（食品科学专业论文）酶法提取花生粕膳食纤维的研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑兰垦盔些盘堂威其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：睬辉 签字日期： 2 护f 年i 月岁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑宴垦盔些盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权塑皇堡盎些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：陈群 签字日期： 力f 年6 月了日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 砀4 乏甭 签字日期： 励f 年6 月了 电话： 邮编： 摘要 i 1l i ij r lr jfr j p i i ifirfjfjfll y 18 9 7 214 花生粕是以脱壳花生果为原料，经提取油脂后的副产品，为淡褐色或深褐色， 有淡花生香味，形状为小块状或粉末状，含有少量花生壳，目前主要用于饲料加 工。花生粕含有丰富的蛋白质和膳食纤维，具有较高的利用价值，但目前对其的 研究和利用很少。本文以花生粕为原料，研究出一套制备花生粕膳食纤维的加工 工艺，通过单因素试验、正交试验、方差分析和多重比较确定了酶法提取花生粕 膳食纤维的最佳工艺条件及各因素的影响大小顺序。此外还研究了膳食纤维的脱 色工艺和不溶性膳食纤维的物化特性。主要研究内容和研究结论如下： ( 1 ) 0 一淀粉酶的酶解工艺研究：首先采用单因素试验，以淀粉去除率为评价指标 对洳淀粉酶酶量、p h 值、温度和时间进行了探讨，之后进行l 9 ( 3 4 ) 正交试验、方 差分析和多重比较确定弘淀粉酶的酶解工艺最佳条件为：酶量为2 ，p h 值为4 ， 温度为6 0 ，时间为3 0r a i n 。各因素对淀粉去除率的影响主次顺序为p h 值 温 度 时间 酶量。 ( 2 ) 糖化酶的酶解工艺研究：首先采用单因素试验，以淀粉去除率为评价指标对 糖化酶酶量、p h 值、温度和时间进行了探讨，之后进行b ( 3 4 ) 正交试验、方差分 析和多重比较确定糖化酶的酶解工艺最佳条件为：酶量为5 ，p h 值为5 ，温度为 6 0 ，时间为6 0m i n 。各因素对淀粉去除率的影响主次顺序为p h 值 时问 酶量 温度。 ( 3 ) 木瓜蛋白酶的酶解工艺研究：首先采用单因素试验，以蛋白质水解度为评价 指标对木瓜蛋白酶酶量、p h 值、温度和时间进行了探讨，之后进行l 9 ( 3 4 ) 正交试 验、方差分析和多重比较确定木瓜蛋白酶的酶解工艺最佳条件为：酶量为1 1 ， p h 值为7 ，温度为7 0 ，时间为2 0h 。各因素对蛋白质水解度的影响主次顺序为 时间 酶量 温度 p h 。经过上述三种酶的酶解后，可溶性膳食纤维的提取率可 达到7 2 9 ，不溶性膳食纤维的提取率可达到3 7 7 2 ，总膳食纤维的提取率可达 到4 5 0 1 ( 4 ) 膳食纤维的脱色工艺采用h 2 0 2 为脱色剂，在单因素的基础上，以脱色剂浓 度、p h 值、温度和时间为因素，以白度值为评价指标，采用l 9 ( 3 4 ) i - f 交试验设计 膳食纤维的脱色工艺，优化出膳食纤维的脱色条件，结果如下：h 2 q 浓度为1 0 ， p h 值为1 2 ，温度为7 0 ，时间为2 5h ，各因素对膳食纤维的主次顺序为h 2 0 2 浓度 p h 值 温度 时间，此条件下脱色后的膳食纤维白度值为5 5 3 6 。 ( 5 ) 在最佳工艺条件下提取和脱色后的不溶性膳食纤维的物化特性结果如下：在 室温下，不溶性膳食纤维的持水力为8 6 2 ，持油力为1 8 8 ，膨胀力为9 8 m l g 。 关键词：洳淀粉酶；糖化酶；木瓜蛋白酶；膳食纤维；h 2 0 2 s t u d yo ne n z y m ee x t r a c t i o no fd i e t a r yf i b e rf r o mp e a n u tm e a l a u t h o r ：c h e nh u i s u p e r v i s o r ：h ej u n - p i n g m a j o r ：f o o ds c i e n c e a b s t r a c t p e a n u tm e a l si sas i d e - p r o d u c tt h a th a db e e ne x a c t e do i l p e a n u tm e a l sw h i c h c o n t a i n sal i t t l eo fp e a n u t ss h e l li sab r o w nc h u n ko rp o w d e rw h i c hh a sap e r f u m eo f p e a n u t s w h i l et h ep e a n u tm e a li sap r o t e i n - r i c ha n dd i e t a r yf i b e r - r i c h ，i n e x p e n s i v ea n d u n d e r u t i l i z e db y - p r o d u c to ft h ep e a n u ti n d u s t r yt h a to f f e r st h es a m eh e a l t ha n dd i e t a r y b e n e f i t so fp e a n u tw i t hl e s sf a t i nt h i se x p e r i m e n t ，p e a n u tm e aw a st a k e na sr a w m a t e r i a l ，a n dw es t u d i e dt h ee x t r a c t i o np r o c e s so fd i e t a r y f i b e rf r o mp e a n u tm e a lb y s i e v i n g 1 1 1 eo p t i m a lc o n d i t i o n so fd i e t a r yf i b e rw h i c hw e r ee x t r a c t e db yc h e m i c a l m e t h o d sw 舔d e t e r m i n e db ys i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t ，o r t h o g o n a ld e s i g ne x p e r i m e n t , v a r i a n c ea n a l y s i sa n dm u l t i p l ec o m p a r i s o n sa n dt h eo r d e ro ft h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n t f a c t o r sw a sa l s or e s e a r c h e d i na d d i t i o n , s t u d i e so fd i e t a r yd e c o l o r i z a t i o nt e c h n o l o g yo f d i e t a r y f i b e ra n di n s o l u b l e d i e t a r y f i b e rr e t e n t i o n a b i l i t y , o i l - h o l d i n gc a p a c i t y , e x p a n s i b l ec a p a c i t y ( 1 ) t h et e c h n o l o g yo fo t - a l n y l a s ee n z y m o l y s i s ：f i r s t 。as i n g l e f a c t o rt e s tf o rc o n c e n t r a t i o no f a - a m y l a s e 、p h 、t e m p e r a t u r ea n dt i m ew a gd i s c u s s e d , f o l l o w e db yu s eo fl 9 ( 3 o r t h o g o n a l a n a l y s i s 、v a r i a n c et e s tr e s u l t sa n dm u l t i p l e c o m p a r i s o nr e s u l t st od e t e r m i n eo p t i m u m c o n d i t i o nf o rt h et e c h n o l o g yo f a - a m y l a s ee n z y m o l y s i s ：2 c o n c e n t r a t i o no fa a m y l a s e , 4 p hv a l u e ，6 0 ct e m p e r a t u r e ，3 0m i nt i m e ，t h eo r d e ro fi n f l u e n c er e m o v ee f f i c i e n c yo f s t a r c hw a sp h v a l u e t e m p e r a t u r e t i m e c o n c e n t r a t i o no fa - a m y l a s e ( 2 ) 1 1 1 et e c h n o l o g yo 邛- a m y l a s ee n z y m o l y s i s ：f i r s t ，as i n g l e f a c t o rt e s tf o rc o n c e n t r a t i o no f 1 3 - a m y l a s e 、p h 、t e m p e r a t u r ea n dt i m ew a sd i s c u s s e d , f o l l o w e db yu s eo fl 9 ( 3 4 ) o r t h o g o n a l a n a l y s i s 、v a r i a n c et e s tr e s u l t sa n dm u l t i p l ec o m p a r i s o nr e s u l t st od e t e r m i n eo p t i m u m c o n d i t i o nf o rt h et e c h n o l o g yo fi - a m y l a s ee n z y m o l y s i s ：5 c o n c e n t r a t i o no f1 3 一a m y l a s e , 5 p hv a l u e ，6 0 t e m p e r a t u r e ，6 0m i nt i m e ，m eo r d e ro fi n f l u e n c er e m o v ee f f i c i e n c yo f s t a r c hw a sp hv a l u e t i m e c o n c e n t r a t i o no f1 3 - a m y l a s e t e m p e r a t u r e ( 3 ) t h et e c h n o l o g yo fp a p a i ne n z y m o l y s i s ：f i r s t ，as i n g l e - f a c t o rt e s tf o rc o n c e n t r a t i o no f p a p a i n 、p h 、t e m p e r a t u r e a n d t i m e w a s d i s c u s s e d ，f o l l o w e d b y u s e o f l 9 ( 3 斗) o r t h o g o n a la n a l y s i s 、 v a r i a n c et e s tr e s u l t sa n dm u l t i p l ec o m p a r i s o nr e s u l t st od e t e r m i n eo p t i m m nc o n d i t i o n f o rt h et e c h n o l o g yo fp a p a i ne n z y m o l y s i s ：11 c o n c e n t r a t i o no fp a p a i n ，7p hv a l u e ，7 0 c t e m p e r a t u r e ，2 0ht i m e ，t h eo r d e ro fi n f l u e n c eh y d r o l y s i se f f i c i e n c yo fp r o t e i nw a st i m e c o n c e n t r a t i o no fp a p a i n t e m p e r a t u r e p hv a l u e a f t e rt h e t h r e e e n z y m e s h y d r o l y z e d ，t h ee x t r a c t i o nr a t eo fs o l u b l ed i e t a r yf i b e rw a s7 2 9 ，t h ee x t r a c t i o nr a t eo f i n s o l u b l ed i e t a r yf i b e rw a s3 7 7 2 ，t h ee x t r a c t i o nr a t eo f d i e t a r yf i b e rw a s4 5 0 1 ( 4 ) d i e t a r yf i b e rw a sb l e a c h e dw i t hd e c o l o r a n tw a sh 2 0 2 ，b a s e do nt h es i n g l e f a c t o r t e s t ，c o n c e n t r a t i o no fd e c o l o r a n t ，p hv a l u e ，t e m p e r a t u r ea n dt i m ea sf a c t o r s ，w h i t e n e s s d e g r e ew a sa sa ne v a l u a t i o ni n d e x d e s i g n e dat e c h n o l o g ya b o u tb l e a c h i n go fd i e t a r y f i b eb yl 9 ( 3 勺o r t h o g o n a la n do p t i m i z e de x t r a c t i o nc o n d i t i o n s ，t h er e s u l t sw e r ef o l l o w s ： 1 0 c o n c e n t r a t i o no fd e c o l o r a n t ，1 2p hv a l u e ，7 0 t e m p e r a t u r e ，2 5ht i m e t h eo r d e r o fi n f l u e n c ew h i t e n e s sd e g r e ew a sc o n c e n t r a t i o no fh 2 0 2 p hv a l u e t e m p e r a t u r e t i m e b l e a c h e di nt h e s ec o n d i t i o n s ，w h i t e n e s sd e g r e eo f d i e t a r yf i b e rw a s 5 5 3 6 ( 5 ) 1 1 1 ep h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c ss t u d yo fd i e t a r yf i b e re x t r a c t e du n d e r o p t i m a lc o n d i t i o n si n d i c a t e dt h a t ：a tr o o mt e m p e r a t u r e ，r e t e n t i o na b i l i t yo fi n s o l u b l e d i e t a r yf i b e rw a s8 6 2 ，o i l h o l d i n gc a p a c i t yw a s18 8 ，e x p a n s i b l ec a p a c i t yw a s 9 8 m l g k e yw o r d ：a - a m y l 鹪e ；i ；- a m y l a s e ；p a p a i n ；d i e t a r yf i b e r ；, h 2 0 2 目录 1 引言：1 1 1 研究目的和意义1 1 2 国内外研究进展2 1 2 1 花生粕的加工利用与综合开发研究进展2 1 2 2 膳食纤维的研究进展3 1 2 3 存在的主要问题9 1 3 研究内容和技术路线9 1 3 1 研究内容j 9 1 3 2 技术路线9 2 材料与方法：1 1 2 1 材料1 1 2 2 试剂与仪器。1 1 2 2 1 式剂1 1 2 2 2 仪器设备j 1 1 2 3 试验方法1 l 2 3 1 酶法提取花生粕膳食纤维的工艺流程1 1 2 3 2 原料的预处理1 2 2 3 30 1 淀粉酶的酶解工艺研究1 2 2 3 4 糖化酶酶解工艺研究l3 2 3 5 木瓜蛋白酶酶解工艺研究13 2 3 6 膳食纤维的提取1 4 2 3 7 膳食纤维的脱色工艺研究1 4 2 3 8 不溶性膳食纤维的持水力、持油力、膨胀力的测定1 5 2 3 9 理化指标的检测方法15 2 9 1 0 计算公式1 6 3 结果与分析1 7 3 1 花生粕理化指标的检测l7 3 2a 淀粉酶酶解工艺研究1 7 3 2 1 不同的仅淀粉酶浓度对淀粉去除率的影响1 7 3 2 2 不同p h 对淀粉去除率的影响1 7 3 2 3 不同温度对淀粉去除率的影响。j 1 8 3 2 4 不同时间对淀粉去除率的影响1 8 3 2 5a 淀粉酶酶解工艺正交试验结果及分析1 9 3 2 6 仅淀粉酶酶解工艺条件的确定2 2 3 3 糖化酶酶解工艺研究2 2 3 3 1 不同糖化酶酶量对淀粉去除率的影响2 2 3 3 2 不同p h 对淀粉去除率的影响2 3 3 3 3 不同温度对淀粉去除率的影响2 3 3 3 4 不同时间对淀粉去除率的影响一2 4 3 3 5 糖化酶酶解工艺正交试验结果及分析_ 2 4 3 3 6 糖化酶酶解工艺条件的确定2 7 3 4 木瓜蛋白酶酶解工艺研究2 7 3 4 1 不同酶量对蛋白质水解度的影响2 7 3 4 2 不同p h 对蛋白质水解度的影响2 8 3 4 3 不同温度对蛋白质水解度的影响2 8 3 4 4 不同时间对蛋白质水解度的影响2 9 3 4 5 木瓜蛋白酶酶解工艺正交试验结果及分析3 0 3 4 6 木瓜蛋白酶酶解工艺条件的确定3 2 3 5 膳食纤维的脱色工艺研究3 2 3 5 1 不同h 2 0 2 浓度对白度的影响3 2 3 5 2 不同p h 值对白度的影响3 3 3 5 3 不同温度对白度值的影响3 4 3 5 4 不同时间对白度值的影响3 4 3 5 5 膳食纤维脱色工艺正交试验结果及分析3 5 3 5 6 膳食纤维脱色工艺条件的确定3 7 3 6 不溶性膳食纤维的物化特性3 7 4 讨论3 9 4 1a 淀粉酶酶解工艺研究3 9 4 2 糖化酶酶解工艺研究3 9 4 3 木瓜蛋白酶酶解工艺研究4 0 4 4 花生粕膳食纤维的脱色工艺4 0 4 5 不溶性膳食纤维的物化特性的比较4 l 5 结论4 2 参考文献。4 3 在读期间发表学术论文4 6 作者简介。51 致谢5 2 酶法提取花生粕膳食纤维的研究 1 1 研究目的和意义 1 引言 花生是豆科落花生属的一种，俗称花生和黄花生。该属约2 0 余种。一般 认为，花生原产秘鲁和巴西，在秘鲁沿海地带史前废墟中发现大量古代花生， 可追溯到至少公元前5 0 0 年，且美洲最早古籍之一巴西志即已明确记录， 古印第安人称之为“安胡克 。现在中国各地均有种植，主要分布于辽宁、山 东、河北、河南、江苏、福建、广东、广西、贵州、四川等地区。 花生是我国四大油料作物之一，全国种植面积和产量占世界第二位。以山东 省出产最多，约占全国的1 3 。2 0 世纪9 0 年代以来，我国花生生产进入了最快的 发展时期。花生种植面积由1 9 9 6 年的4 5 2 3 万亩，发展到2 0 0 3 年的5 0 5 6 7 万亩； 总产由1 9 9 6 年的1 0 1 3 9 万吨，发展到2 0 0 3 年的1 3 4 2 万吨；单产由1 9 9 6 年的1 8 6 9 公斤亩，发展至2 0 0 3 年的1 9 9 1 公斤亩。从目前的情况看，花生生产还有进一步 发展的趋势1 1 】。预计在2 0 1 5 前后种植面积达到并稳定在2 0 0 0 万公顷，年总产达到 2 0 0 0 万吨的水平。花生中含有2 5 3 6 的蛋白质，含量高于猪肉，营养价值与动 物蛋白相当，不含胆固醇和乳糖，含有8 种人体必需氨基酸，蛋白质消化率高。 目前我国花生加工和综合利用主要用于榨取花生油，大部分花生企业采用的 传统榨油方法是机械压榨法和有机溶剂浸出法，提油后得到的饼粕，由于蛋白过 度变性，营养价值降低而通常作为家畜饲料、肥料或燃料使用，因此，花生膳食 纤维等资源未得到充分利用。而且花生资源相当大的部分是被众多小型榨油厂消 耗掉，由于技术落后，影响了花生营养的开发利用，花生蛋白质资源浪费较大。 我国花生行业的大部分产品都处于初级加工阶段，花生深加工产业极为薄弱。对 于花生粕的综合利用，国内研究报道较少。只要对花生粕进行适当的再加工，我 们便可以变废为宝，获得花生粕膳食纤维等营养价值极高的产品。 花生饼粕中膳食纤维的含量很高，是人类膳食结构中不可缺少的营养成分。 自2 0 世纪8 0 年代以来，日本、欧美一些国家已陆续将膳食纤维作为一种功能性 食品基料，广泛应用于食品工业中，一些“高膳食纤维食品 相继问世。大量临 床医学研究证明：膳食纤维在降低糖尿病和冠心病的发病率，防止结肠癌和直肠 癌，减少肥胖者的发生等方面具有一定的功能，被列为“第七大营养素”。因此，对 花生粕进行膳食纤维的提取具有以下重大意义： ( 1 ) 花生粕综合利用的价值意义 中国是花生生产大国，近年来我国的花生种植面积逐年递增，产量已达1 5 0 0 万吨，位居世界第一位。在我国花生除直接食用外，主要用于榨油，每年在花生 榨油后；可得到约9 0 0 万吨的花生粕，其主要作为饲料，是潜在的膳食纤维资源 而且价格低廉，每吨约2 0 0 0 元钱左右 2 1 。如此大量的花生粕没有得到很好的开发 利用，即使有一定的开发，也没有形成大规模的生产。花生粕生产成本低，变废 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 为宝，对实际生产有一定意义。并且本项目系农产品深加工，综合利用的范畴， 符合党和国家的可持续发展战略【3 】。 ( 2 ) 我国研究开发膳食纤维的必要性。 膳食纤维作为食物中重要的保健成分，随着我国人民生活水平的提高，越来 越受到人们的重视。高蛋白，高脂肪，高糖类食物摄入量的增加，现今我国城市 的现代文明病、现代富贵病日趋严重，而且犯病年龄也日趋年轻化，这即将成为 制约我国高速发展的一个重要影响因素。膳食纤维作为一种重要的功能基料( 生理 活性物质1 已成为此领域的研究重点，我们完全有必要研究开发并推广普及膳食纤 维食品，提高人们对膳食纤维的认识，让人们知道膳食纤维对我们的健康具有极 其深远的意义。 ( 3 ) 花生粕膳食纤维应添加到食品中，可提高食品质量。 膳食纤维在焙烤食品中能改变产品的质构，提高持水力、增加柔软性和疏松 性，防止储存期变质；在肉制品中添加膳食纤维，可保持肉制品中的水分，同时 降低肉制品的热量，制成低热能香肠、低热能火腿、肉汁等肉制品；在面食中加 入膳食纤维，生面团的强度有所降低，但面团煮熟后其强度反而增强。因此，将 膳食纤维添加到食品中，可满足消费者对食品的感官和质量上的要求。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 花生粕的加工利用与综合开发研究进展 ( 1 ) 花生肽饮料产品的开发 花生多肽一般指花生低肽，是花生蛋白经酶水解得到的3 - 6 个氨基酸组成的短 链混合物，相对分子量以低于7 0 0 道尔顿为主，其氨基酸组成与花生蛋白质相似， 其必需氨基酸平衡良好，含量丰富，而且有良好的p h 值和热稳定性【4 羽。王金华 以脱脂花生粕为主要原料，经过浸泡、磨浆，在蛋白酶的作用下，将其分解为低 分子多肽混合物，加入柠檬酸、蔗糖等辅料经科学加工制成天然饮品，具有营养 保健作用。 ( 2 ) 花生粕调味品的开发 花生粕有较浓的鲜味，可用于开发风味食品或作为食品天然鲜味添加剂。英 国北爱尔兰农产品加工公司在1 9 9 9 年就用榨油后的花生粕生产食用鲜昧剂获得成 功。其工艺方法是：用盐酸将粉碎后的花生粕浸泡，再用氢氧化钠调节p h 值至中 性，将滤液浓缩，并加入微量的磷酸苷、半胱氨酸、葡萄糖和鸡油，然后在1 1 0 下加热干燥，得到粉状产品，其鲜昧度比普通味精更高，且节约大量粮食原料。 ( 3 ) 花生粕发酵食品的开发 花生粕具有促进微生物生长发育和代谢之功能，它能促进双歧杆菌的发酵， 还能促进乳酸菌、霉菌及其它菌类的增殖，也能促进面包酵母充气作用。经过花 生榨油副产物再利用，及发酵风味的改变，通过优化组合和特殊工艺进行加工， 开发具备营养、风味、安全、符合一定消费者的需求等特点的产品。因此，花生 2 酶法提取花生粕膳食纤维的研究 粕发酵食品应用范围广泛，如生产酸奶、干酪、醋、酱油和发酵火腿等【_ 凡8 1 。 ( 4 ) 食品营养强化的花生粕制品 花生粕作为改善膳食结构的蛋白质的良好来源，在小肠粘膜被机体吸收利用。 因此，可以利用低肽食品为那些通常饮食不能充分满足蛋白质需要的特殊人群， 如运动员、婴幼儿及老年人等补充蛋白质。同时，蛋白质在酶的催化下可应用于 老年市场新型营养强化、营养补充食品【9 】。 1 2 2 膳食纤维的研究进展 1 2 2 1 膳食纤维的定义 在2 0 世纪5 0 年代，h i p s l e y i l o 】首先提出，膳食纤维是指一种不能被人体的消 化酶所消化，也不能被小肠吸收的以多糖为主体的高分子物质的总称，它是由半 纤维素、纤维素、木质素及果胶、树胶、粘质等组成，是食物中有一定生理功能 的化学成分。1 9 7 4 年又重新定义为“抗人体消化酶水解的植物组分 。随着研究的 不断深入，近年来又提出了将另外一些存在于动植物和微生物体内及人工合成或 半合成的不可消化的物质归入到膳食纤维。例如植物细胞壁的蜡、角质和不能被 消化的细胞壁蛋白质。还有一些非细胞壁的化合物，包括抗性淀粉以及动物来源 的抗消化物质。这些物质在人类食品中含量虽少，然而却可能具有生理学活性。 因此，很难从传统的膳食纤维所具有的生理活性中将这类物质的作用区分开来。 1 9 9 9 年1 1 月2 日，膳食纤维定义工作委员会和国际生命科学院对膳食纤维的定义 进行了讨论，膳食纤维被定义为“凡是不能被人体内源酶消化吸收的可食性植物 细胞、多糖、木质素以及相关物质的总和，【1 1 】。2 0 0 4 年，食品法典委员会提出d f ( d i e t a r yf i b e r ) 是指小肠内不能消化吸收，聚合度不小于3 ( 或1 0 ) 的碳水化合物 聚合物。d f 通常具有降低餐后血糖或胰岛素水平等特性【1 2 】。 1 2 2 2 膳食纤维的分类 ( 1 ) 根据溶解性分类 根据溶解性不同的分类：膳食纤维可分为可溶性纤维( s o l u b l ed i e t a r yf i b e r ，s d f ) 和不溶性纤维( i n s o l u b l ed i e t a r y f i b e r , i d f ) n 大类【l3 1 。s d f 主要有抗性寡糖、抗性糊 精、改性纤维素、合成多糖以及植物胶体等。s d f 吸水膨胀，使原有的体积和质 量增大，形成凝胶状物质，在食品中主要起胶凝、增稠和乳化的作用【1 4 1 。i d f 主 要包括纤维素、半纤维素和木质素等，在食品中主要起填充作用。i d f 能吸收水分， 软化粪便，增加粪便的体积，能刺激肠的蠕动，加速排便，以减少粪便中有害物 质与肠道接触的时间，降低患肠癌的概率。 ( 2 ) 根据来源分类 根据膳食纤维的来源将其分为植物性来源( 纤维素、半纤维素、木质素、半 乳甘露聚糖、阿拉伯胶等) ；动物性来源( 甲壳糖、壳聚糖、胶原等) ；微生物来 3 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 源【1 5 】( 黄原胶、b 葡聚糖、羧甲基纤维素等) 。 ( 3 ) 根据在大肠内的发酵程度分类 膳食纤维可被人体大肠内的菌群所发酵，但不同的膳食纤维被发酵的程度不 一样，可分为部分发酵类纤维和完全发酵类纤维【1 6 】。部分发酵类纤维包括：纤维 素、半纤维素、木质素、植物蜡和角质等；完全发酵类纤维包括：b 葡聚糖、果胶、 瓜尔豆胶、阿拉伯胶、海藻胶和菊粉等。一般来说，完全发酵类纤维多属s d f ， 而部分发酵类纤维多属i d f 。但也有一些例外，如羧甲基纤维素，它虽然易溶于水， 但几乎不被大肠内菌群所发酵。 1 2 2 3 膳食纤维的主要组成成分 ( 1 ) 纤维素 纤维素大分子的基环是d 葡萄糖以p 1 ，4 糖苷键组成的大分子多糖，是 植物细胞壁的主要成分【1 1 7 1 。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界 碳含量的5 0 以上。常温下，纤维素既不溶于水，又不溶于一般的有机溶剂， 如酒精、乙醚、丙酮、苯等。它也不溶于稀碱溶液中。因此，在常温下，它 是比较稳定的，这是因为纤维素分子之间存在氢键力。在一定条件下，纤维 素与水发生反应。反应时氧桥断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变 成短链分子，直至氧桥全部断裂，变成葡萄糖【1 8 】。 ( 2 ) 半纤维素 半纤维素是植物细胞壁中与纤维素紧密结合的几种不同类型多糖混合物。这 些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等【1 9 1 。半纤维素木 聚糖在木质组织中占总量的5 0 ，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接， 这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。半纤维素的种类很多，不同种类的 半纤维素其溶解性也不相同，其溶解情况通常为支链越多则溶解性越好【2 0 1 。半纤 维素的聚合度较低，容易吸水膨胀【2 1 1 。在食品工业中常用作食品粘合剂、增稠剂、 稳定剂、水凝胶等。 ( 3 ) 果胶 植物中的一种酸性多糖，是细胞壁中一个重要组分。最常见的结构是仅1 4 连 接的多聚半乳糖醛酸【2 2 1 。此外，还有鼠李糖等其他单糖共同组成的果胶类物质【2 3 】。 它通常为白色至淡黄色粉末，稍带酸味，具有水溶性，工业上即可分离，其分子 量约5 万毋0 万，主要存在于植物的细胞壁和细胞内层，为内部细胞的支撑物质。 在食品上作胶凝剂，增稠剂，稳定剂，悬浮剂，乳化剂，增香增效剂，并可用于 化妆品，对保护皮肤，防止紫外线辐射，治疗疮口，美容养颜都存一定的作用【2 4 1 。 ( 4 ) 木质素 木质素是由四种醇单体( 对香豆醇、松柏醇、5 羟基松柏醇、芥子醇) 形成的 一种复杂酚类聚合物。木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的 作用。在植物组织中具有增强细胞壁及黏合纤维的作用。其组成与性质比较复杂， 4 酶法提取花生粕膳食纤维的研究 并具有极强的活性。不能被动物所消化，在土壤中能转化成腐殖质。如果简单定 义木质素的话，可以认为木质素是对羟基肉桂醇类的酶脱氢聚合物。它含有一定 量的甲氧基，并有某些特性反应【2 5 1 。 ( 5 ) 抗性淀粉 抗性淀粉是在人的小肠内不能被吸收的淀粉及其分解产物。过去一直认为淀 粉是可以完全消化的，然而现在已知有一部分淀粉在小肠的下部仍不能被消化， 而是在肠内被发酵，这类抗性淀粉分为三种：r s l ：此类淀粉的颗粒被食物的一 些成分包裹，影响消化酶直接接触，因而延迟了消化的进程。r s 2 ：此类淀粉是 一些生淀粉粒，如马铃薯、青香蕉所含的淀粉，此类淀粉不被”淀粉酶消化。 r s 3 ： 类淀粉是变性淀粉。直链和支链淀粉在经过烹煮或糊化处理而变性。 1 2 2 4 膳食纤维的物化性质 ( 1 ) 高持水性 膳食纤维化学结构中含有很多亲水基团，因此具有很强的持水力【2 6 1 。不同原 料的膳食纤维因为化学组成、结构及物理性质不同，持水力也不同。不同的测定 方法，对膳食纤维的持水力的数值也有一定影响。膳食纤维的持水性可以增加人 体排便的体积与速度，使直肠内的压力减小，同时也减轻了泌尿系统的压力，从 而缓解了诸如膀胱炎、肾结石等疾病的症状，并能使毒物迅速排出体外【2 7 2 8 1 。 ( 2 ) 吸附作用 膳食纤维表面的活性基团与人的生理功能有密切关系，据研究报告，膳食纤维 可以吸附螯合胆固醇、胆汁酸、肠道内的有毒物质、化学药品和有毒医药品等有 机化合物【2 9 】。一般认为，膳食纤维通过静电相互作用、氢键、疏水相互作用螯合 有机物。酸性条件下，膳食纤维对胆汁酸的结合最多，随p h 值增加则结合力下降。 肠腔内，膳食纤维与胆汁酸的作用可能是静电力、氢键力或者疏水键的相互作用， 其中氢键力结合可能是主要的作用形式【3 0 】。 ( 3 ) 阳离子交换作用 膳食纤维化学结构中所包含的羧基、羟基和氨基等侧链基团，可与阳离子尤 其是有机阳离子进行可逆的交换。它能与肠道中的全n a 、k 进行交换，促使尿液 和粪便中排出n a 以及k ，可降低血液中的n a k 比，产生降血压的作用【3 1 1 。而且， 膳食纤维的阳离子的交换作用会影响机体对某些矿物元素的吸收【3 2 1 。 ( 4 ) 发酵作用 膳食纤维不能被小肠的水酶降解，也不易消化吸收但是，在大肠中由于微 生物的作用会发生不同程度的发酵作用，产生具有重要生理意义的丙酮、乙酸和 丁酸等短链脂肪酸【3 3 】。来源不同的膳食纤维，其发酵性也不相同，水果、蔬菜类 纤维比麦谷类纤维容易发酵。多糖的发酵性引起的生理变化有三方面：一是产生 的短链脂肪酸直接参与代谢作用；二是大肠内p h 值降低可导致微生态环境的变 化；三是细菌的繁殖直接增加分辨排泄量，促进肠道畅通。 5 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 ( 5 ) 无能量填充剂 膳食纤维吸水膨胀后体积变大，在肠胃道中会发挥填充剂的容积作用，易引 起饱腹感。同时，由于膳食纤维还会影响可利用碳水化合物等成分在肠内的消化 吸收，也使人不易产生饥饿感【州。所以，膳食纤维在预防肥胖症中可以发挥较大 的作用。 ：； 1 2 2 5 膳食纤维的生理功效 ( 1 ) 无能量、防止肥胖 膳食纤维组分含有较少的脂肪、淀粉等能源物质，摄入充量的膳食纤维具有 一定的减肥功效膳食纤维进入机体吸水膨胀产生高粘度的胶体溶液，可以有效地 抑制糖延缓餐后血糖水平的升高【3 5 1 。同时，这种高粘度的胶体溶液可以增加胃的 饱腹感，延长胃排空的时间，进而减少机体对食物的摄入，抑制肥胖。另外，膳 食纤维可以与脂肪酸结合，使其不被肠道吸收，直接排泄，有效地抑制肥胖症的 发生【3 6 1 。 ( 2 ) 调节血糖水平、防治糖尿病 膳食纤维的降糖机制比较复杂，目前还未完全清楚。一般认为，膳食纤维增 加胃内容物的满度，降低胃排空速率，影响葡萄糖的吸收。胃排空速率的降低与 餐后血糖水平的降低显著相关。由于膳食纤维的持水性和膨胀性，在肠道内干扰 了可利用碳水化合物与消化酶之间的有效混合和作用，降低了可利用碳水化合物 的消化率p 7 】。并且，膳食纤维促进肠道蠕动，使食物在肠道内的消化和吸收时间 变短，也影响y d , 肠对葡萄糖的吸收【3 8 】。 ( 3 ) 调节血脂水平、防治心血管疾病 体积摄入的膳食纤维在肠道内吸水膨胀，产生高粘度的胶体溶液可以吸附和 螯合脂肪、胆固醇，进而有效地降低机体对胆固醇的吸收，从而降低血浆胆固醇 的含量【3 9 】。主要作用机理包括吸附肠腔内胆汁酸，减少胆汁酸的重吸收，阻断 胆固醇的肠肝循环；降低膳食胆固醇的吸收率；被大肠内细菌发酵降解，所 产生的短链脂肪酸对肝脏胆固醇的生物合成可能有抑制作用【删。 ( 4 ) 调节肠道菌群 膳食纤维能够被结肠内某些细菌酵解，产生短链脂肪酸，使结肠内p h 值下降， 影响结肠内微生物的生长和增殖，促进肠道有益菌的生长和增殖，而抑制肠道内 有害腐败菌的生长并减少有毒发酵产物的形成。 ( 5 ) 抑制有毒发酵产物、润肠通便、防治结肠癌 膳食纤维在结肠中能够发酵降解产生短链脂肪酸( 乙酸、丙酸和丁酸) ，对防 治结肠癌十分有利，则结肠癌的发病率较低f 4 l 4 2 1 。一般认为膳食纤维防治结肠癌 的机理有以下几点：抑制腐生菌的生长，结肠中一些腐生菌能产生致癌物质， 而肠道内一些有益的微生物则能产生短链脂肪酸，这类脂肪酸特别是乙酸能抑制 腐生菌的生长。减少次生胆汁酸的产生，胆汁中的胆酸和鹅胆酸可被细菌代谢 6 酶法提取花生粕膳食纤维的研究 为次生胆汁酸石胆酸和脱氧胆酸，这两者都是致癌物和致突变物。膳食纤维束缚 胆酸和次生胆汁酸，将其排出体外，因此可大大降低结肠中次生胆汁酸的含量。 减少致癌物质与结肠的接触机会，膳食纤维能促进肠道蠕动，增加粪便体积， 缩短排空时间，从而减少致癌物与结肠接触的时间。产生丁酸抑制肿瘤细胞的 生长繁殖，诱导肿瘤细胞向正常细胞转化，并控制致癌基因的表达。清除自由 基，研究表明自由基参与癌症的形成。目前研究表明可溶性膳食纤维中的酸性多 糖对氢氧及超氧基自由基均有较强的清除能力【4 3 1 。 ( 6 ) 预防肠憩室和乳腺癌 在平时的饮食起居中，吃膳食纤维含量较多的食物有助于预防肠憩室。膳食 纤维增加粪便含水量和体积，导致结肠内径变大，不易形成肠憩室，结肠内径较 大，其分段情况比狭窄的结肠更