CN113632994A - 一种提高刺梨果渣可溶性膳食纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于食品废渣加工技术领域，具体涉及一种刺梨果渣膳食纤维的改性方法。首先提供一种利用蒸汽爆破对刺梨果渣中膳食纤维进行改性的手段，以刺梨果渣改性后膳食纤维提取率为参考指标，通过响应面正交试验优化蒸汽爆破的工艺参数；利用扫描电镜、原子力显微镜、比表面积测定、X射线衍射等检测手段，评价改性对膳食纤维结构的影响；根据蒸汽爆破改性前后刺梨渣SDF和IDF的持水力、持油力、膨胀力等理化性质变化，评价改性前后作为食品添加剂应用的能力；从胆固醇吸附能力、降血糖能力、阳离子交换能力、亚硝酸盐吸附能力以及抗氧化能力等方面，评价改性处理对刺梨渣SDF和IDF的生理功能影响，为其在食品保健方面的研究利用提供参考。

Description

一种提高刺梨果渣可溶性膳食纤维的方法

技术领域：

本发明属于食品废渣加工技术领域，具体涉及一种刺梨果渣膳食纤维的改性及优化方法。

背景技术：

目前，随着人类生活水平的不断提高，肥胖、高血压、高血脂等疾病的发生率也显著增加。《中国居民膳食指南2019》中提出，要合理平衡膳食，保证膳食纤维的足量摄入，这可以极大程度上对上述疾病起到预防作用。

刺梨果渣作为刺梨产品开发的废弃物，被证实其中仍含有丰富的营养物质及大量的膳食纤维，可作为天然的膳食纤维来源，作为膳食纤维营养补充剂的开发有很好的应用前景。然而刺梨渣中膳食纤维比例不佳，其中多数为水不溶性膳食纤维，这既不利于膳食纤维生理功能的发挥，也不利于其在食品中的添加和应用。因此，通过改性手段提高刺梨渣水溶性膳食纤维含量，优化膳食纤维比例，进而提升其生理功能对于刺梨渣废弃物再利用有很重要的研究价值。

目前膳食纤维改性方法研究均通过一定手段优化膳食纤维比例，常见的改性方法有化学法、生物法、物理法，尚未见以蒸汽爆破法对刺梨果渣中膳食纤维进行改性的研究。由于化学法在食品工业中应用存在一定的风险；生物法对于酶制剂和菌种的纯度质量要求以及反应条件的要求较高，且终产物分离有一定难度；物理改性手段虽然方法简单，产物易分离，易实现工业化应用，但针对不同原料的工艺选择需要仔细探索。因此，蒸汽爆破手段作为高效、清洁、绿色的改性手段，具备应用于食品领域的基本条件。

发明内容：

为了解决上述技术问题，本发明首先提供一种利用蒸汽爆破对刺梨果渣中膳食纤维进行改性的手段，以弥补目前市场上对刺梨果渣膳食纤维开发研究的空白，从而深度开发膳食纤维资源，为营养保健品开发提供技术支持。

为了验证蒸汽爆破法的改性效果，本研究以刺梨果渣作为实验原料，并根据改性后膳食纤维提取率作为参考指标，利用响应面正交实验优化蒸汽爆破的工艺参数。利用扫描电镜、原子力显微镜、比表面积测定、X射线衍射、综合热分析以及傅立叶红外光谱等检测手段，评价改性手段对膳食纤维结构的影响。对蒸汽爆破改性前后刺梨渣水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF)的持水力、持油力、膨胀力等基本理化性质变化情况进行研究，以此为指标评价改性前后膳食纤维(DF)作为食品添加剂应用的能力。从胆固醇吸附能力、降血糖能力、阳离子交换能力、亚硝酸盐吸附能力以及抗氧化能力等方面，评价改性处理对刺梨渣SDF和IDF的生理功能影响情况，为其在食品保健方面的研究利用提供参考。

有益效果：

本发明提供了一种刺梨果渣膳食纤维改性的新型方法——蒸汽爆破，其改性效果良好，可以显著改善SDF与IDF的含量比例趋近于1:2，达到膳食纤维吸收的最好的比例，有利于膳食纤维功能的发挥，并在一定程度上改变IDF和SDF的基本结构，提高其生理功能，是一种可行的膳食纤维改性手段。

基于响应面实验结果，得到改性最佳工艺条件为：刺梨渣粉末粒径：50～70目，压力：0.75～0.95Mpa，维压时间：85-105s。此条件下刺梨渣SDF提取率为15.82±0.31％，较改性前提高69.92％。

扫描电镜、原子力显微镜以及比表面积测定结果显示，改性后的IDF表面出现更多皱褶沟壑，结构更蓬松多孔，其比表面积较改性前增大。傅立叶红外光谱和X衍射测定结果显示，蒸汽爆破处理使IDF中大分子物质发生降解，生成更多小分子可溶性糖，改性后IDF结晶度有少许提升，综合热分析测定发现改性后IDF的热稳定性未发生明显改变。改性处理后的SDF表面呈现更疏松的泡沫状结构，比表面积较改性前增大。蒸汽爆破处理使部分SDF结晶区向无定形区转化，改性后SDF中短链增多，羟基暴露增多，分子间氢键作用力更强，具有更强的热稳定性。

对蒸汽爆破改性前后刺梨渣SDF和IDF的功能性质测定结果显示，改性处理后刺梨渣IDF与SDF两者的持水力、膨胀力、持油力均有所提高，葡萄糖吸附能力、阳离子交换能力、亚硝酸盐吸附能力有不同程度的提高，在不同PH下的胆固醇吸附能力也均有提升。但在抗氧化能力方面，改性后的SDF和IDF仅对羟自由基表现出更好的清除能力，对DPPH和ABTS自由基的清除能力均有少许下降。

附图说明：

图1蒸汽爆破改性中原料粒径、维压时间、汽爆压力对刺梨渣SDF含量的影响

图2汽爆前后刺梨渣不溶性膳食纤维的扫描电镜结果

图3汽爆前后刺梨渣可溶性膳食纤维的扫描电镜结果

图4汽爆前后刺梨渣不溶性膳食纤维的原子力显微镜扫描结果

图5汽爆前后刺梨渣可溶性膳食纤维的原子力显微镜扫描结果

图6汽爆前后刺梨渣不溶性、可溶性膳食纤维的X衍射测定结果

图7汽爆前后刺梨渣膳食纤维的热稳定性测定结果

图8汽爆前后刺梨渣不溶性、可溶性膳食纤维的红外光谱测定结果

图9改性前后刺梨渣SDF和IDF在不同PH条件下胆固醇吸附能力

图10改性前后刺梨渣SDF、IDF阳离子交换能力测定结果

图11刺梨渣DF对DPPH自由基、ABTS+自由基、羟自由基的清除作用

具体实施方式：

为了使本专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利，并不用于限定本发明。

本发明所述的营养成分、结构及功能特性为例对本发明进行解释说明。

实施例1：蒸汽爆破改性前后刺梨渣营养成分测定与分析

(1)基本营养成分含量测定

可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝法；DF含量测定采用酶-重量法：GB5009.88-2014；总糖含量测定采用苯酚-硫酸法；维生素C含量测定参考GB5009.86-2016。

(2)超氧化物歧化酶(SOD)含量测定

将刺梨渣粉按1:3(W/V)的比例与50.0mmol/L的磷酸缓冲液(预先冷藏于4℃)混合，使用磁力搅拌器充分搅拌后，在4℃，8000r/min条件下离心20min，取上清液置于4℃冰箱中储存，使用SOD试剂盒进行含量测定。

(3)黄酮含量测定

刺梨渣粉以1:60(W/V)料液比与体积分数为40％的乙醇充分混合，在超声提取后离心取上清液，用40％乙醇定容于100mL容量瓶中，备用。以芦丁为标准品，绘制黄酮标准曲线。取刺梨渣黄酮样品液0.1mL于10mL容量瓶中，按照上述方法测定样品中黄酮含量。

表1刺梨渣改性前后营养成分测定表

注：所得数据为平均值(n＝3)。同一列中不同字母表示显著性不同(p<0.05)

由表1得知，蒸汽爆破改性能够较好地保留刺梨渣中的营养成分。改性后刺梨渣蛋白质、SOD以及Vc含量较改性前变化不显著，总糖和黄酮含量有显著变化。汽爆改性促进了刺梨渣内总糖溶出，其含量由7.43±0.44％显著提升至9.23±0.87％。然而，过于剧烈的改性条件导致刺梨渣中黄酮物质有部分破坏，使其含量由5.51±0.11％下降至4.38±0.22％。

实施例2蒸汽爆破改性后刺梨渣膳食纤维结构性质研究

(1)扫描电子显微镜(SEM)分析

将导电胶固定于样品台上，用牙签沾取改性前后4个样品适量，轻轻抖落在导电胶上，使用真空喷镀仪镀金后，设置电压为12～15kV，在扫描电子显微镜下放大不同倍数(x1000、x5000)观察并拍照，得到扫描电镜图。

(2)原子力显微镜(AFM)分析

将改性前后SDF样品用蒸馏水充分溶解，配制为10.0ug/mL的溶液后，用移液枪吸取10.0uL滴在云母片上，加盖，于超净台内充分挥发水分，得到改性前后刺梨渣SDF观察样本。制备IDF观察样本。取改性前后IDF样品各1.0g，利用压片机压成均匀厚度的薄片，打磨表面后进行观察。

(3)比表面积(SSA)测定

以氮气为吸附质，利用比表面积及孔径分布分析仪对四种DF样品进行测定。利用样品的吸附等温线，选取若干点进行多点BET比表面积分析，选取合适点位使得BET曲线为斜率大于零的直线，且相关系数尽可能趋近于1，对选择好的多点BET的详细数据进行分析，得到样本的比表面积。

(4)X射线衍射表征(XRD)

利用X射线衍射仪对四种DF样品的晶体结构进行表征，测量采用铜靶，管压40kV，管流40mA，测量范围为2θ＝10～80°，测量速率1°/s。

(5)综合热分析(TG-DTA)

利用同步热分析仪表征四种DF样品的热稳定性。测量温度范围为50℃～400℃，升温速率为5℃/min，氮气流速为50mL/min，以空坩锅为对照。

(6)傅立叶红外光谱(FTIR)分析

利用傅立叶红外光谱对样品基团进行测定，扫描波长为400～4000cm-1。

实施例3蒸汽爆破改性后刺梨渣膳食纤维功能性质分析

1.改性前后刺梨渣膳食纤维理化性质研究

(1)持水力(WHC)测定

按照1:100(W/V)比例将汽爆前后刺梨渣IDF样品分别与蒸馏水均匀混合于50mL离心管中，充分摇匀后，在室温下静置1h后进行离心，倒掉离心上清液后对离心管内残留物称重，计算DF持水力。

(2)持油力(OHC)测定

分别称取4个样品各0.25g，置于50mL离心管中，再加入25.0ml核桃油充分混匀，置于37℃下静置1h，后在5000r/min条件下离心20min，尽量去除离心管内游离的油，称量吸油后样品的总质量，计算DF持油力。

(3)膨胀力(SC)测定

分别将0.5g改性前后的IDF样品放入25mL量筒中，加入蒸馏水10.0mL，充分混匀，室温条件下静置12h，记录12h前后液面读数变化，计算DF膨胀力。

2.改性前后刺梨渣DF胆固醇吸附能力(CAC)测定

首先绘制胆固醇标准曲线。取鲜鸡蛋的蛋黄，用9倍体积的热蒸馏水稀释搅打。分别取1.0g样品，加入稀释后的蛋黄液25.0mL，搅拌均匀进行离心，吸取一定量上清液，利用邻苯二甲醛(OPA)法在550nm下测定吸光度(OD550)，取未加入DF的稀释鸡蛋黄液作为对照，通过胆固醇标准曲线计算不同DF吸附后的蛋黄液胆固醇浓度，计算DF的胆固醇吸附能力。

3.改性前后刺梨渣DF降血糖能力测定

(1)改性前后刺梨渣DF葡萄糖吸附能力(GAC)测定

利用3，5-二硝基水杨酸(DNS)比色法绘制葡萄糖标准曲线。分别称取0.5g样品，加入50mL浓度为100mmol/L的葡萄糖溶液中，充分振摇，在37℃下水浴6h后离心。取上清液，使用分光光度计以DNS法测定OD540，以未加入DF的葡萄糖溶液为对照。根据葡萄糖标准曲线计算吸附前后葡萄糖浓度的变化情况，计算样品的葡萄糖吸附能力。

(2)改性前后刺梨渣DFα-淀粉酶抑制能力测定

取土豆加3倍质量蒸馏水破碎打浆，得到马铃薯淀粉溶液。分别称取1.0g样品和4.0mgα-淀粉酶，加入40.0mL马铃薯淀粉溶液，在37℃条件下酶解1h后结束反应，在5500r/min条件下离心20min，取上清液，利用DNS法测定葡萄糖含量，以相同条件下酶解的未添加DF的马铃薯淀粉溶液为对照，计算α-淀粉酶抑制能力。

4.改性前后刺梨渣DF阳离子交换能力(CEC)测定

分别取1.0g样品浸泡在30.0mL0.1 mol/L HCl中，在37℃下静置48h，过滤残渣，用蒸馏水洗涤，用AgNO3溶液鉴定溶液中氯离子完全消除后，将残渣充分干燥。准确称量干燥后样品残渣0.5g，分散于50.0mL 5％NaCl溶液中，磁力搅拌器搅拌30min，以酚酞溶液为指示剂，用0.1mol/L NaOH缓慢滴定至淡红色终点，以蒸馏水代替HCl作空白试验。计算DF的阳离子交换能力。

5.改性前后刺梨渣DF亚硝酸盐吸附能力

绘制亚硝酸盐标准曲线。量取100mL20.0μg/mL NaNO2溶液于250mL锥形瓶中，调节pH＝2(模拟胃环境)，分别加入0.2g样品，在37℃下震荡20min，确保样品均匀分散。取25.0mL稀释后样液于50mL比色管中，加入4g/L对氨基苯磺酸溶液2.0mL，混匀并静置3min，再加入2g/L盐酸萘乙二胺溶液1.0mL，加蒸馏水至刻度并混匀，室温静置15min后在538nm处测定。以等比稀释的未添加纤维样品的溶液为空白进行对照实验。利用标准曲线计算样液亚硝酸盐浓度，计算DF亚硝酸盐吸附能力。

6.改性前后刺梨渣DF抗氧化能力测定

(1)改性前后刺梨渣DF抗氧化成分的提取

分别称取1.0g样品，加入70％乙醇溶液50.0mL，在70℃恒温水浴条件下浸提6h。后在3000r/min条件下离心10min，取上清液，置于4℃冰箱中待用。

(2)改性前后刺梨渣DF对DPPH自由基清除能力测定

准确称取3.94mg DPPH，用无水乙醇溶解并定容至10mL容量瓶中，再用无水乙醇稀释至刻度，摇匀，得到浓度约0.02mmol/L的DPPH溶液。将刺梨渣DF抗氧化成分提取液稀释至不同的浓度，得到样品试液。吸取2.0mL不同浓度的样本试液与2.0mLDPPH·溶液摇匀，避光静置30min后，用分光光度计在517nm处测定吸光值；以无水乙醇代替DPPH·与样液混合并测定其吸光值，以无水乙醇代替样液与DPPH·混合为对照记录吸光度。计算DPPH·清除率。

(3)改性前后刺梨渣DF对羟自由基清除能力测定

利用Fenton反应建立体系，将改性前后刺梨渣DF抗氧化成分提取液稀释至不同倍数，得到样本稀释液。在1.0mL样本稀释液中先后加入相应药品启动反应，在510nm下测定吸光度。对照以蒸馏水代替体系内溶剂进行测定。计算OH·清除率。

(4)改性前后刺梨渣DF对ABTS·⁺清除率测定

制备ABTS·+自由基贮备液。使用PBS缓冲液稀释ABTS·+贮备液至在734nm处吸光度在0.7±0.02左右。将待测样品配制为不同浓度的待测液，取0.1mL待测液与2.9mL稀释后ABTS·+溶液混合，在暗处反应6min，在734nm处测定吸光度。以PBS缓冲液代替样品液与ABTS·+溶液混合，作为空白对照。计算ABTS+清除率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利构思的前提下，上述各实施方式还可以做出若干变形、组合和改进，这些都属于本专利的保护范围。因此，本专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (3)

1.一种提高刺梨果渣可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)刺梨渣预处理：刺梨渣置于20～40℃烘箱彻底烘干后，经粉碎机粉碎，分别过20、40、60、80、200目筛，得到不同粒度的刺梨渣粉；

(2)刺梨渣改性处理：将200g刺梨渣粉放入蒸汽爆破试验台中，设置一定的汽爆压力和时间，进行汽爆处理。收集爆破后的刺梨渣粉，于30℃烘箱烘干，-20℃冷冻储存；

(3)膳食纤维提取：称取一定质量刺梨渣粉末，溶解于0.05mol/L MES-TRIS缓冲液中，用热稳定α-淀粉酶、蛋白酶及淀粉葡萄糖苷酶进行酶解。酶解后的悬浮液经离心分离上清液和沉淀。沉淀经洗涤、抽滤，烘干即得到水不溶性膳食纤维。上清液经浓缩后，加入4倍体积60℃的95％乙醇溶液，在室温下沉淀12h后，离心收集沉淀，烘干后即为水溶性膳食纤维。

2.根据权利要求1所述的一种提高刺梨渣可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：刺梨主要用于榨汁，刺梨果渣基本未经开发且没有使用蒸汽爆破法进行膳食纤维改性。

3.根据权利要求1所述的一种提高刺梨渣可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：刺梨果渣膳食纤维改性后，可溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维含量比例趋近于1:2，达到膳食纤维吸收的最好的比例，有利于膳食纤维功能的发挥，可作为优质膳食纤维来源。

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