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(jí)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(duì)活性樣品進(jìn)行觀察；另外還可對(duì)原子和分子進(jìn)行納米級(jí)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(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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。