陳雪峰， 李蕊岑， 劉 寧， 麻佩佩， 楊 柳

(1.陜西科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安 710021； 2.西安和生國際農(nóng)副產(chǎn)品交易中心， 陜西 西安 710016)

0 引言

膳食纖維因具有防止便秘、改善糖尿病癥狀、預(yù)防結(jié)腸和直腸癌、降低血脂、利于減肥等營養(yǎng)作用和保健功能，而被稱為除六大營養(yǎng)素以外的“第七大營養(yǎng)素”，近年來正引起越來越多的消費者的關(guān)注[1-4].蘋果渣中含有豐富的膳食纖維，是膳食纖維的一個重要來源，但在提取過程中，蘋果渣中的多酚類物質(zhì)易被氧化呈深褐色，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的感官特性，因此，必須對膳食纖維進行脫色處理.

目前，通常使用的脫色方法有還原法和氧化法.氧化法可使有色物質(zhì)氧化分解成低羧酸、二氧化碳、分子醛等物質(zhì)，不易復(fù)色[5]；而還原法脫色后的產(chǎn)物易被氧化復(fù)色，脫色效果差.常用的氧化脫色劑有次氯酸鹽、臭氧、雙氧水、CO2及空氣中的O2等，均能獲得良好的脫色效果[6,7].

本實驗將超聲技術(shù)引入到雙氧水脫色工藝中，一方面利用超聲技術(shù)使雙氧水均勻分散在溶液中，強化雙氧水與膳食纖維的接觸面積；另一方面通過超聲波促進臭氧分解產(chǎn)生更多的活性物質(zhì)HOO-，使膳食纖維中的呈色物質(zhì)氧化分解，從而獲得較好的脫色效果.

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

蘋果渣，陜西海升果業(yè)發(fā)展股份有限公司乾縣分公司提供；鹽酸(分析純)；氫氧化鈉(分析純)；35%H2O2.

1.2 實驗儀器

HNE-20200-CT I超聲波聚能處理系統(tǒng)，蘇州工業(yè)園區(qū)海納科技有限公司；BS323S電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；H-1850R離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司；101-1AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津泰斯特儀器有限公司；高速萬能粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；TG-SI型通風(fēng)柜控制器，中國楊凌天工實業(yè)有限公司；CM-5分光測色計，柯尼卡美能達有限公司.

1.3 實驗方法

1.3.1 脫色工藝

蘋果渣粉碎→堿液處理→超聲輔助雙氧水脫色→調(diào)pH至弱堿性→水洗至中性→離心→干燥→粉碎→成品.

1.3.2 白度的測定

利用CM-5分光測色計測得脫色后蘋果膳食纖維的白度，結(jié)果用L、a、b值表示.其中，L表示亮度；a為紅綠值，a+為偏紅，a-為偏綠；b值為黃藍值，b+為偏黃，b-為偏藍.本實驗用L值反映白度，L值越高表示白度越高.

1.3.3 持水力(WHC)的測定[8]

稱取0.5 g樣品于15 mL離心管中，加入10 mL蒸餾水，震蕩搖勻，37 ℃靜置1 h，3 500 r/min離心10 min后，棄去上清液，殘留水分用濾紙吸干，稱重.

1.3.4 膨脹力(SC)的測定[8]

稱取0.5 g樣品放入帶有刻度的玻璃試管中，加入10 mL蒸餾水，在室溫下放置過夜.觀察膳食纖維樣品在試管中自由膨脹體積.

1.3.5 持油力(OHC)的測定[8]

稱取0.5 g樣品，置于15 mL離心管中，加入10 mL大豆油，震蕩搖勻，37 ℃靜置1 h，5 000 r/min離心20 min后，棄去上層油，稱量殘渣質(zhì)量.

2 結(jié)果與討論

2.1 脫色時間對脫色效果的影響

控制堿液濃度1%，料液比1∶20，超聲頻率50 KHz，雙氧水濃度1%，研究脫色時間對脫色效果的影響，實驗結(jié)果如圖1所示.隨著脫色時間的增加，膳食纖維的L值逐漸增大，原因是隨著時間的延長，H2O2分解產(chǎn)生更多的活性物質(zhì)HOO-，通過親核反應(yīng)氧化分解有色物質(zhì)；但當(dāng)脫色時間大于60 min時，雙氧水已徹底分解，再無活性物質(zhì)產(chǎn)生，對提高L值無影響.因此，選擇最佳脫色時間為60 min.

圖1 脫色時間對脫色效果的影響

2.2 超聲頻率對脫色效果的影響

控制堿液濃度1%，料液比1∶20，雙氧水濃度1.5%，脫色時間60 min，研究超聲頻率對脫色效果的影響，實驗結(jié)果如圖2所示.隨著超聲頻率的增大，L值逐漸增大，原因是超聲波的空化效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)使雙氧水加速裂解產(chǎn)生活性物質(zhì)HOO-，并且其熱效應(yīng)使反應(yīng)介質(zhì)溫度升高，提高反應(yīng)速率，將呈色物質(zhì)徹底氧化分解[9-11]；但當(dāng)超聲頻率增大到60 KHz時，由于有效物質(zhì)已經(jīng)裂解徹底，再無活性物質(zhì)生成.因此，選擇最佳超聲頻率為60 KHz.

圖2 超聲頻率對脫色效果的影響

2.3 堿液濃度對脫色效果的影響

控制料液比1∶20，超聲頻率60 KHz，脫色時間60 min，雙氧水濃度1%，研究堿液濃度對脫色效果的影響，實驗結(jié)果如圖3所示.隨著堿液濃度的增加，L值逐漸增大.原因是H2O2在堿性條件下可發(fā)生如下反應(yīng)：H2O2+OH-= H2O+HOO-.隨著堿液濃度增大，OH-增多，使反應(yīng)向右進行，加速活性物質(zhì)HOO-的生成；但當(dāng)堿液濃度增大一定值時，由于堿液濃度過高，超出了活性物質(zhì)HOO-的最佳氧化活性范圍[11]，并且增大了H2O2的無效分解(2H2O2=O2+2H2O)，對提高脫色效果無益[12].因此，選擇最佳堿液濃度為1.2%.

圖3 堿液濃度對脫色效果的影響

2.4 料液比對脫色效果的影響

控制堿液濃度為1.2%，超聲頻率60 KHz，雙氧水濃度1%，脫色時間60 min，研究料液比對脫色效果的影響，實驗結(jié)果如圖4所示.隨著料液比的增加，L值越大，但當(dāng)料液比增大到1∶14時，膳食纖維的L值卻減小，原因是當(dāng)料液比過小時，溶液的流動性差，不能將雙氧水均勻分散到溶液中，脫色效果差[13]；而當(dāng)料液比過大時，單位體積內(nèi)雙氧水的有效作用濃度降低，且與膳食纖維的接觸面積也減小，脫色效果較差.因此，選擇最佳料液比為1∶14.

圖4 料液比對脫色效果的影響

2.5 雙氧水濃度對脫色效果的影響

控制堿液濃度為1.2%，料液比1∶14，溫度25 ℃，超聲頻率60 KHz，脫色時間60 min，研究雙氧水濃度對脫色效果的影響，實驗結(jié)果如圖5所示.隨著雙氧水濃度的增加，蘋果膳食纖維脫色效果顯著，當(dāng)雙氧水濃度超過1.2%后，L值增加趨于緩慢.雙氧水的脫色作用主要是其分解產(chǎn)生的活性物質(zhì)HOO-氧化分解蘋果渣中的呈色物質(zhì)，H2O2濃度越高，產(chǎn)生的HOO-越多，氧化分解速率越大.但雙氧水具有強腐蝕性，濃度過大時產(chǎn)生殘留量問題，需要大量水洗滌，造成食品安全和資源浪費等問題.因此，選擇最佳雙氧水濃度為1.2%.

2.6 正交設(shè)計及結(jié)果

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，選用A(脫色時間)、B(料液比)、C(雙氧水濃度)、D(超聲頻率)、E(堿液濃度)5個因素，以脫色后的L值作為考察指標(biāo)，采用L16(45)正交設(shè)計，優(yōu)化雙氧水對蘋果膳食纖維脫色的工藝條件.具體的因素水平設(shè)計見表1所示.

圖5 雙氧水濃度對脫色效果的影響

水平因素ABCDE1451∶121.0501.02501∶131.1551.13551∶141.2601.24601∶151.3651.3

表2為正交試驗結(jié)果表.從表2中極差值的大小可得，雙氧水對蘋果膳食纖維脫色各影響因素的主次順序為：堿液濃度>脫色時間>雙氧水濃度>料液比>超聲頻率.

正交試驗結(jié)果表明:超聲波結(jié)合雙氧水對蘋果膳食纖維脫色的最佳工藝條件組合為A1B4C4D3E4，即脫色時間為45 min，料液比為1∶15，雙氧水濃度為1.3%,超聲頻率為60 KHz，堿液濃度為1.3%.驗證試驗得該條件下脫色后膳食纖維L值可達80.79.

表2 正交試驗結(jié)果

方差分析結(jié)果如表3所示.F(15,32)=25.980，P<0.001，達到極其顯著水平，因此，脫色時間、料液比、雙氧水濃度、超聲頻率、堿液濃度5個因素中至少有一個對L值有影響，繼續(xù)查看各個因素的分析結(jié)果.由表3可知5個因素的主效應(yīng)F(3,32)分別為31.471、17.108、21.975、8.044、51.301，P值均小于0.001，達到極其顯著水平.

從以上結(jié)果可得，脫色時間、料液比、雙氧水濃度、超聲頻率、堿液濃度均對L值有顯著影響.

表3 主體間效應(yīng)檢查

注：顯著水平a=0.001

2.7 脫色后膳食纖維物理性質(zhì)的測定

實驗測定了脫色前后的蘋果膳食纖維物理性質(zhì)，結(jié)果如表4所示.可以發(fā)現(xiàn)，利用超聲輔助雙氧水對蘋果膳食纖維進行脫色處理，膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力都有顯著增大，提高了膳食纖維的功能特性.

表4 物理性質(zhì)測定結(jié)果

3 結(jié)論

以蘋果渣綜合利用為目的，從蘋果渣中提取膳食纖維，采用超聲波結(jié)合雙氧水技術(shù)對蘋果膳食纖維進行脫色，由單因素實驗和正交試驗得到最佳脫色工藝條件：料液比1∶15，雙氧水濃度為1.3%，超聲頻率60 KHz，堿液濃度1.3%，脫色時間45 min.測得脫色后膳食纖維的L值可達到80.79，比脫色前提高了37.95，脫色效果顯著.

與朱妞[14]等利用雙氧水對花生殼膳食纖維脫色的研究相比較，雙氧水濃度由6%降低到1.3%，脫色時間由2.5 h降低到45 min，可節(jié)約資源.同李睿[15]等利用雙氧水對蘋果渣膳食纖維脫色工藝的研究相比較，脫色時間有所縮短，且超聲波的熱效應(yīng)可使溶液的溫度升高到脫色所需要的溫度，無需加熱裝置，節(jié)省資源.

本文同時對脫色后膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力等進行測定，與脫色前的膳食纖維相比，有了明顯地提高.因此，利用超聲輔助雙氧水脫色技術(shù)對蘋果膳食纖維進行處理，不僅可以改善膳食纖維的感官品質(zhì)，還能提高其功能特性.

[1] 聶凌鴻.膳食纖維的理化特性及其對人體的保健作用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(28)，12 086-12 089.

[2] 劉 偉，劉成梅，林向陽，等.膳食纖維的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].糧食與食品工業(yè)，2003(4)：25-27.

[3] 王彥玲，劉 東，付全意，等.膳食纖維的國內(nèi)外研究進展[J].中國釀造，2008(3)：1-4.

[4] 盧宏科，王 琴，賴金蓮，等.膳食纖維的功能與應(yīng)用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007(4)：67-70.

[5] 陳季旺，劉 英，孫 勤，等.燕麥麩膳食纖維脫色工藝及對產(chǎn)品特性的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(11)：247-250.

[6] 劉素穩(wěn)，侍朋寶，李漢臣，等.蘋果渣膳食纖維微波輔助脫色的工藝參數(shù)研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2011，37(2)：73-77.

[7] 陳雪峰，吳麗萍.蘋果渣膳食纖維脫色工藝的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31(6)：137-139.

[8] 陶姝穎，郭曉暉，令 博，等.改性葡萄皮渣膳食纖維的理化特性和結(jié)構(gòu)[J].食品科學(xué)，2013，33(15)：171-177.

[9] 席細平，馬重芳，王 偉.超聲波技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀[J].山西化工，2007，27(1)，25-28.

[10] 羅登林，丘泰球，盧 群.超聲波技術(shù)及應(yīng)用(I)-超聲波技術(shù)[J].日用化學(xué)工業(yè)，2005，35(5)：323-326.

[11] 程敬泉,姚素薇.超聲波在電化學(xué)中的應(yīng)用[J].電鍍與精飾，2005，27(1)：16-20.

[12] 李 琳，戰(zhàn) 宇，許克勇，等.豆渣膳食纖維脫色工藝的研究[J].食品研究與開發(fā)，2008，28(1)：113-116.

[13] 孫 穎，朱科學(xué)，錢海峰，等.小麥麩膳食纖維脫色工藝的研究[J].食品工業(yè)科技，2008，29(6)，242-247.

[14] 朱 妞，吳麗萍.花生殼膳食纖維脫色工藝研究[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，58(6)：41-43.

[15] 李 睿，陳雪峰，麻佩佩，等.蘋果渣膳食纖維超聲波輔助脫色工藝參數(shù)研究[J].食品工業(yè)，2013，34(3)：128-131.