膳食纖維的功能特性及在餅干中的研究進展

劉 悅，張國治*，張康逸

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州450001；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，鄭州 450002）

膳食纖維是一種能抗人體小腸消化吸收，在大腸能部分或全部發(fā)酵的植物性可食用成分，以及以多糖類為主的大分子物質(zhì)的總稱，被稱為“第七營養(yǎng)素”，主要包括纖維素、半纖維素、果膠和木質(zhì)素[1]。研究表明，膳食纖維對預(yù)防和緩解便秘、糖尿病、結(jié)腸癌、肥胖、中風(fēng)及高血壓等有重要作用[2-3]，在居民膳食結(jié)構(gòu)、功能性食品和臨床學(xué)上越來越受到重視。另外，膳食纖維還具有高粘度和高水合作用的物理特性，對烘焙食品的加工過程具有重要影響[4]。

餅干是一種便于攜帶、吃起來有一定的飽腹感的休閑食品，同時它良好的營養(yǎng)品質(zhì)、低廉的成本都使其成為消費者中最受歡迎的烘焙食品之一[5]。無論是酥性餅干還是韌性餅干，其內(nèi)部都含有糖類、膳食纖維和脂肪等，它們之間的相互作用，不僅維持餅干的風(fēng)味，并且降低其最終含水量從而增長貨架期[6]。脂肪和糖類是餅干產(chǎn)生良好風(fēng)味的主要原因：不僅為產(chǎn)品提供酥性、豐富和嫩度，而且可以改善其風(fēng)味和口感[7]。然而，長時間攝入高脂高糖食品會使人患病的幾率大大增加，所以，消費者越來越意識到飲食與健康之間的聯(lián)系。

目前研究表明我國人均膳食纖維的攝入量嚴重不足，并且隨著食品精加工水平的提高呈逐步下降的趨勢[8]。因此，研制一種膳食纖維含量高的餅干，將其作為減肥一類食品并且輔助治療疾病是工業(yè)化生產(chǎn)餅干的一個重點研究方向。

1 膳食纖維的分類

在早期的營養(yǎng)素研究中，由于膳食纖維具有不被胃腸道吸收且不產(chǎn)生能量的特點，曾被定義為一種“無營養(yǎng)物質(zhì)”[9]。近年來隨著深入研究的增多，越來越多的研究證實膳食纖維攝入與人體健康密切相關(guān)。目前，被普遍接受的是國際食品法典委員會(CAC)討論并提出的膳食纖維定義，即膳食纖維是指具有10個或更多單體單位的碳水化合物聚合物，具有特定生理學(xué)效應(yīng)[10]。

膳食纖維主要可分為三類：非淀粉多糖或低聚糖；碳水化合物類似物；木質(zhì)素類似物及復(fù)合物[11]。根據(jù)物化性質(zhì)的不同，膳食纖維亦可根據(jù)其水溶性的差異分為以下兩大類：不溶性膳食纖維（IDF）和水溶性膳食纖維 （SDF），其主要來源和成分如表1所示。

表1[12] 膳食纖維分類

目前膳食纖維已成為國內(nèi)外食品工業(yè)領(lǐng)域的研究熱點，由于各國飲食習(xí)慣的差異，我國大多研究不同種類膳食纖維的優(yōu)化及其制備、提取，但將其添加于食品產(chǎn)品中的應(yīng)用還不夠完善，而國外學(xué)者對其功能特性的研究更加成熟。所以，在今后的科研創(chuàng)新及工業(yè)化生產(chǎn)中，可將提取出的食品加工副產(chǎn)物膳食纖維加以利用，將其與烘焙食品相結(jié)合，研制新的保健食品。

2 膳食纖維的功能特性

2.1 膳食纖維的生理功能

膳食纖維對人體健康至關(guān)重要，主要是因為膳食纖維具有以下的生理功能：通便防癌、降低膽固醇、降低血糖、吸附某些食物中的化學(xué)物質(zhì)等。

2.1.1 預(yù)防肥胖癥

膳食纖維具有吸水膨脹性，易產(chǎn)生飽腹感而減少人們對其他食物的攝入[13]；通過影響蛋白質(zhì)、脂肪等消化酶的活性，減少人體對這些物質(zhì)吸收；將脂肪吸附并排出體外，減少人體對脂肪的吸收[14-15]，預(yù)防肥胖。

2.1.2 改善腸道菌群及緩解便秘

膳食纖維可被腸道微生物降解，促進腸道有益菌的生長繁殖，為腸道有益菌群生長提供所需的代謝底物和良好的生存環(huán)境，增強人體免疫力、保護肝臟[16]。此外，膳食纖維被大腸內(nèi)的細菌發(fā)酵降解后，產(chǎn)生氣體和大量短鏈脂肪酸，這些酸類物質(zhì)會使酸度和糞便量增加，加速腸內(nèi)糞便排出，起到預(yù)防便秘的作用[17-18]。

2.1.3 降血壓及膽固醇

膳食纖維中的酸性多糖，具有較強的陽離子交換能力，在消化道內(nèi)形成緩沖環(huán)境；膳食纖維與腸道中的鈉離子和鉀離子交換，降低鈉鉀比，起到降血壓作用[16]；膳食纖維可加快脂肪通過腸道的速度，延緩或抑制膽固醇在淋巴中的吸收；同時吸附代謝產(chǎn)物，降低消化產(chǎn)物分子團的溶解，消耗更多膽固醇，從而降低膽固醇含量[19]。

2.1.4 其它生理功能

可溶性膳食纖維吸水后可增加腸道黏度，降低胃排空速度，減少人體對葡萄糖的吸收和對胰島素需求，對于降血糖及改善糖尿病癥狀具有積極的作用[20]。溫兆霞等[21]研究顯示膳食纖維能吸附體內(nèi)的游離型雌激素，起到預(yù)防乳腺癌的作用；Satija等[22]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)常攝入谷物膳食纖維能改善心血管機能，減少心血管疾病的發(fā)生；此外，膳食纖維的缺乏還與膽結(jié)石、闌尾炎、腎結(jié)石、十二指腸潰瘍和潰瘍性結(jié)腸炎等疾病的產(chǎn)生有很大的關(guān)系[23-24]。

2.2 膳食纖維的理化特性

膳食纖維的理化特性主要包括吸水性、持水力、膨脹力、吸附作用、離子交換能力、溶解性、粘性及流變學(xué)特性等。

2.2.1 水合作用

由于膳食纖維具有多孔的結(jié)構(gòu)，化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有許多親水基團，吸水膨脹能力較強，所以具有較強的水合作用[25]。一般以持水力和膨脹率等指標來衡量其水合能力。由于提取的膳食纖維原料的不同其性質(zhì)具有一定差異，一般吸水后重量為自身重量的1.5～25.0倍，其中自身果膠含量高的吸水性較強[26]。提高膳食纖維的持水力有利于排便，起到預(yù)防結(jié)腸癌、預(yù)防便秘、痔瘡等腸道疾病的作用[27]。

2.2.2 吸附作用

膳食纖維分子表面含有很多活性基團，可以吸附其它的分子。不僅可以吸附油脂，提供香氣，還可螯合有機化合物。Lin等[16]通過酶水解和凍干法獲得麥麩膳食纖維并測量吸附能力，結(jié)果表明不溶性膳食纖維對亞硝酸鹽有很強結(jié)合能力，可緩解亞硝酸鹽引起的中毒。

2.2.3 離子交換能力

膳食纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)中所包含的各種基團，呈現(xiàn)弱酸性陽離子交換作用。其化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有羧基和羥基類等活性基團，可與Ca2+、Zn2+、Pb2+等陽離子交換，且優(yōu)先交換Pb2+等有害離子，使其排出；還可與有機陽離子進行可逆的交換[16]。同時還能降低血液中鈉離子和鉀離子的比值，起到降血壓的作用[28]。此外，完全發(fā)酵后產(chǎn)生的短鏈脂肪酸，可以促進人體對礦物質(zhì)的吸收[29]。

2.2.4 溶解性和黏性

膳食纖維的溶解性主要是由其特殊的有序和無序結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性所決定的。結(jié)構(gòu)越不規(guī)則，溶解性越好[30]。膳食纖維的黏性主要是由物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)、溫度、溶劑和濃度所決定的。在胃腸道中，可增加內(nèi)容物的黏度，形成膠基層，延緩和減少對膽固醇、膽汁酸、葡萄糖等物質(zhì)的吸收[31]。

2.2.5 流變學(xué)特性

研究表明，由于不同膳食纖維具有水溶性的差異，導(dǎo)致其流變學(xué)特性差異也很大。因為提取膳食纖維的工藝多種多樣，造成其（SDF/IDF）的比例不同，從而膳食纖維的營養(yǎng)價值及代謝特性大有不同。所以在生產(chǎn)過程中，傾向于采用高壓均質(zhì)、擠壓蒸煮、發(fā)酵或酶處理等方法制備，改善膳食纖維的理化特性，通過對制備出的膳食纖維進行改性，增強其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用。

3 膳食纖維對面團質(zhì)構(gòu)特性的影響

迄今為止，有關(guān)膳食纖維對面團流變學(xué)特性及面食制品品質(zhì)影響方面的研究較多，但結(jié)論不一，原因可能是膳食纖維的添加量、基本特性、來源及實驗方法不同所致。

3.1 添加量不同

添加到面團內(nèi)的膳食纖維依據(jù)其高持水性，及內(nèi)部的酚酸活性雙鍵與面筋蛋白的相互作用，形成一個更大分子更穩(wěn)定的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而增加面團拉伸比。同時膳食纖維可依靠主鏈間的非共價鍵形成具有一定粘彈性的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，添加后有效改善面團的硬度、粘性、內(nèi)聚性等質(zhì)構(gòu)特性。

陶顏娟等[32]和Sudha等[33]研究結(jié)果顯示，添加膳食纖維可增加面團吸水率、形成時間和面團拉伸比，降低面團延展性。Peressini[34研究結(jié)果顯示，添加膳食纖維可延長和面時間與穩(wěn)定時間，降低吸水率。姜燕等[35]添加可溶性膳食纖維后與空白對照，面團的拉伸長度、彈性、粘性和內(nèi)聚性變好，而硬度變小，形成良好的質(zhì)構(gòu)。張華等[36]研究表明，隨膳食纖維添加量的增加，面團穩(wěn)定時間呈先上升、后下降趨勢。

Yadav等[37]表明，添加膳食纖維會降低面包的粘附性、咀嚼性，口感變差。Garófalo等[38]認為添加膳食纖維能顯著增加面包體積，促進面團產(chǎn)氣。

3.2 基本特性及來源不同

適當添加可溶解性膳食纖維對面團的面筋網(wǎng)絡(luò)的形成有一定的促進作用；添加不同種類或不同筋力的可溶性膳食纖維，如谷物類、大豆類和小麥等，不僅可以有效增長峰值時間，提供足夠的筋力形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，較好保持內(nèi)部產(chǎn)生的二氧化碳氣體，形成良好的組織結(jié)構(gòu)和紋理，還可以增加焙烤過程中的耐熱性，所得成品呈現(xiàn)更好的感官性狀。

豆康寧等[39]研究認為，不同溶解性的膳食纖維對面團流變學(xué)特性的影響不同，不溶性小麥膳食纖維對面團面筋具有惡化作用，而可溶性小麥膳食纖維對面團面筋具有改良作用。陳建省等[40]研究表明，谷物類可溶性膳食纖維能降低面團的峰值高度、8min尾高、峰值面積，增加峰值時間和8 min帶寬。姜小苓等[41]表明不同筋力小麥的膳食纖維改變了面團和糊化凝膠體系的微觀結(jié)構(gòu)，增加面團的致密性，降低凝膠結(jié)構(gòu)的均勻性。

4 膳食纖維在餅干中的應(yīng)用

焙烤食品中加入的膳食纖維種類多種多樣，如：麥麩膳食纖維、玉米膳食纖維、大豆膳食纖維、微晶膳食纖維等。

在制作西點時加入適量的膳食纖維不僅可以提高營養(yǎng)價值、降低熱量，還可以提高面粉的吸水性，繼而使產(chǎn)品更加松軟，在儲藏的過程中不易變干、變硬，并且延長產(chǎn)品的貨架期[42]。膳食纖維添加到餅干等面食中，在一定程度上可改善產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和感官品質(zhì)，同時提高產(chǎn)品營養(yǎng)價值；不同的食品適宜添加的膳食纖維種類和顆粒大小也各不相同，應(yīng)視實際情況挑選合適的纖維，有資料顯示添加多種膳食纖維的效果比單一膳食纖維好，粉末更細的比粗的好。

4.1 谷物類餅干

在中國具有代表性的一種谷物類膳食纖維即為麥麩膳食纖維。麥麩膳食纖維憑借其側(cè)鏈上的羧基、羥基等活性基團和良好的水合性質(zhì)與面團中的水發(fā)生相互作用，減少淀粉和蛋白質(zhì)與水的結(jié)合，從而影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以得到致密性好和穩(wěn)定的面團。麥麩膳食纖維在面制品的適宜添加量一般為3%～6%[43]。因此加入不同種類膳食纖維的焙烤食品在感官品質(zhì)及貨架期等方面都有著不小的優(yōu)勢。

大豆膳食纖維可以促進淀粉糊化，增強耐熱穩(wěn)定性與貯藏穩(wěn)定性[44]。玉米、麩皮的纖維素具有特殊的香味，用于焙烤食品可以提高食品的香味，而且食品的口感呈中性、味道可口，且營養(yǎng)豐富。

餅干中加入麥麩膳食纖維可以使體積變大，提高制品的持水力，使其松軟可口，蓬松細膩。陳鳳蓮等[45]利用麥麩膳食纖維制作餅干，結(jié)果表明，面粉中添加20%的小麥麩皮粉可以制得口味純正、口感舒適的營養(yǎng)型餅干。劉松濤等[46]利用麥麩、豆渣中含有的高纖維，將五種粗糧結(jié)合在一起，利用谷朊粉作面團改良劑，復(fù)配出產(chǎn)品膳食纖維含量高達8%以上。

?，摰萚47]研究表示，大麥粉的添加有利于增加餅干中膳食纖維含量，但不利于保持面團的穩(wěn)定性，顆?？诟屑拜^黑色澤影響其接受度。胡新中[48]在餅干、桃酥、脆餅等產(chǎn)品中添加10%～20%燕麥膳食纖維時，產(chǎn)品的組織變得更加緊密、口感更加酥脆，達到入口即化的效果。張國真等[49]還研究了麥麩無糖酥性餅干的最優(yōu)工藝，其麥麩無糖酥性餅干外型完整、花紋清晰、麥香濃郁、口感酥脆。

4.2 蔬菜類餅干

日常含膳食纖維較多的食物：除了谷物類外，根菜類和海藻類中食物纖維較多，如牛蒡、胡蘿卜、四季豆、紅豆、豌豆、薯類和裙帶菜等。

隨著人們對膳食纖維與人體健康關(guān)系的認識的不斷深入，一些高纖維蔬菜類制品越來越受到青睞，菌藻、果蔬等在飲食結(jié)構(gòu)中的比例逐漸增加。在現(xiàn)代食品工業(yè)中，一些富含膳食纖維的原料，經(jīng)過系列加工制取的相應(yīng)食物纖維產(chǎn)品，既有直接口服的食療型纖維制品，又有可用作食品添加劑，如作為品質(zhì)改良劑及膳食纖維強化劑添加到發(fā)酵食品或焙烤食品之中。

李曼等[50]利用高溫高壓蒸煮的方法使蕨菜膳食纖維改性，改性后以不同比例添加到酥性餅干中，與未改性餅干相比，得到口感更佳，酥脆不粘牙的產(chǎn)品。王軼等[51]通過對紅薯生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物甘薯渣進行利用，制作出的餅干總膳食纖維和可溶性膳食纖維高，可作為減肥食品和調(diào)節(jié)血糖、血壓、血清及膽固醇的食品[52]。

4.3 水果類餅干

水果特性是多汁且主要味覺為甜味和酸味。水果不但能促進消化、降火，而且還含有豐富的營養(yǎng)素、膳食纖維等。水果中膳食纖維的利用通常依賴于外部條件處理后加以利用，主要用途有2種：

（1）改性膳食纖維提高餅干品質(zhì)。胡曉瀟等[53]將經(jīng)過熱風(fēng)干燥改性過的蓮蓬膳食纖維，通過響應(yīng)面分析方法，證實添加膳食纖維后對餅干的澀味、苦味有好的影響。

（2）膳食纖維作為餅干的輔料。陳繼冰[54]在餅干中添加蜜柚皮膳食纖維，不僅為食用纖維的攝入提供了新的途徑，還可以提升餅干品質(zhì)。加入后制出的餅干無粗糙感，口感酥脆，帶有柚香。朱丹丹[55]在餅干中添加4%左右的沙棘果渣粉，提高了餅干的口感及抗氧化特性。但添加沙棘果渣含量較高時，硬度、咀嚼性會增高，口感可接受度降低。

5 結(jié)論與展望

大自然中廣泛存在著膳食纖維：如水果、蔬菜及谷物類原料等，將其應(yīng)用到食品中，不僅可以補充人體必需營養(yǎng)素，還可以減少資源浪費。其良好的生理功能和理化特性，對糖尿病、胃腸道疾病均有一定的改善作用，通過與腸道菌群的相互作用，調(diào)節(jié)身體機能，增強人體免疫力，預(yù)防癌癥發(fā)生。

近年來含膳食纖維類食品發(fā)展迅速，種類層出不窮，但大多都為含粗纖維類食品，其感官特性大多不好。同時市場上出現(xiàn)的高膳食纖維餅干大多具有很高的含糖量，以滿足人們對口感的需求，但較多的碳水化合物也是造成人體肥胖、血脂高的主要原因之一。這些風(fēng)味、口感較差的餅干使得消費者對于含膳食纖維的休閑食品接受程度較低，而口感較好的餅干又有著含糖含油較多的不足之處。因此，在繼續(xù)深入研究膳食纖維的精細制備、綜合開發(fā)利用農(nóng)副產(chǎn)品的同時，開拓一種利于吸收、口感品質(zhì)更好并且使高纖低糖性質(zhì)相結(jié)合的餅干必將是餅干行業(yè)未來發(fā)展的一大亮點。