梨渣膳食纖維提取改性及應用研究

張兆熙，李希羽，馬躍棟，桑亞新*

（1.河北農業大學食品科技學院，河北保定 071000；2.河北省農產品加工促進中心，河北石家莊 050000）

近年來，人們的飲食趨于多樣化、營養化，但同時也因飲食中蛋白質含量較高、脂肪食用過量等問題，使很多人面臨亞健康的困擾。因此，越來越多的人開始注重飲食結構的改善與調整。膳食纖維具有促進食物消化、增加飽腹感、降低心血管疾病發病率[1]、控制血糖[2]等功能，對于改善人們的膳食結構、提高膳食質量有很好的促進作用。

果蔬中的膳食纖維含量豐富，可作為膳食纖維的優質來源。梨是人們經常食用的水果，酸甜可口，脆嫩多汁。梨經加工處理得到梨汁飲料等產品后，產生大量梨渣，梨渣中膳食纖維含量可達梨渣總量的75%[3]。但因梨渣中含有大量石細胞[4]，使梨渣澀口難咽，不宜當飼料處置，只能作為廢料丟棄，造成大量梨渣膳食纖維的浪費。而對梨渣中的膳食纖維進行提取、改性及加工處理，可大大提高膳食纖維的利用價值，更好地發揮其功效。因此，本文結合膳食纖維的功能對梨渣中膳食纖維的提取及改進方法進行概述，對梨渣膳食纖維的應用研究進行總結，并對未來梨渣膳食纖維的研究發展前景進行展望，以期為提高梨渣的綜合利用率及梨渣膳食纖維的深入研究提供參考。

1 膳食纖維對人體的作用及其主要來源

膳食纖維被定義為在人體內不易被消化酶消化的多糖類食物成分[5]。膳食纖維雖不能為人體提供營養，但其自身的理化性質具有多種功能，其吸水膨脹性可增強飽腹感，清理腸道[6]；離子交換能力有助于清除體內重金屬離子[7]；黏合性有助于提高飲料的穩定性。

谷物、果蔬和豆類中的膳食纖維含量較高。但目前人們主要的膳食纖維來源于谷物，而對豆類和蔬菜中的膳食纖維攝入量較少。膳食纖維來源單一且攝入較少，飲食結構失衡[8]。

2 梨渣中的膳食纖維及提取方法

2.1 梨渣膳食纖維的分類

膳食纖維分為可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）。SDF 包括果膠、葡聚糖、菊糖、抗性糊精和一些低聚糖類，而IDF 則包括木質素、殼聚糖和半纖維素等。一般而言，SDF 的比例越高，越更益于膳食纖維發揮其功效。梨加工處理后所得的梨渣約占梨全果質量的40%[9],而且梨渣中的膳食纖維約占梨干渣的75%，梨渣是生產膳食纖維的優質來源。梨渣中含有大量的石細胞，石細胞的主要成分是木質素和纖維素，所以梨渣中含有較高的IDF[10]。

2.2 梨渣膳食纖維的提取方法

2.2.1 化學提取法

化學提取法是指將梨渣經干燥磨碎后，再用乙醇等化學試劑浸提，主要有酸法、絮凝法和堿法等。化學提取法操作簡便，所用提取試劑廣泛易得，但鹽酸、氫氧化鈉等提取試劑易對膳食纖維造成破壞，所得的膳食纖維純度較低，且所用試劑量大，易造成環境污染。鄒蘭等[11]采用堿法制備蘋果梨渣膳食纖維，經正交試驗工藝優化后，膳食纖維平均提取率可達59.7%。賈福晨等[12]研究蘋果梨渣膳食纖維的提取工藝及影響因素時得出，用酸法處理蘋果梨渣得出每100 g 蘋果梨渣膳食纖維中總膳食纖維含量為83.35 g。

2.2.2 酶解法

酶解法是指將除膳食纖維外的雜質用淀粉酶、蛋白酶等其他酶類除去，以提高膳食纖維純度。酶解法比化學提取法更簡單、方便，且產物純度較高。張瑜等[13]用α-淀粉酶、糖化酶、纖維素酶和中性蛋白酶水解刺梨果渣，正交試驗得SDF 得率為9.61%。陳小舉等[4]采用半纖維素酶水解碭山梨渣提取SDF，經工藝優化后，SDF 提取率達15.21%。酶解法的缺點是操作時無法準確控制反應進程，這限制了該法的推廣使用。

2.2.3 發酵法

發酵法是利用微生物生長繁殖消耗碳源、氮源并產生纖維素酶、蛋白酶的特性，有效減少雜質，制取膳食纖維的方法。同時，某些微生物發酵可以破壞IDF 的糖苷鍵，使其轉化為SDF[14]，增加SDF 的比例，有助于在人體中發揮作用。肖霄[15]采用乳酸菌發酵雪梨殘渣提取膳食纖維，經正交試驗優化后，接種1%乳酸菌，40 ℃下發酵17 h，SDF 提取率明顯高于未發酵法。丁小娟等[16]采用混合菌種發酵（嗜酸乳桿菌:戊糖乳桿菌:生香酵母=1:2:1），接種量10%，30 ℃下發酵52 h，可明顯增加SDF 得率，對總膳食纖維的理化性質也有改善作用。發酵法相較于其他方法，得到的膳食纖維結構更加完整，純度也更高；但其操作環境較為復雜，成本較高。

2.2.4 其他方法

除了上述方法之外，梨渣提取還有微波提取法、膜分離法，以及幾種方法的聯合使用。其中微波提取法是通過微波作用使細胞破碎，提取膳食纖維的方法。該法可節省大量溶劑，并且簡便高效。盧忠英等[17]采用微波輔助法提取IDF，工藝優化后，得刺梨IDF 提取率為80.02%。膜分離法是利用膜的選擇透過性來實現對不同分子量大小SDF 的分離。此法可以避免試劑殘留，提高純度，但不適用于IDF 的提取，并且操作復雜，目前很少使用[18]。將化學試劑與酶法結合，既能減少試劑的使用，減少污染，又能提高膳食纖維純度，所以化學-酶結合法常被應用。高曉麗等[19]采用化學-酶結合法提取梨渣中的IDF，結果發現IDF 的提取率達到12.9%，經此法提取后，膳食纖維品質有所提高。

3 梨渣膳食纖維的改性方法

較高的SDF 可以提高膳食纖維生理活性、更好地發揮膳食纖維的功能[20]。有研究表明，與IDF 相比，SDF 更能為人體所利用，增加益處[21-22]。SDF 含量占總膳食纖維的10%以上才具有較高的膳食纖維活性，但梨渣中IDF 含量較高。若能對梨渣中的膳食纖維進行改性，增加SDF比例，則梨渣的使用價值及人體對膳食纖維的利用率均會提高。

3.1 超高壓和超微粉碎改性處理

超高壓處理是利用較高的靜壓破壞細胞結構及分子間作用力，改變物質空間結構，從而使其理化性質改變。超微粉碎處理可斷裂膳食纖維的糖苷鍵，增加物料的比表面積，減少粒徑。李天等[23]對碭山梨渣進行超高壓和超微粉碎改性處理，發現兩種方法均能使SDF 含量增加。超高壓處理可能會改變膳食纖維的空間結構，增加其持水力、膨脹力和持油力。經超微粉碎處理后，梨渣粒徑減小，但未見其理化性質有明顯改變。

3.2 超臨界二氧化碳處理

超臨界二氧化碳（Supercritical CO2，ScCO2）具有較高的滲透性和較強的滲透能力，可使物料溶脹甚至溶解，從而改變其結構，而且此技術處理溫度低，無試劑殘留，安全環保。常世敏等[24]在一定條件下使用ScCO2處理雪花梨渣，經處理后，梨渣中IDF 的膨脹性和水合性均有所提高。

3.3 高壓蒸汽處理

高壓蒸汽處理是利用蒸汽的高溫使膳食纖維的糖苷鍵斷裂，改變物料結構，從而改變物料的理化性質。張玉星等[25]用高壓蒸汽處理兩種干燥方式下的梨渣，干燥方式分別是真空冷凍干燥和熱風干燥。經處理后兩者的SDF、IDF 含量均提高，而且改性后兩種顆粒表面褶皺增多，腔洞增加，使得顆粒的比表面積擴大，增加了其持油性。同時發現，真空冷凍干燥的梨渣經高壓蒸汽改性后SDF 比例增加更多。

4 梨渣膳食纖維在食品中的應用

4.1 乳制品

膳食纖維的主要成分為多糖，一些膳食纖維具有益生元特性[26]，可作為酸奶中益生菌的生長能源，并且其中的酚類物質可促使膳食纖維更好地發揮益生元特性[27]。而且膳食纖維可以增加酸奶粘稠度和提高穩定性。酸奶中加入SDF，既能改善酸奶品質，還能促進人體腸道健康。孫晶等[28]將梨渣中提取的SDF 加入酸奶，當SDF 的添加量為6%時，所得酸奶的凝固狀態、色澤及口感整體上最佳。

4.2 肉制品

肉類是人們日常飲食中主要的脂肪和蛋白質來源，但隨著飲食的多樣化和飲食結構的調整，肉類在人們飲食中的占比日益增加，導致越來越多的人受到高血壓、高血脂等疾病的困擾。將膳食纖維和肉類結合，不僅能減少脂肪等的攝入，而且膳食纖維還能增加肉制品的持水性和穩定性，使肉的結構更加緊密，同時還能提高肉制品的出品率、延長貨架期[29]。張海濤[30]將來自梨渣的膳食纖維加入香腸中，生產出的香腸口感細膩多汁，顏色均勻，接受度良好。楊曉寬等[31]將安梨渣粉作為膳食纖維加入香腸中，發現香腸的硬度和咀嚼性有所提升，接受水平在添加量處于0.5%～2%時與對照組無明顯差異，整體接受度較佳。

4.3 烘焙食品

烘焙食品口感香醇，外觀美麗，深受大眾喜愛，但其自身高油、高糖的特性不利于人體健康。SDF 的添加可以增加餅干的韌性，減少干裂，改善餅干口感[32]；同時也能吸附糕點中多余的水分，增強其內部結構，使糕點外形挺拔。在烘焙食品中添加膳食纖維可以賦予其一定的功能特性，還能改善產品的質地結構，并降低食品本身的血糖指數。

4.4 飲料

膳食纖維加入飲料后，可使飲料避免分層、沉淀，提高飲料的穩定性。當前，有許多果蔬的膳食纖維都在飲料的穩定性和功能性方面有所應用，駱嘉原等[33]將香菇中提取的SDF 與其他添加劑一同調配，得到富含SDF 的香菇風味飲料，飲料均一、穩定，不渾濁。倪龍等[34]將豆渣的SDF 與新鮮藍莓汁混合，制成具有藍莓風味的膳食纖維飲料，口感良好，富含營養。但梨渣膳食纖維在飲料中的應用目前較少，可能的原因是梨渣中的IDF 含量較高，會造成飲料口感較差，消費者體驗度較低。通過對梨渣膳食纖維進行改性，提高SDF 含量，將是飲料中膳食纖維的良好來源。

4.5 面食

面食中添加適當的膳食纖維可增強面筋筋力，使韌性和咀嚼性增加。孫杰等[35]將IDF 和高溫改性的IDF 分別加入掛面中，僅添加IDF 會增加掛面硬度，且經改性后的IDF 的添加量在3%～5%時，未顯著增加掛面質構特征，口感良好。陶春生等[36]將擠壓改性的膳食纖維與高筋面粉混合，制成面條，發現當膳食纖維添加量為6%時，面條品質較好。

5 小結

果蔬中膳食纖維含量多且易提取，梨經榨汁后會產生大量梨渣，梨渣來源充足；而且梨渣中的膳食纖維含量高，經微生物發酵、酶解和膳食纖維改性等方法可提高SDF 比例，操作簡便。較高的SDF 比例更有利于膳食纖維發揮功能；梨渣膳食纖維經提取、改性后可作為優質的膳食纖維來源加入食品中，補充日常膳食纖維。目前，膳食纖維在食品領域的應用前景廣闊，可添加至烘焙食品、肉制品、乳制品、飲料等各種食品中，但關于梨渣膳食纖維的應用研究還較少，因此，對于梨渣膳食纖維的改性和食品應用方面仍待深入研究，梨渣膳食纖維具有很好的發展前景。