膳食纤维脱色技术的研究进展

刘　宁，戴　瑞，刘　涛，黎晨晨

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省普通高等学校食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨　150076）

膳食纤维脱色技术的研究进展

刘宁，戴瑞，刘涛，黎晨晨

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省普通高等学校食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨150076）

膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵可食用的植物性成分，碳水化合物及其相类似物质的总和。膳食纤维作为“第7种”营养素，逐渐受到人们的关注。目前，膳食纤维的提取一般采用化学分离法、粗分离法、酶和化学试剂结合分离法等，而在提取过程中脱色技术是影响膳食纤维品质的重要因素。通过对膳食纤维呈色机理与国内外脱色技术进行概述，并对脱色过程中存在的问题及相应研究趋势进行论述、总结，为后续食品中膳食纤维脱色及膳食纤维的开发研究提供理论依据。

膳食纤维；呈色机理；脱色技术；研究进展

0　引言

当Hipsley E H［1］在20世纪50年代首先提出膳食纤维的时候，这个由纤维素、半纤维素及木质素［2］等成分组成的物质就与人类的生活更密不可分了。但是，随着生活水平的提高，人们忽略了膳食营养的平衡，由于膳食纤维的摄入量不足而导致的肥胖症、高血脂、糖尿病、心脏病等慢性病发病率居高不下［3］。这些疾病发病率居高不下，使得与人体健康密切相关的膳食纤维在食品添加中越来越多得被用到，已成为健康产业中新的增长点［4］。“十三五”以来，为全面建成小康社会，我国提出要加快食物与营养的科技创新，使人们对食品的关注由传统的味觉享受向健康、安全和营养等层面上来扩展，而重点创新的产品类型，就是膳食纤维类产品［5］。根据调查显示，由于建议膳食纤维的每日摄入量可以防止肥胖、保持身材、控制血糖平衡等多方面因素，更多的消费者会倾向于富含膳食纤维的食品，尤其是添加膳食纤维的烘焙类食品。膳食纤维的消费会一直增长，预计到2019年会比2015年增长16.54%［6］。未来，人们对膳食纤维的需求会越来越大，如何提取高品质的膳食纤维将是未来研究的重点。

膳食纤维的来源很多，其中大部分存在于谷物、豆类、果蔬及其加工后的副产物中［7］。由于大多数谷物、豆类、果蔬等都含有色素，或是在贮藏、运输和加工过程中发生褐变，使得提取后的膳食纤维颜色各异，严重影响了其品质。所以，要得到品质优良的膳食纤维就必须对其进行脱色处理。

1　呈色机理

食品中固有的天然色素一般是指在新鲜原料中人眼能看到的有色物质，如叶绿素、类胡萝卜素、花青素等［8］；而褐变则是影响食品品质、风味、营养的重要因素，根据反应机理褐变可分为酶促褐变和非酶褐变。

1.1酶促褐变

酶促褐变是指组织中的酚类物质被多酚氧化酶（PPO）氧化成醌类和氢醌（对苯二酚），他们聚合形成褐色物质而导致组织变色，而这个反应发生最重要的条件是要有氧气参加［9］。所以，要抑制酶促褐变就要减少酚类物质含量、控制PPO活性和降低氧的含量，还可以通过低温、热处理、使用褐变抑制剂和一些生物方法来抑制酶促褐变［10］。

袁明芬等人［11］对新鲜香蕉切片进行热处理来抑制褐变，在35，45，55℃的3种不同温度下进行热处理。在维持香蕉颜色饱和度上采用55℃热处理的效果低于对照组，35℃和45℃的处理效果高于对照组，其中以45℃的处理效果最好。Christian Ghidelli等人［12］研究了不同抑制剂对完整体柿子与切片柿子的褐变抑制效果，其中4-HR，柠檬酸（CA），氯化钙（CaCl2）在浓度为10 mmol/L时，抗坏血酸（AA）浓度在25 mmol/L对完整体柿子有褐变抑制作用，而过氧乙酸、环状糊精、半胱氨酸和六偏磷酸盐对完整体柿子没有褐变抑制作用；但在浓度为1.12%的AA 和0.21%的CA下对切片柿子抑制褐变效果最好，货架期可以达到5～7 d，而用氯化钙为抑制剂的货架期却不到1 d。

1.2非酶褐变

非酶褐变主要是碳水化合物在热作用下发生的一系列化学反应产生了大量复杂的有色成分和无色成分或挥发性和非挥发性成分［13］，包括美拉德反应、焦糖化反应、抗坏血酸氧化褐变、多酚氧化褐变等。

1.2.1美拉德反应

美拉德反应指还原糖与氨基酸、蛋白质之间的复杂反应，最后生成含氮的棕色聚合物统称为类黑素。马霞等人［14］就研究了在苹果汁贮藏过程中主要影响非酶褐变的原因，就是发生了美拉德反应。由于美拉德反应的特殊性，使得此反应在传统食品加工和现代食品加工上都有许多应用。但是，在某些食品的加工和贮藏过程中，美拉德反应会降低产品的外在感官品质。

1.2.2焦糖化反应

焦糖化反应是碳水化合物在没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上时发生脱水、降解，进而缩合生成黑褐色物质的作用［15］。焦糖化在酸碱条件下都可以发生，但是更易在高温、高糖、高酸的条件下进行。

1.2.3抗坏血酸氧化褐变

抗坏血酸（VC）是果品蔬菜中重要的营养成分之一，具有酸性和还原性易氧化分解，和氨基酸反应生成红色素和黄色素，还参与美拉德反应加快褐色物质的生成［16］。Yuki Shinoda等人［17］研究橙汁在贮藏过程中褐变的原因。由于与氨基酸和柠檬酸反应，同时被螯合剂和自由基清除剂抑制，通过建立的模型来确定抗坏血酸是褐变的主要因素。

1.2.4多酚氧化

由于多元酚的化学性质活泼，极容易被氧化为苯酮，苯酮具有强亲电性，与食品中其他化合物反应产生呈色作用［18］。郝惠英等人［19］研究了苹果酒中多酚物质是导致苹果酒非酶褐变的主要原因。

2　脱色技术

由于膳食纤维在提取过程中会发生褐变，而且某些过程经碱处理会使颜色进一步加深，所以要提取出品质优良的膳食纤维就必须对其进行脱色处理。

2.1双氧水脱色

双氧水（H2O2）是二元弱酸，在酸性条件下比较稳定，但在碱性条件下呈强氧化性，能够在水中电离出过氧化氢离子（HO2-），可以氧化发色基团。反应如下：HOOH+HO-→HO2-+H2O。在一定范围内碱性增强可以增大双氧水的电离度，脱色效果也随之改变［20］。

国外对膳食纤维脱色技术研究较少。C M G C Renard等人［21］分别研究了双氧水和次氯酸钠脱色苹果渣，在脱色效果上和脱色后的膳食纤维品质上双氧水都比次氯酸钠效果好，而且pH值、双氧水浓度对脱色效果影响较大。E S M Abdel Aal等人［22］对小麦酒糟纤维进行碱性双氧水色，在脱色后纤维的颜色变为浅黄且纤维的总量无较大影响。Z Šereš等人［23］对甜菜膳食纤维的脱色进行了研究，研究了pH值、双氧水浓度、脱色温度和脱色时间对甜菜膳食纤维白度、持水力等的影响，但并没有提出最佳的脱色工艺。国内许多学者在近些年对膳食纤维脱色研究较多。

双氧水脱色技术的研究见表1。

由表1可知，双氧水脱色应该在碱性条件下进行，由于在高温下膳食纤维在碱性条件下易分解，温度基本控制在60℃左右，在一定温度内相对较高的温度下，提取时间相对缩短；在微波和超声波的辅助下，提取时间明显减少，相对的双氧水浓度也下降，减少双氧水的残留。

双氧水脱色的稳定性高，脱色后的产物是水，对环境污染小，是较为理想的纤维脱色剂，所以双氧水脱色法为最常见的膳食纤维脱色法。但是，双氧水具有很强的腐蚀性，如果用量不当，残留在食品中会影响人体健康。根据表1可知，通过超声波和微波辅助脱色技术，由于脱色效率高、脱色时间短，在膳食纤维脱色工艺上开始应用，所以在控制双氧水适合的浓度下，一些辅助手段将是找到脱色最优工艺及其辅助方法研究的方向。

表1　　双氧水脱色技术的研究

2.2次氯酸钠脱色

次氯酸钠（NaClO）其本身不具有脱色能力，当其溶于水中是会发生如下反应：NaClO+H2O=NaOH+ HClO，生成HClO俗称漂白液，具有强氧化性和高效的漂白能力。

在随后的一些研究中，冯畅敏［41］和李慧娜［42］分别对苜蓿草渣膳食纤维和莲藕膳食纤维采用次氯酸钠、双氧水及硫酸钠进行脱色，次氯酸钠的脱色效果显著好于双氧水和硫酸钠。薛勇等人［43］将提取浒苔膳食纤维经碳酸钠溶液处理，然后用次氯酸钠作为脱色剂对其进行脱色，得到品质较好的浅绿色膳食纤维。陈菲菲［44］对红藻膳食纤维进行2次脱色，第1次是次氯酸钠脱色，第2次是高锰酸钾-草酸脱色。试验表明次氯酸钠脱色效果良好，而高锰酸钾-草酸脱色没有更明显的效果。

但是，在次氯酸钠脱色后会有氯的残留，可能产生大量危害人类健康和破坏生态环境的含氯化合物。因此，次氯酸钠脱色法在食品脱色上的应用不是很广泛，还有待进一步的研究。

2.3臭氧脱色

臭氧（O3）为浅蓝色的气体，由氧气经高压放电产生，氧化电位可达2.07 V。臭氧反应的基本过程为：

O3+H2O→HO3+OH

HO3++OH-→2HO2·

O3+HO2·→OH·+2O2·

OH·+HO2·→H2O+O2

OH·和HO2·有极高的氧化性，可以破坏废液分子中的发色基因，达到脱色的目的［45］。Seher Perincek等人研究大豆膳食纤维脱色，用臭氧来辅助氧化脱色和还原脱色，臭氧辅助脱色后的膳食纤维白度达到最佳，产量的损失也降到最低。李蕊岑等人对苹果渣的膳食纤维进行超声波辅助臭氧脱色，得到最佳脱色工艺条件为臭氧发生量15 g/h，超声波频率70 kHz，碱液质量分数6%，料液比1∶25，脱色时间5 h，白度为80.11%。臭氧脱色技术与双氧水脱色和次氯酸钠脱色相比较，脱色效果比较显著而且对于溶剂残留问题大幅减小。

如今，臭氧在处理废水上已经有广泛的应用；在食品工业的应用主要是食品的灭菌、果蔬的保鲜；食品卫生方面，较少应用于食品的脱色。由于经臭氧脱色法脱色后的产物为水和氧气，对人体和环境都没有伤害，臭氧脱色成为脱色领域研究的一个重要方面。

2.4其他方法脱色

脱色方法见表2。

3　结论

综上所述，双氧水脱色技术是膳食纤维脱色的最常用方法，双氧水法脱色是应用其高氧化性进行脱色，脱色后可能会影响膳食纤维的品质。双氧水脱色成本较高、脱色时间较长，可能对工业生产的设备有腐蚀作用；而次氯酸钠脱色的残留物影响人的健康，并且污染环境，不利于用于食品级的膳食纤维的脱色；臭氧脱色技术则是一种新型的脱色技术，不仅脱色能力高而且对脱色后的产品还有杀毒效果，在膳食纤维脱色技术领域有很大的发展空间；在更多膳食纤维脱色技术中已有人用树脂来进行脱色并且效果显著［46］。所有脱色的方法都要考虑，在实际工业生产中试剂的大量使用所产生的废液对环境的影响和在食品中的试剂残留。根据各个脱色方法的机理来研究出更适合膳食纤维脱色的加工工艺，仍需要广大科研工作者积极投身于研究。

表2 脱色方法

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Research Progress in Decolourization of Dietary Fiber

LIU Ning，DAI Rui，LIU Tao，LI Chenchen
（Key Laboratory for Food Science and Engineering of Heilongjiang Province，College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China）

Dietary fiber is resistant to human intestinal digestion and absorption，which to some or all of the fermentation of the human body for the edible plant composition，the sum of carbohydrates and similar substances.As the 7thkind of nutrients，it gradually get people's attention.Currently the extraction of dietary fiber in general by chemical separation process，coarse separation，enzyme and chemical reagent combined with separation，etc.The decoloration technology is an important factor affecting the quality of dietary fiber.This paper summarized the mechanism of color and technology of decoloration at home and abroad as well as its problems and future trends of the study，which will provide the follow-up of dietary fiber in food decolorizing and the theory basis for the research of dietary fiber.

dietary fiber；mechanism of color；decolourization；research progress

TS209

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.06.047

1671-9646（2016）06b-0065-04

2016-04-18

黑龙江省教育厅科学技术面上项目（12541199）。

刘宁（1978— ），女，博士，副教授，研究方向为食品科学。