高 悅，張 瑩，路 祺，項(xiàng)鳳影，陳曉強(qiáng)，張 軍

（東北林業(yè)大學(xué)森林植物生態(tài)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150040）

我國是世界蘋果生產(chǎn)第一大國，2010年我國蘋果產(chǎn)量為3326萬t，占世界的一半以上。目前71%的蘋果以鮮食形式消費(fèi)，大約20%被用于生產(chǎn)加工成濃縮蘋果汁、蘋果酒和果醬等產(chǎn)品[1]。蘋果渣是蘋果榨汁后的廢料，占蘋果總重的25%[2]。果渣除部分用作燃料和飼料外，果汁廠都將果渣當(dāng)作廢物拋棄。拋棄的果渣會(huì)在短時(shí)間內(nèi)腐爛，變酸變臭，造成了環(huán)境的極大污染和資源的巨大浪費(fèi)[3-5]。開發(fā)利用蘋果渣制取膳食纖維不僅可以解決蘋果加工企業(yè)的難題，而且還能變廢為寶，解決環(huán)境污染問題。對(duì)環(huán)境保護(hù)、資源合理利用都有著重要的作用。蘋果膳食纖維的分離制備方法大致可分為四類：粗分離法、化學(xué)分離法、膜分離法及微生物與酶分離法。

超聲波提取是一種利用超聲波在液體中產(chǎn)生的空化效應(yīng)以及其對(duì)作用物產(chǎn)生的機(jī)械作用從而使大分子達(dá)到機(jī)械性斷鍵效果的技術(shù)，因?yàn)槟軌蛟龃笕軇┫蛟霞?xì)胞的滲透量并破壞細(xì)胞壁，強(qiáng)化傳質(zhì)，有效加速溶質(zhì)的提取過程，與傳統(tǒng)提取工藝相比較，具有提取時(shí)間短、提取效率高等優(yōu)點(diǎn)[6]，常用于生物活性成分提取。當(dāng)前，有關(guān)超聲輔助法提取蘋果渣可溶膳食纖維的工作未見報(bào)道。因此本文以蘋果渣為原料，研究水浴和超聲法制備蘋果渣可溶性膳食纖維及其性能，為提高蘋果加工產(chǎn)品的附加值，使其變廢為寶提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘋果渣 山東綠維果蔬汁生產(chǎn)有限公司提供；95%乙醇，冰醋酸，無水乙酸鈉，DPPH 均為分析純。

MAGNA-IR560 E.S.P傅立葉紅外光譜儀 美國Nicolet公司；KQ-250DB數(shù)控超聲波清器 昆明是超聲儀器有限公司；MX2600FE掃描電子顯微鏡 英國Camscan公司；D/MAX 2200X光衍射儀日本Rigaku公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.1.1 水浴法 在溫度80℃，水浴時(shí)間90m in，水浴料液比1∶20g/m L和pH3條件下，固定其中一個(gè)因素的取值，探討溫度（30、40、50、60、70、80、90℃）、時(shí)間（15、30、45、60、90、120m in）、料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶60和1∶80g/m L）和pH（2、3、4、5、6、7）對(duì)蘋果渣SDF得率的影響。

1.2.1.2 超聲法 在超聲時(shí)間45m in，超聲料液比1∶20g/m L，超聲功率225W，超聲溫度60℃和pH 3條件下，固定其中一個(gè)因素的取值，探討超聲溫度（30、40、50、60、70、80℃）、超聲時(shí)間（15、30、45、60、90、120m in）、超聲料液比（1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶60、1∶80g/m L）、pH（2、3、4、5、6、7）和超聲功率（125、150、175、200、225、250W）對(duì)蘋果渣SDF得率的影響。

1.2.2 蘋果可溶性膳食纖維制備工藝流程

蘋果渣→烘干→粉碎→清洗→提取可溶膳食纖維→離心濃縮→醇沉→烘干、粉碎→可溶性膳食纖維

取10g蘋果渣（絕干），用水浸泡約30min，溫水洗滌去掉其中的可溶性糖分，加入乙酸-乙酸鈉緩沖液，在預(yù)定條件下提取可溶性膳食纖維，離心分離后對(duì)清液進(jìn)行減壓濃縮，直至成粘稠狀液體。冷卻后用95%的乙醇進(jìn)行沉析，再用乙醇洗滌，真空干燥、粉碎，即得蘋果可溶性膳食纖維（SDF）。

1.2.3 可溶性膳食纖維得率 按照下面公式計(jì)算蘋果渣SDF得率，每個(gè)樣品測定三次取平均值。

式中，A為可溶性膳食纖維得率（%）；m為得到的可溶性膳食纖維質(zhì)量（g）；M為原料質(zhì)量（g）。

1.2.4 傅里葉紅外光譜分析 將2.0mg試樣與200mg溴化鉀（KBr）經(jīng)瑪瑙研缽研磨后壓片，采用美國Nicolet公司的MAGNA-IR560 E.S.P型紅外光譜儀（掃描范圍4000～400cm-1）測定。

1.2.5 X-射線衍射（XRD）分析 實(shí)驗(yàn)樣品在日本Rigaku D/MAX 2200型X光衍射儀上進(jìn)行主要晶相結(jié)構(gòu)分析。測定條件：Cu靶，管壓：50kV；管流：30mA；2θ掃描范圍：10°～60°；掃描速度：4°/m in。每個(gè)樣品分兩次測量，取平均值。

1.2.6 電鏡掃描 將樣品烘干、粉碎過80目篩，鍍金處理，置掃描電鏡下觀察[8]。

1.2.7 抗氧化能力測定 依據(jù)Blois方法，采用DPPH自由基清除能力來評(píng)價(jià)可溶性膳食纖維抗氧能力，取一定量的樣品溶液，取0.1m L樣品水溶液加入3.9m L的DPPH乙醇溶液（濃度25mg/L），同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)，室溫避光反應(yīng)30min，反應(yīng)結(jié)束在517nm處測定吸光值。按照下面公式計(jì)算抗氧化能力，每個(gè)樣品測定三次取平均值。

式中，Y為DPPH去除率（%），其中A0為空白樣品在517nm處吸光值，A1為樣品在517nm處吸光值[7]。

2 結(jié)果與討論

2.1 各個(gè)因素對(duì)蘋果渣SDF得率的影響

2.1.1 pH的影響 由圖1可知，隨著提取液pH的增加蘋果渣SDF得率隨之增加，在提取液pH等于5時(shí)達(dá)到最大值，水浴法蘋果渣SDF得率為12.76%；超聲法蘋果渣SDF得率為14.14%。之后，隨著提取液pH的進(jìn)一步增加蘋果渣SDF得率開始降低。這是因?yàn)楫?dāng)pH較低的時(shí)候，提取液酸性較強(qiáng)，導(dǎo)致蘋果渣SDF大量水解，蘋果渣SDF得率低。隨著提取液pH的升高，提取液酸性降低，蘋果渣SDF水解作用減弱，得率逐漸增加。當(dāng)提取液pH大于5時(shí)，蘋果渣中纖維水解緩慢或者不發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致蘋果渣SDF得率降低。另外，從圖1中可以明顯看出，超聲法蘋果渣SDF得率高于水浴法蘋果渣SDF得率。

圖1 pH對(duì)蘋果渣SDF得率的影響Fig.1 Effect of pH on the SDF yield of apple pomace

2.1.2 時(shí)間的影響 提取時(shí)間對(duì)蘋果渣SDF的得率有明顯的影響見圖2。當(dāng)超聲時(shí)間45m in時(shí)，蘋果渣SDF得率達(dá)到最大值，繼續(xù)延長超聲時(shí)間蘋果渣SDF得率略有降低，這是因?yàn)闀r(shí)間過短蘋果渣SDF提取不完全，時(shí)間過長導(dǎo)致蘋果渣SDF過度水解也影響得率；水浴時(shí)間與蘋果渣SDF得率關(guān)系與超聲相似，也呈現(xiàn)隨著提取時(shí)間延長，蘋果渣SDF得率開始增加，當(dāng)水浴時(shí)間超過90m in時(shí)，蘋果渣SDF得率平緩的趨勢。

圖2 時(shí)間對(duì)蘋果渣SDF提取率的影響Fig.2 Effectof time on the SDF yield of apple pomace

2.1.3 料液比的影響 從圖3可以看出，不論超聲法還是水浴法，蘋果渣SDF得率都隨著料液比的增大而增加，在1∶20時(shí)蘋果渣SDF得率達(dá)到最大值，再進(jìn)一步提高料液比，蘋果渣SDF得率增加不明顯并趨于平緩。這是由于料液比較小時(shí)，蘋果渣中纖維素水解反應(yīng)不完全，蘋果渣SDF得率較低，當(dāng)料液比增加到一定值后，蘋果渣中纖維素水解反應(yīng)徹底，蘋果渣SDF得率也不再增加。

圖3 料液比對(duì)蘋果渣SDF提取率的影響Fig.3 Effectof solid-liquid ratio on the SDF yield of apple pomace

2.1.4 溫度的影響 從圖4可以看出，隨著提取溫度的升高，水浴和超聲兩種方法的蘋果渣SDF得率分別以80℃和60℃為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。這是因?yàn)檫^高的溫度會(huì)造成蘋果渣SDF過度水解，收率降低。由于超聲起到促進(jìn)蘋果渣SDF水解的作用，因而其轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度低于水浴。

圖4 溫度對(duì)蘋果渣SDF提取率的影響Fig.4 Effectof temperature on the SDF yield of apple pomace

圖5 超聲功率對(duì)蘋果渣SDF提取率的影響Fig.5 Effectof ultrasonic power on the SDF yield of apple pomace

2.1.5 超聲功率的影響 蘋果渣SDF得率隨著超聲功率增加，呈先逐漸增的加趨勢，當(dāng)超聲功率超過225W時(shí)，蘋果渣SDF得率開始降低。這主要是由于隨著超聲功率增加纖維水解作用增強(qiáng)，蘋果渣SDF得率增加。但超聲功率過高時(shí)蘋果渣SDF水解加劇，得率反而降低。

2.2 紅外光譜分析

圖6 蘋果渣、蘋果渣提取剩余物以及蘋果渣SDF紅外光譜Fig.6 FTIR of apple pomace，the extraction residues of apple pomace and SDF of apple pomace

對(duì)紅外光譜進(jìn)行分析可知（見圖6），在3402cm-1附近出現(xiàn)的峰是O-H的伸縮振動(dòng)，2923cm-1和2852cm-1附近處是糖類甲基和亞甲基的C-H伸縮振動(dòng)峰，1200～1400cm-1附近是C-H變角振動(dòng)峰，這些吸收峰都為糖類的特征吸收峰。蘋果渣、蘋果渣提取剩余物（超聲法）和蘋果渣SDF樣品（超聲法）的紅外圖譜中均有此類特征吸收峰[9]。

從圖6可以明顯看出，蘋果渣SDF的紅外光譜圖在3402cm-1附近出現(xiàn)強(qiáng)圓底峰，表明超聲蘋果渣SDF存在較強(qiáng)分子間和分子內(nèi)的氫鍵；1620cm-1附近較強(qiáng)的峰是C=O的伸縮振動(dòng)峰；1415cm-1附近是C-H彎曲振動(dòng)峰，為木聚糖的特征峰[10]；1102cm-1附近是C-OH的彎曲振動(dòng)峰。

2.3 XRD分析

由圖7XRD譜圖可以看出，蘋果渣和蘋果渣提取剩余物樣品（超聲法）在2θ為21.22°處有明顯的結(jié)晶衍射峰，在15.78°和34.80°處也出現(xiàn)了衍射峰，說明是纖維素Ⅰ的特征X-射線衍射曲線。這表明蘋果渣和蘋果渣提取剩余物的晶體類型屬于纖維Ⅰ型，為結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)兩相共存的狀態(tài)[11]。蘋果渣和蘋果渣提取剩余物樣品的峰形和峰強(qiáng)度略有變化，說明蘋果渣提取剩余物結(jié)晶區(qū)更多，結(jié)晶度更高。圖7（c），可以看出蘋果渣SDF（超聲法）具有高純度和高結(jié)晶度。

2.4 SEM分析

圖8為蘋果渣、蘋果渣提取剩余物（超聲法）和蘋果渣SDF（超聲法）放大3000倍的掃描電鏡照片。從圖8（a）中可以明顯看出蘋果渣表面相對(duì)光滑沒有明顯裂痕，而圖8（b）是經(jīng)過超聲處理的蘋果渣提取剩余物表面有明顯的裂痕。說明超聲處理促使蘋果渣的組織結(jié)構(gòu)破壞，有利于纖維素進(jìn)一步水解。圖8（c）蘋果渣SDF（超聲法）呈現(xiàn)規(guī)整的片層結(jié)構(gòu)，這與XRD結(jié)果相一致。

圖7 蘋果渣（a）、蘋果渣提取剩余物（b）和蘋果渣SDF（c）的X射線衍射圖Fig.7 XRD of apple pomace（a），the extraction residues of apple pomace（b）and SDF of apple pomace（c）

圖8 蘋果渣（a）、蘋果渣提取剩余物（b）和蘋果渣SDF（c）的掃描電鏡圖（3000×）Fig.8 SEM of apple pomace（a），the extraction residues of apple pomace（b）and SDF of apple（c）（3000×）

2.5 抗氧化能力

圖9 蘋果渣和蘋果渣SDF抗氧化能力Fig.9 Antioxidant capacity of apple pomace and SDF of apple pomace

蘋果渣和蘋果渣SDF（超聲法）抗氧化能力見圖9。從圖9可以看出，蘋果渣和蘋果渣SDF抗氧化能力都與濃度有關(guān)，隨著樣品濃度的提高，抗氧化能力也隨之增加。在相同濃度下，蘋果渣SDF抗氧化活性比蘋果渣抗氧化活性高很多，但都遠(yuǎn)低于商業(yè)合成抗氧化BHA。

3 結(jié)論

3.1 單因素條件下水浴法提取蘋果渣SDF適合工藝條件為：水浴溫度80℃，水浴pH 5，水浴料液比1∶20和水浴時(shí)間90m in。在此條件下蘋果渣SDF得率為12.76%。

3.2 單因素條件下超聲法提取蘋果渣SDF適合工藝條件為：超聲溫度60℃，超聲pH5，超聲料液比1∶20，超聲時(shí)間45m in和超聲功率225W。在此條件下蘋果渣SDF得率為14.14%。

3.3 本實(shí)驗(yàn)水浴法蘋果渣SDF得率與陳存社等[12]酸法蘋果渣SDF（11.4%）得率相當(dāng)，超聲法提取蘋果渣SDF得率略低于其堿法提取蘋果渣SDF（16.1%）得率，這表明超聲波只能在一定程度上增加蘋果渣SDF得率。

3.4 蘋果渣和蘋果渣SDF（超聲法）抗氧化能力都與濃度有關(guān)，在相同濃度下，蘋果渣SDF抗氧化活性比蘋果渣抗氧化活性高很多，但都遠(yuǎn)低于商業(yè)合成抗氧化BHA。

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