膳食纖維(DietaryFiber,DF)是人類膳食中一類糖類物質(zhì)，主要包括纖維素、木質(zhì)素、果膠、樹膠等，它廣泛存在于谷類、豆類、蔬菜、水果中。它不能在人胃腸道內(nèi)消化，但能被大腸內(nèi)的微生物酵解和利用。研究表明，許多疾病如動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、冠心病、糖尿病等都與膳食纖維的攝入量不足有關(guān)。國際營養(yǎng)學(xué)界已將膳食纖維的含量作為衡量食品優(yōu)劣的一個(gè)重要標(biāo)志。膳食纖維的生理保健功能是營養(yǎng)學(xué)研究的熱門課題，但近年來的研究重點(diǎn)已深入到膳食纖維生理功能差異及作用機(jī)理的研究。

原子力顯微鏡(atomicforcemicroscope,AFM)是利用其探針與樣品間的作用力來研究物質(zhì)屬性的顯微工具，在研究物質(zhì)超微精細(xì)結(jié)構(gòu)機(jī)特性上具有其他研究手段無法比擬的優(yōu)勢：AFM可樣品表面形貌進(jìn)行納米級表征，并分析研究與作用力相應(yīng)的各種表面性質(zhì)如樣品的硬度和彈性等；也能產(chǎn)生和測量電化學(xué)反應(yīng)，并可對活性樣品進(jìn)行觀察；另外還可對原子和分子進(jìn)行納米級操縱與加工。利用原子力顯微鏡從物質(zhì)結(jié)構(gòu)上去分析、理解DF的功能是很新穎的且很有價(jià)值。本文就原子力顯微鏡在膳食纖維研究中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

纖維素(Cellulose)是地球上最豐富的有機(jī)物質(zhì)，它是由D-葡萄糖以β-1,4-苷鍵相聯(lián)結(jié)而成。它是由直鏈狀的大分子、高結(jié)晶的基本構(gòu)成單元、微小的結(jié)構(gòu)單元逐級聚合而成的。Gralen等首先以超離心法測得纖維素的分子量，接著Hermans提出了纖維素的彎曲模型，Jones等則用現(xiàn)代模擬方法證實(shí)了纖維素I和纖維素II都符合這種模型。為了深入研究纖維素巨分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，許多科學(xué)家做了大量的研究工作。張耀鵬等用AFM測定了幾種纖維素膜的表面形貌，通過分析膜表面的孔徑大小和分布，較好地解釋了纖維素膜性能的變化：隨著聚合物粘度的提高，大分子鏈段之間纏結(jié)越厲害，高分子鏈之間相互作用也隨之增加，這樣不論是聚合物膠束聚集體之間的空間還是膠束聚集體內(nèi)聚合物網(wǎng)絡(luò)的空隙均變小了，這樣就阻礙了溶劑向沉淀物的擴(kuò)散，同時(shí)也減慢了凝固劑向制膜液的滲透，因而膜凝固相轉(zhuǎn)變之后形成的孔隙率下降、孔徑變小，導(dǎo)致膜性能變化。Hulta等用AFM觀察了在30個(gè)大氣壓下培養(yǎng)的細(xì)菌AJ12868中纖維素的新生形態(tài)。細(xì)菌在高壓下不僅能生存還能夠制造出纖維素且高氣壓下出現(xiàn)的多帶結(jié)構(gòu)同受控培養(yǎng)基中產(chǎn)生的多帶結(jié)構(gòu)有相似的晶型，只是聚集的纖維尺寸大一些。
Nigmatullin等用膠體修飾后的AFM研究了纖維素界面間的相互作用及其與纖維素連接區(qū)域(CBD)的作用。在與CBD修飾的纖維素界面間的作用力下，多肽能夠特異地聯(lián)結(jié)于纖維素上。在電解質(zhì)的水溶液中，纖維素表面間的作用大小主要依賴于電解質(zhì)濃度。AFM圖像顯示出吸附在纖維素表面的CBD的團(tuán)聚；盡管CBD聯(lián)結(jié)于纖維素表面會(huì)導(dǎo)致表面電荷的增加，但圖像顯示此力的參與并沒有引起相應(yīng)的排斥作用。這些變化主要?dú)w功于蛋白質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性和纖維素表面修飾電荷分布的不均勻性。考慮到單CBD修飾的纖維素的分離曲線結(jié)果，雜合蛋白在纖維素上的連接導(dǎo)致收縮粘滯力的產(chǎn)生很可能是纖維素表面間交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成引起的Lesniewsk等用AFM研究了葡萄藤細(xì)胞壁的修飾物，研究發(fā)現(xiàn)在未受紫外線處理時(shí)由于纖維素的存在能使細(xì)胞表現(xiàn)出很好的彈性，進(jìn)而從物理角度揭示了細(xì)胞壁加強(qiáng)植物防御機(jī)能的原理。Andrew等分別在丙醇和水中研究了天然Valonia纖維素I微晶的表面性質(zhì)，并討論了晶胞和表面的關(guān)系：由于二次折疊螺旋的對稱性使得葡萄糖單元沿纖維素鏈的分布不具有結(jié)構(gòu)對稱性，且第一次發(fā)現(xiàn)了單斜和三斜的晶型差別是由于纖維素鏈繞主軸以π/2為周期旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。Khulbe等研究了水處理的乙酸纖維素(CA)膜表面，發(fā)現(xiàn)水處理會(huì)引起CA膜的形態(tài)變化，且會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度的增加；但在室溫下對膜進(jìn)行烘干處理卻不曾發(fā)現(xiàn)逆反現(xiàn)象，這可能是CA膜上的網(wǎng)孔在反滲透過程中對鹽的的排斥作用引起的。Zeng等用AFM研究了乙酸纖維素膜上對稱結(jié)狀結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，并以動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)為基礎(chǔ)描述了影響結(jié)狀結(jié)構(gòu)形成的因素：結(jié)狀結(jié)構(gòu)在膠體態(tài)消失，而影響膜形成結(jié)狀結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)因子為溫度。同時(shí)，AFM研究顯示，結(jié)狀結(jié)構(gòu)的形成還依賴于片狀結(jié)構(gòu)的重組；而溶液環(huán)境的變化是影響片狀結(jié)構(gòu)重組和結(jié)狀結(jié)構(gòu)形成的主要?jiǎng)恿W(xué)因子。