梨渣膳食纖維提取改性及應(yīng)用研究

張兆熙，李希羽，馬躍棟，桑亞新*

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北保定 071000；2.河北省農(nóng)產(chǎn)品加工促進(jìn)中心，河北石家莊 050000）

近年來(lái)，人們的飲食趨于多樣化、營(yíng)養(yǎng)化，但同時(shí)也因飲食中蛋白質(zhì)含量較高、脂肪食用過(guò)量等問(wèn)題，使很多人面臨亞健康的困擾。因此，越來(lái)越多的人開(kāi)始注重飲食結(jié)構(gòu)的改善與調(diào)整。膳食纖維具有促進(jìn)食物消化、增加飽腹感、降低心血管疾病發(fā)病率[1]、控制血糖[2]等功能，對(duì)于改善人們的膳食結(jié)構(gòu)、提高膳食質(zhì)量有很好的促進(jìn)作用。

果蔬中的膳食纖維含量豐富，可作為膳食纖維的優(yōu)質(zhì)來(lái)源。梨是人們經(jīng)常食用的水果，酸甜可口，脆嫩多汁。梨經(jīng)加工處理得到梨汁飲料等產(chǎn)品后，產(chǎn)生大量梨渣，梨渣中膳食纖維含量可達(dá)梨渣總量的75%[3]。但因梨渣中含有大量石細(xì)胞[4]，使梨渣澀口難咽，不宜當(dāng)飼料處置，只能作為廢料丟棄，造成大量梨渣膳食纖維的浪費(fèi)。而對(duì)梨渣中的膳食纖維進(jìn)行提取、改性及加工處理，可大大提高膳食纖維的利用價(jià)值，更好地發(fā)揮其功效。因此，本文結(jié)合膳食纖維的功能對(duì)梨渣中膳食纖維的提取及改進(jìn)方法進(jìn)行概述，對(duì)梨渣膳食纖維的應(yīng)用研究進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)未來(lái)梨渣膳食纖維的研究發(fā)展前景進(jìn)行展望，以期為提高梨渣的綜合利用率及梨渣膳食纖維的深入研究提供參考。

1 膳食纖維對(duì)人體的作用及其主要來(lái)源

膳食纖維被定義為在人體內(nèi)不易被消化酶消化的多糖類食物成分[5]。膳食纖維雖不能為人體提供營(yíng)養(yǎng)，但其自身的理化性質(zhì)具有多種功能，其吸水膨脹性可增強(qiáng)飽腹感，清理腸道[6]；離子交換能力有助于清除體內(nèi)重金屬離子[7]；黏合性有助于提高飲料的穩(wěn)定性。

谷物、果蔬和豆類中的膳食纖維含量較高。但目前人們主要的膳食纖維來(lái)源于谷物，而對(duì)豆類和蔬菜中的膳食纖維攝入量較少。膳食纖維來(lái)源單一且攝入較少，飲食結(jié)構(gòu)失衡[8]。

2 梨渣中的膳食纖維及提取方法

2.1 梨渣膳食纖維的分類

膳食纖維分為可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）。SDF 包括果膠、葡聚糖、菊糖、抗性糊精和一些低聚糖類，而IDF 則包括木質(zhì)素、殼聚糖和半纖維素等。一般而言，SDF 的比例越高，越更益于膳食纖維發(fā)揮其功效。梨加工處理后所得的梨渣約占梨全果質(zhì)量的40%[9],而且梨渣中的膳食纖維約占梨干渣的75%，梨渣是生產(chǎn)膳食纖維的優(yōu)質(zhì)來(lái)源。梨渣中含有大量的石細(xì)胞，石細(xì)胞的主要成分是木質(zhì)素和纖維素，所以梨渣中含有較高的IDF[10]。

2.2 梨渣膳食纖維的提取方法

2.2.1 化學(xué)提取法

化學(xué)提取法是指將梨渣經(jīng)干燥磨碎后，再用乙醇等化學(xué)試劑浸提，主要有酸法、絮凝法和堿法等?；瘜W(xué)提取法操作簡(jiǎn)便，所用提取試劑廣泛易得，但鹽酸、氫氧化鈉等提取試劑易對(duì)膳食纖維造成破壞，所得的膳食纖維純度較低，且所用試劑量大，易造成環(huán)境污染。鄒蘭等[11]采用堿法制備蘋(píng)果梨渣膳食纖維，經(jīng)正交試驗(yàn)工藝優(yōu)化后，膳食纖維平均提取率可達(dá)59.7%。賈福晨等[12]研究蘋(píng)果梨渣膳食纖維的提取工藝及影響因素時(shí)得出，用酸法處理蘋(píng)果梨渣得出每100 g 蘋(píng)果梨渣膳食纖維中總膳食纖維含量為83.35 g。

2.2.2 酶解法

酶解法是指將除膳食纖維外的雜質(zhì)用淀粉酶、蛋白酶等其他酶類除去，以提高膳食纖維純度。酶解法比化學(xué)提取法更簡(jiǎn)單、方便，且產(chǎn)物純度較高。張瑜等[13]用α-淀粉酶、糖化酶、纖維素酶和中性蛋白酶水解刺梨果渣，正交試驗(yàn)得SDF 得率為9.61%。陳小舉等[4]采用半纖維素酶水解碭山梨渣提取SDF，經(jīng)工藝優(yōu)化后，SDF 提取率達(dá)15.21%。酶解法的缺點(diǎn)是操作時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確控制反應(yīng)進(jìn)程，這限制了該法的推廣使用。

2.2.3 發(fā)酵法

發(fā)酵法是利用微生物生長(zhǎng)繁殖消耗碳源、氮源并產(chǎn)生纖維素酶、蛋白酶的特性，有效減少雜質(zhì)，制取膳食纖維的方法。同時(shí)，某些微生物發(fā)酵可以破壞IDF 的糖苷鍵，使其轉(zhuǎn)化為SDF[14]，增加SDF 的比例，有助于在人體中發(fā)揮作用。肖霄[15]采用乳酸菌發(fā)酵雪梨殘?jiān)崛∩攀忱w維，經(jīng)正交試驗(yàn)優(yōu)化后，接種1%乳酸菌，40 ℃下發(fā)酵17 h，SDF 提取率明顯高于未發(fā)酵法。丁小娟等[16]采用混合菌種發(fā)酵（嗜酸乳桿菌:戊糖乳桿菌:生香酵母=1:2:1），接種量10%，30 ℃下發(fā)酵52 h，可明顯增加SDF 得率，對(duì)總膳食纖維的理化性質(zhì)也有改善作用。發(fā)酵法相較于其他方法，得到的膳食纖維結(jié)構(gòu)更加完整，純度也更高；但其操作環(huán)境較為復(fù)雜，成本較高。

2.2.4 其他方法

除了上述方法之外，梨渣提取還有微波提取法、膜分離法，以及幾種方法的聯(lián)合使用。其中微波提取法是通過(guò)微波作用使細(xì)胞破碎，提取膳食纖維的方法。該法可節(jié)省大量溶劑，并且簡(jiǎn)便高效。盧忠英等[17]采用微波輔助法提取IDF，工藝優(yōu)化后，得刺梨IDF 提取率為80.02%。膜分離法是利用膜的選擇透過(guò)性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同分子量大小SDF 的分離。此法可以避免試劑殘留，提高純度，但不適用于IDF 的提取，并且操作復(fù)雜，目前很少使用[18]。將化學(xué)試劑與酶法結(jié)合，既能減少試劑的使用，減少污染，又能提高膳食纖維純度，所以化學(xué)-酶結(jié)合法常被應(yīng)用。高曉麗等[19]采用化學(xué)-酶結(jié)合法提取梨渣中的IDF，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IDF 的提取率達(dá)到12.9%，經(jīng)此法提取后，膳食纖維品質(zhì)有所提高。

3 梨渣膳食纖維的改性方法

較高的SDF 可以提高膳食纖維生理活性、更好地發(fā)揮膳食纖維的功能[20]。有研究表明，與IDF 相比，SDF 更能為人體所利用，增加益處[21-22]。SDF 含量占總膳食纖維的10%以上才具有較高的膳食纖維活性，但梨渣中IDF 含量較高。若能對(duì)梨渣中的膳食纖維進(jìn)行改性，增加SDF比例，則梨渣的使用價(jià)值及人體對(duì)膳食纖維的利用率均會(huì)提高。

3.1 超高壓和超微粉碎改性處理

超高壓處理是利用較高的靜壓破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)及分子間作用力，改變物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)，從而使其理化性質(zhì)改變。超微粉碎處理可斷裂膳食纖維的糖苷鍵，增加物料的比表面積，減少粒徑。李天等[23]對(duì)碭山梨渣進(jìn)行超高壓和超微粉碎改性處理，發(fā)現(xiàn)兩種方法均能使SDF 含量增加。超高壓處理可能會(huì)改變膳食纖維的空間結(jié)構(gòu)，增加其持水力、膨脹力和持油力。經(jīng)超微粉碎處理后，梨渣粒徑減小，但未見(jiàn)其理化性質(zhì)有明顯改變。

3.2 超臨界二氧化碳處理

超臨界二氧化碳（Supercritical CO2，ScCO2）具有較高的滲透性和較強(qiáng)的滲透能力，可使物料溶脹甚至溶解，從而改變其結(jié)構(gòu)，而且此技術(shù)處理溫度低，無(wú)試劑殘留，安全環(huán)保。常世敏等[24]在一定條件下使用ScCO2處理雪花梨渣，經(jīng)處理后，梨渣中IDF 的膨脹性和水合性均有所提高。

3.3 高壓蒸汽處理

高壓蒸汽處理是利用蒸汽的高溫使膳食纖維的糖苷鍵斷裂，改變物料結(jié)構(gòu)，從而改變物料的理化性質(zhì)。張玉星等[25]用高壓蒸汽處理兩種干燥方式下的梨渣，干燥方式分別是真空冷凍干燥和熱風(fēng)干燥。經(jīng)處理后兩者的SDF、IDF 含量均提高，而且改性后兩種顆粒表面褶皺增多，腔洞增加，使得顆粒的比表面積擴(kuò)大，增加了其持油性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，真空冷凍干燥的梨渣經(jīng)高壓蒸汽改性后SDF 比例增加更多。

4 梨渣膳食纖維在食品中的應(yīng)用

4.1 乳制品

膳食纖維的主要成分為多糖，一些膳食纖維具有益生元特性[26]，可作為酸奶中益生菌的生長(zhǎng)能源，并且其中的酚類物質(zhì)可促使膳食纖維更好地發(fā)揮益生元特性[27]。而且膳食纖維可以增加酸奶粘稠度和提高穩(wěn)定性。酸奶中加入SDF，既能改善酸奶品質(zhì)，還能促進(jìn)人體腸道健康。孫晶等[28]將梨渣中提取的SDF 加入酸奶，當(dāng)SDF 的添加量為6%時(shí)，所得酸奶的凝固狀態(tài)、色澤及口感整體上最佳。

4.2 肉制品

肉類是人們?nèi)粘ｏ嬍持兄饕闹竞偷鞍踪|(zhì)來(lái)源，但隨著飲食的多樣化和飲食結(jié)構(gòu)的調(diào)整，肉類在人們飲食中的占比日益增加，導(dǎo)致越來(lái)越多的人受到高血壓、高血脂等疾病的困擾。將膳食纖維和肉類結(jié)合，不僅能減少脂肪等的攝入，而且膳食纖維還能增加肉制品的持水性和穩(wěn)定性，使肉的結(jié)構(gòu)更加緊密，同時(shí)還能提高肉制品的出品率、延長(zhǎng)貨架期[29]。張海濤[30]將來(lái)自梨渣的膳食纖維加入香腸中，生產(chǎn)出的香腸口感細(xì)膩多汁，顏色均勻，接受度良好。楊曉寬等[31]將安梨渣粉作為膳食纖維加入香腸中，發(fā)現(xiàn)香腸的硬度和咀嚼性有所提升，接受水平在添加量處于0.5%～2%時(shí)與對(duì)照組無(wú)明顯差異，整體接受度較佳。

4.3 烘焙食品

烘焙食品口感香醇，外觀美麗，深受大眾喜愛(ài)，但其自身高油、高糖的特性不利于人體健康。SDF 的添加可以增加餅干的韌性，減少干裂，改善餅干口感[32]；同時(shí)也能吸附糕點(diǎn)中多余的水分，增強(qiáng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使糕點(diǎn)外形挺拔。在烘焙食品中添加膳食纖維可以賦予其一定的功能特性，還能改善產(chǎn)品的質(zhì)地結(jié)構(gòu)，并降低食品本身的血糖指數(shù)。

4.4 飲料

膳食纖維加入飲料后，可使飲料避免分層、沉淀，提高飲料的穩(wěn)定性。當(dāng)前，有許多果蔬的膳食纖維都在飲料的穩(wěn)定性和功能性方面有所應(yīng)用，駱嘉原等[33]將香菇中提取的SDF 與其他添加劑一同調(diào)配，得到富含SDF 的香菇風(fēng)味飲料，飲料均一、穩(wěn)定，不渾濁。倪龍等[34]將豆渣的SDF 與新鮮藍(lán)莓汁混合，制成具有藍(lán)莓風(fēng)味的膳食纖維飲料，口感良好，富含營(yíng)養(yǎng)。但梨渣膳食纖維在飲料中的應(yīng)用目前較少，可能的原因是梨渣中的IDF 含量較高，會(huì)造成飲料口感較差，消費(fèi)者體驗(yàn)度較低。通過(guò)對(duì)梨渣膳食纖維進(jìn)行改性，提高SDF 含量，將是飲料中膳食纖維的良好來(lái)源。

4.5 面食

面食中添加適當(dāng)?shù)纳攀忱w維可增強(qiáng)面筋筋力，使韌性和咀嚼性增加。孫杰等[35]將IDF 和高溫改性的IDF 分別加入掛面中，僅添加IDF 會(huì)增加掛面硬度，且經(jīng)改性后的IDF 的添加量在3%～5%時(shí)，未顯著增加掛面質(zhì)構(gòu)特征，口感良好。陶春生等[36]將擠壓改性的膳食纖維與高筋面粉混合，制成面條，發(fā)現(xiàn)當(dāng)膳食纖維添加量為6%時(shí)，面條品質(zhì)較好。

5 小結(jié)

果蔬中膳食纖維含量多且易提取，梨經(jīng)榨汁后會(huì)產(chǎn)生大量梨渣，梨渣來(lái)源充足；而且梨渣中的膳食纖維含量高，經(jīng)微生物發(fā)酵、酶解和膳食纖維改性等方法可提高SDF 比例，操作簡(jiǎn)便。較高的SDF 比例更有利于膳食纖維發(fā)揮功能；梨渣膳食纖維經(jīng)提取、改性后可作為優(yōu)質(zhì)的膳食纖維來(lái)源加入食品中，補(bǔ)充日常膳食纖維。目前，膳食纖維在食品領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，可添加至烘焙食品、肉制品、乳制品、飲料等各種食品中，但關(guān)于梨渣膳食纖維的應(yīng)用研究還較少，因此，對(duì)于梨渣膳食纖維的改性和食品應(yīng)用方面仍待深入研究，梨渣膳食纖維具有很好的發(fā)展前景。