功能性食品添加劑——膳食纖維

膳食纖維是一類嶄新的食品配料和活性成分，在20世紀80年代其發展達到了頂峰。近二三十年來，由於科研人員的不斷努力、新聞媒介的儘力宣傳及在大量的事實面前，膳食纖維的重要生理功效在更大範圍內為人們所廣泛接受。用來解釋膳食纖維能夠保護人體免遭各種疾病侵害的理論學說也逐漸為人們所接受，便秘的預防保護理論第一個被接受，接下去是心血管疾病、痔瘡、糖尿病、結腸癌和肥胖症等。雖然有很多實例表明高膳食纖維食物會保護人體免受闌尾炎、膽結石、靜脈血管曲張和局部貧血型心臟病的侵害，但這方面的研究較少。

早期的研究工作業已表明，膳食纖維的缺乏與不足會引起各種疾病。這個結論現在這樣表述：膳食中足夠數量的膳食纖維會保護人體免遭這些疾病。現在，已不把西方文明病的發病程度專一歸因於某個單獨的食物成分，所以在引入高纖維食品時必須指出它同時是低脂肪的。

在國外，膳食纖維在食品工業中的應用已是一件很普遍的事。膳食纖維的生理功效是明確而肯定的，諸如預防便秘與結腸癌、調節血脂、調節血糖以及減肥等。膳食纖維的不足或缺乏，與現代「文明病」的發病率與發病程度有直接的關係。然而，由於膳食纖維化學成分的高度不專一性，並不是所有的膳食纖維都具備這些功效。

一、膳食纖維的定義

「膳食纖維（dietary fiber）」的概念，是由H．C．Trowell1972年首次引入，用以區別極易令人誤解的「粗纖維（crude fiber）」這一概念。

粗纖維用以描述不能被消化的、吸收的食物殘渣，通常認為粗纖維對人體不具有營養作用，甚至吃多了還會影響人體對食物中營養素，尤其是對微量元素的吸收，對身體不利，一直未被重視。然而，通過一系列的調查研究，特別是近來人們發現，並認識到某些不能被人體消化吸收的「非營養」物質，卻與人體健康密切有關，而且在預防人體某些疾病如冠心病、糖尿病、結腸癌和便秘等方面起著重要作用，與此同時，也認識到「粗纖維」一詞概念已不適用，因而將其廢棄改為膳食纖維。

膳食纖維是一般不易被消化的食物營養素，主要來自於植物的細胞壁，包含纖維素、半纖維素、樹脂、果膠及木質素等。膳食纖維是健康飲食不可缺少的。

膳食纖維主要是以生理功能和分析方法為主來定義的，所包含的組分非常複雜，加之隨著現代科技和食品工業的高速發展，出現了很多具有類似膳食纖維性質的食品成分，如抗性澱粉、寡糖以及菊芋多糖等，使得最初的膳食纖維定義的局限性越來越明顯。隨著人們對膳食纖維重要生理功能的認識，出現了大量的膳食纖維類食品，因此有必要給它一個準確的定義。

1999年11月，在第84屆AACC年會上舉行的專門會議明確了膳食纖維的定義是：

膳食纖維是指能抗人體小腸消化吸收，而在人體大腸能部分或全部發酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相類似物質的總和，包括多糖、寡糖、木質素以及相關的植物物質。膳食纖維具有潤腸通便、調節控制血糖濃度、降血脂等一種或多種生理功能。以上定義明確規定了膳食纖維的主要成分，膳食纖維是一種可以食用的植物性成分，而非動物成分，主要包括纖維素、半纖維素、果膠及親水膠體物質，如樹膠、海藻多糖等組分；另外還包括植物細胞壁中所含有的木質素；不被人體消化酶所分解的物質，如抗性澱粉、抗性糊精、抗性低聚糖、改性纖維素、黏質、寡糖以及少量相關成分，如蠟紙、角質、軟木脂等。

雖然膳食纖維在人體口腔、胃和小腸內不被消化吸收，但大腸內的某些微生物會降解它的部分組成成分(主要是水溶性部分)。從這個意義上說，膳食纖維的凈能量不嚴格等於零。

二、膳食纖維的化學組成和物理特性

    膳食纖維的化學組成包括：

    ①纖維狀碳水化合物(纖維素)；

    ②基質碳水化合物(果膠類物質、半纖維素等)；

    ③填充類化合物(木質素)。

其中，①、②構成細胞壁的初級成分，隨著細胞的生長而生長；③為細胞壁的次級成分，通常是死組織，沒有生理活性。

纖維素是一種植物多糖，它是細胞壁的主要結構物質。

半纖維素是植物細胞壁中除纖維素和木質素之外的另一類重要組分，由於總是與纖維素共同存在於植物細胞壁中而得名。但半纖維素的生成和化學結構與纖維素並沒有關係，它是另一類植物多糖。半纖維素的種類很多，不同種類的半纖維素其水溶性也不同，有的可溶於水，但絕大部分都不溶於水。

從具體的組成成分看，膳食纖維包括阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、半乳聚糖醛酸、阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、糖蛋白、纖維素和木質素等。其中部分成分能夠溶解於水中，稱為水溶性膳食纖維，其餘的稱為不溶性膳食纖維。來源不同的膳食纖維，其化學組成與含量的差異可能很大。   

膳食纖維的物理特性主要是吸水性和吸附性，膳食纖維具有較強的持油、持水能力及增容作用，可以加快腸蠕動的頻率和時間；此外，纖維還有一些其它的功能特性。如良好的感觀特性和咀嚼感，良好的水分散性，增稠穩定功能，超常耐烘烤性等。

三、膳食纖維的種類

按溶解性，膳食纖維可分為水溶性和水不溶性兩大類。水不溶性纖維包括纖維素、木質素、某些半纖維素和殼聚糖等，它們是細胞壁的組成成分；而果膠、瓜爾膠、藻酸鈉、葡聚糖和真菌多糖等則為水溶性纖維，它們主要是植物細胞壁內的貯存物與分泌物。所有植物性食品均含有水溶性纖維和水不溶性纖維，但其水溶性和水不溶性纖維的含量則有很大差異。例如，穀物中水不溶性纖維的含量較高，而水果中水溶性纖維的含量較高，豆類、燕麥和大麥中的水溶性與水不溶性纖維的比例比較均衡。

 穀物纖維

小麥纖維：小麥麩皮含有約45％的膳食纖維，其中以水不溶性膳食纖維居多，在焙烤食品和快餐穀物食品中應用廣泛。

玉米纖維：呈淺黃褐色，氣味很淡，具有怡人的清香，在快餐食品、焙烤食品、穀物食品、膨化食品及肉類食品中都有應用，也可作為湯料、滷汁的增稠劑。

燕麥纖維：其中水溶性纖維含量較高，在降低血清膽固醇和預防心血管疾病方面功效顯著。它最初是在快餐穀物食品中作為配料，發展至今已在餅乾、麵包和甜點心等多種食品中得到了很好的應用，並可望得到進一步發展。

米糠：是一種較好的膳食纖維源，但因米糠油主要由不飽和脂肪酸組成，容易產生怪味而給其應用帶來了很多不利因素。

大麥纖維：以啤酒發酵後的殘渣為原料生產而成，含有67％不溶性纖維、3％可溶性纖維、18.5％蛋白質、6.8％脂肪及4.6％灰分，在低能量焙烤食品中有很好的應用前景。

豆類纖維

豌豆纖維：是以豌豆殼或脫殼後的豌豆為原料加工而成的。以豌豆殼為原料製得的豌豆纖維含75％～80％膳食纖維，色淺而味淡；以脫殼後的豌豆為原料製得的豌豆纖維含47％膳食纖維，具有很好的持水性。使用豌豆纖維的低脂類香腸及餡餅，具有良好的組織結構。豌豆纖維還可用作醬汁及調味品的增稠劑，在乳製品中也有很大的應用潛力。

大豆纖維：是一種優質纖維，一般以豆渣（soybean risidue，SR）為原料提取製得，具有較明顯的降血脂和穩定血糖的作用，很適合用來生產低能量食品，包括低能量的早餐食品、焙烤食品和飲料等。以豆渣為原料，經過特殊的濕熱處理轉化內部成分活化膳食纖維生理功能，再經脫腥、乾燥粉碎，可製得一種乳白色的高品質多功能大豆纖維(multifunctional soybean fiber，MSF)，在減肥、抗病等多方面具有良好的應用前景。此外，從豆類種子中提取出的瓜爾膠、洋槐豆膠和古柯豆膠等，與其他植物膠(如阿拉伯膠、瓊脂等)和微生物多糖一樣均屬於可溶性纖維，具有良好的乳化性與懸浮增稠性。添加入食品中，能提高持水性與保形性，提高冷凍一融化穩定性等，具有廣泛的用途。

果蔬纖維

橘子纖維：水溶性纖維含量高，具有較強的吸水和吸油能力，還有維生素C和Ca、K等礦物元素，以及較高濃度的類黃酮，可用於焙烤食品、穀物食品、沙司、布丁及冷凍點心等食品中。橘子纖維顆粒較粗，易於懸浮，能使冷飲、橘汁等飲料呈現出天然橘子色澤，即使在冷凍狀態下也能保持其外觀質量，可製作如天然果肉般外觀的飲料、果汁(如粒粒橙)等。

甜菜纖維：以甜菜漿汁為原料而製得，色白而味淡，纖維含量74％，其中水溶性纖維24％。持水性很好，吸水率達500％，可應用於焙烤食品、膨化食品、方便食品、布丁、飲料及肉製品中另外，它還可用於湯料、添加量為1％～2％。當纖維粒度小於10mm時，也可用於巧克力。

榨汁回收纖維：在榨汁回收的低水分蘋果纖維和梨纖維中，含有65％～75％的膳食纖維，其中大部分為不溶性纖維，其口味柔和，主要用於焙烤食品和穀物食品中。以榨汁後所剩的殘渣加工而得的胡蘿蔔纖維，風味獨特，很受歡迎。  

其他天然纖維

甘蔗纖維：是以甘蔗製糖後所剩蔗渣為原料製得的，其總膳食纖維含量為85％～90％，其中纖維素、半纖維素和木質素含量分別為40％-～45％、20％～25％和15％～20％。甘蔗纖維的膨脹性好，持水力為500％，生理功能良好。

菊粉：主要由菊芋(Helianthus tuberosus)或菊苣(Chicory)中提取而得，屬於可溶性膳食纖維，同時還是一種天然的油脂替代品。

抗性澱粉：是指被包含在不溶性膳食纖維中的澱粉，可以作為無能量填充劑應用於低能量食品中，是不被健康人體小腸所吸收的澱粉及其分解物的總稱，在自然界廣泛存在。    抗性澱粉可以作為無能量填充劑應用於低能量食品中。同時，它不像膳食纖維那樣易吸收大量水分，因此十分適合於低水分含量的食品中，且不會影響食品的風味和質構。抗性澱粉還有一個優於膳食纖維的顯著特點就是，它可通過一般的製備方法增加人們對抗性澱粉的攝入量。抗性澱粉的一個最主要的缺點就是感官品質較差。但日本已開發出包括麵包、麵條和餅乾等系列的抗性澱粉食品，這些食品具有抗性澱粉的生物功效，但對食品感官無不良影響，較易為消費者接受，具有廣闊的市場前景。

甲殼素(chitin)和殼聚糖(chitosan)：甲殼素又名幾丁質、甲殼質或殼多糖，是自然界第二大豐富的生物聚合物，分布十分廣泛，是許多低等動物特別是節肢動物如蝦、蟹、昆蟲等外殼的重要成分，也存在於低等植物如菌藻類和真菌的細胞壁中，是一種巨大的可再生資源。殼聚糖是甲殼素脫去乙醯基後的產物，現存的技術尚不能將甲殼素完全脫去乙醯基變成100％的殼聚糖，也很難將兩者完全分離開。甲殼素和殼聚糖及由此改性後的衍生物具有比纖維素及其衍生物更加豐富的功能性質，除在食品工業有許多用途外，在醫藥、化工、生物、農業、紡織、印染、造紙、環保等眾多領域具有極其重要的用途。

合成、半合成纖維

葡聚糖：屬於合成或半合成的水溶性纖維，能懸浮固體顆粒，控制黏度，利於膨脹，呈現出奶油狀口感，提高對微波或熱處理的穩定性，改善產品質構以及提高稠度等，應用於冰淇淋、飲料、糕點等多種食品中。此外，葡聚糖還被用作油脂替代品。

四、膳食纖維的生理功效

美國、英國及亞洲學者建議膳食纖維的適宜攝入量是20～35g／d，我國中等能量攝入(10MJ)的成年人膳食纖維適宜攝入量為25～30g／d。對於不同品種的膳食纖維，由於其內部化學組成、結構以及物化特性的不同，在對機體健康的作用及影響方面也有差異，並不是所有的膳食纖維都具備下列所有的生理功能。

無能量、防治肥胖

膳食纖維會減弱小腸內食物之間以及食物與消化酶之間的混合，影響消化吸收。膳食纖維還可減少脂質與膽酸的混合，抑制脂肪的乳化，影響脂質在小腸中的吸收，從而達到防治肥胖的目的。膳食纖維的高持水性及縛水後體積的膨脹性，對胃腸道產生容積作用，並且引起胃排空的減慢，更快產生飽腹感且不易感到飢餓，對於預防肥胖症大有益處。此外，腸腔內的膳食纖維通過對營養素吸收速率和吸收部位的調節作用，而在維持胃腸系統的功能中起重要作用。

雖然膳食纖維號稱無能量，但實際上，雖然膳食纖維在人體口腔、胃和小腸內不被消化吸收，但卻會被結腸內的某些微生物所發酵降解，產生短鏈脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)。其中，乙酸和丙酸可被結腸上皮細胞或末梢組織所代謝，提供能量，而丁酸則是結腸細胞的主要能源物質，因此，從這個意義上來說，膳食纖維的凈能量並不嚴格等於0，但基本為0。例如，大豆纖維、小麥纖維、玉米纖維等的情況都是這樣。

調節血糖水平、防治糖尿病

膳食纖維的缺乏被認為是引起人類糖尿病的重要原因之一，西方人糖尿病發病率高的一個重要原因就在於此。膳食纖維的攝取，有助於延緩和降低餐後血糖和血清胰島素水平的升高，改善葡萄糖耐量曲線，維持餐後血糖水平的平衡與穩定。這一點對於糖尿病患者來說尤為有利，因為改善機體血糖情況，避免血糖水平的劇烈波動，使之穩定在正常水平或接近正常水平範圍內是十分重要的。

調節血脂水平、防治心血管疾病

膳食膽固醇的吸收率與機體血漿膽固醇水平直接相關，膳食膽固醇吸收率下降有利於血漿膽固醇水平的下降。高纖維食品可對高脂食品升高血清膽固醇的作用起到拮抗效果，其根本原因在於膳食纖維可有效降低血脂水平，這已被大量人體和動物試驗所證實。普遍認為，膳食纖維可有效降低血清總膽固醇（TC）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C），但對血清甘油三酯(TG)和高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平的影響卻缺乏比較統一的試驗結果。LDL-C也被稱作致動脈硬化因子，而HDL-C也被稱為抗動脈硬化因子，前者的降低和後者的升高均顯示血脂情況的改善。

調節腸道菌群

機體腸道菌群結構受膳食因素的影響很大，不同膳食結構的人群，其腸內菌群的數量與結構也不盡相同，改變膳食組成即可使現存的微生物菌群比例發生變化。來自小腸的未被消化吸收的膳食纖維進入大腸後，對其中微生物菌群的數量和種類產生重要影響。水溶性膳食纖維由於易被腸道菌群作用，因而影響腸道菌群效果也更為明顯。

某些品種的水溶性膳食纖維(如菊粉)，還是腸道內固有的有益細菌—雙歧桿菌的有效增殖因子，雙歧桿菌在腸道內大量繁殖能夠起抗癌作用。並且，隨著年齡的增大，由於胃腸液分泌量的減少，腸道內的雙歧桿菌活菌數會逐漸減少。雙歧桿菌活菌數的減少被認為是衰老、機體免疫力下降和腫瘤發生的重要原因。

    抑制有毒發酵產物、潤腸通便、防治結腸癌

食物經消化吸收後所剩殘渣到達結腸後，在被微生物發酵過程中，可能產生許多有毒的代謝產物，給人體的健康帶來很多不利影響。膳食纖維對這些有毒發酵產物具有吸附螯合作用，可減少其對腸壁的刺激。並且，膳食纖維酵解產生短鏈脂肪酸，降低腸道pH值，刺激腸道蠕動，也有利於促進有毒物質的迅速排出。

結腸內的腐生菌適於在較高pH值環境中生長，且易產生致癌物質。而膳食纖維在結腸內被一些有益菌所降解後產生短鏈脂肪酸，使結腸腸道內pH值下降，抑制了腐生菌的生長，也減少了致癌物的產生。同時，由於膳食纖維對多種致癌物質有很強的吸附作用，使致癌物質在結腸內的濃度降低，減少了致癌物質對結腸壁的刺激。但同時，膳食纖維還有助於降低結腸內參與生成致癌物質的酶的活性，使結腸腸道內致癌物質的產生量減少。

膳食纖維促進腸道蠕動，縮短了糞便在結腸內的停留時間；同時也增加了糞便的排泄量，使腸道內的致癌物質也得到了稀釋，因此，致癌物質對腸壁細胞的刺激減少，也有利於預防結腸癌。

膳食纖維在結腸中發酵降解產生的短鏈脂肪酸(包括乙酸、丙酸和丁酸)，對防治結腸癌也十分有利。丁酸是這些短鏈脂肪酸中最重要的一種，它可調節結腸細胞的增殖，在預防結腸癌方面具有重要作用。

預防腸憩室和乳腺癌

較多的膳食纖維有助於預防腸憩室。膳食纖維可使糞便體積增大，導致結腸內徑變大，而不易形成憩室。膳食纖維增加糞便含水量和體積，有利於減小腸壁壓力而預防憩室症。若膳食纖維攝人量太少，則糞便干而硬，通過結腸時給腸壁造成很大的壓力，導致結腸環形肌肉乏力而產生一個個小憩室。對於因膳食纖維缺乏而造成的憩室症，補充膳食纖維即可緩解其癥狀。研究表明，小麥纖維對於治療憩室症十分有效。

多次調查發現，儘管危險因素相當，那些大量攝入富含膳食纖維食品的婦女與幾乎不吃這些食品的婦女相比，似乎很少有患乳腺癌的可能。目前對此的解釋是，膳食纖維可能會減少血液中能誘導乳腺癌的雌性激素的比率。

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