陶姝穎，郭曉暉，令 博，明 建,2,3,*

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.西南大學(xué) 國(guó)家食品科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，重慶 400715；3.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715)

改性葡萄皮渣膳食纖維的理化特性和結(jié)構(gòu)

陶姝穎1，郭曉暉1，令 博1，明 建1,2,3,*

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.西南大學(xué) 國(guó)家食品科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，重慶 400715；3.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715)

以釀酒葡萄皮渣為原料，并以葡萄皮渣中的膳食纖維為研究對(duì)象，采用超微粉碎和擠壓超微粉碎技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改性處理。通過(guò)測(cè)定改性前后葡萄皮渣膳食纖維的組成、物化性質(zhì)及纖維顆粒的形貌結(jié)構(gòu)變化，研究不同處理對(duì)膳食纖維的改性效果。結(jié)果表明：兩種改性處理均能有效增加葡萄皮渣膳食纖維中水溶性纖維的含量，并使其理化性質(zhì)發(fā)生顯著改變。其中超微粉碎處理有助于增強(qiáng)膳食纖維的陽(yáng)離子交換能力與抗氧化活性，而擠壓超微粉碎處理則有利于提高纖維的持水力、膨脹力及陽(yáng)離子交換能力，但其抗氧化活性則顯著降低。形貌結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示，改性后纖維顆粒的粒度急劇減小，但其主要成分及化學(xué)結(jié)構(gòu)基本未受影響。

葡萄皮渣；膳食纖維；改性；理化性質(zhì)；形貌結(jié)構(gòu)；抗氧化活性

葡萄皮渣(grape pomace，GP)是在葡萄酒釀制過(guò)程中產(chǎn)生的一種以葡萄果皮、籽粒和果梗為主要成分的廢棄物，約占葡萄加工質(zhì)量的20%左右[1]。根據(jù)國(guó)際葡萄與葡萄酒組織(OIV)統(tǒng)計(jì)，截止2007年世界葡萄種植面積已達(dá)787.1萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量約6000萬(wàn)t，葡萄酒總產(chǎn)量約2700萬(wàn)t，每年因釀制葡萄酒而產(chǎn)生的葡萄皮渣廢棄物達(dá)數(shù)以萬(wàn)t[2]。大量研究顯示葡萄皮渣中富含膳食纖維、多酚類和天然色素等植物營(yíng)養(yǎng)成分，是一種優(yōu)質(zhì)的抗氧化膳食纖維資源，如能對(duì)其進(jìn)行精深加工和綜合利用，則可大大提升其附加值，并能避免因堆棄造成的環(huán)境污染[3-4]。然而，普通粉碎后的葡萄皮渣纖維粉顆粒較大、口感粗糙，不利于在食品生產(chǎn)過(guò)程中加以利用。因此，對(duì)葡萄皮渣纖維進(jìn)行物理或化學(xué)改性，使其在滿足食品加工需要的前提下提高功能特性，具有重要的研究意義。

目前膳食纖維的改性研究中超微粉碎與擠壓膨化技術(shù)已被廣泛采用，其中，超微粉碎有利于植物細(xì)胞壁破碎并能使纖維部分降解，而擠壓膨化能提高水溶性膳食纖維的含量，增加纖維的溶解性。因此，改性后的膳食纖維表面積和結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，使功能特性得到改善，產(chǎn)品的口感更加細(xì)膩，加工性能得以提高，更有利于在食品中發(fā)揮其保水、增稠和抗氧化等功能特性[5-7]。本實(shí)驗(yàn)以超微粉碎處理與擠壓膨化后再進(jìn)行超微粉碎處理為改性方法，研究改性前后葡萄皮渣纖維的化學(xué)性質(zhì)，如主要成分和抗氧化活性；物理性質(zhì)，如膨脹力、持水力、持油力和陽(yáng)離子交換能力的變化。并通過(guò)觀察改性前后纖維的形態(tài)和粒徑變化，以及葡萄皮渣纖維的紅外光譜分析，評(píng)定改性效果，為葡萄皮渣纖維的改性加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葡萄皮渣：釀酒副產(chǎn)物，品種為赤霞珠，由新疆西域酒業(yè)有限公司提供。

1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、水溶性VE(Trolox)、Folin-Ciocalteu(FC)試劑 美國(guó) Sigma 公司；無(wú)水乙醇、三氯乙酸、鐵氰化鉀、Na3PO4、FeCl3、Na2CO3、NaH2PO4、沒(méi)食子酸等均為分析純 成都科龍?jiān)噭S。

1.2 儀器與設(shè)備

BFM-T6BI 型超微粉碎機(jī) 濟(jì)南倍力粉技術(shù)工程有限公司；SYSLG-30IV型雙螺桿擠壓膨化機(jī) 濟(jì)南塞百諾科技開(kāi)發(fā)有限公司；LS-POP(VI)型激光粒度分析儀 珠海歐美克儀器有限公司；JSM-5900LV型掃描電子顯微鏡日本電子株式會(huì)社；Spectrun-100型傅里葉紅外光譜儀美國(guó)PerkinElmer公司；VDRTEX-5型旋渦混合器 江蘇海門其林貝爾儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 材料的預(yù)處理

葡萄皮渣→經(jīng)水洗除雜、皮籽分離→低溫烘干(60℃)至水分約8%→粉碎機(jī)粉碎后過(guò)100目篩→葡萄皮渣纖維(grape pomace fiber，GPF)原料粉。

1.3.2 改性葡萄皮渣膳食纖維的制備

超微粉碎葡萄皮渣纖維的制備：GPF原料經(jīng)BFMT6BI型超微粉碎機(jī)在－10℃條件下超微粉碎15min，所得產(chǎn)品密封貯存于陰涼干燥處備用。

擠壓超微粉碎葡萄皮渣纖維的制備：GPF原料用雙螺桿擠壓膨化機(jī)進(jìn)行擠壓膨化處理，擠壓膨化條件[8]：原料水分含量20%、螺桿轉(zhuǎn)速130r/min、擠壓溫度140℃，擠壓樣品經(jīng)低溫干燥后采用上述超微粉碎參數(shù)再次進(jìn)行處理，所得產(chǎn)品干燥后密封貯存于陰涼干燥處備用。

1.3.3 改性前后葡萄皮渣膳食纖維基本成分測(cè)定

水分、粗蛋白、粗脂肪、淀粉、灰分：采用GB/T 5009—2008《食品衛(wèi)生檢驗(yàn)方法理化部分》的方法測(cè)定。

膳食纖維：可溶性膳食纖維(SDF)、不溶性膳食纖維(IDF)和總膳食纖維(TDF)，采用AOAC991.43的方法測(cè)定。

1.3.4 改性前后葡萄皮渣膳食纖維物化性質(zhì)的測(cè)定

1.3.4.1 膨脹力(SC)的測(cè)定

參考Chau等[9]方法并作適當(dāng)修改，具體操作：準(zhǔn)確稱取0.5g GPF樣品于15mL量筒中，記錄干樣品體積數(shù)，然后加入10mL蒸餾水，輕輕搖勻后靜置24h記錄量筒中樣品的體積數(shù)，按照式(1)計(jì)算GPF的膨脹力。

式中：V1為吸水膨脹后體積/mL；V0為干品體積/mL；m為樣品質(zhì)量/g。

1.3.4.2 持水力(WHC)的測(cè)定

參考Ruperez等[10]的方法并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，具體操作：準(zhǔn)確稱取1.00g GPF樣品置于100mL燒杯中，加入70mL蒸餾水后電磁攪拌24h，然后以3000r/min離心15min，棄去上清液后稱量樣品的質(zhì)量。按照式(2)計(jì)算持水力。

式中：m1為樣品濕質(zhì)量/g；m0為樣品干質(zhì)量/g。

1.3.4.3 持油力(OHC)的測(cè)定

方法同1.3.4.2節(jié)持水力的測(cè)定。選用市售植物油測(cè)定GPF的持油能力。

1.3.4.4 陽(yáng)離子交換能力(CEC)的測(cè)定[11]

稱取約2.00g GPF樣品置于三角瓶中，注入0.10mol/L的HCl溶液使其完全浸沒(méi)，在恒溫振蕩器上振蕩24h后使樣品完全酸化，過(guò)濾后收集濾渣用蒸餾水洗去多余的酸液，并用10g/100mL的硝酸銀檢測(cè)不含氯離子為止，然后干燥至恒質(zhì)量；稱取0.1g上述干燥后的樣品于三角瓶中，加入100mL 5g/100mL的NaCl溶液后混勻，然后以酚酞為指示劑用0.01mol/L的NaOH溶液緩慢滴定至微紅后不斷振搖，5min后不褪色視為滴定終點(diǎn)。并以蒸餾水代替鹽酸，測(cè)定空白消耗的氫氧化鈉的體積。CEC按照式(3)計(jì)算，結(jié)果以每克樣品中酸化形式樣品的毫摩爾量計(jì)。

式中：0.01為滴定用NaOH濃度/(mmol/L)；V1為滴定所消耗的NaOH體積/mL；V2為空白所消耗的NaOH體積/mL；m為滴定用酸化形式樣品的質(zhì)量/g。

1.3.5 改性前后葡萄皮渣膳食纖維的形貌特征與結(jié)構(gòu)測(cè)定

1.3.5.1 粒度分析(LPSA)

以蒸餾水為分散劑將GPF配制成2×10-2g/L的溶液，并用超聲波對(duì)GPF粉體進(jìn)行輔助分散，采用LS-POP激光粒度分析儀測(cè)定其粒度分布狀況，結(jié)果用電腦自帶粒度分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.3.5.2 超微結(jié)構(gòu)觀察(SEM)

將GPF樣品于烘箱中干燥至恒質(zhì)量后利用戊二醛將其固定，然后采用濺射鍍膜法進(jìn)行表面鍍金，對(duì)其進(jìn)行電鏡掃描觀察拍照，得到不同倍數(shù)的掃描電鏡圖片(× 500 和× 2000)。

1.3.5.3 X射線衍射分析(XRD)

在室溫下用X射線衍射儀分別對(duì)GPF樣品進(jìn)行測(cè)定，衍射參數(shù)：Cu靶，管壓：40kV，管流：100mA，掃描速率：5°/min，掃描區(qū)域：5°～70°(2θ角)，采樣步寬：0.02°/步。

1.3.5.4 紅外光譜分析(FTIR)

將GPF樣品干燥至恒質(zhì)量，每次稱取約2mg樣品于瑪瑙研缽中加入100mg干燥KBr粉末，完全研細(xì)混勻后進(jìn)行壓片處理進(jìn)行紅外光譜分析，掃描波長(zhǎng)為500～4000cm-1。

1.3.6 抗氧化活性測(cè)定

1.3.6.1 多酚類物質(zhì)溶出量的測(cè)定

葡萄皮渣中富含黃酮類、花色苷以及白藜蘆醇等多種酚類物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)改性前后葡萄皮渣纖維中總酚和花色苷的含量進(jìn)行測(cè)定。

1) 總酚(total polyphenols，TP)的提取

總酚提取參照Sayago等[12]方法進(jìn)行，準(zhǔn)確稱取GPF樣品5.00g，按料液比1:50(m/V)分別用50%的甲醇水溶液和70%的丙酮水溶液于室溫條件下振蕩浸提60min，每次浸提結(jié)束后抽濾收集上清液，合并兩次所得上清液并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至約100mL。

2) 總酚含量的測(cè)定

采用福林酚比色法[13]，以沒(méi)食子酸(gallic acid)為標(biāo)樣制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別加入5mL蒸餾水，1mL FC試劑和3mL 7.5g/100mL Na2CO3溶液，室溫避光放置90min后，在760nm波長(zhǎng)處測(cè)吸光度，得到?jīng)]食子酸質(zhì)量濃度(ρ，μg/mL)與吸光度A的回歸方程：ρ＝333.33A＋0.045 (R2＝0.9996)，用同樣的方法測(cè)定樣品中多酚含量，結(jié)果表示為每克GPF干物質(zhì)相當(dāng)于沒(méi)食子酸的量(mg)，單位為mg GAE/g。

3)花色苷含量(anthocyanin，ACY)的測(cè)定[14]

ACY的提?。簻?zhǔn)確稱取3.00g GPF樣品，按1:40(m/V)的料液比加入體積分?jǐn)?shù)為60%的酸性乙醇(用2mol/L的鹽酸調(diào)pH值至4.5)為提取液，放入恒溫水浴鍋中60℃水浴浸提60min后趁熱過(guò)濾得到花色苷提取液。

ACY含量的測(cè)定：采用pH示差法計(jì)算提取液中總花色苷含量，含量以矢車菊色素-3-葡萄糖苷的量計(jì)，并按式(4)、(5)計(jì)算：

式中：V為提取液的總體積/mL；m為取樣量/g；26900為矢車菊色素-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù)；449.2為矢車菊色素-3-葡萄糖苷的相對(duì)分子質(zhì)量。

1.3.6.2 抗氧化能力的測(cè)定

研究顯示在溶液體系中，一些與不溶性物質(zhì)(植物纖維)所結(jié)合的功能成分通過(guò)表面反應(yīng)也可發(fā)揮一定的抗氧化功效[15]。因此，實(shí)驗(yàn)針對(duì)GPF的粉體特性，通過(guò)DPPH自由基清除力和鐵氰化鉀法兩種常見(jiàn)體外抗氧化實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)GPF的總酚提取液與GPF固體粉末進(jìn)行抗氧化能力測(cè)定。

1) 清除DPPH自由基的測(cè)定[16-17]

以Trolox為標(biāo)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別吸取Trolox標(biāo)準(zhǔn)梯度液各1mL、1mL H2O及4mL 0.1mmol/L DPPH溶液，用漩渦振蕩器混勻后避光反應(yīng)30min，以無(wú)水乙醇為空白在517nm波長(zhǎng)處測(cè)吸光度，得到Trolox質(zhì)量(m)與吸光度(A)曲線。回歸方程為：m＝0.045－0.061A(R2＝ 0.9957)。

2) 還原力的測(cè)定(鐵氰化鉀法)[18]

以Trolox為標(biāo)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別吸取Trolox標(biāo)準(zhǔn)梯度液各1mL，加入1mL 0.2mol/L pH6.6的PBS緩沖液、1mL 1g/100mL的K3[Fe(CN)6]溶液后混勻，50℃水浴20min后流水速冷卻，再加入10g/100mL的TCA溶液1mL混勻靜置10min，最后加入2mL蒸餾水、1mL 1g/100mL的FeCl3混勻，靜置10min后于700nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，得到Trolox質(zhì)量(m)與吸光度(A)曲線，回歸方程為：m＝0.097A－0.004(R2＝0.9991)。

3) GPF總酚提取液及GPF固體粉末抗氧化能力的測(cè)定

根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要分別將GPF的總酚提取液用甲醇稀釋至適宜濃度，依照上述回歸方程的制作方法測(cè)定得到Trolox的當(dāng)量濃度。GPF固體粉末的測(cè)定參照Serpen等[19]的方法進(jìn)行，準(zhǔn)確稱取約10mg GPF固體粉末(為使吸光度在線性范圍內(nèi)，可適當(dāng)增加或減少稱量質(zhì)量)于10mL離心管中，然后按照標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作方法加入反應(yīng)試劑，分別于第0、15、25min時(shí)用漩渦振蕩器混合3min，最后于9200×g離心2min，上清液用于抗氧化能力的測(cè)定，并由回歸方程得到Trolox的當(dāng)量濃度。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

以上所有實(shí)驗(yàn)均平行測(cè)定3次，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，并用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，采用ANOVA進(jìn)行Turkey多重比較分析(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 改性葡萄皮渣膳食纖維的基本成分分析

由表1可知，改性前后葡萄皮渣膳食纖維脂肪、水分和膳食纖維的含量發(fā)生了顯著改變，這可能是由于樣品經(jīng)超微粉碎后顆粒更加疏松細(xì)小，包埋在粉體內(nèi)部的脂肪被釋放出來(lái)，有利于有機(jī)溶劑的提取，同時(shí)更易吸收水分，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果有所升高。而相對(duì)于GPF原料，改性處理后各樣品的SDF含量均顯著增加，但I(xiàn)DF含量普遍降低，其中超微粉碎樣品SDF含量增加約3%，但TDF顯著減少，可能是由于超微粉碎能使纖維素、半纖維素及木質(zhì)素發(fā)生降解，轉(zhuǎn)變?yōu)橐恍┬》肿游镔|(zhì)所致[20]；而擠壓超微粉碎后樣品的SDF增加約4%，但TDF含量無(wú)顯著變化，且增加量與IDF減少量大致相當(dāng)，說(shuō)明擠壓超微粉碎后TDF的含量保持基本不變，增加的SDF主要是由IDF轉(zhuǎn)變而來(lái)(TDF＝IDF＋SDF是理論測(cè)量結(jié)果，但由于實(shí)際測(cè)量中溶劑的反復(fù)清洗及多次轉(zhuǎn)移將難免造成測(cè)量誤差)。

眾多研究顯示DF中SDF和IDF在人體內(nèi)發(fā)揮不同的生理功能，其中IDF主要作用于腸道產(chǎn)生機(jī)械蠕動(dòng)，可緩解便秘，預(yù)防腸道疾病；SDF則更多的發(fā)揮代謝功能，如影響碳水化合物和脂類代謝，此外普遍認(rèn)為，DF中SDF含量達(dá)10%以上才能被稱為是高品質(zhì)DF，否則只能被認(rèn)為是填充型DF[21]。由測(cè)定結(jié)果可知GPF中蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉等雜質(zhì)含量較低，而TDF含量很高，且SDF含量達(dá)10%以上，是一種優(yōu)質(zhì)的膳食纖維資源，因此本實(shí)驗(yàn)將主要從膳食纖維的角度研究改性處理對(duì)GPF各種性質(zhì)的影響。

2.2 改性葡萄皮渣膳食纖維的理化性質(zhì)分析

表2 改性前后葡萄皮渣膳食纖維的理化性質(zhì)Table 2 Physiochemical properties of dietary fiber from grape pomace before and after modification

由表2可知，改性前后GPF的理化性質(zhì)變化較大，其中超微粉碎后膨脹力和持水力均顯著減小，這可能是因?yàn)槌⒎鬯楹驡PF顆粒粒度雖發(fā)生急劇減小，且比表面積增加與水接觸更加充分，但主導(dǎo)水合性質(zhì)的顆粒毛細(xì)結(jié)構(gòu)在超微粉碎過(guò)程中被破壞，因此其水合能力整體呈下降趨勢(shì)[22-23]，此外，超微粉碎后樣品的持油力也顯著減??；而樣品經(jīng)擠壓超微粉碎處理后上述3項(xiàng)指標(biāo)并未發(fā)生顯著改變，可能是由于擠壓處理后GPF緊密的組織結(jié)構(gòu)和大分子構(gòu)相變的更加松散，并能促使毛細(xì)結(jié)構(gòu)的形成，因此持水力和膨脹力變化幅度較小[24]。而改性后樣品的陽(yáng)離子交換能力均顯著提高，這可能與超微處理后GPF中更多的側(cè)鏈基團(tuán)得以暴露有關(guān)。

2.3 改性葡萄皮渣膳食纖維的形貌特征與結(jié)構(gòu)分析

2.3.1 粒度分析(LPSA)結(jié)果

表3 葡萄皮渣膳食纖維粉粒度分析Table 3 Particle size of dietary fiber from grape pomace before and after modificatian

對(duì)GPF的超微粉和擠壓超微粉碎進(jìn)行激光粒度分析，由表3可知，100目的葡萄皮渣纖維原料粉平均粒徑約為147μm，經(jīng)過(guò)15min的超微粉碎后，超微粉的目數(shù)增加至619目，平均粒度D50降為23.95μm，而擠壓超微粉碎后目數(shù)可達(dá)626目，平均粒度降低至23.71μm，可見(jiàn)擠壓處理能使GPF的結(jié)構(gòu)變得相對(duì)疏松，有助于粉碎的進(jìn)行，在超微粉碎相同時(shí)間后所得顆粒粒度更小。

表1 改性前后葡萄皮渣膳食纖維的基本成分含量Table 1 Basic components of dietary fiber from grape pomace before and after modification g/100g

2.3.2 超微結(jié)構(gòu)觀察(SEM)結(jié)果

圖1 葡萄皮渣膳食纖維改性前后的掃描電鏡圖Fig.1 Scanning electron microscope (SEM) images of dietary fiber from grape pomace before and after modification

由圖1可知，GPF中具有DF典型的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，GPF經(jīng)超微粉碎后顆粒變的更加細(xì)小均勻，DF典型的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)消失，并且原先包裹在纖維中的一些球形淀粉顆粒也被釋放出來(lái)，該現(xiàn)象與超微粉碎后樣品的持水力、膨脹力等物理性質(zhì)減弱的結(jié)果相吻合；而GPF經(jīng)擠壓超微粉碎后組織結(jié)構(gòu)疏松，且呈剝離多層狀態(tài)，說(shuō)明超微粉碎過(guò)程中主要為縱向的剪切作用，而擠壓改性過(guò)程中則以橫向的揉搓作用為主。此外，擠壓超微粉碎后纖維的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)得以部分保留，可能是因?yàn)閿D壓處理后GPF顆粒膨脹所致，該現(xiàn)象與樣品擠壓超微粉碎后持水力和膨脹力等物理性質(zhì)未發(fā)生顯著改變的結(jié)果吻合。

2.3.3 X射線衍射分析(XRD)結(jié)果

圖2 葡萄皮渣膳食纖維改性前后的X射線衍射分析Fig.2 X-ray diffraction spectra of dietary fiber from grape pomace before and after modification

研究顯示，纖維素類物質(zhì)通常由70%的有序結(jié)晶纖維區(qū)和30%的無(wú)序非晶態(tài)纖維、半纖維素區(qū)組成，其中高度有序的纖維素區(qū)具有一定的結(jié)晶性[25]。由圖2可知，不同改性處理后GPF的X衍射圖譜基本相似，只是衍射強(qiáng)度有所增加，說(shuō)明GPF經(jīng)幾種改性處理后，結(jié)晶性未發(fā)生改變，纖維晶區(qū)基本未受影響，可能與改性所產(chǎn)生的機(jī)械力還不足以對(duì)纖維素顆粒的晶間連接關(guān)系產(chǎn)生明顯影響有關(guān)[26]。

2.3.4 紅外光譜分析(IR)結(jié)果

圖3 葡萄皮渣膳食纖維改性前后的紅外光譜Fig.3 Infrared spectra of dietary fiber from grape pomace before and after modification

物質(zhì)的紅外光譜吸收峰位移和吸收強(qiáng)度與其原子振動(dòng)頻率有關(guān)，同時(shí)也與其化學(xué)組成和化學(xué)鍵的類型密切相關(guān)。由圖3可知，與GPF原料粉相比，不同改性處理后其特征吸收峰的峰形、位置及數(shù)量均未發(fā)生明顯變化，例如3420cm-1附近的—OH伸縮振動(dòng)峰和2900cm-1附近強(qiáng)度較弱的C－H伸縮振動(dòng)峰均基本一致，1590cm-1附近是苯環(huán)的特征吸收峰，說(shuō)明木質(zhì)素含量也基本一致，900cm-1附近β-糖苷鍵的吸收峰也未發(fā)生顯著位移[27]?？傮w來(lái)看幾種改性處理后GPF的主要成分沒(méi)有發(fā)生明顯變化，化學(xué)結(jié)構(gòu)也未發(fā)生改變。

2.4 改性葡萄皮渣膳食纖維的抗氧化活性研究

2.4.1 改性對(duì)葡萄皮渣膳食纖維酚類物質(zhì)溶出量的影響

圖4 改性前后葡萄皮渣膳食纖維中酚類物質(zhì)的溶出量Fig.4 Soluble phenolic contents in dietary fiber from grape pomace before and after modification

由圖4可知，葡萄皮渣膳食纖維經(jīng)改性處理后其酚類物質(zhì)溶出量發(fā)生了顯著改變，其中總酚含量以超微粉碎樣品最高，達(dá)到了(51.03±0.23)mg GAE/g，擠壓超微粉碎樣品最低，僅為(27.53±0.55)mg GAE/g，各樣品之間存在顯著差異，分析原因可能是由于超微粉碎后粉體平均粒徑減小，顆粒更加均勻，從而增加了提取溶劑與多酚類物質(zhì)的接觸面積使酚類物質(zhì)溶出量增加，而擠壓處理過(guò)程中由于存在較長(zhǎng)時(shí)間的高溫過(guò)程，可能導(dǎo)致了酚類物質(zhì)的變性失活?；ㄉ帐瞧咸哑ぶ兄饕某噬镔|(zhì)，屬于多酚類物質(zhì)，是一種天然水溶性色素，其含量因葡萄品種及提取分析方法的不同具有很大差異，釀酒葡萄皮渣中含有大量的花色苷，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)改性后葡萄皮渣膳食纖維中花色苷含量也發(fā)生了顯著改變，其中超微粉碎樣品含量最高為(0.46±0.03)mg/g，擠壓超微粉碎樣品含量最低僅為(0.12±0.03)mg/g。

2.4.2 改性對(duì)葡萄皮渣膳食纖維抗氧化能力的影響

圖5 葡萄皮渣膳食纖維的DPPH自由基清除力(A)與還原力(B)Fig.5 DPPH radical scavenging capacity and reducing power of dietary fiber from grape pomace before and after modification

由圖5可知，改性處理后GPF的抗氧化能力有明顯變化，且GPF固體粉末與其總酚提取液的抗氧化能力變化趨勢(shì)相似。與GPF原料相比，超微粉碎后樣品的抗氧化能力得以顯著提高，其DPPH自由基清除能力分別達(dá)到了(5.13±0.10)mg Trolox/g (總酚)和(8.20±0.02)mg Trolox/g (固體粉末)，還原力分別為(2.21±0.16)mg Trolox/g(總酚)和(5.30±0.24)mg Trolox/g (固體粉末)；而擠壓超微粉碎后樣品的抗氧化能力顯著降低，其中DPPH自由基清除能力分別僅為(3.06±0.15)mg Trolox/g (總酚)和(6.75±0.17)mg Trolox/g (固體粉末)，還原力僅分別為(1.14±0.09)mg Trolox/g (總酚)和(2.69±0.19)mg Trolox/g (固體粉末)。通過(guò)與2.4.1節(jié)中結(jié)論對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)各樣品的酚類物質(zhì)含量與其抗氧化能力具有一定的相關(guān)性，說(shuō)明超微處理能顯著增加在抗氧化功能中發(fā)揮主要作用的酚類物質(zhì)的溶出量，因此GPF的抗氧化能力得以明顯增強(qiáng)，而擠壓處理由于使部分酚類物質(zhì)高溫失活并難以溶出，其抗氧化能力在各樣品中最低。此外，兩種方法測(cè)得的抗氧化能力結(jié)果顯示，GPF固體粉末的抗氧化能力明顯大于其總酚提取液，這可能主要是由于有機(jī)溶劑對(duì)GPF中酚類物質(zhì)的提取具有一定的選擇性，并且部分多酚類物質(zhì)與GPF中的不溶性物質(zhì)相結(jié)合，不能將其提取完全所致。

3 結(jié) 論

3.1 改性前后葡萄皮渣膳食纖維的基本成分未出現(xiàn)明顯變化，但其纖維組成發(fā)生了重新分布，SDF含量均顯著增加，而IDF含量顯著減少，其中超微粉碎改性后樣品的SDF含量增加約3%，IDF和TDF含量顯著降低；而擠壓超微粉碎改性后樣品的SDF增加約4%，IDF含量減少約3%，TDF含量無(wú)顯著變化。改性前后纖維的理化性質(zhì)有較大改變，其中膨脹力、持水力和持油力3項(xiàng)指標(biāo)在超微粉碎改性后均顯著降低，而擠壓超微粉碎改性后則未發(fā)生明顯變化；樣品的陽(yáng)離子交換能力經(jīng)兩種改性處理后則顯著提高。

3.2 形貌結(jié)構(gòu)分析顯示，與100目的原料纖維相比改性后的纖維顆粒均可達(dá)600目以上，粒徑急劇減??；SEM觀察發(fā)現(xiàn)，膳食纖維經(jīng)超微粉碎后顆粒小而均勻，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)消失，而經(jīng)擠壓超微粉碎后組織結(jié)構(gòu)較為疏松，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)得以部分保留；紅外光譜分析結(jié)果顯示，改性處理后GPF的主要成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)均未發(fā)生明顯改變。

3.3 葡萄皮渣膳食纖維富含多酚類物質(zhì)，并具有較強(qiáng)的還原能力及DPPH自由基清除能力，是一種優(yōu)質(zhì)的抗氧化膳食纖維；超微粉碎改性后葡萄皮渣膳食纖維中酚類物質(zhì)溶出量顯著增加，還原能力及DPPH自由基的清除能力也明顯增強(qiáng)，而擠壓超微粉碎改性后酚類物質(zhì)含量及抗氧化能力均明顯降低；此外，以GPF固體粉末的形式可使其發(fā)揮最大的抗氧化功效。

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Physico-chemical Properties and Structure of Modified Dietary Fiber from Grape Pomace

TAO Shu-ying1，GUO Xiao-hui1，LING Bo1，MING Jian1,2,3,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China ；2. National Food Science and Engineering Experimental Teaching Center, Southwest University, Chongqing 400715, China ；3. Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment for Agro-products on Storage and Preservation (Chongqing), Ministry of Agriculture, Chongqing 400715, China)

In the present study, dietary fiber from grape pomace was subjected to modification by ultrafine grinding alone or in combination with extrusion. The changes in the composition, physico-chemical properties, morphology and structure of the dietary fiber before and after modification were explored to evaluate the effectiveness of both treatments. The results showed that both treatments could increase the content of soluble dietary fiber effectively and result in changes of its physico-chemical properties. Ultrafine grinding alone could improve the cation exchange capacity and antioxidant activity of dietary fiber,however, ultrafine grinding after extrusion processing could improve the water-holding capacity, swelling capacity and cation exchange capacity of dietary fiber, and decrease its antioxidant activity. Morphological and structural analysis revealed that modified dietary fiber had sharply reduced particle size and showed basically no change in the major components and chemical structure.

grape pomace；dietary fiber；modification；physico-chemical properties；morphology and structure；antioxidant activity

TS201.2

A

1002-6630(2012)15-0171-07

2012-05-16

國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2011AA100805-2)；新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)工業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2009GG39)

陶姝穎(1991—)，女，本科生，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)與工程。E-mail：elyon-8023@163.com

*通信作者：明建(1972—)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)與營(yíng)養(yǎng)學(xué)。E-mail：mingjian1972@163.com