本章学习重点：
了解膳食纤维的概念与主要成分及测定意义；
了解膳食纤维的化学组成；
掌握膳食纤维分析的原理及其方法和应用。
9.1概述
膳食纤维是指不能被人体小肠消化吸收的而在人体大肠内能被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，包括多糖、寡糖、抗性淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、蜡质以及相关的植物物质。膳食纤维按溶解性可分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维。膳食纤维具有辅助预防便秘、调节控制血糖浓度、降血脂等生理功能。
膳食纤维存在于糙米和胚芽精米，以及玉米、小米、大麦、小麦皮(米糠)和麦粉(黑面包的材料)等杂粮中；此外，根菜类和海藻类中食物纤维较多，如牛蒡、胡萝卜、四季豆、红豆、豌豆、薯类和裙带菜等。植物性食物是膳食纤维的天然食物来源。部分常见食物原料中膳食纤维的含量状况为：小白菜0.7%、白萝卜0.8%、空心菜1.0%、茭白1.1%、韭菜1.1%、蒜苗1.8%、黄豆芽1.0%、鲜豌豆1.3%、毛豆2.1%、苦瓜1.1%、生姜1.4%、草莓1.4%、苹果1.2%、鲜枣1.6%、枣（干)3.1%、金针菜（干）6.7%、山 药0.9%、小米1.6%、玉米面1.8%、绿豆4.2%、口蘑6.9%、银耳2.6%、木耳7.0%、海带9.8%。
国际相关组织推荐的膳食纤维素日摄入量：美国防癌协会推荐每人30～40 g/d；欧洲共同体食品科学委员会推荐每人30 g/d；世界粮农组织建议正常人群摄入量每人27 g/d；中国营养学会提出中国居民摄入的食物纤维量及范围低能量饮食1800 kcal（约7531 kJ）为25 g/d，中等能量饮食2400 kcal（约10042 kJ）为30 g/d，高能量饮食2800 kcal（约11715 kJ）为35 g/d。
膳食纤维的含量是果蔬制品的一项质量指标，用它可以鉴定果蔬的鲜嫩度。例如豌豆按其鲜嫩程度分为3级，其粗纤维含量分别为：一级1.8%左右；二级2.2%左右；三级2.5%左右。
9.2样品的制备
对低脂(5％~10％)样品，先干燥粉碎，再测定；如果样品脂肪含量超过10％，则可使用25%石油醚或正己烷抽提脂肪，离心除去有机溶剂，一般重复抽提2次以上，然后在70℃的真空干燥箱中干燥过夜，研磨过筛。记录除去脂肪和水分后的重量损耗，以校正膳食纤维的测定值。
膳食纤维含量大于10％的非固体样品可通过冷冻干燥和上述前处理步骤进行纤维含量分析；而对于膳食纤维含量少于10％的非固体样品，如果样品均匀、低脂肪，并可有效去除可消化碳水化合物和蛋白质的话，则可在干燥的条件下测定。
9.3测定方法
测定膳食纤维可用两种基本方法：重量法和化学法。①重量法：将可消化的碳水化合物、脂肪和蛋白质，选择性地溶解在化学试剂或酶制剂中，然后用过滤的方法收集滤液，对残留物称重定量；②化学法：用酶解法除去可消化的碳水化合物，再用酸水解膳食纤维部分，并测定单糖含量，酸水解物中的单糖总量，代表膳食纤维的含量。Southgate等人对食品中的膳食纤维进行了广泛而系统地测定。目前虽然Southgate采用的碳水化合物化学测定法已被改良，但该方法仍是重量法和化学法测定膳食纤维的基础。在重量法中，要么除去样品中所有可被消化的物质，只留下不可消化的残留物；要么将不可消化的残留物中残余的可消化杂质进行校正。使用有机溶剂可把脂类从样品中除去，此步骤一般不会给膳食纤维分析带来影响，同时必须通过凯氏定氮法和通过灰分测定来校正没有除去的蛋白质和矿物质。
9.3.1粗纤维测定法
粗纤维是膳食纤维的旧称。在19世纪50年代，粗纤维测定法已被用来测定动物饲料中不可消化的碳水化合物。由于没有一种简便的方法可供选择，直到20世纪70年代初才把食品中的膳食纤维用粗纤维测定法测定。即用1.25％硫酸与样品共煮沸，水解淀粉、果胶、部分半纤维素，再用1.25%的氢氧化钠共煮，使蛋白质溶解、脂肪皂化，过滤后去除，滤渣分别用乙醇、丙酮、乙醚洗涤，去除残余脂肪、单宁和色素等，收集不溶物并干燥称重。然后灰化残留物，并测定灰分含量。此法测定的是样品中的纤维素和木质素，但半纤维素、果胶和亲水胶体并未被检测出来，因此，该法测定的并非全部膳食纤维。
9.3.2洗涤测定法
酸性洗涤法（十六烷基三甲基溴化铵）和中性洗涤法（十二烷基硫酸钠）已用于更精确地测定动物饲料中的木质素、纤维素和半纤维素。酸性洗涤法测定样品中的木质素和纤维素；中性洗涤法测定值相当于酸性洗涤法测定值加上半纤维素含量，而食品中微量的果胶和亲水胶体仍没有办法测定。中性洗涤测定法采用GB/T 9822-2008《粮油检验谷物不溶性膳食纤维的测定》的方法测定。但由于果胶和亲水胶体对人体健康十分重要，因此仅使用这些测定方法很难全面正确地评估食品中的膳食纤维。
9.3.3酶重量法
洗涤测定法只能测定不溶性膳食纤维，但不能测定可溶性膳食纤维。目前常规的膳食纤维分析主要是酶重量法。这种方法能够用于测定总膳食纤维、不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维的测定。酶重量法于20世纪80年代在国外首先发展起来，现已成为AOAC认可的分析方法，已被美国、日本、瑞典及北欧许多国家广泛采用，这也是我国GB 22224-2008（食品中膳食纤维的测定）中的第一法，与AOAC相比主要做了细小程度修改。
9.3.3.1原理
干燥试样，经α-淀粉酶、蛋白酶和葡萄糖苷酶水解消化，去除蛋白质和淀粉，酶解后样液用乙醇沉淀、过滤，残渣用乙醇和丙酮洗涤，干燥后物质称重即为总膳食纤维(Total Dietary Fiber，TDF)残渣；另取试样经上述三种酶酶解后直接过滤，残渣用热水洗涤，经干燥后称重，即得不溶性膳食纤维(Insolubledietary Fiber，IDF)残渣；滤液用4倍体积的95%乙醇沉淀、过滤、干燥后称重，得可溶性膳食纤维(Solu-ble Dietary Fiber，SDF)残渣。以上所得残渣干燥称重后，分别测定蛋白质和灰分。总膳食纤维，不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维的残渣扣除蛋白质、灰分和空白即可计算出试样中总的、不溶性和可溶性膳食纤维的含量。
9.3.3.2结果计算
空白的质量根据下列公式计算：
mB=mBR1+mBR22－mPB－mAB
式中：mB——空白的质量，mg；
mBR1和mBR2——双份空白测定的残渣质量，mg；
mPB——残渣中蛋白质质量，mg；
mAB——残渣中灰分质量，mg。
膳食纤维的含量根据下列公式计算：
X=mR1+mR22－mP－mA－mBm1+m22×100
式中：X——膳食纤维的含量，g/100g；
mR1和mR2——双份试样残渣的质量，mg；
mP——试样残渣中蛋白质的质量，mg；
mA——试样残渣中灰分的质量，mg；
mB——空白的质量，mg；
m1和m2——试样的质量，mg。
计算结果保留到小数点后两位。总膳食纤维、不溶性膳食纤维、可溶性膳食纤维均用此公式计算。
9.3.4酶-化学测定法
9.3.4.1概述
在测定纤维含量的化学法中，纤维含量等于所有不含淀粉的多糖加上木质素的总和，单糖可直接用比色法或色谱法来测定。
在强酸存在的条件下，碳水化合物与许多物质结合形成发色基团，然后利用分光光度法测定。在特定的标准化条件下，用葱酮法测定己糖，用地衣酚法测定戊糖，用咔唑法测定糖醛酸，校正因多种糖的存在而引起的相互干扰，将己糖、戊糖和糖醛酸的总量作为多糖含量。
用色谱法测定糖醛酸在技术上非常困难，更多的是使用咔唑法，在己糖和戊糖并存的情况下，糖醛酸含量必须如前所述加以校正。
9.3.4.2Englyst法
该法是酶-化学法的代表。其原理是测定样品中的非淀粉性多糖(NSP)作为膳食纤维测定指标，首先将淀粉用酶完全水解，溶液离心后，残渣通过酸水解后，通过GC测定单糖，或比色法测定单糖，通过转换系数得总糖即为非淀粉性多糖NSP。本法不仅能测定总、不可溶、可溶性的膳食纤维，而且能测定组成膳食纤维的单糖组成，为确立膳食纤维成分和功能之间的关系提供了有效的手段，该法为欧盟EEC推荐方法，也是AOAC法合理的替代方法。
9.3.4.3酶重量法-液相色谱法
该法是我国GB 22224-2008（食品中膳食纤维的测定）中的第二法，适用于含有抗性麦芽糊精的糖果蜜饯（含巧克力及制品）、粮食及制品、糕点、饮料、乳制品、肉制品和保健食品等食品中总膳食纤维的测定。先采用酶重量法测定不溶性膳食纤维和高分子质量可溶性膳食纤维的总含量。然后用高效液相色谱法测定试样中的低分子质量抗性麦芽糊精的含量。
9.3.5几种方法的比较
用于测定膳食纤维的酶重量法和酶重量法-色谱法是应用最广泛的测定方法，这些方法和一些其他的方法非常相似，能适用的食品范围很宽，因为在Englyst法中木质素和抗性淀粉没有作为膳食纤维的组成部分，所以该法提供了最低的膳食纤维值。
显然，使用Englyst法测定含有大量抗性淀粉的食品(如玉米粉)和含有大量木质素的食品(如谷糠)中的膳食纤维含量时会出现很大的偏差。现代酶重量法建议使用85％的乙醇提取富含单糖(葡萄糖、果糖和蔗糖)的食品。在测定膳食纤维之前，如果不提取食品(如干果、复合麦片)中的糖类，则使测定结果偏高，这并不是酶-化学测定法的方法问题，而是相对于沉淀可溶性膳食纤维所用的乙醇的量来说，样品的取样量太少；在酶-化学测定法中只用少量的样品量(≤200 mg干物质)，所以食品样品必须彻底均匀混合，才能使膳食纤维分析的结果准确。
酶重量法和酶重量-液相色谱法都使用水解蛋白酶。蛋白水解反应使一些膳食纤维溶解度增加，即把一些不溶的膳食纤维转变为可溶性膳食纤维。另外，水解蛋白酶使木质素的测定值偏低。
酶重量法将抗性淀粉作为膳食纤维的一部分，如果用酶重量法测定焙烤、片状和挤压食品时，比用酶重量法-液相色谱法测定的膳食纤维含量高；用酶重量法测定经校正抗性淀粉的膳食纤维含量与用酶重量法-液相色谱法测定值相接近。
酶重量法-液相色谱法与其他方法相比，需要更长的时间，同时对实验技能和设备的要求也更高。但酶重量法-液相色谱法较酶重量法具有更好的重现性。
如果只需分析总膳食纤维，可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的含量，酶重量法和酶重量法-液相色谱法都较合适。
复习思考题
1.膳食纤维的概念是什么？
2.膳食纤维的主要化学成分有哪些？
3.酶重量法测定膳食纤维的原理是什么？
4.化学测定法测定膳食纤维的原理是什么？
5.各种膳食纤维测定方法的主要步骤有哪些？
