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膳食纤维定义及分析方法研究进展

    The advance o f definitio n o f dietary fiber and related analytical metho ds
    摘要：随着研究的日益深入，膳食纤维的定义进一步扩充，分析方法也有了一定的发展。本文综述了膳食纤维定义的演变、常用分析方法及不同分析方法测定值的比较；并对几种不消化碳水化合物（抗性淀粉、果聚糖、多聚葡萄糖等）的分析方法，在总膳食纤维分析时，能否作为AOAC酶重量法的补充进行了说明。
    关键词膳食纤维；抗性淀粉；反式低聚半乳糖；多聚葡萄糖；果聚糖；抗性糊精

Keywords ：dietary fiber ；resistant starch；polydextrose；trans －galactoligosaccharide；fructans ；resistant mal －todextrin
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    DF定义得以不断扩充的同时分析方法也日益复杂。

２膳食纤维定量方法

膳食纤维测定方法主要可分为非酶重量法、酶－重量法和酶－化学法。

２．１非酶重量法

非酶重量法一般用于测定粗纤维（crude fibre）即纤维素和木质素、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维 １０～１３，以上４种方法多应用于饲料及宠物食品中的纤维分析。AOAC９９３．２１也只适用于淀粉含量≤２％，且总膳食纤维含量≥１０％的食物及加工食品。非酶重量法不能满足目前食物成分分析时对可溶性膳食纤维（solu－ble DF）、不溶性膳食纤维（insoluble DF）定量的需要。

２．２酶－重量法

酶－重量法主要有以下几种：

    AOAC９８５．２９，若试样脂肪含量＞１０％先脱脂，经热稳定α－淀粉酶（termamyl ）消化后，消化产物经蛋白酶（protease）和淀粉葡糖苷酶（amylo－glucosidase）作用去除蛋白质和淀粉，再用乙醇沉淀其中的可溶性DF，过滤后的残渣烘干、称重，扣除其中蛋白质和灰分，即得到总DF含量。如果经酶消化去除蛋白质和淀粉，过滤去除酶解达能营养中心    残渣，滤液用乙醇沉淀，可测定可溶性膳食纤维（soluble dietary fibre，SDF）；而将酶消化液过滤，弃去滤液，不对其中SDF沉淀，可以测定不溶性膳食纤维（insoluble dietary fibre，IDF）。这两种方法后来成为测定SDF和IDF的两种AOAC官方方法：AOAC９９３．１９   、AOAC９９１．４２。
    AOAC９９１．４３终案，可同时测定总膳食纤维（total dietary fibre，TDF）、SDF和IDF。但AOAC９９１．４３所用的不是磷酸缓冲液而是MES －TRIS。［MES２－N－morpholinoethanesulfo －nic acidTRIStris hydroxymethylaminomethane］。
    ２００１年AACC指出，目前的AOAC分析方法９８５．２９，９９１．４３能够适合分析的需要，并将继续应用于食物中的DF分析。
    杨晓莉，杨月欣等分析了多种食品中总的、可溶性、不溶性DF时指出，AOAC推荐的３种酶不能轻易用国产酶替代，并对实验过程提出了一些建议。杨月欣等将AOAC９９１．４３等同采用，作为我国总的、可溶性、不溶性DF的国家标准，也正在审批过程中。

２．３酶化学法

    酶化学法最早由Southgate１９６９年提出，目前应用于分析的主要为AOAC９９４．１３和Englyst方法。
    AOAC９９４．１３即Uppsala方法，此方法将DF定义为不能被淀粉酶消化的多糖和Klason木质素。首先用热稳定α－淀粉酶和淀粉葡糖苷酶除去样品中的淀粉，然后通过８０％乙醇沉淀SDF。得到的SDF和IDF残渣经硫酸水解，比色法测定葡糖醛酸，气液色谱（gas liq－uid chromatography，GLC）定量中性糖，最后用重量法测定Klason木质素，即不含灰分、不溶于酸的残渣。通过对中性糖、葡糖醛酸、Klason木质素的定量，确定DF含量。
    Englyst 方法将DF定义为植物性食物中的非淀粉多糖（非α－葡聚糖）。首先用二甲基二硫亚砜（DMSO）溶解样品，经胰酶（pancreatin）和支链淀粉酶（pullulanase）水解后除去淀粉，酶消化液中加入乙醇后，形成不溶性沉淀（NSP）用硫酸水解，生成的糖可用比色法（测定酸性糖和中性糖）和GLC法（只测定中性糖）测定，最后定量NSP。
    以上方法稍加改动，用磷酸缓冲液浸提替代乙醇沉淀，即可测定不溶性NSP并间接定量可溶性NSP。
    另外，以１mol 硫酸替代１２mol 硫酸对NSP进行水解时，只有非纤维素多糖（non－cellulose polysac－charide，NCP）被分解，NCP定量后，用NSP含量减去NCP可间接测定纤维素。
    与AOAC方法相比，Englyst 方法理论上将RS 完全去除。NSP测定方法明确地鉴定了NSP所包含的物质，为单独进行RS 测定和低聚寡糖的测定提供了可能性。

    ２．４其他方法

    除以上主要方法，还可利用近红外反射光谱法快速测定谷类及其制品中的总膳食纤维含量，若改用‘sugar－expanded’模式后，可对高糖甚至是含有糖结晶的样品中总膳食纤维进行快速分析。
    还有学者提出用食物中的不消化部分（indi－gestible fractions ）代替食品标签和食物成分表中的DF。通过体外模拟体内的生理环境，用胃蛋白酶（pepsin）和α－淀粉酶对类似咀嚼后的样品进行消化，经离心和透析后获得食物中的可消化和不消化部分（digestible and indigestible fractions ），不消化部分与进入结肠的成分相近，主要包括DF、RS 、抗性蛋白质以及其它的缔合物。这种测定方法更符合人体生理学特点。

３不同分析方法DF测定值的比较

    DF分析方法与DF定义有密切关系。不同分析方法利用了各异的DF定义，定义又一般根据某种分析方法提出。
    AOAC方法测定的DF包括NSP、抗性淀粉（re－sistant starch，RS ）中的一部分（部分回生淀粉）、树胶、粘胶和木质素等成分，而Englyst 将膳食纤维定义为非淀粉多糖（NSP），因此AOAC法测定的DF值一般比Englyst 法测定的DF值高。由于食品不同，两种分析方法测定值间可能有很大差异。AOAC方法的测定值比Englyst方法的测定值平均高出３０％～４０％。
    分析４种食品中的DF时发现，不同DF分析方法的SDF和IDF测定值不同；中性、酸性洗涤纤维方法对纤维素、半纤维素和木质素不能准确定量，中性洗涤纤维法和Helloendoorn方法不适合IDF分析；AOAC法测定的DF中含低聚糖和美拉德反应产物，而Englyst 方法在水解或衍生化过程中造成某些多糖的损失，以上两种原因之一或二者协同作用的结果导致前者的DF测定值比后者的高。在测定SDF值时，AOAC法和En－glyst 方法，用测得的总膳食纤维（total dietary fi－bre，TDF）含量中减去IDF含量比较合理，因为单独测定SDF时造成误差的因素较多。
    比较１９８８年Prosky方法（AOAC９９１．４３）和AOAC９９４．１３两种方法的TDF测定值，４１种蔬菜样品只有两种样品Uppsala法测定值比AOAC法高，其余样品测定值均低于AOAC方法，Uppsala＝０．８５（AOAC）＋０．０４r２＝０．９３（P＜０．０１）。某些食用真菌用以上两种方法测定的DF值进行比较，也发现类似结果。主要原因可能有以下３个方面：１）AOAC方法中单糖同纤维多糖一起沉淀；２）AOAC法测得的DF含有未水解的抗性淀粉或糖原水解不完全；３）AOAC方法测定的纤维残渣中可能含有较多的草酸盐。
    烹调干燥后的豆类，用５种膳食纤维分析方法测定总膳食纤维结果表明，AOAC９８５．２９、９９１．４３的测定值相近，都高于其他３种方法的，这主要是因为分析时有部分淀粉生成了抗性淀粉。两种品牌的婴儿食品（大麦），用Englyst 方法测定的总膳食纤维含量最低，AOAC９９２．１６的测定值略高于AOAC９８５．２９的，但大米中３种方法的测定值各异，AOAC９９２．１６＞AOAC９８５．２９＞Englyst 方法。对于某些极个别食品，Englyst 方法测定值略高于Prosky方法，如酸黄瓜（Gherkin）。但大多数食品中的总膳食纤维，由于样品制备过程中淀粉（主要是直链淀粉）没有酶解完全，Prosky方法测定值较Englyst 方法高。

４膳食纤维分析方法的补充

酶重量法测定的膳食纤维中包括纤维素、半纤维素、果胶及其它非淀粉多糖，木质素和一部分抗性淀粉（RS ），对溶于７８％～８０％乙醇的某些DF组分如葡聚糖、菊糖等不能测定。这些不消化碳水化合物的分析方法相对独立，一些可以作为AOAC酶重量法的补充，但必须经过验证，因为补充方法存在与AOAC酶重量法冲突的可能性，即对某些成分进行重复测定，从而高估样品中膳食纤维含量。

４．１抗性淀粉

研究非淀粉多糖时Englyst 首先发现RS ，并将RS 分成了RS１、RS２、RS３。RS１（physically inac－cessible starch）指包埋在致密细胞结构中的淀粉，不能与酶进行接触；RS２即抗性生淀粉粒（resistant starch granule），主要存在于生马铃薯和未成熟香蕉中。RS３是淀粉糊化后冷却或食物储藏过程中形成的回生淀粉（retrograded starch），Eerlingen等又将那些经过化学修饰的淀粉或经温度处理而发生修饰的淀粉归为RS４（modified starch。AOAC９８５．２９或AOAC９９１．４３只能对抗性淀粉中的一部分进行测定，主要是RS３S 测定方法经过多年的发展，形成McCleary＆Monaghan方法，此方法被AOAC和AACC采纳，成为AOAC２００２．０２和AACC３２－４０。此方法可以较准确地定量食品中的抗性淀粉。但应用此方法作为AOAC９８５．２９或AOAC９９１．４３的补充测定总膳食纤维时，却存在对抗性淀粉中的一部分（回生淀粉）进行重复测定，造成测定值偏高的问题。因此必须对AOAC９８５．２９、AOAC９９１．４３进行修改，或改进抗性淀粉的分析程序来解决这一矛盾。

４．２其他补充方法

除抗性淀粉外，对于果聚糖（fructan）、葡聚糖（glucan）、多聚葡萄（polydextrose）、反式低聚半乳（trans－galactoloigosaccharide）、抗性麦芽糊精（re－sistant maltodextrin）等可用如下方法定量：AOAC９９７．０８ ３８ 、AOAC９９９．０３、Craig法（AOAC２０００．１１）、Slegte法（AOAC２００１．０２）、Gordon法（AOAC２００１．０３等。见表２：

抗性麦芽糊精平均分子量为２０００道尔顿，多聚葡萄糖平均聚合度为１２，反式低聚半乳糖聚合度为１～７，均不能被７８～８０％乙醇沉淀，以上３种低聚糖的AOAC方法可作为AOAC酶重量法的补充。果聚糖测定方法是否能够作为补充方法决定于果聚糖分子的大小，酶法生产的蔗果系列低聚糖，其平均聚合度一般为３～５；长链菊粉的水解产物，聚合度较低且作为食品添加剂，测定总膳食纤维时可作为AOAC分析方法的补充。天然存在的长链菊粉测定时，两种方法间是否存在冲突及其程度，还有待实验证实。

５展望

    国际食品法典委员会第２６届会议上对DF定义内容达成共识：定义除包括化学特性外，还应该包括这些成分的生理学特性，定义对膳食纤维的来源、聚合度等作出了说明，但未对膳食纤维的动物性来源达成一致性意见，膳食纤维定义的扩大得到广泛支持。
    膳食纤维定义扩充后，包括AOAC酶重量法不能或不能完全定量的一些不消化碳水化合物，使DF分析方法复杂化，因此在总DF测定时须优化目前的分析方法。理论上可通过两种方法解决这一问题：１）对AOAC酶重量法进行改进，或优化这些不消化碳水化合物的分析方法，使之与AOAC酶重量法测定的成分相对独立；２）对食物中的非淀粉多糖NSP进行定量后，再对DF定义所包括的各成分依相应方法测定，所得结果相加得到总膳食纤维的含量。相信随分析手段的进步，不久的将来这些问题便可得以解决。

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