改性棗渣可溶性膳食纖維溶解性和粘性行為初探

趙 梅1，2，石 勇1，邵利平2，趙 越2，姜啟興2，許艷順1，2，許學(xué)勤2*

(1.好想你棗業(yè)股份有限公司，河南新鄭 451100；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫 214122)

摘要[目的]探討改性棗渣可溶性膳食纖維的溶解性和粘性行為。[方法]以酶解改性獲得的棗渣可溶性膳食纖維為研究對(duì)象，分析了溫度、pH和乙醇對(duì)其溶解度，以及濃度和離子對(duì)其粘度的影響。[結(jié)果]改性的棗渣可溶性膳食纖維總體具有較好的溶解性，并隨溫度升高而提高，60 ℃以后基本趨于穩(wěn)定，溶解度可達(dá)95%以上；其溶解性受pH的影響較小，在pH=6.0時(shí)最大；其溶解性在乙醇濃度大于20%時(shí)隨濃度升高而快速下降。改性棗渣可溶性膳食纖維的粘性與濃度呈正相關(guān)，當(dāng)濃度大于0.4 g/ml時(shí)，粘度上升趨緩；不同離子種類對(duì)改性纖維溶液粘性的影響均隨離子濃度提高而增加，當(dāng)達(dá)到一定濃度后，該影響趨于平緩。[結(jié)論]該研究為棗渣可溶性膳食纖維的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞棗渣；可溶性膳食纖維(SDF)；溶解性；粘度

中圖分類號(hào)S609.9

基金項(xiàng)目“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD36B07)。

作者簡介趙梅(1989- )，女，山西祁縣人，碩士，從事食品加工與保藏研究。*

收稿日期2015-06-01

Preliminary Study on Solubility and Viscosity of Soluble Dietary Fiber of Jujube Residue from Enzymatic Modification

ZHAO Mei1，2，SHI Yong1，SHAO Li-ping2, XU Xue-qin2*et al(1.Haoxiangni Jujube Co.，Ltd., Xinzheng，Henan 451100；2.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122)

Abstract[Objective] The study aimed to discuss solubility and viscosity of soluble dietary fiber of jujube residue from enzymatic modification. [Method]Soluble dietary fiber of jujube residue from enzymatic modification was used to discuss the influences of temperature, pH and concentration of alcohol on solubility as well as the concentration of sample and ion on viscosity. [Result] The sample had good solubility and the solubility increased with the temperature;as it was 60 ℃, the solubility could reach more than 95% and then became stable; the solubility was less affected by pH but the maximum came at pH=6.0; the solubility rapidly decreased with the increase of alcohol concentration from 20%.The viscosity was positively correlated with the concentration, and the increase slowed down when the concentration reached approximately 0.4 g/ml; the effects of different types of ion on modified fiber solution viscosity all increased with increasing of ion concentration, and flattened when it reached a certain concentration. [Conclusion] The research could provide theoretical foundation for the application of soluble dietary fiber of jujube residue.

Key wordsJujube residue；Soluble dietary fiber(SDF)；Solubility；Viscosity

棗，鼠李科棗屬木本植物，原產(chǎn)于我國，栽培歷史悠久，棗樹栽培面積及紅棗產(chǎn)量居世界首位，紅棗生產(chǎn)加工及經(jīng)濟(jì)效益不容小覷[1]?？傮w來看，目前棗消費(fèi)多為直接食用或一些粗加工產(chǎn)品，深加工率不到總產(chǎn)量的10%[2]，棗產(chǎn)業(yè)普遍存在工藝落后、技術(shù)含量低、產(chǎn)品附加值低等問題[3]。然而，隨著近年來人們對(duì)食品結(jié)構(gòu)要求的提升，棗類的深加工及副產(chǎn)物的綜合利用備受關(guān)注。棗渣是紅棗業(yè)生產(chǎn)棗汁等產(chǎn)品的副產(chǎn)物，含有豐富營養(yǎng)物質(zhì)，一些研究人員開始考慮對(duì)其有效成分進(jìn)行回收利用。

目前棗渣膳食纖維改性的方法有很多，常用的主要有化學(xué)處理法、物理法、微生物發(fā)酵法和酶法等，而酶法由于其反應(yīng)條件溫和、不需要高溫高壓等條件、設(shè)備要求低、節(jié)約能源、操作方便且具有良好的專一性而適用更廣。酶法改性可達(dá)到提高可溶性膳食纖維含量的目的，且通過酶法改性獲得的可溶性膳食纖維與大部分天然存在的不溶性膳食纖維相比，具有明顯的生理功能優(yōu)勢[4]。因此，對(duì)棗渣可溶性膳食纖維的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行研究，了解其相關(guān)屬性，可以為其在食品工業(yè)的應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。溶解度是可溶性多糖的重要參考指標(biāo)，溶解度的大小及溶解條件直接影響其在食品工業(yè)的應(yīng)用效果。粘度反映液體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)部摩擦力，稀釋溶液可以減弱或者消除分子間摩擦[5]。糖溶液粘度與可溶性糖分子相互間的氫鍵作用力及糖分子量的大小有關(guān)。多糖粘度在一定程度上與其溶解度呈正相關(guān)，同時(shí)也與其在食品行業(yè)的應(yīng)用范圍有很大的關(guān)系，了解多糖粘度可以為其應(yīng)用范圍的確定提供一定的理論指導(dǎo)?？扇苄陨攀忱w維的粘度直接影響對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，這有助于降低血液膽固醇及血糖水平[6]。為此，筆者利用實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)棗汁后的棗渣，經(jīng)過酶解獲得可溶性膳食纖維，對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行初步研究，為其應(yīng)用于食品工業(yè)提供必要的理論基礎(chǔ)及依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料與試劑通過酶解法改性獲取棗渣可溶性膳食纖維，棗渣由好想你棗業(yè)股份有限公司提供，按趙梅的方法制備[7]；纖維素酶、木聚糖酶由江蘇銳陽生物科技有限公司提供；NaOH、HCl、無水乙醇、KCl、NaCl、MaCl2、CaCl2等均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備主要儀器包括DK-8AXX型電熱恒溫水槽(上海一恒科技有限公司)、EL20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)、高速粉碎機(jī)(上海標(biāo)本模型廠)、PB203-N電子精密天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)、Seaster星海旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(無錫市星海王生化設(shè)備有限公司)、SHZ-3型循環(huán)水真空泵(上海滬西分析儀器廠有限公司)、UV1000紫外分光光度計(jì)(上海天美科學(xué)儀器有限公司)、DZG-6020型真空干燥箱(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠)、傅里葉紅外光譜掃描儀(美國Nicolet公司)。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1酶解棗渣獲取可溶性膳食纖維。稱取棗渣，按料液比=1∶10(g∶ml)配成懸液，調(diào)節(jié)pH，加入一定量酶(纖維素酶和木聚糖酶添加量分別為0.29%和0.21%)，恒溫水浴條件下攪拌酶解49 min，隨后煮沸5 min滅酶；酶解液用沉淀式離心機(jī)在4 000 r/min 轉(zhuǎn)速下離心分離 15 min，分別得到上清液與沉淀兩部分，上清液在 60 ℃下減壓濃縮至20 ml 左右；濃縮液中加入4倍體積的乙醇，于-4 ℃條件下冷藏5 h以上使醇沉完全；干燥醇沉物即獲得干燥狀態(tài)的可溶性膳食纖維(SDF)。

1.3.2棗渣可溶性膳食纖維溶解性測定。稱取一定質(zhì)量的干燥樣品粉末，置于燒杯中，加入適量溶劑，調(diào)節(jié)體系pH，一定溫度下攪拌30 min，離心后記錄上清液體積，用移液管準(zhǔn)確移取上清液加入恒重過已知質(zhì)量的稱量器，再次經(jīng)過恒重處理記錄質(zhì)量，計(jì)算溶解度。

1.3.3棗渣可溶性膳食纖維粘度測定。稱取一定質(zhì)量的樣品粉末配制成一定濃度的溶液，調(diào)節(jié)體系pH，將溶液倒入粘度計(jì)樣品槽，在一定溫度下保溫20 min 后，設(shè)置儀器轉(zhuǎn)速，測定不同條件下體系的粘度。

2結(jié)果與分析

2.1棗渣可溶性膳食纖維溶解性的影響因素

2.1.1溫度。調(diào)節(jié)體系 pH 為7，然后在溫度10～90 ℃的范圍內(nèi)每隔 10 ℃測定纖維溶解度。由圖1可知，棗渣可溶性膳食纖維溶解度隨著溫度的升高逐漸增加，溫度升至60 ℃時(shí)，棗渣可溶性膳食纖維的溶解度已達(dá)95%以上，溫度繼續(xù)升高，溶解度略有增加?？梢姡扇苄陨攀忱w維在溫度達(dá)60 ℃以后基本能完全溶解，因此其溶解不需要高溫來加速。

圖1　溫度對(duì)可溶性纖維溶解度的影響

2.1.2pH。調(diào)節(jié)體系的pH分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10，在60 ℃水浴中保溫30 min，測定各體系溶解度。由圖2可知，改性棗渣可溶性膳食纖維在pH接近6的溶液環(huán)境中溶解度最大；隨著pH的減小或增加，可溶性膳食纖維分子的溶解度都會(huì)有不同程度的降低，但變化程度不大，總體表現(xiàn)為pH對(duì)可溶性膳食纖維溶解度的影響不顯著，說明棗渣可溶性膳食纖維可以考慮添加到不同酸堿度的食品體系中，且仍表現(xiàn)出較佳的溶解特性。

圖2　pH對(duì)可溶性纖維溶解度的影響

2.1.3醇溶液體系。在濃度為 20%、40%、60%、80%、100%的乙醇溶液中，測定纖維溶解度。由圖3可知，水溶性膳食纖維在水溶液體系中表現(xiàn)出較強(qiáng)的溶解能力，然而隨著體系乙醇含量增加，樣品溶解度迅速降低。在醇含量為 20%～60%的溶劑體系中，可溶性纖維溶解度呈現(xiàn)出顯著的降低趨勢；當(dāng)醇溶液含量達(dá)80%時(shí)，棗渣水溶性膳食纖維的溶解度已降至10%以下；進(jìn)一步升高體系醇含量，溶解度趨于0。這也說明對(duì)于棗渣可溶性膳食纖維，醇沉過程仍然可作為沉淀析出可溶性膳食纖維糖的有效途徑。

圖3　醇含量對(duì)可溶性纖維溶解度的影響

2.2棗渣可溶性膳食纖維粘度的影響因素

2.2.1濃度。配制樣品濃度分別為 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/ml。由圖4可知，棗渣可溶性膳食纖維粘度隨著濃度的增加而增大，當(dāng)濃度達(dá)到0.4 mg/ml時(shí)，粘度基本達(dá)到最大值，繼續(xù)增加可溶性膳食纖維的濃度，溶液粘度基本無變化?？赡苁且?yàn)樘菨舛仍黾?，糖鏈與糖鏈之間的相互作用力增強(qiáng)，分子內(nèi)的摩擦力相應(yīng)增大，宏觀上就表現(xiàn)為溶液體系粘度的增大。當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)，纖維分子間作用趨于穩(wěn)定，濃度繼續(xù)提高，粘度幾乎不再變化。

圖4　濃度對(duì)可溶性纖維粘度的影響

2.2.2溫度。由圖5可知，棗渣可溶性膳食纖維粘度受溫度的影響很大。隨著溫度逐漸升高，棗渣可溶性膳食纖維粘度表現(xiàn)出下降的趨勢。溫度為10 ℃時(shí)，體系粘度為22.80 mPa·s；當(dāng)溫度升至50 ℃時(shí)，溶液粘度僅6.30 mPa·s；體系溫度繼續(xù)升高，粘度降低不再明顯。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，溶液中糖分子的構(gòu)象會(huì)發(fā)生一定變化，粘度下降；繼續(xù)升高溫度，糖分子構(gòu)象趨于穩(wěn)定，粘度不再發(fā)生明顯變化。

圖5　溫度對(duì)可溶性纖維粘度的影響

2.2.3pH。體系酸堿度的變化會(huì)影響可溶性膳食纖維分子的羥基及羧基等基團(tuán)的解離過程，因而會(huì)對(duì)可溶性纖維分子鏈間、分子鏈內(nèi)作用力產(chǎn)生影響，在宏觀上則表現(xiàn)為粘度的變化。由圖6可知，當(dāng)pH=6時(shí)，棗渣可溶性膳食纖維粘度最大，說明此時(shí)纖維分子量最大，分子間氫鍵結(jié)合比較穩(wěn)定。pH的變化會(huì)引起棗渣可溶性膳食纖維電離度的差異。當(dāng)pH小于6時(shí)，隨pH升高，電離度增加，溶液體系中糖分子結(jié)構(gòu)及形狀發(fā)生變化，表現(xiàn)為解離現(xiàn)象，樣液體系的粘度逐漸增加；而當(dāng)pH大于6時(shí)，繼續(xù)增加體系的pH，糖分子可能發(fā)生解聚及脫酯化作用，造成纖維分子量降低，粘度減小。此外，接近中性條件時(shí)，體系內(nèi)氫鍵穩(wěn)定，糖分子構(gòu)象穩(wěn)定；而較低或較高的酸堿環(huán)境下，氫鍵易受破壞。棗渣可溶性膳食纖維溶液并未呈現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。

圖6　pH對(duì)可溶性纖維粘度的影響

2.2.4離子濃度。由圖7可知，體系內(nèi)離子的存在會(huì)影響棗渣可溶性膳食纖維溶液的粘度，離子濃度增加會(huì)造成體系粘度的增加，并且不同離子的影響效果并不相同。在對(duì)不同離子的研究中發(fā)現(xiàn)，二價(jià)鹽離子對(duì)粘度的影響明顯，Ca2+影響最大，其次是Mg2+，最后才是一價(jià)離子。當(dāng)離子濃度達(dá)1.0%后，K+和Na+對(duì)粘度的增大作用幾乎消失；而離子濃度達(dá)1.5%后，Mg2+、Ca2+也失去了對(duì)體系粘度明顯的增效作用。原因可能是糖分子中大量的羥基等基團(tuán)會(huì)與鹽離子發(fā)生絡(luò)合作用，糖鏈上結(jié)合較多金屬離子，造成糖分子量的增大，宏觀上表現(xiàn)為體系粘度的增加。同時(shí)，離子的加入對(duì)纖維分子的電荷特性也會(huì)有影響，從而導(dǎo)致粘度的變化?？偟膩碚f，離子的加入并未對(duì)改性棗渣可溶性膳食纖維溶液體系的粘度造成顯著影響，故可考慮將棗渣可溶性膳食纖維添加入含鹽食品，不必?fù)?dān)心其對(duì)食品流變性的影響。

圖7　離子濃度對(duì)可溶性纖維粘度的影響

3結(jié)論

通過考察不同影響因素對(duì)改性獲得的棗渣可溶性膳食纖維溶解度和粘度的影響，為棗渣可溶性膳食纖維的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。酶法改性的棗渣可溶性膳食纖維總體具有較高溶解性，溶解行為表現(xiàn)最佳的工藝條件為：溫度60 ℃，pH=6.0，乙醇含量20%左右。改性的棗渣可溶性膳食纖維的粘性與濃度呈正相關(guān)，粘性行為表現(xiàn)最佳的工藝條件為：樣品濃度約0.4 g/ml，溫度10 ℃，pH=6.0。改性纖維的溶解性均隨各種離子的濃度升高而增加，且二價(jià)離子的影響大于一價(jià)離子，但當(dāng)離子濃度達(dá)到一定值后，該影響趨于平緩。紅棗因其豐富的營養(yǎng)和健康保健作用而受到廣泛關(guān)注，但目前我國棗加工業(yè)還處于初級(jí)階段，對(duì)棗渣的回收利用研究也還不夠完善，僅限于試驗(yàn)室階段，試驗(yàn)獲得的棗渣改性纖維還可作進(jìn)一步的應(yīng)用研究。相信隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和棗渣纖維相關(guān)研究的深入，改性棗渣膳食纖維將被應(yīng)用于食品工業(yè)，不僅可提高紅棗棗汁加工廢棄物的循環(huán)可利用性，延長紅棗的生產(chǎn)加工鏈，提升附加值，還能解決棗渣排放造成的環(huán)境污染問題，前景十分廣闊。

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