第四节 膳食纤维的理化特性

一、溶解性

构成膳食纤维的碳水化合物的结构组成方式决定其溶解性。膳食纤维分子结构越规则有序，支链越少，键合力越强，分子越稳定，其溶解性就越差，像纤维素等具有线型有序结构，为不溶性膳食纤维。而分子结构越杂乱无序，支链越多，键合力越弱，其溶解性就越好，像瓜尔豆胶等，由于其主链与侧链的不规则性，整个分子结构呈现无序状态，其水溶性较好。果胶等含带电基团的纤维在盐溶液里易于溶解，因为电斥力的作用抑制了有序结构的形成。另外，一些膳食纤维在冷水中不能溶解但是经高温、高压或剪切力作用后，其键合力遭到破坏，形成了无序结构，溶解性大大增强。因此，可以通过物理或化学的手段，将不溶性膳食纤维变为水溶性膳食纤维，这也是生产高品质膳食纤维的重要手段。

二、黏性

黏性是膳食纤维溶于溶液的一种物理特性表现，黏度大小与化学结构和相对分子质量密切相关。果胶、瓜尔豆胶、卡拉胶、琼胶、海藻酸钠等具有良好的黏性和胶凝性，能形成高黏度的溶液。另外，溶剂、浓度及温度等也是影响黏度的重要因素。高黏度的膳食纤维溶液在一定的条件下还会进一步形成凝胶，如高甲氧基果胶（HM）在糖浓度大于55Brix，pH值小于3.5时形成凝胶，低甲氧基果胶（LM）在Ca2+存在的情况下可形成凝胶。膳食纤维的黏性和胶凝性也是膳食纤维在胃肠道中发挥生理作用的重要原因，例如在肠胃中，膳食纤维使其内容物黏度增加，形成胶基层，增加非搅动层厚度，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、高持水力

首先，膳食纤维的化学结构中含有很多亲水基团，具有良好的持水能力。其持水能力为膳食纤维自身质量的数倍甚至数十倍。膳食纤维的持水力因其品种、化学组成、结构、物理性质和制备方式不同而不同。其次，膳食纤维的粒度大小也会影响其持水力。一般来说，含有较多纤维素成分的谷物膳食纤维的持水力较低，含有较多果胶、黏质和半纤维素的果蔬和海藻膳食纤维具有较高的持水力。膳食纤维的粒度若被粉碎过小，其持水力会下降，研磨、干燥、挤压等加工手段也可能引起纤维基质物理特性的变化而影响其持水性。高压、高剪切、蒸煮、酶解等方法，可使某些不溶性纤维大分子断裂，形成较小的水溶性组分，暴露出更多的亲水基团而使其持水力升高。膳食纤维持水这一物理性质，使其具有吸水功能与预防肠道疾病的作用，持水性可以增加人体排便的体积与速度，减轻直肠内压力，同时也可减轻泌尿系统的压力。

四、低能量

膳食纤维在人体消化道上不会被消化分解，只能在直肠微生物的作用下部分分解，所产生的能量较少。在我国《预包装食品营养标签通则》中，在能量折算系数上将膳食纤维的平均能量按照8 kJ/g（2 kcal/g）计算，小于普通碳水化合物能量的一半，而且大部分能量是被肠道微生物和结肠上皮细胞所利用，而不会增加人体能量的摄入。有的水溶性膳食纤维能量更低，如聚葡萄糖能量为4.18 kJ/g（1 kcal/g），菊粉为1～1.3 kcal/g。一些高品质膳食纤维还是天然的油脂替代品，在不添加或少加脂肪的条件下，依然能良好地保持原有的质构和口感，可利用这一特性减少食品中油脂的添加。

五、对有机物具有螯合作用

膳食纤维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等化合物，抑制人体对它们的吸收，并促进它们迅速排出体外。当然，这一性质也会在一定程度上影响消化道对人体需要的营养有机物的吸收。研究表明，膳食纤维能降低胆酸及其盐类的合成与吸收，从而阻碍了中性脂肪和胆固醇的再吸收，也限制了胆酸的肝肠循环，进而促进了脂质物质的排泄。可直接扼制和预防胆结石、高血脂、肥胖症、冠状动脉硬化等心血管疾病，这是膳食纤维预防心血管疾病的主要原因。

六、对阳离子的结合和交换作用

膳食纤维的一部分糖单位具有糖醛酸羧基、羟基和氨基等活性基团。通过氢键作用，结合大量的水，呈现弱酸性阳离子交换的作用和溶解亲水性物质的作用，可与Ca2+、Fe2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+等金属离子结合，更能与有机阳离子进行交换。此类交换为可逆性的，它不是单纯的结合而减少机体对离子的吸收，而是改变离子的瞬间浓度，并延长它们的转换时间，从而对消化道的pH值、渗透压及氧化还原电位产生影响，产生一个更益于消化吸收的缓冲环境。有研究表明，膳食纤维优先吸收极化度大的阳离子，如Pb2+等有害离子，吸附在膳食纤维上的有害离子可随粪便排出，从而起到解毒的作用。医学研究表明，血液中的Na+/K+的比值大小直接影响血压的高低。膳食纤维能与肠道中的Na+离子进行交换，可使Na+随粪便排出，降低血液中的Na+/K+比值，直接产生降压作用。但是，膳食纤维对阳离子的结合和交换作用也必然会影响机体对某些有益矿物元素的吸收。因此，在应用膳食纤维时，应该考虑适当添加某些矿物元素，以免造成矿物元素不平衡的问题。

七、发酵作用

膳食纤维中的非淀粉多糖经过食道时，由于它不被人体消化酶消化吸收而直接进入大肠，膳食纤维在肠内经过发酵会繁殖几百种微生物，总量约108个，其中大部分是有益微生物，在提高机体免疫和抗病方面有着显著功效，如双歧杆菌不仅能抑制腐生细菌生长、维持维生素的供应，而且对肝脏有保护作用。这些细菌以部分膳食纤维为营养物进行代谢，于是，这些被吸收的膳食纤维不仅为菌群提供了繁殖所需的能量，而且产生了大量的短链脂肪酸（SCFA），如乙酸、乳酸、丙酸、丁酸等，这对形成良好的肠道环境和发挥生理功能起着重要作用。另外，膳食纤维在肠道还会诱导产生大量的好气菌群，代替了肠道内存在的厌气菌群，从而减少了厌气菌群的致癌性和致癌概率，这对预防结肠癌疾病具有重要作用。

八、容积作用

膳食纤维具有较高的持水性，相对密度小，吸水后发生膨胀，体积增大，因此食用膳食纤维会对胃肠道产生容积作用，引起饱腹感，使人不易产生饥饿感。膳食纤维的存在，取代了一部分营养成分高的食物，使食物的总摄入量减少。