐后血糖濃度增量之間沒有明顯差異。然而，所有類型的瓜爾豆膠小麥面包都導(dǎo)致食用者餐后血漿胰島素濃度增量隨著餐后時間的延長而呈下降趨勢。

表 1 受試青少年不同餐后時間的血糖濃度增量與胰島素濃度增量對比Table 1 Comparison of blood glucose increment and insulin increment at different postprandial times in adolescents

2.2 化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)

膳食纖維黏度有時會受到攝入食物的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的影響，因為高膳食纖維類食物進入人體后，其所含的多糖類物質(zhì)會直接影響腸道內(nèi)容物的消化吸收。因此，與食用玉米片類普通谷物相比，食用燕麥類食物后，人體腸道內(nèi)容物溶液黏度的測量值會有所變化。Gallaher等[23]探究了大鼠食用含β-葡聚糖的燕麥類食物對其腸內(nèi)容物溶液黏度的影響，選取幾種不同的食物分別投喂給大鼠，大鼠進食2～3 h后，測定其小腸內(nèi)容物上清液的黏度。結(jié)果顯示，食用AIN-76纖維飼料和玉米片谷物的大鼠小腸內(nèi)容物上清液黏度幾乎為零，食用添加了2%瓜爾豆膠的AIN-76纖維飼料后大鼠小腸內(nèi)容物上清液黏度較高，約為400 cP；而食用脆谷樂、熟燕麥、未煮過的燕麥片和煮熟的燕麥麩皮4 種谷物后的大鼠小腸內(nèi)容物上清液黏度之間無顯著差異。Gallaher等[23]的另一項研究是用全燕麥粉或即食燕麥片（桂格燕麥）制作成兩種松餅投喂大鼠，結(jié)果顯示，食用全燕麥粉松餅的大鼠腸內(nèi)容物上清液黏度（約225 cP）明顯高于食用即食麥片松餅的大鼠腸內(nèi)容物上清液黏度（約110 cP）。產(chǎn)生上述實驗結(jié)果是因為燕麥β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)中含有很多親水性基團，因而具有極高的親水性，使得腸道黏膜表層的水膜厚度增大，增加了腸液黏度，降低了食糜通過腸道的速率，致使動物對飼料的吸收有所減少，從而提高了腸內(nèi)容物上清液的黏度。

2.3 含水量和粒徑

許多研究者在實驗中證實了溶液中膳食纖維粒徑的大小與其黏度的變化關(guān)系，郭增旺等[24]研究得到了超微型大豆皮水不溶性膳食纖維黏度曲線，其表明溶液中纖維粒徑越小，比表面積越大，暴露出來的基團越多，導(dǎo)致分子間的作用力越大，結(jié)構(gòu)也越緊密，從而引起黏度增大。Lukhmana等[25]對櫻桃醬的顆粒形態(tài)與流變學(xué)關(guān)系進行表征，結(jié)果表明，在粒徑100～800 μm范圍內(nèi)，隨著粒徑減小，表觀黏度顯著降低。

Lam等[26]提出的數(shù)學(xué)黏度模型中，考慮了含水量和粒徑等因素對溶液黏度的影響。模型中的結(jié)果表明，隨著粒徑減小，表觀黏度降低；含水量增加會導(dǎo)致黏度降低，因為剪切應(yīng)力會隨水分含量的增加而降低；此外，在相同溫度條件下，水分含量較低、粒徑較大的纖維物質(zhì)黏度較大。

2.4 剪切速率和溶液濃度

由于非牛頓流體的生理復(fù)雜性，黏度并不是通過靜態(tài)運動所呈現(xiàn)的一種特殊性質(zhì)，而是受到某種剪切力的作用產(chǎn)生的。郭杰等[27]以復(fù)合體系的流體表觀黏度與剪切速率（0.01～100 s-1）兩因素繪圖，并利用Cross模型和Carreau模型對刺槐豆膠/瓜爾豆膠復(fù)合體系的流動行為進行分析，結(jié)果顯示實驗中所有的復(fù)合體系均屬于非牛頓流體，其表觀黏度隨剪切速率的增大而降低，表現(xiàn)出剪切稀化的非牛頓流體特征；而在同一剪切速率下，復(fù)合體系的表觀黏度隨著刺槐豆膠所占比例的增加而降低，但降低速率逐漸減小，表明剪切稀化現(xiàn)象越來越不明顯。多糖的濃度或劑量通常對恒溫溶液的黏度有直接、非線性的影響[13]。高愿軍等[28]對秋葵多糖的黏度特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)秋葵多糖溶液黏度隨其濃度的增加而逐步增大，這是由于隨著多糖濃度的增加，多糖分子之間的相互作用力也在增大，增加了物質(zhì)之間的交聯(lián)、聚合度。Ellis等[29]給受試豬喂食含不同量（0（對照）、20、40 g/kg）瓜爾豆膠的半純化飼料，實驗結(jié)果表明空腸食糜黏度隨瓜爾豆膠含量的增加而增大；受試動物攝入上述飼料后在腸道中進行消化的食糜可視為假塑型流體；含有高分子質(zhì)量的膠體粒子黏度較大，與對照組相比，食用40 g/kg瓜爾豆膠飼料的豬在餐后0、30、60 min和180 min時食糜黏度分別提高了7、45、93 倍和17 倍，而食用20 g/kg瓜爾豆膠飼料的受試豬食糜黏度分別提高了6、31、28 倍和4.3 倍。

2.5 加熱溫度和加熱時間

劉曉霞[30]研究了溫度對黃秋葵花果膠溶液流變性的影響，結(jié)果顯示，在相同剪切速率（0～1 000 s-1）下，隨著處理溫度的升高，果膠溶液的黏度逐漸減小，一方面可能是溫度的升高導(dǎo)致分子熱運動加快，分子間距離擴大，從而使分子間的黏滯阻力降低；另一方面由于果膠分子鏈間的氫鍵被破壞，交聯(lián)作用隨著分子間的斥力增強和分子電離度減小而逐漸減小，導(dǎo)致果膠溶液表觀黏度逐漸降低。在相同溫度條件下，隨著加熱時間的延長，在初始的熱力作用下，果膠交聯(lián)結(jié)構(gòu)受到破壞，黏度逐漸降低，而后階段熱力作用對果膠鏈自身的結(jié)構(gòu)影響不是很大，因而黏度下降趨于緩慢。陳潔等[31]得到的熱處理溫度和熱處理時間對秋葵多糖黏度的影響結(jié)果與上述結(jié)果一致，秋葵多糖黏度隨溫度升高快速減小，隨加熱時間延長而快速下降，當秋葵多糖水溶液的溫度從20 ℃上升至90 ℃過程中，其黏度直接從230.14 cP降至121.33 cP；當加熱時間延長至60 min時，其黏度直接從初始的115.08 cP降至105.72 cP。

2.6 加工條件

食物的加工條件也會影響其所含膳食纖維的黏度。Müalkki等[32]采用4 種不同工藝條件從燕麥麩皮中提取β-葡聚糖，條件分別為：1）在中性冷水中進行濕磨提取；2）在中性冷水中進行濕磨提取，但是用鹽酸進行中和以降低分子質(zhì)量后，在pH 5.0下保持30 min；3）熱乙醇濕磨提?。?）冷乙醇濕磨提取。結(jié)果發(fā)現(xiàn)提取加工條件會影響β-葡聚糖提取液的流變性能，包括黏度。在低剪切速率下，冷乙醇濕磨的β-葡聚糖提取液黏度最高，為220 cP，其次是未經(jīng)加工直接提取的麩皮粉提取液黏度，為141 cP，熱乙醇濕磨的提取液黏度為80 cP，用鹽酸中和冷水研磨的提取液黏度為9 cP，而單用中性冷水濕磨的提取液黏度為5 cP。以提取出的β-葡聚糖濃度作為分析指標，在大鼠的日飼料中添加3.3%β-葡聚糖，建立動物飲食模型，測定飲食模型中底物基質(zhì)所處的加工條件對其流變性能和黏度的影響，以未經(jīng)加工提取的燕麥麩皮濃縮液作為飼料對照。與對照組比較，食用兩種乙醇濕磨處理后的β-葡聚糖提取濃縮液2、3、4 周后，大鼠的血清膽固醇濃度顯著降低，降低17%～33%不等。未經(jīng)加工處理直接提取的燕麥麩皮濃縮液對大鼠血清膽固醇濃度無明顯影響，食用中性冷水濕磨得到的β-葡聚糖提取濃縮液4 周時，大鼠血清膽固醇水平降低9.9%，食用鹽酸中和水解濕磨處理的β-葡聚糖提取濃縮液2 周時，大鼠血清膽固醇水平降低13.6%。

2.7 pH值

由于攝入的膳食纖維經(jīng)過胃腸道時會使胃腸道的pH值發(fā)生顯著變化，使其在營養(yǎng)吸收方面受到影響。研究表明，較低的pH值會導(dǎo)致表觀黏度降低。Bobboi等[33]的研究結(jié)果顯示，葡萄糖瓜爾豆膠溶液經(jīng)Krebs-Ringer緩沖液酸化至pH 2、7.2時，其黏度為1 234、1 354 cP，未加緩沖液的葡萄糖瓜爾豆膠溶液黏度為1 546 cP。這些數(shù)據(jù)表明，因攝入纖維類食物所引起的胃腸道內(nèi)pH值降低，可能也會導(dǎo)致含瓜爾豆膠的葡萄糖溶液在胃腸道內(nèi)的黏度相應(yīng)降低。George等[34]研究了鹽酸濃度對小麥膳食纖維研磨液黏度的影響，隨著鹽酸濃度在0.1～0.3 mol/L范圍內(nèi)增加，兩種分別來自洛杉磯里亞托和倫敦卡克斯頓的小麥膳食纖維研磨液黏度分別提高了6.6 倍和6.2 倍。上述研究表明酸性處理對膳食纖維黏度的影響并不一致。產(chǎn)生這種矛盾的原因可能是加入酸性溶液后會對待測水溶液有稀釋作用，所以pH值的降低反而會使溶液黏度略有下降[33]。另外，含有非淀粉多糖的膳食纖維可能在酸化時產(chǎn)生分解。鑒于膳食纖維的不同化學(xué)成分，可能存在一個最佳的pH值使得膳食纖維分解產(chǎn)生非淀粉多糖，此時溶液黏度就會增加；超過這個pH值，溶液黏度就會因為非淀粉多糖的分解而逐漸降低[34]。相關(guān)研究顯示，果膠溶液的黏度隨著pH值（1.00～6.56）的增大呈現(xiàn)先增大后減小的變化，當pH值為5.0時黏度達到最大值，當pH值小于5.0時，果膠溶液的黏度隨著pH值的增大而逐漸升高，當pH值大于5.0并偏堿性時，黏度呈快速下降趨勢[30]。

3 黏性膳食纖維的生理功能

3.1 調(diào)節(jié)血糖反應(yīng)

近年來城市化和老齡化進程加快，同時伴隨著人們生活方式的改變，肥胖和超重人口數(shù)量增加，我國糖尿病的發(fā)病率也有逐年增高的趨勢。糖尿病是一種以高血糖為特征的代謝紊亂性疾病。而高血糖是由胰島素分泌缺陷和其生物作用受損所引起?，F(xiàn)已有研究表明攝入黏性多糖能有效降低餐后血糖水平，而且中低劑量的黏性多糖與高劑量的黏性多糖飲食在降低餐后血漿葡萄糖濃度方面具有相同的效果[29,35]。

Wood等[35]進行的一項研究中，9 名受試者分別食用添加了不同質(zhì)量燕麥膠的50 g葡萄糖液體實驗餐，對照組實驗餐未添加燕麥膠，1.8、3.6、7.2 g燕麥膠添加量的實驗餐黏度大小依次為9.4、521、1 548 cP，并于餐后15～180 min抽取血液樣本，與空白對照組相比，食用含7.2 g燕麥膠液體實驗餐的受試者餐后平均血糖濃度峰值從3 mmol/L降至1.8 mmol/L，葡萄糖曲線下面積從144 mmol/（mingL）降低到102 mmol/（mingL）。Ellis等[29]分別給4 頭生長肥育期的受試豬飼喂含0、20、40 g/kg高相對分子質(zhì)量的瓜爾豆膠飼料，餐后10～240 min后，發(fā)現(xiàn)瓜爾豆膠的攝入會抑制豬體內(nèi)大部分葡萄糖吸收和胰島素分泌的時間點，而食用不同劑量瓜爾豆膠飼料后所引起的豬體內(nèi)血糖反應(yīng)結(jié)果無顯著差異。食用黏性膳食纖維來源的食物所引起的血漿葡萄糖濃度下降可能是由幾個方面造成的。首先，黏性膳食纖維的持水能力可使其通過形成凝膠基質(zhì)來減緩胃排空和小腸轉(zhuǎn)運時間[36]，當這些水化纖維進入小腸時，凝膠基質(zhì)會使小腸內(nèi)容物變厚，從而通過減少營養(yǎng)吸收擴散和食物與消化酶間接觸來調(diào)節(jié)消化過程。此外，黏性膳食纖維會改變消化物對胃腸道內(nèi)收縮運動的阻力，從而減少葡萄糖往胃腸吸收表面的運輸，在胃腸道吸收表面，攝入黏性膳食纖維會使不流動水層變厚，從而導(dǎo)致葡萄糖和膽固醇緩慢擴散[37]。

3.2 降血脂作用

血脂濃度的長期升高會導(dǎo)致動脈粥樣硬化和冠心病等一系列疾病，因此通過合理膳食來改善高血脂癥越來越受到大家的重視，相關(guān)文獻表明，膳食纖維中的黏性多糖降低血脂濃度的機制主要包括：1）降低擴散速率，導(dǎo)致膽固醇吸收減少；2）影響機體中膽固醇的代謝、促進膽固醇轉(zhuǎn)化為膽汁酸；3）抑制肝臟膽固醇的合成；4）促進膽固醇的排泄；5）促進血漿膽固醇的清除[38]。

從印度豆類植物瓜爾豆中提取得到的瓜爾豆膠因其黏度特性受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注研究，對于其降血脂作用的機理也已十分明了，主要是其因凝膠作用和黏度特性，可在腸道內(nèi)分隔并阻留膽固醇，抑制腸道內(nèi)膽固醇的吸收，降低脂質(zhì)代謝物的吸收率，阻礙膽汁酸重吸收進入肝腸循環(huán)，導(dǎo)致膽汁酸和固醇排出，間接導(dǎo)致肝臟膽固醇合成減少而實現(xiàn)降血脂的作用[39]。有研究顯示，在高膽固醇膳食中分別添加12.5%、25%干燥瓜爾豆喂食小鼠后，與未食用瓜爾豆膳食的空白組相比，這兩個實驗組小鼠血漿高密度脂蛋白膽固醇水平從21.6 mg/dL分別增加至28.8、31.5 mg/dL，總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇與極低密度脂蛋白膽固醇水平有明顯的下降，其中喂食12.5%瓜爾豆膳食的小鼠血漿總膽固醇水平下降13.5%，低密度脂蛋白和極低密度脂蛋白膽固醇水平降低18%[40]。鄭剛等[41]則是給大鼠飼喂高脂飼料，同時灌胃可溶性的番茄膳食纖維（tomato soluble dietary fiber，TS）、可溶性的葡萄膳食纖維（grape soluble dietary fiber，GS）和燕麥β-葡聚糖，觀察這3 種可溶性膳食纖維對大鼠血脂水平的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，燕麥β-葡聚糖、TS和GS均能顯著抑制大鼠血清中總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇濃度上升（P＜0.05），與高脂模型對照組比較，總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇平均水平分別下降了30.2% 和34.7%，而燕麥β-葡聚糖是三者中抑制高密度脂蛋白膽固醇濃度降低效果最好的。

3.3 影響腸道酶活性和消化率

黏性纖維能夠降低腸道消化酶活性，促使食糜形成大凝膠團，從而直接影響腸道中的食物營養(yǎng)成分及消化酶類物質(zhì)，腸道內(nèi)容物與消化酶之間出現(xiàn)相互抵觸現(xiàn)象，從而減慢消化過程，同時會減少消化酶的量，導(dǎo)致多種消化酶活性相對降低[42]。β-甘露聚糖是半纖維素的組成部分，不能被單胃動物自身分泌的消化酶分解，具有很強的親水性，遇水溶脹形成凝膠，可增加消化道食糜黏度，阻礙已消化養(yǎng)分向腸黏膜的移動，降低營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率；同時β-甘露聚糖可與腸道內(nèi)的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等消化酶結(jié)合，阻礙這些酶與底物發(fā)生反應(yīng)，降低腸道消化酶活性[43]。

相關(guān)研究表明黏性纖維的損耗可能會降低動物每日所需糧食中氮和氨基酸的表觀消化率[44-45]。喬燕娟[44]利用體外模型模擬胃腸消化，研究不同劑量的燕麥β-葡聚糖對蛋白質(zhì)消化過程的影響，結(jié)果顯示，燕麥β-葡聚糖的添加量從0%增至4%時，蛋白質(zhì)總消化率顯著下降，胃、腸消化液中多肽含量、總游離氨基酸含量均顯著降低。黃慶華等[45]選取6 頭公豬為研究對象，分別飼喂玉米豆粕飼糧（對照）以及5%菊粉或5%羧甲基纖維素鈉替代部分玉米豆粕實驗飼糧，結(jié)果顯示，羧甲基纖維素飼糧組總碳水化合物的表觀消化率低于對照飼糧組。

3.4 潤腸通便

食用膳食纖維對腸道功能具有調(diào)節(jié)作用。水溶性膳食纖維在腸道內(nèi)呈溶液狀態(tài)，有較好的持水力，且易被腸道細菌酵解，產(chǎn)生丁酸、丙酸、乙酸等短鏈脂肪酸，這些短鏈脂肪酸能降低腸道內(nèi)環(huán)境pH值，同時可使腸道糞便含水量高且呈軟化狀態(tài)，增加人體排便次數(shù)，防止便秘，甚至起到導(dǎo)瀉作用，維持腸道清潔，預(yù)防并減少胃腸道疾病的發(fā)生[46]。

車前子種皮中所含的黏性多糖具有通便、阻止有害物擴散、延長食物在胃內(nèi)滯留時間等功能。殷軍藝[47]研究了大粒車前子多糖對便秘模型小鼠的治療效果，發(fā)現(xiàn)其可使燥結(jié)型和實熱型便秘模型小鼠首次排泄時間提前，增加排便粒數(shù)和排便質(zhì)量。McRorie等[48]連續(xù)3 d給受試豬喂食含車前子的飼料，并控制不同的添加量，分別為10、20、30 g/d和40 g/d，以無車前子添加的飼料作為空白對照，動物安樂死后測量盲腸和直腸的食糜黏稠度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，僅食用空白對照飼料后，受試豬盲腸和直腸的內(nèi)容物黏度在10.1～5 533 cP范圍內(nèi)，而飼喂10、20、30 g/d和40 g/d車前子添加量的受試豬盲腸和直腸內(nèi)容物黏度范圍依次為14.6～2 662.7、23.2～2 995.0、100.0～2 225.6、59.0～1 823.6 cP，可見食用車前子飼料的動物直腸內(nèi)容物黏度明顯比空白對照組低。此研究結(jié)果表明，攝入黏性纖維后，大腸中仍有較多的水分，導(dǎo)致大腸內(nèi)容物的黏度降低，大便變軟。

4 結(jié) 語

膳食纖維作為現(xiàn)代食品新資源，受到了國內(nèi)外的高度關(guān)注和開發(fā)。膳食纖維具有特殊的理化性質(zhì)和生理功能，已被廣泛應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域[49]。黏度是膳食纖維的物理特性之一，現(xiàn)有研究表明食用黏性纖維能對人體產(chǎn)生有益的生理功效，可以改變胃腸道的消化黏度，從而抑制營養(yǎng)物質(zhì)尤其是葡萄糖和膽固醇的吸收。但是，目前可用的液體黏度測量技術(shù)和儀器設(shè)備存在多樣性，對黏度概念的模糊認識以及受到測量對象的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)等因素影響，研究者們進行黏度測量的結(jié)果存在一定差異，可由監(jiān)管人員、科學(xué)研究人員和工業(yè)專家們共同參與研發(fā)和制定更適當?shù)酿ざ葴y量指南，以此來減少黏度測量間的差異性。因此，探索更為簡便、統(tǒng)一的黏度測量方法對黏度特性的研究具有重要意義。

研究者們對嚙齒類動物、狗和雛雞等進行的大量研究證實[50-51]，食用黏性纖維后，在葡萄糖、血脂衰減、膽固醇代謝和調(diào)節(jié)腸道功能方面都具有積極作用。大量人體、動物和動物替代體外模型實驗表明食用黏性纖維后所引起的胃腸道黏度變化可產(chǎn)生多種有益的生理功能，這對今后人們研究黏度在膳食纖維中的應(yīng)用以及功能開發(fā)提供了一定的參考[52-53]，也對進一步深入研究膳食纖維在食品中的應(yīng)用具有重要意義。