膳食纤维的基本知识

2021年2月26日发(作者：心肌梗塞饮食)
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膳食纤维的基本知识

一
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膳食纤维的基本知识

1.1
膳食纤维的分类及相关概念

1.1.1
膳食纤维的概念

膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，
而在人体大肠能部分 或全部发酵的可
食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和（美国化学家协会）
，一
般是指不易被消化酶消化的多糖类食物成分，
聚合度≥
3
的碳水化合物和木质 素，
主要来自于植物的细胞壁（中国营养学会）
。基于以上定义，膳食纤维包括很多
不 被人体小肠消化的物质，如纤维素、半纤维素、树胶、β
-
葡聚糖、胶质、木质
素、葡 聚糖、果聚糖、抗性淀粉和糊精等。

1.1.2
膳食纤维的分类

1
，根据膳食纤维在水中溶解性不同，将其分为
2
个基本类型，即：水溶性
膳食纤维（
SDF
）与不溶性膳食纤维（
NDF
）
。
水溶性膳食纤维（
SDF
）是可溶于温水或热水，且其水溶液能被
4
倍< br>95%
的乙醇再沉淀的那部分纤维，
主要是细胞壁内的储存物质及分泌物，
另外 还包括
微生物多糖和合成多糖，其组成主要是一些胶类物质，如果胶、树胶和粘液等，
还有半乳 甘露糖、葡聚糖、海藻酸钠、羧甲基纤维素和真菌多糖等，部分半纤维
素。

不溶性膳 食纤维（
IDF
）是不溶于温水或热水的那部分纤维，主要是细胞壁
的组成部分，包括 纤维素、部分半纤维素、木质素、原果胶、角质、壳聚糖、植
物蜡和二氧化硅及不溶性灰分等。
此外，
功能性低聚糖和抗性淀粉也普遍认为属
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于膳食纤维。此部分纤维在中性洗涤剂的消化作用下，样品中的糖、淀粉、蛋白
质、果胶等物质被溶解 除去后不能消化的残渣。


虽然低聚果糖和其它类型的复杂碳水化合物传统意义上并 不被认为是纤维，
但它们确实符合必要的标准，现在被接受为一些膳食纤维的形式。

2
，根据在大肠内的发酵程度不同，膳食纤维可分为部分发酵类纤维和完全
发酵类纤维。

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 ：β
-
葡聚糖、果胶、瓜尔豆胶、阿拉伯胶、海藻胶和菊粉等。

一般说来，
完全发酵类纤维多属于可溶性纤维，
而部分发酵类纤维多属于不
溶性纤维，但也有些例 外，例如羧甲基纤维（
CMC
）易溶于水，但几乎不被大
肠内的菌群所发酵。

1.2
粗纤维

粗纤维是植物细胞壁的主要组成成分，
包括纤维素 、
半纤维素、
木质素及角
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质等成分。通常蔬菜、水果、粮谷类所含的食物纤维都叫粗纤维（目前我们国家
还没有粗纤维的定义， 只是一个习惯称呼而已）
。粗纤维是膳食纤维的一部分，
在测定中，是植物组织用一定浓度的酸 、碱、醇和醚等试剂，在一定温度下，经
过一定时间的处理后所剩下的残留物，其主要成分是纤维素和木 质素。

酸性洗涤纤维（
ADF
）
：用酸性洗涤剂去除饲料中的脂肪 、淀粉、蛋白质和
糖类等成分后，
残留的不溶解物质的总和，
包括纤维素、
木 质素及少量的硅酸盐
等。

中性洗涤纤维（
NDF
）
：用中 性洗涤剂去除饲料中的脂肪、淀粉、蛋白质和
糖类等成分后，
残留的不溶解物质的总和，
包括构成细胞壁的半纤维素、
纤维素、
木质素及少量的硅酸盐等。

1.3
膳食纤维的主要成分

1.3.1
不溶性膳食纤维

纤维 素（
Cellulose
）
，是不溶性膳食纤维的基本结构，一种由β葡萄糖分子以β
-
糖苷键连接起来的直链聚合物，由
300-500
个葡萄糖缩合而 成，最多能达
到
1000
个葡萄糖单体。自然界分布最广、含量最多的一种多糖，占自 然界碳含
量
50%
以上，
一般木材中，
纤维素占
40-50 %
，
还有
10-30%
的半纤维素和
20-30%
的木质素 。
不溶于冷水、
热水、
烯酸和稀碱溶液。
人体内的淀粉酶只能水解α
-1,4-
糖苷键，而不能水解β
-1,4-
糖苷键，因此纤维素不能被人体胃肠道的 酶消化；

半纤维素（
Hemicellulose
）
，是由一些单 糖如阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖
和木糖混合组成的一种聚合物，
是一种具有支链的异质多糖，< br>也不溶于冷水、
热
水和烯酸
，
但能溶于稀碱溶液
（半纤维素中 的某些成分是可溶的，
在谷类中可溶
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的半纤维素被称之为戊聚糖，
它们可形成黏稠的水溶液并具有降低血清胆固醇的
作用）
，与烯酸加热时比纤维素更易水解，具有亲水性。原来是从总纤维素中以
17.5%NaOH
至
24%KOH
提取出来的多糖成分的总称，
而没有相应的特定的化
学结构。 半纤维木聚糖在木质组织中占总量的
50%
，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。

1.3.2
可溶性膳食纤维

果胶（
Pectin
）
：可溶性膳食纤维 的一种，许多蔬菜、水果含有果胶，其化
学组成与半乳糖醛酸相似。
其分子主链上的糖基是半乳 醛酸，
其侧链上是半乳糖
和阿拉伯糖。
它是一种无定型的物质，
存在于水果和 蔬菜的软组织中，
可在热溶
液中溶解，在酸性溶液中遇热形成胶态，具有与离子结合的能力。< br>
β
-
葡聚糖（β
-glucan
）
：可溶性膳食纤 维的一种，β
-
葡聚糖在结构上是不同
于一般多糖
（如淀粉、
糖原、
糊精等）
的，
因为一般多糖是以β
1,4-
糖苷键联结，
而 葡聚糖则是以β
-1,3
糖苷键结构为主体，而又一些β
-1,6
键为侧枝， 不同于一
般糖类的线型分子结构，而是形成螺旋型分子结构。

聚葡萄糖（
P olydextrose
）
：聚葡萄糖是由葡萄糖和少量山梨醇、柠檬酸经
高温熔融， 随机缩聚而成的多糖。聚葡萄糖分子量分布广（
162-20000Da
）
，约
有
90%
的聚葡萄糖分子量在
504-5000
之间，平均聚合度约为12
，平均分子量
为
2000.
聚葡萄糖含有的糖苷键种类多，
以
1,6-
糖苷键为主，
分子结构比较复杂。

甲壳质
（< br>Chitin
）
：
又叫甲壳素，
是以β
-1,4-
糖 苷键相连的线型生物高分子，
是自然界中唯一存在的碱性多糖。
存在于低等植物菌类、
藻类的细胞，
高等植物
的细胞壁，以及节肢动物（虾、蟹）的甲壳，乌贼的骨架，昆虫的外壳、 内脏衬
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里、
筋腱及翅上的覆盖物等。
甲壳素与纤维素的化学结构非常相似，
分子链为线型直链，不同点在于甲壳素
C
2
上又一个乙酰氨基（
CH
3CONH-
）
。甲壳素脱去
乙酰基便得到壳聚糖，三者的结构比较，如图所示：< br>

抗性淀粉（
Resistant
Starch
，
RS
）
：抗性淀粉是指在健康者小肠中不能被
吸收的淀粉及其降解产物，
主 要存在于整粒和回生的高淀粉类食物中，
可被结肠
菌群分解为乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸（
SCFA
）及其降解产物，对人体健
康有益。
RS
的分子结构较小， 长度为
20-25
个葡萄糖残基，是以氢键连接的多
分散线性聚糖。
RS之所以能抵抗酶的水解，是由于聚糖的葡萄糖残基链之间存
在较强的氢键，该氢键在
155 -160
℃时具有
40J/g
的焓，可能是由于这种聚糖
具有β型晶体结构。

1.3.3
木质素

木质素（
Lignin
）
，并非多糖，而是以苯丙烷为单位的多聚物，具有复杂的
三维结构，
非缩合型结构主要 有三种，
即愈伤木基结构、
紫丁香基结构和对羟苯
基结构，主要存在于纤维素之间，植 物的木质部含有大量木质素，起抗压作用，
使木质部维持极高的硬度。
在木本植物中的含量为< br>25-30%
，
是自然界第二丰富
的有机物；
因为木质素存在于细胞壁 中很难与纤维素分离，
所以在膳食纤维的组
成成分中包括了木质素，人和动物都不能消化木质素 。

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1.4
膳食纤维的生理功能

膳食纤维的化学组成和结构决定了其理化性质 ，
虽然膳食纤维在人体内不能
被消化吸收，但却具有重要的生理功能。

1.4.1
促进胃肠蠕动，减少便秘

膳食纤维促进肠胃蠕动，
缩 短了食糜在肠道内停留时间，
加速粪便排出。
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。
短链脂肪酸被利用后在肠腔内产生
CO
2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。

1.4.2
清道夫作用

由于膳食纤维中含有果胶、< br>树胶、
海藻多糖等结构，
能明显增加小肠内容物
的黏度，膳食纤维含有大量的羟 基、羧基等集团，可以有效地减少饮食中的汞、
镉、铅等重金属以及亚硝胺、苯并芘等有毒物质在肠道内 的吸收；在接近胃
pH
的条件下，
含水溶性纤维较多的水果纤维的吸附能力较强。此外，
膳食纤维可抑
制厌氧菌的生长和繁殖，
有利于肠道有益菌合成供人体利用的 维生素。
另外，
膳
食纤维可减少病原菌从后肠向前肠转移，
水不溶性膳食纤维 对有害物质有较强的
吸附毒素和病原菌的能力，
还携带有其他生物活性物质，
诸如植酸 等，
可抑制癌
症的形成，减少结肠癌的发病率。

1.4.3
稳定血糖浓度，降低血液胆固醇水平





膳食纤维所形成的粘液在胃中形成胶基层，
降低胃的排空率。
在肠内阻碍消
化酶与实务的接触，减缓小肠收缩，影响葡萄糖的吸收，舒服葡萄糖，降低肠液
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葡萄糖的有效浓度，
影响α
-
淀粉酶对淀粉的降解作用，
降低肠液中葡萄糖 的释放
速度，
改善末梢组织对胰岛素的感受性，
降低机体对胰岛素的作用，
使 葡萄糖的
吸收率下降。

1.4.4
稳定肠道菌群平衡

1.4.5
发酵性能

厌氧菌与酵母可分解膳食纤维，
其发酵情况 与细菌可以接触底物的程度和多
糖的个体化学结构有关，
其中多糖分子中单糖和糖醛酸的种类、
数量级成键方式
等结构特性很大程度上决定该纤维在肠道内的发酵情况。同一来源的膳食纤维，
颗粒小者较颗粒大者更易发酵，单独摄入的较包在基质中的更易酵解。

那些可溶的< br>/
易发酵的膳食纤维在结肠中被发酵，并为结肠中的微生物提供
营养，纤维发酵产生的短 链脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸）
，反过来抑制病原菌的
生长，有利于稳定肠道菌群平衡。另外， 丁酸可以为结肠黏膜细胞提供能量，促
进上皮细胞的增殖，维持肠黏膜的完整性，从而有益于养分的吸收 并预防腹泻。
肠内的腐生菌易在高
pH
值环境中生长，
结肠内的一些有益菌将 膳食纤维降解产
生短链脂肪酸，降低肠道内的
pH
值，从而抑制了腐生菌的生长。
1.4.6
膳食纤维具有持水膨胀的特性

膳食纤维具有亲水性的极 性基团，
因而具有持水性和溶胀性。
膳食纤维比重
小，遇水后体积增大，对肠道产生容 积作用，进食后充填胃腔，需要较长时间来
消化，延长胃排空的时间，减少动物饥饿引起的异常行为的发 生。

表
1.1
可溶性和不溶性膳食纤维在生理作用方面的差别

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生理作用

咀嚼时间

胃内滞留时间

对肠内
pH
值的影响

与胆汁酸的结合

可发酵性

肠粘性物质

大便量

对大肠癌

不溶性膳食纤维

延长

略有延长

无

结合

极弱

偶有增加

增加

有预防作用

可溶性膳食纤维

缩短

延长

降低

不结合

较高

增加

关系不大

不明显

1.5
可发酵膳食纤维的介绍（此部分资料未完善）

1.5.1
可发酵膳食纤维

膳食纤维的来源非常广泛，
包括树< br>（α
-
纤维素）
，
植物提取物
（阿拉伯树胶、
低聚果 糖）
，
水果提取物
（柑橘果胶）
，
海藻
（大型褐藻、
角叉胶）
、坚果的壳
（花
生壳）
。从生物学的角度，膳食纤维通过能否被胃 肠道细菌利用来分类。被细菌
利用的形式被认为是可发酵的并且似乎与改善动物健康有很大关系。
目前的证据
显示可发酵纤维有益于更改肠道细菌数量，
增强肠道免疫力，
改善口服葡 萄糖耐
受性，再分配含氮废物排泄物，被公认为有益健康一个重要的角色。

膳食纤维 ，
特别是可发酵品种，
大部分贡献在于对胃肠道内细菌繁殖数量的
变化。
但纤 维扮演提升肠道健康的角色是一个复杂的问题，
将不是一项轻松的任
务，包括细菌和一些变量之 间的相互作用。

肠道内的一些细菌群体，
被认为是有益的，
包括双歧杆菌、
乳酸杆菌以及一
些真细菌类和其他菌群。
这些菌群的典型特征是具发酵纤维的能力，< br>被认为比致
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