孫哲浩，李巧玲，呂廣，王等

1. 河北科技大學(xué)食品科學(xué)與工程系（石家莊 050091）；2. 河北兄弟伊蘭食品科技股份有限公司（石家莊 050800）

纖維素是地球上最豐富、最古老的天然高分子，是重要的生物可降解和可再生的生物資源。纖維素來源于植物、動物和微生物。植物界中，一棵樹1 d平均合成約13.7 g纖維，纖維素總量約21.6×1011～21.6×1012t。如果將所有的每天合成的纖維連接在一起，將覆蓋2.62×1010km，相當(dāng)于175倍太陽和地球的距離。纖維素可作為造紙、紡織和食品的功能性材料。

膳食纖維是纖維素的一種，是可被食用但不被人體消化吸收的植物性成分、碳水化合物及相類似物質(zhì)的總稱，包括多糖、寡糖、木質(zhì)素及相關(guān)植物物質(zhì)的總和。膳食纖維被人們稱為除蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、維生素、水、無機(jī)鹽這六大營養(yǎng)素之外的第七大營養(yǎng)素。

膳食纖維按來源分為植物性來源膳食纖維（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠）、海藻多糖類膳食纖維（海藻酸鹽、卡拉膠）、動物性來源膳食纖維（甲殼素、殼聚糖、膠原蛋白）、微生物來源膳食纖維（真菌多糖、黃原膠）以及合成、半合成膳食纖維（葡聚糖）等，柑橘纖維屬于植物來源的膳食纖維。

膳食纖維按溶解性分為水溶性纖維和水不溶性纖維，常見的水溶性纖維有菊粉、葡聚糖、抗性淀粉、抗性糊精、殼聚糖、燕麥β-葡聚糖、瓜爾膠、海藻酸鈉、真菌多糖等。主要功能為調(diào)整代謝，降低血脂、膽固醇，預(yù)防心臟病等。常見的非水溶性纖維有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，可增加食物通過消化道的速率，且可預(yù)防某些癌癥的發(fā)生。主要功能為：吸收水分，預(yù)防便秘；促進(jìn)腸胃蠕動，縮短食物在大腸內(nèi)滯留時間，減少吸收有害物質(zhì)。

膳食纖維的五大功能性特征為：具有較強(qiáng)的吸水功能和膨脹功能；改善腸道系統(tǒng)中微生物群落組成；吸附無機(jī)物；陽離子交換和吸附功能；粘結(jié)作用。膳食纖維在食品加工中常被作為增稠劑、膨脹劑、配方助劑和填充劑，用于保健食品、乳制品、飲料、嬰幼兒食品、醬料等食品工業(yè)中。膳食纖維的攝入量男性推薦每天30～38 g，女性推薦21～25 g，另外建議30%的纖維來自可溶纖維[1-7]。

柑橘類屬于蕓香科，包含橘子、柑、青檸、檸檬、酸橙和柚子。Shafiya[8]綜述柑橘皮的廢物利用，可以從中提出多酚類化合物、黃酮及纖維，圖1列明柑橘皮中所含營養(yǎng)素。

圖1 柑橘的切面圖

柑橘纖維也稱柑橘粉，是一種從柑橘類原漿中提取的純天然的功能性食品原料，具有良好的保水、保油、增稠、乳化及凝膠性能。柑橘纖維具有特殊的復(fù)合結(jié)構(gòu)，是一種富含水溶性纖維和非水溶性纖維的復(fù)合物，水溶性纖維具有超強(qiáng)的吸水能力，非水溶性纖維具有強(qiáng)大的鎖水功能，由于其較高的可溶膳食纖維含量而越來越受到人們的關(guān)注。Figuerola[9]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)常性使用柑橘纖維可以減少許多慢性病的發(fā)生，如便秘、肥胖、糖尿病、高血脂、癌癥以及降低血液中膽固醇和葡萄糖的含量。Wilbur[11]研究發(fā)現(xiàn)每百克柑橘類水果含4.0～4.4 g纖維；祝淵等[10]發(fā)現(xiàn)檸檬中的纖維含量要高于其他柑橘類型，一般果皮中含量高于果肉中的含量。表1為不同柑橘皮纖維含量。

表1 不同來源柑橘皮纖維含量[10-12]

1 柑橘纖維的分離提取及改性[13-14]

柑橘纖維的生產(chǎn)原料一般來源于柑橘類果汁工廠榨汁后的副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物過去只能當(dāng)廢物回到農(nóng)田，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成一定的破壞，經(jīng)過科學(xué)家的研究，其不僅可以從營養(yǎng)角度作為人類膳食纖維的補(bǔ)充，而且其經(jīng)過一定的分離純化后表現(xiàn)出一定功能特性，如保水性、增加稠度、凝膠性等食品所需的功能特性。

提取一般是將壓榨果汁后的果皮渣經(jīng)過干燥粉碎后作為原料進(jìn)入纖維的加工工廠，經(jīng)過一定分離、提純、脫色等工藝，成為商品級的柑橘纖維，國內(nèi)外有多家公司進(jìn)行研發(fā)與生產(chǎn)，如國外的Fiber-star、Ceam、HerbalFood等，國內(nèi)的樂檬。一般采用酸提醇沉工藝。柑橘纖維提取分離及純化流程：柑橘皮渣→稀酸處理→固液分離→醇沉（乙醇或異丙醇+部分中性的鈉鉀鹽）→過濾→純化（濃縮、脫色）→干燥→粉碎→不同粒度的產(chǎn)品。提取前后的產(chǎn)品變化如圖2所示，加工后產(chǎn)品變成一些具有海綿狀的多孔結(jié)構(gòu)。

圖2 柑橘纖維加工前后的結(jié)構(gòu)變化

在提取工藝中引入酶法、酶-化學(xué)結(jié)合法、微波提取等先進(jìn)的提取方式，有助于改善產(chǎn)品的得率和特性[15]。膜過濾法的引入提高得率，且提高生產(chǎn)效率。Katleen[16]研究高壓均質(zhì)對于柑橘纖維黏彈特性和物理化學(xué)特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于從柑橘皮中先進(jìn)行果膠的提取，因此果膠在提取液中的殘留量影響著柑橘纖維的黏彈特性，果膠圍繞著細(xì)胞壁纖維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，部分果膠的提取并不能很大程度影響纖維的內(nèi)部相互作用，高壓均質(zhì)破壞這種交互作用，使柑橘纖維的黏彈特性有所降低。Oguz[17]采用高壓均質(zhì)對于纖維的持水能力的改善進(jìn)行研究。Clara[18]研究發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥結(jié)合微波干燥的方法生產(chǎn)的柑橘纖維在總纖維含量以及可溶纖維的含量上均高于單純用熱風(fēng)干燥的。

柑橘纖維產(chǎn)品的改性是最近的研究熱點(diǎn)。Fayin[19]研究微粉化對于柑橘纖維物理化學(xué)特性影響，研究發(fā)現(xiàn)氣流粉碎較常規(guī)的機(jī)械粉碎使柑橘纖維的顆粒更加細(xì)小及均一，顆粒表面光滑，具有較高的流動性及Ca2+的交換能力，同時降低柑橘纖維的持水性、持油性以及膨脹能力。Redgwell[20]研究擠壓膨化對于柑橘纖維物理化學(xué)特性的影響，研究發(fā)現(xiàn)擠壓機(jī)械能達(dá)到400 kJ/kg時能夠達(dá)到30%可溶纖維，而擠壓機(jī)械能200 kJ/kg時可溶纖維比率僅8%～12%，經(jīng)過擠壓膨化的纖維表現(xiàn)出持水力的降低，這可能是由于擠壓過程破壞了細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，不同的擠壓強(qiáng)度也產(chǎn)生不同黏度的柑橘纖維產(chǎn)品，同時也產(chǎn)生不同相對分子質(zhì)量的產(chǎn)品及單糖分子組成。Zhang[21]研究堿性過氧化氫及均質(zhì)處理柑橘纖維后物理化學(xué)特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2種處理分別能增加柑橘纖維膨脹能力433%和276%，持水能力分別增加253%和197%。2種處理增加總膳食纖維含量和熱穩(wěn)定性，通過掃描電鏡、核磁共振等研究，纖維的原始結(jié)構(gòu)被破壞并形成多孔狀的結(jié)構(gòu)。

2 柑橘纖維的功能特性[22-27]

Brock[23]分析柑橘纖維的成分，經(jīng)測定其成分如表2（柑橘纖維材料來源于Fiberstar）所示。柑橘纖維主要由碳水化合物組成，其中果膠、纖維素和半纖維素是主體，同時含有一部分蛋白質(zhì)，這也就決定柑橘纖維作為食品配料成分的一些基礎(chǔ)的功能特性。

表2 柑橘纖維的化學(xué)成分

2.1 持水能力與水膨脹性

持水能力反映了生物高分子在食物體系中對水分的保持能力。表3列出不同來源纖維的持水能力，可以看出柑橘纖維較其他纖維具有較高的持水能力。研究發(fā)現(xiàn)，可溶性纖維主要是吸收水分，而不溶性纖維保持住水分，這可能與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，可溶性纖維具有很多親水基團(tuán)，與水分子形成氫鍵，而不溶性纖維由于其纖維素結(jié)構(gòu)未被破壞，其纖維固有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的鎖水能力。纖維在水中開始溶脹，吸水的過程需要一定的時間。由圖3可以看出，5 min的吸水是必要的，直至完全的溶脹。pH也會影響到柑橘的持水能力，由pH 3升到pH 6，持水能力呈現(xiàn)上漲的趨勢（圖4）。Denis[24]也發(fā)現(xiàn)顆粒大的柑橘纖維比顆粒小的具有更加強(qiáng)的持水能力，而吸水膨脹性差異不大，吸水膨脹性多與難溶的纖維有關(guān)。

表3 不同纖維的水分保持能力

圖3 柑橘纖維吸水膨脹時間

圖4 pH對柑橘纖維持水能力的影響

2.2 持油能力

持油能力通常反映穩(wěn)定高油脂含量食品的能力，脂肪的吸收能力一般與原料顆粒的表面特性、電荷密度、稠度及疏水性質(zhì)有關(guān)，一般顆粒小的柑橘纖維具有更好的持油能力。

2.3 黏度和凝膠能力

黏度和一定的凝膠能力主要是由于柑橘纖維含有許多可溶性大分子成分，吸收水分后，形成膠狀的物質(zhì)，賦予溶液黏度和凝膠性能。Brock[23]研究發(fā)現(xiàn)，pH 7時，溶液的黏度隨溫度的升高而變化不大，溫度從30 ℃升高至70 ℃，黏度只降低28%，這與其他熱敏感膠體性質(zhì)不同，最主要原因是纖維素和其他不溶成分穩(wěn)定了柑橘纖維的黏度。

2.4 乳化穩(wěn)定

柑橘纖維由于含有蛋白，可能形成一定糖蛋白結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出良好的乳化特性。

表4 不同類型乳化劑的乳化穩(wěn)定指數(shù)

3 柑橘纖維在食品工業(yè)中的應(yīng)用

由于具有上述的功能特性，柑橘纖維在食品工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。最主要的應(yīng)用在于提升產(chǎn)量、減少成本、部分脂肪替代、清潔標(biāo)簽、替代常規(guī)的穩(wěn)定劑和乳化劑、改善質(zhì)量、減少脫水收縮、改善黏性和質(zhì)構(gòu)、改善營養(yǎng)等[28-51]。

徐水鑫等[46]研究柑橘纖維在面包中替代油脂的研究，結(jié)果顯示隨著柑橘纖維取代油脂的比例增大，面包的體積呈下降趨勢，感官測試在2%～6%的取代比例下，與單獨(dú)使用油脂的對照相比均可接受。Denis[24]也研究柑橘纖維對冷凍面團(tuán)質(zhì)量特性的影響，由于柑橘纖維的添加，面粉的吸水時間在增加，而形成時間、穩(wěn)定時間及破裂時間均在減少，冷凍面團(tuán)的體積變化不是很明顯，但面包的硬度在增加。

Garcia[47]研究發(fā)現(xiàn)添加1.5%的柑橘纖維可以作為發(fā)酵香腸的脂肪替代物，由于柑橘纖維中還含有聚多酚，可以抑制脂質(zhì)氧化，因此延長產(chǎn)品的貨架期。

McKenna[48]進(jìn)行用柑橘纖維替代磷酸鹽的研究，添加0.5%～1.0%的柑橘纖維與添加0.38%的三聚磷酸鹽的豬肉腸在得率、乳化穩(wěn)定及口感上沒有明顯差異。Fernandez[49]研究發(fā)現(xiàn)柑橘纖維可以減少殘留的硝酸鹽含量。Esther[50]在發(fā)酵乳的乳飲料中加入柑橘纖維會有利于乳酸菌的生長。

總之，隨著人們對于柑橘纖維的提取、改性的研究越來越成熟，其作為一功能和營養(yǎng)成分會在食品工業(yè)中發(fā)揮更大作用。