膳食纖維脫色技術(shù)的研究進(jìn)展

劉　寧，戴　瑞，劉　濤，黎晨晨

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省普通高等學(xué)校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱　150076）

膳食纖維脫色技術(shù)的研究進(jìn)展

劉寧，戴瑞，劉濤，黎晨晨

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省普通高等學(xué)校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150076）

膳食纖維是指能抗人體小腸消化吸收，而在人體大腸能部分或全部發(fā)酵可食用的植物性成分，碳水化合物及其相類似物質(zhì)的總和。膳食纖維作為“第7種”營養(yǎng)素，逐漸受到人們的關(guān)注。目前，膳食纖維的提取一般采用化學(xué)分離法、粗分離法、酶和化學(xué)試劑結(jié)合分離法等，而在提取過程中脫色技術(shù)是影響膳食纖維品質(zhì)的重要因素。通過對膳食纖維呈色機(jī)理與國內(nèi)外脫色技術(shù)進(jìn)行概述，并對脫色過程中存在的問題及相應(yīng)研究趨勢進(jìn)行論述、總結(jié)，為后續(xù)食品中膳食纖維脫色及膳食纖維的開發(fā)研究提供理論依據(jù)。

膳食纖維；呈色機(jī)理；脫色技術(shù)；研究進(jìn)展

0　引言

當(dāng)Hipsley E H［1］在20世紀(jì)50年代首先提出膳食纖維的時(shí)候，這個(gè)由纖維素、半纖維素及木質(zhì)素［2］等成分組成的物質(zhì)就與人類的生活更密不可分了。但是，隨著生活水平的提高，人們忽略了膳食營養(yǎng)的平衡，由于膳食纖維的攝入量不足而導(dǎo)致的肥胖癥、高血脂、糖尿病、心臟病等慢性病發(fā)病率居高不下［3］。這些疾病發(fā)病率居高不下，使得與人體健康密切相關(guān)的膳食纖維在食品添加中越來越多得被用到，已成為健康產(chǎn)業(yè)中新的增長點(diǎn)［4］?！笆濉币詠恚瑸槿娼ǔ尚】瞪鐣?huì)，我國提出要加快食物與營養(yǎng)的科技創(chuàng)新，使人們對食品的關(guān)注由傳統(tǒng)的味覺享受向健康、安全和營養(yǎng)等層面上來擴(kuò)展，而重點(diǎn)創(chuàng)新的產(chǎn)品類型，就是膳食纖維類產(chǎn)品［5］。根據(jù)調(diào)查顯示，由于建議膳食纖維的每日攝入量可以防止肥胖、保持身材、控制血糖平衡等多方面因素，更多的消費(fèi)者會(huì)傾向于富含膳食纖維的食品，尤其是添加膳食纖維的烘焙類食品。膳食纖維的消費(fèi)會(huì)一直增長，預(yù)計(jì)到2019年會(huì)比2015年增長16.54%［6］。未來，人們對膳食纖維的需求會(huì)越來越大，如何提取高品質(zhì)的膳食纖維將是未來研究的重點(diǎn)。

膳食纖維的來源很多，其中大部分存在于谷物、豆類、果蔬及其加工后的副產(chǎn)物中［7］。由于大多數(shù)谷物、豆類、果蔬等都含有色素，或是在貯藏、運(yùn)輸和加工過程中發(fā)生褐變，使得提取后的膳食纖維顏色各異，嚴(yán)重影響了其品質(zhì)。所以，要得到品質(zhì)優(yōu)良的膳食纖維就必須對其進(jìn)行脫色處理。

1　呈色機(jī)理

食品中固有的天然色素一般是指在新鮮原料中人眼能看到的有色物質(zhì)，如葉綠素、類胡蘿卜素、花青素等［8］；而褐變則是影響食品品質(zhì)、風(fēng)味、營養(yǎng)的重要因素，根據(jù)反應(yīng)機(jī)理褐變可分為酶促褐變和非酶褐變。

1.1酶促褐變

酶促褐變是指組織中的酚類物質(zhì)被多酚氧化酶（PPO）氧化成醌類和氫醌（對苯二酚），他們聚合形成褐色物質(zhì)而導(dǎo)致組織變色，而這個(gè)反應(yīng)發(fā)生最重要的條件是要有氧氣參加［9］。所以，要抑制酶促褐變就要減少酚類物質(zhì)含量、控制PPO活性和降低氧的含量，還可以通過低溫、熱處理、使用褐變抑制劑和一些生物方法來抑制酶促褐變［10］。

袁明芬等人［11］對新鮮香蕉切片進(jìn)行熱處理來抑制褐變，在35，45，55℃的3種不同溫度下進(jìn)行熱處理。在維持香蕉顏色飽和度上采用55℃熱處理的效果低于對照組，35℃和45℃的處理效果高于對照組，其中以45℃的處理效果最好。Christian Ghidelli等人［12］研究了不同抑制劑對完整體柿子與切片柿子的褐變抑制效果，其中4-HR，檸檬酸（CA），氯化鈣（CaCl2）在濃度為10 mmol/L時(shí)，抗壞血酸（AA）濃度在25 mmol/L對完整體柿子有褐變抑制作用，而過氧乙酸、環(huán)狀糊精、半胱氨酸和六偏磷酸鹽對完整體柿子沒有褐變抑制作用；但在濃度為1.12%的AA 和0.21%的CA下對切片柿子抑制褐變效果最好，貨架期可以達(dá)到5～7 d，而用氯化鈣為抑制劑的貨架期卻不到1 d。

1.2非酶褐變

非酶褐變主要是碳水化合物在熱作用下發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了大量復(fù)雜的有色成分和無色成分或揮發(fā)性和非揮發(fā)性成分［13］，包括美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、抗壞血酸氧化褐變、多酚氧化褐變等。

1.2.1美拉德反應(yīng)

美拉德反應(yīng)指還原糖與氨基酸、蛋白質(zhì)之間的復(fù)雜反應(yīng)，最后生成含氮的棕色聚合物統(tǒng)稱為類黑素。馬霞等人［14］就研究了在蘋果汁貯藏過程中主要影響非酶褐變的原因，就是發(fā)生了美拉德反應(yīng)。由于美拉德反應(yīng)的特殊性，使得此反應(yīng)在傳統(tǒng)食品加工和現(xiàn)代食品加工上都有許多應(yīng)用。但是，在某些食品的加工和貯藏過程中，美拉德反應(yīng)會(huì)降低產(chǎn)品的外在感官品質(zhì)。

1.2.2焦糖化反應(yīng)

焦糖化反應(yīng)是碳水化合物在沒有氨基化合物存在的情況下，加熱到熔點(diǎn)以上時(shí)發(fā)生脫水、降解，進(jìn)而縮合生成黑褐色物質(zhì)的作用［15］。焦糖化在酸堿條件下都可以發(fā)生，但是更易在高溫、高糖、高酸的條件下進(jìn)行。

1.2.3抗壞血酸氧化褐變

抗壞血酸（VC）是果品蔬菜中重要的營養(yǎng)成分之一，具有酸性和還原性易氧化分解，和氨基酸反應(yīng)生成紅色素和黃色素，還參與美拉德反應(yīng)加快褐色物質(zhì)的生成［16］。Yuki Shinoda等人［17］研究橙汁在貯藏過程中褐變的原因。由于與氨基酸和檸檬酸反應(yīng)，同時(shí)被螯合劑和自由基清除劑抑制，通過建立的模型來確定抗壞血酸是褐變的主要因素。

1.2.4多酚氧化

由于多元酚的化學(xué)性質(zhì)活潑，極容易被氧化為苯酮，苯酮具有強(qiáng)親電性，與食品中其他化合物反應(yīng)產(chǎn)生呈色作用［18］。郝惠英等人［19］研究了蘋果酒中多酚物質(zhì)是導(dǎo)致蘋果酒非酶褐變的主要原因。

2　脫色技術(shù)

由于膳食纖維在提取過程中會(huì)發(fā)生褐變，而且某些過程經(jīng)堿處理會(huì)使顏色進(jìn)一步加深，所以要提取出品質(zhì)優(yōu)良的膳食纖維就必須對其進(jìn)行脫色處理。

2.1雙氧水脫色

雙氧水（H2O2）是二元弱酸，在酸性條件下比較穩(wěn)定，但在堿性條件下呈強(qiáng)氧化性，能夠在水中電離出過氧化氫離子（HO2-），可以氧化發(fā)色基團(tuán)。反應(yīng)如下：HOOH+HO-→HO2-+H2O。在一定范圍內(nèi)堿性增強(qiáng)可以增大雙氧水的電離度，脫色效果也隨之改變［20］。

國外對膳食纖維脫色技術(shù)研究較少。C M G C Renard等人［21］分別研究了雙氧水和次氯酸鈉脫色蘋果渣，在脫色效果上和脫色后的膳食纖維品質(zhì)上雙氧水都比次氯酸鈉效果好，而且pH值、雙氧水濃度對脫色效果影響較大。E S M Abdel Aal等人［22］對小麥酒糟纖維進(jìn)行堿性雙氧水色，在脫色后纖維的顏色變?yōu)闇\黃且纖維的總量無較大影響。Z ?ere?等人［23］對甜菜膳食纖維的脫色進(jìn)行了研究，研究了pH值、雙氧水濃度、脫色溫度和脫色時(shí)間對甜菜膳食纖維白度、持水力等的影響，但并沒有提出最佳的脫色工藝。國內(nèi)許多學(xué)者在近些年對膳食纖維脫色研究較多。

雙氧水脫色技術(shù)的研究見表1。

由表1可知，雙氧水脫色應(yīng)該在堿性條件下進(jìn)行，由于在高溫下膳食纖維在堿性條件下易分解，溫度基本控制在60℃左右，在一定溫度內(nèi)相對較高的溫度下，提取時(shí)間相對縮短；在微波和超聲波的輔助下，提取時(shí)間明顯減少，相對的雙氧水濃度也下降，減少雙氧水的殘留。

雙氧水脫色的穩(wěn)定性高，脫色后的產(chǎn)物是水，對環(huán)境污染小，是較為理想的纖維脫色劑，所以雙氧水脫色法為最常見的膳食纖維脫色法。但是，雙氧水具有很強(qiáng)的腐蝕性，如果用量不當(dāng)，殘留在食品中會(huì)影響人體健康。根據(jù)表1可知，通過超聲波和微波輔助脫色技術(shù)，由于脫色效率高、脫色時(shí)間短，在膳食纖維脫色工藝上開始應(yīng)用，所以在控制雙氧水適合的濃度下，一些輔助手段將是找到脫色最優(yōu)工藝及其輔助方法研究的方向。

表1　　雙氧水脫色技術(shù)的研究

2.2次氯酸鈉脫色

次氯酸鈉（NaClO）其本身不具有脫色能力，當(dāng)其溶于水中是會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：NaClO+H2O=NaOH+ HClO，生成HClO俗稱漂白液，具有強(qiáng)氧化性和高效的漂白能力。

在隨后的一些研究中，馮暢敏［41］和李慧娜［42］分別對苜蓿草渣膳食纖維和蓮藕膳食纖維采用次氯酸鈉、雙氧水及硫酸鈉進(jìn)行脫色，次氯酸鈉的脫色效果顯著好于雙氧水和硫酸鈉。薛勇等人［43］將提取滸苔膳食纖維經(jīng)碳酸鈉溶液處理，然后用次氯酸鈉作為脫色劑對其進(jìn)行脫色，得到品質(zhì)較好的淺綠色膳食纖維。陳菲菲［44］對紅藻膳食纖維進(jìn)行2次脫色，第1次是次氯酸鈉脫色，第2次是高錳酸鉀-草酸脫色。試驗(yàn)表明次氯酸鈉脫色效果良好，而高錳酸鉀-草酸脫色沒有更明顯的效果。

但是，在次氯酸鈉脫色后會(huì)有氯的殘留，可能產(chǎn)生大量危害人類健康和破壞生態(tài)環(huán)境的含氯化合物。因此，次氯酸鈉脫色法在食品脫色上的應(yīng)用不是很廣泛，還有待進(jìn)一步的研究。

2.3臭氧脫色

臭氧（O3）為淺藍(lán)色的氣體，由氧氣經(jīng)高壓放電產(chǎn)生，氧化電位可達(dá)2.07 V。臭氧反應(yīng)的基本過程為：

O3+H2O→HO3+OH

HO3++OH-→2HO2·

O3+HO2·→OH·+2O2·

OH·+HO2·→H2O+O2

OH·和HO2·有極高的氧化性，可以破壞廢液分子中的發(fā)色基因，達(dá)到脫色的目的［45］。Seher Perincek等人研究大豆膳食纖維脫色，用臭氧來輔助氧化脫色和還原脫色，臭氧輔助脫色后的膳食纖維白度達(dá)到最佳，產(chǎn)量的損失也降到最低。李蕊岑等人對蘋果渣的膳食纖維進(jìn)行超聲波輔助臭氧脫色，得到最佳脫色工藝條件為臭氧發(fā)生量15 g/h，超聲波頻率70 kHz，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，料液比1∶25，脫色時(shí)間5 h，白度為80.11%。臭氧脫色技術(shù)與雙氧水脫色和次氯酸鈉脫色相比較，脫色效果比較顯著而且對于溶劑殘留問題大幅減小。

如今，臭氧在處理廢水上已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用；在食品工業(yè)的應(yīng)用主要是食品的滅菌、果蔬的保鮮；食品衛(wèi)生方面，較少應(yīng)用于食品的脫色。由于經(jīng)臭氧脫色法脫色后的產(chǎn)物為水和氧氣，對人體和環(huán)境都沒有傷害，臭氧脫色成為脫色領(lǐng)域研究的一個(gè)重要方面。

2.4其他方法脫色

脫色方法見表2。

3　結(jié)論

綜上所述，雙氧水脫色技術(shù)是膳食纖維脫色的最常用方法，雙氧水法脫色是應(yīng)用其高氧化性進(jìn)行脫色，脫色后可能會(huì)影響膳食纖維的品質(zhì)。雙氧水脫色成本較高、脫色時(shí)間較長，可能對工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備有腐蝕作用；而次氯酸鈉脫色的殘留物影響人的健康，并且污染環(huán)境，不利于用于食品級(jí)的膳食纖維的脫色；臭氧脫色技術(shù)則是一種新型的脫色技術(shù)，不僅脫色能力高而且對脫色后的產(chǎn)品還有殺毒效果，在膳食纖維脫色技術(shù)領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間；在更多膳食纖維脫色技術(shù)中已有人用樹脂來進(jìn)行脫色并且效果顯著［46］。所有脫色的方法都要考慮，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中試劑的大量使用所產(chǎn)生的廢液對環(huán)境的影響和在食品中的試劑殘留。根據(jù)各個(gè)脫色方法的機(jī)理來研究出更適合膳食纖維脫色的加工工藝，仍需要廣大科研工作者積極投身于研究。

表2 脫色方法

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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

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)面上項(xiàng)目（12541199）。

劉寧（1978— ），女，博士，副教授，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。