田 婧，聂 晶，王树林，李春霖，邵圣枝，袁玉伟✉

（1.青海大学 农牧学院，青海 西宁 810016；
2.浙江省农业科学院 农产品质量安全与营养研究所，浙江 杭州 310021）

膳食纤维（Dietary Fiber，DF）是指不能够被人体消化道酶消化吸收的可食用植物细胞壁、多糖、木质素以及相关物质的总和[1]。膳食纤维可根据在热水中的溶解性分为不溶性膳食纤维（Insoluble Dietary Fiber，IDF）和可溶性膳食纤维（Soluble Dietary Fiber，SDF），其中SDF具有较强的生理功能，SDF含量的多少是评价膳食纤维品质好坏的一个重要指标[2]。SDF的含量如果在10%以上，可以最大限度地发挥其良好的加工特性、生理活性和保健功能，许多食物中的膳食纤维总量很高，但其中的SDF含量仅占膳食纤维总量的3～4%左右[3]。通过对膳食纤维进行改性，可以有效地提高可溶性膳食纤维的含量，从而使膳食纤维的利用率达到最大。

蒸汽爆破技术（简称汽爆技术），最早是由美国学者W.H.Mason提出来的，其原理是在原料中通入高温、高压的水蒸气，用过热蒸汽将原料加热至180～235 ℃，使蒸汽充分渗透到原料的组织与细胞之间，并在毫秒间释放出高压，在这个过程中，原料中的水分会快速膨胀、外溢，形成强大的剪切力，从而破坏原料的组成，提高纤维的品质[4]。

蒸汽爆破是一种在木质纤维原料预处理中得到广泛应用的技术，它在食品领域起步比较晚，但近年来发展迅速，被证明是一种有效提高食品加工品质和营养品质的物理方法。作为一种新型原料热处理加工技术，它是一种绿色环保，能够有效溶出食品营养成分和对食品中大分子物质改性的方法，在食品原料预处理方面有广阔的应用前景。

利用蒸汽爆破技术对膳食纤维进行改性，可以将部分 IDF转变成 SDF，其原因可能是因为IDF是由纤维素、部分半纤维素和木质素组成，而SDF是由果胶、树胶、低聚糖和部分半纤维素组成[5]，当高温高压水蒸气在毫秒间迅速被释放，使得IDF中大分子物质的糖苷键断裂，形成了小分子的糖类[6]，从而提高了SDF的含量。且高温能使微生物活性降低，可延长食品的保质期[7]。蒸汽爆破技术作为一种简单高效的食品副产物新加工技术，具有很大的发展前景。

在蒸汽爆破后，膳食纤维会在酸水解和热降解过程中溶解成小分子，强大的机械力会破坏纤维大分子的结构，氢键断裂，分子链更容易重新排列[8]。蒸汽爆破技术在蔬菜、水果、粮谷类食品的膳食纤维改性中均有应用，且改性效果明显。现阶段，对于膳食纤维的改性作用主要集中在原料加工副产物中。Li等[9]研究发现适当的汽爆处理可显著提高豆渣中的 SDF含量，张立娟等[10]采用蒸汽爆破技术对葡萄酒副产物进行改性，较未汽爆处理的SDF提取率提高了24.25%，Ma等[11]测定了蒸汽爆破处理后对麦麸中 SDF含量，SDF含量由 18.88%提高到 40.32%。由此可见，蒸汽爆破处理可以提高SDF的溶出率，增加食物副产物的附加值，且对于保护环境和资源的开发再利用有重要意义。本文对近年来蒸汽爆破技术在膳食纤维改性方面的研究进行综述，阐述了改性后的膳食纤维品质的变化，以期为食物副产物的开发利用提供一定的参考。

3.1 对结构特性的影响

膳食纤维的结构会直接影响其理化和功能特性，结构特性主要体现在其表面的形态特征、膳食纤维的结晶状态以及化学基团的组成等方面。通过扫描电子显微镜观测、比表面积测定、X-射线衍射表征、傅里叶红外光谱分析等多种方式对蒸汽爆破处理前后膳食纤维的结构进行对比，可以更直观的看到汽爆处理对膳食纤维结构的影响，为研究其理化性质提供依据。

未经汽爆处理的膳食纤维表面平整，结构紧实，当在汽爆处理后，膳食纤维表面会出现大量空洞和孔隙，说明蒸汽爆破处理对原料的细胞壁进行了破坏，将原料内部的小分子物质溶出，纤维的聚合度变小。郑佳欣[12]对改性前后的刺梨渣膳食纤维进行了结构分析，在电子显微镜下可以看出未经汽爆处理的刺梨渣膳食纤维表面光滑平整、结构致密，而汽爆处理后的其表面则是出现了大量褶皱、呈现蜂窝状。姜永超等[13]对菠萝皮渣膳食纤维的形貌结构进行了电镜扫描，汽爆处理后，其表面出现了大量褶皱，具有很多空隙，增大了相对比表面积。蒸汽爆破处理破坏了膳食纤维原本的结构，使其表面积增大，出现很多的孔隙，有利于增强膳食纤维的吸附能力，提高持油力等。

对于膳食纤维的晶体结构，汽爆处理不会对其造成影响，王磊等[14]对改性后的麦麸进行了X-射线衍射表征，发现对DF的晶体结构基本不造成影响。

红外光谱图可根据吸收峰的峰形和峰面积等反映出膳食纤维官能团的位置有没有发生变化，以及膳食纤维中多糖的变化情况，对于汽爆处理后的膳食纤维，一般情况下，处理前后的峰形大致相似，因为汽爆处理没有改变膳食纤维原本的结构，只是将一些大分子的纤维素转变成小分子的糖类，因此，红外光谱图上会出现吸收峰的红移，说明一些纤维素、半纤维素发生了水解，并且出现了一些多糖的特征性吸收峰。Wang等[15]分析了蒸汽爆破前后甘薯渣膳食纤维的红外光谱图，发现处理前后的红外光谱大致相似，经过汽爆处理对甘薯渣的膳食纤维结构未造成显著改变，何晓琴等[16]对汽爆处理前后的苦荞麸皮进行光谱分析发现，处理后SDF的吸收峰变窄，吸收强度提高，说明经过汽爆处理的苦荞麸皮中纤维的氢键断裂，导致更多的羟基暴露在外面，使得SDF的吸收强度提高，汽爆处理有利于改善纤维的品质。

汽爆处理后膳食纤维的表面出现褶皱和很多孔隙，比表面积增大，这些特征可以更直观的反映出持水力、持油力、膨胀力等提高的原因。且汽爆处理没有导致膳食纤维中出现新的官能团，说明该技术不会引入其他有害物质，影响膳食纤维的品质。

3.2 对理化性质的影响

理化性质可以从持水力、持油力、膨胀力等方面表现出来，它们会影响食品在加工过程中挤压、搅拌、均质中膳食纤维与其他组分结合的能力，从而对食品的口感和品质发挥作用。白晓州等[17]对废弃的沙棘果渣中可溶性膳食纤维进行了蒸汽爆破处理，沙棘果渣SDF其持水力、膨胀力和持油力比未经处理的提高了2.43、2.04、2.48倍。说明经过蒸汽爆破处理后，沙棘渣中SDF表面积增加，可以吸附更多的水分子和油分子，从而可以提高沙棘中SDF的持水力、膨胀力和持油力。崔潇文等[18]以番茄皮渣为原料，蒸汽爆破处理后番茄皮渣膳食纤维持油力显著提高。由于汽爆处理破坏了纤维结构，增大了比表面积，所以提高了对油的吸附能力。

持水力和膨胀力的提高，有助于膳食纤维与水分子的结合，使得膳食纤维可以吸收肠道内的水分，形成大体积的凝胶状物质，可以促进肠道蠕动，起到通便的作用来预防便秘。持油力与膳食纤维的表面结构有着密切关系，经过蒸汽爆破处理后的膳食纤维因其表面积增大，可以使更多的油分子吸附在膳食纤维表面，若可以将它们添加在脂肪含量高的食品中，可以减少因食用脂肪含量高的食物而导致肥胖的几率。

综上，汽爆处理可以提高食物原料副产物的利用，为废弃的食物皮渣等提供附加值，如果今后将改性后的膳食纤维添加在其他食品中，理化性质的提高对于研究功能性膳食纤维食品提供新的思路及方向。

3.3 对功能特性的影响

膳食纤维具有胆固醇吸收能力、降低血糖、维持膳后血糖水平和抗氧化等功能。膳食纤维中丰富的物质主要通过三个途径来降低血糖：一是抑制α-淀粉酶的活性、二是通过增加体系粘度来阻断葡萄糖的扩散、三是通过吸附游离葡萄糖降低消化道内可吸收的葡萄糖[19]。Liu等[20]发现蒸汽爆破后的菠萝皮膳食纤维的抗氧化活性提高，张明等[21]测定了汽爆压力对西兰花老茎膳食纤维DPPH自由基清除率的值，与对照组比较提高约2倍，胡莹莹等[22]对汽爆后香蕉花SDF对清除DPPH自由基能力进行测定，发现汽爆后清除DPPH自由基能力显著提高。汽爆处理对于膳食纤维的抗氧化能力有明显的效果，多食用富含抗氧化的食物，对于抗疲劳、缓解压力有很好的作用。汽爆处理后的SDF表现出良好的胆固醇结合能力[23]，胆固醇具有合成胆汁的作用，可以更好的帮助人体消化。膳食纤维中葡萄糖的吸附能力与膳食纤维的比表面积有关，比表面积增大，其表面基团的暴露增强了和葡萄糖的作用，汽爆处理可以显著提高葡萄糖的吸附能力，从而降低人体的血糖浓度。汽爆处理后SDF对小鼠血糖水平有调节作用，可显著降低小鼠的血糖[24]。

膳食纤维可以将血糖维持在正常的水平，降低血脂含量[25]，胆固醇的吸收被抑制[26]，还可以清除自由基提高抗氧化能力[27]，对于肠道益生菌的生长有促进作用，减少便秘[28]，控制体重，可以减少肠道癌等疾病的发病率。膳食纤维作为第七大营养素，其原本的营养价值就很高，汽爆处理后对于膳食纤维的功能特性有辅助效应，表现出较强的抗氧化能力、清除自由基能力，今后可以将改性后的膳食纤维添加在食品中，为食品提供更高的营养价值。

综上所述，蒸汽爆破技术对于膳食纤维的改性作用效果明显，可有效提高其SDF的溶出率，促进膳食纤维中 IDF向SDF的转化，SDF含量的提高，可提升膳食纤维的品质。蒸汽爆破处理后改变了膳食纤维原有致密的结构，使其中的小分子多糖溶解出来，变成疏松多孔的结构，增大了表面积，有助于膳食纤维吸附更多的水油分子，结构特性的改变对于理化特性和功能特性的研究奠定了基础。汽爆处理提高了膳食纤维的抗氧化和清除自由基能力以及降血糖等功能，改善了膳食纤维的功能特性，蒸汽爆破技术对于食物中膳食纤维的利用具有良好的发展前景，对于废弃食品原料的开发提供了新的发展方向。

目前，蒸汽爆破技术在膳食纤维中的研究主要集中在优化工艺参数和理化结构特性的基础研究。对于蒸汽爆破处理后膳食纤维具体成分的变化以及改性机制的研究还较缺乏；
对于蒸汽爆破处理后膳食纤维功能性食品的开发力度还不够，还处于研究汽爆技术对于食品原材料改性基本机理的阶段。今后，还需再深入研究其对于人体健康的影响；
对改性后的膳食纤维应用范围可以扩大，不能仅仅作为功能性食品出现在市场上，还要以其他形式的食品出现，以供消费者更好的做出选择，以期能将更高品质的膳食纤维的应用于实际生产中；
对于蒸汽爆破的应用，不能局限在原料的加工上，还应根据蒸汽爆破技术的特点，找到其他适合开发的食物，以实现资源利用最大化。

猜你喜欢 表面积改性蒸汽 巧求表面积小学生学习指导(高年级)(2022年3期)2022-03-29改性废旧岩棉处理污水的应用研究建材发展导向(2021年15期)2021-11-05改性复合聚乙烯醇食品包装膜研究进展食品安全导刊(2021年21期)2021-08-30煤、铁、蒸汽与工业革命科学文化评论(2021年5期)2021-04-23硫化氢下铈锰改性TiO2的煤气脱汞和再生研究能源工程(2021年1期)2021-04-13车坛往事3：蒸汽时代步入正轨！人民交通(2020年2期)2020-04-16求正方体的表面积小学生学习指导(高年级)(2019年4期)2019-11-27表面积是多少小学生导刊(高年级)(2017年2期)2017-06-10蒸汽闪爆军事文摘·科学少年(2017年1期)2017-04-26蒸汽变戏法阅读与作文（小学低年级版）(2016年6期)2016-11-14