水果皮渣中膳食纖維提取及應(yīng)用研究進(jìn)展

張瑜 方向紅

摘要 水果皮渣是水果加工后殘余的最高比例副產(chǎn)物，其中含有豐富的膳食纖維。膳食纖維有助于促進(jìn)人體消化吸收、預(yù)防心血管疾病、控制血糖等功能作用。綜述了近年來(lái)水果皮渣中膳食纖維提取及應(yīng)用的研究進(jìn)展，內(nèi)容涉及膳食纖維的分類及功能性作用、水果皮渣膳食纖維的6種提取方法、在食品領(lǐng)域應(yīng)用及展望等，旨在為水果皮渣膳食纖維附加值和后續(xù)開發(fā)利用提供參考。

關(guān)鍵詞 水果皮渣;膳食纖維;提取;應(yīng)用

中圖分類號(hào) TS209? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）22-0007-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.22.002

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Review on Extraction and Application of Dietary Fiber from Fruit Pomace

ZHANG Yu，F(xiàn)ANG Xiang-hong （Anhui Vocational and Technical College，Hefei，Anhui? 230011）

Abstract Fruit pomace is the highest proportion of residual products after fruit processing，which is rich in dietary fiber.Dietary fiber can promote digestion and absorption，prevent cardiovascular disease and control blood sugar.In this paper，the research progress of extraction and application of dietary fiber from fruit pomace in recent years was reviewed，including the classification and functional function of dietary fiber，six extraction methods of dietary fiber from fruit pomace，application and prospect in food field，so as to provide reference for the added value and subsequent development and utilization of dietary fiber from fruit pomace.

Key words Fruit pomace;Dietary fiber;Extraction;Application

2019年，我國(guó)水果產(chǎn)量達(dá)27 400萬(wàn)t，同比增速6.7%，穩(wěn)居全球第一。在水果加工過(guò)程中皮渣副產(chǎn)物高達(dá)40%～50%，其中含有豐富的對(duì)人體有益的膳食纖維。不過(guò)，目前絕大多數(shù)的水果皮渣被填埋或廢棄，不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，還帶來(lái)了環(huán)境污染。非營(yíng)利性組織（GRAIN）研究發(fā)現(xiàn)，全球44%～57%的溫室氣體排放量來(lái)自食物體系。若食物體系能實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放，則能完成一半的碳中和任務(wù)。中國(guó)為應(yīng)對(duì)氣候變化鄭重承諾：力爭(zhēng)于2030年前CO2排放量達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，食物消費(fèi)量不斷增大，食物浪費(fèi)問(wèn)題日益嚴(yán)重，如果不能很好地控制將有礙于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。同時(shí)，減少食物浪費(fèi)也能緩解糧食緊張。如果能有效開發(fā)利用水果皮渣中的膳食纖維，將能很好地減少食品加工領(lǐng)域、食品包裝領(lǐng)域以及食物垃圾產(chǎn)生的碳排放。因此，中國(guó)碳中和承諾后，如何有效利用豐富的水果皮渣資源是必須面對(duì)的問(wèn)題。鑒于此，筆者

綜述了近年來(lái)水果皮渣中膳食纖維提取及應(yīng)用的研究進(jìn)展，內(nèi)容涉及膳食纖維的分類及功能性作用、水果皮渣膳食纖維的6種提取方法、在食品領(lǐng)域應(yīng)用及展望等，旨在為水果皮渣膳食纖維附加值和后續(xù)開發(fā)利用提供參考。

1 膳食纖維的分類及功能性作用

膳食纖維是一種不能被胃腸道消化吸收、不能產(chǎn)生能量的多糖類及木質(zhì)素，又被稱為第七類營(yíng)養(yǎng)素，主要來(lái)自植物的細(xì)胞壁，通常分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和非水容性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）兩大類。美國(guó)醫(yī)學(xué)研究院（IOM）建議成人每天應(yīng)該攝入25～38 g的膳食纖維，但是目前世界人均膳食纖維攝入水平僅有15 g/d[1]。

科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維具有降血糖、降血脂、降血壓、減肥、預(yù)防便秘等作用[2]，而且能促進(jìn)腸道蠕動(dòng)及有毒物質(zhì)的排出[3]。

2 水果皮渣膳食纖維的提取方法

近年來(lái)，關(guān)于膳食纖維提取方法的研究較多，主要有超聲輔助提取法、酶解法、復(fù)合酶法、輔助酶法、酸堿浸提法和發(fā)酵法[4]。

2.1 超聲輔助提取法 相對(duì)于傳統(tǒng)提取工藝，超聲波輔助提取法具有提取時(shí)間短、能耗低、提取效率高、安全性高、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[5]。但是，空化效應(yīng)也會(huì)影響碳水化合物聚合的形態(tài)和結(jié)構(gòu)[6]。國(guó)內(nèi)外專家關(guān)于超聲波提取技術(shù)在天然產(chǎn)物分離提取方面做了大量的研究[7-9]。夏潔等[10]采用超聲波輔助提取技術(shù)提取刺梨果渣中的IDF，使用Box-Behnken中心組合法和響應(yīng)面優(yōu)化法優(yōu)化了刺梨果渣中IDF的提取工藝，當(dāng)超聲功率、提取時(shí)間、提取溫度、料液比分別為184 W、14.7 min、49.5 ℃、1∶16.25 （g/mL）時(shí)，刺梨果渣IDF的最大得率為76.00%，與傳統(tǒng)水提法相比，超聲提取制備的IDF含量更高。

超聲輔助提取法在水果皮渣中膳食纖維的提取應(yīng)用廣泛。閆榮玲等[11]利用超聲輔助提取法提取江永香柚的柚皮中膳食纖維，最佳工藝為料液比、堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、微波時(shí)間、微波功率分別是1∶10 （g/mL）、8%、40 s、350 W，該條件下，江永香柚的柚皮中SDF與IDF的得率分別為40.8%、45.1%。該方法，工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)。

2.2 酶解法

利用酶對(duì)底物的高度專一性，將細(xì)胞壁中的果膠質(zhì)、木質(zhì)素等降解掉，減小膳食纖維擴(kuò)散的阻力，提高膳食纖維純度，縮短提取時(shí)間，但對(duì)提取條件要求比較嚴(yán)格，且生產(chǎn)成本很高[12]。近年來(lái)，關(guān)于利用酶解法從水果皮渣中提取膳食纖維的研究頗多。王海娟等[13]利用酶解法從香蕉皮中提取SDF，研究發(fā)現(xiàn)在料液比、α-淀粉酶用量、胃蛋白酶用量分別為1∶20、0.28 g、0.22 g的條件下，SDF的最高提取率為17.5%。利用酶法所得膳食纖維總量較高，SDF提取率偏低，但是IDF的提取率高[14]。

α-淀粉酶被廣泛應(yīng)用于水果皮渣膳食纖維的提取中，李黎等[15]利用α-淀粉酶從冬棗渣中提取IDF，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)α-淀粉酶用量、酶解溫度、酶解時(shí)間分別為1.0%、80 ℃、110 min時(shí)，冬棗渣中IDF得率為28.91%。同一種酶處理不同的原料，最佳提取工藝稍有差異，沈小芬等[16]利用α-淀粉酶提取黃梨梨渣中的IDF，發(fā)現(xiàn)料液比是影響黃梨的梨渣IDF提取的主要因素，酶解時(shí)間和酶解溫度的影響次之，酶用量影響最小。酶用量0.8 U/mL時(shí)，黃梨的梨渣IDF提取最高。薛山[4]研究了蛋白酶提取柑橘榨汁后剩余皮渣中的非水溶性抗氧化膳食纖維（IADF），蛋白酶用量0.21 （mL/g）皮渣，所提取的IADF抗氧化效果最顯著。

2.3 復(fù)合酶法

復(fù)合酶法指聯(lián)合使用多種酶降解膳食纖維中的雜質(zhì)，常用的酶有α-淀粉酶、蛋白酶、糖化酶、纖維素酶等。張玉鋒等[17]聯(lián)合利用α-淀粉酶用量、蛋白酶用量、糖化酶提取椰蓉膳食纖維，提取率最高可達(dá)89.68%，遠(yuǎn)高于單一酶提取法。劉義武等[18]利用正交試驗(yàn)研究復(fù)合酶（木瓜蛋白酶及α-淀粉酶雙酶）改性制備檸檬膳食纖維的最佳工藝：α-淀粉酶與木瓜蛋白酶按質(zhì)量比3∶1混合作為復(fù)合酶，pH 6.0，復(fù)合酶用量3.2 mg/g，制備時(shí)間30 min，制備溫度60 ℃，料液比1∶20 （g/mL）。采用復(fù)合酶法制備膳食纖維能有效縮短反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，提高純度。

2.4 輔助酶法

輔助酶法一般指超聲波輔助酶提取法，超聲波可減弱細(xì)胞壁的阻力，促進(jìn)植物細(xì)胞內(nèi)有效成分的溶出，提升提取率。李晗等[12]采用超聲輔助混合酶法提取西番蓮果中的SDF，超聲功率250 W、混合酶（木瓜蛋白酶∶淀粉酶比例為1∶1）量0.6%，SDF提取率可達(dá)14.82%。牛春艷等[19]研究用0.6%的纖維素酶用量、超聲時(shí)間25 min提取火龍果果皮中的膳食纖維，SDF最佳得率是37.50%。張曉娟等[20]采取超聲波輔助β-淀粉酶法提取青皮芒果皮中IDF，酶用量30 mg/mL、超聲時(shí)間30 min，芒果皮的IDF提取率為32.06%。李鵬沖等[21]利用纖維素酶：α-淀粉酶∶糖化酶=1∶1∶1的混合酶優(yōu)化山楂中SDF的超聲輔助提取，得率6.12%，純度91.63%，純化度較高。

2.5 酸堿浸提法

酸堿浸提法又稱化學(xué)法，是提取膳食纖維最為常見的方法。王汗鑫等[22]通過(guò)控制溶液酸堿度、提取時(shí)間及溫度等提取桑葚中SDF，發(fā)現(xiàn)桑葚中SDF提取得率最高為40.16%。邱小燕等[23]利用酒石酸提取湘西蜜橘皮中的SDF，得率為33.2%。通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)，酸堿浸提法優(yōu)點(diǎn)主要是成本低、操作簡(jiǎn)單，但是提取的膳食纖維含量較低，純度也低。若使用強(qiáng)溶劑處理原料，會(huì)導(dǎo)致原料中半纖維素?fù)p失50%～60%，纖維素?fù)p失10%～30%[24]，同時(shí)產(chǎn)生大量廢水，對(duì)環(huán)境造成污染。

2.6 發(fā)酵法 發(fā)酵法利用保加利亞桿菌、嗜熱鏈球菌等菌種分解多糖、蛋白質(zhì)等，有效減少雜質(zhì)，而不分解膳食纖維的特點(diǎn)來(lái)制取膳食纖維。杜斌等[25]利用乳酸菌發(fā)酵法提取藍(lán)莓果渣中可溶性膳食纖維，得率達(dá)15.92%。得到的膳食纖維膨脹力、持水力以及對(duì)油脂、葡萄糖以及亞硝酸鹽的吸附能力均比原果渣有所提高。發(fā)酵法雖然需要較長(zhǎng)的發(fā)酵時(shí)間，但是無(wú)須添加相應(yīng)的酸堿試劑，提取的膳食纖維在純度、色澤方便比酸堿提取法更優(yōu)，在提高產(chǎn)率上占較大優(yōu)勢(shì)，具有較大發(fā)展前景。

3 水果皮渣膳食纖維在食品領(lǐng)域應(yīng)用

膳食纖維早在1965年就已經(jīng)在食品中嶄露頭角，直到20世紀(jì)90年代才得到大量食品加工企業(yè)的關(guān)注[26]。研究發(fā)現(xiàn)，將膳食纖維添加到食品中，可以改善食品的風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)，增加食品適口性[27]。同時(shí)，膳食纖維還可以改善食品的營(yíng)養(yǎng)成分，增加飽腹感，替代糖成分加入食品中降低食品能量[28]。

3.1 在面食中的應(yīng)用 在面食中添加膳食纖維能有效改善食品的彈性，增加食品的保水性，防止食品儲(chǔ)存期變質(zhì)[27]。孫歡歡等[29]將大棗膳食纖維添加到面粉中制成大棗膳食纖維面條，這種面條不僅具有淡淡的大棗香味，而且色澤較好，韌性、黏性適當(dāng)，適口性良好。

3.2 在肉制品中的應(yīng)用 將膳食纖維添加到肉制品中可以提高肉制品的持水性，從而提高肉制品的烹飪質(zhì)量、提升產(chǎn)品質(zhì)地、提高健康性[30-31]。張海濤[32]將梨渣膳食纖維添加到肉中制成香腸，添加5.0%膳食纖維的香腸口感細(xì)膩多汁，且咀嚼性能良好。薛山等[33]將蜜柚白瓤TDF與兔肉結(jié)合制成兔肉丸。添加6.16%蜜柚白瓤IDF，兔肉丸質(zhì)構(gòu)綜合評(píng)分為0.947±0.050，有彈性且入口咀嚼有勁道，適口性良好。

3.3 在乳制品中的應(yīng)用 在酸奶中添加膳食纖維能促進(jìn)酸奶的發(fā)酵，減緩乳清析出，從而改善酸奶的風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)，還能改善食用者的腸道功能、防止便秘等。樊柳[34]將葡萄皮渣中提取的水溶性膳食纖維添加到酸奶中，膳食纖維添加量為3.0%，制得的酸奶在口感、風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)等方面的綜合感官評(píng)分為94.5分，提升酸奶功能性作用的同時(shí)保持了酸奶的適口性。

3.4 在烘焙制品中的應(yīng)用

研究發(fā)現(xiàn)柚皮總膳食纖維在放大10 000倍是呈多孔珊瑚裝結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)疏松，便于其與水分結(jié)合，使水分滯留在空隙之中，將其添加到烘焙食品中可以提高食品的適口性和感官喜好性[35]。有學(xué)者將白葡萄釀酒副產(chǎn)物（主要成分是膳食纖維）添加到餅干中，發(fā)現(xiàn)添加白葡萄釀酒副產(chǎn)物的面團(tuán)吸水性、硬度均降低，同時(shí)面團(tuán)的亮度、黃度均有所下降，添加10%的葡萄釀酒副產(chǎn)物可以使餅干的總膳食纖維增加大約88%[36]。時(shí)志軍等[37]將從藍(lán)莓渣中提取的膳食纖維添加到面粉中，制成藍(lán)莓渣膳食纖維面包，添加2.5%藍(lán)莓渣粉制成的藍(lán)莓渣面包不僅提升了面包的功能性作用，還增加了風(fēng)味。

3.5 在保健品中的應(yīng)用 由于膳食纖維獨(dú)特的功能特性，常被添加到預(yù)防糖尿病的保健食品中，用來(lái)調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)，調(diào)控血糖升高速率。專家認(rèn)為，開發(fā)多種多樣的膳食纖維保健食品會(huì)使居民的膳食結(jié)構(gòu)更加均衡[38]。劉維汐等[39]將從沙棘果渣中提取的膳食纖維制備成沙棘膳食纖維咀嚼片，不僅口感細(xì)膩酸甜可口，還具備潤(rùn)腸通便、促進(jìn)消化的功效。

3.6 在可食用包裝中的應(yīng)用

可食用包裝材料一般以各種糧食、果蔬為原材料，添加適當(dāng)?shù)哪z類物質(zhì)增加其黏彈性，經(jīng)過(guò)壓制而做成?？墒秤帽∧ひ话阌啥嗵?、蛋白質(zhì)、脂類等復(fù)合制作而成，該膜能防止氣體、溶質(zhì)等的遷移，延長(zhǎng)儲(chǔ)藏期[40]。王莉[41]以棗渣膳食纖維為主要材料制備可食用托盒，棗渣∶水的比值為3∶2時(shí)制得的托盒可以承受的壓力為1.622 kg，含水量為3.27%，該含水量小于餅干的最大含水量，因此可以用于制作餅干托盒，這不僅解決了食品的內(nèi)包裝問(wèn)題，而且為消費(fèi)者提供了營(yíng)養(yǎng)健康，同時(shí)解決了包裝材料難以回收、難以降解污染環(huán)境、污染水質(zhì)土壤等難題。

4 展望

我國(guó)不僅是水果的產(chǎn)出大國(guó)，也是消費(fèi)大國(guó)。隨著水果深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，水果渣皮也逐年增加，而膳食纖維廣泛存在于水果渣皮中，因其特殊的營(yíng)養(yǎng)功能特性而受到食品領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，現(xiàn)在也正應(yīng)用于多種食品的加工生產(chǎn)中。目前，我國(guó)的膳食纖維種類較少，主要從水果、蔬菜中提取，從水果渣皮中提取膳食纖維并進(jìn)行應(yīng)用，具有積極的社會(huì)意義。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的開發(fā)利用現(xiàn)狀，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：①進(jìn)一步優(yōu)化水果渣皮中膳食纖維的提取工藝，探索有利于規(guī)模化生產(chǎn)且環(huán)境友好型的提取方法，提高膳食纖維的得率、純度，降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)污染;②深化膳食纖維的功能特性研究，探究其與食品中相關(guān)組分的相互作用機(jī)制，闡明其預(yù)防糖尿病、心腦血管疾病及結(jié)腸癌等疾病的作用機(jī)理，提高其生物效能;③探索水果皮渣膳食纖維的應(yīng)用范圍，加大富含膳食纖維保健品及可食用包裝的研發(fā)力度，改善居民亞健康狀態(tài)，減少白色污染，推動(dòng)低碳食品產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，助力我國(guó)在2060年以前實(shí)現(xiàn)碳中和。

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