無(wú)籽刺梨渣膳食纖維的羧甲基化改性及性質(zhì)

蘇靖程，李 晗，范方宇

（西南林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，云南昆明 650224）

無(wú)籽刺梨（Rosa sterilis）為薔薇科薔薇屬落葉灌木植物，具有重要的藥用價(jià)值與食用價(jià)值，含豐富的黃酮、維生素C、超氧化物歧化酶等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1-2]。但無(wú)籽刺梨加工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生40%～50%的果渣，大部分果渣被當(dāng)作廢棄物丟棄，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，如何利用無(wú)籽刺梨殘?jiān)菬o(wú)籽刺梨加工產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重要課題。無(wú)籽刺梨殘?jiān)械纳攀忱w維（Dietary Fiber，DF）含量高，在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價(jià)值，可降低機(jī)體低密度脂蛋白膽固醇含量[3]。高活性DF 更活躍，在功能性質(zhì)方面有更好的應(yīng)用，攝入高活性DF 對(duì)肥胖癥、高血壓、高血脂等疾病有預(yù)防和治療作用[4]。目前傳統(tǒng)方法提取的DF 活性不高，因此本文采用化學(xué)改性中的羧甲基化修飾增強(qiáng)DF 活性，以提高膳食纖維生物活性使其應(yīng)用范圍更廣，其中，化學(xué)改性引入基團(tuán)修飾DF 結(jié)構(gòu)，改善DF 性能，以及能提高生物活性的優(yōu)點(diǎn)使其成為研究熱點(diǎn)。羧甲基化修飾是將DF 置于堿性環(huán)境發(fā)生溶脹，再與一氯乙酸發(fā)生醚化反應(yīng)，將羧甲基基團(tuán)引入DF 的一種分子修飾方法，該法能有效改善DF的生物活性[5]。

不同比例的可溶/不溶性膳食纖維也優(yōu)于單獨(dú)成分，如曾榮妹等[6]報(bào)道了刺梨中SDF 含量約為IDF的1/2。而研究普遍認(rèn)為，可溶性膳食纖維（Soluble Dietary Fiber，SDF）與不溶性膳食纖維（Insoluble Dietary Fiber，IDF）混合后，SDF/IDF 比值接近1:2的總膳食纖維（Total Dietary Fiber，TDF）可作為良好的功能性食品添加劑使用?；瘜W(xué)改性DF 在原有基礎(chǔ)上各項(xiàng)性質(zhì)均有提高，混合后的羧甲基膳食纖維預(yù)期可以獲得良好的性能，目前尚未見(jiàn)此方面的研究。

基于此，本研究以無(wú)籽刺梨殘?jiān)鼮樵现苽淞唆燃谆扇苄陨攀忱w維（Carboxymethylation Soluble Dietary Fiber，CSDF）和羧甲基化不溶性膳食纖維（Carboxymethylation Insoluble Dietary Fiber，CIDF），并將CSDF 與CIDF 按照不同比例混合，研究改性前后與改性后不同混合比例性能差異，旨在為無(wú)籽刺梨渣膳食纖維功能化提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

無(wú)籽刺梨 產(chǎn)自云南昆明阿子營(yíng)；無(wú)水乙醇、亞硝酸鈉 天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉、冰醋酸、鹽酸、硫酸 云南楊林工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)汕滇藥業(yè)有限公司；葡萄糖 天津市鼎盛鑫化工有限公司；以上試劑均為分析純。

UV-2600 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本島津儀器有限公司；5804R 型臺(tái)式冷凍離心機(jī) 德國(guó)艾本德股份公司；Brookfield 型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì) 美國(guó)博勒菲公司；TM-3000 型掃描電鏡 日本日立高新技術(shù)公司；IR Prestige-21 型傅立葉變換紅外光譜儀 日本島津儀器公司；200F3 型差示掃描量熱儀 德國(guó)耐馳儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維制備 參考李晗等[7]方法制備無(wú)籽刺梨可溶性膳食纖維（Rosa sterilisSoluble Dietary Fiber，RSDF）和無(wú)籽刺梨不溶性膳食纖維（Rosa sterilisInsoluble Dietary Fiber，RIDF）。

1.2.2 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維羧甲基化改性條件 參照文獻(xiàn)[8]制備羧甲基化無(wú)籽刺梨可溶/不溶性膳食纖維，略有修改。其中CSDF 羧甲基化改性工藝條件：乙醇濃度55%、NaOH 濃度15%、堿化時(shí)間80 min、一氯乙酸濃度10%、醚化溫度60 ℃、醚化時(shí)間2.5 h，其取代度為0.60±0.02；CIDF 羧甲基化改性工藝條件：乙醇濃度35%、NaOH 濃度20%、堿化時(shí)間60 min、一氯乙酸濃度25%、醚化溫度80 ℃、醚化時(shí)間2.5 h，取代度為0.53±0.02。

1.2.3 羧甲基取代度測(cè)定 參照江連洲等[9]方法測(cè)定。稱(chēng)取0.300 g 羧甲基化樣品于150 mL 錐形瓶，加入2 mol/L 的HCl 溶液50 mL，37 ℃、120 r/min振蕩3 h 后過(guò)濾。70%甲醇溶液洗滌至無(wú)Cl-離子（滴加AgNO3檢測(cè)濾液）。將樣品溶于50 mL 0.5 mol/L的NaOH 溶液，沸水浴至溶液變透明，加入兩滴酚酞（10 g/L）為指示劑后，立即用0.1 mol/L HCl 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余NaOH，紅色剛好褪去為滴定終點(diǎn)，按式（1）和式（2）計(jì)算羧甲基取代度：

式中：DS為樣品羧甲基取代度；X 為每克羧甲基膳食纖維所需HCl 摩爾數(shù)；CNaOH為NaOH 溶液濃度，0.5 mol/L；VNaOH為NaOH 溶液體積，50 mL；CHCl為HCl 溶液濃度，0.1 mol/L；VHCl為滴定用HCl溶液體積，mL。

1.2.4 理化性質(zhì)測(cè)定 對(duì)RSDF、RIDF、CSDF、CIDF、RTDF1/2、 CTDF1/1、 CTDF1/2、 CTDF1/3、 CTDF1/4、CTDF1/5理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)表征進(jìn)行測(cè)定和對(duì)比分析。其中RTDF1/2指可溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維的混合物，CTDF1/2為羧甲基化可溶/不溶性膳食纖維的混合物，下標(biāo)為兩者的比例1:2。

1.2.4.1 膨脹力 參照Rodríguez-Gutiérre 等[10]方法測(cè)定。取0.300 g（m1）樣品于10 mL 量筒中，讀取體積V1，加入8 mL 蒸餾水，振蕩均勻，室溫靜置12 h，讀取樣品自由膨脹體積V2。按公式（3）計(jì)算膨脹力。

1.2.4.2 持水力/持油力 參照Z(yǔ)hang 等[11]方法測(cè)定。取0.300 g（m1）樣品于50 mL 離心管中，加入8 mL蒸餾水/植物油，振蕩，室溫靜置12 h，5000 r/min 離心10 min，棄上清液/上層油，稱(chēng)取剩余殘?jiān)|(zhì)量（m2）。按式（4）計(jì)算持水力/持油力。

1.2.4.3 溶解性 參照Cheng 等[12]方法測(cè)定。取0.300 g（m1）樣品于100 mL 燒杯中，加入30 mL 蒸餾水，攪拌，75 ℃水浴1 h，5500 r/min 離心15 min，收集上清液，105 ℃烘箱干燥至恒重，稱(chēng)取殘留物質(zhì)量（m3）。按式（5）計(jì)算溶解性。

1.2.4.4 黏度 稱(chēng)取一定量樣品，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的懸濁液，1500 r/min，25 ℃攪拌1 h 后用旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)測(cè)定黏度。

1.2.4.5 吸濕性 參照龔衛(wèi)華等[13]方法測(cè)定。將一定量的干燥樣品置于恒重的稱(chēng)量皿中，稱(chēng)重（m4），放入溫度25 ℃、相對(duì)濕度75%的恒溫培養(yǎng)箱中，每隔1 h 對(duì)樣品（m5）進(jìn)行稱(chēng)重。按公式（6）計(jì)算吸濕率。

參照陶建明等[14]方法，對(duì)樣品吸濕率進(jìn)行二項(xiàng)式回歸擬合得吸濕方程式（7）。對(duì)方程進(jìn)行一階求導(dǎo)得吸濕速率方程式（8）。初始吸濕速率r（0）=b；r=0 時(shí)達(dá)到吸濕平衡，由式（8）得吸濕平衡時(shí)間，由式（7）得最大平衡吸濕率。

式中：W 為吸濕率，%；t 為時(shí)間，h；r 為t 時(shí)刻的吸濕速率，g/h；a、b、c 為吸濕常數(shù)。

1.2.4.6 陽(yáng)離子交換力 參照齊慧等[15]方法測(cè)定。稱(chēng)取0.500 g（m）樣品于150 mL 錐形瓶中，加入0.1 mol/L的HCl 溶液20 mL，混勻，4 ℃環(huán)境靜置過(guò)夜。用0.2 mol/L 的NaOH 溶液（V3）滴定，同時(shí)做試劑空白（V0）。記錄滴定時(shí)溶液pH 隨NaOH 溶液體積消耗產(chǎn)生的變化，作VNaOH–pH 關(guān)系圖。按式（9）計(jì)算陽(yáng)離子交換力。

1.2.4.7 亞硝酸鹽吸附力 參照GB 5009.33-2016《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測(cè)定》中分光光度法測(cè)定，略有修改。稱(chēng)取0.400 g 樣品于150 mL 錐形瓶中，加入200 μg/mL 的NaNO2溶液50 mL。以1 mol/L的HCl 和0.1 mol/L 的NaOH 分 別 調(diào)pH 至2.0 和7.0（模擬胃環(huán)境與小腸環(huán)境），混勻。37 ℃、120 r/min振蕩吸附120 min，過(guò)濾。取0.1 mL 濾液于具塞刻度試管中，加入1 mL 的0.4%對(duì)氨基苯磺酸溶液，混勻，靜置5 min 后加入0.2%的鹽酸萘乙二胺溶液0.5 mL，加蒸餾水至刻度，混勻，靜置15 min。波長(zhǎng)538 nm 處測(cè)吸光度，由標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0278x+0.0021，R2=0.9997，吸光值為縱坐標(biāo)，NO2-含量（mg）為橫坐標(biāo)計(jì)算NO2-含量，按式（10）計(jì)算NO2-吸附力[12]。

1.2.4.8 葡萄糖吸附力 采用蒽酮比色法[16]測(cè)定。稱(chēng)取0.500 g 樣品于150 mL 錐形瓶中，加入1 mg/mL的葡萄糖溶液50 mL，混勻。37 ℃、120 r/min 振蕩吸附6 h，過(guò)濾。取0.1 mL 濾液于具塞刻度試管中，加蒸餾水至2 mL，混勻后加入6 mL 蒽酮-硫酸溶液（0.100 g 蒽酮用80%硫酸溶解，并定容至100 mL棕色瓶），混勻，沸水浴15 min，冷卻至室溫。波長(zhǎng)625 nm 處測(cè)定吸光度，由標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0052x–0.0101，R2=0.9998。吸光值為縱坐標(biāo)，葡萄糖含量（mg）為橫坐標(biāo)計(jì)算得濾液中葡萄糖含量。按公式（11）計(jì)算葡萄糖吸附力。

1.2.5 結(jié)構(gòu)表征

1.2.5.1 傅里葉紅外光譜（Fourier Transform Infrared，F(xiàn)TIR）分析 采用溴化鉀壓片法[9]，掃描范圍4000～500 cm-1。

1.2.5.2 掃描電鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）分析 采用掃描電鏡對(duì)樣品的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，用5000 倍放大的15.0 kV 加速電壓對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.5.3 差示掃描量熱法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）分析 參考龔衛(wèi)華等[13]方法，稱(chēng)取5～10 mg 樣品于鋁制坩堝中，以空坩堝為空白對(duì)照，掃描溫度范圍35～250 °C，升溫速度10 °C/min，氮?dú)饬魉?0 mL/min。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果以（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）表示。采用軟件SPSS 20.0 進(jìn)行Tukey 顯著性檢驗(yàn)，軟件Origin 2018 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 羧甲基化無(wú)籽刺梨渣膳食纖維性質(zhì)

由表1可知，CSDF 的膨脹力、持水力、持油力較改性前分別顯著提高了8.15、4.74、0.69 倍（P＜0.05），CIDF 則分別顯著提高了14.64、4.75、0.82 倍（P＜0.05）。與Park 等[17]報(bào)道相符，這與羧甲基親水功能有關(guān)，膨脹力、持水力、持油力的提高可改善膳食纖維功能性質(zhì)。RSDF、CSDF 溶解性無(wú)顯著性差別（P＞0.05），因?yàn)楦男郧叭芙庑砸呀?jīng)很高，羧甲基化對(duì)溶解性無(wú)影響；RIDF 羧甲基化后溶解性提高了1.25 倍（P＜0.05），與這是由于羧甲基化過(guò)程中，不溶性的部分多糖通過(guò)醚化作用，親水性得到改善，提高了溶解性[11,18]。隨CSDF/CIDF 混合比例增加，CTDF膨脹力、持水力、持油力均為先增大后減小。CTDF1/2膨脹力、持水力最高，但與CTDF1/3相比僅高了3.48%（P＞0.05）、5.89%（P＜0.05）。持油力越高，其油脂、膽固醇、膽酸鹽吸附力越好，表中CTDF1/4持油力最高，為4.85±0.14 g/g，但與CTDF1/3相差不大（P＞0.05）；與CTDF1/3相比時(shí)溶解性和黏度均下降。要使膳食纖維的功能特性得到綜合利用，CSDF/CIDF 混合比例為1:2、1:3 時(shí)效果較好。

表1 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的性質(zhì)Table 1 Properties of Rosa sterilis pomace dietary fiber before and after carboxymethylation modification

2.2 羧甲基化無(wú)籽刺梨渣膳食纖維吸濕性

圖1、表2 分別為無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的吸濕曲線和吸濕特性。圖1 可見(jiàn)，隨時(shí)間增加，改性前后的膳食纖維吸濕率均呈先增加后趨于平衡，吸濕速率則隨時(shí)間增加逐漸減小。圖1（a）中經(jīng)羧甲基化改性后的CSDF、CIDF 吸濕率均得到不同程度的提高。這是因羧甲基化過(guò)程引入了親水基團(tuán)，樣品更容易與空氣中的水分子結(jié)合，增大了吸濕率[19]。

圖1 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的吸濕率Fig.1 Hygroscopic curve of Rosa sterilis pomace dietary fiber before and after carboxymethylation modification

表2可知，CSDF、CIDF 初始吸濕速率分別為2.58、1.77 g/h，較RSDF、RIDF 分別提高了1 倍、1.39倍。根據(jù)陶建明等[14]報(bào)道，吸濕率能直接影響膳食纖維在環(huán)境中的吸潮性能，對(duì)功能性質(zhì)及存放時(shí)間造成影響。CTDF 初始吸濕速率、吸濕平衡時(shí)間和最大吸濕率隨CSDF/CIDF 比例增加而逐漸減小。與CTDF1/1相比，CSDF/CIDF 比例1:2～1:5 時(shí)，最大吸濕率分別降低了3.43%、5.36%、7.03%、8.70%。表明吸濕率與CSDF 含量有關(guān)。CSDF 含量減少，能與水分子結(jié)合的極性基團(tuán)數(shù)量減少，導(dǎo)致吸濕率下降。

表2 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的吸濕特性Table 2 Hygroscopic properties of Rosa sterilis pomace dietary fiber before and after carboxymethylation modification

2.3 羧甲基化無(wú)籽刺梨渣膳食纖維陽(yáng)離子交換性質(zhì)

圖2為VNaOH–pH 關(guān)系圖，圖3 為無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后陽(yáng)離子交換力。圖2（a）中，pH 達(dá)到12 后，變化趨于平衡。此時(shí)CSDF、CIDF 陽(yáng)離子交換力分別為1.00、0.79 mmol/g，較改性前分別提高了0.25 倍、0.98 倍。Zhang 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，羧基和羥基酚基是影響陽(yáng)離子交換力的主要官能團(tuán)，能與Na+、K+、Ca2+等發(fā)生可逆交換，起到降血壓的作用。膳食纖維具有較強(qiáng)的陽(yáng)離子交換功能，能與腸道中的Na+和K+進(jìn)行交換，促進(jìn)其從尿液和糞便中排出，從而降低血液中的Na+/K+，產(chǎn)生降血壓效果。因此，羧甲基含量增加，CSDF、CIDF 的陽(yáng)離子交換力增強(qiáng)，降血壓能力得以提高。

圖2 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的陽(yáng)離子交換力VNaOH–pH 關(guān)系圖Fig.2 VNaOH – pH relationship between cation exchange capacity of Rosa sterilis pomace dietary fiber before and after carboxymethylation modification

圖3 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的陽(yáng)離子交換力Fig.3 Cation exchange capacity of Rosa sterilis pomace dietary fiber before and after carboxymethylation modification

圖2與圖3 可見(jiàn)，隨NaOH 體積增加，CSDF、CIDF、CTDF1/1～1/5的pH 上升速度分別低于RSDF、RIDF、RTDF1/2。CSDF/CIDF 混合比例增加至1:3時(shí)，陽(yáng)離子交換力最大，為1.20 mmol/g，比CTDF1/2高了20%。表明CSDF/CIDF 混合比例1:3 時(shí)，陽(yáng)離子交換力最好。

2.4 羧甲基化無(wú)籽刺梨渣膳食纖維亞硝酸鹽吸附性

圖4為無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的NO2-吸附力。據(jù)Song 等[20]報(bào)道，膳食纖維的攝入能吸附人體內(nèi)NO2-，防止過(guò)量NO2-損傷人體機(jī)能。圖4可見(jiàn)，模擬胃腸環(huán)境中，CSDF、CIDF 的NO2-吸附力均增強(qiáng)。CSDF、CIDF 在胃中的NO2-吸附力分別為22.33±0.13、20.31±0.12 mg/g，較改性前分別顯著提高了11.09%、12.27%（P＜0.05）；CSDF、CIDF 在腸中的NO2-吸附力分別為8.03±0.14、7.28±0.14 mg/g，較改性前分別顯著提高了56.84%、68.52%（P＜0.05），腸環(huán)境NO2-吸附力低于胃，這與Zheng 等[21]的研究結(jié)果類(lèi)似。這是因腸環(huán)境中pH 高于胃環(huán)境，膳食纖維表面負(fù)電荷密度更多，與NO2-排斥反應(yīng)增大。改性后的膳食纖維較改性前具有結(jié)構(gòu)蓬松，孔隙更大和更多的羧甲基基團(tuán)[12]，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)增強(qiáng)了CSDF、CIDF 與NO2-之間的作用，提高對(duì)NO2-吸附量。圖4（b）可見(jiàn)，隨CSDF/CIDF 混合比例增加至1:3，胃腸環(huán)境中CTDF 對(duì)NO2-的吸附力增加；比例高于1:3 后，吸附力顯著下降（P＜0.05）。CTDF1/3的NO2-吸附力最高（P＜0.05），胃中為23.62±0.15 mg/g，腸中為10.08±0.22 mg/g。表明CSDF/CIDF 混合比例1:3時(shí)，對(duì)NO2-吸附力最好。

圖4 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的亞硝酸鹽吸附力Fig.4 Nitrite adsorption capacity of Rosa sterilis pomace dietary fiber before and after carboxymethylation modification

2.5 羧甲基化無(wú)籽刺梨渣膳食纖維葡萄糖吸附性

圖5為無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的葡萄糖吸附力比較。據(jù)Luo 等[22]報(bào)道，膳食纖維對(duì)葡萄糖的吸附可有效控制餐后體內(nèi)血糖水平，間接調(diào)控機(jī)體脂質(zhì)代謝過(guò)程，對(duì)預(yù)防和輔助治療糖尿病具有一定作用。據(jù)林良美[16]研究，SDF 與水溶后形成黏膜，延緩小腸對(duì)食物中營(yíng)養(yǎng)成分的吸收速率從而有效降低餐后血糖；IDF 則利用其特殊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)吸附葡萄糖，降低葡萄糖被小腸消化吸收的速度，達(dá)到降低血糖的目的，但效果不及SDF；而TDF 中包括了SDF 和IDF所具備的功能力，因而CTDF1/3的吸附葡萄糖的能力最好。圖5 可見(jiàn)，CSDF、CIDF 葡萄糖吸附力較改性前顯著提高（P＜0.05），幾種混合比例的CTDF 吸附力均顯著高于RTDF1/2（P＜0.05）。表明羧甲基的引入增強(qiáng)了膳食纖維對(duì)葡萄糖吸附力。此外，隨CSDF/CIDF 混合比例增加至1:3，葡萄糖吸附力顯著增加（P＜0.05），為52.54±0.51 mg/g；其次是CTDF1/2，為47.59±0.80 mg/g，較CTDF1/3顯著降低了9.42%（P＜0.05）?；旌媳壤煌?，樣品結(jié)構(gòu)有差異，對(duì)吸附力的影響也不同。CSDF/CIDF 混合比例1:3 時(shí)，葡萄糖吸附力最好。

圖5 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的葡萄糖吸附力Fig.5 Glucose adsorption capacity of Rosa sterilis pomace dietary fiber before and after carboxymethylation modification

2.6 FTIR 分析

圖6為無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的紅外光譜圖。圖6（a）可見(jiàn)，3426 cm-1處表現(xiàn)出較寬的拉伸強(qiáng)烈特征峰，與N-H 或O-H 的伸縮振動(dòng)有關(guān)[23]，CSDF、CIDF 在3426 cm-1處峰的強(qiáng)度分別高于RSDF、RIDF，表明CSDF 和CIDF 中-OH 含量更多。2921 cm-1處是由C-H 伸縮振動(dòng)引起的吸收峰，RIDF、CIDF 在此處的峰強(qiáng)分別略高于RSDF、CSDF，這是因?yàn)镽IDF、CIDF 中含有較多木質(zhì)素、纖維素[24]。1614 cm-1附近為羧甲基中C=O 的非對(duì)稱(chēng)振動(dòng)吸收峰，1415 cm-1處為C=O 的對(duì)稱(chēng)振動(dòng)吸收峰，1323 cm-1處為O-H的面內(nèi)變角振動(dòng)吸收峰[25]。這幾個(gè)峰是羧甲基的特征吸收峰，圖6（a）中，CSDF、CIDF 在這幾個(gè)峰的強(qiáng)度明顯增大，表明羧甲基基團(tuán)被成功引入，CSDF、CIDF 羧甲基化成功。圖6（b）可見(jiàn)，CSDF/CIDF混合比例不同，羧甲基特征吸收峰強(qiáng)度也有所不同。1614 cm-1處峰強(qiáng)度大小為CTDF1/2＞CTDF1/3＞CTDF1/4＞CTDF1/1＞CTDF1/5，表明了混合膳食纖維羧甲基取代度的大小。

圖6 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的紅外光譜圖Fig.6 Infrared spectra of Rosa sterilis pomace dietary fiber before and after carboxymethylation modification

2.7 SEM 分析

圖7（a）、圖7（b）、圖7（e）可見(jiàn)，RSDF、RIDF、RTDF1/2結(jié)構(gòu)緊密，表面較為平整，呈塊狀分布，顆粒較少。而CSDF、CIDF 經(jīng)羧甲基化改性后，其形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)變疏松，孔隙變大；表面粗糙且觀察到有大量褶皺和片狀物質(zhì)。羧甲基引入CSDF、CIDF 內(nèi)部的堿化過(guò)程中，纖維素和半纖維素被破壞，引起表觀形態(tài)發(fā)生的變化[26]。圖7（e）～圖7（j）可見(jiàn)，CSDF/CIDF混合比例1:2～1:4 時(shí)，CTDF 表面的褶皺、孔洞和片狀物質(zhì)更多，結(jié)構(gòu)完整性被破壞，物質(zhì)本身孔隙增加，表面積增大，利于吸附，對(duì)樣品活性和性能產(chǎn)生積極影響[27]。

2.8 DSC 分析

圖8（a）可見(jiàn)，經(jīng)羧甲基化改性的膳食纖維貯藏穩(wěn)定性更好。CSDF 熱溶解溫度較RSDF 提高了3.52%，為147 ℃；CIDF 熱溶解溫度較RIDF 提高了51.43%，為159 ℃，表明羧甲基的引入提高了熱穩(wěn)定性。這是因?yàn)镃SDF、CIDF 中游離的羥基被羧甲基取代[23]，引入羧甲基基團(tuán)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，這與DSC 分析結(jié)果相符。圖8（b）可見(jiàn)，RTDF1/2、CTDF1/2的熱溶解溫度分別為123 和140 ℃，CTDF1/2比RTDF1/2提高了13.82%。此外，CSDF/CIDF 混合比例為1:1～1:3 時(shí)，CTDF 熱溶解溫度隨混合比例的增加逐漸升高；混合比例1:3 時(shí)，CTDF1/3熱溶解溫度達(dá)到最高，為145 ℃。與CTDF1/3相比，CTDF1/4和CTDF1/5熱溶解溫度分別降低了12.41%、16.55%。推測(cè)這是因CSDF、CIDF 本身組成結(jié)構(gòu)不同，CSDF 包括了羧甲基化后果膠、寡糖、可溶性半纖維素等物質(zhì)，CIDF包括羧甲基后的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等物質(zhì)，所以各自發(fā)揮的功能存在差異，CSDF/CIDF 按不同比例混合時(shí)，對(duì)兩者產(chǎn)生的協(xié)同作用有一定影響，隨著CIDF 量的增加，CSDF 占比逐漸減小，致使熱溶解溫度在CSDF/CIDF 比例高于1:3 后降低，該現(xiàn)象說(shuō)明CTDF1/3熱穩(wěn)定性最強(qiáng)，貯藏穩(wěn)定性及應(yīng)用范圍更好。

圖8 無(wú)籽刺梨渣膳食纖維改性前后的DSC 曲線Fig.8 DSC curves of Rosa sterilis pomace dietary fiber before and after carboxymethylation modification

3 結(jié)論

通過(guò)羧甲基法對(duì)RSDF 與RIDF 改性，研究改性前后及CTDF 以1:1～1:5 混合比例的性質(zhì)，主要結(jié)論如下：

a.對(duì)比改性前，CSDF、CIDF 膨脹力、持水力、持油力、溶解性、黏度、吸濕性均顯著提高（P＜0.05）。改性后CSDF、CIDF 陽(yáng)離子交換力提高了1.25 倍、1.98 倍。CSDF、CIDF 對(duì)NO2-的吸附力在胃中顯著提高了11.09%、12.27%（P＜0.05）；在腸環(huán)境中對(duì)NO2-的吸附力較改性前顯著提高了56.84%、68.52%（P＜0.05）。CSDF、CIDF 葡萄糖吸附力較改性前顯著提高了65.28%、115.55%（P＜0.05）。由FTIR 分析可知CSDF、CIDF 羧甲基化成功，COO—基團(tuán)被成功引入；SEM 分析可見(jiàn)，羧甲基化后，改性后兩種膳食纖維均呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)、表面粗糙；由DSC可知CSDF、CIDF 熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。綜上，羧甲基化改性能有效改善膳食纖維的理化性質(zhì)與功能特性。

b.由CTDF 混合比例的研究可知，混合比例1:3時(shí)發(fā)揮的功能作用更好。此時(shí)，CTDF1/3取代度為0.53±0.02，吸濕率為10.77%。CTDF1/3陽(yáng)離子交換力和葡萄糖吸附力均最高（P＜0.05）。CTDF1/3的NO2-吸附力在胃環(huán)境與腸環(huán)境中皆為最高（P＜0.05）。由FTIR 分析可知，CTDF1/3在紅外光譜中羧甲基特征峰最為明顯，SEM 分析可見(jiàn)，CTDF1/3結(jié)構(gòu)疏松多孔，有利于吸附的進(jìn)行，由DSC可知CTDF1/3熱溶解溫度最高，為145 °C，具有較好的熱穩(wěn)定性。綜上，要綜合發(fā)揮改性后混合膳食纖維的功能作用，CSDF/CIDF 混合比例1:3 時(shí)CTDF 功能作用能得到最大程度的發(fā)揮和利用。