1.2　膳食纖維的分類

1.2.1　根據溶解性分類

根據膳食纖維的溶解性可將其分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維。

1.2.1.1　可溶性膳食纖維

可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）是指能溶于水的膳食纖維部分，包括低聚糖和部分不能消化的多聚糖等。它是一類既可溶于水又可吸水膨脹，并可被大腸中微生物酵解利用的纖維，常存在于植物細胞液和細胞間質中，主要包括植物細胞壁內的儲存物質和分泌物、可溶性半纖維素、部分微生物多糖及一些合成類多糖（如瓜爾膠、阿拉伯膠等）等。

（1）可溶性半纖維素

半纖維素（hemicellulose）是一類含有D-木糖的雜多聚糖，其結構單元包括葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖等，單糖聚合體間分別以共價鍵、氫鍵、醚鍵及酯鍵相連接。半纖維素是一類物質的名稱，一種植物往往含有幾種由兩種或三種糖基構成的半纖維素，其化學結構各不相同。半纖維素主要分為三類，即聚木糖類、聚葡萄甘露糖類和聚半乳糖葡萄甘露糖類。與纖維素相比，半纖維素的分子量較小，易于被人體腸道內的微生物分解利用。

半纖維素包括可溶性半纖維素和不溶性半纖維素。可溶性及不溶性半纖維素在食品中均具有重要作用，如增加食物體積，某些半纖維素還可以在酸性溶液中結合陽離子。在谷類中，可溶性的半纖維素稱為戊聚糖，還有（1→3）-β-D-葡萄糖苷鍵和（1→4）-β-D-葡萄糖苷鍵連接的葡聚糖，其水溶液具有黏稠性，可以降低血清中膽固醇的水平。

總的來說，半纖維素可以促進人體胃腸蠕動、降低血清膽固醇水平、減少心血管疾病發生以及預防結腸癌。在焙烤食品中，半纖維素可以提高面粉結合水的能力，增加面包的體積，延緩面包的老化。

（2）果膠

果膠（pectin）廣泛存在于水果和蔬菜中，是植物細胞壁的成分之一，存在于相鄰細胞壁間的胞間層中，起到黏聚的作用。果膠分子的主鏈是由150～500個α-D-吡喃半乳糖醛酸通過α-1，4-糖苷鍵連接而成的聚合物，側鏈上是半乳糖和阿拉伯糖。酯化度是指酯化的半乳糖醛酸基與總半乳糖醛酸基的比值，通常將酯化度小于50%的果膠稱為低甲氧基果膠，而酯化度大于50%的果膠稱為高甲氧基果膠。一般來說，天然原料提取的果膠最高酯化度為75%，而果膠產品的酯化度為20%～70%。

根據果蔬的成熟過程，果膠物質一般可以分為3種形態。

①原果膠。與纖維素和半纖維素結合在一起的甲酯化半乳糖醛酸鏈，只存在于細胞壁中，不溶于水，水解后生成果膠。在未成熟果蔬組織中與纖維素和半纖維素黏結在一起形成牢固的細胞壁，使整個組織比較堅固。

②果膠。果膠是羧基不同程度甲酯化和陽離子中和的聚半乳糖醛酸鏈，存在于細胞汁液中，成熟果蔬的細胞液內含量較多。

③果膠酸。果膠酸是完全未甲酯化的聚半乳糖醛酸鏈，在細胞汁液中與Ca2+、Mg2+、K+、Na+等礦物質形成不溶于水或稍溶于水的果膠酸鹽。當果蔬變成軟瘍狀態時，果膠酸的含量較多。

果膠在酸性或堿性條件下能發生水解，使酯基或糖苷鍵發生裂解；在高溫強酸條件下糖醛酸殘基發生脫酸作用。另外，果膠及果膠酸在水中的溶解度隨聚合度的增大而減小，在一定程度上還隨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較大。果膠酸的溶解度較小（1%），果膠分散所形成的溶液是高黏度溶液，其黏度與分子鏈長度成正比。

當果膠水溶液含糖量60%～65%，pH值在2.0～3.5，果膠含量為0.3%～0.7%（依果膠性能而異）時，在室溫甚至接近沸騰的溫度下，果膠也能形成凝膠。在相同條件下，果膠分子量越大，形成的凝膠越強。這是因為在果膠溶液轉變成凝膠時，每6～8個半乳糖醛酸基形成一個結晶中心。此外，在相同條件下，果膠的酯化度越大，凝膠強度則越大，因為凝膠網絡結構形成時的結晶中心位于酯基團之間，同時果膠的酯化度也直接影響凝膠速度。

（3）魔芋多糖

魔芋多糖又稱魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM），是從魔芋的塊莖里提取出來的一種高分子量、非離子型水溶性雜多糖。它是由物質的量比為1:1.6的D-吡喃甘露糖與D-吡喃葡萄糖通過β-1，4-糖苷鍵連接而成的多糖。

魔芋多糖能溶于水，形成高黏度的假塑性流體。經堿處理脫乙酸后，它能夠形成一種熱不可逆凝膠，在膠凝過程中，其膠凝速率主要由膠的濃度、分子量、乙酰度和堿濃度所決定，而較慢的膠凝速率可以得到較強的凝膠。魔芋葡甘露聚糖的凝膠特性可使其被用來制作各種仿生食品、可食膜及其他魔芋食品。當魔芋多糖與黃原膠混合時，能夠形成一種熱可逆凝膠，當黃原膠與魔芋多糖的比例為1:1時，凝膠的強度最大，且強度隨著二者濃度的增加而增加但隨鹽濃度的增加而減少。

魔芋多糖是一種優良的功能性食品和醫藥用品，具有親水性、黏稠性、成膜性、低能量等多種特性。研究表明，魔芋多糖能夠延緩葡萄糖的吸收，并且能夠有效減輕因餐后血糖升高而導致的胰臟負擔，使糖尿病患者的糖代謝處于良性循環。同時，魔芋多糖還具有降血脂、減肥、維持腸道正常狀態等生理功能。

（4）阿拉伯膠

阿拉伯膠（acacia gum）也稱為阿拉伯樹膠，是一種產于非洲撒哈拉沙漠以南的半沙漠帶的天然植物膠。它可以補充人體纖維素，與淀粉和麥芽糊精相比，其能量值還不到它們的一半。阿拉伯膠主要由兩種成分組成，其中70%是由不含N或含少量N的多糖組成，另一成分是具有高分子量的蛋白質結構；多糖是以共價鍵與蛋白質肽鏈中的羥脯氨酸、絲氨酸相結合的，總蛋白質含量約為2%，特殊品種可高達25%；而與蛋白質相連接的多糖分子是高度分支的酸性多糖，它具有如下組成成分：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%。在阿拉伯膠主鏈中β-D-吡喃半乳糖是通過1，3-糖苷鍵相連接，而側鏈是通過1，6-糖苷鍵相連接。更具體地說，阿拉伯膠是阿拉伯半乳糖寡糖、多聚糖和蛋白糖的混合物。阿拉伯膠的溶解度較高，與水的混合比最高可達60%，但是溶液的黏度較低。

阿拉伯膠既是一種良好的乳化劑，也是一種良好的乳狀液穩定劑，這是因為阿拉伯膠具有表面活性，能在油滴周圍形成一層厚的、具有空間穩定性的大分子層，防止油滴聚集。在生活中，人們往往將香精油與阿拉伯膠制成乳狀液，然后再進行噴霧干燥進而得到固體香精，而阿拉伯膠的加入可以避免香精的揮發與氧化。阿拉伯膠在使用時能快速分散與釋放氣味，并且不會影響最終產品的黏度，從而被廣泛用于固體飲料、布丁粉、蛋糕粉以及湯粒粉等食品中。此外，因為阿拉伯膠與高濃度糖具有相容性，所以阿拉伯膠也被廣泛應用于高糖含量和低水分含量糖果的生產中，如太妃糖、果膠軟糖以及軟果糕等，它在糖果中的功能是阻止蔗糖結晶和乳化與分散脂肪組分，能夠有效防止脂肪從表面析出產生“白霜”。

1.2.1.2　不溶性膳食纖維

不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）是指不能溶于水的膳食纖維部分。它是一類既不能溶解于水又不能被大腸中微生物酵解的一類纖維，常存在于植物的根、莖、干、葉、皮、果中，主要包括纖維素，不溶性半纖維素，木質素，抗性淀粉及抗性低聚糖，不消化的細胞壁蛋白，植物細胞壁的蠟質和角質，美拉德反應產物，一些不可消化的寡糖及蝦、蟹等動物表皮中所含的甲殼素等。

（1）木質素

木質素（lignin）是三種苯基丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵相互連接形成的具有復雜三維網狀結構的生物高分子，其廣泛存在于植物體的木質部中，主要作用是通過形成交織網來硬化細胞壁，是次生壁的主要成分。木質素主要位于纖維素纖維之間，起到抗壓的作用。在木本植物中，木質素占25%，是世界上僅次于纖維素的最豐富的有機物。

木質素是由三種醇單體（對香豆醇、松柏醇、芥子醇）形成的一種復雜酚類聚合物。因單體不同，可將木質素分為3種類型：由紫丁香基丙烷結構單體聚合而成的紫丁香基木質素（syringyl lignin，S-木質素）；由愈創木基丙烷結構單體聚合而成的愈創木基木質素（guaiacyl lignin，G-木質素）；由對羥基苯基丙烷結構單體聚合而成的對羥基苯基木質素（para-hydroxy-phenyl lignin，H-木質素）。裸子植物主要含愈創木基木質素，雙子葉植物主要含愈創木基-紫丁香基木質素，單子葉植物則含愈創木基-紫丁香基-對羥基苯基木質素。從植物學角度，木質素就是包圍于管胞、導管及木纖維等纖維束細胞及厚壁細胞外的物質，并使這些細胞具有特定顯色反應（加間苯三酚溶液一滴，靜置片刻，再加鹽酸一滴，即顯紅色）的物質；從化學觀點來看，木質素是由高度取代的苯基丙烷單元隨機聚合而成的高分子，它與纖維素、半纖維素一起，形成植物骨架的主要成分，在數量上僅次于纖維素。木質素填充于纖維素構架中可以增強植物體的機械強度，利于輸導組織的水分運輸和抵抗不良外界環境的侵襲。

木質素在木材等硬組織中含量較多，蔬菜中則很少見，一般存在于豆類、麥麩、可可、草莓及山莓的種子部分之中，其最重要的作用就是吸附膽汁的主要成分膽汁酸，并將其排出體外。木質素的分子量較高，在酸作用下難以水解，故不能被人體消化利用。

（2）纖維素

纖維素（cellulose）是由β-D-吡喃葡萄糖基通過β-1，4-糖苷鍵連接起來的均一直鏈大分子多糖，是植物細胞壁的主要成分，其聚合度的大小取決于纖維素的來源，一般可達到1000～1400。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上，通常與半纖維素、果膠和木質素結合在一起，其結合方式和程度對植物源食品的質地影響很大。

纖維素的柔順性很差，因為纖維素分子有極性，分子鏈之間相互作用力很強，且纖維素中的六元吡喃環結構會使內旋轉困難。同時，纖維素分子內和分子間都能形成氫鍵特別是分子內氫鍵致使糖苷鍵不能旋轉從而使其剛性大大增加。常溫下纖維素既不溶于水，也不溶于稀堿溶液和一般的有機溶劑（如酒精、乙醚、丙酮、苯等），但是纖維素能溶于銅氨溶液和銅乙二胺溶液等。纖維素加熱到約150℃時不發生顯著變化，超過該溫度便會因脫水而逐漸焦化。另外，纖維素與較濃的無機酸水解作用生成葡萄糖等，與較濃的苛性堿溶液作用生成堿纖維素，與強氧化劑作用生成氧化纖維素。

因為人體消化道內不存在纖維素的消化酶，所以纖維素不能被人體消化吸收。但是纖維素具有親水性且不溶于水的特性，在胃腸道內可以吸收水分，增加飽腹感，并且能促進腸道蠕動，加快糞便的排泄，使致癌物質在腸道內的停留時間縮短，對腸道的不良刺激減少，從而可以預防腸癌發生。

（3）抗性淀粉

抗性淀粉（resistant starch），又稱抗酶解淀粉或抗消化淀粉，是指在正常健康人體小腸中不能被吸收的淀粉及其降解產物，包括改性淀粉和加熱后又冷卻的淀粉。這類淀粉在人的腸胃道結腸中可以被結腸的微生物群發酵生成多種氣體和短鏈脂肪酸，并被結腸緩慢吸收。抗性淀粉存在于某些天然食品中，如馬鈴薯、香蕉、大米等都含有抗性淀粉，特別是高直鏈玉米淀粉含抗性淀粉高達60%。

根據抗性淀粉的形態及物理化學性質，可將其分為RS1、RS2、RS3及RS4這四類。

RS1：物理包埋淀粉，指因細胞壁的屏障作用或蛋白質的隔離作用而不能被淀粉酶接觸的淀粉。如輕度研磨的谷物和豆類中，一些淀粉被裹在細胞壁里，在水中不能充分膨脹和分散，不能被淀粉酶接近，因此不能被消化。但是這類淀粉在經加工時粉碎、碾磨及被攝入時的咀嚼等物理作用時，含量會降低。

RS2：抗性淀粉顆粒，指那些具有一定粒度的抗消化性淀粉，通常存在于生的馬鈴薯、香蕉和高直鏈玉米淀粉中。因RS2具有致密的結構和部分結晶結構而對酶有高度抗性，其抗性隨著糊化過程的結束而消失。根據X射線衍射圖像的類型，RS2可分為A、B、C三類。

A類：這類淀粉即使未經加熱處理也能消化，但在小腸中只能部分被消化，主要包括小麥、玉米等禾谷類淀粉。

B類：這類淀粉即使經加熱處理也難以消化，包括未成熟的香蕉、芋類和高直鏈玉米淀粉。

C類：X射線衍射圖像的類型介于A類和B類之間，主要是豆類淀粉。

RS3：回生淀粉，也稱老化淀粉，指糊化后在冷卻或儲存過程中結晶而難以被淀粉酶分解的淀粉。它是抗性淀粉的重要成分，通過食品加工引起淀粉化學結構、聚合度和晶體構象等方面的變化形成，因而也是一類重要的抗性淀粉，常見于煮熟又放冷的米飯、面包、油炸土豆片等食品中。這類抗消化淀粉又分為RS3a和RS3b兩部分，其中RS3a為凝沉的支鏈淀粉，RS3b為凝沉的直鏈淀粉，RS3b的抗酶解性最強。RS3一般采用濕熱處理制備，如直鏈含量為70%的玉米淀粉，經過壓熱法處理，可獲得21.2%的RS3的產品。

RS4：化學改性淀粉，主要指經基因改造或化學變性后，由于淀粉分子結構的改變以及一些化學官能團的引入而產生的抗酶解淀粉，如羧甲基淀粉、熱變性淀粉、磷酸化淀粉及交聯淀粉等。

因為RS1、RS2和RS3a經一定的加工或加熱后仍可被消化吸收，所以RS3b和RS4是目前研究最多也是最熱門的抗消化淀粉。

抗性淀粉由于消化吸收慢，食用后不致使血糖升高過快，也就是可以調節血糖水平，因此成為一種功能性淀粉，特別適宜糖尿病患者食用，食用抗性淀粉后不容易饑餓，有助于糖尿病患者維持正常的血糖，減少饑餓感。

（4）幾丁質

幾丁質（chitin），又稱殼多糖、甲殼質或甲殼素，是一類由N-乙酰-氨基葡糖通過β-1，4-糖苷鍵連接聚合而成的不分支的鏈狀高分子聚合物。其為白色或灰白色，略有珍珠光澤，無味，不溶于水、稀酸、堿液及有機溶劑，但能溶于濃鹽酸，其理化性質主要取決于乙酰化率和聚合度。殼多糖用酸完全水解后會生產甲殼胺（2-氨基葡萄糖），廣泛存在于甲殼類（蝦、蟹）等動物的外殼、昆蟲的甲殼和真菌的細胞壁中，也存在于一些綠藻中。

幾丁質在食品中可作為黏合劑、保濕劑、澄清劑、填充劑、乳化劑、增稠劑等。另外，它能降低膽固醇，提高機體免疫力，增強機體的抗病抗感染能力，尤其具有較強的抗腫瘤作用。目前，在食品中應用相對較多的是改性殼聚糖，最常見的是羧甲基化殼聚糖，其中，N，O-羧甲基殼聚糖在食品工業中作增稠劑和穩定劑，因其可與大部分有機離子及重金屬離子絡合沉淀而被用來純化水，另外，因其溶于中性水后可形成膠體溶液且具有良好的成膜性而被用于水果保鮮。

（5）美拉德反應產物

美拉德反應生成的蛋白黑素與其他不可溶性纖維一樣，到達大腸的蛋白黑素鈣離子復合物可以彌補小腸中鈣離子利用率的下降。實驗證明，小分子和可溶的蛋白黑素前體也可以結合鈣離子來保持離子的可溶性，使它們可以被吸收。蛋白黑素除了能隔離鈣離子，導致旁路吸收的溶解度降低，還能影響腸上皮細胞代謝。美拉德反應產物也可能是因褐變產物的發酵，提高了大腸中鈣離子的吸收率。美拉德反應產物的作用與其他不可消化碳水化合物相似，例如，它可以刺激厭氧菌（如乳酸桿菌）的生長，使乳酸濃度增加并降低pH。利用胃蛋白酶和胰蛋白酶模擬上消化道，未發現分子產物，說明蛋白黑素具有不可消化性。盡管體外試驗證明蛋白黑素具有降低鈣離子吸收的趨勢，但是還沒有活體試驗表明蛋白黑素對鈣離子吸收的凈作用效果。評價蛋白黑素對鈣離子吸收的影響應包括小腸和大腸兩部分數據。此外，美拉德反應產物的消耗也與小便中鈣離子含量有關，沒有證據表明鈣離子的保留減少。

1.2.2　根據來源分類

根據膳食纖維的來源，可將其分為谷物類膳食纖維、豆類膳食纖維、水果類膳食纖維、蔬菜類膳食纖維、生化合成或轉化類膳食纖維及其他膳食纖維六類。

（1）谷物類膳食纖維

谷物類膳食纖維主要包括小麥、燕麥、玉米和米糠纖維等，它們胚乳細胞壁的主要成分是β-D-葡聚糖。谷類葡聚糖是線性均多糖，主要是由β-葡萄糖殘基通過β-（1→3）-糖苷鍵和β-（1→4）-糖苷鍵連接組成。它的結構特點是由單個β-（1→3）-糖苷鍵將連續相連的β-（1→4）-糖苷鍵分割成許多單元。

（2）豆類膳食纖維

豆類膳食纖維比較常見的有大豆纖維、豌豆纖維、瓜爾膠和刺槐豆膠等。

（3）水果類膳食纖維

水果類膳食纖維一般存在于果皮和果渣中，主要用于高纖維果味飲料、果凍以及果味飲料的制作。

（4）蔬菜類膳食纖維

蔬菜類膳食纖維主要存在于筍干、辣椒、蕨菜、菜花及菠菜等蔬菜中。研究較多的有甜菜渣、胡蘿卜渣、芋頭及茭白纖維等，同時還有芹菜等各種蔬菜粉和蔬菜汁。

（5）生化合成和轉化類膳食纖維

生化合成和轉化類膳食纖維主要包括改性纖維素、抗性糊精、水解瓜爾膠、微晶纖維素和聚葡萄糖等。這類膳食纖維是食品領域中主要應用的纖維。

（6）其他膳食纖維

主要包括真菌類纖維、海藻類纖維及一些黏質和樹膠。此外，還有一些纖維植物種子中含有的纖維，例如亞麻粕中的可食用纖維。