梁志宏，尹蓉，張倩茹，呂英忠

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 果樹研究所，山西 太谷，030815)

棗為鼠李科棗屬木本植物，在我國栽培面積和產(chǎn)量都十分巨大[1]。山西省是棗果主產(chǎn)區(qū)之一，產(chǎn)量居全國第3或第4位[2]，但因品種、氣候、栽培管理和加工技術(shù)等原因，生產(chǎn)和加工過程中會出現(xiàn)大量殘次裂果，這些果實(shí)大部分被直接扔掉，少部分作為動物飼料，從而造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

膳食纖維被譽(yù)為人類的第七大營養(yǎng)素，許多研究表明：膳食纖維具有持水、螯合有機(jī)化合物、陽離子交換和改變腸道微生物群系等特性，可以起到維護(hù)腸道健康、預(yù)防肥胖和心血管疾病、解毒、增強(qiáng)機(jī)體免疫力[3-7]等作用。天然植物中可溶性膳食纖維含量較低，導(dǎo)致其理化特性較差，需經(jīng)過改性處理后許多功能特性才可以更好的發(fā)揮。目前研究較多的膳食纖維改性方法主要有以下幾種：(1)以超高壓、粉碎、擠壓膨化等技術(shù)為主的物理方法；(2)以酸、堿法為主的化學(xué)方法；(3)以酶法、發(fā)酵法為主的生物技術(shù)方法；(4)以上3種方法同時使用的聯(lián)合處理方法[8]。以上四種方法在棗膳食纖維提取中都有應(yīng)用，如張江寧等[9]發(fā)現(xiàn)棗渣超微粉碎后可溶性膳食纖維比例提高,持水性、溶脹性、吸附油脂、膽固醇、膽酸鈉能力增強(qiáng)；張華等[10]用堿法提取棗渣中不溶性膳食纖維，得到產(chǎn)品呈淡黃色，無異味；黃雪姣等[11]以α-淀粉酶和中性蛋白酶酶解殘次棗中不溶性膳食纖維，提取率達(dá)13.04%；李黎等[12]運(yùn)用保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和植物乳酸菌復(fù)合發(fā)酵提取棗渣中不溶性膳食纖維，提高了不溶性膳食纖維得率；孫靜等[13]采用高溫蒸煮、纖維素酶酶解改性棗渣水不溶性膳食纖維,不溶性膳食纖維得率達(dá)20.03%。以上研究多以棗渣為原料，分別采用物理法、化學(xué)法、發(fā)酵法和聯(lián)合法優(yōu)化膳食纖維提取工藝，但對制得的膳食纖維的品質(zhì)研究較少。目前，以殘次裂棗為原料，對不同提取方式制備的膳食纖維進(jìn)行品質(zhì)分析的研究未見報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

棗粉：殘次裂棗去核，切片后60 ℃烘箱干燥，粉碎過40目篩備用；纖維素酶(5萬U/g)、木聚糖酶(5萬U/g)、糖化酶(10萬U/g)，北京索萊寶科技有限公司；m(保加利亞乳桿菌)∶m(嗜熱鏈球菌)∶m(植物乳桿菌)=1∶1∶1混合備用；其他常用化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TGL20M-II型臺式高速離心機(jī)，湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司；SX系列馬弗爐，南陽市鑫宇爐業(yè)有限公司；DZF-1B電熱恒溫真空干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司； ZWY-103B型恒溫培養(yǎng)振蕩器，上海智城分析儀器制造有限公司；WFZ UV-2102C型紫外可見分光光度計(jì)，尤尼柯(上海)儀器有限公司；LRH-70型生化培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 膳食纖維提取方式

1.3.1.1 堿法膳食纖維(DF1)制備

取脫糖干燥后棗粉，質(zhì)量濃度20 g/L NaOH，料液比1∶15(g∶mL)，60 ℃ 提取 40 min,4 000 r/min 離心20 min，收集殘?jiān)簧锨逡赫婵諠饪s至原體積1/3左右，加入4倍95%乙醇(體積分?jǐn)?shù))醇沉6 h，離心，得濾渣，將2次濾渣混合，水洗至中性，60 ℃烘干，粉碎過80目篩備用。

1.3.1.2 酶法膳食纖維(DF2)制備：

取脫糖干燥后棗粉，料液比1∶20(g∶mL)，添加質(zhì)量濃度7 g/L纖維素酶，pH 4.8在50 ℃條件下酶解 70 min，滅酶。 其他操作同1.3.1.1。

1.3.1.3 發(fā)酵法膳食纖維(DF3)制備：

取脫糖干燥后棗粉，料液比1∶10(g∶mL)，加入質(zhì)量濃度20 g/L的脫脂奶粉和質(zhì)量濃度10 g/L白砂糖混勻后滅菌，迅速冷卻,接入質(zhì)量濃度50 g/L混合菌劑，40 ℃條件下發(fā)酵15 h。其他操作方法同上。

1.3.1.4 超聲輔助酶法膳食纖維(DF4)制備:

取脫糖干燥后棗粉，料液比 1∶20(g∶mL)調(diào)成懸液，加入質(zhì)量濃度7 g/L纖維素酶，50 ℃條件下超聲提取 50 min。其他操作同上。

1.3.2 膳食纖維化學(xué)組成的測定

水分、灰分、粗蛋白和粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定參照AOAC方法[14]，總膳食纖維(TDF)、可溶性膳食纖維(SDF)及不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber, IDF)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定參照GB 5009.88—2014[15]。

1.3.3 膳食纖維理化性質(zhì)測定

持水力和膨脹力的測定參照陶永霞等[16]方法；持油力的測定參照SANGNARK等[17]的方法。

1.3.4 功能特性測定

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3 個平行樣的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果采用SPSS 23.0軟件中的Duncan’s進(jìn)行顯著性差異分析(P<0.05)，圖表用Excel繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同提取方式對膳食纖維化學(xué)組成和提取率的影響

由表1可以看出，經(jīng)堿、酶、發(fā)酵和超聲處理后，粗纖維含量較棗粉有顯著提高，提取率增大，說明物理、化學(xué)和生物技術(shù)處理均可使細(xì)胞壁中的果膠和纖維結(jié)構(gòu)降解，更多的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等物質(zhì)溶出，使膳食纖維比率提高。提取方式對棗粉中粗蛋白清除率最高，在39.04%～58.88%之間，與棗粉之間差異顯著(P<0.05)；對粗脂肪也有顯著清除效果，但清除率沒有粗蛋白高。說明不同處理方式均對蛋白和脂肪有一定降解破壞作用。

表1 不同提取方式膳食纖維的成分組成及提取率Table 1 Chemical compositions and yields of dietary fibers from different extraction methods

注：同行不同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著，下同。

4種提取方式中，發(fā)酵法提取率最高，為40.74%，與其他處理之間差異顯著，堿法提取率最低，為35.25%，與其他處理之間亦差異顯著，超聲輔助酶法提取率略高于酶法，但二者之間差異不顯著。SDF與IDF的組成比例是影響膳食纖維生理功能的一個重要指標(biāo)[21]，目前普遍認(rèn)為SDF與IDF比率1∶3左右較合理，為方便后續(xù)理化特性和功能特性比較，本研究盡量將4種膳食纖維樣品SDF和IDF比例控制在1∶3左右。超聲輔助酶法SDF含量最高，與IDF比率基本與棗粉一致，其他3種處理SDF含量相近，三者之間差異不顯著，與IDF比率略高于1∶3，堿法膳食纖維SDF含量在4種提取方式中最低。4種膳食纖維樣品純度由大到小依次為：超聲輔助酶法>酶法>發(fā)酵法>堿法，超聲輔助酶法膳食纖維的純度最高，達(dá)85.42%，其次是發(fā)酵法和酶法制備的膳食纖維，分別為82.02%和80.01%，堿法膳食纖維純度最低，只有78.13%，4種膳食纖維樣品之間純度差異顯著。

2.2 不同提取方式對殘次裂棗膳食纖維理化性質(zhì)的影響

2.2.1 對持水力的影響

高持水力是高品質(zhì)膳食纖維的主要物化特性之一，可以調(diào)節(jié)食品體系中水分分布情況，防止加工品組織結(jié)構(gòu)的脫水收縮，對食品外觀、風(fēng)味及商品價值都有較大影響[22]。由圖1可以看出，4種處理方式制備的膳食纖維與棗粉相比持水力都有顯著提升(P<0.05)，其中超聲輔助酶法制備的TDF持水力最高，化學(xué)法制備的最低，持水力由大到小排序依次是超聲輔助酶法>酶法>發(fā)酵法>堿法>棗粉，除酶法和發(fā)酵法膳食纖維之間差異不顯著外，其他處理之間差異顯著。超聲輔助酶法持水力最大的原因是在超聲波作用下，纖維素酶在水分子帶動下可以更多的滲入纖維結(jié)構(gòu)中，水解部分纖維糖苷鍵，使纖維分子向可溶性小分子變化，纖維結(jié)構(gòu)更加疏松，比表面積增大，親水基團(tuán)更多地暴露出來，持水力大幅度提高[23]。所有處理中，堿法膳食纖維持水力最低，說明堿液處理對膳食纖維的骨架結(jié)構(gòu)破壞明顯，對水分的吸收和保持能力較弱。

圖1 不同提取方式對殘次裂棗膳食纖維持水力的影響Fig.1 Water holding capacity of dietary fibers from different extraction methods

2.2.2 對膨脹力的影響

膨脹力與持水力一樣，均是膳食纖維的重要性質(zhì)之一，同樣與加工食品的品質(zhì)有較大關(guān)系。由圖2可以看出，不同提取方式制備的膳食纖維的膨脹力都顯著高于棗粉(P<0.05)，由大到小依次為：超聲輔助酶法>發(fā)酵法>酶法>堿法>棗粉，酶法與堿法之間差異不顯著(P>0.05)，其他處理之間差異顯著。超聲輔助酶法膳食纖維膨脹力最大的原因是在物理和化學(xué)共同作用下，膳食纖維中大分子組分的連接鍵斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿咏M分，膳食纖維結(jié)構(gòu)變得疏松，體積和比表面積增大，但并未破壞其骨架結(jié)構(gòu)[24]。

圖2 不同提取方式對殘次裂棗膳食纖維膨脹力的影響Fig.2 Swelling power of dietary fibers from different extraction methods

2.2.3 對持油力的影響

膳食纖維表面不僅有親水基團(tuán)，也有親油基團(tuán)，親油基團(tuán)可以通過吸附食物中的油脂減少人體對脂肪的攝入量。膳食纖維持油性可有效改善食品的質(zhì)構(gòu)特性，賦予食品更好的感官品質(zhì)[22]。由圖3可以看出，提取的膳食纖維的持油力都顯著大于棗粉(P<0.05)，超聲輔助酶法制備的膳食纖維持油力最大，堿法膳食纖維在所有處理中最小，從大到小排序與持水力相同，超聲輔助酶法膳食纖維與其他TDF差異顯著。超聲輔助酶法膳食纖維持油力最大的原因與持水力一樣，在超聲和酶的雙重作用下，更多親水基團(tuán)暴露的同時,更多親油基團(tuán)也裸露出來，導(dǎo)致持油力增大。

圖3 不同提取方式對殘次裂棗膳食纖維持油力的影響Fig.3 Oil holding capacity of dietary fibers from different extraction methods

通過對不同提取方式膳食纖維理化特性分析可知，超聲輔助酶法膳食纖維比其他膳食纖維有更好的持水力、膨脹力和持油力，可應(yīng)用于肉、焙烤等多種加工食品中，提高食品的加工特性及品質(zhì)，作為新型品質(zhì)改良劑應(yīng)用于食品加工中。

2.3 不同提取方式對殘次裂棗膳食纖維功能特性的影響

2.3.1 對陽離子交換能力的影響

膳食纖維結(jié)構(gòu)中含有的羧基和羥基類側(cè)鏈基團(tuán)可以與陽離子可逆交換形成一個較為理想的緩沖體系，從而有利于機(jī)體的消化吸收[25]。如Na+、K+可在腸道中與膳食纖維結(jié)合隨糞便或尿液排出體外，調(diào)節(jié)血液中的Na+/K+比，產(chǎn)生降壓效果[26]。由圖4可以看出，所有處理的陽離子交換能力都顯著高于棗粉，各處理間由大到小依次為：超聲輔助酶法>酶法>堿法>發(fā)酵法>棗粉，除酶法和堿法制備的膳食纖維差異不顯著外，其他樣品之間差異顯著。發(fā)酵法TDF的陽離子交換能力顯著低于其他樣品，可能與其SDF含量較低有關(guān)。

圖4 不同提取方式對殘次裂棗膳食纖維陽離子交換能力的影響Fig.4 Cation exchange capacity of dietary fibers from different extraction methods

2.3.2 對葡萄糖吸附能力的影響

膳食纖維對葡萄糖具有吸附和阻礙擴(kuò)散作用，可以降低小腸內(nèi)葡萄糖濃度，抑制餐后血糖上升，改善葡萄糖耐量[19]。由圖5可以看出，不同提取方式制備的TDF對葡萄糖的吸附能力顯著高于棗粉，4種TDF樣品中，超聲輔助酶法制備的膳食纖維吸附能力最強(qiáng)，顯著高于其他3個處理，堿法、酶法和發(fā)酵法膳食纖維雖然吸附量略有不同，但相差不大，三者之間差異不顯著(P>0.05)。

圖5 不同提取方式對殘次裂棗膳食纖維葡萄糖吸附能力的影響Fig.5 Glucose adsorption capacity of dietary fibers from different extraction methods

2.3.3 對膽固醇吸附能力的影響

膳食纖維表面帶有的活性基團(tuán)可以螯合吸附膽固醇和膽汁酸等有機(jī)分子，造成膽酸減少,肝臟就會利用機(jī)體自身的膽固醇合成膽酸,從而降低肝組織和血漿中膽固醇水平[27]。本文分別以pH 2.0和pH 7.0條件模擬胃和小腸環(huán)境，由圖6可以看出，所有處理在pH 7.0環(huán)境下的吸附能力均大于pH 2.0環(huán)境下，2種pH環(huán)境下樣品對膽固醇的吸附量都以超聲輔助酶解法最大，堿法最小，pH 7.0條件下由大到小依次是：超聲輔助酶法>發(fā)酵法>棗粉>酶法>堿法，超聲輔助酶法除與發(fā)酵法差異不顯著外，與其他樣品之間差異顯著(P<0.05)。棗粉膽固醇吸附量大于堿法TDF,與酶法和發(fā)酵法相差不大，說明棗粉中的多糖對膽固醇也有相似的吸附作用。

圖6 不同提取方式對殘次裂棗膳食纖維膽固醇吸附能力的影響Fig.6 Cholesterol adsorption capacity of dietary fibers from different extraction methods

通過對不同提取方式所制膳食纖維功能特性的綜合分析可知，超聲輔助酶法膳食纖維相比于其他膳食纖維具有更好的降壓、降糖、降脂及清除內(nèi)源和外源有毒物質(zhì)的功效。

圖7 不同提取方式對殘次裂棗清除能力的影響 clearance ability of dietary fibers from different extraction methods

3 結(jié)論