歐李果汁果渣與果酒果渣膳食纖維的理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)研究

王大為，李 娜，趙 鑫

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130118）

WANG Dawei, LI Na, ZHAO Xin(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

歐李果汁果渣與果酒果渣膳食纖維的理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)研究

王大為，李 娜，趙 鑫

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130118）

以歐李果汁果渣和果酒果渣中的膳食纖維為研究對象，通過傅里葉紅外光譜、掃面電鏡及X射線衍射等方法探究二者的理化性質(zhì)和纖維結(jié)構(gòu)，并對比分析了二者的不同之處。結(jié)果表明：歐李果汁果渣和果酒果渣中可溶性膳食纖維含量分別為12.54%和19.83%；膳食纖維的水合性質(zhì)分別為：持水力5.35、6.43 g/g；膨脹力1.93、2.14 mL/g；結(jié)合水力4.52、5.18 g/g；陽離子交換能力0.18、0.25 mmol/g。傅里葉紅外光譜分析表明果汁果渣膳食纖維和果酒果渣膳食纖維中均具有C=O鍵、OüH鍵、CüH鍵等特征吸收峰；掃描電鏡和X射線衍射對果渣的形貌觀察表明果酒果渣膳食纖維較果汁果渣膳食纖維結(jié)構(gòu)疏松，在2θ=14.30。、15.13。、32.25。處有明顯衍射峰存在，結(jié)晶度較高。

歐李果渣；膳食纖維；理化性質(zhì)；結(jié)構(gòu)

歐李（Creasus humilis），又名鈣果，為薔薇科櫻桃屬多年生落葉小灌木[1]，其莖葉、根皮等部位具有很高的經(jīng)濟(jì)和藥用價值[2]，果實(shí)色澤鮮艷，不僅含有豐富的糖、蛋白質(zhì)、維生素、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，還含有具有一定抗氧化活性的酚類化合物[3]；歐李中鈣含量較高，據(jù)測定，鮮果含鈣量為79.09 mg/100 g，因此又被稱為“鈣果”[4]。歐李果渣是生產(chǎn)歐李果汁和歐李果酒的副產(chǎn)物，其中總膳食纖維含量達(dá)75%以上，是生產(chǎn)高品質(zhì)膳食纖維的良好原料。

本實(shí)驗(yàn)以歐李果汁果渣和果酒果渣為原料制備膳食纖維，對2 種膳食纖維的膨脹力、持水力、結(jié)合水力和陽離子交換能力等理化特性進(jìn)行比較，并利用紅外光譜、掃描電鏡、X射線衍射分析技術(shù)對2 種膳食纖維的官能團(tuán)及表面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，不僅可為生產(chǎn)歐李果渣高品質(zhì)膳食纖維提供理論參考，提高歐李深加工產(chǎn)品附加值，同時也增加了膳食纖維的品種多樣性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

耐高溫α-淀粉酶（酶活力≥4h104U/g）、堿性蛋白酶（酶活力≥2.4 AU/g）、糖化酶（酶活力≥1.6h105U/g）中國生物技術(shù)有限責(zé)任公司；白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)樣品 美國Sigma公司；原花青素標(biāo)準(zhǔn)樣品 上海鼓臣生物技術(shù)有限公司；無水乙醇、冰醋酸、溴化鉀、硫酸銅、濃硫酸、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、氯化鋇等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

EX224型電子天平 奧豪斯公司（上海）有限公司；KDC-1042型低速離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；SHB-B95A型循環(huán)水式真空泵 鄭州長城科工貿(mào)有限公司；HZS-HA型水浴振蕩器 哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；BPG-9204A型精密鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；DY-40型電動粉末壓片機(jī) 天津市科器高新技術(shù)公司；IR Prestige傅里葉紅外光譜儀、SSE-550掃描電子顯微鏡 日本島津公司；DSADVANCE型廣角X射線衍射儀 德國BRUKER公司。

1.3 方法

1.3.1 歐李果渣基本成分檢測

水分：采用GB/T 5009.3ü2010《食品中水分的測定》的方法測定；蛋白質(zhì)：采用GB/T 5009.5ü2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》的方法測定；脂肪：采用GB/T 5009.6ü2003《食品中脂肪的測定》的方法測定；灰分：采用GB/T 5009.4ü2010《食品中灰分的測定》的方法測定；淀粉：采用GB/T 5009.9ü2008《食品中淀粉的測定》的方法測定；總膳食纖維、可溶性膳食纖維、不可溶性膳食纖維：采用GB/T 5009.88ü2008《食品中膳食纖維的測定》的方法測定；白藜蘆醇：參考孟憲軍等[5]的方法；原花青素：參考王竹清等[6]的方法；多酚：參考隋銀強(qiáng)等[7]的方法。

1.3.2 工藝流程

1.3.2.1 歐李果汁果渣的制備

1.3.2.2 歐李果酒果渣的制備

1.3.2.3 膳食纖維的制備

果渣原料→干燥→粉碎→耐高溫α-淀粉酶酶解→冷卻→堿性蛋白酶酶解→調(diào)節(jié)pH值→糖化酶酶解→過濾洗滌→干燥→膳食纖維

1.3.3 膳食纖維理化特性的測定

1.3.3.1 持水力的測定[8]

準(zhǔn)確稱取0.50 g干燥至恒質(zhì)量的膳食纖維樣品于15 mL離心管中，加入10 mL蒸餾水，充分?jǐn)嚢枋箻悠肪鶆蚍稚⒂陔x心管中，密封后于室溫下靜置過夜，4 000 r/min條件下離心25 min，棄去上清液，并用濾紙吸干管壁殘留水分，稱量濕質(zhì)量。持水力計算公式如下。

式中：m0為樣品干質(zhì)量/g；m1為離心管質(zhì)量/g；m2為吸水離心后樣品和離心管質(zhì)量和/g。

1.3.3.2 膨脹力的測定[9]

準(zhǔn)確稱取干燥至恒質(zhì)量的膳食纖維樣品0.25 g于10 mL試管中，測得干樣體積，并向其中加入蒸餾水5 mL，充分?jǐn)嚢枰猿ト芤褐械臍馀?，室溫條件下靜置過夜，準(zhǔn)確讀取膨脹后的體積數(shù)。膨脹力計算公式如下。

式中：V2為樣品膨脹后的測定體積/mL；V1為樣品干樣的測定體積/mL；m為樣品干質(zhì)量/g。

1.3.3.3 結(jié)合水力的測定[10]

準(zhǔn)確稱取干燥至恒質(zhì)量的膳食纖維樣品0.3 g于50 mL燒杯中，向其中加入50 mL蒸餾水，充分?jǐn)嚢璨⒚芊?，? ℃冰箱靜置24 h，10 000 r/min條件下離心30 min，棄去上清液，濾渣置于G-2多孔玻璃板上靜置1 h后稱質(zhì)量，105 ℃條件下干燥至恒質(zhì)量，兩者差值即為樣品結(jié)合水的質(zhì)量。結(jié)合水力計算公式如下。

式中：m2為離心靜置后濕樣品質(zhì)量/g；m1為干燥后樣品質(zhì)量/g。

1.3.3.4 陽離子交換能力的測定[11]

準(zhǔn)確稱取干燥至恒質(zhì)量的膳食纖維樣品0.5 g于錐形瓶中，并向其中加入20 mL 0.1 mol/L的鹽酸溶液，室溫靜置過夜。然后，過濾并用蒸餾水反復(fù)洗滌濾渣至濾液中不含氯離子為止。將濾渣轉(zhuǎn)移至三角瓶中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氯化鈉溶液100 mL，磁力攪拌30 min，使樣品分布均勻，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的酚酞-乙醇溶液作為反應(yīng)指示劑，用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定，邊滴定邊振搖三角瓶，溶液變色3 min后不褪色即為滴定終點(diǎn)，同時做空白實(shí)驗(yàn)。陽離子交換能力計算公式如下。

式中：V1為滴定樣品所消耗的氫氧化鈉溶液體積/mL；V0為滴定空白樣所消耗氫氧化鈉溶液體積/mL；m為樣品干質(zhì)量/g；0.1為滴定所用氫氧化鈉溶液濃度/（mol/L）。

1.3.4 傅里葉紅外光譜（fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）分析

采用傅里葉紅外光譜法對果汁果渣膳食纖維和果酒果渣膳食纖維的官能團(tuán)和糖苷鍵進(jìn)行檢測。準(zhǔn)確稱取2 種膳食纖維樣品各2 mg于瑪瑙研缽中，與200 mg KBr粉末充分混合并研磨均勻，將研磨好的混合粉末置于電動粉末壓片機(jī)中，制成直徑10 cm，厚度0.5 mm的透明薄片，立即進(jìn)行紅外光譜掃描，掃描范圍為400～4 000 cm－1[12]。

1.3.5 掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）分析

將樣品干燥至恒質(zhì)量，取適量進(jìn)行黏臺，采用離子濺射方法將其表面鍍金，在加速電壓14 kV條件下對已制備好的樣品進(jìn)行掃描電鏡觀察。

1.3.6 X射線衍射分析（X-ray diffraction analysis，XRD）

在室溫條件下利用DSADVANCE廣角X射線衍射儀對已制備好的膳食纖維樣品進(jìn)行分析。衍射條件為：CuKα靶；管電壓：40 kV；管電流40 mA；掃描區(qū)域：2?！?0e（2θ）。利用Jade5.0軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 歐李果渣基本成分

表1 歐李果渣基本成分含量Table 1 Basic components of Creasus humilis pomace

由表1可知，果汁果渣和果酒果渣中總膳食纖維含量均達(dá)75 g/100 g以上，其他物質(zhì)含量相對較低。由此可見，兩種果渣均可作為開發(fā)膳食纖維的良好資源。果酒果渣中可溶性膳食纖維含量（19.83 g/100 g）明顯高于果汁果渣中可溶性膳食纖維含量（12.54 g/100 g）。有研究表明，可溶性與不可溶性膳食纖維的比例是衡量膳食纖維功能特性的重要指標(biāo)[13-14]，果酒果渣中可溶性與不溶性膳食纖維構(gòu)成比例較合理，約為1∶3，除蛋白質(zhì)和脂肪外，其他成分含量均低于果汁果渣膳食纖維中各成分的含量，這可能是由于在酒精發(fā)酵過程中，各種物質(zhì)之間發(fā)生了一系列反應(yīng)。而蛋白質(zhì)和脂肪含量較高可能與發(fā)酵過程中添加的酵母菌和甘油的產(chǎn)生有關(guān)[15]。

有資料表明，在釀造酒工藝過程中，多酚和白藜蘆醇等活性物質(zhì)通過浸漬與發(fā)酵作用進(jìn)入到酒中[16]。當(dāng)歐李果實(shí)破碎成汁時，多酚、原花青素和白藜蘆醇等與果實(shí)中的其他物質(zhì)相結(jié)合并未進(jìn)入到果汁中。因此，歐李果汁果渣中多酚、原花青素和白藜蘆醇等活性物質(zhì)含量較高。而在歐李果酒釀制過程中，酵母菌活動會產(chǎn)生如丙酮酸、乙醛等代謝產(chǎn)物，并與果渣中多酚類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)進(jìn)而生成一些大分子物質(zhì)[17]。此外，在果膠酶的添加和微生物的酶解作用下，白藜蘆醇等物質(zhì)會釋放出單體，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，酒精含量逐漸升高，歐李果汁果渣中的活性成分被浸出，在酒精的反復(fù)萃取下進(jìn)入到酒中[18]，從而使得果酒果渣中各活性成分的含量低于果汁果渣。

2.2 膳食纖維理化特性比較

表2 歐李果渣膳食纖維的理化性質(zhì)Table 2 Physiochemical properties of dietary fibers from Creasus humilis pomace

由表2可知，果酒果渣膳食纖維的持水力、膨脹力、結(jié)合水力明顯大于果汁果渣膳食纖維。這可能是由于發(fā)酵作用使膳食纖維的結(jié)構(gòu)變得疏松，比表面積增大，膳食纖維中更多的親水基團(tuán)顯現(xiàn)出來，水分子滲入到膳食纖維中并與之相結(jié)合，使得其對水分的束縛力增加。研究表明，膳食纖維陽離子交換能力的強(qiáng)弱與其中的糖醛酸含量有關(guān)，果酒果渣膳食纖維的陽離子交換能力較高，可能是因?yàn)榘l(fā)酵使得膳食纖維中更多糖醛酸的側(cè)鏈基團(tuán)得以暴露[19]。

2.3 傅里葉紅外光譜分析結(jié)果

物質(zhì)紅外光譜吸收峰的位移和吸收強(qiáng)度與其化學(xué)組成和化學(xué)鍵類型密切相關(guān)。由圖1可知，果酒果渣和果汁果渣膳食纖維的紅外譜圖大致相同，如3 500 cm－1處附近出現(xiàn)游離態(tài)OüH鍵的伸縮振動峰，3 300 cm－1處附近是締合態(tài)OüH鍵的伸縮振動峰，說明果酒果渣和果汁果渣膳食纖維中可能有醇類、酚類或有機(jī)酸存在[20]；2 927.94 cm－1處為CüH鍵的伸縮振動峰，1 735.93 cm－1處為C=O鍵的伸縮振動峰，說明膳食纖維中可能存在酮、醛或酸存在；1 627.92、1 589.34、1 531.48、1 527.62 cm－1處的吸收峰是由C=C鍵骨架振動引起的；1 469.76 cm－1處是OüH鍵的變形振動引起的小尖峰[21]；在1 300～1 000 cm－1區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的由多個小尖峰組成的強(qiáng)寬峰，是CüOüC鍵的收縮振動峰[22]。這些峰都是膳食纖維中纖維素和半纖維素的特征吸收峰，峰的數(shù)量、位置、峰形均沒有發(fā)生顯著變化，說明2 種膳食纖維的主要成分及總體化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯改變。

圖1 歐李果酒果渣（a）和果汁果渣（b）膳食纖維傅里葉紅外光譜Fig.1 Infrared spectra of dietary fibers from Creasus humilis wine (a) and juice (b) pomace

2.4 膳食纖維掃描電鏡結(jié)果

圖2 歐李果酒果渣（a）和果汁果渣（b）膳食纖維掃描電鏡圖Fig.2 Scanning electron microscopic images of dietary fibers from Creasus humilis wine (a) and juice (b) pomace

圖2 為兩種膳食纖維的掃描電鏡圖，由圖2b可以看出，歐李果汁果渣膳食纖維表面略有褶皺，結(jié)構(gòu)較為致密，有少量顆粒狀物質(zhì)存在；由圖2a可以看出，歐李果酒果渣膳食纖維呈片狀結(jié)構(gòu)且表面無其他顆粒附著，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙較大，該結(jié)構(gòu)可增大歐李果酒果渣膳食纖維與物質(zhì)作用時的接觸面積[23]，有利于水分子的進(jìn)入吸附和滯留，進(jìn)而提高膳食纖維的持水力、膨脹力和結(jié)合水力[24-26]。這與歐李果酒果渣膳食纖維的持水力、膨脹力、結(jié)合水力較高的結(jié)果（表2）相一致。

2.5 膳食纖維X射線衍射結(jié)果分析

圖3 歐李膳食纖維X射線衍射結(jié)果Fig.3 X-ray diffraction patterns of dietary fibers from Creasus humilis pomace

由圖3可知，歐李果酒果渣膳食纖維和果汁果渣膳食纖維均具有一定的晶體結(jié)構(gòu)，主衍射峰的位置分別為2θ=21.32。、21.75。，但歐李果酒果渣膳食纖維在2θ= 14.30。、15.13。、32.25。處出現(xiàn)3個小衍射峰，說明膳食纖維的無定形區(qū)發(fā)生了一定程度的降解，致使分子間相互作用力減弱，從而使果酒果渣膳食纖維親水能力提高，結(jié)合水能力增強(qiáng)[27]。這與表2的結(jié)果相一致。

3 結(jié) 論

歐李果汁果渣和果酒果渣的基本成分無明顯差異且膳食纖維含量較高，果汁果渣中多酚、白藜蘆醇、原花青素等活性成分含量高于果酒果渣，但果酒果渣中可溶性膳食纖維含量明顯高于果汁果渣；果酒果渣膳食纖維的持水力、膨脹力、結(jié)合水力和陽離子交換能力均高于果汁果渣膳食纖維。

紅外光譜圖觀察到果汁果渣和果酒果渣膳食纖維中均具有C=O鍵、OüH鍵、CüH鍵等纖維素及半纖維素的特征吸收峰；掃描電鏡結(jié)果表明，歐李果酒果渣膳食纖維呈片狀結(jié)構(gòu)，孔隙較大，結(jié)構(gòu)較果汁果渣膳食纖維疏松；X射線衍射分析表明，歐李果酒果渣膳食纖維和果汁果渣膳食纖維均具有一定的晶體結(jié)構(gòu)，但果酒果渣膳食纖維在2θ=14.30。、15.13。、32.25。處衍射強(qiáng)度有所增加。

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Physicochemical Properties and Structures of Dietary Fibers from Pomace Obtained as a Byproduct in the Production of Creasus humilis Juice and Wine

The dietary fibers prepared from pomace as a byproduct obtained in the production of Creasus humilis juice and wine were comparatively evaluated for their physicochemical properties and structures by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscope, and x-ray diffraction analysis. The results indicated that the contents of soluble dietary fibers in the two dietary fibers were 12.54% and 19.83%, water-holding capacity were 5.35 g/g and 6.43 g/g, swelling capacity were 1.93 mL/g and 2.14 mL/g, water-binding capacity were 4.52 g/g and 5.18 g/g, and cation exchange capacity were 0.18 mmol/g and 0.25 mmol/g, respectively. Both samples had characteristic absorption peaks, such as C=O, OüH and CüH. Morphological and structural analysis showed that the structure of the dietary fiber from fermented pomace (obtained in the production of Creasus humilis wine） was looser and significant diffraction peaks were observed at 2θ = 14.30e, 15.13e and 32.25e. Moreover, its degree of crystallinity was higher.

Creasus humilis pomace； dietary fiber； physicochemical property； structure

WANG Dawei, LI Na, ZHAO Xin
(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

10.7506/spkx1002-6630-201607003

TS201.2

A

1002-6630（2016）07-0011-05

王大為, 李娜, 趙鑫. 歐李果汁果渣與果酒果渣膳食纖維的理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)研究[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(7): 11-15.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201607003. http://www.spkx.net.cn

WANG Dawei， LI Na， ZHAO Xin. Physicochemical properties and structures of dietary fibers from pomace obtained as a byproduct in the production of Creasus humilis juice and wine[J]. Food Science, 2016, 37(7): 11-15. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201607003. http://www.spkx.net.cn

2015-11-29

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）項(xiàng)目（2011AA100805）

王大為（1960—），男，教授，博士，研究方向?yàn)榧Z油植物蛋白工程及功能食品。E-mail：xcpyfzx@163.com