隨著人們膳食結構的改變和健康意識的增強，膳食纖維的重要性日益凸顯，越來越多的研究人員專注于有關膳食纖維的研究。膳食纖維中的可溶性膳食纖維不僅能在維持膳食平衡方面發揮重要作用，而且在預防結腸癌、心血管疾病和降低膽固醇等方面具有重要的生理功能，同時還可以降低血脂含量、延緩小腸對葡萄糖的吸收速度，從而預防糖尿病的發生。筆者對近年來國內外的可溶性膳食纖維提取純化技術進行綜述，為進一步開發利用膳食纖維提供一定的參考。

膳食纖維簡介

1 膳食纖維的定義

2009年6月國際食品法典委員會對膳食纖維作出了新的定義:膳食纖維是指聚合度大于等于3的可食碳水化合物，不能被人類的小腸內源酶水解，且有以下特點:天然存在于食物中的可食用碳水化合物，由可食用原料經物理、酶或化學法獲得的碳水化合物，對健康表現出有益的生理作用。膳食纖維一般由不溶性植物細胞壁材料和細胞內非淀粉的水溶性多糖組成，不同種類食物的膳食纖維組成、功能以及植物多糖的結構亦不同。

2 膳食纖維的分類

根據膳食纖維在水中的溶解性，其被分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維。可溶性膳食纖維如β－D－葡聚糖，是一種水溶性多糖。此外，水溶性也受某些官能團的存在、溫度和離子強度的影響，如果膠、瓜爾膠及黃原膠等親水膠體。相比谷物而言，水果和蔬菜中的膳食纖維大部分可溶，可溶比例越高，對健康的影響越重要。

3 膳食纖維的性質與功能

膳食纖維的物理化學性質主要有持水力、膨脹力、持油力等。膳食纖維的水化性質主要是持水力和膨脹力。持水力是指1g干重的纖維在一定條件下束縛水、動力水和物理束縛水的總和。膨脹力是指纖維浸入水中，對水的吸收能力。除了水化性能，膳食纖維還具有對油的吸附能力，持油力是指纖維和油混合離心后油保留的質量。這是一種與膳食纖維多糖結構、顆粒的表面性質、總電荷密度和親水性相關的特性。

膳食纖維有控制體質、預防肥胖的作用。膳食纖維在大腸內發酵，提供的能量低于普通碳水化合物。某些膳食纖維如菊粉可以在小腸內與蛋白質、脂肪等物質形成復合物，不利于對蛋白質和脂肪的吸收，從而達到一定的減肥作用。膳食纖維的水化作用可使糞便濕潤、松軟、量多、表面光滑，可促進排便從而起到防治痔瘡的作用。

可溶性膳食纖維的提取

目前，對于不同來源的可溶性膳食纖維的提取技術有物理法、化學法、酶法和微生物發酵法。提取溫度、提取時間、pH和溶劑等操作條件決定了可溶性膳食纖維的得率、結構和功能特性。目前的研究主要集中在提取技術和操作條件的組合優化，在獲得產品預期的收益和功能特性的同時，盡量選擇適宜的溫度，減少溶劑的消耗和操作的時間。

1 物理提取

物理法在可溶性膳食纖維的提取中應用廣泛，用物理法對原料進行預處理可改善膳食纖維的一些性質。傳統的浸提法對膳食纖維進行提取可獲得較高的提取率，而一些新興技術如微波、超聲波和高壓處理等，與傳統提取方法相比具有更好的效果。

1.1 物理和機械預處理

Ｒaghavendra 等研究發現，采取研磨減小膳食纖維粒子尺寸(550～1127μm)會提高水化性能，然而低于550μm時水化性能會隨著尺寸的減小而減弱。微射流技術對桃和燕麥中的不溶性膳食纖維的影響顯示，當粒徑達到亞微米級時，一些不溶性膳食纖維變為可溶。經微射流后，桃和燕麥中不溶性膳食纖維的平均粒徑分別從 204.6、111.1μm減少到35.3、74.4μm。微射流處理后桃中膳食纖維的溶解性、持水力、膨脹力和持油力分別提高了2.1、1.5、2.2和3.1倍，而燕麥中分別提高了3.6、2.1、1.3和3.7倍。Zhu 等將小麥麩皮膳食纖維進行超細粉碎，發現其持水力及膨脹力均顯著降低。研究表明，減小孔徑會增強鎖水能力使水化性能增強，但是某些情況下，孔徑減小會損傷纖維，使毛孔崩壞，導致水化性能下降。

1.2 浸提法

浸提法是提取蔬菜中膳食纖維的最常用的方法之一，一些膳食纖維甚至可在室溫下攪拌得到，在高溫下可得到更大的收益，然而浸提法提取率低于酶法或化學法。浸提法的水溫、pH和時間等條件的控制取決于要提取的膳食纖維的特性。一般情況下水溫在60～100℃，提取時間在20min～12h。

Yeoh 等提到，提取果膠的常用方法是直接煮2h以上。然而，由于長時間加熱，有些多糖會降解。Basanta 等利用浸提法在不同的溫度下提取李子中的果膠，提取時間為2h以上，收率達12%。隨著加熱時間變長，果膠的平均分子量下降。使用沸水煮時果膠產量顯著增加，但果膠的黏度較低。Guo 等同樣對橘皮熱提取1h(80～82℃)后，果膠產率達15.47%。Ales 等用同樣的方法對香菇進行了提取(90℃，30min)，提取出的多糖用于制藥、化妝品和保健品。

研究表明，浸提法破壞了多糖結構中相對較弱的糖苷鍵，導致細胞膨脹和破裂，引發顆粒粒徑減小，從而增加細胞的表面積，改變多糖的性質。浸提溫度增加對膳食纖維造成的影響最大，會導致質量大幅度降低。因此，有時此法會與酸性介質、溶劑、螯合劑或新技術結合，有助于從細胞壁中釋放膳食纖維。

1.3 微波和超聲波法

微波和超聲波常用來輔助膳食纖維的提取，與傳統的提取方法相比，其效率更高。微波通過引起細胞破裂來提取生物質中的各種化合物。微波使生物質內產生熱，在非均質材料內建立一個加熱點，粒子爆炸，導致木質纖維素結構破裂。溫度的快速增加，降低了黏度，并打破了樣品的外膜，提高了提取率。超聲波制造了一個連續的從高到低的壓力周期，創造小氣泡，氣泡猛烈破裂引起氣蝕。這種現象產生強烈的剪切力，使溶劑在固體中穿透的更深，從而增加了擴散速率。這個過程會導致植物組織細胞結構的破壞，溶劑更易達到細胞內部，從而更有效地釋放細胞成分。

一項研究對常規法和微波輔助法提取果膠進行了比較，微波輔助法(500W，3min)的收率為 24.2%，而傳統的浸提法(120min)的收率為18.32%。Seixas 等對時間和微波功率對酸性介質中果膠得率的影響進行了研究，在628W下進行9min得到的收率最高。Guo 等在500W下提取橘皮果膠21min，產率為18.13%。

Xu 等將超聲波法和浸提法結合在一起對柚子皮中的果膠進行提取，這2種方法的結合顯著提高了提取率，在60℃下處理52min收率最高。Wang 等對超聲輔助加熱提取和非輔助加熱提取進行了比較，最佳的提取條件是12.56W/cm2，66.71℃，27.95min，提取率為27.34%。與傳統方法相比，超聲波輔助提取率增加了16.34%，溫度降低了13.3℃，時間減少了37.78%。Benito-Ｒomán 等用超聲輔助提取法提取小麥中的β－ 葡聚糖，處理強度低時得到的β－葡聚糖的分子量較高。

1.4 高壓法

高壓處理已經成為提取可溶性膳食纖維的新興技術。因為壓力不受質量和時間的影響，高壓處理法不同于常規的熱處理，其具有均勻和瞬時的效果，同時該方法的主要優勢是處理時間短。高壓處理法提取膳食纖維時，處理過程中可能發生結構修改，使膳食纖維的性質和功能改變。Guo 等研究了利用高壓技術對果膠進行提取(壓力100～600MPa，處理時間5～30min，溫度10～30℃)。此法的最佳條件(500 MPa，55℃，10min)的收益率(20.44%)明顯高于傳統的熱法(15.47%)和微波法(18.13%)。此外，得到的果膠黏度、流變特性、活化能和凝膠特性都比熱提取高。Mateos-Aparicio 等利用高靜壓技術改善了大豆豆渣中膳食纖維的功能。經高壓處理后，豆渣中可溶性膳食纖維的含量由原來的2.08%變為16.86%(60℃，400 MPa)，可溶性膳食纖維占比由原來的4.6%變為37.2%，膳食纖維的持水力、膨脹力、持油力分別從原來的6.84g/g、9.09mL/g、3.78g/g增加到12.56g/g、12.92mL/g、7.97g/g。

2 化學提取

化學提取法常用于獲得不同來源的膳食纖維，經常在酸或堿條件下結合高溫對可溶性膳食纖維進行提取。化學法的主要缺點是時間和溫度等處理條件可能對食品基質造成損傷，同時這種方法可能會使提取出的多糖的官能團損壞，導致膳食纖維的功能喪失。

Xiong 等在酸性條件下(115℃，100min，pH4.5)從蛋白質離析后的甘蔗渣中提取可溶性膳食纖維。在堿性條件下處理甘蔗渣溫度在50～90℃范圍內，時間為1.5～3.0h，pH為9～13。酸處理與堿處理相比膳食纖維的酯化程度低，并且分子量也較低。作者指出，多糖的分子量隨著酯化程度的增加而增加，酯化度低的多糖具有較低的水性黏度和較好的乳化活性。

Kosmala 等將乙醇不溶物去除后得到細胞壁多糖，并進行了一系列連續萃取，用水釋放結合較弱的果膠，接著用CDTA釋放由鈣結合到細胞壁的果膠，Na2CO3提取高度甲基化的果膠，最后用NaOH和NaBH4處理24h以釋放半纖維素和其余廢渣。

雖然化學法需要較長的處理時間和較高的處理溫度，但仍然被廣泛采用。目前科研人員一直采用改變溶劑或使用氧化劑、螯合劑等方法優化處理條件，從而提高膳食纖維的功能特性。

3 酶法提取

化學或物理提取過程是高效的，但是這些方法提取出的膳食纖維只有一部分在上消化道內可被吸收，而酶法提取的條件可模擬消化系統中的條件，提取的膳食纖維吸收利用率更高。體外消化最常用的生物分子有胰酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶。

Gamel 等測定了淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶對從燕麥麩皮中獲得的β－葡聚糖的溶解度和黏度的影響。加入酶使黏度增加，并促進燕麥麩皮多糖的釋放。Villanuevasurez等對豆渣進行了一系列的酶提取，酶提取法導致可溶性膳食纖維的組分增加，并且提高了可溶與不溶纖維的比例。Meyer 等用酶法(62.5℃，pH3.5，1h)從無淀粉馬鈴薯漿中提取出了具有高分子量的果膠。Dominiak 等使用商業酶從橙皮中提取果膠，在50℃下處理4h得到最高產率(23%)，其果膠的功能特性(如凝膠強度和黏度)與酸提取的果膠相似。陳小舉等采用半纖維素酶水解法從梨渣中提取可溶性膳食纖維，在58℃下添加35U半纖維素酶，酶解5h得到最高提取率15.21%。相似地，李梁等利用纖維素酶(60U/g，49℃，7h)輔助提取蘋果梨渣中的可溶性膳食纖維，最佳得率為15.31%。

酶法提取成功地克服了一些酸處理方法的缺點，如高溫、低pH、酸腐蝕并且需要中和以及去除過程中產生的大量的廢物，但幾乎所有的酶法提取都需要較長的時間和較高的溫度。最近的研究發現，用最小的酶處理作為一種創新的方法提取膳食纖維，通過最優的處理條件可在短時間內獲得大量的膳食纖維。Thomassen 等發現了從馬鈴薯渣提取多糖的最佳條件:用1%(W/W)來自構巢曲霉的果膠裂解酶和來自棘孢曲霉的多聚半乳糖醛酸酶處理1%(W/W)馬鈴薯渣(pH6，60℃，1min)。研究發現，酶提取技術與其他技術結合可提高膳食纖維的產量和功能。

4 微生物發酵法

發酵法是利用微生物發酵，消耗原料中的碳源、氮源，除去原料中的植酸，減少蛋白質、淀粉等成分，制取可溶性膳食纖維。主要采用曲霉、乳酸菌和鏈孢霉等微生物。曲霉發酵麥麩、果渣或豆渣是通過菌體分泌纖維素酶、半纖維素酶類等物質，使不溶性纖維的糖苷鍵斷裂，生成小分子多糖，轉化為水溶性纖維，從而改善膳食纖維的生理活性。

令博等利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌作為發酵菌種在40 ℃下發酵21h，從葡萄皮渣中提取出可溶性膳食纖維(17.25%)。王慶玲等以番茄皮渣為原料制備可溶性膳食纖維，他們發現，微生物發酵法制備番茄皮渣膳食纖維的最優工藝為接種量0.2%、發酵溫度24℃、pH4，此條件下SDF的得率為39.02%。

應用與展望

可溶性膳食纖維在食品工業中具有非常廣泛的應用，其經常作為一種食品添加劑應用于食品工業中。如將膳食纖維添加到面點中可增強面團的吸水率、延長穩定時間并且增強面點的彈性。在肉制品中添加可溶性膳食纖維可增強口感、提高出品率、降低成本并且具有降脂作用，尤其適用于糖尿病患者。在飲料中添加可溶性膳食纖維可使微粒分布均勻、久存無沉淀、無膠質感還可以起到保健作用。

我國是人口大國同時也是食品產業大國，擁有豐富的食品加工副產物資源，為減少資源浪費并且保護環境，應加大副產物的開發與利用，因此，開發與利用食品加工副產物資源已經成為了一種趨勢。膳食纖維廣泛存在于各種食品加工的副產品中，因其特殊的營養功能受到醫學界、食品界乃至普通民眾的廣泛關注。目前國外提取膳食纖維的主要方法為化學法，擁有成熟的技術，已經應用到工業化生產中。但由于在加工過程中會對膳食纖維的理化性質產生影響，從而使其喪失營養保健功能，并且加工過程還會產生大量廢物對環境造成污染，因此，目前研究人員一直在尋找一種條件溫和且環保的方法代替傳統方法，而酶法、微生物發酵法以及新興技術(微波、超聲波、高靜壓)因其條件溫和且對環境無污染越來越受到研究人員的關注。

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