動(dòng)態(tài)超高壓改性芒果皮渣膳食纖維對(duì)果醬流變特性的影響

黃曉兵　廉鳳麗　黃志連　李積華　周偉　劉飛　林麗靜　王飛　李翔敏

摘 ?要：本研究以芒果皮渣為研究對(duì)象，采用動(dòng)態(tài)超高壓技術(shù)處理芒果皮渣膳食纖維，研究其粒度、膳食纖維含量以及添加了該膳食纖維對(duì)果醬流變特性的影響。結(jié)果表明：超高壓改性提高了芒果皮渣膳食纖維的溶解性;隨著壓力的增大，膳食纖維粒徑先增大后減小再增加，120 MPa時(shí)粒徑達(dá)到18.218 μm。流變特性研究發(fā)現(xiàn)，芒果皮渣膳食纖維/果醬復(fù)配體系為非牛頓流體，具有假塑性流體特征;果醬粘度隨著剪切速率的增大而減小，存在明顯的剪切稀化現(xiàn)象;動(dòng)態(tài)粘彈性測(cè)試結(jié)果表明，果醬復(fù)配體系的貯能模量（G′）與損耗模量（G′′）均隨角頻率的增加而呈上升趨勢(shì)，損耗正切值也隨著壓力的增加而增加，在150 MPa時(shí)流體性質(zhì)最明顯。

關(guān)鍵詞：芒果皮渣;超高壓;膳食纖維;流變特性

中圖分類號(hào)：S667.7 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Effect of Mango Peel Dietary Fiber Modified by Dynamic Ultrahigh Pressure on The Rheological Characteristics of Mango Fruit Jam

HUANG Xiaobing1，2， LIAN Fengli1，2， HUANG Zhilian3， LI Jihua1，2*， ZHOU Wei1，2， LIU Fei1，2， LIN Lijing1，2， WANG Fei1，2， LI Xiangmin4

1. Key Laboratory of Tropical Crop Products Processing of Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Agricultural Products Processing Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524001， China; 2. Hainan Key Laboratory of Fruit and Vegetable Storage and Processing， Zhanjiang ， Guangdong 524001， China; 3. College of Food Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China; 4. School of Life Science and Technology， Lingnan Normal University， Zhanjiang ， Guangdong 524001， China

Abstract： In this study， the mango peel dietary fiber was treated with dynamic ultrahigh pressure technology， and the effects of grain size， dietary fiber content and the addition of dietary fiber on the rheological properties of jam were studied. The results indicated that the solubility of the dietary fiber could be improved by ultrahigh pressure modification. With the pressure increased， the particle size of dietary fiber increased first， then decreased， and finally increased. The particle size reached 18.218 μm at 120 MPa. Rheological characteristics results showed the dietary fiber/jam compound system was non-Newtonian fluid， with the characteristics of pseudoplastic fluid. The viscosity of the jam mixed with dietary fiber decreased with increasing in shearing rate， and the jam was obviously a shear thinning flow. The dynamic viscoelastic property results indicated the storage modulus （G′） and the loss modulus （G′′） of the jam compound system increased when the angular frequency was on the rise. Its loss tangent also increased with the increase of treatment pressure， ultrahigh pressure treated at 150 MPa could effectively enhance the fluid properties.

Keywords： mango peel; ultrahigh pressure; dietary fiber; rheological behavior

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.03.036

芒果（Mangifera indica）原產(chǎn)印度，是漆樹科（Anacardiaceae）芒果屬（Mangifera） 熱帶常綠喬木，其果實(shí)肉質(zhì)細(xì)膩、口感香甜，素有“熱帶果王”之美稱。近年來(lái)，我國(guó)芒果初級(jí)加工品正在向機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)質(zhì)化發(fā)展，加工種類逐漸增加，加工規(guī)模日益擴(kuò)大[1]，然而，由于缺乏科學(xué)的加工技術(shù)，加工過(guò)程中產(chǎn)生大量的芒果皮渣被隨意丟棄，不但污染環(huán)境，而且造成資源的浪費(fèi)。芒果皮富含膳食纖維，芒果皮中總膳食纖維可高達(dá)60%以上，是豐富的膳食纖維資源[2-3]。研究表明，膳食纖維在保持消化系統(tǒng)健康[4]、預(yù)防冠心病[5]、降血脂[6]、預(yù)防心血管疾病[7]、抗癌[8]、降血糖[9]及抗炎[10-11]等領(lǐng)域中越來(lái)越受到重視。目前，膳食纖維制備方法主要包括水洗法、酸堿處理法、生物發(fā)酵法和酶法等，而從環(huán)保因素考慮，生物發(fā)酵法是一種相對(duì)安全、高效、低成本的膳食纖維制備方法[12]，黃曉兵等[13]采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為混合發(fā)酵菌種制備芒果皮膳食纖維，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵法可將芒果皮中總膳食纖維的含量從53.35%提高到了68.00%，但發(fā)酵后水溶性膳食纖維含量降低，因此，通過(guò)對(duì)芒果皮渣進(jìn)行改性使水溶性膳食纖維含量增加具有較高的研究?jī)r(jià)值。超高壓技術(shù)作為物理改性手段，目前已在豆渣膳食纖維的改性[14]中有廣泛應(yīng)用，除了綠色環(huán)保不引入有害成分外，能夠有效增加水溶性膳食纖維的比例，同時(shí)能夠改善膳食纖維的微觀結(jié)構(gòu)，可顯著增強(qiáng)膳食纖維的功能特性。Peng等[15]通過(guò)超高壓高手段對(duì)發(fā)酵后的芒果皮膳食纖維進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)超高壓可有效增加芒果皮膳食纖維中水溶性膳食纖維的比例。

改性后的膳食纖維可顯著提高流體食品的流變穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)外也較多報(bào)道了將膳食纖維和流體食品進(jìn)行復(fù)配的研究，熊慧薇等[16]將膳食纖維與純牛奶進(jìn)行復(fù)配，單成俊等[17]將變性淀粉、膳食纖維和番茄醬進(jìn)行復(fù)配，均得到了理想的流變體系。目前還沒(méi)有改性芒果皮渣膳食纖維對(duì)芒果醬流變特性影響的相關(guān)報(bào)道。因此，本研究以芒果醬為原料，通過(guò)分析動(dòng)態(tài)超高壓改性對(duì)芒果皮渣膳食纖維理化特性的影響，研究改性膳食纖維對(duì)芒果果醬流變特性的影響，以期為芒果加工副產(chǎn)物高值化利用以及芒果皮渣膳食纖維果醬研發(fā)提供參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?材料與試劑 ?新鮮澳洲芒果，八成熟，取新鮮芒果皮作為發(fā)酵原料，經(jīng)發(fā)酵法制備芒果皮渣膳食纖維;芒果果醬，阿方索，產(chǎn)于印度。

試劑均為分析純。無(wú)水乙醇、95%乙醇、丙酮，廣東光華科技股份有限公司;乙酸，廉江市愛(ài)廉化試劑有限公司;三羥基甲基氨基甲烷，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;嗎啉乙磺酸-水合物（MES），上海晶純生化科技股份有限公司;氫氧化鈉，廣東光華化學(xué)廠有限公司;蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶、熱穩(wěn)定α-淀粉酶，德國(guó)Sigma公司。

1.1.2 ?儀器與設(shè)備 ?AH100D高壓均質(zhì)機(jī)，北京安思拓科技有限公司;HAAKE MARS III流變儀，德國(guó)HAAKE公司;RBL-FD-1真空冷凍干燥機(jī)，北京若比鄰電子信息技術(shù)有限公司;Mastersizer 2000 激光粒度儀，馬爾文儀器有限公司;SHZ-82 水浴恒溫振蕩器，金壇市天竟實(shí)驗(yàn)儀器廠;pH計(jì)，瑞士梅特勒-托利多公司;FA2004N 電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市矛華儀器有限責(zé)任公司;SK2210LHC超聲波清洗器，上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司。

1.2 ?方法

1.2.1 ?樣品制備 ?芒果皮渣膳食纖維的制備參考黃曉兵的方法[13]。將芒果皮渣膳食纖維超微粉碎15 min，按照4%（W/V）的物料濃度加水在室溫下（25 ℃）充分浸泡溶脹2 h，然后充分振蕩后制成膳食纖維懸著液，并分別在30、60、90、120、150 MPa壓力條件下均質(zhì)15次，將不同壓力條件下均質(zhì)后的膳食纖維懸濁液進(jìn)行冷凍干燥，得到不同壓力改性的芒果皮渣膳食纖維，粉碎，密封裝袋，備用。

1.2.2 ?粒度測(cè)定 ?取改性后的芒果皮渣膳食纖維，用激光粒度儀測(cè)定樣品粒度，考察均質(zhì)壓力對(duì)芒果皮膳食纖維粒徑的影響。

1.2.3 ?膳食纖維測(cè)定 ?根據(jù)GB 5009.88—2008《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測(cè)定》的方法測(cè)定不同壓力處理的芒果皮渣膳食纖維中可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維含量。

1.2.4 ?流變特性測(cè)定 ?稱取0.3 g不同壓力處理的芒果皮渣膳食纖維，分別加入15 g的芒果果醬中，攪拌均勻后，制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的5組不同配比的芒果皮渣膳食纖維/果醬混合體系，4 ℃靜止24 h備用。用一次性滴管吸取適量樣品置于流變儀測(cè)試平板上，平板直徑40 mm，設(shè)置間隙1 mm，測(cè)量前樣品先靜置平衡5 min，去除傳感器邊緣的多余樣品，然后進(jìn)行流變測(cè)試。

靜態(tài)剪切流變特性的測(cè)定：溫度設(shè)定為25 ℃，使剪切速率從0～300 s–1遞增，記錄測(cè)試過(guò)程中樣品的黏度和剪切應(yīng)力變化情況。

動(dòng)態(tài)黏彈性測(cè)定：一次性吸管吸取一定量的樣品置于流變儀平臺(tái)上，溫度設(shè)為25 ℃，掃描應(yīng)變值為1%，振蕩頻率設(shè)為0.1～10 Hz，測(cè)定樣品的貯能模量G′、損耗模量G′′和損耗正切角tan δ隨頻率變化的情況。

動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描測(cè)定：溫度設(shè)定為25 ℃，掃描應(yīng)變1%，頻率設(shè)定為0. 5 Hz，測(cè)定1 h樣品彈性模量（G′）和tanδ的變化。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.0和Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行圖表繪制和數(shù)據(jù)處理。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?動(dòng)態(tài)超高壓處理對(duì)芒果皮渣膳食纖維理化特性的影響

2.1.1 ?粒度分析 ?均質(zhì)壓力對(duì)芒果皮渣膳食纖維粒度的影響如表1、圖1所示。由表1可知，隨著均質(zhì)壓力的增加，芒果皮渣膳食纖維表面積平均粒徑先增加后減小再增加，均質(zhì)壓力為120 MPa時(shí)達(dá)到最小值18.218 μm，在圖1中小于10 μm處可見(jiàn)明顯的峰。比表面積隨著均質(zhì)壓力的增加先減小后增加再減小。這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)超高壓改性使膳食纖維疏松，微孔增多，比表面積增大，同時(shí)膳食纖維斷裂和降解使其粒度變小，在120 MPa壓力作用下明顯的觀察到比表面積增大，從而使膳食纖維的功能特性得以改善[18]。

2.1.2 ?膳食纖維含量分析 ?動(dòng)態(tài)超高壓對(duì)芒果皮渣膳食纖維含量的影響如圖2所示。由圖看出，經(jīng)超高壓處理后的芒果皮渣膳食纖維的不溶性膳食纖維含量有所減少，可溶性膳食纖維含量增加，在120 MPa時(shí)可溶性膳食纖維含量最高，為26.17%。這可能是由于超高壓的高速剪切和高頻撞擊，使得纖維物料外層致密的表層破碎，組織疏松，分子鏈斷裂，聚合度下降，使可溶性基團(tuán)暴露，因而可溶性膳食纖維含量增加。由此可以推斷，部分纖維降解為多糖小分子，可為復(fù)配體系提供糖類營(yíng)養(yǎng)成分[19]。

2.2 ?芒果皮渣膳食纖維對(duì)芒果醬流變特性的影響

2.2.1 ?靜態(tài)剪切流變特性分析 ?圖3為不同均質(zhì)壓力改性芒果皮渣膳食纖維與果醬復(fù)配后剪切應(yīng)力隨剪切速率變化的關(guān)系圖。由圖可知，隨著均質(zhì)壓力不斷增加，果醬復(fù)配體系的剪切應(yīng)力也逐漸增加，在150 MPa超高壓處理時(shí)對(duì)其影響最大。這可能是在均質(zhì)壓力增大時(shí)，部分不溶性膳食纖維長(zhǎng)鏈被打斷，更多的羥基被暴露，使其結(jié)合水力增強(qiáng)，導(dǎo)致體系的粘稠度增加，從而增加了剪切應(yīng)力值的增大[20]。

圖4為不同均質(zhì)壓力改性芒果皮渣膳食纖維與果醬復(fù)配樣品粘度曲線圖。由圖可知，添加不同壓力處理后膳食纖維的果醬黏度均隨剪切速率的增大而減小，呈現(xiàn)明顯的剪切稀化現(xiàn)象。鄭炯等[21]對(duì)竹筍膳食纖維-黃桃果醬的流變性研究也表明，膳食纖維果醬復(fù)配體系存在剪切變稀現(xiàn)象，且其變化程度受到膳食纖維添加量的影響。膳食纖維與果醬復(fù)配后，體系中顆粒間相互作用產(chǎn)生三維網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)，粘度隨著剪切速率的增大而減小，這是觸變結(jié)構(gòu)和顆粒取向被破壞所造成的綜合結(jié)果。觸變性越小，流變穩(wěn)定性越高，在生產(chǎn)應(yīng)用中，可防止發(fā)生沉淀、垂掛等現(xiàn)象。在不同均質(zhì)壓力中，150 MPa改性后的復(fù)配樣品觸變性較小，說(shuō)明添加經(jīng)150 MPa超高壓改性芒果皮渣膳食纖維的復(fù)配體系具有較高的流變學(xué)穩(wěn)定性。

2.2.2 ?動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描 ?圖5為不同均質(zhì)壓力改性芒果皮渣膳食纖維果醬復(fù)配體系在1 h內(nèi)貯能模量（G′）與tan δ隨時(shí)間變化曲線。由圖可知，隨著均質(zhì)壓力逐漸增加，果醬復(fù)配體系的G′值逐漸增加，且始終大于未經(jīng)超高壓處理的果醬凝膠體系的G′;隨著時(shí)間的變化，G′值逐漸增加，同時(shí)伴隨tan δ的逐漸降低。這一結(jié)果表明，超高壓改性芒果皮渣膳食纖維/果醬復(fù)配體系具有更好的穩(wěn)定性，其應(yīng)用于食品中可更好地改善因果醬等含糖量較高的產(chǎn)品而產(chǎn)生的品質(zhì)變化[22]。

2.2.3 ? 動(dòng)態(tài)粘彈性分析 ?根據(jù)樣品動(dòng)態(tài)粘彈性測(cè)定結(jié)果中的貯能模量（G′）、損耗模量（G′）以及損耗正切值的數(shù)據(jù)大小可以判斷出果醬樣品的總體強(qiáng)度、粘彈性比例，有效反映出果醬的結(jié)構(gòu)和加工性能，圖6、圖7分別為復(fù)配體系貯能模量隨角頻率變化曲線和復(fù)配體系損耗模量隨角頻率變化曲線。圖6和圖7對(duì)比，復(fù)配體系的貯能模量 G′都大于相應(yīng)的損耗模量 G′′，表明果醬樣品表現(xiàn)出膠體行為。隨著頻率的增加，樣品的G′與G′′也逐漸增加，在150 MPa時(shí)呈現(xiàn)最小值，表現(xiàn)出以彈性為主的粘彈性性質(zhì)。G′與G′′呈規(guī)律性逐漸增加，類固體性質(zhì)也增強(qiáng)。

損耗正切值為損耗模量與貯能模量的比值。體系粘彈性由tan δ來(lái)表征，tan δ值越大，體系中粘性成分比重較大，體系表現(xiàn)流體的特征;相反，tan δ值越小，體系中彈性成分越多，體系表現(xiàn)固體的特征。由圖8可以看出，隨著均質(zhì)壓力的增加，tan δ值也增大，均質(zhì)壓力為150 MPa時(shí)流體性質(zhì)最明顯，這表明處理壓力為150 MPa時(shí)能有效增強(qiáng)復(fù)配體系的流體性質(zhì)。

3 ?結(jié)論

通過(guò)對(duì)芒果皮渣膳食纖維進(jìn)行動(dòng)態(tài)超高壓改性，并研究改性膳食纖維對(duì)芒果果醬流變特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著均質(zhì)壓力的增大，芒果皮渣膳食纖維中不溶性膳食纖維顯著減少，可溶性膳食纖維增加，且膳食纖維平均粒徑隨著壓力的增大先增加后減小再增加，120 MPa處理后可溶性纖維含量最高（26.17%），平均粒徑最?。?8.218 μm）。在120 MPa壓力下處理15次得到的芒果皮渣膳食纖維比表面積最大同時(shí)粒徑最小，此時(shí)的膳食纖維物料疏松，營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)能得到最大程度改善。果醬流變特性研究表明，果醬復(fù)配體系的剪切應(yīng)力隨著剪切速率的增大而增大，具有假塑性流體特征，靜態(tài)剪切應(yīng)力在150 MPa時(shí)具有最高的流變學(xué)穩(wěn)定性。超高壓處理后的果醬存在剪切稀化現(xiàn)象，具有明顯的觸變性。動(dòng)態(tài)流變特性研究結(jié)果表明，復(fù)配體系的貯能模量（G′）均大于相應(yīng)的損耗模量（G′′），都隨著角頻率的增加而增加，在150 MPa時(shí)呈現(xiàn)出最小值，表明果醬樣品表現(xiàn)出膠體行為。因此，綜合考慮果醬的復(fù)配效果，在實(shí)際應(yīng)用中選用超高壓120 MPa或150 MPa改性膳食纖維能夠較好地改善果醬流變特性，但對(duì)于果醬的色澤、口感等影響還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以便更好地應(yīng)用于食品工業(yè)中芒果皮渣膳食纖維與果醬復(fù)配產(chǎn)品的生產(chǎn)及優(yōu)化。

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責(zé)任編輯：崔麗虹

收稿日期 ?2020-03-28;修回日期 ?2020-05-22

基金項(xiàng)目 ?中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（No. 1630122017018）;以農(nóng)產(chǎn)品為單元的廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（No. 2019KJ116）;2018年度廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項(xiàng)資金競(jìng)爭(zhēng)性分配項(xiàng)目（No. 2018A01003）。

作者簡(jiǎn)介 ?黃曉兵（1986—），男，碩士，助理研究員，研究方向：特色農(nóng)產(chǎn)品功能組分的挖掘利用。*通信作者（Corresponding author）：李積華（LI Jihua），E-mail：foodpaper@126.com。