功能性食品

目录第一章绪论。 一、功能性食品 二功能性食品基料 三、我国功能性食品的现状 四、对发展我国功能性食品的建议第二章 活性多糖第一节 膳食纤维 一、膳食纤维的化学组成与物化特性 二、膳食纤维的生理功能及在我国开发的必要性 三、膳食纤维与其他营养素的相互关系 四、膳食纤维的主要品种、特性及加工方法 五、膳食纤维在功能性食品中的应用 六、几种膳食纤维食品的加工 七、膳食纤维的分析方法第二节 真菌多搪 一真菌多搪的化学结构及其抗肿瘤活性 二、真菌多搪抗肿涸作用的方式及其与结构的关系 三富合真菌多糖的功能性食品第三节 真菌多糖的深层发酵 一、深层发酵的工艺与设备 二、食用或药用真菌的深层发酵及在功能性食品中的应用 本章主要参考文献 第三章 功能性甜味料（剂） 第一节 功能性单糖一、 功能性单德的物化性质与甜味特性二、 第一节 多不饱和脂肪酸 一、必需脂肪酸的存在与性质 二必需脂肪酸的生理功能 三、作为一种活性成分的Y亚麻酸 四富含多不饱和脂肪酸的功能性油脂 五、多不饱和脂肪酸在功能性食品中的应用 六值得注意的两个问题第二节 油脂替代品 一以脂肪酸酯为基础的油脂替代品 二以碳水化合物为基础的油脂模拟品 三以蛋白质为基础的油脂模拟品 四以油脂替代品在功能性食品(低能量食品)中的应用第三节 磷脂和胆碱 一磷脂和胆碱的化学结构 二磷脂和服碱的物化性质 三、磷脂和胆碱的生理功能 四磷脂的生产 五国外磷脂产品的开发动态 六、磷脂在功能性食品中的应用第五章 自由基清除剂第一节 自由基理论 一、自由基的产生及对机体生命活动的影响 二、自由基与疾病的关系第二节 自由基清除剂 一、自由基清除剂简介 二超氧化物歧化酶的种类、结构与制备 三、超氧化物歧化酶的生理功能 四、超氧化物歧化酶的分析方法 五、富含SOD功能性食品的加工 第六章 维生素 第一节 维生素A 一维生素A的性质、吸收与代谢 二维生素A的生理功能 三维生素A与疾病的关系四维生素A的需要量及在天然食物中的存在五维生素A与胡萝卜素的工业化生产六维生素A在功能性食品中的应用第二节 维生素E 一、维生素E的性质吸收与代谢 二、维生素E的生理功能 三、维生素E与疾病的关系 四、维生素E的需要量及在食物中的存在 五维生素E的工业化生产第三节维生素C 一维生素C的性质、吸收与代谢 二维生素C的生理功能 三维生素C与部分疾病的关系 四维生素C的需要量及在天然食品中的应用 五维生素C的工业化生产 六维生素C在功能体食品中的应用 第七章 微量活性元素 第一节硒 一硒在机体中的吸收与代谢 二硒的生理功能 三硒与疾病的关系 四人体对晒的需求量及硒的来源 五作为功能性食品基料的富硒制品 六几种富硒功能性食品的加工第二节 锗 一锗在机体中的分布与代谢 二功能性单糖的代谢特性 三功能性单糖的制备 四果糖与高果糖浆的比较 五果糖在功能性食品中的应用第二节 功能性低聚搪 一、大豆低聚糖(Soybean oligosaccharide) 二、低聚果糖(Fructooligosaccharide) 三Pa1atinose(帕拉金糖) 四、其他功能性低聚糖第三爷 多元糖醇 一木糖醇(xylitol) 二山梨酶(Sorbito1)和甘露醇(Mannitol)三麦芽糖醇(Maltita1)和氢化淀粉水解物(Hydrogenated Starch Hydrolysate HSH)四乳糖酶(Lactito1)五Palatinit六低聚糖和多元糖酵在功能性食品中的应用第四节 强力甜味剂一糖精(Saccharin)二甜蜜素(Cytlamate)三甜味素(Aspartame)四安赛甜(Acesulfame-K)五二氢查耳酮六嗦吗甜(Thaumatin)七甜菊苷(Stevioside)八甜菊双糖苷(Rebaudioside)九三氯蔗糖十甘草甜素(Glycyrrhizin) 十一强力甜味剂在功能性食品中的应用二具有生理活性的有机锗化合物三有机锗化食物与肿瘤的关系四食品中锗的存在及富锗食品基料的制备五几种富结功能性食品的加工 第三节 镕 一铬在机体中的分布与代谢 二铬的生物功能 三铬与疾病的关系 四人体对铬的需求量及铬在食物中的存在 第八章 活性肽与活性蛋白质 第一节 活性肽 一谷胱甘肽 二其他活性肽 第二节 活性蛋白质 一免疫球蛋白的化学结构 二免疫球蛋白的功能 三、免疫球蛋白的制备与应用 第九章 乳酸菌及其发酵制品 第一节 乳酸菌 一乳酸苗的分类 二乳酸苗的繁殖与生长进程 三乳酸菌的代谢 四乳酸菌的生理功能 第二节 乳酸发酵制品 一酸奶 二乳酸菌饮料 三酸性酪乳 四双歧杆菌发酵制品 五嗜酸乳杆菌发酵制品 第一章 绪 论 人类对食品的要求，首失足吃袍，其次是吃好。当这两个要求都得以满足之后，就希望所摄入的食品对自身健康有促进作用，于是出现了功能性食品。这不仅仅是一种时尚，更重要的是体现了人们消费知识与价值观念的更新。着眼于我们这个世界，空气和水源等污染现象严重加剧，各种恶性疾病(如恶性肿瘤、心脏病、动脉硬化等)发病率上升，这些事实都刺激着人们更加关注自身的健康。因此，目前国内、国际市场上掀起了一股功能性食品的研究与生产热潮，很多专家学者认为它将成为21世纪的主导食品。除营养(一次功能)和感觉(二次功能)之外，还具有调节生理活动(三次功能)的食品，即称为功能性食品。1987年日本文部省在食品功能的系统性解释与展开报告中最先使用了“功能性食品”这一新措词。1989年4月厚生省进一步明确了功能性食品的定义：“其成分对人体能充分显示身体防御功能、调节生理节律以及预防疾病和促进康复等有关身体调节功能的工程化食品”。同时规定功能性食品应符合以下几方面要求： (1)作为食品，由通常使用的原材料或成分构成，并以通常的形态与方法摄取。 (2)属于日常摄取的食品 (3)应标记有关的调节功能据此，那些添加非食品原料或非食品成分(如各种中草药和药效成分)而生产的食品，不属于功能性食品范畴。 关于“功能性食品”的提法，虽尚未得到全世界的公认，但它强调食品的第三功能这一观点却已为全世界所共积。欧美国家所通称的“健康食品(Healthy Food)”或“营养食品(NutritionaI Food)”和我国俗称的“保健食品”，就其所特指的含义与内容均与 “功能性食品”相同或相似。虽然1990年11月14日日本厚生省提出将“功能性食品”改称为“特定保健用食品”，但固我国社会各界人士已普通接受了“功能性食品”这一提法，而对一直沿用至今的“保健食品”这个通俗称谓则从未给出明确和严格的定义，加之，前一段时期又固假冒伪劣产品太多，使得部分消费者对保健食品产生诸多误解和看法，所以本书仍使用“功能性食品”这一名词。目前，欧美国家对功能性食品这一提法也表示赞许，并出现了相对应的“Functional Food”这一新名词。 我国曾有一度流行“疗效食品”这种提法，然而对这个名词也从未下过明确的定义。从市场上宣称为“疗效食品”的产品看，大多都添加了非食品原料或成分，主要是中草药或其浸出液。因此，作者认为不应视之为是“功能性食品”或“保健食品”的另一种称谓，而应将之排除在功能性食品范畴外。 根据功能性食品食用对象的不同，可分为两大类。第一类是日常功能性食品，或称谓日常保健用食品。它是根据各种不同的健康消费群(诸如婴儿、老年人和学生等)的生理特点与营养需求而设计的，自在促进生长发宵或维持活力与精力，强调其成分能充分显示身体防御功能和调节生理节律的工程化食品。对于老年日常功能性食品来说，应符合“四足四低”的要求，即足够的蛋白质、足够的膳食纤维、足量的维生案和足是的矿物元素；低能量、低脂肪、低胆固醇和低钠。对婴儿日常功能性食品来说，应能完美地符合婴儿迅速生长对各种营养素和微量活性物质的要求，促进婴儿健康活该地生长。补充Y亚麻酸和免疫球蛋白的婴 二、功能性食品基料 功能性食品中真正起生理作用的成分，称为生理活性成分，宫含这些成分的物质则称为功能性食品基科或生理活性物质。显然，生理活性物质或功能性食品基料是生产功能性食品的关键。在美国，要求在被认为是“健康食品”的标签上列出起作用的活性成分及具体含量，即使已有几十年的食用历史证实有益于人体健康的食品，若无法提出科学的依据(即确认起作用的活性成分)和取得美国含品与药物管理局(FDA)的认可，也不能在标签或使用说明书上宣称对身体健康的有益作用。 随着科学研究的不断深入，被揭示出的生理活性物质将会越来越多。就目前而言，业已确定的活性物质主要包括以下9大类，具体品种有上百种。 (1)活性多糖包括膳食纤维、抗肿瘤多搪和降血糖多糖等。 (2)功能性甜味料(剂)，包括功能性单糖、功能性低聚糖、多元糖醇和强力甜味剂。 (3)功能性油脂，包括多不饱和脂肪酸、油脂替代品、磷脂和咀碱等。 (4)自由基清除剂，包括非菌类清除剂和菌类清除剂等。 (5)维生素，包括维生素A、维生素E和维生素C等。 (6)微量活性元素，包括硒、镕、铅、麸、铜和锌等。 (7)肤与蛋白质，包括谷肌甘肪、降血压肤、促进钙吸收肤、易消化吸收肤和免疫球蛋白等。 (8)乳酸菌，特别是双歧杆菌等。 (9)其他活性物质，例如二十八烷醇合物、多两类化合物和皂苦等。 由于本书篇幅有限，不可能对上述所有的活性成分都作详纲介绍，而只能根据目前国际范围内本领域研究与应用的具体倩况，对各成分作详略有别的讨论。对降血搪多糖、二十八烷醇、植物甾醇、黄酮类化含物和皂苷等是否属于功能性食品的活性成分尚存在争议，它们长期以来一直是作为药效成分应用在制药工业上，因此本书暂不讨论。还有一些成分，如锌、麸、铜等微量元素和维生素B族等，在各种营养学书籍上已有详细论述，本书也不作讨论。今后根据这方面研究的进展，打算继续撰写续集。我国功能性食品的现状 我国拥有世界上人数最多的包括老年人在内的特殊营养消费群，在国际功能性食品热潮悄然兴起之际，我国的功能性食品工业也在改革开放的大潮中异军突起，其品种之多发展之快在众多商品中名列前茅。据统计，1992年我国各种功能保健食品的种类不下2000种，总销售额近百亿元。近些年来，名目繁多的带保健或功能字头的工厂或公司勿雨后春笋般地涌现出来，许多产品还在国内、国际上夺得金奖。这表明，我国的功能性食品确有了长足的发展，已成为食品工业的一个新兴而又重要的组成部分。但必须特别指出的是，在这功能性食品琳琅满目、繁花似锦的太好形势下，不可避免地出现了一些鱼目混珠、良劳难辨的情况。我国的功能性食品现状，业已出现了许多令人担忧时问题。 首先，对功能性食品缺乏真正的理解。很多人盯着“医食同源”的招牌，混淆了食品与药物的本质，把功能性食品理解成加药食品或食品与药物的中间产物，作者认为这是很不妥当的。食品与药物的本质区别之一体现在是否存在毒副作用，俗话说“七分药三分毒”，药物在治病的同时不可避免地或多或注地带有副作用，这只要翻翻各种中西药大辞典便知。正因为如此，才会有。一天吃几次、一次吃多少”的严格规定，不可按自增加或减少服药量。正常摄食范围内的食品则不能带任何毒副作用，且要满足摄食者心理和生理要求。因为摄食是一种享受，所谓美食家。的，依此生产的高纤维食品就不能认为具备良好纤维的各种生理功能。其他已知的很多活性物质大都也是这样，仅根据产品中所含的成分来推测其生理功能，这属于低级功能性食品。 西方发达国家十分重视健康食品的功能评价，不仅要求有严格的动物与人体实验数据以证实其确具某种生理调节功能，而且还要明确具备该调节功能具体成分的化学结构与含量，只有这样才称得上国际认可的功能性食品。为提高我国功能性食品的总体水平，开展对现有产品生理功能评价工作是一件紧迫而又重要的任务。 第三，有些生产商缺乏科学知识与现代技术，粗制服造，胡乱生产，坑害消费吉。很多生产商，本身还没弄清功能能或保健食品的真正含义，也不管是否具备生产这种产品的技术与条件，而是胡乱地给普通食品中添加些矿物质、维生素或中草药，就堂而皇之地冠上功能或保健食品而面世市场。据统计，我国现有的保健食品厂有半数以上根本不具备科学的生产条件。这个问题如不限期解决，很难使功能性食品沿着健康轨道发展。 第四，不负责任的商业广告铺天盖地，业已成为消费考正确选择功能性食品的一大公害。前一阵子曾出现对锗元素无限夸大的宣传用语，诸如“人类健康的保护神。、“2I世纪的救世锗”或 “中国圣水”等等。还有各种“疾病的克星”、“生命的源泉”、“医学界的伟大革命”、“古老秘方与现代科学的最完美结合”和“宫廷秘方”等不很科学的广告用语频频出现，很需要来一次对广告用语的大清理、大整顿工作。 第五，部分特殊营养消费者缺乏现代营养与食品知识。不能科学地选择产品，而只是进时髦围着广告转，尽力模仿别人的行为与社会的时尚，这也结假冒伪劣产品以可乘之机，由此可见正确的消费引导显得多么的重要。意义就在于此，但绝不会有人认为吃药也是一种享受。食品应满足摄食考的食欲或饱腹感，具备色香味，提供营养物质。然而，目前有一些所谓的保健食品带有明显的怪味，入口令人痛苦不堪，这还能称为食品吗? 所谓“医食同源”，据专家考证原意是说医学起源于生活，医事活动与食事活动有关，仅此而已。若依此将加药食品当作功能性食品提倡人们大力食用，药物中的毒副成分在体内积累，加上特殊营养消费群本来机体就较虚弱，固而对毒副成分的抵抗力差，时间一长很容易出现事与愿违的情况。然而令人遗憾的是，卫生部曾对广东、海南和上海等省市的保健食品的统计表明，有700余种保健食品中加入了党参、热地、杜仲、鱼腥草、锁阳和巴戟等76种中药材，其中极少数是属于被批准为药食两用品，这种情况很令人担忧。 美国食品与药物管理局不久前通过一项药物管理法，决定从1994年1月1日起对中草药进行管制。各种中草药除经严格的动物试验外，还要进行三个阶段的人体试验，这一管制范围包括合中草药的食品添加剂与加工食品。我国对现有各种加药食品，也应采取强有力的措施，以确保国民的健康与安全。 第二，我国现有的功能性食品，大多缺乏功能评价工作仅是根据产品中的某些活性成分来推测其生理功能，这样的产品届于低档产品。现有的科学知识对许多活性成分的了解尚属肤浅，许多已知的活性成分是否具备所宣称的生理功能，尚没有很有力的科学依据。何况有些活性成分，诸如“膳食纤维”或“低聚糖等，属普通名词没有专一性；属于此类的具体物质其化学本质可完全不同，它们的生理功能当然会有区别甚至与所宣称的大相径庭。作者曾对膳食纤维做过长期的研究，结果表明来源不同的纤维品种其功能并不相同。为此，我们首次提出膳食纤维也有个质量问题，就如同蛋白质有质量好坏一样(参见第二章)。据了解，我国有人从一些不常见资源中所提取的纤维其生理功能是很差四、对发展我国功能性食品的建议 近些年来我国的功能性食品确有了长足的发展，有鉴于目前业已出现的许多问题，为保证我国人民的身体健康及功能性食品健康持久的发展，作者认为应切实做好以下几件事情。国家应成立有行政权力的功能性食品权威部门，负责解决我国功能性食品的一切事务，制定一系列系统完整的检验审批手续与相应的法规，使功能性食品的管理进入法制轨道，做到有法可循。 第二，对功能性食品实行严格的食品标示制度。美国FDA于1993年1月6日公告于美国联邦公报(FederalRe9ister，V0158，No3)上的食品标示新法规，突出了“健康”的主题，以扩大消费者选择更有益于健康的食品的机会，促进食品生产公司改进产品的营养品质(参见附录)。我国也应尽快制定出相应的法规制度，以利于功能性食品的生产与消费。第三，现有的功能性食品要进行全面的功能评价工作，存优去伪。对真正的功能性食品要求使用明显的标志以与普通食品严格区分开，以使消费者能够放心大胆地选用。 第四，加强高新技术在功能性食品中的应用研究，重点棚双微胶突枝术、热压重组技术、膜分离技术、C02超临界萃取技术：和小物技术在活件成分提取分离上的应用，加快实现我国功能性食品生产技术的更新，提高产品档次及在国际市场上的竞争力 活性多糖专指具有某种特殊生理活性的多糖化合物，本章要11论的活性多糖包括膳食纤维和真菌多糖两方面的内容。就膳食纤维的定义而言，真菌多糖属于可溶性膳食纤维，促它具有比通常膳食纤维更重要、更明显、更特殊的生理活性。尽管长期以来一直认为史前人主要摄取狩猎和搜寻得到的动物性食物，但近代考古学的研究表明，其食物中也合有大量的高纤维植物性食物。通过对粪化石的分析认为，生活在美洲西部大盆地地区的印第安人的食物中含有25的纤维。约1万年前，建立了最早期的农业社会，人们开始有意识地选搽脂肪和淀粉含量高、纤维含量低的植物。尽管如此，饥饿的人还是经常摄入那些没除去多纤维外壳、种皮的谷物或豆类植物。后来，出现了谷物粗加工工艺，食物朝着精制的方向发展。埃及人最早使用石头磨制食物，再用草线编织的筛网筛出白面粉制成早期的面团食品。在中世纪，有很多年欧洲的谷物持续低产，必须用橡子、树皮、蚕豆、豌豆利坚果等磨成粉混入谷物粉中，此外日常膳食中的蔬菜含量也逐渐增加。但后来随着谷物产量的提高，这些粗制食品又逐渐被抛弃。在这之后的很长一段时间内，人们都是努力从谷物中尽可能干净地除去所含的纤维组分。至19世纪50年代，由于出现了代替笨重石磨的钢磨，同列出现了更精细、更有效的 筛理设备，使生产几乎不合麸皮的精制面柑的目标得以实现。 第一次世界大战期间，部分国家如英国和丹麦政府强制使用高出粉率的小麦粉，以最大限度地利用有限的粮食，可战后又恢复情面粉的生产。第二次世界大战期间，由于物资短缺，麸皮含量较多的黑面包也被强制供应，但战后这种有益的实践又不时兴了 直到20世纪60年代，C1eave和TrowelI等人报道了非洲国家人民由于经常食用高纤维食物，很少出现四方发达国家所谓的“文明病”，Trowell博士第一次列出西方文明病的特征并论证了富含纤维食物的重要性，这才引起人们对纤维的作用的再认识。近二三十年来，由于科研人员的不断努力、新闻媒介的尽力宣传及在大量的事实面前，纤维的重要生理功能在更大范围内为人们所广泛接受。回想这一颇具戏剧性的转变过程，究其原因就在于以前缺乏对纤维本质与功能的认识。人们经常会除去那些不甚了解的东西，如目前对扁桃体和阑尾的看法也是如此。 一、膳食纤维的化学组成与物化特性 长期以来，由于一直沿用过时的极易造成误解的“粗纤维”(Crude fibre)这一概念，极大地妨碍了研究工作的深入开发。1972年，Trowell首次引入“膳食纤维”(Dietary flbre)这一更好的措词，虽然也由于不甚精确而曾受到批驳，但已被国际所通用。l972年，Trowell给膳食纤维所作的定义为：“食物中不被消化吸收的植物成分”。由于这个定义所包括的范围较窄，l976年他重新下了定义，将那些d7被人体消化吸收的多糖类碳水化食物和木质素”统称为膳食纤维。根据这个定义，出于分析上的方便，通常将膳食中的非淀粉类多糖与木质素合称为膳食纤维。在有些情况下，植物中那些不被消化吸收的、含量较少的成分，如糖蛋白、角质、蜡和多酚酯等，也包括个膳食纤继范围内。 虽然膳食纤维是在人体口腔、胃和小肠内不被消化吸收，但人体占肠内的某些微生物仍会降解它的部分组成成知从这个意义上说，膳食纤维的净能量不严格等于零。 (一)膳食纤维的化学组成与化学结构 膳食纤维的化学组成包括三大部分： (1)纤维状碳水化合物(纤维素)。(2)基料碳水化食物(果胶类物质)(3)填充类化合物(木质素)。 其中(1)、(2)为构成细胞壁的初级成分，随着细胞的生长而生长。(3)为细胞壁的次级成分，通常是死组织，没有生理活性。 来源不同的膳食纤维其化学本质差异甚大，但基本组成成分则较相似，相互之间的主要区别表现在各组成成分的相对含量、分子的糖苷键、聚合度以及支链结构方面的差异。下面以谷物和豆类来源的膳食纤维为对象，讨论它们阶化学组成与化学结构。 1纤维素 纤维素是由9毗喃葡萄糖基通过(1-4)糖苷键连接起来的聚合物，其聚合度大约是数千。如图2l所示，纤维素呈伸长的长镁无分支结构，两个稻苦锭之间距离为103A；长链内相邻葡萄糖之间通过05与03、02与06产生氢键作用而增强丁萄聚糖链的刚性与稳定性；葡聚糖链之间的氢锭作用力发生在葡萄糖残基O6上的氢与糖苷键(O1)上氧之间。Manley曾认为纤维素并不以平行长链存在，而是盘绕成螺旋结构，每个螺旋含两个畅萄糖单元。但是这种观点并不为多数人所接受，更多的人仍认为纤维素链是平行排列的，至少大部分是这样的。 由于萄聚糖链内与链间强烈的氢键作用力，纤维素分子在植物细胞壁中呈结晶状的微纤维束（Microfibril）结构单元。但结晶结构并不是连续的，不同结晶间微纤维排列的规律差形成非结晶结构，非结晶结构内的氢键结合力较弱，易被溶剂破坏。纤维 图24 纤维素p葡聚糖链的结构特征素的结晶区与非结晶区之间没有明确的界限转变是逐渐的，结晶区的直径约50-100A、长度在800-1200A之间。 关于微纤维结晶区的结晶结构，人们留用x一衍射法做过细致的研究并提出了数个模型。诸如Meyer和Misch提出的晶胞结构是被普遍接受的一个(见图22)，它显示了纤维素链间的紧密充填和强烈的氢键结合力。在该晶胞结构中有3个长度不等的轴，b轴与a、c轴形成的平面垂直，a、 c轴间夹角84。晶胞内沿a轴方向存在氢键作用力，沿b轴方向分子链由碳氧糖苷键连接，沿c轴方向存在范德华作用力。这三种不同的力使纤维分子链之间结合成结晶状的结构。 2半纤维素 组成谷物和豆类膳食纤维中的半纤维素主要有阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、半乳糖甘露聚糖和 (1-3，1-4)葡聚糖四种。 图22 纤维素结晶结构模型多。框架结构是砒喃木糖通过 (1-4)糖苷键连接的线性主链木糖残基的C2和C3位置上连有取代基，其中最主要的是单一的a呋喃阿拉伯糖，此外a毗喃葡糖醛基及其4O酯也是常见的取代基，团23所示为其特征结构。在小麦纤维中，后两种取代基所占的比例不超过2，但也有人报道为9。此外，小麦纤维阿木聚糖结构中的个重要特征是，其主要木糖残基上C2和C3位 置的取代机会相当 4)图2书 阿拉伯木聚糖的结构特征 阿要聚有水糖溶性和水不溶性两种，两者的区别存在于取代度的不同。一般来说，主链上的取代基越少，分子越呈线性结构，则水溶性越差。用酶或化学方法将原先是水溶性分子的取代基去除掉，则该分子就沉淀析出。 用稀碱从谷物膳食纤维中分级出的阿拉伯木聚糖是一种与蛋白质及多酚类物质组成的复合体。阿拉伯木聚糖、蛋白质通过与酚酸(主要为阿魏酸和香豆酸)活泼羟基团的共价作用而连接起来。以小麦纤维为对象的研究表明，阿魏酸通过与阿拉伯核取代基的O5原子形成酯键从而共价连接于阿拉伯木聚糖上，再通过与半胱氨酸巯基的还原作用或与酪氨酸残基的交联作用而与蛋白质相连接，图24为其结构模型。 图24 阿拉伯木聚糖。蛋白质与阿魏酸的复合模型 木糖葡聚糖是组成豆类纤继中最重要的一种不溶性半纤维素，未发现其存在于小麦或大麦纤维中。其主链结构是由吡喃葡萄糖通过(1-4)糖苷键连接起来的，主麸通过C6分支点连 图26 半乳糖甘露聚糖的化学结构或 (1-4)糖苷键连接而成的线性结构。由于两种糖苷键的相对含量不同导数了共微结构的复杂性，因此有水溶性和水不溶性两种。对从大麦相燕麦中提取出水溶性组分的分析表明，它含有70的 (14)糖苷键和30的 (1- 3)糖苷键。般情况是每隔2-3个 (1-4)键就出现1个(1-3)键，因此也可看作是由(1-3)键连的纤维二糖或四糖聚合物。 3果胶和果胶类物质 果胶是以 (1-4)糖苷键连接的聚半乳糖醛酸为骨架链，主链中连毛(1-2)鼠李糖残基，部分半乳糖醛酸残基经常被甲过酯化。该纳构是通过鼠李糖基的C4位置携带取代基阿拉伯低聚糖、半乳低聚糖或阿拉伯半乳低聚糖。 果胶类物质主要有阿拉伯聚糖、半乳聚糖或阿拉伯半乳聚糖，其中阿拉伯聚糖是由呋喃阿拉伯糖通过(1-5)糖苷键连接成主链，有时通过c3或c2位连有分支。半乳聚糖是由-吡喃半乳糖通过(1-4)键连接而成的线性结构。若此链上通过c3位置连有取代基阿拉伯糖或阿拉伯低聚糖，则成为阿拉伯半乳聚糖。 果胶或果胶类物质均能溶于水，它们在谷物纤维中的含量少，但在豆类及果蔬纤维中含量较高。图27结出存在于大豆纤维巾的阿拉伯半乳聚糖和阿拉伯聚糖的化学结构。果胶能形成凝胶，对维持膳食纤维的结构有重要的作用。 4糖蛋白 纯净膳食纤维中的蛋曰质含最很少，若以专用溶剂分级出来的糖蛋白组分约含14蛋白质。由小麦和大豆纤维中分级出的均属于富含羟脯氨酸的糖蛋白但两者的结构很不一样。 小麦和大豆纤维中糖蛋白的碳水化合物部分均是阿拉伯半乳有取代基吡喃木糖、木糖与阿拉伯糖或甘露糖组成的低聚糖链，结构模型如图25所示。 图24 木糖葡聚糖的化学结构 G1cppDG1cp 在膳食纤维复合结构中，木糖葡聚糖主链葡萄糖残基中，每个仲醇羟基的氧都能作为氢键受体与纤维素锭的葡萄糖残基第6位伯醇羟基的氢形成氢键结合力，但也有人认为木搪葡聚糖还能与果胶类物质发生共价相连作用。作者曾对存在于大豆籽粒中的木糖葡聚糖作过深入的分析，结果表明它通过很强烈的氢键作用与纤维素连接的可能性要大些。 半乳糖甘露聚糖是组成豆类膳食纤维最重要的一种水溶性半纤维素，也是瓜儿胶、大豆皮和豆荚胶质的主要化学组成。其主链结构是由毗喃甘露糖通过 (1-4)糖苷键连接而成，主链上的甘露糖残基通过C5位置与取代基毗喃半乳糖基相连接，如图26所示。 组成大麦和燕麦的膳食纤维中还有一种重要的半纤维素即(1-3，1-4)葡聚糖，它在黑麦、小麦、高梁等谷物纤维中也有少量存在。这种半纤维素的框架结构是由葡萄精通过 (1-3) 固2-7 阿拉伯半乳聚糖和阿拉伯聚糖的化学结构前者肤链与多糖链之间是通过羟脯氨酸与半乳糖残基连接，如图28所示。对于大豆糖蛋白来说，据作者的研究其多糖链与肽链间的连接方式有两种： (1)肽链中含量最多的羟脯氨酸与多糖链中的部分阿拉伯搪残基通过对酸不稳定、对碱稳定的糖苷键连接。 (2)肽链中的丝氨酸与糖链中的部分半乳糖残基间通过对酸稳定对碱不稳定的糖苷键连接。固29为大豆糖蛋白的结构模型。 5木质素 木质素是由松伯醇、芥子醇和对羟基肉桂醇三种单体组成的 图240 木质素的化学结构模型大分子化合物，图210为其结构示意图，有关它的化学本质至今仍未完全弄清楚。已知的木质素化学理论大多是针对木本植物，对草木植物木质素的研究文献很少。 天然存在的木质素大多与碳水化合物紧密结合在一起，很难将之分离开来。作者曾用二甲基亚砜从大豆膳食纤维中分级出木质素多糖复合物，分析表明，它们之间至少存在三种化学连接键： (1)易被碱水解破环的。 (2)易放NaBH4破坏的。 (3)抵抗碱水解的化学键。 (二)膳食纤维的物化特设 膳食纤维的上述化学组成特性，奠定了它的一些独特物化性质。概括地说，其物化特性主要包括以下五个方而。 1很高的持水力 膳食纤维化学结构巾食有很多亲水基固，因此具有很强的持水件。具体的持水能力视纤维的来源不同以及分析方法的不同而不同，变化范围大致在自身重量的1.5-25倍之间。很多研究表明，膳食纤维的持水性可以增加人体排使的体积与速度，减轻直肠内压力，同时也减轻了泌尿系统的压力，从而缓解了诸如膀胱炎、膀胱结石和肾结石这类泌尿系统疾病的症状，并能使毒物迅速排出体外。 2对阳离子有结合和交换能力 膳食纤维化学结构中包含一些羧基和羟基类侧链基团，呈现一个弱酸性阳离于交换树脂的作用，可与阳离子，特别是有机阳离子进行可逆的交换。纤维对阳离子的作用是可逆性的交换，它不是单纯结合而减少机体对离于的吸收，而是改变离子的瞬间浓度，一般是起稀释作用并延长它们的转换时间，从而对消化道的pH值、渗透压以及氧化还原电位产生影响，并出现一个更缓冲的环境以利于消化吸收。当然，膳食纤维也因此必然影响到人体内某 20些矿物质元素的代谢。 3对有机化食物有吸附螯合作用 本世纪60年代开始的许多试验业已表明，由于膳食纤维表面带有很多活性基团，可以螯合吸附胆固醇和胆汁酸之类有机分子，从而抑制了人体对它们的吸收，这是膳食纤维能够影响体内胆固醇类物质代谢的重要原因。同时，膳食纤维还能吸附肠道内的有毒物质(内源性有毒构)、化学药品和有毒医药品(外源性有毒物)等，并促进它们排出体外。 4具有类似填充剂的容积作用 膳食纤维的体积较大，缚水之后的体积更大，对肠道产生容积作用，易引起饱腹感。同时，由于膳食纤维的存在，影响了机体对食物其他成分(可利用碳水化合物等)的消化吸收，人不易产生饥饿感。为此，膳食纤维对预防肥胖症大有益处。 5可改变肠道系统中的微生物群系组成 肠系统中流动的肠液相寄生茵群对食物的蠕动和消化有重要作用。肠道内膳食纤维含量多时会诱导出大量好气菌群采代替原来存在的厌气菌群，这些好气菌很少产生致癌物，比较来说厌气茵产生较多的致癌性毒物。即使有这些毒物产生，也能快速地随膳食纤维排出体外，这是膳食纤维能预防结肠癌的重要原因之二膳食纤维的生理功能及在我国开发的必要性 关于膳食纤维的生理功能，美国的Graham早在1839年和英国的A11inson在1889年就已提出。A11inson认为假如食物中完全不合膳食纤维或麸皮，不但易引起便秘，而且还会引起痔疮、静脉血管曲张和迷走神经痛等疾病。1923年，Kellogg博士论述了小麦麸皮的医疗功能。1936年，英国Dimmock通过自己艰辛销研究认为小麦麸皮对治疗便秘和痔疮是有效的。可是，这些早期的研究工作当时均未得到人们的重视。直到本世纪60年代，在大量的研究事实与流行病调查结果基础上，膳食纤维的重要生理功能才为人们所了解并逐渐得到公认。现在，它已被很多人建议列入继蛋白质、可利用碳水化食物、脂肪、维生素、矿物元素和水之后的第七大营养素，它对人体正常的生理代谢必不可少。 (一)膳食纤维与结肠癌和便秘的关系 现在，对膳食纤维在防治结肠癌与便秘方面的作用已成定论。通常认为，结肠癌是由于某种刺激物或毒物停留在结肠内的时间过长而引起的。食物中膳食纤维含量过少，有毒物质在肠道体留时间过长，就会对肠壁发生毒害作用，并被肠壁所吸收。长此以往，就会诱导结肠癌的发生。 若食物中服食纤维含量较高，进入大肠内的纤维能被肠内细菌部分地、选择性地分解与发酵，从而改变肠内菌群的构成与代谢，诱导大量好气菌的繁殖。水溶性膳食纤维较多地被分解而成为菌体的养分，并使粪便保持一定的水分与体积。微生物发酵生成的低级脂肪酸还能降低肠道pH值，从而促进了有益好气菌的大量繁殖，同时刺激了肠道粘膜，加快了粪便的排泄。水不溶性膳食纤维核细菌所分解的数量较少，但作为肠内异物也能刺激肠粘膜，促进肠内功能正常化。 由于膳食纤维的通便作用，有益于肠道内压的下降，可以预防肠憩室症与便秘，以及长时间便秘而引起的痔疮和下肢静脉曲张。肠内细菌的代谢产物，以及由一次胆汁酸转换成的致癌物脱氧胆汁酸、石胆酸和突变异原物质，随膳食纤维迅速排出体外。这样明显缩短了毒物与肠粘膜的接触时间，起到了预防结肠癌的功效。(二)膳食纤维与冠心病的关系 膳食纤维对预防和改善冠动脉硬化造成的心脏病具有重要的作用，这种作用起固于纤维促进了体内血脂和脂蛋白代谢的正常进行。许多研究业已证实，在脂肪代谢过程中，纤维可通过某种作用起到抑制或延缓胆固醇与甘油三酯在淋巴中的吸收。 膳食纤维能够阻止机体对脂肪的吸收，这首先是因为它能缩短脂肪通过肠道的时间，同时它能吸附胆汁酸并降低胆固醇和甘油三酯消化产物分子团的溶解性。具有粘性的膳食纤维会阻止分子团间小肠吸收细胞表面转移，促使小肠细胞的生理功能和消化酶分泌机能发生变化。 胆固醇的代谢途径主要是通过粪便，而胆汁酸又是胆固醇的代谢产物，为了补充被纤维吸附而排出体外的那部分胆汁酸，就需有更多的胆固醇进行代谢，体内胆固醇含量因此得以显著下降。对这方面普遍的看法是，水溶性膳食纤维对降低胆固醇有明显的影响，而水不溶性膳食纤维的影响则较小或没有。小麦麸皮纤维对人体内胆固醇水平几乎没有影响，而燕麦麸皮中含有的水溶性燕麦纤维对降低血浆胆固醇值有很好的效果。 在通常的膳食条件下，适当增加些膳食纤维的摄入量同时减少对脂肪的摄入，就可减少机体对胆固醇的吸收量，降低体内胆固醇水平，达到顶防与治疗动脉粥样硬化和冠心病。 (三)膳食纤维与糖尿病的关系 西方人糖尿病发病率高，膳食纤维的摄入量太少是一个重要原因。增加膳食中膳食纤维的含量，可以改善末稍组织对胰岛素的感受性，降低对胰岛素的要求，从而达到调节糖尿病患者的血糖水平。 现在，大多数研究者认为，可溶性膳食纤维在降低葡萄糖忍耐试验(Glucose To1erance Test)期间和就餐后的血糖水平是有效的，但对不溶性膳食纤维在降低血糖水平方面的研究结果不甚一致。对膳食纤维的摄入与血浆胰岛素水平的影响问题也存在争议，有些研究表明，在血糖水平降低的同时血浆胰岛素水平也伴随着下降，有些研究则认为情况并不完全是这样。 各种长期或短期的研究部已证实，高纤维膳食对治疗胰岛素依赖型(I型)糖尿病患者是有效的，这方面已不存在争议。但对非胰岛素依赖型(型)糖尿病人来说，情况比较复杂，尚需进一步的证实。 (四)膳食纤维的其他生理功能 除上所述，膳食纤维能增加胃部饱满感，减少食物摄入量，具有预防肥胖症的作用；膳食纤维可减少胆汁酸再吸收量，改变食物消化速度和消化道分泌物的分泌量，可预防胆结石。另外，膳食纤维的缺乏与间歇式疝、阑尾炎、静脉血管曲张、肾结石和膀胱结石、十二指肠溃疡骨盆静脉石(pelvic phleboliths)、痔疮、Crohns疾病和溃疡性结肠炎、胃食道逆流(gastrocsophageal reflux)和深静脉管血栓形成等疾病的发病率与发病程度有很大的关系。摄入高纤维膳食可保护机体免遭这些疾病的侵害。 另外，膳食纤维可能还有抗乳腺癌的作用。科研人员通过多次调查发观，那些大量摄入富含膳食纤维食品的妇女与几乎不吃这些食品的妇女相比，似乎很少有患乳腺癌的可能，尽管危险因素相当。目前对此的解释是，膳食纤维可能会减少血液中能诱导乳腺高的雌性激素的比率。 (五)膳食纤维的质量与日推荐量 膳食纤维也有个质量问题，就如同蛋白质有质量好环一样。各种不同品种的膳食纤维其生理功能是不同的，不能认为凡是膳食纤经就具备上述所有的生理功能。例如水溶性燕麦纤维对降低血清胆固醇效果十分明显，可使冠心病的死亡率减少3，但水不溶性燕麦纤维的这方面功能就要差很多，甚至几乎没有。因此，各研究单位应对自己开发的膳食纤维产品做详细的生物试验后才能确认它是否具有生理活性。据作者了解，有些人从一些罕见资源中所提取的纤维粉其生理功能是很差的，尤其是降血糖与血浆胆固酵方面的效果很差。 关于膳食纤维质量问题，目前在我国人们的认识还很不彻底在这里特别提出，希望能引起有关方面的注意与重视，在选择待开发的膳食纤维资源方面多考虑一些 虽然目前尚未提出明确的日推荐量标准，但有数据表明，每天每千克体重摄入0045一0067g膳食纤维，可保证每天大便一次；有便秘习惯的人每天每千克体重应保证009-011g的膳食纤维。一般认为，正常体重者每天每人必须保证8-25g的膳食纤维数量。 (六)膳食纤维在我国开发的必要性 虽然我国以植物性食物为主食，一般居民不会缺乏膳食纤维。促近些年来，人们的饮食习惯已发生了很大的改变，大中城市特别是经济比较发达的沿海城市，已出现了摄入膳食纤维不足现象，加上脂肪与蔗糖摄入量的增加，肥胖症、糖尿病、动脉硬化、冠心病和恶性肿瘤的发病率有所增加。这些疾病不仅在老年人群中很常见，在中青年人群中也有在增加，更可伯的是少年儿童的成人病发病率有所上升，这种情况应引起我们足够的重视。虽然造成的原因是多方面的，但膳食纤维摄入量的不足是其中一个重要原因。 目前在世界上已有55个国家和地区的人口相继进入老龄化，因此西方发达国家无一例外地把老年食品的研究开发提上议程。有美国，今后10年重点开发的20种食品中有13种与老年食品有关。 高血压。高血脂、动脉硬化、冠心病、糖尿病，便秘和恶性肿瘤等疾病，由于常见于老年人中，故称为老年病。正如前面所述，脂食纤维的缺乏与不足与这些老年病中的绝大多数疾病的发病率与发病程度有很大的关系，膳食中足够数量的膳食纤维会保护老年机体免遭这些疾病的侵害。由此可见，膳食纤维对老年人是非常需要的。我国拥有世界上人数最多的老年人，由此现阶段开发膳食纤维更具必要性与紧迫性。 1993年2月9日，我国国务院颁发九十年代中国食物结构改革与发展纲要指出：由于膳食不平衡或营养过剩而造成的“文明病”已在我国出现，肥胖症，高血脂、冠心病、糖尿病和结肠癌等已成为危害我国人民健康的主要疾病。因此，现阶段开展膳食纤维的研究对提高我国人民的健康水平具有极其深远的现实意义，这绝不是一件可有可无的事。 三、膳食纤维与其他营养素的相互关系 膳食纤维的重要生理功能导致了膳食纤维食品的迅速发展。在食品中，可利用碳水化食物是能量的主要提供者，蛋白质和脂肪是必需氨基酸和必需脂肪酸的唯一来源，矿物质元素和维生素则是人体生理功能的重要调节剂。为此，人们对膳食纤维与这些营养素之间可能的相互关系给予了很大的关注。 (一)膳食纤维与蛋白质 已有少数平衡试验初步揭示了膳食纤维与氮之间可能的相互关系。HarmuthHoene等人用14C标记的蛋白质为示踪物，研究发现添加5的瓜儿胶后，粪便中蛋白氮数量有所增加，尿中氮含量减少而全部氮持留率保持不变，这种氨基酸的转移现象在试验的最初三个月内表现得最为明显。更进一步的研究发现，往膳食中添加10的各种植物胶后，蛋白质的消化率下降了5一10。蛋白质效率生物分析(protein efficiency bioassay)发现，果胶能降低蛋白质的利用。Beames和Eggum进行的一个复杂试验表明，膳食的水平、蛋白质的类型、纤维和淀粉都会影响小鼠体内氮的排泄。Spiller用八种高纤维物质喂养猕猴(pigtailed macaque)，发现有些纤维质物料(如稻壳、燕麦秆、豆壳、榆木茎皮)的添加会使动物粪便中的含氮量直线上升，而Psyllium壳的反应则没有规律，纤维素、角豆胶和果胶的摄入几乎没有影响。 人体试验表明，普通高纤维膳食、高纤维水果蔬菜膳食、高半纤维素膳食和高高梁纤维膳食会使粪便中氮的损失增大。kelsay等人进行的人体试验使用的是四种不同合量的水果与蔬菜，膳食纤维添加范围为每天2-26g，结果发现氮的排出量增加而表观消化率下降。不管是来自水果、蔬菜或谷物壳的纤维，只要膳食中这些纤维合量增加，则粪便中氮的排出量增大，而尿中氮含量下降。 由此可知，膳食纤维确会对氮代谢和氮的生物利用率发生一些影响。但不管粪便中氮含量增加是由于膳食中、肠道分泌物、细菌活性的增加或是所需营养素的增加与否，摄入足够蛋白质所引起的损失是很少的在营养上几乎没有起多大的作用。 (二)膳食纤维与脂肪 Cummings和Losowsky综述了膳食纤维对脂肪代谢的影响，认为纤维会改变脂肪的吸收，各种研究表明，大鼠摄入半纤维素后，小鼠摄入果胶与黑麦皮后，脂肪的排出量明显增加不溶性纤维和可溶性纤维均会影响人体的脂肪代谢，高纤维会减小脂肪的表观消化率。膳食中含有效多的甘蔗渣、燕麦皮、水果、蔬菜、胡萝卜及粗面包和谷物产品时，脂肪的排出量增大。在一个含有水果、蔬菜纤维的脂食试验中，Kelsay发现，随着膳食纤维添加量的增大，粪便中脂肪含量增加，而其表现消化率下降。在另一个研究中，发现麸皮和玉米皮对粪便脂肪排出量的影响不一样，sKBalters的结论认为小麦麸皮会降低脂肪的吸收。但有两个早期的研究认为，摄入多量的小麦麸皮和ispaghula壳对粪便脂肪的排出没有影响。 根据Cummings和Kelsay的实验数据，可以认为粪便中脂肪排出量的增加对脂肪营养学上的影响不是很大，因为脂肪的吸收仍保持在95左右。 (三)膳食纤维与可利用碳水化合物 这方面的研究与文献十分庞大。大多数研究都认为，膳食纤维的添加(特别是可溶性纤维)会改变可利用碳水化合物的吸收。一种解释是纤维会改变物料的粘度，另一种解释是纤维会引起胃排出比率的下降，然而这些是否能用来解释碳水化合物的吸 收因此而下降或延迟，目前仍在争论之中。在讨论物料粘度变化的同时，肠胃中分泌物(hormones)的影响也是存在的。Morgan等人的研宛表明，瓜儿胶的添加会引起饭后血糖值和血清胰岛素水平的下降，G1P(Gastric inhibitory polypeptide胃抑制多肽) 和CLI(Glucagon-like immunoreactivity)约活性也发生变化；而GIP和GLI两者都会刺激胰岛素的释放，从而产生胰岛素的反馈控制。在这个试验中，Morgan