賈 豐，劉 冬，郭玉蓉*，李 潔，孫嬌嬌，蘇 帆

（陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119）

發(fā)酵對(duì)蘋果渣多糖流變性的影響

賈 豐，劉 冬，郭玉蓉*，李 潔，孫嬌嬌，蘇 帆

（陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119）

以蘋果渣多糖（apple pomace polysaccharide，APP）、酒渣多糖（cider apple pomace polysaccharide，CAPP）、醋渣多糖（cider vinegar apple pomace polysaccharide，CVAPP）為研究對(duì)象。通過APP、CAPP、CVAPP質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度、放置時(shí)間對(duì)表觀黏度、剪切應(yīng)力的影響對(duì)比，研究發(fā)酵對(duì)APP流變特性的影響。結(jié)果表明：APP、CAPP、CVAPP皆為假塑性流體，存在剪切變稀現(xiàn)象；CAPP、CVAPP表現(xiàn)出黏度明顯降低、質(zhì)量分?jǐn)?shù)依賴性減弱、溫度抗逆性增強(qiáng)以及存在一定的時(shí)間抗逆性；APP、CAPP、CVAPP放置3 d對(duì)流變特性影響較??；CAPP、CVAPP在一定程度上表現(xiàn)出優(yōu)于APP的加工特性。

發(fā)酵；蘋果渣；多糖；流變性；假塑性流體

蘋果渣是蘋果加工產(chǎn)業(yè)的主要副產(chǎn)物，利用蘋果渣提取活性成分成為利用蘋果渣的有效途徑。蘋果多糖在國內(nèi)被廣泛研究：馬文杰等[1]對(duì)水溶性蘋果多糖提取工藝應(yīng)用二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究；蘇鈺琦等[2]利用堿提、酸提、酶提以及混合提取等方法結(jié)合正交試驗(yàn)對(duì)蘋果多糖提取進(jìn)行了深入研究；張麗萍等[3]對(duì)蘋果多糖脫色工藝進(jìn)行了進(jìn)一步研究；付成程等[4]對(duì)蘋果多糖制備方法以及防癌功能性研究進(jìn)行了綜述研究；李錦運(yùn)等[5]對(duì)蘋果多糖提取工藝優(yōu)化以及除雜進(jìn)行了研究；李倩等[6]建立了PMP柱前衍生法對(duì)蘋果葡寡糖含量測定方法；孫陽[7]研究了蘋果多糖對(duì)MUC1黏蛋白的影響；楊素[8]研究了蘋果多糖對(duì)肝損傷保護(hù)作用的藥理活性；張典等[9]研究了蘋果多糖對(duì)小鼠結(jié)腸癌變的作用及其機(jī)制；李潔等[10]對(duì)蘋果果膠流變特性以及結(jié)構(gòu)表征進(jìn)行了研究。此外，Liu Li等[11]對(duì)蘋果寡糖在抗炎癥、抗癌以及其通路方面進(jìn)行了研究；Li Yuhua等[12-14]分別對(duì)蘋果寡糖、改性糖以及低分子質(zhì)量蘋果多糖的功能性質(zhì)進(jìn)行了深入研究；Yang Xingbin等[15]對(duì)四氯化碳誘導(dǎo)的肝損傷保護(hù)作用進(jìn)行了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究；Zhang Dian等[16]對(duì)蘋果多糖誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡作用進(jìn)行了研究；Li Qian等[17]對(duì)蘋果低聚糖對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡以及對(duì)細(xì)胞周期的影響進(jìn)行了說明；Dou Jiao等[18]對(duì)蘋果幼果多糖分離純化以及其抗氧化活性進(jìn)行了研究；Li Jie等[19]利用超臨界二氧化碳對(duì)蘋果皮渣蠟和己烷進(jìn)行提取，同時(shí)對(duì)其組成以及熱力學(xué)特性進(jìn)行了研究；Wang Xin等[20]利用熱水浸提法進(jìn)行了蘋果果膠提取研究；Ng等[21]對(duì)蘋果細(xì)胞壁多糖運(yùn)動(dòng)性進(jìn)行了研究；Galvez-Lopez等[22]對(duì)蘋果可變化的細(xì)胞壁多糖組成以及在后代中半纖維素酶進(jìn)行了研究。盡管對(duì)于蘋果（渣）多糖有關(guān)流變特性有一定研究，但對(duì)于發(fā)酵蘋果渣（蘋果酒渣、蘋果醋渣）多糖的流變學(xué)特征研究尚鮮有出現(xiàn)。因此，對(duì)于3 種多糖進(jìn)行進(jìn)一步研究，可為生產(chǎn)實(shí)際提供借鑒與理論支持，同時(shí)可為蘋果渣的再利用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋果渣為陜西藍(lán)海果業(yè)有限公司蘋果酒加工副產(chǎn)物原渣；蘋果酒渣為蘋果渣經(jīng)釀酒（本實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行）獲得；蘋果醋渣為蘋果渣經(jīng)釀醋（三原甘露池醋廠）工藝獲得。

磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氫氧化鈉等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

AR-G2流變儀 美國TA公司；超聲波清洗儀器昆山市超聲儀器有限公司；烏氏黏度計(jì) 上海Ehsy儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備與測定

參考Li Jie[19]、竇姣[23]等方法，如圖1所示，提取蘋果渣多糖（apple pomace polysaccharide，APP）、蘋果酒渣多糖（cider apple pomace polysaccharide，CAPP）、蘋果醋渣多糖（cider vinegar apple pomace polysaccharide，CVAPP），備用。

圖1 3 種多糖提取流程圖Fig. 1 Flow chart for the extraction of polysaccharides from fresh and fermented apple pomace

樣品測定依照李潔等[10]方法進(jìn)行。

1.3.2 多糖流體特性分析

用磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉配制pH 7緩沖液，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的APP、CAPP、CVAPP溶液，在25 ℃條件下利用流變儀測定剪切速率0～700 s-1范圍內(nèi)流體特性[10]。

1.3.3 多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)3 種多糖流體特性的影響

用磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉配制pH 7緩沖液，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度為0.1%、0.3%、0.5%的APP、CAPP、CVAPP溶液，在25 ℃條件下利用流變儀測定剪切速率0～700 s-1范圍內(nèi)流體特性[10]。

1.3.4 溫度對(duì)多糖流體特性的影響

用磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉配制pH 7緩沖液，配制0.5%的APP、CAPP、CVAPP溶液，在20～80 ℃，剪切速率為500 s-1條件下利用流變儀測定其流體特性[10]。

1.3.5 放置時(shí)間對(duì)多糖流體特性的影響

用磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉配制pH 7緩沖液，配制0.5%的APP、CAPP、CVAPP溶液，分別放置1、3、 14 d，在25 ℃條件下利用流變儀測定剪切速率0～700 s-1范圍內(nèi)流體特性[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)測量3 次，利用軟件DPS 7.05進(jìn)行相關(guān)計(jì)算處理，作圖利用Origin 8.0與Excel 2010進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 多糖樣品的制備與鑒定

經(jīng)測定，粗多糖純度均在70%左右，APP、CAPP、CVAPP提取率分別為（5.68±0.014）%、（6.00±0.007）%、（7.09±0.078）%，可見發(fā)酵蘋果渣對(duì)多糖提取率有改善作用，對(duì)多糖純度無明顯影響（P＞0.05）。

圖2 3 種多糖紅外光譜吸收?qǐng)D譜Fig. 2 Infrared spectra of polysaccharides

由圖2可看出，APP、CAPP、CVAPP在4 000～400 cm-1區(qū)間均有多糖的特征吸收峰，且吸收峰基本一致，1 200～1 000 cm-1波長區(qū)間也稱為分子的指紋區(qū)，1 080.12、1 050.33 cm-1為C—OH的伸縮振動(dòng)峰和C—O—C糖苷鍵的振動(dòng)峰，均有吡喃糖單元的存在，即物質(zhì)為多糖[10,23]。

2.2 發(fā)酵對(duì)多糖流體特性的影響

2.2.1 剪切速率對(duì)3 種多糖表觀黏度的影響

圖3 剪切速率對(duì)3 種多糖表觀黏度的影響Fig. 3 Effect of shear rate on apparent viscosity of polysaccharides

由圖3可看出，APP、CAPP、CVAPP在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，0～150 s-1范圍內(nèi)隨著剪切速率的不斷增加表觀黏度迅速減小，在150～700 s-1范圍內(nèi)三者表觀黏度趨于平衡，三者黏度大小趨勢關(guān)系：APP＞CAPP＞CVAPP，分別為0.026 57、0.012 24、0.011 85 Pa·s。這與多糖在水溶液中分子間相互作用有關(guān)，當(dāng)剪切速率增加時(shí)，剪切應(yīng)力隨之增加，到達(dá)一定程度時(shí)破壞多糖分子間的交聯(lián)作用，導(dǎo)致黏度降低。因此，蘋果渣經(jīng)發(fā)酵所得多糖黏度明顯下降（P＜0.05），這在工業(yè)加工中有利于工業(yè)化生產(chǎn)[10]。

2.2.2 發(fā)酵對(duì)多糖流動(dòng)性特征影響

食品流變性研究食品原料、中間產(chǎn)品在加工過程中的變形和流動(dòng)問題，研究最終產(chǎn)品在消費(fèi)咀嚼過程中變形與恢復(fù)問題[9]。高分子物質(zhì)，如多糖經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)現(xiàn)象：1）剪切變稀現(xiàn)象；2）減阻現(xiàn)象；3）黏度的分子質(zhì)量依賴性，分子質(zhì)量是影響高分子流變性質(zhì)的最主要的結(jié)構(gòu)因素，因?yàn)樵诹鲃?dòng)過程中，隨著高分子分子質(zhì)量的增加，分子鏈便會(huì)開始纏結(jié)，不能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，流動(dòng)就變得困難的多了，導(dǎo)致能量的耗散顯著增加。4）冪律定律，適用于剪切速率較大的場合，此為冪律定律的張量定義，對(duì)于一維方向的簡單流動(dòng)行為來說，可簡化為τ＝Kγn，式中，K為流體的稠度系數(shù)，K越大流動(dòng)阻力越大；n為非牛頓指數(shù)；τ為剪切應(yīng)力/Pa；γ為剪切速率/s-1。該方程為冪律方程，符合該方程的流體稱冪律流體，此方程僅適用于中等剪切速率范圍。當(dāng)n為1時(shí)，流體為牛頓流體；當(dāng)n小于1時(shí)流體為假塑性流體，流體表現(xiàn)為剪切變稀的行為；當(dāng)n大于1時(shí)，流體為脹塑性流體，黏度隨剪切速率增加而非線性增加，成為剪切增稠，此時(shí)流體表現(xiàn)為脹塑性。由此可見，n與1之差可作為流體的非牛頓性的量度指標(biāo)。當(dāng)n值越小時(shí)，偏離牛頓流動(dòng)越遠(yuǎn)，黏度隨γ增大而降低，流動(dòng)性增強(qiáng)[24]。

圖4 剪切速率對(duì)3 種多糖剪切應(yīng)力的影響Fig. 4 Effect of shear rate on shear stress of polysaccharides

冪律定律τ＝Kγn，如圖4所示，在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，3 種多糖經(jīng)擬合曲線可得Y1=0.184 7X0.6773，0.903 6；Y2=0.235 4X0.5111，=0.825 0；Y3=0.254X0.4936，=0.816 5；其中n值分別為0.677 3、0.511 1、0.493 6，可見3 種多糖溶液都為非牛頓流體，且都會(huì)存在剪切變稀現(xiàn)象，是典型的假塑性流體，結(jié)合圖2可見3 種多糖溶液都為假塑性流體，且都出現(xiàn)了剪切變稀現(xiàn)象；此外，根據(jù)圖3可看出剪切應(yīng)力τ為APP＞CAPP＞CVAPP，這與三者黏度的大小關(guān)系是統(tǒng)一的，可見黏度越大導(dǎo)致剪切應(yīng)力越大，剪切應(yīng)力的大小與黏度表現(xiàn)一致，存在較強(qiáng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依賴性[10,24]。

2.3 多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)流體特性的影響

2.3.1 對(duì)表觀黏度的影響

圖5 剪切速率對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)3 種多糖表觀黏度的影響Fig. 5 Effect of shear rate on apparent viscosity of polysaccharides at different concentrations

由圖5可看出，3 種多糖表觀黏度都存在質(zhì)量分?jǐn)?shù)依賴性，而APP表觀黏度表現(xiàn)出高于發(fā)酵多糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依賴性，同時(shí)剪切稀化現(xiàn)象隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加有所增強(qiáng)。發(fā)酵多糖表觀黏度隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化趨勢基本一致，經(jīng)發(fā)酵多糖的溶解性得到明顯提高，使得在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)情況下APP表觀黏度明顯大于發(fā)酵多糖，這與3 種多糖溶解度以及分子質(zhì)量有直接關(guān)系，對(duì)于高分子而言質(zhì)量分?jǐn)?shù)與分子質(zhì)量對(duì)黏度影響呈正相關(guān)，溶解度直接影響質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小來影響?zhàn)ざ?，主要通過分子質(zhì)量大小以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小來增大多糖溶液阻滯性，使流體流動(dòng)阻力增大，從而使得黏度發(fā)生較大變化[10,18]。

2.3.2 對(duì)流動(dòng)性影響

圖6 剪切速率對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)3 種多糖剪切應(yīng)力的影響Fig. 6 Effect of shear rate on shear stress of polysaccharides at different concentrations

由圖6可見，對(duì)于APP，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)與剪切速率增大溶液剪切應(yīng)力明顯增加；非牛頓指數(shù)n隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加依次為0.547 8、0.636 6、0.677 3，即依次增大，也就表明隨著APP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加溶液更趨于牛頓流體，同時(shí)剪切稀化也有所增強(qiáng)，溶液表現(xiàn)為典型的假塑性流體。CAPP溶液隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)與剪切速率增大溶液剪切應(yīng)力也明顯增加，但與APP相比增加幅度較??；非牛頓系數(shù)n變化范圍0.468 8～0.511 1，與APP較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比仍然表現(xiàn)出典型的非牛頓流體性質(zhì)，剪切稀化現(xiàn)象隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加也有所增強(qiáng)，仍是典型的假塑性流體。CVAPP溶液隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)與剪切速率增大溶液剪切應(yīng)力也明顯增加，但與APP、CAPP相比增加幅度最小，這可能與發(fā)酵時(shí)間越長，導(dǎo)致多糖結(jié)構(gòu)分子越小，使得分子交聯(lián)、纏結(jié)作用減小，水合作用減弱，使得黏度降低，剪切應(yīng)力也隨著減小；非牛頓系數(shù)n變化范圍縮小，同樣表現(xiàn)出剪切稀化隨溶度增加有所增強(qiáng)，為假塑性流體[10,25-26]。

2.4 溫度對(duì)流體特性的影響

2.4.1 對(duì)表觀黏度的影響

圖7 溫度對(duì)3 種多糖表觀黏度的影響Fig. 7 Effect of temperature on apparent viscosity of polysaccharides

圖7 顯示，蘋果渣經(jīng)發(fā)酵處理多糖具備更強(qiáng)的溫度抗逆性，隨溫度變化趨勢明顯減弱，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵多糖溶液本身分子間作用力、分子纏結(jié)作用小，當(dāng)溫度升高時(shí)隨著變化的趨勢也就較小。溫度升高導(dǎo)致多糖溶液分子間的熱運(yùn)動(dòng)加劇，削弱了分子間的交聯(lián)作用，分子間距變大，分子間作用力減小，摩擦減少，流動(dòng)性增強(qiáng)[10]。

2.4.2 對(duì)流動(dòng)性影響

圖8 溫度對(duì)3 種多糖剪切應(yīng)力的影響Fig. 8 Effect of temperature on shear stress of polysaccharides

圖8 顯示，剪切應(yīng)力變化趨勢與表觀黏度變化趨勢基本一致，發(fā)酵多糖溶液具有較強(qiáng)的溫度抗逆性，在食品加工中有利于熱加工處理，表現(xiàn)出優(yōu)于APP的加工特性。在較低溫度范圍（20～40 ℃）時(shí)，隨著溫度的升高，3 種多糖溶液中分子間的纏結(jié)體迅速被削弱，因此剪切力減小，宏觀表現(xiàn)為表觀黏度迅速降低，與溫度對(duì)表觀黏度的變化趨勢一致；而在較高溫度范圍（50～80 ℃）時(shí)，分子間的纏結(jié)體幾乎完全被削弱，因此表觀黏度下降幅度減緩，表現(xiàn)為趨于理想狀態(tài)牛頓流體的特性[10]。

2.5 放置時(shí)間對(duì)流體特性的影響

2.5.1 對(duì)表觀黏度的影響

圖9 剪切速率對(duì)不同放置時(shí)間3 種多糖表觀黏度的影響Fig. 9 Effect of shear rate on the apparent viscosity of polysaccharides at different storage times

圖9 顯示，短期放置1、3、14 d后3 種多糖表觀黏度均下降，放置14 d后，多糖溶液的初始黏度有明顯的降低。表明多糖分子間所形成的纏結(jié)體為一種不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，隨著放置時(shí)間的延長，多糖分子的水合作用加強(qiáng)，分子間的相互作用力減弱，導(dǎo)致多糖溶液表觀黏度的下降，進(jìn)而影響多糖的應(yīng)用特性，因此多糖溶液放置時(shí)間不宜超過3 d，同時(shí)發(fā)酵APP表現(xiàn)出一定的時(shí)間抗逆性[10,27]。

2.5.2 對(duì)流動(dòng)性的影響

圖10 剪切速率對(duì)不同放置時(shí)間3 種多糖剪切應(yīng)力的影響Fig. 10 Effect of shear rate on shear stress of polysaccharides at different storage times

圖10 顯示，隨著放置1、3、14 d后，APP溶液剪切應(yīng)力明顯降低，非牛頓指數(shù)n為0.582 6～0.689 4；CAPP溶液稍有減小，非牛頓指數(shù)n為0.499 1～0.520 6；CVAPP溶液基本不變化，非牛頓指數(shù)n為0.492 8～0.496 6；可見經(jīng)發(fā)酵處理后多糖的非牛頓流體性質(zhì)更加明顯。此外，3 種多糖在3 d之后剪切速率對(duì)剪切應(yīng)力的影響明顯，同時(shí)發(fā)酵多糖表現(xiàn)出一定的時(shí)間抗逆性，結(jié)合圖8可知3 種多糖流變性3 d后變化明顯，因此常溫保存時(shí)間在3 d為宜。這可能是多糖溶液隨著時(shí)間延長，在水合作用下，分子間作用減弱所致[10]。

3 結(jié) 論

3 種多糖都表現(xiàn)出明顯的假塑性流體特性，存在剪切變稀現(xiàn)象，且具有質(zhì)量分?jǐn)?shù)依賴性；CAPP、CVAPP黏度明顯小于APP，且存在較好的水溶性，具備較好的溫度抗逆性與一定的時(shí)間抗逆性；經(jīng)發(fā)酵處理CAPP、CVAPP非牛頓流體特性更加明顯。因此，經(jīng)發(fā)酵處理，CAPP、CVAPP在一定程度上表現(xiàn)出優(yōu)于APP的加工特性。

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Effect of Fermentation on Rheology of Apple Pomace Polysaccharides

JIA Feng, LIU Dong, GUO Yurong*, LI Jie, SUN Jiaojiao, SU Fan
(College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China)

The influences of concentration, temperature and storage time on the apparent viscosity and shear stress of apple pomace polysaccharide (APP), cider apple pomace polysaccharide (CAPP) and cider vinegar apple pomace polysaccharide (CVAPP) were studied in this research in order to elucidate the effect of fermentation on the rheology of APP. The results showed that APP, CAPP, and CVAPP were all pseudoplastic fluid, displaying a shear thinning behavior. Both CAPP and CVAPP exhibited significantly lower viscosity with decreased concentration dependence and enhanced temperature resistance as well as resistance within a period of time. The rheology of all three polysaccharides changed little during 3 days of storage. Both CAPP and CVAPP were superior to APP in term of processing characteristics to a certain extend.

fermentation; apple pomace; polysaccharides; rheology pseudoplastic fluid

10.7506/spkx1002-6630-201714016

TS255.36

A

1002-6630（2017）14-0106-06

賈豐, 劉冬, 郭玉蓉, 等. 發(fā)酵對(duì)蘋果渣多糖流變性的影響[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(14): 106-111.

10.7506/spkx1002-6630-201714016. http://www.spkx.net.cn

JIA Feng, LIU Dong, GUO Yurong, et al. Effect of fermentation on rheology of apple pomace polysaccharides[J]. Food Science, 2017, 38(14): 106-111. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714016. http://www.spkx.net.cn

2016-06-24

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（蘋果）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-28）

賈豐（1991—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)與功能食品。E-mail：feng_juslin@163.com

*通信作者：郭玉蓉（1962—），女，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及其副產(chǎn)物綜合利用。E-mail：yurongguo730@163.com