不同脱糖方式下荔枝果渣膳食纤维的理化特性比较

李依娜，余元善，李璐，吴继军，肖更生，邹波

（1.华南农业大学食品学院，广东 广州 510642）（2.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所/农业农村部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室，广东 广州 510610）（3.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东 广州 510631）

荔枝（Litchi chinensisSonn.）是无患子科荔枝属常绿乔木[1]，产于我国南方地区，与龙眼、菠萝、香蕉并称“南国四大果品”。广东荔枝种植面积至今稳定在2.73×105hm2左右，总产量保持在 1.0×106～1.5×106t，种植面积和产量分别占全国的46%和60%以上[2]。荔枝中熟品种占比大，采收季节集中，但由于荔枝营养丰富且果壳不易保水，采后易褐变和腐烂，保鲜难度大，影响了荔枝的鲜销。目前荔枝的加工产品以荔枝干、荔枝汁、荔枝酒与荔枝罐头为主[3]，加工过程产生的大量荔枝壳、荔枝核、荔枝渣等副产物尚未得到一个合理的重视与利用[4]，这造成了资源浪费及环境污染。加工中荔枝鲜果渣产率为40%～50%，荔枝果渣具有水果特有的香气，适口性好，富含糖类、粗纤维、氨基酸、矿物质等多种营养成分，是理想的膳食纤维来源，具有很高的利用开发价值[5]。

膳食纤维（DF）由非淀粉多糖组成，被营养学家称为“第七大营养素”，对人体具有重要的生理功能[6]，如改善肠道吸收功能、增加饱腹感、促进通便、降低心血管疾病、清除体内有害物质、增强免疫功能和促进结肠健康等，DF根据溶解度分为水溶性膳食纤维（SDF）和水不溶性膳食纤维（IDF）[7]。SDF是指不能被人体消化水解的一类物质，但是可以溶于温水和热水中，主要包括戊聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖和果胶等组分，IDF是指不能被消化系统分解且在热水中不溶的膳食纤维，是细胞壁的组成成分，主要包括纤维素、部分半纤维素和木质素等组分。

据Zhao等[8]的报道，糖是荔枝果肉中的主要营养素，其含量高达 10%～19.2%（m/m）。龚小洁[9]的研究表明，荔枝果渣约占荔枝果肉含量的 20%，怀枝果渣的水分含量为73.07%、灰分为0.64%、蛋白质含量为2.93%、总膳食纤维含量为 10.08%、葡萄糖含量为5.34%、果糖含量为5.81%。可见除水分外，荔枝果渣中含量最高的是糖和膳食纤维，从荔枝果渣中提取膳食纤维，可使其营养成分为人所用，但含糖分较多不利于储存，在粉碎加工过程中容易产生团聚现象而发生黏结，这很大程度上影响了荔枝果渣进一步的加工与应用，需进一步去除糖分。目前糖分去除方式的研究及其对纤维损失率和品质影响的研究不多，基于此，本研究主要探讨了荔枝果渣制备膳食纤维前的脱糖工艺，比较不同脱糖处理对荔枝果渣膳食纤维提取与性质的影响，旨在为荔枝果渣的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

荔枝果渣：荔枝（品种为怀枝）去皮去核榨汁后产生的果渣，由广州顺昌源绿色食品有限公司提供，储存于-20 ℃备用。

酿酒酵母 RV002，购于安琪酵母股份有限公司；酿酒酵母FX10、BO213，购于法国Laffort公司；高温α-淀粉酶（2000 U/mL）、中性蛋白酶（100 U/mg），购于上海源叶生物科技有限公司；大豆油（食品级）、猪油（食品级），购于市场；石油醚（沸程：30～60 ℃）、氢氧化钠、盐酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、氯化钠、乙酸铅、硫酸钠、硝酸银、果糖、葡萄糖、蔗糖、95%乙醇、3-5-二硝基水杨酸等试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

WF-A2000榨汁机，美的有限公司；BJ-200高速多功能粉碎机，德清拜杰电器有限公司；DHG-9240电热恒温鼓风干燥箱，上海齐欣科学有限公司；ALC-210.4电子分析天平，德国ACCULAB公司；PB-10型pH计，赛多利斯公司；HWS24电热恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；SHA-C水浴恒温振荡器，常州润华电器有限公司；JW-1042低速离心机，安徽嘉文仪器装备有限公司；SX2-5-12N箱式电阻炉，上海一恒科学仪器有限公司；KjeltecTM8400自动凯氏定氮仪，瑞典福斯仪器公司；SOX416索氏提取仪，德国；UV1800紫外分光光度计，日本岛津公司；PX-250B-Z型生化培养箱，上海博讯实业有限公司；Agilent 1200 series高效液相色谱仪，美国Agilent公司；Infinite M200PRO酶标仪，瑞士TECAN公司；ST85B3-1真空冷冻干燥机，美国Milirock公司。

1.3 实验方法

1.3.1 荔枝果渣基本成分测定

水分参照GB 5009.3-2016直接干燥法《食品中水分的测定》；灰分参照GB 5009.4-2016灼烧称重法《食品中灰分的测定》；蛋白质参照GB 5009.5-2016凯氏定氮法《食品中蛋白质的测定》；脂肪参照 GB 5009.6-2016索氏提取法《食品中脂肪的测定》；淀粉参照GB 5009.9-2016酸水解法《食品中淀粉的测定》；总糖和还原糖的含量测定参考何珺珺[10]的方法进行，糖组分的测定采用HPLC法[11，12]。

1.3.2 荔枝果渣脱糖处理

荔枝果渣解冻后用榨汁机进一步破碎，采用不同方式进行脱糖处理。

醇洗法：称取10 g荔枝果渣于锥形瓶中，加入一定量（2倍量、4倍量、6倍量、8倍量、10倍量）体积分数为80%的乙醇，在160 r/min的室温条件下振荡一段时间（10、20、40、60、80、100 min），滤去乙醇，重复洗涤（1次、2次、3次）。

水洗法：称取10 g荔枝果渣于锥形瓶中，加入一定量（2倍量、4倍量、6倍量、8倍量、10倍量）的蒸馏水，于室温下160 r/min振荡一段时间（5、10、20、30、40、50 min），滤去蒸馏水，重复洗涤（1次、2次、3次）。

酵母发酵法：称取 10 g荔枝果渣于锥形瓶中，85 ℃水浴热杀菌10 min，冷却至室温后接入一定量已活化（0.05‰、0.10‰、0.15‰、0.20‰、0.25‰、0.30‰）的酿酒酵母（RV002、FX10、B0213），在28 ℃条件下发酵一段时间（8、12、16、20、24、28、32 h）。

1.3.3 脱糖效果测定

将未处理和脱糖后的荔枝果渣置于 60 ℃电热恒温鼓风干燥箱烘干18 h，考察加醇量、加水量、脱糖时间、脱糖次数、酵母种类、酵母量及发酵时间对荔枝果渣还原糖脱除率及荔枝果渣得率的影响。脱除率和果渣损失率按照下式进行计算。

式中：

A——未去糖果渣中还原糖含量，mg/g；

B——去糖后果渣中还原糖含量，mg/g。

式中：

M1——脱糖前质量，g；

M2——脱糖后质量，g；

M0——原料质量，g。

1.3.4 膳食纤维的提取

称取一定量荔枝果渣，采用醇洗（6倍醇、脱糖10 min、重复3次）、水洗（6倍水、脱糖10 min、重复3次）和酵母发酵（RV002酿酒酵母、0.015%接种量、发酵24 h）三种方法进行脱糖处理、烘干、打粉、过60目筛。按1:25（m/V）的比例加蒸馏水，搅拌至完全分散在水中，调节pH为6.5，置于95 ℃恒温水浴锅糊化15 min，加入100 U/gα-高温淀粉酶95 ℃酶解30 min，待冷却后，加入1%（m/m）中性蛋白酶，55 ℃酶解1.5 h，沸水浴灭酶10 min，离心，沉淀即为IDF，上清液与4倍体积95%乙醇混合，室温静置过夜，离心得到SDF；酶解后不离心直接加入4倍体积95%乙醇静置过夜，再离心，收集沉淀得到总膳食纤维（TDF）。将所得的SDF、IDF和TDF各自冷冻干燥，粉碎过60目筛，均以干重计算得率。

1.3.5 总膳食纤维性质比较

1.3.5.1 水合性质

持水力（Water Holding Capacity，WHC）的测定：参考胡筱等[13]的方法并有所改动，称取一定量干燥样品，以1:25（m/V）比例与蒸馏水混合，在室温下震荡3 h，6000 r/min离心15 min，倾去上清液，称其质量，根据重量差算出每克样品持水的重量。

结合水力（Water Binding Capacity，WBC）的测定：参考胡筱等[13]的方法，样品与水以1:40（m/V）混合，室温震荡6 h，6000 r/min离心15 min，弃去上清液，将沉淀物全部转移至干燥皿，记录样品湿重，然后置于60 ℃干燥，冷却至室温后称其干重，根据重量差算出每克样品结合水的重量

膨胀性（Swelling Capacity，SC）的测定：参考张丽媛等[14]的方法并有所改动，称取一定量干燥样品于带刻度的试管中，铺平，记录干物料的体积，加入 25倍体积的蒸馏水，室温下静置24 h使样品充分溶胀，读取试管中样品膨胀后的体积。

溶解性（Water Solublity，WS）的测定：参考Zhang等[15]的方法测定，称取一定量干燥样品于离心管中，加入50倍体积的水，混合均匀后置于80 ℃水浴振荡30 min，取出冷却至室温，6000 r/min离心15 min，收集上清液于预先称重的干燥皿中，在103±2 ℃下烘干，残留物和干燥皿一起称重。

1.3.5.2 粉体流动性

参考Muttakin[16]的方法测定，稍作修改，将样品松散地填充进预先称重的10 mL量筒中，添加样品至10 mL刻度线后称重；将样品加入预先称重的10 mL量筒至10 mL刻度线后，置于涡旋振荡器上振荡以排除样品颗粒间的间隙，补充样品再次振荡，并将量筒底部在实验台面上轻敲几下，直至刻度水平不再减小，测定此时重量。松装密度（Bulk density）、振实密度（Tap density）和压缩指数（Carr Index）按下式计算：

1.3.5.3 油脂吸附能力

油脂吸附能力（Oil adsorption capacity，OAC）的测定参考 Wu等[17]的方法，称取一定量样品于离心管中，将大豆油（不饱和脂肪酸）、猪油（饱和脂肪酸）分别以1:20的比例加入离心管中，37 ℃水浴振荡3 h，6000 r/min离心15 min，倾去上层油，用滤纸吸干残液，称重，根据重量差算出每克样品所吸附的油脂重量。

1.3.5.4 阳离子交换能力

阳离子交换能力（Cationexchange capacity，CEC）的测定参考He等[18]的方法，称取0.50 g样品于50 mL锥形瓶中，加入50 mL 0.1 mol/L的盐酸溶液，充分搅拌后于室温静置24 h。滤纸过滤，用蒸馏水反复洗涤滤渣（用质量分数 10%的硝酸银溶液鉴定，至不含Cl-为止[19]），转移残渣到三角瓶中，加入100 mL 15%（m/V）氯化钠溶液，磁力搅拌30 min，以质量分数为 0.5%的酚酞-乙醇溶液作为反应指示剂，用 0.1 mol/L的氢氧化钠溶液进行滴定，记录对应的pH值，直到pH值变化很小为止，同时做空白实验。根据得到的数据作V（NaOH）与pH值关系图，以试验液变色后保持3 min不褪色时，每克样品所消耗0.1 mol/L氢氧化钠的物质的量来衡量阳离子交换能力。CEC表示为：

式中：

0.1——滴定所用氢氧化钠溶液浓度，mol/L；

V1——样品消耗氢氧化钠溶液体积，mL；

V0——空白消耗的氢氧化钠溶液体积，mL；

m——样品的干重，g。

1.3.6 数据处理

利用SPSS 23和Origin 2018软件对实验数据进行统计分析和图形绘制，采用Duncan法检验差异显著性，以p＜0.05表示差异显著，实验结果表示为平均值±标准偏差（n=3）。

2 结果与讨论

2.1 荔枝果渣基本成分分析

由表1可知，荔枝果渣的主要成分是水，含水量达到79.05%，其蛋白质和淀粉的含量分别为1.39%和1.34%，荔枝果渣中测出的淀粉含量较高可能是榨汁过程中部分荔枝核被搅碎后混入果渣中所致[20]。此外荔枝果渣中还含有大量的糖分，总糖含量达到11.13%，还原糖含量为10.51%，主要为果糖和葡萄糖，两者含量大致相当（分别为4.89%和4.33%），并未检测出蔗糖，这与龚小洁[9]的研究结果一致。高含量的糖容易被微生物利用而导致果渣变质发酸，再者糖分具有吸湿性，易粘结，不利于后续的干燥与保存，要制得荔枝果渣膳食纤维就有必要先对原料进行脱糖预处理。

表1 荔枝果渣的基本组分Table 1 The basic components of litchi pomace

2.2 不同脱糖方法的脱糖效果分析

2.2.1 还原糖的变化

图1、图2和图3分别显示了荔枝果渣经不同处理后的还原糖脱除情况。其中醇洗法和水洗法是利用单糖和多糖在乙醇溶液及水溶液中的溶解度不同而进行脱糖，酵母发酵法是通过糖酵解途径将葡萄糖转化为酒精以达到除糖目的。

由图1a、图2a可知，当乙醇和水的添加量为6倍体积时，还原糖脱除率分别为58.96%和62.24%，在低于此添加量的范围内，随着溶剂用量的增加，荔枝果渣的脱糖率不断增加，且增加幅度比较明显，当添加量大于6倍时，随着溶剂用量的增加，还原糖脱除率趋于平缓，这可能是当料液比较小时，荔枝果渣中的糖不能充分分散到溶液中，导致脱糖率低，随着溶剂用量的增多，荔枝果渣中的糖与溶液完全接触，糖类物质得以充分转移，并达到溶解的一个饱和状态。由图1b、图2b可看出，延长脱糖时间并不能显著提高荔枝果渣的脱糖率，脱糖时间为10 min时就可达到一个较好的脱糖效果，这说明当液固两相得以充分混合后，荔枝果渣中的糖能较快扩散并转移到溶液中。由图1c和图2c所示，荔枝果渣脱糖率随着脱糖次数的增加而升高，荔枝果渣分别经醇洗3次、水洗三次后还原糖脱除率可达到88.52%、94.76%。

由图3a可知，发酵法处理后，三种酿酒酵母的脱糖效果有所差异，其中RV002的脱糖率最高，说明其在荔枝果渣中的生长适应性比其他两种酵母好，能更快地利用荔枝果渣中的糖进行生长繁殖。由图3b可看出，增加酵母接种量，荔枝果渣的还原糖脱糖率随之增加，当RV002接种量为0.15‰，脱糖率趋于稳定，可达到93.83%。由图3c所示，随着发酵时间的增加，脱糖率显著增加，在24 h时脱糖率达到最高值。据崔淑芳等[21]的研究，酿酒酵母的对数生长期为10～18 h，此时酵母生长迅速，细胞密度增加很快，在无氧条件下通过不断消耗糖产生二氧化碳和酒精以达到脱糖的目的。郭小宇等[22]研究发现酿酒酵母L610能够发酵菊糖生产乙醇，该酵母对菊芋总糖的利用率最高可达86%，说明通过酵母转化脱糖具有可观效果。

2.2.2 果渣损失率比较

三种脱糖处理后对荔枝果渣损失率的影响如图4所示，由图4a、图4b可看出，随着脱糖次数的增加，荔枝果渣的损失率也在不断增大。第 1次脱糖后，醇洗组和水洗组果渣损失率分别为46.12%、48.18%，第2次脱糖后，其果渣损失率均显著增加（p＜0.05），分别达到59.19%和62.75%，第3次脱糖后，其果渣损失率虽有增加但差异不显著（p＞0.05）。荔枝果渣质量损失一部分是由于可溶性糖被脱除，在将乙醇或水与果渣分离时也会引起原料的流失。王强[23]利用体积分数为 85%的乙醇对脐橙粉末进行脱糖处理，发现脱糖次数为1时，脐橙粉末损失率达到40%左右，进行3次乙醇脱糖处理所得的脐橙SDF纯度较高，得率较好，损失率也达到稳定。可见增加脱糖次数，一方面会降低荔枝果渣的得率，另一方面能提高脱糖率和提取得到的SDF纯度。

由图4c可知，酵母发酵法对荔枝果渣质量的影响比其它两种方式小，发酵时间由12 h提高到24 h，果渣损失率由27.64%升高到36.07%，再延长发酵时间至36 h，损失率虽有增加但差异不显著（p＞0.05），表明荔枝果渣中的还原糖已被消耗得比较完全。

2.3 不同脱糖方式对DF得率的影响

图5显示了荔枝果渣经过不同脱糖处理后DF的得率，由图可看出，酵母发酵法能最大程度保留SDF和IDF，醇洗法和水洗法均会造成SDF和IDF不同程度的损失。与未脱糖相比，酵母发酵组IDF得率下降了 3.34%，SDF得率增加 0.09%但差异不显著（p＞0.05），这可能是酵母菌含各种酶如分泌淀粉酶使荔枝果渣中的淀粉等成分被分解，便于SDF更好地被分离提取，由于杂质含量相对降低，IDF得率虽有所下降，但其纯度得以升高。醇洗组和水洗组IDF得率分别下降了15.79%和19.87%，SDF得率分别下降了2.83%和3.58%，可见醇洗脱糖和水洗脱糖过程中虽然大部分可溶性单糖被脱除，但也带走了部分其它可溶性物质，加之原料损耗较大，就造成了 SDF和 IDF的流失。

2.4 不同脱糖方式对TDF水合性质的影响

荔枝果渣分别经未脱糖、醇洗脱糖、水洗脱糖和发酵脱糖处理后，采用双酶法除去淀粉和蛋白质，冻干得到总膳食纤维TDF1、TDF2、TDF3和TDF4。由表2可看出，经醇洗脱糖后，TDF的持水力、结合水力和膨胀性分别提高了1.53 g/g、1.19 g/g和0.7 g/g，水洗组和发酵组的水合性质则有所下降，与 TDF1相比，TDF3的持水力、结合水力和膨胀性分别下降了3.96 g/g、3.82 g/g和3.63 g/g，而TDF4则是下降了2.25 g/g、1.32 g/g和1.67 g/g。醇洗脱糖和水洗脱糖得到的TDF有着更低的溶解性，酵母发酵脱糖能保持其溶解性（p＞0.05），这可能是SDF所占的比例不同所致。膳食纤维的水合能力与其来源、自身化学结构、SDF与IDF比例、颗粒大小、孔隙度、pH值等密切相关[24]，膳食纤维呈多孔结构，含有很多亲水基团，这些特性使得膳食纤维具有良好的水合性质，研究显示膳食纤维吸水膨胀可增加人体饱腹感，促进胃肠道的蠕动，与此同时使其更快通过肠道，增加人体排便的频率。

表2 四种TDF水合性质的比较Table 2 Comparison of hydration properties of four kinds of TDF

2.5 不同脱糖方式对TDF粉体流动性的影响

荔枝果渣TDF粉体流动性的测定结果见表3。膳食纤维的堆积密度是指重量与体积的比率，分为松装密度和振实密度，能够反映粉体的填充性。根据堆积密度计算出的 Carr’s压缩指数（CI）可作为一种间接衡量物质流动性的指标，其值越高，物质的凝聚力越强。一般来说，CI高达16%的材料具有良好的流动性能，而高于 28%的材料则表明具有粘性或粉末流动较差[25]。由表3所示，经过醇洗、水洗和发酵脱糖处理后堆积密度下降显著，松装密度分别由0.63 g/mL变为0.25 g/mL、0.42 g/mL和0.45 g/mL，振实密度分别由0.78 g/mL变为0.34 g/mL、0.54 g/mL和0.59 g/mL，CI则由24.62%分别上升到35.10%、32.79%和35.39%，显著增大，说明脱糖处理后的TDF密度降低而更为疏松，更有凝聚力（更高的CI），不易分散。据Koç等[26]的研究，粉体的堆积密度及流动性受多种因素影响，取决于粉体的物化特性和材料中空气体积的比例，与颗粒孔隙率、比表面积、形状分布及干燥程度等相关，分析脱糖处理后的TDF堆积密度下降，CI增加可能是经不同脱糖处理后TDF杂质含量较低，经冷冻干燥后具有限的体积收缩，因而具有更低的堆积密度，此外脱糖处理后的TDF更易被粉碎，颗粒粒径减小，更小的粒子由于其电子云靠近表面而倾向于施加更强的静电力，使得颗粒间的引力和粘着力增大，不会被轻易分散，因而流动性变差。

表3 四种TDF水合性质的比较Table 3 Comparison of fluidity of four kinds of TDF powders

2.6 不同脱糖方式对TDF油脂吸附能力的影响

由图6可知，不同脱糖方式得到的荔枝总膳食纤维对油脂的吸附能力各有不同。TDF1对大豆油和猪油的吸附能力分别为2.02 g/g和2.73 g/g，TDF2对大豆油和猪油的吸附能力分别为3.30 g/g和3.23 g/g，经醇洗脱糖后荔枝果渣总膳食纤维的油脂吸附能力有所提高，其他两种脱糖方式对其油脂吸附能力影响不显著。在油脂种类方面，从整体上看，几种荔枝果渣总膳食纤维吸附猪油的能力要好于大豆油，这可能与膳食纤维的结构和比例有关，有研究表明油脂结合能力取决于膳食纤维的表面性能和纤维颗粒的疏水性，猪油的结合力优于大豆油的结合力，由此推断大豆油中可能含有较多的不饱和脂肪酸，容易被氧化，从而暴露出更多的疏水性基团，导致了样品对大豆油的吸附能力有所下降[27，28]。

2.7 不同脱糖方式对 TDF阳离子交换能力的影响

图7为NaOH滴定四种TDF的VNaOH-pH关系曲线图，从图中可看出，四种不同TDF的曲线相似，但达到相同pH所需的NaOH体积不同。荔枝果渣膳食纤维悬浮液在由酸性变为中性的前半段时间所需的NaOH体积较多，当悬浮液溶液接近中性时NaOH溶液的消耗量开始减少，之后再增加NaOH溶液的用量，pH趋于稳定。由图8可知，荔枝果渣总膳食纤维具有较高的的阳离子交换能力，TDF1、TDF2、TDF3、TDF4的CEC分别为0.60、0.66、0.63、0.67 mmol/g，与玫瑰果渣IDF的CEC（0.62 mmol/g）相差不大[18]。不同脱糖处理后提取的TDF的CEC均有所提高，这可能是脱糖后TDF暴露出更多能进行弱酸性阳离子交换的侧链基团（如苯酚基、羧基和氨基等）[29]，因而表现出更强的吸附和交换溶液中原有钠离子的能力，呈现出一种能维持pH值稳定和离子浓度平衡的作用。

3 结论

荔枝果渣中含有大量的糖分，总糖含量达到11.13%，还原糖含量占总糖含量的94.43%，采用醇洗、水洗和酵母发酵均能有效脱除荔枝果渣的还原糖，当其还原糖脱除率各达到88.52%、94.76%、91.24%时，荔枝果渣损失率分别为62.86%、68.38%、36.07%。脱糖处理后，醇洗组和水洗组 IDF得率分别下降了15.79%和 19.87%，SDF得率分别下降了 2.83%和3.58%，而酵母发酵组能最大程度保留SDF和IDF，IDF得率仅下降了3.34%，SDF得率略有增加但差异不显著（p＞0.05）；与未脱糖相比，醇洗组TDF的持水力、结合水力和膨胀性分别提高了1.53 g/g、1.19 g/g和0.70 g/g，水洗组和发酵组的水合性质则有所下降；三种脱糖处理均显著提高了TDF的压缩指数和阳离子交换能力，脱糖后得到的TDF更为疏松，粉体凝聚力变强，三者间无显著性差异（p＞0.05），发酵组 TDF的 CEC比其他两组高，为0.67 mmol/g。本试验研究结果对荔枝果渣提取膳食纤维前的预处理具有一定的参考价值，使用酵母发酵法可有效脱除荔枝果渣中的糖类物质，为荔枝加工副产物的高值化利用提供理论依据。