膳食纖維改性方法研究進展
隨著我國經濟的高速發展,人民生活水平大幅提高,人們的飲食結構也在發生變化。因營養過剩和失調導致的高血脂、高血壓、動脈硬化、糖尿病、便秘等“富貴病”發生率也在逐年增加。膳食纖維能夠平衡人體營養,調節機體機能,對“富貴病”有一定的治療作用,被譽為“第七大營養素”。膳食纖維根據水溶解特性分為可溶性和不溶性兩種。自然界原料中可溶性膳食纖維的含量一般在3%左右,其生理功能作用不能充分發揮。研究表明,可溶性膳食纖維含量達到10%以上時,膳食纖維將具有良好的加工和功能特性,生理活性較強,屬於高品質膳食纖維,否則隻是低品質的填充型膳食纖維,活性功能較小。
改性處理膳食纖維,會改變其中纖維素類聚合物的分子結構和相對含量,將大分子物質分解成小分子成分,不溶性成分轉變成可溶性成分,增加或強化原先沒有或微弱的功能。改性後的膳食纖維具有更大的比表麵積,有更高的持水性和膨脹力,其功能性更強。
目前膳食纖維改性主要有三種方法:化學法、物理法和生物法,也可以綜合運用幾種方法進行混合處理。化學法是將膳食纖維分子結構中的某些基團,通過化學手段,如硫酸化、磺酸化、酯化、離子交換、化學基團取代等方法,改變膳食纖維的分子結構,使纖維類大分子的聚合度下降成小分子組分。如纖維素是線型有序、規則的大分子物質,是不溶性膳食纖維,其分子結構中的羥基引入甲基後,發生取代反應,可將纖維素轉為可溶性的纖維素膠,增加了可溶性膳食纖維的含量。隨著高新技術的應用,采用物理法進行改性處理已經得到廣泛應用,其處理效果要好於化學法。目前應用較多的物理法是擠壓技術和超微粉碎技術。擠壓技術是借助擠壓機螺杆的推動力,強迫物料向前輸送,在輸送過程中物料受到高溫、高壓和高剪切作用,發生物理、化學和生物化學變化,導致纖維素高聚物連接鍵的斷裂,從而改變聚合物成分的聚合度和分子質量。常用的設備有雙螺杆式擠壓機,物料在生產時會受到攪拌、混合、破碎、蒸煮、殺菌、加壓等一係列操作,這種改性方法操作簡單、時間短、效率高。物料經擠壓處理後,改善了風味與色澤,鈍化了分解酶的活性,提高了產品的穩定性。超微粉碎機能把原料加工成微米甚至納米級的粉末,已經得到了廣泛的應用。膳食纖維生理功能的發揮與顆粒的比表麵積有很大關係。經超微粉碎處理後原料顆粒不改變分子結構,其比表麵積大幅度增加,產生許多特有的微粉特征,從而具有更好的溶解力和膨脹性。目前應用較多的超微粉碎法是瞬時高壓技術,物料在高壓作用下快速通過反應腔時,受到強烈的撞擊、高剪切、空穴作用,纖維素類大分子成分的糖苷鍵發生斷裂,轉化為小分子的可溶性膳食纖維。
生物法,酶法是一種較有潛力的改性方法,其操作簡單、反應條件溫和、時間短、專一性強、副產物較少,改性處理後的膳食纖維持水力和膨脹性都有提高。目前應用於膳食纖維改性的酶主要是纖維素酶,該酶可直接水解纖維素,使其分解成小分子片段。酶法雖條件溫和,能耗低,但單一酶酶解的效率不高,可以用幾種酶分步進行改性。微生物法,微生物生長繁殖時會分泌出多種酶,這些酶會水解消耗原料中的蛋白質、澱粉等成分,從而提高了膳食纖維的總體含量。同時分泌出的酶將纖維素糖苷鍵分解斷裂,使大分子組分分解成小分子化合物,增加了可溶性膳食纖維含量。現在應用發酵法對膳食纖維改性的微生物有枯草芽孢杆菌、猴頭菌等。該法生產過程簡便、產品質量好、成本低廉、汙染少,易於實現工業化。
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