1.2　膳食纤维的分类

1.2.1　根据溶解性分类

根据膳食纤维的溶解性可将其分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维。

1.2.1.1　可溶性膳食纤维

可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）是指能溶于水的膳食纤维部分，包括低聚糖和部分不能消化的多聚糖等。它是一类既可溶于水又可吸水膨胀，并可被大肠中微生物酵解利用的纤维，常存在于植物细胞液和细胞间质中，主要包括植物细胞壁内的储存物质和分泌物、可溶性半纤维素、部分微生物多糖及一些合成类多糖（如瓜尔胶、阿拉伯胶等）等。

（1）可溶性半纤维素

半纤维素（hemicellulose）是一类含有D-木糖的杂多聚糖，其结构单元包括葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖等，单糖聚合体间分别以共价键、氢键、醚键及酯键相连接。半纤维素是一类物质的名称，一种植物往往含有几种由两种或三种糖基构成的半纤维素，其化学结构各不相同。半纤维素主要分为三类，即聚木糖类、聚葡萄甘露糖类和聚半乳糖葡萄甘露糖类。与纤维素相比，半纤维素的分子量较小，易于被人体肠道内的微生物分解利用。

半纤维素包括可溶性半纤维素和不溶性半纤维素。可溶性及不溶性半纤维素在食品中均具有重要作用，如增加食物体积，某些半纤维素还可以在酸性溶液中结合阳离子。在谷类中，可溶性的半纤维素称为戊聚糖，还有（1→3）-β-D-葡萄糖苷键和（1→4）-β-D-葡萄糖苷键连接的葡聚糖，其水溶液具有黏稠性，可以降低血清中胆固醇的水平。

总的来说，半纤维素可以促进人体胃肠蠕动、降低血清胆固醇水平、减少心血管疾病发生以及预防结肠癌。在焙烤食品中，半纤维素可以提高面粉结合水的能力，增加面包的体积，延缓面包的老化。

（2）果胶

果胶（pectin）广泛存在于水果和蔬菜中，是植物细胞壁的成分之一，存在于相邻细胞壁间的胞间层中，起到黏聚的作用。果胶分子的主链是由150～500个α-D-吡喃半乳糖醛酸通过α-1，4-糖苷键连接而成的聚合物，侧链上是半乳糖和阿拉伯糖。酯化度是指酯化的半乳糖醛酸基与总半乳糖醛酸基的比值，通常将酯化度小于50%的果胶称为低甲氧基果胶，而酯化度大于50%的果胶称为高甲氧基果胶。一般来说，天然原料提取的果胶最高酯化度为75%，而果胶产品的酯化度为20%～70%。

根据果蔬的成熟过程，果胶物质一般可以分为3种形态。

①原果胶。与纤维素和半纤维素结合在一起的甲酯化半乳糖醛酸链，只存在于细胞壁中，不溶于水，水解后生成果胶。在未成熟果蔬组织中与纤维素和半纤维素黏结在一起形成牢固的细胞壁，使整个组织比较坚固。

②果胶。果胶是羧基不同程度甲酯化和阳离子中和的聚半乳糖醛酸链，存在于细胞汁液中，成熟果蔬的细胞液内含量较多。

③果胶酸。果胶酸是完全未甲酯化的聚半乳糖醛酸链，在细胞汁液中与Ca2+、Mg2+、K+、Na+等矿物质形成不溶于水或稍溶于水的果胶酸盐。当果蔬变成软疡状态时，果胶酸的含量较多。

果胶在酸性或碱性条件下能发生水解，使酯基或糖苷键发生裂解；在高温强酸条件下糖醛酸残基发生脱酸作用。另外，果胶及果胶酸在水中的溶解度随聚合度的增大而减小，在一定程度上还随酯化程度的增加而增大，但其衍生物如甲醇酯和乙醇酯溶解度较大。果胶酸的溶解度较小（1%），果胶分散所形成的溶液是高黏度溶液，其黏度与分子链长度成正比。

当果胶水溶液含糖量60%～65%，pH值在2.0～3.5，果胶含量为0.3%～0.7%（依果胶性能而异）时，在室温甚至接近沸腾的温度下，果胶也能形成凝胶。在相同条件下，果胶分子量越大，形成的凝胶越强。这是因为在果胶溶液转变成凝胶时，每6～8个半乳糖醛酸基形成一个结晶中心。此外，在相同条件下，果胶的酯化度越大，凝胶强度则越大，因为凝胶网络结构形成时的结晶中心位于酯基团之间，同时果胶的酯化度也直接影响凝胶速度。

（3）魔芋多糖

魔芋多糖又称魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM），是从魔芋的块茎里提取出来的一种高分子量、非离子型水溶性杂多糖。它是由物质的量比为1:1.6的D-吡喃甘露糖与D-吡喃葡萄糖通过β-1，4-糖苷键连接而成的多糖。

魔芋多糖能溶于水，形成高黏度的假塑性流体。经碱处理脱乙酸后，它能够形成一种热不可逆凝胶，在胶凝过程中，其胶凝速率主要由胶的浓度、分子量、乙酰度和碱浓度所决定，而较慢的胶凝速率可以得到较强的凝胶。魔芋葡甘露聚糖的凝胶特性可使其被用来制作各种仿生食品、可食膜及其他魔芋食品。当魔芋多糖与黄原胶混合时，能够形成一种热可逆凝胶，当黄原胶与魔芋多糖的比例为1:1时，凝胶的强度最大，且强度随着二者浓度的增加而增加但随盐浓度的增加而减少。

魔芋多糖是一种优良的功能性食品和医药用品，具有亲水性、黏稠性、成膜性、低能量等多种特性。研究表明，魔芋多糖能够延缓葡萄糖的吸收，并且能够有效减轻因餐后血糖升高而导致的胰脏负担，使糖尿病患者的糖代谢处于良性循环。同时，魔芋多糖还具有降血脂、减肥、维持肠道正常状态等生理功能。

（4）阿拉伯胶

阿拉伯胶（acacia gum）也称为阿拉伯树胶，是一种产于非洲撒哈拉沙漠以南的半沙漠带的天然植物胶。它可以补充人体纤维素，与淀粉和麦芽糊精相比，其能量值还不到它们的一半。阿拉伯胶主要由两种成分组成，其中70%是由不含N或含少量N的多糖组成，另一成分是具有高分子量的蛋白质结构；多糖是以共价键与蛋白质肽链中的羟脯氨酸、丝氨酸相结合的，总蛋白质含量约为2%，特殊品种可高达25%；而与蛋白质相连接的多糖分子是高度分支的酸性多糖，它具有如下组成成分：D-半乳糖44%、L-阿拉伯糖24%、D-葡萄糖醛酸14.5%、L-鼠李糖13%、4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸1.5%。在阿拉伯胶主链中β-D-吡喃半乳糖是通过1，3-糖苷键相连接，而侧链是通过1，6-糖苷键相连接。更具体地说，阿拉伯胶是阿拉伯半乳糖寡糖、多聚糖和蛋白糖的混合物。阿拉伯胶的溶解度较高，与水的混合比最高可达60%，但是溶液的黏度较低。

阿拉伯胶既是一种良好的乳化剂，也是一种良好的乳状液稳定剂，这是因为阿拉伯胶具有表面活性，能在油滴周围形成一层厚的、具有空间稳定性的大分子层，防止油滴聚集。在生活中，人们往往将香精油与阿拉伯胶制成乳状液，然后再进行喷雾干燥进而得到固体香精，而阿拉伯胶的加入可以避免香精的挥发与氧化。阿拉伯胶在使用时能快速分散与释放气味，并且不会影响最终产品的黏度，从而被广泛用于固体饮料、布丁粉、蛋糕粉以及汤粒粉等食品中。此外，因为阿拉伯胶与高浓度糖具有相容性，所以阿拉伯胶也被广泛应用于高糖含量和低水分含量糖果的生产中，如太妃糖、果胶软糖以及软果糕等，它在糖果中的功能是阻止蔗糖结晶和乳化与分散脂肪组分，能够有效防止脂肪从表面析出产生“白霜”。

1.2.1.2　不溶性膳食纤维

不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）是指不能溶于水的膳食纤维部分。它是一类既不能溶解于水又不能被大肠中微生物酵解的一类纤维，常存在于植物的根、茎、干、叶、皮、果中，主要包括纤维素，不溶性半纤维素，木质素，抗性淀粉及抗性低聚糖，不消化的细胞壁蛋白，植物细胞壁的蜡质和角质，美拉德反应产物，一些不可消化的寡糖及虾、蟹等动物表皮中所含的甲壳素等。

（1）木质素

木质素（lignin）是三种苯基丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有复杂三维网状结构的生物高分子，其广泛存在于植物体的木质部中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，是次生壁的主要成分。木质素主要位于纤维素纤维之间，起到抗压的作用。在木本植物中，木质素占25%，是世界上仅次于纤维素的最丰富的有机物。

木质素是由三种醇单体（对香豆醇、松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物。因单体不同，可将木质素分为3种类型：由紫丁香基丙烷结构单体聚合而成的紫丁香基木质素（syringyl lignin，S-木质素）；由愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈创木基木质素（guaiacyl lignin，G-木质素）；由对羟基苯基丙烷结构单体聚合而成的对羟基苯基木质素（para-hydroxy-phenyl lignin，H-木质素）。裸子植物主要含愈创木基木质素，双子叶植物主要含愈创木基-紫丁香基木质素，单子叶植物则含愈创木基-紫丁香基-对羟基苯基木质素。从植物学角度，木质素就是包围于管胞、导管及木纤维等纤维束细胞及厚壁细胞外的物质，并使这些细胞具有特定显色反应（加间苯三酚溶液一滴，静置片刻，再加盐酸一滴，即显红色）的物质；从化学观点来看，木质素是由高度取代的苯基丙烷单元随机聚合而成的高分子，它与纤维素、半纤维素一起，形成植物骨架的主要成分，在数量上仅次于纤维素。木质素填充于纤维素构架中可以增强植物体的机械强度，利于输导组织的水分运输和抵抗不良外界环境的侵袭。

木质素在木材等硬组织中含量较多，蔬菜中则很少见，一般存在于豆类、麦麸、可可、草莓及山莓的种子部分之中，其最重要的作用就是吸附胆汁的主要成分胆汁酸，并将其排出体外。木质素的分子量较高，在酸作用下难以水解，故不能被人体消化利用。

（2）纤维素

纤维素（cellulose）是由β-D-吡喃葡萄糖基通过β-1，4-糖苷键连接起来的均一直链大分子多糖，是植物细胞壁的主要成分，其聚合度的大小取决于纤维素的来源，一般可达到1000～1400。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上，通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起，其结合方式和程度对植物源食品的质地影响很大。

纤维素的柔顺性很差，因为纤维素分子有极性，分子链之间相互作用力很强，且纤维素中的六元吡喃环结构会使内旋转困难。同时，纤维素分子内和分子间都能形成氢键特别是分子内氢键致使糖苷键不能旋转从而使其刚性大大增加。常温下纤维素既不溶于水，也不溶于稀碱溶液和一般的有机溶剂（如酒精、乙醚、丙酮、苯等），但是纤维素能溶于铜氨溶液和铜乙二胺溶液等。纤维素加热到约150℃时不发生显著变化，超过该温度便会因脱水而逐渐焦化。另外，纤维素与较浓的无机酸水解作用生成葡萄糖等，与较浓的苛性碱溶液作用生成碱纤维素，与强氧化剂作用生成氧化纤维素。

因为人体消化道内不存在纤维素的消化酶，所以纤维素不能被人体消化吸收。但是纤维素具有亲水性且不溶于水的特性，在胃肠道内可以吸收水分，增加饱腹感，并且能促进肠道蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少，从而可以预防肠癌发生。

（3）抗性淀粉

抗性淀粉（resistant starch），又称抗酶解淀粉或抗消化淀粉，是指在正常健康人体小肠中不能被吸收的淀粉及其降解产物，包括改性淀粉和加热后又冷却的淀粉。这类淀粉在人的肠胃道结肠中可以被结肠的微生物群发酵生成多种气体和短链脂肪酸，并被结肠缓慢吸收。抗性淀粉存在于某些天然食品中，如马铃薯、香蕉、大米等都含有抗性淀粉，特别是高直链玉米淀粉含抗性淀粉高达60%。

根据抗性淀粉的形态及物理化学性质，可将其分为RS1、RS2、RS3及RS4这四类。

RS1：物理包埋淀粉，指因细胞壁的屏障作用或蛋白质的隔离作用而不能被淀粉酶接触的淀粉。如轻度研磨的谷物和豆类中，一些淀粉被裹在细胞壁里，在水中不能充分膨胀和分散，不能被淀粉酶接近，因此不能被消化。但是这类淀粉在经加工时粉碎、碾磨及被摄入时的咀嚼等物理作用时，含量会降低。

RS2：抗性淀粉颗粒，指那些具有一定粒度的抗消化性淀粉，通常存在于生的马铃薯、香蕉和高直链玉米淀粉中。因RS2具有致密的结构和部分结晶结构而对酶有高度抗性，其抗性随着糊化过程的结束而消失。根据X射线衍射图像的类型，RS2可分为A、B、C三类。

A类：这类淀粉即使未经加热处理也能消化，但在小肠中只能部分被消化，主要包括小麦、玉米等禾谷类淀粉。

B类：这类淀粉即使经加热处理也难以消化，包括未成熟的香蕉、芋类和高直链玉米淀粉。

C类：X射线衍射图像的类型介于A类和B类之间，主要是豆类淀粉。

RS3：回生淀粉，也称老化淀粉，指糊化后在冷却或储存过程中结晶而难以被淀粉酶分解的淀粉。它是抗性淀粉的重要成分，通过食品加工引起淀粉化学结构、聚合度和晶体构象等方面的变化形成，因而也是一类重要的抗性淀粉，常见于煮熟又放冷的米饭、面包、油炸土豆片等食品中。这类抗消化淀粉又分为RS3a和RS3b两部分，其中RS3a为凝沉的支链淀粉，RS3b为凝沉的直链淀粉，RS3b的抗酶解性最强。RS3一般采用湿热处理制备，如直链含量为70%的玉米淀粉，经过压热法处理，可获得21.2%的RS3的产品。

RS4：化学改性淀粉，主要指经基因改造或化学变性后，由于淀粉分子结构的改变以及一些化学官能团的引入而产生的抗酶解淀粉，如羧甲基淀粉、热变性淀粉、磷酸化淀粉及交联淀粉等。

因为RS1、RS2和RS3a经一定的加工或加热后仍可被消化吸收，所以RS3b和RS4是目前研究最多也是最热门的抗消化淀粉。

抗性淀粉由于消化吸收慢，食用后不致使血糖升高过快，也就是可以调节血糖水平，因此成为一种功能性淀粉，特别适宜糖尿病患者食用，食用抗性淀粉后不容易饥饿，有助于糖尿病患者维持正常的血糖，减少饥饿感。

（4）几丁质

几丁质（chitin），又称壳多糖、甲壳质或甲壳素，是一类由N-乙酰-氨基葡糖通过β-1，4-糖苷键连接聚合而成的不分支的链状高分子聚合物。其为白色或灰白色，略有珍珠光泽，无味，不溶于水、稀酸、碱液及有机溶剂，但能溶于浓盐酸，其理化性质主要取决于乙酰化率和聚合度。壳多糖用酸完全水解后会生产甲壳胺（2-氨基葡萄糖），广泛存在于甲壳类（虾、蟹）等动物的外壳、昆虫的甲壳和真菌的细胞壁中，也存在于一些绿藻中。

几丁质在食品中可作为黏合剂、保湿剂、澄清剂、填充剂、乳化剂、增稠剂等。另外，它能降低胆固醇，提高机体免疫力，增强机体的抗病抗感染能力，尤其具有较强的抗肿瘤作用。目前，在食品中应用相对较多的是改性壳聚糖，最常见的是羧甲基化壳聚糖，其中，N，O-羧甲基壳聚糖在食品工业中作增稠剂和稳定剂，因其可与大部分有机离子及重金属离子络合沉淀而被用来纯化水，另外，因其溶于中性水后可形成胶体溶液且具有良好的成膜性而被用于水果保鲜。

（5）美拉德反应产物

美拉德反应生成的蛋白黑素与其他不可溶性纤维一样，到达大肠的蛋白黑素钙离子复合物可以弥补小肠中钙离子利用率的下降。实验证明，小分子和可溶的蛋白黑素前体也可以结合钙离子来保持离子的可溶性，使它们可以被吸收。蛋白黑素除了能隔离钙离子，导致旁路吸收的溶解度降低，还能影响肠上皮细胞代谢。美拉德反应产物也可能是因褐变产物的发酵，提高了大肠中钙离子的吸收率。美拉德反应产物的作用与其他不可消化碳水化合物相似，例如，它可以刺激厌氧菌（如乳酸杆菌）的生长，使乳酸浓度增加并降低pH。利用胃蛋白酶和胰蛋白酶模拟上消化道，未发现分子产物，说明蛋白黑素具有不可消化性。尽管体外试验证明蛋白黑素具有降低钙离子吸收的趋势，但是还没有活体试验表明蛋白黑素对钙离子吸收的净作用效果。评价蛋白黑素对钙离子吸收的影响应包括小肠和大肠两部分数据。此外，美拉德反应产物的消耗也与小便中钙离子含量有关，没有证据表明钙离子的保留减少。

1.2.2　根据来源分类

根据膳食纤维的来源，可将其分为谷物类膳食纤维、豆类膳食纤维、水果类膳食纤维、蔬菜类膳食纤维、生化合成或转化类膳食纤维及其他膳食纤维六类。

（1）谷物类膳食纤维

谷物类膳食纤维主要包括小麦、燕麦、玉米和米糠纤维等，它们胚乳细胞壁的主要成分是β-D-葡聚糖。谷类葡聚糖是线性均多糖，主要是由β-葡萄糖残基通过β-（1→3）-糖苷键和β-（1→4）-糖苷键连接组成。它的结构特点是由单个β-（1→3）-糖苷键将连续相连的β-（1→4）-糖苷键分割成许多单元。

（2）豆类膳食纤维

豆类膳食纤维比较常见的有大豆纤维、豌豆纤维、瓜尔胶和刺槐豆胶等。

（3）水果类膳食纤维

水果类膳食纤维一般存在于果皮和果渣中，主要用于高纤维果味饮料、果冻以及果味饮料的制作。

（4）蔬菜类膳食纤维

蔬菜类膳食纤维主要存在于笋干、辣椒、蕨菜、菜花及菠菜等蔬菜中。研究较多的有甜菜渣、胡萝卜渣、芋头及茭白纤维等，同时还有芹菜等各种蔬菜粉和蔬菜汁。

（5）生化合成和转化类膳食纤维

生化合成和转化类膳食纤维主要包括改性纤维素、抗性糊精、水解瓜尔胶、微晶纤维素和聚葡萄糖等。这类膳食纤维是食品领域中主要应用的纤维。

（6）其他膳食纤维

主要包括真菌类纤维、海藻类纤维及一些黏质和树胶。此外，还有一些纤维植物种子中含有的纤维，例如亚麻粕中的可食用纤维。