黃豆纖維在食品工業上之應用

Ⅰ.何謂膳食纖維?

        英國內科醫師H.C.Trowell在1972年採用術語"膳食纖維"。膳食纖維定義為在食物或膳食中非澱粉之多醣類和木質素的總稱,其不被人類胃腸道酵素所消化,但可部份被大腸內細菌所分解。

        它包括纖維素和非纖維素的膳食纖維,黃豆纖維如FIBRIM為黃豆子葉的原始細胞壁物質,是取自加工處理之去殼和脫脂之黃豆片。FIBRIM是一種無刺激性,色淡、無臭之纖維,來源可在市面上購得以供特殊的應用。它含有75%之總纖維(如表1)。

表1. 黃豆纖維(FIBRIM牌)之分析值

成分 膳食纖維成分
水分

蛋白質

脂肪(EE)

灰分

膳食纖維

6.0

12.0

0.2

4.5

75.0

纖維素

非纖維素

總膳食纖維

 

 

10.0

65.0

75.0

 

 

Ⅱ.膳食纖維的化學和成分

        組成膳食纖維的植物成分可分為三類

        一、構造性多醣類:纖維素和非纖維素的醣類

        二、非構造性多醣類:果膠、植物膠類和膠水(漿)

        三、構造性非多醣類:木質素

一、構造性多醣類:

        纖維素是植物性構造性多醣類的主要成份,同時也是植物細胞壁僅有的真纖維成分。L-纖維素(L-cellulose)是經由β-1→4結合形成長鏈之D-葡萄糖殘基之一種不溶性聚合物。植物細胞壁含有相互平衡之鏈且形成結晶構造。在其他部份,這些鏈是呈不規則的空間,可使其他成分注入。

        非纖維素構造的多醣類一般稱為半纖維素(hemicelluloses),其由D-xylose,D-galactose,D-manose,L-arabinose和L-rhamnose醣類之分支或直鏈的聚合體。半纖維素是基本纖維素構造中的一完整部份且對細胞壁之可塑性有很大的貢獻。不像α-纖維素,半纖維素在自然界不形成結晶,且為典型的具有高保水性的物質。

二、非構造性多醣類

        有各種不同的物質被視為植物膠而表現出膳食纖維的特性。所謂植物膠是一群水溶性多醣類。植物滲出物例如阿拉伯膠是非常分支構造複合分子,在β-1→3連結galactose殘基帶有1→6連結側鏈。

        關島豆膠獲自植物種子之內胚乳,以具有直線1→4結合之mannose殘基帶單一單位之galactose之側鏈為基特點。

        食品級植物膠也有從海草類抽出物,微生物胞外分泌,或纖維素之化學修飾而來的所有都是非常分支的構造或化學修飾之複合分子以負起它們個別的功能性質。

三、構造性非多醣類

        木質素是一種無定形的物質具有抗化學作用。它並不是一種醣類,而是一種複合交叉連結之聚合物,以氧合苯基丙烷為基質。木質素是堆積在細胞壁網架間以連結那些組成分成為一致性構造。它對化學分解和酵素消化抗力比其他自然發生的植物聚合物大。

黃豆纖維(FIBRIM)

        FIBRIM是一種纖維素的和非纖維素的細胞壁構造間之成分。它主要的部份為非纖維素的和由酸性多醣類,阿糖基半乳聚糖,阿醣鏈以及約10%纖維質的成分等組成。

        酸性多醣類是由D-galacturonic acid和D-galactose為骨架,而L-rhamnose散佈在其間。與酸性多醣類有關的側鏈是由galactose,xylose和fucose殘基組成。在Arabinogalactan(阿醣基半乳聚糖)的部份是由短鏈1→5連結的L-arabinose側鏈附著在1→4連結之galactose殘基之骨架上。此arabinan鏈是L-arabinose之1→3和1→5連接之聚合體。纖維素殘基是1→4鏈結之葡萄糖殘基,形成直鏈。這也是此種醣類聚合物混合物對FIBRIM獨特功能特性之貢獻。

表2. 各種食物及纖維來源之膳食纖維含量之分析值

種類 膳食纖維

g/100g

提供10g總膳食纖維的量

(g)

黃豆纖維類:

黃豆纖維(FIBRIM)

 

75

 

13

麩皮類:

白麩皮

玉米麩皮

燕麵麥皮

 

44

78

17

 

23

13

58

纖維素類:

α-纖維素

晶性纖維素(CL-611,avicel)

跳蚤車前籽

關島豆膠

刺槐豆膠

果膠

 

94

93

58

87

83

87

 

11

11

17

11

12

12

蔬菜類:

萵苣

甘籃

綠豆

 

1.4

1.9

4.2

 

735

516

236

水果類:

帶皮蘋果(w/o心)

香蕉

橙(柳丁)

 

2.0

2.1

2.3

 

503

488

437

以AOAC方法測定

Ⅲ. 黃豆的組成

        如圖中所示有關黃豆的橫切面圖,其中儲藏蛋白和油脂均存在於豆的有用肉的部份,所謂子葉(Cotyledon)之中。此複合的醣類或膳食纖維組成分也含在子葉的細胞壁中。細胞的外層(稱種子外衣)約佔豆總重量的8%。生的去殼黃豆依品系之不同約含有18%的油脂,15%可溶性醣類,15%之不溶性醣類,14%水分和灰份,以及38%蛋白質(在所有豆科植物中,黃豆為蛋白質含量最高的豆類之一)。

        黃豆除了含有高量之蛋白質外,有關礦物質和纖維素乃很豐富,黃豆粉和濃縮物均含有顯著的鈣、鎂、磷和鉀。由於它們的加工處理黃豆蛋白單離物含有較少的此等礦物質。減少鈉的攝取已成為眾所皆知的重要論點。

        黃豆粉和大多數濃縮物幾乎不含鈉,因為它們的加工處理單離黃豆蛋白含有很多量的鈉,通常每100克產品超過1克。同時消費的興趣在於膳食纖維的含量。不論黃豆粉或濃縮物均有多量的膳食纖維,而單離蛋白則沒有。濃縮物每100克產品膳食纖維的含量高於黃豆粉,而引起不良風味(豆臭)和與黃豆粉有關之消化問題之可溶性醣類遠較黃豆粉少。其營養組成如表1。

表3. 黃豆粉和黃豆濃縮物之營養組成

種類 濃縮物 黃豆粉
蛋白質(g/100g產品)

脂肪(g/100g產品)

水分(g/100g產品)

總膳食纖維(g/100g產品)

灰份(g/100g產品)

熱能(卡/100g產品)

70

0.8

8

20

6

280

55

0.8

8

15

6

290

Ⅳ. 黃豆纖維─ 一種新的膳食纖維來源

        保健專家建議心血管疾病、糖尿病、肥胖症、憩室疾病以及大腸癌等在西方人是與他們攝取低膳食纖維有關。

        美國人平均每人每天僅消耗10-20克纖維,而大多數健康且職業族群建議美國人要攝取的膳食纖維的量要為他們平常總量的2倍。此種推薦量是基於高膳食纖維攝取量與增進健康的相關性而來的。

        今日膳食纖維可自廣泛不同來源獲得到一如小麥麩皮、果膠、跳蚤車前籽、水果、蔬菜、穀類、燕麥麩皮、豆類、膠和玉米麩等。最近增加的纖維範圍是黃豆纖維。黃豆纖維是一種非常良好的膳食纖維來源,它很容易在市場上購得。黃豆纖維在美國之國際蛋白質科技公司出產的黃豆纖維(如FIBRIM)是一種由黃豆取得的天然植物纖維。

        黃豆纖維如FIBRIM含有75%總膳食纖維,使得它成為一種膳食纖維之很濃縮的來源。FIBRIM可被添加至飲料、醬汁、肉汁醬、熱穀類、湯、沙拉醬和所有的烘焙食品,於是提供了一種多功能性,可口的膳食纖維中的來源。

生理功能

        黃豆膳食纖維和FIBRIM不僅具有許多有用的用途,且研究指出它可提供消費者許多特殊健康有益的特性:

        1. 降低血膽固醇,減少心血管疾病的危險。

        2. 增進人類對葡萄糖之耐性和胰島素之反應。

        3. 增進胃腸道的反應,此可對便秘的管理有益,且防止憩室的疾病。

        4. 對礦物質的吸收和排泄沒有影響。

黃豆纖維降低膽固醇

        每天攝取25克FIBRIM連續4週時可顯著的降低他們的總膽固醇和LDL-膽固醇。同樣的,當每天給予25克FIBRIM連續8週,當作一種低脂、低膽固醇之膳食之一種副食時,則總膽固醇和LDL-膽固醇顯著的降低血脂過高的現象。此種膽固醇降低是超出僅以低脂低膽固醇膳食所達到的效果很多。在升高血膽固醇水準和心血管疾病的危險性間的關連性已建立得很完善明瞭。FIBRIM可提供對具有高漿膽固醇的人有實質的利益。

正的葡萄糖和胰島素的反應

        除了FIBRIM補充之膳食得到的正油脂反應外,當有葡萄糖耐性受損之參加者每天被給予25克FIBRIM時葡萄糖耐性和胰島素的反應均有改善。當在FIBRIM攝取前和後,標準葡萄糖耐性試驗被完成,均發現葡萄糖和胰島素水準有顯著的降低。患糖尿病之肥胖的人每天在他們的膳食中補充10克之黃豆纖維後,也發現增進葡萄糖耐性和顯著的降低血中三酸甘油酯水準之上升。

特殊胃腸道之利益

        FIBRIM也提供消費者特殊腸胃道的利益,每天補充低纖維膳食25克FIBRIM顯著的加速通過胃腸道的時間。此特別之胃腸利益可能使得黃豆纖維在便秘之管理和防止憩室疾病之膳食扮演著重要的角色。

對礦物質平衡之影響

        今天有一關心存在,有關高纖維膳食對某種礦物質和鈣、鋅、鐵、磷、銅和鎂等之保留和排出之潛在性副作用。FIBRIM黃豆纖維已被指出對人類之礦物質吸收或排泄沒有副作用。高纖維膳食在許多疾病的處理和預防是很有用的。FIBRIM黃豆纖維可以很容易被混入各種各樣的低脂食品以顯著的增加膳食纖維含量。FIBRIM在食品中具有許多的功能性質,而對消費者提供廣泛之健康益處。

健康的益處

        1. 減低血漿膽固醇一與一些脂肪修飾,低膽固醇膳食共同降低血中高膽固醇的人之血漿膽固醇。

        2. 降低正常人之低血糖之重結合。

        3. 增加患有損傷葡萄糖耐性病人之胰島素敏感性。

        4. 增進肥胖性糖尿病病人的葡萄糖耐性。

        5. 有助於胃腸道機能的正常化:FIBRIM與其他纖維來源不同,因為它不會干擾必須礦物質如鈣、鎂和鐵體內最適的利用性。

功能的益處

        FIBRIM是一種溫和平淡,淺色,無臭的膳食纖維,不含膽固醇且低脂和鈉。低熱能,它可被利用作為熱量的替代物以及纖維的來源。不像大多數的特殊纖維來源,FIBRIM在食品上的應用不會影響到成品之傳統品質。

        各種膳食纖維有小麥麩皮、燕麥麩皮、玉米麩皮、纖維素、關島豆膠、果膠、跳蚤車前籽種子以及黃豆纖維等。此等纖維來源之生理作用和消費者的接受性有很大的差別。由粗小麥麩皮獲得的膳食纖維和纖維素在結腸機能上產生改變,而關島豆膠和果膠對降低血中膽固醇和血糖有效。(表4)

        無論如何,混合高水準的此等(除黃豆纖維外)纖維來源,均會導致食品之風味、可口性、外觀和組織的改變。這些改變常不能被銷售者和消費者所接受。而由目前的資料指出,FIBRIM黃豆纖維則沒有上述的缺點,它不僅提供理想的健康益處和優良的功能性質,與小麥麩皮比較,黃豆纖維不僅有助於與一修飾膳食共同降低已升高的血漿膽固醇,且它每餐可提供4倍多的膳食纖維。依照結果,黃豆纖維可更益與廣泛的產品混合,且比燕麥麩皮更易取得。

表4. 某些膳食纖維的生理學效應

生理學效應 黃豆纖維(FIBER) 小麥麩皮 玉米麩皮 燕麥麩皮 跳蚤車前籽豆膠 關島豆膠/刺槐豆膠 果膠 α-纖維素

胃腸反應

增加糞便體積
增加糞便水分 0 0
增加糞便乾物質重量
降低轉移時間
增加排糞次數
礦物質平衡 0 0
非胃腸反應
降低血膽固醇
改進葡萄糖耐性
增加胰島素之敏感性 0 0 0 0 0

+:正     -:負    0:沒有資料    (每天攝取量在25克或以下)

Ⅴ. 黃豆纖維的功能性質及其應用

在麵粉為基質的食品的應用:

        1. 色澤很淺

        2. 對口味或組織影響很低

        3. 有高的吸水性

        4. 是一種很有效之熱量取代物

在乾乳製品中的應用

        1. 有助於高脂肪固態食品和乳化物之安定

        2. 具有高的吸水力,且可被用作為一種保留水分的助劑

        3. 可結合水和安定流體系統

        4. 可減少水膠體之離水

        5. 有很良好之官能性質

在無菌或高壓滅菌食品的應用

        1. 在營養液餵飼系統上很優良

        2. 被加工處理成為迎合或超乎營養食品加工業者協會之微生物為標準

        3. 登記藥片之賦形劑

        4. 有助於安定乳化系統

        5. 增進不溶性成分之懸浮

膳食纖維的生理學作用

        膳食纖維的生理學作用可能因生理聚合體的組成和大腸菌對物質的消化率而異。膳食纖維在人類營養的臨床重要性,在觀念上可被分為直接和間接的作用二種。

        膳食纖維對大腸的主要直接作用是作為一種在減輕便秘,憩室疾病以及可能的大腸癌之調節因子。膳食纖維對血脂肪和葡萄糖代謝行使間接的作用。無論如何,過量地攝取某種膳食纖維如麩皮和纖維素,當某種礦物質在膳食中的含量在邊緣時,可能會引起那些礦物質的吸收和置留不良。

        有關膳食纖維對礦物質的生物有效性的作用:不像其纖維源,黃豆纖維(FIBRIM)不會影響礦物質的利用性。某種膳食纖維與單價和雙價的陽離子形成複合物的能力,在影響礦物質的生物有效性上曾受人類營養學者的關切。

        黃豆纖維(FIBRIM)對礦物質利用性的影響曾以豬和人來評估,結果指出,補充25~30克之FIBRIM(約含膳食纖維18.5~22.5克)對人類自願受試者之礦物質利用性沒有顯著的影響。如補充10%FIBRIM至食糧中(含30克膳食纖維/每天)並沒有顯著的影響。相反的,補充10%小麥麩皮(每天約18克膳食纖維)將降低鋅、鎂和銅的吸收率,當與含FIBRIM之膳食纖維餵飼豬時做比較,則顯著降低。於是,至於黃豆纖維如FIBRIM依其功能性應可廣泛地使用在食品的系統。

        Cellobiose is a disaccharide which we can consider to be the basic repeating unit in cellulsoe:

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表5. 黃豆纖維(FIBRIM)之應用

麵粉基質之食品 乾式混合物和乳品基質之食品 營養的
麵包類

蛋捲

脆餅

鬆糕

蛋糕

餅乾

土司

乳油鬆薄餅

壓型食品棒

早餐和營養餐點棒

穀類

玉米片

點心類

麵食

薄煎餅混料

夾心餅混料

披薩皮

油煎麵包碎塊

飲料

布丁

酸酪乳

甜點

纖維片

包裝調理食品場

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

無菌或高壓滅菌營養飲料

 

 

藥片賦型劑

營養流體

餵飼系統

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

參考文獻:(略)

飼料營養雜誌(p.22∼31)─陳明造、九八年第四期