不同工藝制備刺梨果渣膳食纖維及品質(zhì)分析

張 瑜，李小鑫，劉芳舒，丁筑紅

（貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州省農(nóng)畜產(chǎn)品貯藏與加工重點實驗室，貴州省藥食同源植物資源研究開發(fā)中心，貴州 貴陽 550025）

不同工藝制備刺梨果渣膳食纖維及品質(zhì)分析

張 瑜，李小鑫，劉芳舒，丁筑紅*

（貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州省農(nóng)畜產(chǎn)品貯藏與加工重點實驗室，貴州省藥食同源植物資源研究開發(fā)中心，貴州 貴陽 550025）

以可溶性膳食纖維（SDF）得率為評價指標(biāo)，確定化學(xué)法、酶法和發(fā)酵法制備刺梨果渣膳食纖維最佳制備工藝，對3種方法膳食纖維樣品及原果渣進(jìn)行品質(zhì)分析。結(jié)果顯示，綠色木霉發(fā)酵法為最佳處理方法，優(yōu)化條件下可溶性膳食纖維得率為12.75%，比原果渣可溶性膳食纖維提高了74.42%。3種處理方法得到的總膳食纖維（TDF）膨脹力、持水力、持油力、膽固醇吸附力均比原果渣有所提高。電鏡掃描發(fā)現(xiàn)3種處理方法均使纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生不同變化。紅外光譜掃描分析顯示，刺梨可溶性膳食纖維含有糖的特殊吸收峰，處理條件不同導(dǎo)致官能團(tuán)組成不同，酶法和發(fā)酵法可溶性膳食纖維含有半乳糖，化學(xué)法可溶性膳食纖維沒有。

刺梨果渣；膳食纖維；理化性質(zhì)；微觀結(jié)構(gòu)；多糖結(jié)構(gòu)

膳食纖維（dietary fiber，DF）是一種不能被人體消化的碳水化合物，分為不可溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）兩大類。不溶性膳食纖維是指那些既不溶于水又不被人體中消化酶消化和吸收的膳食纖維，主要是植物的細(xì)胞壁成分，包括纖維素、部分半纖維素、木質(zhì)素和殼聚糖等；可溶性膳食纖維指不被人體腸道消化酶消化，但是溶于水的膳食纖維，主要是植物細(xì)胞壁內(nèi)的果膠、葡聚糖、部分半纖維素以及人工合成的糊精、多糖類物質(zhì)[1]。膳食纖維作為糖類化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)和水之后的“第七大營養(yǎng)素”，其具有高持水性和吸水膨脹性，能量低，有利于體質(zhì)量的控制[2-5]；膳食纖維中SDF可以改善腸道菌群分布[6-7]，調(diào)節(jié)血脂水平，吸附膽固醇[8]，預(yù)防心血管疾病[9]，影響體內(nèi)葡萄糖的吸收代謝，調(diào)節(jié)血糖、預(yù)防糖尿病。

膳食纖維生理功能與可溶性膳食纖維（SDF）有很大關(guān)系，通常天然纖維中SDF含量較低，無法達(dá)到膳食平衡要求。因此，采用不同方法對膳食纖維進(jìn)行改性，以提高可溶性纖維的含量為近年來的研究熱點。目前，用于膳食纖維改性的方法有化學(xué)方法（酸法、堿法）、物理方法、生物技術(shù)方法（酶法、發(fā)酵法）等。王宏勛等[10]利用粉葛渣膳食纖維微生物發(fā)酵后，SDF含量、持水力、膨脹性均明顯提高。涂宗財?shù)萚11]將豆渣膳食纖維采用微生物發(fā)酵后，SDF含量＞15%。劉達(dá)玉等[12]利用酶法制取干薯渣中膳食纖維，提取的產(chǎn)品總膳食纖維含量＞78%，為薯渣粉膳食纖維含量的2.76倍。而刺梨果渣提取膳食纖維方面研究未見報道。

刺梨果渣是刺梨加工后的廢渣，新鮮果渣如未及時處理很易發(fā)生腐敗、霉變，影響其利用。而刺梨果渣中膳食纖維含量很高[13]，是制備膳食纖維的良好原料。本試驗以刺梨果渣為原料，以SDF含量為評價指標(biāo)，分別采用化學(xué)法、酶解法和微生物發(fā)酵法制備刺梨果渣膳食纖維。并對不同制備方法得到的膳食纖維進(jìn)行理化性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)和紅外分析，旨在提高膳食纖維中SDF含量，提高其膳食纖維利用價值，為刺梨果渣SDF的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

刺梨鮮渣：將刺梨榨汁后留取果渣，保鮮袋密封包裝，于4℃的冰箱中保存?zhèn)溆?。刺梨渣粉：自然干燥、過40目篩。綠色木霉（Trichoderma viride）GIM3.141，購于廣東省微生物菌種保藏中心。

1.2 主要試劑

耐高溫α-淀粉酶（2×104U/g）、中性蛋白酶（5×104U/g）、糖化酶（10×104U/g）：美國Sigma公司；纖維素酶（5×104U/g）：江蘇銳陽生物科技有限公司；無水乙醇（分析純）：成都金山化學(xué)試劑有限公司。

1.3 儀器與設(shè)備

101-3A電熱鼓風(fēng)干燥箱、SPX-150B型生化培養(yǎng)箱、FW100型高速萬能粉碎機(jī)、SPX-150B型生化培養(yǎng)箱：天津泰斯特儀器有限公司；SHZ-Ⅲ型循環(huán)水真空泵：鄭州市世紀(jì)雙科實驗儀器有限公司；SX系列馬弗爐：南陽市鑫宇爐業(yè)有限公司；TGL-16G高速臺式離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；YXQ-LS-30SⅡ高壓蒸汽滅菌鍋：上海博迅實業(yè)有限公司；T6新世紀(jì)T6系列紫外可見光分光光度計：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；S-3400N掃描電子顯微鏡：HITACHI（日立）公司；Vector-22傅里葉變換紅外色譜儀：瑞士Bruker公司。

1.4 試驗方法

1.4.1 工藝流程

化學(xué)法提取刺梨果渣SDF工藝流程：刺梨渣粉→加水混勻→調(diào)pH→反應(yīng)處理→離心→上清液測SDF、沉淀測IDF→總膳食纖維（totaldietary fibre，TDF）

酶法提取刺梨果渣SDF工藝流程：刺梨渣粉→加水混勻→調(diào)pH、加纖維素酶→酶解→離心→上清液測SDF、沉淀測IDF→總膳食纖維（TDF）

發(fā)酵法提取刺梨果渣SDF工藝流程：刺梨鮮渣→添加氮源→接種綠色木霉→發(fā)酵培養(yǎng)→滅菌→離心→上清液測SDF、沉淀測IDF→總膳食纖維（TDF）

1.4.2 優(yōu)化設(shè)計

（1）化學(xué)法提取刺梨果渣SDF工藝優(yōu)化正交試驗

以SDF得率為評價指標(biāo)，設(shè)計正交試驗L9（34），化學(xué)法優(yōu)化正交試驗因素與水平如表1所示。

（2）酶法提取刺梨果渣SDF工藝優(yōu)化正交試驗

以SDF得率為評價指標(biāo)，設(shè)計正交試驗L9（33），酶法優(yōu)化正交試驗因素與水平如表2所示。

（3）綠色木霉發(fā)酵法提取刺梨果渣SDF工藝優(yōu)化正交試驗

以SDF的得率作為指標(biāo)，采用L9（34）正交試驗，綠色木霉發(fā)酵法優(yōu)化正交試驗因素與水平如表3所示。

1.4.3 測定方法

（1）IDF/SDF/TDF含量測定

參照國標(biāo)GB/T 5009.88—2008《食品中膳食纖維的測定》中酶-重量法測定[14]。

（2）電鏡掃描觀察

將原果渣和SDF、IDF樣品粉碎，然后采用離子濺射的方法進(jìn)行表面鍍金，通過掃描電子顯微鏡掃描觀察，得到掃描電鏡結(jié)果[15]。

（3）傅里葉紅外光譜分析

將SDF樣品干燥至質(zhì)量恒定，稱取約2 mg樣品和100 mg干燥KBr粉末在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，混勻之后加入壓模器中，壓片處理后，迅速進(jìn)行紅外光譜掃描分析，掃描波長為500～4 000 cm-1[16]。

（4）膨脹力、持水力、持油力以及膽固醇吸附作用的測定

膨脹力（swelling capacity，SWC）、持水力（waterholding capacity，WHC）、持油力（oil holding capacity，OHC）以及膽固醇吸附作用的采用文獻(xiàn)[17-21]中的方法進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)法制備刺梨果渣SDF正交試驗結(jié)果

由表4可知，化學(xué)法影響SDF得率的因素主次順序為A＞C＞D＞B，即料液比＞時間＞pH值＞溫度，最優(yōu)組合為A2B3C2D2，即料液比為1∶25（g∶mL），溫度80℃，pH值為5.0，反應(yīng)時間90 min。對最優(yōu)組合進(jìn)行驗證試驗，結(jié)果表明，化學(xué)法SDF的得率為8.85%。

2.2 酶法制備刺梨果渣SDF正交試驗結(jié)果

由表5可知，酶法制備刺梨果渣，影響SDF得率的因素主次順序為A＞B＞C，即酶解溫度＞pH值＞料液比。最優(yōu)組合為A2B2C2，即酶解溫度為55℃，pH值為5.0，料液比為1∶25（g∶mL）。在此條件下進(jìn)行3次平行驗證試驗，酶法SDF得率為9.61%。

2.3 發(fā)酵法制備刺梨果渣SDF正交試驗結(jié)果

由表6可知，影響SDF得率的因素主次順序為D＞B＞A＞C，即pH值＞培養(yǎng)溫度＞培養(yǎng)時間＞接種量，最優(yōu)組合為A2B2C3D2，即接種量10%、培養(yǎng)溫度28℃，在pH值為7的條件下培養(yǎng)5 d。對最優(yōu)組合進(jìn)行驗證試驗，結(jié)果表明，綠色木霉發(fā)酵法SDF得率為12.75%。

2.4 膳食纖維的理化性質(zhì)分析

3種方法得到的刺梨果渣膳食纖維經(jīng)干燥、粉碎后理化分析，結(jié)果見表7。由表7可知，3種方法制得的總膳食纖維（TDF）樣品溶脹性、持水力、持油力和膽固醇吸附力均高于原果渣，改善了原果渣的特性，其中發(fā)酵處理法得到的TDF的溶脹性、持水力和膽固醇吸附力最高。化學(xué)法處理得到的TDF對不飽和脂肪的吸附能力最高，對飽和脂肪的吸附能力低于發(fā)酵法。3種處理方法得到的TDF對膽固醇吸附力在pH 7.0時明顯高于pH 2.0時，可能是pH值為2.0的環(huán)境內(nèi)有較多的氫離子存在，使得膽固醇和SDF帶了較多的正電荷，彼此存在互斥的力，導(dǎo)致結(jié)合能力減弱，從而降低了吸附量[22]。

2.5 刺梨渣膳食纖維的微觀結(jié)構(gòu)

不同處理工藝的IDF和SDF電鏡掃描觀察微觀結(jié)構(gòu)的變化見圖1。

從圖1可以看出，3種方法制備的IDF結(jié)構(gòu)較原果渣松散，顆粒變小，其中化學(xué)法IDF呈片狀，酶法IDF呈不規(guī)則多孔的塊狀結(jié)構(gòu)，發(fā)酵法IDF呈小顆粒狀結(jié)構(gòu)；而3種方法SDF超微結(jié)構(gòu)類似，均呈疏松蜂窩狀結(jié)構(gòu)。

由于化學(xué)法樣品蛋白質(zhì)和淀粉等雜質(zhì)分解的較為徹底，但也造成了SDF損失；酶法和發(fā)酵法樣品，由于纖維素酶的酶解作用，膳食纖維分子間聯(lián)鍵斷裂，分子質(zhì)量減小，生成體積更小的多糖分子[23]，尤其是發(fā)酵法樣品IDF的顆粒更為分散，增大了比表面積，對于持水性和吸附性有提高作用[18]，有利于更好地發(fā)揮生理功能。

2.6 刺梨渣SDF紅外光譜分析

化學(xué)法、酶法和發(fā)酵法制得的SDF紅外光譜分析結(jié)果見圖2。

由圖2可知，3種SDF樣品均有多糖類紅外圖譜的典型特征，即有多糖的特征吸收峰出現(xiàn)，說明SDF含有多糖類物質(zhì)，由于處理條件的不同，不同樣品結(jié)構(gòu)有一定差異，官能團(tuán)組成也有差異，分別在3 423 cm-1、3 418 cm-1和3 399 cm-1處各出現(xiàn)了一處寬峰，這是O-H的伸縮振動引起的，均為糖類的特征吸收峰。1 740 cm-1附近處為C=O的伸縮振動，是半纖維素的特征吸收峰。由圖2A可知，化學(xué)法SDF在該處峰極微弱，說明化學(xué)法對半纖維素的水解徹底。

1 400～1200 cm-1內(nèi)的吸收峰是C-H鍵的變角振動引起，是糖類的特征吸收峰，3種樣品分別在1 413 cm-1、1 414 cm-1和1 418 cm-1處出現(xiàn)了中強(qiáng)峰，說明樣品中的多糖處于羧甲基化，化學(xué)法和發(fā)酵法SDF分別在1 328 cm-1和1 330 cm-1出現(xiàn)較強(qiáng)的峰，而酶法樣品沒有出現(xiàn)相應(yīng)的峰。

化學(xué)法樣品在955 cm-1出現(xiàn)的峰是阿拉伯糖基的特征吸收峰，酶法樣品和發(fā)酵法樣品在921 cm-1和919 cm-1出現(xiàn)的峰是β-吡喃糖C-H變角振動的特征吸收峰。發(fā)酵法和酶法樣品在809 cm-1和817 cm-1的峰為D-型呋喃環(huán)的C-H鍵的變角振動，表明含半乳糖，而化學(xué)法樣品沒有出現(xiàn)峰，說明強(qiáng)烈的化學(xué)處理轉(zhuǎn)變了多糖的結(jié)構(gòu)。

通過分析可以看出，刺梨膳食纖維中主要的多糖類組份，由于處理方法不同，導(dǎo)致樣品結(jié)構(gòu)改變，糖類組份呈現(xiàn)差異。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，發(fā)酵法為制備刺梨果渣SDF最佳方法，優(yōu)化工藝條件為綠色木霉接種量10%、培養(yǎng)溫度28℃，在pH值為7的條件下培養(yǎng)5 d，該條件下SDF得率為12.75%，比原果渣SDF提高了74.42%。

3種處理方法對刺梨果渣膳食纖維SDF的物化性質(zhì)有較大影響，尤其是發(fā)酵法，較原果渣溶脹性提高19.31%，持水力提高37.09%，不飽和脂肪的吸附力提高103.77%，飽和脂肪吸附力提高226.09%，膽固醇吸附力在pH值為7時提高256.16%，對刺梨果渣膳食纖維品質(zhì)有明顯改善。

電鏡掃描發(fā)現(xiàn)3種處理方法均使果渣顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，不同的處理方法對纖維結(jié)構(gòu)改變不同。

紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)3種方法處理前后SDF具有糖的吸收峰，處理方法不同，SDF官能團(tuán)分布有所不同，化學(xué)法SDF和發(fā)酵法SDF在1 400～1 200 cm-1范圍內(nèi)有C-H鍵的變角振動峰，酶法SDF沒有；酶法和發(fā)酵法SDF含有半乳糖，化學(xué)法SDF沒有。

綠色木霉發(fā)酵法對提取刺梨果渣膳食纖維具有更好的物性特性，微生物在代謝過程中還會產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸，從而進(jìn)一步增加了產(chǎn)品的生理性能[24]。與化學(xué)法、酶法相比發(fā)酵法操作簡單，時間短，成本低，樣品SDF含量較高，可作為食品生產(chǎn)中營養(yǎng)配料和輔料，本研究為刺梨果渣的綜合利用提供了新的途徑。

[1]鄭建仙.功能性膳食纖維[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]王進(jìn)卿.膳食纖維的功能與應(yīng)用[J].中國釀造，2003，22（5）：37-38.

[3]ULMIUS M,JOHANSSON A.The influence of dietary fiber source and gender on the postprandialglucose and lipid response in healthy subjects [J].Eur J Nutr,2009,48(7):395-402.

[4]CHOWJ,CHOE Y S,NOSS M J,etal.Effectof a viscous fiber-containing nutrition bar on satiety of patients with type 2 diabetes[J].Diabetes Res Clin Pr,2007,76(3):335-340.

[5]SLAVIN J L.Dietary fiber and body weight[J].Nutrition,2005,21(3): 411-418.

[6]CARABIN IG,LYON MR,WOOD S.Supplementation of the dietwith the functional fiber polyglycoplex is welltolerated by healthy subjects in a clinicaltrial[J].Nutr J,2009,28(8):837-851.

[7]IAIN A,BROWN L.The physiological roles of dietary fiber[J].Food Hydrocolloid,2011,25(2):238-250.

[8]JACKSONC D,WEIS C,POIRIER L A.Interactions ofvarying levels of dietary fat,carbohydrate,and fiber on food consumption and utilization, weightgain and fecalfatcontents in female sprague-dawley rats[J].Nutr Res,1996,16(10):1735-1747.

[9]張愛霞，陸 淳，馬 明.膳食纖維與人體健康[J].中國食物與營養(yǎng)，2005（3）：39-41.

[10]王宏勛，王巖巖，毛一兵，等.粉葛渣膳食纖維生物改性研究[J].食品工業(yè)科技，2007，101（7）：102-106.

[11]涂宗財，李金林，阮榕生，等.利用豆渣生產(chǎn)高活性膳食纖維的研究[J].食品科學(xué)，2006，27（7）：144-147.

[12]劉達(dá)玉，左 勇.酶解法提取薯渣膳食纖維的研究[J].食品工業(yè)科技，2005，26（5）：90-92.

[13]王歲樓，孫君社.用刺梨廢渣做填充料釀造優(yōu)質(zhì)食醋[C].大慶：中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會論文集，2007.

[14]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 22224—2008食品中膳食纖維的測定酶重量法和酶重量法-液相色譜法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[15]李 梁.杏皮渣膳食纖維理化性質(zhì)分析及應(yīng)用研究[D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文，2012.

[16]樂勝鋒.蘋果渣膳食纖維的制備及其性能表征[D].北京：北京工商大學(xué)碩士論文，2010.

[17]屈浩亮.癩葡萄水溶性膳食纖維的研究[D].無錫：江南大學(xué)碩士論文，2008.

[18]ROBERTSON J A,DE MONREDON F D,DYSSELER P.Hydration properties ofdietary fibre and resistantstarch:a European collaborative study[J].LWT-Food Sci Technol,2000,33(2):72-79.

[19]SANGNARK A,NOOMHORM A.Effect of particle size on funetional properties of dietary fiber prepared from sugareane bagasse[J].Food Chem,2002,80(2):221-229.

[20]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 5009.128—2003食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中膽固醇的測定方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[21]張建民.車前草水溶性膳食纖維的制備及其活性研究[D].南昌：南昌大學(xué)碩士論文，2007.

[22]劉 凌，孫 慧.桃渣水溶性膳食纖維組成及生理活性[J].生產(chǎn)與科研經(jīng)驗，2008，34（9）：69-72.

[23]付成程，郭玉蓉，霍天博，等.纖維素酶對蘋果肉渣膳食纖維物化特性的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2013，39（1）：64-68.

[24]徐靈芝，黃 亮，王 平.竹筍膳食纖維提取方法的研究進(jìn)展[J].中國釀造，2013，32（3）：16-18.

Dietary fiber of roxburgh rose pomace prepared by different processes and quality indexes analysis

ZHANG Yu,LIXiaoxin,LIU Fangshu,DING Zhuhong*

(Guizhou Research and DevelopmentCenter of Medicinal and Edible Plant Resources,Key Laboratory of Agricultural and AnimalProducts Store and Processing of Guizhou Province,College of Food and Wine Engineering,Guizhou University,Guiyang 550025,China)

Using soluble dietary fiber(SDF)contentas index,the optimum technology fordietary fiber extraction from roxburgh rose pomace was obtained by chemicalmethod,enzymic method and fermentation method.The qualities of dietary fiber samples prepared by the three methods and raw materials were analyzed.Results showed that SDF by Trichoderma viride fermentation was the optimum preparation method,the SDF yield was 12.75%,which increased 74.42%.The expansion force,water holding capacity,oilholding capacity and cholesterolabsorption ability oftotaldietary fiber(TDF)prepared by the three methods were allimproved.Electron microscope scanning results indicated thatthe fiber structures changed differently.Infrared spectrum scanning analysis showed thatthere was specialabsorption peak in SDF ofroxburgh rose pomace,the functionalgroups were differentin SDF through differentprocessing methods.There was galactose in SDF prepared by enzymatic and fermentation methods,while SDF prepared by chemicalmethod contained no galactose atall.

roxburgh rose pomace;dietary fiber;physicochemicalproperty;micro-structure;polysaccharide structure

TS202.3

A

0254-5071（2015）02-0082-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.02.019

2015-01-04

貴州省科技廳區(qū)域合作項目（黔科合區(qū)域合[2013]7001號）；貴州省重大科技專項（黔科合重大專項字[2013]6006）；貴州省藥食同源植物資源研究開發(fā)中心項目（黔科合G字[2014]4003號）

張 瑜（1990-），女，碩士研究生，研究方向為食品科學(xué)。

*通訊作者：丁筑紅（1966-），女，教授，本科，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。