不同工艺制备刺梨果渣膳食纤维及品质分析

张 瑜，李小鑫，刘芳舒，丁筑红

（贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州省农畜产品贮藏与加工重点实验室，贵州省药食同源植物资源研究开发中心，贵州 贵阳 550025）

不同工艺制备刺梨果渣膳食纤维及品质分析

张 瑜，李小鑫，刘芳舒，丁筑红*

（贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州省农畜产品贮藏与加工重点实验室，贵州省药食同源植物资源研究开发中心，贵州 贵阳 550025）

以可溶性膳食纤维（SDF）得率为评价指标，确定化学法、酶法和发酵法制备刺梨果渣膳食纤维最佳制备工艺，对3种方法膳食纤维样品及原果渣进行品质分析。结果显示，绿色木霉发酵法为最佳处理方法，优化条件下可溶性膳食纤维得率为12.75%，比原果渣可溶性膳食纤维提高了74.42%。3种处理方法得到的总膳食纤维（TDF）膨胀力、持水力、持油力、胆固醇吸附力均比原果渣有所提高。电镜扫描发现3种处理方法均使纤维结构发生不同变化。红外光谱扫描分析显示，刺梨可溶性膳食纤维含有糖的特殊吸收峰，处理条件不同导致官能团组成不同，酶法和发酵法可溶性膳食纤维含有半乳糖，化学法可溶性膳食纤维没有。

刺梨果渣；膳食纤维；理化性质；微观结构；多糖结构

膳食纤维（dietary fiber，DF）是一种不能被人体消化的碳水化合物，分为不可溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）两大类。不溶性膳食纤维是指那些既不溶于水又不被人体中消化酶消化和吸收的膳食纤维，主要是植物的细胞壁成分，包括纤维素、部分半纤维素、木质素和壳聚糖等；可溶性膳食纤维指不被人体肠道消化酶消化，但是溶于水的膳食纤维，主要是植物细胞壁内的果胶、葡聚糖、部分半纤维素以及人工合成的糊精、多糖类物质[1]。膳食纤维作为糖类化合物、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质和水之后的“第七大营养素”，其具有高持水性和吸水膨胀性，能量低，有利于体质量的控制[2-5]；膳食纤维中SDF可以改善肠道菌群分布[6-7]，调节血脂水平，吸附胆固醇[8]，预防心血管疾病[9]，影响体内葡萄糖的吸收代谢，调节血糖、预防糖尿病。

膳食纤维生理功能与可溶性膳食纤维（SDF）有很大关系，通常天然纤维中SDF含量较低，无法达到膳食平衡要求。因此，采用不同方法对膳食纤维进行改性，以提高可溶性纤维的含量为近年来的研究热点。目前，用于膳食纤维改性的方法有化学方法（酸法、碱法）、物理方法、生物技术方法（酶法、发酵法）等。王宏勋等[10]利用粉葛渣膳食纤维微生物发酵后，SDF含量、持水力、膨胀性均明显提高。涂宗财等[11]将豆渣膳食纤维采用微生物发酵后，SDF含量＞15%。刘达玉等[12]利用酶法制取干薯渣中膳食纤维，提取的产品总膳食纤维含量＞78%，为薯渣粉膳食纤维含量的2.76倍。而刺梨果渣提取膳食纤维方面研究未见报道。

刺梨果渣是刺梨加工后的废渣，新鲜果渣如未及时处理很易发生腐败、霉变，影响其利用。而刺梨果渣中膳食纤维含量很高[13]，是制备膳食纤维的良好原料。本试验以刺梨果渣为原料，以SDF含量为评价指标，分别采用化学法、酶解法和微生物发酵法制备刺梨果渣膳食纤维。并对不同制备方法得到的膳食纤维进行理化性质、微观结构和红外分析，旨在提高膳食纤维中SDF含量，提高其膳食纤维利用价值，为刺梨果渣SDF的产业化开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

刺梨鲜渣：将刺梨榨汁后留取果渣，保鲜袋密封包装，于4℃的冰箱中保存备用。刺梨渣粉：自然干燥、过40目筛。绿色木霉（Trichoderma viride）GIM3.141，购于广东省微生物菌种保藏中心。

1.2 主要试剂

耐高温α-淀粉酶（2×104U/g）、中性蛋白酶（5×104U/g）、糖化酶（10×104U/g）：美国Sigma公司；纤维素酶（5×104U/g）：江苏锐阳生物科技有限公司；无水乙醇（分析纯）：成都金山化学试剂有限公司。

1.3 仪器与设备

101-3A电热鼓风干燥箱、SPX-150B型生化培养箱、FW100型高速万能粉碎机、SPX-150B型生化培养箱：天津泰斯特仪器有限公司；SHZ-Ⅲ型循环水真空泵：郑州市世纪双科实验仪器有限公司；SX系列马弗炉：南阳市鑫宇炉业有限公司；TGL-16G高速台式离心机：上海安亭科学仪器厂；YXQ-LS-30SⅡ高压蒸汽灭菌锅：上海博迅实业有限公司；T6新世纪T6系列紫外可见光分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；S-3400N扫描电子显微镜：HITACHI（日立）公司；Vector-22傅里叶变换红外色谱仪：瑞士Bruker公司。

1.4 试验方法

1.4.1 工艺流程

化学法提取刺梨果渣SDF工艺流程：刺梨渣粉→加水混匀→调pH→反应处理→离心→上清液测SDF、沉淀测IDF→总膳食纤维（totaldietary fibre，TDF）

酶法提取刺梨果渣SDF工艺流程：刺梨渣粉→加水混匀→调pH、加纤维素酶→酶解→离心→上清液测SDF、沉淀测IDF→总膳食纤维（TDF）

发酵法提取刺梨果渣SDF工艺流程：刺梨鲜渣→添加氮源→接种绿色木霉→发酵培养→灭菌→离心→上清液测SDF、沉淀测IDF→总膳食纤维（TDF）

1.4.2 优化设计

（1）化学法提取刺梨果渣SDF工艺优化正交试验

以SDF得率为评价指标，设计正交试验L9（34），化学法优化正交试验因素与水平如表1所示。

（2）酶法提取刺梨果渣SDF工艺优化正交试验

以SDF得率为评价指标，设计正交试验L9（33），酶法优化正交试验因素与水平如表2所示。

（3）绿色木霉发酵法提取刺梨果渣SDF工艺优化正交试验

以SDF的得率作为指标，采用L9（34）正交试验，绿色木霉发酵法优化正交试验因素与水平如表3所示。

1.4.3 测定方法

（1）IDF/SDF/TDF含量测定

参照国标GB/T 5009.88—2008《食品中膳食纤维的测定》中酶-重量法测定[14]。

（2）电镜扫描观察

将原果渣和SDF、IDF样品粉碎，然后采用离子溅射的方法进行表面镀金，通过扫描电子显微镜扫描观察，得到扫描电镜结果[15]。

（3）傅里叶红外光谱分析

将SDF样品干燥至质量恒定，称取约2 mg样品和100 mg干燥KBr粉末在玛瑙研钵中进行研磨，混匀之后加入压模器中，压片处理后，迅速进行红外光谱扫描分析，扫描波长为500～4 000 cm-1[16]。

（4）膨胀力、持水力、持油力以及胆固醇吸附作用的测定

膨胀力（swelling capacity，SWC）、持水力（waterholding capacity，WHC）、持油力（oil holding capacity，OHC）以及胆固醇吸附作用的采用文献[17-21]中的方法进行测定。

2 结果与分析

2.1 化学法制备刺梨果渣SDF正交试验结果

由表4可知，化学法影响SDF得率的因素主次顺序为A＞C＞D＞B，即料液比＞时间＞pH值＞温度，最优组合为A2B3C2D2，即料液比为1∶25（g∶mL），温度80℃，pH值为5.0，反应时间90 min。对最优组合进行验证试验，结果表明，化学法SDF的得率为8.85%。

2.2 酶法制备刺梨果渣SDF正交试验结果

由表5可知，酶法制备刺梨果渣，影响SDF得率的因素主次顺序为A＞B＞C，即酶解温度＞pH值＞料液比。最优组合为A2B2C2，即酶解温度为55℃，pH值为5.0，料液比为1∶25（g∶mL）。在此条件下进行3次平行验证试验，酶法SDF得率为9.61%。

2.3 发酵法制备刺梨果渣SDF正交试验结果

由表6可知，影响SDF得率的因素主次顺序为D＞B＞A＞C，即pH值＞培养温度＞培养时间＞接种量，最优组合为A2B2C3D2，即接种量10%、培养温度28℃，在pH值为7的条件下培养5 d。对最优组合进行验证试验，结果表明，绿色木霉发酵法SDF得率为12.75%。

2.4 膳食纤维的理化性质分析

3种方法得到的刺梨果渣膳食纤维经干燥、粉碎后理化分析，结果见表7。由表7可知，3种方法制得的总膳食纤维（TDF）样品溶胀性、持水力、持油力和胆固醇吸附力均高于原果渣，改善了原果渣的特性，其中发酵处理法得到的TDF的溶胀性、持水力和胆固醇吸附力最高。化学法处理得到的TDF对不饱和脂肪的吸附能力最高，对饱和脂肪的吸附能力低于发酵法。3种处理方法得到的TDF对胆固醇吸附力在pH 7.0时明显高于pH 2.0时，可能是pH值为2.0的环境内有较多的氢离子存在，使得胆固醇和SDF带了较多的正电荷，彼此存在互斥的力，导致结合能力减弱，从而降低了吸附量[22]。

2.5 刺梨渣膳食纤维的微观结构

不同处理工艺的IDF和SDF电镜扫描观察微观结构的变化见图1。

从图1可以看出，3种方法制备的IDF结构较原果渣松散，颗粒变小，其中化学法IDF呈片状，酶法IDF呈不规则多孔的块状结构，发酵法IDF呈小颗粒状结构；而3种方法SDF超微结构类似，均呈疏松蜂窝状结构。

由于化学法样品蛋白质和淀粉等杂质分解的较为彻底，但也造成了SDF损失；酶法和发酵法样品，由于纤维素酶的酶解作用，膳食纤维分子间联键断裂，分子质量减小，生成体积更小的多糖分子[23]，尤其是发酵法样品IDF的颗粒更为分散，增大了比表面积，对于持水性和吸附性有提高作用[18]，有利于更好地发挥生理功能。

2.6 刺梨渣SDF红外光谱分析

化学法、酶法和发酵法制得的SDF红外光谱分析结果见图2。

由图2可知，3种SDF样品均有多糖类红外图谱的典型特征，即有多糖的特征吸收峰出现，说明SDF含有多糖类物质，由于处理条件的不同，不同样品结构有一定差异，官能团组成也有差异，分别在3 423 cm-1、3 418 cm-1和3 399 cm-1处各出现了一处宽峰，这是O-H的伸缩振动引起的，均为糖类的特征吸收峰。1 740 cm-1附近处为C=O的伸缩振动，是半纤维素的特征吸收峰。由图2A可知，化学法SDF在该处峰极微弱，说明化学法对半纤维素的水解彻底。

1 400～1200 cm-1内的吸收峰是C-H键的变角振动引起，是糖类的特征吸收峰，3种样品分别在1 413 cm-1、1 414 cm-1和1 418 cm-1处出现了中强峰，说明样品中的多糖处于羧甲基化，化学法和发酵法SDF分别在1 328 cm-1和1 330 cm-1出现较强的峰，而酶法样品没有出现相应的峰。

化学法样品在955 cm-1出现的峰是阿拉伯糖基的特征吸收峰，酶法样品和发酵法样品在921 cm-1和919 cm-1出现的峰是β-吡喃糖C-H变角振动的特征吸收峰。发酵法和酶法样品在809 cm-1和817 cm-1的峰为D-型呋喃环的C-H键的变角振动，表明含半乳糖，而化学法样品没有出现峰，说明强烈的化学处理转变了多糖的结构。

通过分析可以看出，刺梨膳食纤维中主要的多糖类组份，由于处理方法不同，导致样品结构改变，糖类组份呈现差异。

3 结论

结果表明，发酵法为制备刺梨果渣SDF最佳方法，优化工艺条件为绿色木霉接种量10%、培养温度28℃，在pH值为7的条件下培养5 d，该条件下SDF得率为12.75%，比原果渣SDF提高了74.42%。

3种处理方法对刺梨果渣膳食纤维SDF的物化性质有较大影响，尤其是发酵法，较原果渣溶胀性提高19.31%，持水力提高37.09%，不饱和脂肪的吸附力提高103.77%，饱和脂肪吸附力提高226.09%，胆固醇吸附力在pH值为7时提高256.16%，对刺梨果渣膳食纤维品质有明显改善。

电镜扫描发现3种处理方法均使果渣显微结构发生很大变化，不同的处理方法对纤维结构改变不同。

红外光谱分析发现3种方法处理前后SDF具有糖的吸收峰，处理方法不同，SDF官能团分布有所不同，化学法SDF和发酵法SDF在1 400～1 200 cm-1范围内有C-H键的变角振动峰，酶法SDF没有；酶法和发酵法SDF含有半乳糖，化学法SDF没有。

绿色木霉发酵法对提取刺梨果渣膳食纤维具有更好的物性特性，微生物在代谢过程中还会产生大量的短链脂肪酸，从而进一步增加了产品的生理性能[24]。与化学法、酶法相比发酵法操作简单，时间短，成本低，样品SDF含量较高，可作为食品生产中营养配料和辅料，本研究为刺梨果渣的综合利用提供了新的途径。

[1]郑建仙.功能性膳食纤维[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]王进卿.膳食纤维的功能与应用[J].中国酿造，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]张爱霞，陆 淳，马 明.膳食纤维与人体健康[J].中国食物与营养，2005（3）：39-41.

[10]王宏勋，王岩岩，毛一兵，等.粉葛渣膳食纤维生物改性研究[J].食品工业科技，2007，101（7）：102-106.

[11]涂宗财，李金林，阮榕生，等.利用豆渣生产高活性膳食纤维的研究[J].食品科学，2006，27（7）：144-147.

[12]刘达玉，左 勇.酶解法提取薯渣膳食纤维的研究[J].食品工业科技，2005，26（5）：90-92.

[13]王岁楼，孙君社.用刺梨废渣做填充料酿造优质食醋[C].大庆：中国农业工程学会2007年学术年会论文集，2007.

[14]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 22224—2008食品中膳食纤维的测定酶重量法和酶重量法-液相色谱法[S].北京：中国标准出版社，2008.

[15]李 梁.杏皮渣膳食纤维理化性质分析及应用研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学硕士论文，2012.

[16]乐胜锋.苹果渣膳食纤维的制备及其性能表征[D].北京：北京工商大学硕士论文，2010.

[17]屈浩亮.癞葡萄水溶性膳食纤维的研究[D].无锡：江南大学硕士论文，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]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 5009.128—2003食品安全国家标准食品中胆固醇的测定方法[S].北京：中国标准出版社，2003.

[21]张建民.车前草水溶性膳食纤维的制备及其活性研究[D].南昌：南昌大学硕士论文，2007.

[22]刘 凌，孙 慧.桃渣水溶性膳食纤维组成及生理活性[J].生产与科研经验，2008，34（9）：69-72.

[23]付成程，郭玉蓉，霍天博，等.纤维素酶对苹果肉渣膳食纤维物化特性的影响[J].食品与发酵工业，2013，39（1）：64-68.

[24]徐灵芝，黄 亮，王 平.竹笋膳食纤维提取方法的研究进展[J].中国酿造，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

贵州省科技厅区域合作项目（黔科合区域合[2013]7001号）；贵州省重大科技专项（黔科合重大专项字[2013]6006）；贵州省药食同源植物资源研究开发中心项目（黔科合G字[2014]4003号）

张 瑜（1990-），女，硕士研究生，研究方向为食品科学。

*通讯作者：丁筑红（1966-），女，教授，本科，研究方向为农产品加工。