梨渣膳食纤维研究进展

王振杰，冉 冉，王彩虹，刘艳红，张乐乐，刘生杰

（阜阳师范大学 信息工程学院，安徽 阜阳 236041）

梨在世界范围内种植较广泛，其中在我国的栽培面积和产量处于果树第三位，仅次于苹果和柑橘。我国梨果产业发达，产地集中，对种植技术要求相对较低，而且产量高、效益好。因此，鲜梨的生产和贸易发展受到中国农业相关部门高度的重视[1]。据统计，2017年我国梨总产量达到1 641.0万吨[2]。梨的深加工主要以浓缩果汁、果汁饮料和梨罐头为主，梨渣是指以鲜梨为原料，经榨汁工艺提取果汁后的废弃副产物，主要包括梨皮、梨瓤、梨核及果柄等，总量约占原鲜果重量的40%～50%。以年产1万吨天然梨汁工厂为例，其每年扔掉的梨渣约达2～3千吨。据调查年产鲜梨渣约40～100万吨，由于梨渣中含有部分石细胞，粗加工适口性较差，回收利用率低，通常作为废弃物处理，且新鲜果渣如果不立即处理极易腐败变质，发生霉变影响其利用，给生产企业和环境带来巨大困扰，且随着梨汁饮料工业的发展，梨渣的产量势必也会持续增多。

膳食纤维（dietary fiber，DF）是指含有 10个或更多单体单元的不被人体小肠中的内源性酶水解的碳水化合物聚合物[3-4]。膳食纤维可分为水溶性（soluble dietary fiber，SDF）和非水溶性膳食纤维（insoluble dietary fibe，IDF），主要包括半纤维素、β-葡聚糖、纤维素、木质素、果胶、抗性寡糖、抗性淀粉和甲壳素等物质[5-6]，以及由聚葡萄糖、纤维素和难消化糊精的合成衍生物[7]。作为人类第七大营养素，膳食纤维对人体健康有着不可替代的作用[8]。研究表明梨渣中含有丰富膳食纤维[9]，是人们摄取该营养素的良好来源。因此，加强对梨渣膳食纤维的二次开发利用，有利于提高产品附加值和改善环境污染问题，具有很好的经济和社会效益。

1 梨渣膳食纤维的理化特性与生理功能

1.1 高持水性与预防肥胖症

肥胖症是糖尿病、高血压、高血脂、冠心病的重要诱发因素，严重威胁人类健康。梨渣中富含水溶性膳食纤维，周笑犁等[10]人利用生物发酵法制备梨渣中可溶性膳食纤维，最终得率为16.81%，持水力为8.62 g/g，膨胀力4.96 mL/g。梨渣膳食纤维结构中因含有大量亲水基因具有很强的持水性和溶胀性。膳食纤维通过咀嚼进入胃部后吸水膨胀，经充分水化后，形成一定粘度的凝胶态团状物，膨胀后的体积约为自身体积的8～15倍。这种咀嚼效应、体积效应和凝胶效应有助于延缓营养物质吸收和胃排空时间，使人产生强烈饱腹感信号，减少了食物的摄入，对控制体重预防肥胖症具有较好的效果。研究表明，饥饿感下降10%减少5.3%的能量摄入[11]。大量流行病学研究也说明了膳食纤维的摄入量与体重增长呈负相关性[12]。其次，研究发现一些谷物膳食纤维能够调节胰岛素、饥饿素、胰高血糖素样肽-1、胆囊收缩素、葡萄糖依赖性促胰岛素多肽等与产生饱腹感信号相关激素分泌[13]。

1.2 吸附鳌合作用与预防高脂血症

高脂血症是指血液中总胆固醇（total cholesterol，TC）、甘油三脂（triacylglycerol，TG）、低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein,LDL)升高或高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）下降的一种血脂代谢紊乱现象。高脂血症是引发动脉粥样硬化和冠心病最主要的原因，对人体健康威胁极大。梨渣膳食纤维在肠道内水化后呈现胶凝状，具有良好的粘性及网孔吸附性，可以吸附胆固醇、胆汁酸，从而有效降低低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）[14]。此外，梨渣膳食纤维发酵作用产生的短链脂肪酸（SCFAs）如丙酸盐、乙酸盐和丁酸盐，可以影响体内脂肪酸合成、脂肪酸氧化、脂肪酸脂解和胆固醇合成[15-16]。梨渣膳食纤维分子中的羧基、羟基等基团表现出离子交换性，影响脂肪的吸收，影响胆固醇代谢中酶的活性。人体摄入的膳食纤维可促进7α羟化酶的表达，使更多的胆固醇转化为胆汁酸，减少胆固醇堆积[17]。

1.3 凝胶性和抑制酶活性与改善血糖生成反应

目前糖尿病可分为1型糖尿病、2型糖尿病、妊娠糖尿病及其他类型4种临床类型。其中90%的为2型糖尿病，其诱发原因是因进食过多、体力活动减少。一次进食过多导致血液葡萄糖浓度迅速升高，刺激胰岛素分泌，血糖长期处于较高浓度会引发机体出现胰岛素抵抗，进而引发胰腺病变和功能障碍，出现糖尿病。梨渣中含有大量水溶性膳食纤维，在肠道内经水化后有一定粘性和凝胶性，能够抑制淀粉、葡萄糖等常量营养素的吸收，降低餐后血糖升高。膳食纤维也可抑制α-淀粉酶作用于淀粉，延长酶作用于淀粉时间，从而降低葡萄糖的释放速度[18]。狄志鸿等[19]人综述了多种植物源SDF可提高胰岛素的敏感性，降低餐后血糖升高，还有研究证明膳食纤维通过抑制肝糖原分解、影响胰岛素受体及胰岛素受体底物的表达降低2型糖尿病小鼠的血清胰岛素水平[20]。由于糖尿病发病机制相对复杂，所以膳食纤维降血糖的机制还不明确，除上述膳食纤维具有阻碍糖类物质吸收、抑制淀粉酶活性和提高胰岛素的敏感性外，膳食纤维还具有促进修复胰岛功能[21]、激活糖原的合成等机制[22]。此外，膳食纤维的发酵作用产生短链脂肪酸可作用于小肠末梢和结肠的分泌细胞，调节激素GLP-1的产生，促进胰岛素分泌，可发挥抗糖尿病作用[23]。

1.4 发酵作用与预防肠道疾病

肠道微生物作为人体最庞大复杂的微生态系统，其本身及其代谢产物对人体健康的调节具有重要作用[24]。一旦肠道微生物平衡失调，会引发肠道疾病[25]、肥胖[26]、糖尿病[27]等危害。所以，近年来肠道微生物健康研究得到空前关注。膳食因素目前被人们作为一种最容易和有效的控制肠道微生物健康的方法。由于膳食纤维具有很强的抗消化性，在小肠内不易被酶解和消化，但可在大肠内被厌氧微生物发酵利用。发酵产物可有效调节肠道健康和降低结肠癌的发病率。其发酵作用机理主要有以下几个方面：（1）结肠厌氧发酵膳食纤维产生SCFAs。其产物丁酸钠具有免疫调节和消炎功能，徐致遥等[28]研究证明丁酸钠能有效抑制大肠癌细胞增值并能诱导其凋亡；（2）膳食纤维通过酵解产酸降低肠道菌群所处环境的pH，抑制有害微生物繁殖，减少肠毒素等致癌物的产生[29]。（3）在结肠中可发酵纤维作为益生元，增加益生菌如乳酸杆菌和双歧杆菌的数量，改善肠道菌群[30]。此外，膳食纤维的持水溶胀性、发酵产气作用对肠道起到润滑和刺激蠕动的作用，对预防肠道便秘具有很好功效。

1.5 其他生理功能

除上所述，唐孝青[31]研究发现梨渣膳食纤维对DPPH·和O2-具有一定清除能力，最高清除率分别为60.28%和41.32%，具有很强的还原型。通过生理病理学研究，膳食纤维的吸附鳌合和结合交换离子作用具有很好的清除重金属和肠道内的有害毒素的作用[32]。膳食纤维中的多糖成分具有提高免疫力的作用[33]。膳食纤维通过发酵产生丙酸盐，对人体血压调控起到一定作用[34]。此外，Zaman等[35]研究了在肠内营养制剂添加膳食纤维，可改善稳定病人的腹泻症状。以及国内外对膳食纤维治疗预防某些疾病如急性胰腺炎、铅中毒和抗癌等方面的研究报道。

2 梨渣膳食纤维提取工艺

2.1 化学法

化学法是将样品原料经过干燥、粉碎，然后用酸、碱等化学试剂作为溶剂进行浸提，得到膳食纤维的一类方法。根据工艺不同，化学法也可分成酸法、碱法、直接水提法和絮凝剂法。直接水提法比较常见，但是得率很低。酸碱化学试剂在提取过程中主要起破坏纤维素与其他化合物之间的化学键的作用。翟金兰等[36]人采用酸浸提法在最优提取条件下得到的香梨渣中DF总量约占梨渣重量的29.3%，其中主要为水不溶性膳食纤维，约占81.5%。曾庆梅等[37]人使用碱法提取梨渣IDF，得率为 12.8%，持水力为 10.23 g/g、膨胀力为6.67 mL/g，品质良好。唐孝青[29]对梨渣中碱溶性膳食纤维进行提取，得出最优提取条件为NaOH浓度为3.06%，提取时间2.38 h，液料比9.58∶1，提取温度89.63℃，提取率为14.12%。董娟等[38]以库尔勒香梨酿酒皮渣为原料，使用超生碱法提取水溶性膳食纤维，在单因素基础上采用相应面分析法对提取条件进行优化，得出碱液浓度4 g/100 mL、超声温度63℃、时间61.5 min、料液比16 mL/g，最终得率为13.4%。化学法提取条件需经反复调整酸度、漂洗，带入大量阴阳离子，易使膳食纤维活性遭到破坏，制得的膳食纤维在一定程度上存在化学物质残留，纯度不高，还会因为大量污水而对环境造成污染。

2.2 酶法

利用α-淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶等水解去除样品中淀粉和蛋白质组织物质，进而使膳食纤维游离释放的一种方法。尤其对高蛋白、高淀粉含量的物料，酶法提取优势明显。李梁等[39]利用了纤维素酶提取苹果梨渣中SDF，经响应面优化后SDF得率达到15.31%。陈小举等[40]采用半纤维素酶水解法从梨渣中分离SDF，在单因素试验基础上，采用响应面法，得到SDF的提取率为15.21%，持水力4.72 g/g、溶胀力4.46 mL/g。于海莲等[41]人利用酶水解法对梨渣果胶进行提取，研究得出最近提取条件为：料液比1∶16、pH=2、水解1 h、水解温度90℃，提取率为9.8%。与传统化学法相比，酶法能够明显降低膳食纤维的损失和对环境破坏，提高产品的提取率和纯度。

2.3 酶-化学法

酶-化学法是化学法与酶法相结合来制取膳食纤维的一类方法。该法操作简单，投资较少，无需特殊的设备，污染少，且得到的膳食纤维纯度要比单纯用酶法提取的纯度高，适用于大规模生产。高晓丽等[42]人采用淀粉酶除去梨渣中的少量淀粉，然后再结合碱法来提取梨渣中IDF，经正交试验优化得到最终产率为12.9%。持水力、膨胀力分别达到7.1 mL/g、6.167 mL/g，品质明显优于单纯用酶法提取SDF，但低于单独使用碱法提取的IDF。

2.4 生物发酵法

生物发酵法是采用发酵的原理，在适宜的条件下，从发酵底物当中提取DF的一种方法，该法成本较低，提取出的膳食纤维无论在产品的得率，产品的色泽上、质地上、气味和分散程度上都比较好，理化性质持水力也较高。张瑜[43]等对比了化学法、酶法、发酵法提取刺梨渣SDF的工艺，通过组织结构分析及持水力、膨胀力测定证实发酵法为制备刺梨果渣SDF最佳方法，优化工艺条件后SDF得率为 12.75%，比原果渣 SDF提高了74.42%，且3种处理方法对刺梨果渣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%，实验证明发酵法与化学法、酶法相比操作简单，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。

3 梨渣膳食纤维在食品中的应用现状

3.1 在烘焙食品中的应用

膳食纤维可以增加产品的疏松性、柔软性，可防止食品在储存期间变质。MeryemGökselSaraç等[44]进行了石梨膳食纤维浓缩物对黄油感官品质、持水量、持油量、坚固性和铺展性影响的一系列实验，该模型黄油的研究结果表明：膳食纤维浓缩物不会显著影响黄油样品的颜色特性，但其含量和纤维类型改变了黄油的结构性能，如坚固性和铺展性。声表面波（SAW）技术结果表明，用石梨膳食纤维浓缩物（SPDF）3%生产的黄油是最优选的。因此，这些从加工废弃物中获得的纤维可用于精制食品。杨洁等[45]人以豆渣、梨渣为原料，添加到曲奇饼干中，通过单因素和正交实验确定了曲奇饼干的最佳比例：豆渣粉添加量8%，梨渣粉添加量8%，并添加1%谷朊粉和1%卵磷脂两种改良剂改善曲奇饼干的组织结构，制成了具有豆渣、梨渣特有风味的曲奇饼干。近年来有多篇关于利用果蔬渣膳食纤维制作面包、桃酥、蛋糕、饼干的报道，但对梨渣在此方面应用研究较少。

3.2 在乳制品中的应用

在乳制品中加入膳食纤维能提高营养素的利用率和促进对钙、铁、锌等微量元素的吸收，进一步提高乳制品的营养价值和应用范围。目前市场上的聚葡萄糖、菊粉以及功能性低聚糖类乳制品最为常见[46]。孙晶等[47]人通过正交试验得出当添加6%梨渣SDF、6%白砂糖、接种量为3%时，梨渣可溶性膳食纤维酸奶色泽及组织状态较好，口感最佳。

3.3 在饮料制品中的应用

膳食纤维类饮料尤其是水溶性膳食纤维在欧美和日本等发达国家比较流行[48]。这类产品，既能解渴、补充水分，又可提供人体所需膳食纤维。可口可乐公司全新推出的“雪碧纤维+”在保留原有清爽柠檬口味的同时，添加了7.5 g/500 mL的膳食纤维膳，可提供成人日需约30%膳食纤维。周建中等[49]人利用库尔勒香梨果渣发酵生产果醋，研制出酒精度为 4% vol、酸度为4.00 g/100 mL，具有浓郁香味的香梨果醋。康志娇等[50]以刺梨渣为原料发酵果醋，结果表明：菌种添加量10%、发酵温度30℃、发酵10 d后所得果醋酸浓度为2.79 g/mL，且色泽金黄，口感酸甜爽口。目前研究利用梨渣SDF制作饮料种类较少，具有很大的可开发利用的空间。

3.4 在其他食品中应用

膳食纤维可提高肉制品的保水性、凝胶性，改善纹理性、膨胀性，降低亚硝酸盐含量，抑制微生物生长繁殖，可被用作制造各种肉制品的脂肪替代品[51]。Garcia等[52]人研究表明将从苹果，桃子，橘子和谷物中提出的膳食纤维加入到发酵猪肉香肠中来替代脂肪，对香肠的pH和水分活度没有显著影响。膳食纤维还可用于肉制品技术升级，例如改善烹饪产量，流变性质，降低配方成本和增强肉制品的适口性和质地。目前国内外尚无用梨渣进行肉制品加工的相关研究。李小鑫等[53]人用刺梨果渣制作软糖，得到优化配方为刺梨渣添加量24.59%、复合凝胶剂9.01%、糖使用量36.82%、柠檬酸0.2%，产品口感细腻且适口性好，具有刺梨果香风味。刘子瑜[54]利用梨渣发酵生产蛋白饲料研究得出较佳工艺条件为：发酵温度28℃、发酵时间3～4 d。结果发现粗蛋白含量有原3.4%提高到9.3%。

4 讨论与展望

我国梨果种类较多，随着梨果加工业的迅速发展，大量的梨渣副产物的综合利用也成为亟待解决的问题。梨渣膳食纤维资源丰富，在食品中的应用研究前景大，但目前在食品中应用研究还不广泛，且没有相关大规模、工业化生产的应用研究。除上述介绍利用梨渣膳食纤维在食品中应用外，目前还有利用不同果蔬渣发酵生产商用酒精、香料、低聚糖、果渣纸等研究。且随着膳食纤维在食品中添加应用研究增多，对膳食纤维大规模提取、稳定性研究、改性研究、作用机理研究都应加强，以及扩大应用范围来充分利用果渣膳食纤维资源的优势。从梨渣膳食纤维提取工艺上可以得出，梨渣SDF含量约在12%～18%之间，相比较于其他果渣如苹果渣SDF（3%～5%）[55]梨渣膳食纤维应属于优质膳食纤维。但目前对果渣膳食纤维改性研究为热点，通过改性可以大大提高果渣膳食纤维中的SDF的含量和改善其理化性质，如耿乙文等[56]人研究了过氧化氢对苹果渣膳食纤维的改性作用，SDF含量由3.3%提高到28.32%，且膨胀力、持水力和色泽也得到改善。麻佩佩等[57]人利用挤压处理苹果渣，结果得出原果渣中SDF含量由3.47%增加到16.96%。超高压处理、超微粉碎、挤压膨化、微生物发酵以及酶法等改性方法不断应用于果蔬渣膳食纤维的改性处理。

梨渣中还含一些生物活性物质如酚类、多糖、有机酸、香气成分等[58]，是一类不可忽略的资源。陈树俊等[59]人利用超声波辅助提取黄梨渣中多糖，结果含量为62.38 mg/g。李娜等[60]人对梨渣中酚类物质的提取，结果测定梨渣总酚含量为51.5 mg/L。果渣中生物活性成分提取逐渐成为研究热点，也为梨渣的综合利用提供了思路。

5 小结

本文通过对梨渣膳食纤维的生理功能、提取工艺及在食品加工中的应用进行了总结概述，得出梨渣膳食纤维的提取方法多样，其中以生物发酵提取法整体效果较好，较其他方法操作简便、成本低、样品SDF含量较高且安全，可作为食品生产中的营养配料和辅料。梨渣膳食纤维目前在食品中应用研究和改性研究还不广泛，可作为后期开发研究重点。