臍橙皮膳食纖維的改性及功能性研究進(jìn)展

譚敏華，白衛(wèi)東，周金林，鄧展華，于立梅，查爾斯·斯蒂芬·布倫南，涂俊才

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院，廣東廣州 510225；2.梅州金柚康健康科技有限公司，廣東梅州 514779；3.廣東順興種樣股份有限公司，廣東梅州 514299；4.林肯大學(xué)葡萄酒、食品和分子生物科學(xué)系，新西蘭林肯坎特伯雷 7647）

0 引言

臍橙是屬于無患子目蕓香科柑橘屬甜橙的一類栽培品種，主要分布在我國中西部地區(qū)。從植物學(xué)觀點(diǎn)看，臍橙的外層果皮呈革質(zhì)狀，含有大量的油包，中層果皮疏松呈海綿狀，二者均為不可食部分，俗稱臍橙皮。臍橙皮含有豐富的膳食纖維、可溶性糖類、維生素、礦物質(zhì)和多酚類化合物等多種營養(yǎng)素。臍橙果肉中TDF 占35.4%，其中SDF 占12.6%，IDF 占22.8%[1]。目前，臍橙榨汁后剩下的副產(chǎn)物未得到充分利用而被丟棄，不僅造成資源的利用率下降，還會(huì)引起環(huán)境污染。

膳食纖維（DF）是由10 個(gè)以上單體組成且不能被人體內(nèi)源性酶水解的碳水化合物聚合物，存在于植物細(xì)胞壁及細(xì)胞內(nèi)?？扇苄陨攀忱w維（SDF）不僅對(duì)Ⅱ型糖尿病患者有一定治療作用，而且能降低糖尿病的患病率[2]；還可以與膽酸結(jié)合[3]，有助于降低人體血液膽固醇和預(yù)防心臟病、高血壓等疾病的發(fā)生[4]。不溶性膳食纖維（IDF）可以加強(qiáng)腸道蠕動(dòng)，降低結(jié)直腸癌、便秘等疾病的發(fā)病率。通過對(duì)臍橙膳食纖維的提取制備和功能應(yīng)用特性進(jìn)行闡述，為膳食纖維的系統(tǒng)研究提供思路，對(duì)充分挖掘廢棄資源的高值化具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 膳食纖維的分類及化學(xué)組成

1.1 膳食纖維的分類

膳食纖維是植物細(xì)胞壁、部分植物細(xì)胞內(nèi)部的膠黏物質(zhì)和植物受損的應(yīng)激物質(zhì)等組成的混合物。按照植物體功能的不同，可分為結(jié)構(gòu)性多糖（Cellulose、Hemicellulose、Pectin）、結(jié)構(gòu)性非多糖（Lignin）和非結(jié)構(gòu)性多糖（阿拉伯膠、黃芪膠、膠漿、部分多糖類物質(zhì)）；按照其溶解性的不同，可分為 SDF 和 IDF， 其 中 SDF 包 括 Hemicellulose、Pectin、瓜爾膠、香豆膠等，IDF 包括 Cellulose、Hemicellulose、Lignin 等；按膳食纖維的來源不同，可分為植物類 （Cellulose、Hemicellulose、Lignin、Acacia senegal、半乳甘露聚糖等）、動(dòng)物類（甲殼素、脫乙酰甲殼素、Collagen 等）、微生物類（漢生膠等）及合成類（右旋糖酐、羧甲纖維素等）。

1.2 膳食纖維的化學(xué)組成

王菁[5]分別測(cè)定溫州、羅伯遜、琯溪、彭祖4 個(gè)地方柑橘果皮的檸檬苦素類化合物含量，結(jié)果表明羅伯遜臍橙果皮中黃酮類物質(zhì)、總膳食纖維、不溶性膳食纖維、總酚酸的含量最高。沈勝男[6]探討了倫晚臍橙和紅肉臍橙在生長(zhǎng)過程中果實(shí)品質(zhì)的變化，結(jié)果表明2 種果皮的原果膠和水溶性果膠含量均高于果肉，并隨著果實(shí)的生長(zhǎng)，果肉纖維素含量逐漸升高，果皮纖維素含量不斷下降。曾秀麗等人[7]研究了羅伯遜臍橙果實(shí)中原果膠（HP）、總果膠（TP）、半纖維素（HG）、酸性纖維素（CEL）和酸性木質(zhì)素（Lignin）等膳食纖維的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果表明羅伯遜臍橙果實(shí)在生長(zhǎng)過程中HP、TP 和HG 在果實(shí)膨大期含量最高，CEL 和Lignin 含量最低。董濤等人[8]研究了紅肉臍橙、紐荷爾臍橙、塔羅科血橙3 個(gè)品種的果實(shí)在生長(zhǎng)過程中DF 和PG、Cx 活性的變化，結(jié)果表明3 個(gè)品種的果實(shí)在生長(zhǎng)過程中DF 逐漸減少，PG 活性逐漸增加；Lignin 和 Hemicellulose 隨著 Cx 活性增加而逐漸減少。

2 膳食纖維的提取與改性方法

2.1 膳食纖維的提取方法

膳食纖維的一般提取方法有溶劑提取法、酶法、發(fā)酵法、熱處理和物理方法，但是大多數(shù)情況下由于提取時(shí)間長(zhǎng)、溫度高等因素會(huì)改變膳食纖維的結(jié)構(gòu)與功能。近年來，利用電磁波、高壓等新興技術(shù)輔助萃取，可以提高膳食纖維的產(chǎn)量和增強(qiáng)其功能，減少處理時(shí)間和溶劑的使用。目前，常用于提取膳食纖維的方法包括溶劑提取法、化學(xué)和酶聯(lián)合處理法、酶法、發(fā)酵法和膜分離法等。

2.1.1 溶劑提取法

溶劑提取法是利用溶質(zhì)與溶劑相似相溶的原理來提取膳食纖維，如直接水提法、醇提法、酸處理和堿處理等。郝瑞娟等人[9]探討了將乙醇脫色法與中性洗滌法相結(jié)合的方法來提取柑橘皮中的IDF，結(jié)果表明水不溶性膳食纖維的持水力和膨脹力在偏酸或偏堿條件下呈上升趨勢(shì)，在過酸或過堿條件下呈下降趨勢(shì)。丁潔等人[10]探討了采用酒石酸提取柑橘皮渣中水溶性膳食的最優(yōu)工藝，結(jié)果表明按最優(yōu)工藝條件下水溶性膳食纖維的含量達(dá)到25.4%。夏天添[11]分析了干燥法、漂湯法和酸法3 種方法對(duì)橙皮酶活性和果膠品質(zhì)的影響，結(jié)果表明酸法來預(yù)處理橙皮的效果最理想。

2.1.2 酶提取法

酶提取法是利用1 種或2 種及以上酶水解除去膳食纖維外的其他物質(zhì)，最后獲得膳食纖維的方法，主要有1,4-α-D-葡聚糖水解酶、解朊酶、糖化酶和半纖維素酶等。薛山[12]探討了使用α-淀粉酶、酸性蛋白酶、糖化酶3 種酶提取榨汁后柑橘副產(chǎn)物中IADF 的最優(yōu)工藝，在最佳工藝條件下所提取的水不溶性抗氧化膳食纖維（IDAF）含量最高，為3.520 mmol Trolox/100 g 水不溶性抗氧化膳食纖維（IDAF）。

2.1.3 發(fā)酵法

發(fā)酵法是利用微生物分泌的酶、酸等物質(zhì)發(fā)酵并能強(qiáng)化膳食纖維功能特性的技術(shù)。劉云[13]比較了乳酸菌法和綠色木霉法2 種發(fā)酵法提取羅伯遜臍橙膳食纖維的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明使用綠色木霉發(fā)酵法提取的羅伯遜臍橙膳食纖維對(duì)過氧化氫的去除力明顯低于使用乳酸菌發(fā)酵法提取的羅伯遜臍橙膳食纖維，可見乳酸菌發(fā)酵法提取羅伯遜臍橙副產(chǎn)物膳食纖維能夠作為臍橙榨汁后產(chǎn)生大量無用副產(chǎn)物變成有用資源的一種有效措施。曹艷等人[14]采用混菌發(fā)酵聯(lián)合分段控溫工藝生產(chǎn)臍橙皮渣膳食纖維，結(jié)果表明發(fā)酵產(chǎn)物中可溶性膳食纖維和總膳食纖維比未發(fā)酵臍橙皮渣膳食纖維分別提高了3.08 倍和1.72 倍，可見混菌發(fā)酵聯(lián)合分段控溫工藝顯著提高臍橙皮渣中可溶性膳食纖維含量。

2.2 膳食纖維的改性方法

膳食纖維改性是指將不溶性膳食纖維轉(zhuǎn)換成可溶性膳食纖維的過程，天然的膳食纖維中可溶性膳食纖維的含量低，無法滿足人體正常需求。因此，需要找出適當(dāng)?shù)母男苑椒ǎ岣呱攀忱w維利用價(jià)值。目前，將不溶性膳食纖維轉(zhuǎn)換成可溶性膳食纖維的方法主要有化學(xué)法、生物法、聯(lián)合處理法和物理法。

在國外，Kieserling K 等人[15]采用機(jī)械處理和熱處理對(duì)富含果膠的柳橙果肉纖維的顆粒結(jié)構(gòu)、浸出度和水結(jié)合性能進(jìn)行研究，表明粗纖維對(duì)機(jī)械應(yīng)力的敏感性要比細(xì)纖維在減小顆粒尺寸方面更明顯；附加熱處理的機(jī)械處理最大限度地釋放醇不溶性物質(zhì)；粗纖維的保水能力比細(xì)纖維的好。Schalow S 等人[16]研究了柑橘果肉和果皮的膳食纖維是水結(jié)合力和熱凝膠特性，結(jié)果表明機(jī)械預(yù)處理顯著提高膳食纖維的保水能力，高溫浸泡使其保水能力下降，果肉纖維比果皮纖維具有更好的保水能力，果皮和果肉膳食纖維在pH 值<2.7 時(shí)均能形成糖酸凝膠。Tejada-Ortigoza V 等人[17]研究了高靜水壓力和溫度對(duì)膳食纖維組成和功能性能的影響，結(jié)果表明在22 ℃下橘皮的可溶性膳食纖維達(dá)到最高，為55.1%～62.3%。

在國內(nèi)，Liu Y 等人[18]探討了熱風(fēng)干燥、真空干燥、冷凍干燥對(duì)橘皮可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維的理化性質(zhì)與體外降血糖的影響，結(jié)果表明冷凍干燥顯著增加可溶性膳食纖維的黏度，冷凍干燥后的DF 具有更高的葡萄糖吸附能力和葡萄糖透析延遲指數(shù)，增強(qiáng)了膳食纖維對(duì)α-淀粉酶活性的抑制作用；冷凍干燥后的膳食纖維在體外降血糖的作用有明顯的優(yōu)勢(shì)。Wang L 等人[19]采用水蒸汽爆炸（SE）與稀酸浸泡法（SAS）耦合制備橙皮可溶性膳食纖維與測(cè)定其理化性質(zhì)，結(jié)果表明SE-SAS 處理的橙皮可溶性膳食纖維顯著提高Pb、As、Cu 3 種陽離子的結(jié)合能力（p<0.05），差示掃描量熱法（DSC）顯示經(jīng)SE-SAS 處理的橙皮可溶性膳食纖維的峰值溫度（170.4±0.4 ℃）高于未處理的樣品 （163.4±0.3 ℃），掃描電子顯微鏡顯示經(jīng)SE-SAS 處理的橙皮可溶性膳食纖維表面粗糙、塌陷。

3 膳食纖維的作用

3.1 膳食纖維的抗氧化作用

自由基又稱游離基，是指生物分子的共價(jià)鍵發(fā)生均裂形成不成對(duì)電子的原子或基團(tuán)。自由基具有氧化活性，能對(duì)機(jī)體造成迅速而強(qiáng)烈的損傷。臍橙含有豐富的黃酮類化合物、多酚類化合物和維生素等多種抗氧化物質(zhì)，具有良好的抗氧化作用。目前有關(guān)從臍橙副產(chǎn)物中提取黃酮類化合物的研究相對(duì)較多，是臍橙副產(chǎn)物變廢為寶的研究熱點(diǎn)。李煥霞[20]采用高效液相色譜測(cè)定甜橙膳食纖維的活性成分。結(jié)果表明，甜橙DF 中富含類黃酮化合物，其中橙皮甙和柚皮苷的含量最高。石秀梅等人[21]比較了用臍橙、麥皮和檸檬3 種副產(chǎn)物為原料來提取DF 并檢測(cè)其抗氧化能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，麩皮中DF 的鐵離子螯合能力最強(qiáng)，臍橙中DF 的還原力最強(qiáng)，檸檬中DF 的總抗氧化能力最強(qiáng)，3 種DF 都能有效抑制十八碳二烯酸氧化，檸檬 DF 對(duì) O2-·、·OH 和 DPPH·的清除能力最強(qiáng)。王菁[5]分別測(cè)定了臍橙粗體液、BHT、檸檬苦素粗品的還原力和自由基清除能力。結(jié)果表明，在25～200 μg/mL 時(shí)，臍橙粗提液的還原力和自由基清除能力明顯高于同質(zhì)量濃度的二丁基羥基甲苯和檸檬苦素粗品。

3.2 膳食纖維的抗抑郁作用

抑郁癥又稱抑郁障礙，是世界第四大疾病，目前抑郁癥的病因尚不明確，主要由心理、生物、社會(huì)環(huán)境等多方面因素引起。國內(nèi)外關(guān)于膳食纖維攝入與抑郁癥之間的關(guān)系尚不明確。徐慧[22]根據(jù)研究對(duì)象的年齡 （<45 歲、45～64 歲和 >64 歲組）、性別（男性和女性）和總能量攝入水平（低、正常和高能量攝入組）進(jìn)行分組，進(jìn)一步探索在不同分組人群中總膳食纖維及不同來源的膳食纖維與抑郁癥之間的關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，在16 807 名20 歲及以上的成年人中抑郁癥的發(fā)病率為9.41%，在單因素logistic 回歸模型中，總膳食纖維、蔬菜纖維、水果纖維和谷物纖維攝入量增加與抑郁癥患病風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)。Zhang L L 等人[23]探討了臍橙對(duì)人體健康的影響，結(jié)果表明，從臍橙中提取的膳食精油可以緩解用單胺類神經(jīng)遞質(zhì)治療的利血平小鼠的抑郁癥狀，分析了臍橙膳食精油的主要化合物為萜烯類化合物，臍橙膳食精油可以抵消利血平誘導(dǎo)的低溫和眼瞼下垂和增加小鼠腦中的血清素與多巴胺水平。

3.3 膳食纖維對(duì)腸道菌群的作用

膳食纖維具有明顯的保健功能，不僅能夠有助于預(yù)防結(jié)腸腫瘤、糖尿病和便秘的發(fā)生，還能調(diào)整腸道菌群、減少面部色素沉著和提高免疫力等。目前，膳食纖維已經(jīng)成為食品科學(xué)、營養(yǎng)學(xué)和流行病學(xué)研究的焦點(diǎn)。利用飲食途徑調(diào)節(jié)胃腸道微生物群落的組成和代謝功能的研究受到越來越多的關(guān)注，調(diào)節(jié)腸道菌群的飲食策略是食用膳食纖維和益生元，其可以被胃腸道中的微生物代謝?？姑附獾矸?、木寡糖和菊粉3 種膳食纖維可以被腸道微生物發(fā)酵，產(chǎn)生有益健康的SCFA（如乙酸、丙酸、丁酸），能夠有助于預(yù)防結(jié)腸癌的發(fā)生[24]。叢麗敏[25]探討了使用益生菌、DF、益生菌聯(lián)合DF 對(duì)建立標(biāo)準(zhǔn)化的鹽酸氯哌拉米誘導(dǎo)的大鼠便秘模型進(jìn)行干預(yù)。結(jié)果表明，益生菌和DF 均能改善便秘，而益生菌聯(lián)合DF 能顯著改善便秘。

4 膳食纖維的應(yīng)用

目前臍橙榨汁后剩下的副產(chǎn)物未得到充分利用而被丟棄，這不僅造成資源浪費(fèi)，還引起環(huán)境污染。在焙烤產(chǎn)品中，可以適量添加干果果渣代替部分食物原料，從而減少焙烤食品的能量，同時(shí)提高膳食纖維和抗氧化劑的含量；但是果渣的高纖維含量會(huì)導(dǎo)致技術(shù)功能的相互作用，從而影響物理化學(xué)和感官性能。

在國內(nèi)，宋歡[26]研究了面包加工過程中添加膳食纖維后對(duì)其品質(zhì)的影響，結(jié)果表明添加DF 前與添加DF 后相比，面包的體積基本不變，添加DF 后的面包老化速度變慢。廖蘭等人[27]使用RSM 法對(duì)臍橙渣紙型食品的成膜工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，最優(yōu)工藝條件為Sodium alginate 添加量為0.267%，魔芋DF添加量為0.196%，CMC 添加量為0.4% 。張文林[28]以柑橘果膠和皮渣為原料制備納米多孔碳材料，以柑橘果膠為原料制備碳微米球，以柑橘果膠為原料制備碳包裹四氧化三鐵納米顆粒，以柑橘果膠為還原劑和包被劑制備銀納米顆粒。Yu Y 等人[29]以梨和橙為原料，研究了自然酸的作用對(duì)白面包品質(zhì)的影響，成功地開發(fā)了添加酵母粉可以改善工藝和營養(yǎng)面包的特性。

在國外，Kirbas Z 等人[30]研究了蘋果渣粉、胡蘿卜渣粉和橙子渣粉對(duì)無麩質(zhì)蛋糕品質(zhì)特性的影響。結(jié)果表明，以不含潤(rùn)發(fā)粉的蛋糕為對(duì)照，含有5%橙子渣粉的蛋糕與對(duì)照樣品具有相似的體積指數(shù)和硬度值，含有5%橙子渣粉的蛋糕獲得的感官評(píng)價(jià)也是最高的。Obafaye R O 等人[31]考查了添加不同含量橙皮粉對(duì)珍珠小米餅干的影響。結(jié)果表明，隨著橙皮粉添加量的增加，珍珠小米餅干的抗氧化能力和膳食纖維含量顯著增加。還有研究人員比較了熱風(fēng)輔助微波干燥的新型柑橘膳食纖維和普通柑橘膳食纖維對(duì)無麩質(zhì)松餅質(zhì)地和感官特性的影響。結(jié)果表明，熱風(fēng)輔助微波干燥的新型柑橘膳食纖維在干燥過程中形成較強(qiáng)的凝膠狀結(jié)構(gòu)，可以解釋松餅質(zhì)地剖面中較高的硬度和咀嚼度。

5 結(jié)語

隨著環(huán)境污染和生活壓力的增加，人們更加重視健康和營養(yǎng)狀況。食品中添加膳食纖維是提高營養(yǎng)和生理功能的有效途徑。從臍橙膳食纖維的組成成分、提取及改性方法、功能和應(yīng)用進(jìn)行了剖析與總結(jié)。但這些方法過于注重SDF 含量的提高，對(duì)于改性后的結(jié)構(gòu)特征變化與應(yīng)用效果方面缺乏深入研究。因此，綠色安全的提改技術(shù)獲取高效和高質(zhì)的膳食纖維，是目前迫切需要關(guān)注的問題。發(fā)酵法可獲得高提取率和較高生物活性的膳食纖維，其特異性菌種的篩選是關(guān)鍵。目前，關(guān)于膳食纖維的性能研究很多僅限于持水力和膨脹力等水合性能研究，膳食纖維的功能挖掘、健康食品的開發(fā)應(yīng)得到更多研究關(guān)注，從深度和廣度探明膳食纖維的理化性質(zhì)和功能特性，以期為其今后在食品方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)。