第三章 活性多糖 本章要点 膳食纤维的定义与分类 膳食纤维的化学组成与物化性质 膳食纤维的生理功能 膳食纤维的副作用 膳食纤维的加工、应用及推荐摄入量 真菌多糖的物理性质与功效的关系 真菌多糖的生理功能 多糖是由糖甙键连接起来的醛糖或酮糖组成的天然大分子。多糖是所有生命有机体的重要组成成分并与维持生命所必需的多种功能有关，大量存在于藻类、真菌、高等陆生植物中。具有生物学功能的多糖又被称为“生物应答效应物”(biological response modifier，BRM)或活性多糖（active polysaccharides）。很多多糖都具有抗肿瘤、免疫、抗补体、降血脂、降血糖、通便等活性。 第一节 膳食纤维 一、膳食纤维的定义与分类 （一）膳食纤维的定义 1. 膳食纤维的定义 膳食纤维(Dietary fiber)这一名词是在1972年，Trowell等人在测定食品中各种营养成分时给出了膳食纤维的定义，即食物中不被消化吸收的植物成分。1976年TroweII博士又将膳食纤维的定义扩展为“不被人体消化吸收的多糖类碳水合物和木质素”。主要是指那些不被人体消化吸收的多糖类碳水化合物与木质素，以及植物体内含量较少的成分如糖蛋白、角质、蜡等。 1979年第93届美国职业分折化学家学会(AOAC)年会上Prosky和Harland提出，希望能统一膳食纤维的定义和分类方法，同时为了营养改良及食品标签而定量膳食纤维的目的，他也着手从事于符合膳食纤维定义的分析方法的统一工作。并听取了世界范围内100多位科学家的意见。1981年在加拿大渥太华进行的春季工作会议上，按照Trowell等在l976年提出的定义，就膳食纤维定量方法达成共识。其中Asp、Furda和Schweizer等提出的测定方法被认为是较好的研究方法，在Prosky的倡导下，这些研究者(包括Devries和Harland)建立了一种适合国际间合作研究的简单方法，约有29个国家的43个实验室成功地完成这项研究。这种方法被AOAC首次采纳作为测定总膳食纤维的方法(AOAC985.29食品中总膳食纤维的酶—重量法)。基于同样成功的实验室间的合作研究，同年美国谷物化学家学会(AACC)也采纳了该方法(AACC32-05)。 1999年7月26日IFT(the Institute of Food Techno1ogists)年会在芝加哥就膳食纤维的定义举行了专门的论坛；1999年11月2日在84th AACC年会上举行专门会议对膳食纤维的定义进行了讨论。 膳食纤维定义为“凡是不能被人体内源酶消化吸收的可食用植物细胞、多糖、木质素以及相关物质的总和”。这一定义包括了食品中的大量组成成分如纤维素、半纤维素、木质素、胶质、改性纤维素、粘质、寡糖、果胶以及少量组成成分如蜡质、角质、软木质。AOAC985.29／AACC32-05，AOAC991.43／AACC32-07法被作为—种事实上的定义方法。 膳食纤维的测定方法可分为两大类即重量法和化学法。 重量法较简单，主要测定总膳食纤维、可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。重量法中目前应用较多的是酶法。一般分别用AACC32-07、AACC32-06方法测定总膳食纤维、可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。 化学法则可定量地测定其中每一种中性糖和总的酸性糖(糖醛酸)，还可单独测定木质素。但化学法受仪器设备制约，因而不适用于常规的膳食纤维分析。 总之，目前膳食纤维的定义与测定方法之间仍然存在一定的差距，包含所有膳食纤维组成成分的测定方法有待于进一步建立。 2.膳食纤维与粗纤维的区别 不同于常用的粗纤维(Crude fiber)的概念，传统意义上的粗纤维是指植物经特定浓度的酸、碱、醇或醚等溶剂作用后的剩余残渣。强烈的溶剂处理导致几乎100%水溶性纤维、50%～60%半纤维素和10％～30％纤维素被溶解损失掉。因此，对于同一种产品，其粗纤维含量与总膳食纤维含量往往有很大的差异，两者之间没有一定的换算关系。 虽然膳食纤维在人体口腔、胃、小肠内不被消化吸收，但人体大肠内的某些微生物仍能降解它的部分组成成分。从这个意义上说，膳食纤维的净能量并不严格等于零。而且，膳食纤维被大肠内微生物降解后的某些成分被认为是其生理功能的一个起因。 （二）膳食纤维的分类 膳食纤维有许多种分类方法，根据溶解特性的不同，可将其分为不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维两大类。不溶性膳食纤维是指不被人体消化道酶消化且不溶于热水的那部分膳食纤维，是构成细胞壁的主要成分，包括纤维素、半纤维素、木质素、原果胶和动物性的甲壳素和壳聚糖，其中木质素不属于多糖类，是使细胞壁保持一定韧性的芳香族碳氢化合物。水溶性膳食纤维是指不被人体消化酶消化，但溶于温水或热水且其水溶性又能被4倍体的乙醇再沉淀的那部分膳食纤维。主要包括存在于苹果、桔类中的果胶，植物种子中的胶，海藻中的海藻酸、卡拉胶、琼脂和微生物发酵产物黄原胶，以及人工合成的羧甲基纤维素钠盐等。 按来源分类，可将膳食纤维分为植物来源、动物来源、海藻多糖类、微生物多糖类和合成类。 植物来源的有：纤维素、半纤维素、木质素、果胶、阿拉伯胶、愈疮胶和半乳甘露聚糖等；动物来源的有：甲壳素、壳聚糖和胶原等；海藻多糖类有：海藻酸盐、卡拉胶和琼脂等；微生物多糖如黄原胶等。 合成类的如羧甲基纤维素等。其中，植物体是膳食纤维的主要来源，也是研究和应用最多的一类。 中国营养学会将膳食纤维分为：总的膳食纤维、可溶膳食纤维和水溶膳食纤维、非淀粉多糖。 二、膳食纤维的化学组成与物化性质 （一）膳食纤维的化学组成 膳食纤维的化学组成包括三大类： ①纤维状碳水化合物(纤维素)。 ②基质碳水化合物(果胶类物质等)。 ③填充类化合物(木质素)。 其中，①、②构成细胞壁的初级成分，通常是死组织，没有生理活性。来源不同的膳食纤维，其化学组成的差异可能很大。 1.纤维素 纤维素是β-Glcp(吡喃葡萄糖)经β-(1→4)糖苷键连接而成的直链线性多糖，聚合度大约是数千，它是细胞壁的主要结构物质。在植物细胞壁中，纤维素分子链由结晶区与非结晶区组成，非结晶结构内的氢键结合力较弱，易被溶剂破坏。纤维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。不同来源的纤维素，其结晶程度也不相同。 通常所说的“非纤维素多糖”（Noncellulosic polysaccharides）泛指果胶类物质、β-葡聚糖和半纤维素等物质。 2.半纤维素 半纤维素的种类很多，不同种类的半纤维素其水溶性也不同，有的可溶于水，但绝大部分都不溶于水。不同植物中半纤维素的种类、含量均不相同，其中组成谷物和豆类膳食纤维中的半纤维素有阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、半乳糖甘露聚糖和β-(1-3,1-4)葡聚糖等数种。 3.果胶及果胶类物质 果胶主链是经α-(1→4)糖苷键连接而成的聚GalA(半乳糖醛酸)，主链中连有(1→2)Rha(鼠李糖)，部分GalA经常被甲基酯化。果胶类物质主要有阿拉伯聚糖、半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖等。果胶能形成凝胶，对维持膳食纤维的结构有重要的作用。 4.木质素 本质素是由松柏醇、芥子醇和对羟基肉桂醇3种单体组成的大分子化合物。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。木质素没有生理活性。 (二)膳食纤维的物化特性 从膳食纤维的化学组成来看，其分子链中各种单糖分子的结构并无独特之处，但由这些并不独特的单糖分子结合起来的大分子结构，却赋予膳食纤维一些独特的物化特性，从而直接影响膳食纤维的生理功能。 1.高持水力 膳食纤维化学结构中含有很多亲水基团，具有很强的持水力。不同品种膳食纤维其化学组成、结构及物理特性不同，持水力也不同。 膳食纤维的持水性可以增加人体排便的体积与速度，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.吸附作用 膳食纤维分子表面带有很多活性基团，可以吸附螯合胆固醇、胆汁酸以及肠道内的有毒物质(内源性毒素)、化学药品和有毒医药品(外源性毒素)等有机化合物。膳食纤维的这种吸附整合的作用，与其生理功能密切相关。 其中研究最多的是膳食纤维与胆汁酸的吸附作用，它被认为是膳食纤维降血脂功能的机理之一。肠腔内，膳食纤维与胆汁酸的作用可能是静电力、氢键或者疏水键间的相互作用，其中氢键结合可能是主要的作用形式。 3.对阳离子有结合和交换能力 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，可产生类似弱酸性阳离子交换树脂的作用，可与阳离子，尤其是有机阳离子进行可逆的交换，从而影响消化道的pH、渗透压及氧化还原电位等，并出现一个更缓冲的环境以利于消化吸收。 4.无能量填充剂 膳食纤维体积较大，遇水膨胀后体积更大，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，使人不易产生饥饿感。所以，膳食纤维对预防肥胖症十分有利。 5.发酵作用 膳食纤维虽不能被人体消化道内的酶所降解，但却能被大肠内的微生物所发酵降解，产生乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸，使大肠内pH降低，从而影响微生物菌群的生长和增殖，诱导产生大量的好气有益菌，抑制厌气腐败菌。 不同种类的膳食纤维降解的程度不同，果胶等水溶性纤维素几乎可被完全酵解，纤维素等水不溶性纤维则不易为微生物所作用。同一来源的膳食纤维，颗粒小者较颗粒大者更易降解，而单独摄入的膳食纤维较包含于食物基质中的更易被降解。 膳食纤维的发酵作用由于好气菌群产生的致癌物质较厌气菌群少，即使产生也能很快随膳食纤维排出体外，这是膳食纤维能预防结肠癌的一个重要原因。另外，由于菌落细胞是粪便的一个重要组成部分，因此膳食纤维的发酵作用也会影响粪便的排泄量。 6.溶解性与粘性 膳食纤维的溶解性、粘性对其生理功能有重要影响，水溶性纤维更易被肠道内的细菌所发酵，粘性纤维有利于延缓和降低消化道中其他食物成分的消化吸收。 在胃肠道中，这些膳食纤维可使其中的内容物粘度增加，增加非搅动层(unstirred layer)厚度，降低胃排空率，延缓和降低葡萄糖、胆汁酸和胆固醇等物质的吸收。 三、膳食纤维的生理功能 关于膳食纤维的生理功能，美国Graham早在1839年和英国的Allinson在1889年就已提出，Allinson认为假如食物中完全不含膳食纤维或麸皮，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，可是这些早期的研究工作当时均未得到人们的重视。直到20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，现在它已被列入继蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物元素和水之后的第七营养素。 （一）调整肠胃功能(整肠作用) 膳食纤维能使食物在消化道内的通过时间缩短，一般在大肠内的滞留时间约占总时间的97%，食物纤维能使物料在大肠内的移运速度缩短40%，并使肠内菌群发生变化，增加有益菌，减少有害菌，从而预防便秘、静脉瘤、痔疮和大肠癌等，并预防其它合并症状。 1.防止便秘 膳食纤维使食糜在肠内通过的时间缩短，大肠内容物(粪便)的量相对增加，有助于大肠的蠕动，增加排便次数，此外，膳食纤维在肠腔中被细菌产生的酶所酵解，先分解成单糖而后又生成短链脂肪酸。短链脂肪酸被当作能量利用后在肠腔内产生二氧化碳并使酸度增加、粪便量增加以及加速肠内容物在结肠内的转移而使粪便易于排出，从而达到预防便秘的作用。 2.改善肠内菌群和辅助抑制肿瘤作用 膳食纤维能改善肠内的菌群，使双歧杆菌等有益菌活化、繁殖，并因而产生有机酸，使大肠内酸性化，从而抑制肠内有害菌的繁殖，并吸收掉有害菌所产生的二甲基联氨等致癌物质。粪便中可能会有—种或多种致癌物，由于膳食纤维能促使它们随粪便一起排出，缩短了粪便在肠道内的停留时间，减少了致癌物与肠壁的接触，并降低致癌物的浓度。此外，膳食纤维尚能清除肠道内的胆汁酸，从而减少癌变的危险性。 已知膳食纤维能显著降低大肠癌、结肠癌、乳腺癌、胃癌、食管癌等癌症的发生。 3.缓和由有害物质所导致的中毒和腹泻 当肠内有中毒菌和其所产生的各种有毒物质时，小肠腔内的移动速度亢进，营养成分的消化、吸收降低，并引起食物中毒性腹泻。而当有膳食纤维存在时可缓和中毒程度，延缓在小肠内的通过时间，提高消化道酶的活性和对营养成分正常的消化吸收。 4.膳食纤维在消化道中可防止小的粪石形成，减少此类物质在阑尾内的蓄积，从而减少细菌侵袭阑尾的机会，避免阑尾炎的发生。 （二）调节血糖值 膳食纤维中的可溶性纤维，能抑制餐后血糖值的上升，其原因是延缓和抑制对糖类的消化吸收，并改善末梢组织对胰岛素的感受性，降低对胰岛素的要求。水溶性膳食纤维随着凝胶的形成，阻止了糖类的扩散，推迟了在肠内的吸收，因而抑制了糖类吸收后血糖的上升和血胰岛素升高的反应。此外，膳食纤维能改变消化道激素的分泌，如胰汁的分泌减少，从而抑制了糖类的消化吸收，并减少小肠内糖类与肠壁的接触，从而延迟血糖值的上升。因此，提高可溶性膳食纤维的摄入量可以防止Ⅱ型糖尿病的发生。但对Ⅰ型糖尿病的控制作用很小。 （三）调节血脂 可溶性膳食纤维可螯合胆固醇，从而抑制机体对胆固醇的吸收，并降低血浆胆固醇5%～10%，且都是降低对人体健康不利的低密度脂蛋白胆固醇，而高密度脂蛋白胆固醇降得很少或不降。相反，不溶性纤维很少能改变血浆胆固醇水平。此外，膳食纤维能结合胆固醇的代谢分解产物胆酸，从而会促使胆固醇向胆酸转化，进一步降低血浆胆固醇水平。流行病学的调查表明，纤维摄入量高与冠心病死亡的危险性大幅度降低有关。 （四）控制肥胖 大多数富含膳食纤维的食物，仅含有少量的脂肪。因此，在控制能量摄入的同时，摄入富含膳食纤维的膳食会起到减肥的作用。粘性纤维使碳水化合物的吸收减慢，防止了餐后血糖的迅速上升并影响氨基酸代谢，对肥胖病人起到减轻体重的作用。膳食纤维能与部分脂肪酸结合，使脂肪酸通过消化道，不能被吸收，因此对控制肥胖症有一定的作用。 （五）消除外源有害物质 膳食纤维对汞、砷、镉和高浓度的铜、锌都具有清除能力，可使它们的浓度由中毒水平减低到安全水平。 可溶性和不溶性膳食纤维的各种性能比较见表3-1。 表3-1 可溶性和不溶性膳食纤维在生理作用方面的差别 生理作用 不溶性膳食纤维 可溶性膳食纤维  咀嚼时间 延长 缩短  胃内滞留时间 略有延长 延长  对肠内pH值的变化 无 降低  与胆汁酸的结合 结合 不结合  可发酵性 极弱 较高  肠粘性物质 偶有增加 增加  大便量 增加 关系不大  血清胆固醇 不变 下降  食后血糖值 不变 抑制上升  对大肠癌 有预防作用 不明显   四、膳食纤维的缺点 过量摄入可能造成的一些副作用： 1.束缚Ca2+和一些微量元素。 许多膳食纤维对Ca、Cu、Zn、Fe、Mn等金属离子都有不同程度的束缚作用，不过，是否影响矿物元素代谢还有争论。 2.束缚人体对维生素的吸收和利用。 研究表明：果胶、树胶和大麦、小麦、燕麦、羽扇豆等的膳食纤维对维生素A、维生素E和胡萝卜素都有不同程度的束缚能力。由此说明膳食纤维对脂溶性维生素的有效性有一定影响。 3.引起不良生理反应。 过量摄入，尤其是摄入凝胶性强的膳食纤维，如瓜尔豆胶等会有腹胀、大便次数减少、便秘等副作用。 另外过量摄入膳食纤维也可能影响到人体对其它营养物质的吸收。如膳食纤维会对氮代谢和生物利用率产生一些影响，但损失氮很少，在营养上几乎未起很大作用。 五、膳食纤维的推荐摄入量 鉴于对人体有利的一面，过量摄入也可能有副作用，为此许多科学工作者对膳食纤维的合理摄入量进行了大量细致的研究。美国FDA推荐的成人总膳食纤维摄入量为20～35g/d。美国能量委员会推荐的总膳食纤维中，不溶性膳食纤维占70%～75%，可溶性膳食纤维占25%～30%。 我国低能量摄入(7.5MJ)的成年人，其膳食纤维的适宜摄入量为25g/d。中等能量摄人的(10MJ)为30g/d，高能量摄入的(12MJ)为35g/d。但对患病者来说剂量一般都有所加大。膳食纤维生理功能的显著性与膳食纤维中的比例有很大关系，合理的可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的比例大约是1:3。 六、膳食纤维的加工 膳食纤维的资源非常丰富，现已开发的膳食纤维共6大类约30余种。这6大类包括：谷物纤维、豆类种子和种皮纤维、水果和蔬菜纤维、微生物、其他天然纤维以及合成和半合成纤准。然而，目前在生产实际中应用的只有10余种，利用膳食纤维最多的是烘焙食品。 膳食纤维依据原料及对其纤维产品特性要求的不同，其加工方法有很大的不同，必需的几道加工工序为包括原料粉碎、浸泡冲洗、漂白脱色、脱水干燥和成品粉碎、过筛等。 不同的加工方法对膳食纤维产品的功能特性有明显的影响。反复的水浸泡冲洗和频繁的热处理会明显减少纤维终产品的持水力与膨胀力，这样会恶化其工艺特性，同时影响其生理功能的发挥，因为膳食纤维在增加饱腹感预防肥胖症、增加粪便排出量预防便秘与结肠癌方面的作用，与其持水力、膨胀力有密切的关系，持水力与膨胀力的下降会影响膳食纤维这方面功能的发挥。高温短时的挤压机处理会对纤维产品的功能特性产生良好的影响。有试验表明，小麦与大豆纤维经挤压机处理后，由于高温、高剪切挤压力的作用，大分子的不溶性纤维组分会断裂部分连接键，转变成较小分子的可溶性组分，变化幅度达3%～15%(依挤压条件的不同而异)，这样就可增加产品的持水力与膨胀力。而且，纤维原料经挤压后可改良其色泽与风味．并能钝化部分引起不良风味的分解酶，如米糠纤维。 （一）小麦纤维（Wheat bran fiber） 小麦麸俗称麸皮，是小麦制粉的副产物。麸皮的组成因小麦制粉要求的不同而有很大差异，在一般情况下，所含膳食纤维约为45.5%，其中纤维素占23%，半纤维素占65%，木质素约6%，水溶性多糖约5%，另含一定量的蛋白质、胡萝卜素、维生素E、Ca、K、Mg、Fe、Zn、Se等多种营养素，某一分析结果见表3-2。在当今食品日趋精细时，不失为粗粮佳品。 加工方法： 原料预处理→浸泡漂洗→脱水干燥→粉碎→过筛→灭菌→包装→成品。 麸皮受小麦本身及贮运过程中可能带来的污染。往往混杂有泥沙、石块、玻璃碎片、金属屑、麻丝等多种杂质，加工前的原料预处理中去杂是一个重要步骤。其处理手段一般有筛选、磁选、风选和漂洗等。 因麸皮中植酸含量较高，植酸可与矿物元素螫合，从而影响人体对矿物元素的吸收，因此，对麸皮的植酸脱除成了小麦纤维加工的重要步骤。 先将小麦麸皮与50～60℃的热水混合搅匀，麸皮与加水量之比为(0.1～0.15)：l，用硫酸调节pH至5.0，搅拌保持6h，以利用存在于麸皮中的天然植酸酶来分解其所含有的植酸。随后，用Na0H调节pH至6.0，在水温为55℃条件下加入适量中性或碱性蛋白酶分解麸皮蛋白，时间2～4h。然后升温至70～75℃，加入α-淀粉酶保持0.5～3h以分解去除淀粉类物质，再将温度提高至95～100℃，保持0.5h，灭酶同时起到杀菌的作用。之后分数次清洗、过滤和压榨脱水，再送到干燥机烘干至所需要的水分，通常是7％左右。洗涤步骤有时也可在升温灭酶之前进行。 这样制得的产品为粒状，80%的颗粒大小为0.22mm范围内。其化学成分是：果胶类物质4%、半纤维素35%、纤维素18%、木质素13%、蛋白质≤8%、脂肪≤5%、 矿物质≤2%和植酸≤0.5%，膳食纤维总量在80%以上。这种产品对20℃水的膨胀力为4.7mL／g并保持17h不变。该产品颗粒适宜，可直接食用也可与酸奶、面包等一起食用；若要加工成食品添加剂，只需再经粉碎过筛即可。 小麦纤维在加工制备时，考虑到其吸水(潮)性较强。因而生产过程必须连续，且容器的密闭性要求高，尤其是南方地区湿度较高，需对生产环境的相对湿度作一些特殊处理，以免产品吸潮过量而影响产品质量。 （二）大豆纤维 1.大豆皮膳食纤维 工艺流程：大豆皮→粉碎→筛选→调浆→软化→过滤→漂白→离心→干燥→粉碎→成品 以大豆的外种皮为原料，为增加外种皮的表面积，以便更有效地除去不需要的可溶性物质(如蛋白质)，可用锤片粉碎机将原料粉碎至大小以全部通过30～60目筛为适度。然后加入20℃左右的水使固形物浓度保持在2%～10%之间，搅打成水浆并保持6～8min，以使蛋白质和某些糖类溶解，但时间不宜太长，以免果胶类物质和部分水溶性半纤维素溶解损失掉。浆液的pH值保持在中性或偏酸性，pH值过高易使之褐变，色泽加深，pH值低色泽浅，柔和。 将上述处理液通过带筛板(325目)振动器进行过滤，滤饼重新分散于25℃、pH为6.5的水中，固形物浓度保持在10%以内，通入0.01%的过氧化氢进行漂白，25min后经离心机或再次过滤得白色的湿滤饼，干燥至含水分8%左右，用高速粉碎机使物料全部通过100目筛为止，即得天然豆皮纤维添加剂。这个过程纤维最终得率为70%～75%左右。 2.多功能纤维 工艺流程：豆渣→湿热处理→ 脱腥 → 干燥 →粉碎→筛选→成品 多功能纤维（Multifunction Fiber Additive ,MFA）是由大豆种子的内部成分组成，与通常来自种子外覆盖物或麸皮的普通纤维明显不同。这种纤维是由大豆湿加工所剩的新鲜不溶性残渣为原料，经过特殊的湿热处理转化内部成分而达到活化纤维生理功能的作用，再经脱腥、干燥、粉碎和过筛等工序而制成，其外观呈乳白色，粒度小于面粉。 表3-2 多功能纤维添加剂的氨基酸组成(％) 氨基酸 Asp Thr Ser Glu Gly Ala Cys Val Met  含量 9.98 4.58 5.46 14.66 5.82 4.46 0.66 5.54 1.46  氨基酸 Ile Leu Tyr Phe Lys His Arg Hyp Pro  含量 4.08 8.50 2.42 5.12 5.42 3.02 5.04 2.04 4.82  化学分析表明，MFA含有68%的总膳食纤维和20％的优质植物蛋白，添入食品中既能有效地提高产品的纤维含量又有利于提高蛋白含量。所以，更确切地说应称之为“纤维蛋白粉”。下表为其氨基酸分析结果(见表3-3). MFA有良好的功能特性，可吸收相当于自身重量7倍的水分，也就是吸水率达到700%，比小麦纤维的吸水率400%高出很多。由于MFA的持水性高，有利于形成产品的组织结构，以防脱水收缩。在某些产品如肉制品中，它能使肉汁中的香味成分发生聚集作用而不逸散。此外，高持水特性可明显提高某些加工食品的经济效益，如在焙烤食品中添加它可减少水分损失而延长产品的货架寿命。这种多功能纤维添加剂能在很多食品中得到应用并能获得附加的经济效益。 （三）甜菜纤维 新鲜甜菜废粕洗净去杂质并挤干，分别用自来水、1.5％柠檬酸、95％乙醇浸泡1h，然后用匀浆器打碎。用自来水冲洗，4层尼龙布过滤至滤液变清。挤去水分，50℃下烘干，再用粉碎机磨成粉末。 该方法生产的产品食物纤维含量达到76%～80%，持水能力为6.1～7.8g水／g干纤维，与一般食物纤维相比，甜菜纤维具有中等水平的持水能力，吸油能力为1.51～1.77g油/g干纤维。 （四）玉米纤维 利用玉米淀粉加工后的下脚玉米皮为原料，用枯草芽孢杆菌α-淀粉酶(0.02g／50g)及少量蛋白酶，在60℃下酶解90min后过滤，干燥而得。酶法生产比酸法、碱法操作简单，设备要求低，产品中无机物含量低。也可由玉米秸经碱、酸水解后精制而得。 产品为乳白色粉末，无异味，含半纤维素70%、纤维素25%、木质素5%。80℃时可吸水6倍。 （五）新型纤维 1.壳聚糖 壳聚糖(Chitosan)是以甲壳类物质为原料，脱险Ca、P、蛋白质、色素等制备成甲壳素(Chitin)，进一步脱去分子中的乙酰基而获得的一种天然高分子化合物，其化学结构是β-1,4-D-萄糖胺的聚合物，在结构上与纤维素很相似。由于这种特殊的化学结构，致使壳聚糖有高分子性能、成膜性、保湿性、吸附性、抗辐射线和抑茵防霉作用，对人体安全无毒，且具备可吸收性能。壳聚极不仅具有一般膳食纤维的生理功能，且更具有一般膳食纤维所不具备的特性，如它是地球上至今为止发现的膳食纤维中唯一阳离子高分子集团，并且具有成膜性、人体可吸收性、抗辐射线和抑茵防霉作用等。这些特性使壳聚糖作为膳食纤维具备更优越的生理功能。 2.菊粉(Inulin) 菊粉是由D-呋喃果糖分子以β-2,1糖苷键连接而成的果聚糖。菊粉在自然界中分布很广，某些真菌和细菌中含有菊粉，但其主要来源是植物。菊粉是一种水溶性膳食纤维，具有膳食纤维的营养功能。 菊粉主要从菊芋或菊苣块茎中提取，这两种植物来源丰富，菊粉含量高，占其块茎干重的70%以上。 生产工艺流程： 菊芋块茎→清洗→切片→沸水提取→过滤→石灰乳除杂→阴离子交换树脂脱色→阳离子交换树脂脱盐→真空浓缩→喷雾干燥→菊粉成品 菊粉粗提液中通常含有蛋白质、果胶、色素等杂质，需要进一步纯化处理。参照制糖工艺，在提取液中添加石灰乳，可以有效去除非菊粉杂质，通过离子交换树脂去除提取液中各种离子成分，从而达到最终纯化菊粉提取液的目的。 食品中添加菊粉可以改善低能量冰淇淋的质构和口感；保持饮料稳定，增强饮料体积和口感；替代焙烤食品中的脂肪和糖分，提高焙烤食品的松脆性；改善肉制品的持水性；保持低能量涂抹食品的品质稳定性。 七、膳食纤维的应用 1.在焙烤食品中的应用。膳食纤维在焙烤食品中的应用比较广泛。丹麦自1981年就开始生产高膳食纤维面包、蛋糕、桃酥、饼干等焙烤食品，用量一般为面粉含量的5%～10%，如其用量超过10%，将使面团醒发速度减慢。因膳食纤维吸水性特强，故配料时应适当增加水量。 2.在果酱、果冻食品中的应用。此类食品主要添加水溶性膳食果胶，所用果蔬原料主要是苹果、山植、桃、杏、香蕉和胡萝F等。 3.在制粉业中的应用。利用特殊加工工艺，含麸量达50%～60%的面粉，适口性稍差于精白粉，但蛋白质含量、热量优于精白粉，粗脂肪低于精白粉，面粉质地疏松，可消化的蛋白量优于精白粉。国内市场仍处于开发和起步阶段。 4.在制糖业中的开发应用。采用酶法生产工艺生产双歧杆菌的增殖因子——低聚糖，对双歧杆菌增殖效果明显，生产成本低，低热值，用途广，可实现工业化生产。 5.在馅料、汤料食品中的应用。为了改变膳食纤维面食制品中外观质量，人们将膳食纤维与焦糖色素、动植物油脂、山梨酸、水溶性维生素、微量元素等营养成分以及木糖醇、甜菊甙等甜味剂混合后，加热制成膳食纤维馅料，可用于牛肉馅饼、点心馅、汉堡包等面食制品，效果较好。此外，也可在普通汤料中加入1%的膳食纤维后一同食用，同样能达到补充膳食纤维之目的。 6.在油炸食品中的应用。取豆渣膳食纤维1kg，加水0.5kg，淀粉5 kg，混匀后蒸煮30min，再加入食盐90g、糖100g、咖喱粉50g，混匀、成型，干燥至含水量15%左右，油炸后得油炸膳食纤维点心。也可在丸子中加入30%膳食纤维，混匀，油炸制成油炸丸子或油条。 7.在饮料制品中的应用。膳食纤维饮料于10年前就已盛行欧洲。并于1988年风靡美国。日本雪印等公司从1986年起先后推出了膳食纤维饮料或酸奶，每100g饮料含2.5～3.8g膳食纤维，其销量势头良好。台湾多家食品公司也陆续生产出膳食纤维饮料，膳食纤维并在台湾饮料市场上异军突起。此外，也可将膳食纤维用乳酸杆菌发酵处理后制成乳清饮料。 8.在其他食品中的应用。除上述应用之外，膳食纤维还可用于快餐、膨化食品、糖果、酸奶、肉类及其他一些功能性方便食品。 第二节 真菌多糖 真菌多糖是从真菌子实体、菌丝体、发酵液中分离出的、可以控制细胞分裂分化，调节细胞生长衰老的一类活性多糖。真菌多糖主要有香菇多糖、灵芝多糖、云芝多糖、银耳多糖、冬虫夏草多糖、茯苓多糖、金针菇多糖、黑木耳多糖等。对真菌多糖的研究主要始于250年代，在60年代以后成为免疫促进剂而引起人们兴趣。研究表明：香菇多糖、银耳、灵芝多糖、茯苓多糖等食药性真菌多糖具有抗肿瘤、免疫调节、抗突变、抗病毒、降血脂、降血糖等方面功能。 物理性质与功效的关系 多糖的溶解度、分子量、粘度、旋光度等性状影响其生理功能。 （一）溶解度与功效的关系 多糖溶于水是其发挥生物学活性的首要条件，如从茯苓中提取的多糖组分中，不溶于水的组分不具有生物学活性，水溶性组分则具有突出的抗肿瘤活性。降低分子质量是提高多糖水溶性，从而增加其活性的重要手段，一种真菌多糖，不溶于水，在大鼠体内仅有微弱的抑瘤活性，5mg/kg剂量时抑瘤率为57%，降低分子质量后，完全溶于水，1mg／kg剂量可使抑瘤率达到100%。向多糖引入分支可在一定程度上削弱分子间氢键的相互作用，从而增加其水溶性，如具有α-葡聚糖结构的灵芝多糖，不溶于水，羧甲基化后溶解性提高，在体外也表现出一定的抗肿瘤活性，经红外色谱分析，经羧甲基化后，α-葡聚糖在3400cm-1处的羟基伸缩振动峰变窄，且向高波长方向振动，说明分子间的氢键在引入羧甲基分支后被破坏。有些含有疏水分支的多糖不溶于水，经过氧化还原成羟基多糖后才溶于水，从而产生生物学活性。由此可见，降低分子质量、引入支链或对支链进行适当修饰，均可提高多糖溶解度，从而增强其活性。 （二）分子量与功效的关系 研究结果表明，真菌多糖的抗肿瘤活性与分子量大小有关，分子量大于16kD时才有抗肿瘤活性。如分子量为16kD的虫草多糖有促进小鼠巨噬细胞吞噬作用的活性，而分子量为12kD的虫草多糖就失去此活性。大分子多糖免疫活性较强，但水溶性较差，分子量介于10～50 kD的高分子组分的真菌多糖属于大分子多糖，呈现较强的免疫活性。高分子量的β-(1→4) -D-葡聚糖具有独特的分子结构，其高度有序结构(三股螺旋)对于免疫调节活性至关重要，只有分子量大于90kD的分子才能形成三股螺旋，三股螺旋结构靠β-葡萄糖苷键的分支来稳定。Janusz等发现多糖分子大小与其免疫话性之间存在明显的对应关系。分子量越大其结构功能单位越多，抗癌活性越强。 （三）粘度与功效的关系 多糖的粘度主要是由于多糖分子间的氢键相互作用产生，还受多糖分子质量大小的影响，它不仅在一定程度上与其溶解度呈正相关，还是临床上药效发挥的关键控制因素之一，如果粘度过高，则不利于多糖药物的扩散与吸收。通过引入支链破坏氢键和对主链进行降解的方法可降低多糖粘度，提高其活性。如向纤维素引入羧甲基后，分子间的氢键发生断裂，产物粘度从0.15Pa·s降至0.05Pa·s。 二、生理功能 （一）真菌多糖的免疫调节功能 免疫调节作用是大多数活性多糖的共同作用，也是它们发挥其他生理和/或药理作用（抗肿瘤）的基础。真菌多糖可通过多条途径、多个层面对免疫系统发挥调节作用。大量免疫实验证明，真菌多糖不仅能激活T、B淋巴细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞(NK)等免疫细胞，还能活化补体，促进细胞因子的生成，对免疫系统发挥多方面的调节作用。 （二）抗肿瘤的功能 据文献报道，高等真菌已有50个属178种的提取物都具有抑制S-180肉瘤及艾氏腹水瘤等细胞生长的生物学效应，明显促进肝脏蛋白质及核酸的合成及骨髓造血功能，促进体细胞免疫和体液免疫功能。 （三）真菌多糖的抗突变作用 在细胞分裂时，由于遗传因素或非遗传因素的作用，会产生转基因突变。突变是癌变的前提，但并非所有突变都会导致癌变，只有那些导致癌细胞产生恶性行为的突变才会引起癌变，但可以肯定，抑制突变的发生有利于癌症的预防。多种真菌多糖表现出较强的抗突变作用。 （四）降血压、降血脂、降血糖的功能 冬虫夏草多糖对心律失常、房性早博有疗效；灵芝多糖对心血管系统具调节作用，可强心、降血压、降低胆固酵、降血糖等。试验结果表明，蜜环茵多糖(AMP)能使正常小鼠的糖耐量增强，能抑制四氧嘧啶糖尿病小鼠血糖升高；研究也发现，蘑菇、香菇、金针菇、木耳、银耳和滑菇等13种食用茵的子实体具有降低胆固醇的作用，其中尤以金针菇为最强。腹腔给予虫草多糖，对正常小鼠、四氧嘧啶小鼠均有显著的降血糖作用，且呈现一定的量效关系。云芝多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖等也具降血糖或降血脂等活性。真菌多糖可降低血脂，预防动脉粥样硬化斑的形成。 （五）真菌多糖的抗病毒作用 研究证明，多糖对多种病毒，如艾滋病毒(HIV-1)、单纯泡疹病毒(HSVl，HSV-2)、巨细胞病毒(CMV)、流感病毒、囊状胃炎病毒(VSV)、劳斯肉瘤病毒(RSV)和反转录病毒等有抑制作用。香菇多糖对水泡性口炎病毒感染引起的小鼠脑炎有治疗作用，对阿拉伯耳氏病毒和十二型腺病毒有较强的抑制作用。 （六）真菌多糖的抗氧化作用 已发现许多真菌多糖具有清除自由基、提高抗氧化酶活性和抑制脂质过氧化的活性，起到保护生物膜和延缓衰老的作用。 （七）真菌多糖的其它功能 除具有上述生理功能外，真菌多糖还具有抗辐射、抗溃疡和抗衰老等功能。具有抗辐射作用的真菌多糖有灵芝多糖和猴头多糖。具有抗溃疡作用的真多糖有猴头多糖和香菇多糖。具有抗衰老作用的真菌多糖有香菇多糖、虫草多糖、灵芝多糖、云芝多糖和猴头菌多糖等。 三、加工 真菌多糖的加工方法有两种，一种是从栽培真菌子实体提取，另一种是发酵法短时间生产大量的真菌菌丝体。多糖从真菌子实体中提取，由于人工栽培真菌子实体，生产周期长达半年以上，而且价格也比较高。真菌深层发酵工艺来获真菌多糖，易于连续化生产，规模大，生产周期缩，产量高，降低了价格。但发酵法生产多糖一次性投资大，设备多，工艺流程长，而且部分菌丝体缺乏子实体的芳香风味。 一般粉碎后在真菌子实体中加入多糖5～20倍体积的水、稀酸或稀碱(0.2～lmol/L)，在50～80℃温度下进行浸提，有时为了加速浸提速度，也可添加些纤维素酶或半纤维素酶。深层发酵提取多糖工艺是：菌种活化→种子罐发酵→发酵罐发酵。 若是需要供研究用的真菌多糖纯品，则可对上法得到的粗制多糖进行分级提纯处理，包括使用溶剂的分级提取、凝胶色谱或离子交换色谱的分级提纯等。 这里主要介绍几个典型的真菌多糖加工的工艺。 （一）香菇多糖 1.提取法 （1）工艺流程 鲜香菇→捣碎→浸渍→过滤→浓缩→乙醇沉淀→乙醇、乙醚洗涤→干燥→成品。 （2）操作要点 ①取香菇新鲜子实体，水洗干净，捣碎后加5倍量沸水浸渍8～15h，过滤，滤液减压浓缩。 ②浓缩液加1倍量乙醇得沉淀物，过滤，滤液再加3倍量乙醇，得沉淀物。 ③将沉淀加约20倍的水，搅拌均匀，在猛烈搅拌下，滴加0.2mol／L氢氧化十六烷基三甲基胺水溶液，逐步调至pH值12.8时产生大量沉淀，离心，沉淀用乙醇洗涤，收集沉淀。 ④沉淀用氯仿、正丁醇去蛋白，水层加3倍量乙醇沉淀，收集沉淀。 ⑤沉淀依次用甲醇、乙醚洗涤，置真空干燥器干燥，即为香菇多糖。 2.深层发酵法 （1）工艺流程 菌种→斜面培养→一级种子培养→二级种子培养→深层发酵→发酵液 （2）操作要点 ①斜面培养：在土豆琼脂培养基接菌种，25℃培养10天左右， 至白色菌丝体长满斜面，0～4℃冰箱保存备用。 ②摇瓶培养：500mL三角瓶盛培养液150mL左右，0.12kPa蒸汽压力下灭菌45min。当温度达到30℃时，接斜面菌种，置旋转摇床(230r／min)，25℃培养5～8天。 培养液配方(g/100mL)：蔗糖4，玉米淀粉2，NH4NO3 0.2，KH2PO4 0.1，MgSO4 0.05，维生素B1 0.001。pH值6.0。 ③种子罐培养 培养液同前，装量70％(V／V)，接入摇瓶菌种，菌种量10％(V／V)，25℃，通气比1：0.5～1：0.7V／（V﹒min)培养5～7天。 ④发酵罐培养 配料与接种。发酵罐先灭菌。罐内配料，培养液配方同前。配料灭菌，0.12kPa灭菌50～60min。冷却后，以压差法将二级菌种注入发酵罐，接种量10％(V／V)，装液量70％(V／V)。 发酵控制。发酵温度22～28℃，通气比1：0.4～1：0.6V／(V·min)，罐压0.05～0.07 kPa，搅拌速度70r／min；发酵周期5～7天。 放罐标准。发酵液pH值降至3.5，镜检菌丝体开始老化，即部分菌丝体的原生质出现凝集现象，中有空泡，菌丝体开始自溶，也可发现有新生、完整的多分枝的菌丝；上清液由混浊状变为澄清透明的淡黄色；发酵液有悦人的清香，无杂菌污染。 (3)发酵液中多糖的提取 香菇发酵液由菌丝体和上清液两部分组成，胞内多糖含于菌丝体，胞外多糖含于上清液。因此多糖提取要分上清液和菌丝体两部分来完成。 ①上清液胞外多糖的提取 Ⅰ工艺流程： 发酵液→离心→发酵上清液→浓缩→透析→浓缩→离心→上清液→乙醇沉淀→沉淀物→丙酮、乙醚洗涤→P2O5干燥→胞外粗多糖； Ⅱ操作步骤： 离心沉淀，分离发酵液中菌丝体和上清液。上清液在不大于90℃条件下浓缩至原体积的五分之一。上清浓缩液置透析袋中，于流水中透析至透析液无还原糖为止。透析液浓缩为原浓缩液体积，离心除去不溶物，将上清液冷却至室温。加3倍预冷至5℃的95％乙醇，5～10℃下静置12h以上，沉淀粗多糖。沉淀物分别用无水乙醇、丙酮、乙醚洗涤后，真空抽干，然后置P2O5干燥器中进一步干燥，得胞外粗多糖干品。 ②菌丝体胞内多糖的提取 Ⅰ工艺流程 发酵液→离心→菌丝体→干燥→菌丝体干粉→抽提→浓缩→离心→上清液→透析→浓缩→离心→上清液→沉淀物→丙酮、乙醚洗涤→P2O5干燥→胞内粗多糖。 Ⅱ操作要点 菌丝体在60℃干燥，粉碎，过80目筛。菌丝体干粉水煮抽提三次，总水量与干粉重之比为50：1～100：1。提取液在不大于90℃下浓缩至原体积的五分之一。其余步骤同上清液胞外提取。 （二）金针菇子实体多糖分离工艺金针菇多糖 1.工艺流程 原料→称重→匀浆→调配→热水抽提→过滤→滤液醇析→复溶→去除蛋白→多糖产品 ↓ 滤渣弃去 2. 操作要点 （1）选用质地优良的鲜子实体(或按失水率计算称取—定量的干菇)。 （2）使用试剂—氯仿、正丁醇、乙醇、葡萄糖等均为分析纯。 （3）多糖总量测定采用酚—硫酸法，以葡萄糖为标准品。 （4）提取条件：浸提时间1h，温度80℃，溶剂体积为样品30倍，多糖得率达到1.03%。 （5）醇析的乙醇最终浓度为60%～70%，放置一定时间后，离心收集沉淀并烘干称重得多糖粗品。 （6）多糖粗品中的蛋白质去除，可用Sevag法，即氯仿／正丁醇(体积比)，氯仿+正丁醇／样品(体积比)分别为1：0.2和1：0.24。选用该法去除蛋白质时，如能连续操作，直接使用溶剂抽提，粗多糖产品中蛋白质去除效率高，效果好。 （7）粗多糖经Sevag法去除蛋白质后，再进行真空干燥，即得到纯多糖粉状产品。 上述工艺在分离多糖产品时，可因生产目的和要求不同而异。通过30倍体积80℃浸提1h后，直接，子实体中提取的提取物，再经醇析后制得的多糖产品可广泛用于饮料、食品行业中；粗多糖再经优化的Sevag法去除蛋白质纯化后即可。 思考题 什么是膳食纤维，其与粗纤维有何区别？ 膳食纤维的化学组成是什么？各有什么特点？ 举例说明大豆纤维的生理功能和加工方法。 举例说明膳食纤维在食品加工中的应用。 真菌多糖加工的方法有几种？各是什么？ 参考文献 吴东儒. 糖类的生物化学.北京：高等教育出版社，1987 周建勇.膳食纤维定义的历史回顾.国外医学卫生学分册.2001，28(1):26～28 郑建仙.功能性食品（第一卷）.北京：中国轻工业出版社，1999 Lee SC, Prosky L, De Vries JW. 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