改性枣渣可溶性膳食纤维溶解性和粘性行为初探

改性枣渣可溶性膳食纤维溶解性和粘性行为初探

赵 梅1，2，石 勇1，邵利平2，赵 越2，姜启兴2，许艳顺1，2，许学勤2*

(1.好想你枣业股份有限公司，河南新郑 451100；2.江南大学食品学院，江苏无锡 214122)

摘要[目的]探讨改性枣渣可溶性膳食纤维的溶解性和粘性行为。[方法]以酶解改性获得的枣渣可溶性膳食纤维为研究对象，分析了温度、pH和乙醇对其溶解度，以及浓度和离子对其粘度的影响。[结果]改性的枣渣可溶性膳食纤维总体具有较好的溶解性，并随温度升高而提高，60 ℃以后基本趋于稳定，溶解度可达95%以上；其溶解性受pH的影响较小，在pH=6.0时最大；其溶解性在乙醇浓度大于20%时随浓度升高而快速下降。改性枣渣可溶性膳食纤维的粘性与浓度呈正相关，当浓度大于0.4 g/ml时，粘度上升趋缓；不同离子种类对改性纤维溶液粘性的影响均随离子浓度提高而增加，当达到一定浓度后，该影响趋于平缓。[结论]该研究为枣渣可溶性膳食纤维的应用提供了理论依据。

关键词枣渣；可溶性膳食纤维(SDF)；溶解性；粘度

中图分类号S609.9

基金项目“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAD36B07)。

作者简介赵梅(1989- )，女，山西祁县人，硕士，从事食品加工与保藏研究。*

收稿日期2015-06-01

Preliminary Study on Solubility and Viscosity of Soluble Dietary Fiber of Jujube Residue from Enzymatic Modification

ZHAO Mei1，2，SHI Yong1，SHAO Li-ping2, XU Xue-qin2*et al(1.Haoxiangni Jujube Co.，Ltd., Xinzheng，Henan 451100；2.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122)

Abstract[Objective] The study aimed to discuss solubility and viscosity of soluble dietary fiber of jujube residue from enzymatic modification. [Method]Soluble dietary fiber of jujube residue from enzymatic modification was used to discuss the influences of temperature, pH and concentration of alcohol on solubility as well as the concentration of sample and ion on viscosity. [Result] The sample had good solubility and the solubility increased with the temperature;as it was 60 ℃, the solubility could reach more than 95% and then became stable; the solubility was less affected by pH but the maximum came at pH=6.0; the solubility rapidly decreased with the increase of alcohol concentration from 20%.The viscosity was positively correlated with the concentration, and the increase slowed down when the concentration reached approximately 0.4 g/ml; the effects of different types of ion on modified fiber solution viscosity all increased with increasing of ion concentration, and flattened when it reached a certain concentration. [Conclusion] The research could provide theoretical foundation for the application of soluble dietary fiber of jujube residue.

Key wordsJujube residue；Soluble dietary fiber(SDF)；Solubility；Viscosity

枣，鼠李科枣属木本植物，原产于我国，栽培历史悠久，枣树栽培面积及红枣产量居世界首位，红枣生产加工及经济效益不容小觑[1]。总体来看，目前枣消费多为直接食用或一些粗加工产品，深加工率不到总产量的10%[2]，枣产业普遍存在工艺落后、技术含量低、产品附加值低等问题[3]。然而，随着近年来人们对食品结构要求的提升，枣类的深加工及副产物的综合利用备受关注。枣渣是红枣业生产枣汁等产品的副产物，含有丰富营养物质，一些研究人员开始考虑对其有效成分进行回收利用。

目前枣渣膳食纤维改性的方法有很多，常用的主要有化学处理法、物理法、微生物发酵法和酶法等，而酶法由于其反应条件温和、不需要高温高压等条件、设备要求低、节约能源、操作方便且具有良好的专一性而适用更广。酶法改性可达到提高可溶性膳食纤维含量的目的，且通过酶法改性获得的可溶性膳食纤维与大部分天然存在的不溶性膳食纤维相比，具有明显的生理功能优势[4]。因此，对枣渣可溶性膳食纤维的相关性质进行研究，了解其相关属性，可以为其在食品工业的应用提供一定的理论指导。溶解度是可溶性多糖的重要参考指标，溶解度的大小及溶解条件直接影响其在食品工业的应用效果。粘度反映液体流动时的内部摩擦力，稀释溶液可以减弱或者消除分子间摩擦[5]。糖溶液粘度与可溶性糖分子相互间的氢键作用力及糖分子量的大小有关。多糖粘度在一定程度上与其溶解度呈正相关，同时也与其在食品行业的应用范围有很大的关系，了解多糖粘度可以为其应用范围的确定提供一定的理论指导。可溶性膳食纤维的粘度直接影响对营养物质的消化吸收，这有助于降低血液胆固醇及血糖水平[6]。为此，笔者利用实际工业化生产枣汁后的枣渣，经过酶解获得可溶性膳食纤维，对其性质进行初步研究，为其应用于食品工业提供必要的理论基础及依据。

1材料与方法

1.1材料与试剂通过酶解法改性获取枣渣可溶性膳食纤维，枣渣由好想你枣业股份有限公司提供，按赵梅的方法制备[7]；纤维素酶、木聚糖酶由江苏锐阳生物科技有限公司提供；NaOH、HCl、无水乙醇、KCl、NaCl、MaCl2、CaCl2等均为分析纯。

1.2仪器与设备主要仪器包括DK-8AXX型电热恒温水槽(上海一恒科技有限公司)、EL20实验室pH计(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)、高速粉碎机(上海标本模型厂)、PB203-N电子精密天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)、Seaster星海旋转蒸发器(无锡市星海王生化设备有限公司)、SHZ-3型循环水真空泵(上海沪西分析仪器厂有限公司)、UV1000紫外分光光度计(上海天美科学仪器有限公司)、DZG-6020型真空干燥箱(上海跃进医疗器械厂)、傅里叶红外光谱扫描仪(美国Nicolet公司)。

1.3试验方法

1.3.1酶解枣渣获取可溶性膳食纤维。称取枣渣，按料液比=1∶10(g∶ml)配成悬液，调节pH，加入一定量酶(纤维素酶和木聚糖酶添加量分别为0.29%和0.21%)，恒温水浴条件下搅拌酶解49 min，随后煮沸5 min灭酶；酶解液用沉淀式离心机在4 000 r/min 转速下离心分离 15 min，分别得到上清液与沉淀两部分，上清液在 60 ℃下减压浓缩至20 ml 左右；浓缩液中加入4倍体积的乙醇，于-4 ℃条件下冷藏5 h以上使醇沉完全；干燥醇沉物即获得干燥状态的可溶性膳食纤维(SDF)。

1.3.2枣渣可溶性膳食纤维溶解性测定。称取一定质量的干燥样品粉末，置于烧杯中，加入适量溶剂，调节体系pH，一定温度下搅拌30 min，离心后记录上清液体积，用移液管准确移取上清液加入恒重过已知质量的称量器，再次经过恒重处理记录质量，计算溶解度。

1.3.3枣渣可溶性膳食纤维粘度测定。称取一定质量的样品粉末配制成一定浓度的溶液，调节体系pH，将溶液倒入粘度计样品槽，在一定温度下保温20 min 后，设置仪器转速，测定不同条件下体系的粘度。

2结果与分析

2.1枣渣可溶性膳食纤维溶解性的影响因素

2.1.1温度。调节体系 pH 为7，然后在温度10～90 ℃的范围内每隔 10 ℃测定纤维溶解度。由图1可知，枣渣可溶性膳食纤维溶解度随着温度的升高逐渐增加，温度升至60 ℃时，枣渣可溶性膳食纤维的溶解度已达95%以上，温度继续升高，溶解度略有增加。可见，可溶性膳食纤维在温度达60 ℃以后基本能完全溶解，因此其溶解不需要高温来加速。

图1　温度对可溶性纤维溶解度的影响

2.1.2pH。调节体系的pH分别为2、3、4、5、6、7、8、9、10，在60 ℃水浴中保温30 min，测定各体系溶解度。由图2可知，改性枣渣可溶性膳食纤维在pH接近6的溶液环境中溶解度最大；随着pH的减小或增加，可溶性膳食纤维分子的溶解度都会有不同程度的降低，但变化程度不大，总体表现为pH对可溶性膳食纤维溶解度的影响不显著，说明枣渣可溶性膳食纤维可以考虑添加到不同酸碱度的食品体系中，且仍表现出较佳的溶解特性。

图2　pH对可溶性纤维溶解度的影响

2.1.3醇溶液体系。在浓度为 20%、40%、60%、80%、100%的乙醇溶液中，测定纤维溶解度。由图3可知，水溶性膳食纤维在水溶液体系中表现出较强的溶解能力，然而随着体系乙醇含量增加，样品溶解度迅速降低。在醇含量为 20%～60%的溶剂体系中，可溶性纤维溶解度呈现出显著的降低趋势；当醇溶液含量达80%时，枣渣水溶性膳食纤维的溶解度已降至10%以下；进一步升高体系醇含量，溶解度趋于0。这也说明对于枣渣可溶性膳食纤维，醇沉过程仍然可作为沉淀析出可溶性膳食纤维糖的有效途径。

图3　醇含量对可溶性纤维溶解度的影响

2.2枣渣可溶性膳食纤维粘度的影响因素

2.2.1浓度。配制样品浓度分别为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/ml。由图4可知，枣渣可溶性膳食纤维粘度随着浓度的增加而增大，当浓度达到0.4 mg/ml时，粘度基本达到最大值，继续增加可溶性膳食纤维的浓度，溶液粘度基本无变化。可能是因为糖浓度增加，糖链与糖链之间的相互作用力增强，分子内的摩擦力相应增大，宏观上就表现为溶液体系粘度的增大。当浓度达到一定值时，纤维分子间作用趋于稳定，浓度继续提高，粘度几乎不再变化。

图4　浓度对可溶性纤维粘度的影响

2.2.2温度。由图5可知，枣渣可溶性膳食纤维粘度受温度的影响很大。随着温度逐渐升高，枣渣可溶性膳食纤维粘度表现出下降的趋势。温度为10 ℃时，体系粘度为22.80 mPa·s；当温度升至50 ℃时，溶液粘度仅6.30 mPa·s；体系温度继续升高，粘度降低不再明显。这是因为随着温度的升高，溶液中糖分子的构象会发生一定变化，粘度下降；继续升高温度，糖分子构象趋于稳定，粘度不再发生明显变化。

图5　温度对可溶性纤维粘度的影响

2.2.3pH。体系酸碱度的变化会影响可溶性膳食纤维分子的羟基及羧基等基团的解离过程，因而会对可溶性纤维分子链间、分子链内作用力产生影响，在宏观上则表现为粘度的变化。由图6可知，当pH=6时，枣渣可溶性膳食纤维粘度最大，说明此时纤维分子量最大，分子间氢键结合比较稳定。pH的变化会引起枣渣可溶性膳食纤维电离度的差异。当pH小于6时，随pH升高，电离度增加，溶液体系中糖分子结构及形状发生变化，表现为解离现象，样液体系的粘度逐渐增加；而当pH大于6时，继续增加体系的pH，糖分子可能发生解聚及脱酯化作用，造成纤维分子量降低，粘度减小。此外，接近中性条件时，体系内氢键稳定，糖分子构象稳定；而较低或较高的酸碱环境下，氢键易受破坏。枣渣可溶性膳食纤维溶液并未呈现凝胶现象。

图6　pH对可溶性纤维粘度的影响

2.2.4离子浓度。由图7可知，体系内离子的存在会影响枣渣可溶性膳食纤维溶液的粘度，离子浓度增加会造成体系粘度的增加，并且不同离子的影响效果并不相同。在对不同离子的研究中发现，二价盐离子对粘度的影响明显，Ca2+影响最大，其次是Mg2+，最后才是一价离子。当离子浓度达1.0%后，K+和Na+对粘度的增大作用几乎消失；而离子浓度达1.5%后，Mg2+、Ca2+也失去了对体系粘度明显的增效作用。原因可能是糖分子中大量的羟基等基团会与盐离子发生络合作用，糖链上结合较多金属离子，造成糖分子量的增大，宏观上表现为体系粘度的增加。同时，离子的加入对纤维分子的电荷特性也会有影响，从而导致粘度的变化。总的来说，离子的加入并未对改性枣渣可溶性膳食纤维溶液体系的粘度造成显著影响，故可考虑将枣渣可溶性膳食纤维添加入含盐食品，不必担心其对食品流变性的影响。

图7　离子浓度对可溶性纤维粘度的影响

3结论

通过考察不同影响因素对改性获得的枣渣可溶性膳食纤维溶解度和粘度的影响，为枣渣可溶性膳食纤维的应用提供理论指导。酶法改性的枣渣可溶性膳食纤维总体具有较高溶解性，溶解行为表现最佳的工艺条件为：温度60 ℃，pH=6.0，乙醇含量20%左右。改性的枣渣可溶性膳食纤维的粘性与浓度呈正相关，粘性行为表现最佳的工艺条件为：样品浓度约0.4 g/ml，温度10 ℃，pH=6.0。改性纤维的溶解性均随各种离子的浓度升高而增加，且二价离子的影响大于一价离子，但当离子浓度达到一定值后，该影响趋于平缓。红枣因其丰富的营养和健康保健作用而受到广泛关注，但目前我国枣加工业还处于初级阶段，对枣渣的回收利用研究也还不够完善，仅限于试验室阶段，试验获得的枣渣改性纤维还可作进一步的应用研究。相信随着现代技术的发展和枣渣纤维相关研究的深入，改性枣渣膳食纤维将被应用于食品工业，不仅可提高红枣枣汁加工废弃物的循环可利用性，延长红枣的生产加工链，提升附加值，还能解决枣渣排放造成的环境污染问题，前景十分广阔。

参考文献

[1] HUANG Y L，YEN G C，SHEU F，et al.Effects of water-soluble carbohydrate concentrate from Chinese jujube on different intestinal and fecal indices[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2008，56：1734.

[2] 朱静.防腐处理后裂枣的加工特性研究[D].晋中：山西农业大学，2013.

[3] 毕金峰，于静静，王沛，等.高新技术在枣加工中的应用研究进展[J].食品与机械，2010，26(1)：164-167.

[4] ZHOU X L，QIAN Y F，ZHOU Y M，et al.Effect of enzymatic extraction treatment on physicochemical properties，microstructure and nutrient composition of tartary buckwheat bran：A new source of antioxidant dietary fiber[J].Advanced Materials Research，2012，396：2052-2059.

[5] 张艳荣，魏春光，崔海月，等.马铃薯膳食纤维的表征及物性分析[J].食品科学，2013，34(11)：19-23.

[6] WONG K H，CHEUNG P C K，WU J Z.Biochemical and microstructural characteristics of insoluble and soluble dietary fiber prepared from mushroom sclerotia ofPleurotustuber-regium，PolyporusrhinocerusandWolfiporiacocos[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2003，51(24)：7197-7202.

[7] 赵梅，许学勤，许艳顺，等.纤维素酶-木聚糖酶对红枣渣膳食纤维的酶法改性研究[J].食品发酵与工业，2014，40(5)：11-15.

[8] XUE Z P，FENG W H，CAO J K，et al.Antioxidant activity and total phenolic contents in peel and pulp of Chinese jujube(ZiziphusjujubaMill.)fruits[J].Journal of Food Biochemistry，2009，33(5)：613-629.

[9] CHANG S C，HSU B Y，CHEN B H.Structural characterization of polysaccharides fromZizyphusjujubaand evaluation of antioxidant activity[J].International Journal of Biological Macromolecules，2010，47(4)：445-453.