梨渣膳食纤维提取改性及应用研究

张兆熙，李希羽，马跃栋，桑亚新*

（1.河北农业大学食品科技学院，河北保定 071000；2.河北省农产品加工促进中心，河北石家庄 050000）

近年来，人们的饮食趋于多样化、营养化，但同时也因饮食中蛋白质含量较高、脂肪食用过量等问题，使很多人面临亚健康的困扰。因此，越来越多的人开始注重饮食结构的改善与调整。膳食纤维具有促进食物消化、增加饱腹感、降低心血管疾病发病率[1]、控制血糖[2]等功能，对于改善人们的膳食结构、提高膳食质量有很好的促进作用。

果蔬中的膳食纤维含量丰富，可作为膳食纤维的优质来源。梨是人们经常食用的水果，酸甜可口，脆嫩多汁。梨经加工处理得到梨汁饮料等产品后，产生大量梨渣，梨渣中膳食纤维含量可达梨渣总量的75%[3]。但因梨渣中含有大量石细胞[4]，使梨渣涩口难咽，不宜当饲料处置，只能作为废料丢弃，造成大量梨渣膳食纤维的浪费。而对梨渣中的膳食纤维进行提取、改性及加工处理，可大大提高膳食纤维的利用价值，更好地发挥其功效。因此，本文结合膳食纤维的功能对梨渣中膳食纤维的提取及改进方法进行概述，对梨渣膳食纤维的应用研究进行总结，并对未来梨渣膳食纤维的研究发展前景进行展望，以期为提高梨渣的综合利用率及梨渣膳食纤维的深入研究提供参考。

1 膳食纤维对人体的作用及其主要来源

膳食纤维被定义为在人体内不易被消化酶消化的多糖类食物成分[5]。膳食纤维虽不能为人体提供营养，但其自身的理化性质具有多种功能，其吸水膨胀性可增强饱腹感，清理肠道[6]；离子交换能力有助于清除体内重金属离子[7]；黏合性有助于提高饮料的稳定性。

谷物、果蔬和豆类中的膳食纤维含量较高。但目前人们主要的膳食纤维来源于谷物，而对豆类和蔬菜中的膳食纤维摄入量较少。膳食纤维来源单一且摄入较少，饮食结构失衡[8]。

2 梨渣中的膳食纤维及提取方法

2.1 梨渣膳食纤维的分类

膳食纤维分为可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）。SDF 包括果胶、葡聚糖、菊糖、抗性糊精和一些低聚糖类，而IDF 则包括木质素、壳聚糖和半纤维素等。一般而言，SDF 的比例越高，越更益于膳食纤维发挥其功效。梨加工处理后所得的梨渣约占梨全果质量的40%[9],而且梨渣中的膳食纤维约占梨干渣的75%，梨渣是生产膳食纤维的优质来源。梨渣中含有大量的石细胞，石细胞的主要成分是木质素和纤维素，所以梨渣中含有较高的IDF[10]。

2.2 梨渣膳食纤维的提取方法

2.2.1 化学提取法

化学提取法是指将梨渣经干燥磨碎后，再用乙醇等化学试剂浸提，主要有酸法、絮凝法和碱法等。化学提取法操作简便，所用提取试剂广泛易得，但盐酸、氢氧化钠等提取试剂易对膳食纤维造成破坏，所得的膳食纤维纯度较低，且所用试剂量大，易造成环境污染。邹兰等[11]采用碱法制备苹果梨渣膳食纤维，经正交试验工艺优化后，膳食纤维平均提取率可达59.7%。贾福晨等[12]研究苹果梨渣膳食纤维的提取工艺及影响因素时得出，用酸法处理苹果梨渣得出每100 g 苹果梨渣膳食纤维中总膳食纤维含量为83.35 g。

2.2.2 酶解法

酶解法是指将除膳食纤维外的杂质用淀粉酶、蛋白酶等其他酶类除去，以提高膳食纤维纯度。酶解法比化学提取法更简单、方便，且产物纯度较高。张瑜等[13]用α-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶和中性蛋白酶水解刺梨果渣，正交试验得SDF 得率为9.61%。陈小举等[4]采用半纤维素酶水解砀山梨渣提取SDF，经工艺优化后，SDF 提取率达15.21%。酶解法的缺点是操作时无法准确控制反应进程，这限制了该法的推广使用。

2.2.3 发酵法

发酵法是利用微生物生长繁殖消耗碳源、氮源并产生纤维素酶、蛋白酶的特性，有效减少杂质，制取膳食纤维的方法。同时，某些微生物发酵可以破坏IDF 的糖苷键，使其转化为SDF[14]，增加SDF 的比例，有助于在人体中发挥作用。肖霄[15]采用乳酸菌发酵雪梨残渣提取膳食纤维，经正交试验优化后，接种1%乳酸菌，40 ℃下发酵17 h，SDF 提取率明显高于未发酵法。丁小娟等[16]采用混合菌种发酵（嗜酸乳杆菌:戊糖乳杆菌:生香酵母=1:2:1），接种量10%，30 ℃下发酵52 h，可明显增加SDF 得率，对总膳食纤维的理化性质也有改善作用。发酵法相较于其他方法，得到的膳食纤维结构更加完整，纯度也更高；但其操作环境较为复杂，成本较高。

2.2.4 其他方法

除了上述方法之外，梨渣提取还有微波提取法、膜分离法，以及几种方法的联合使用。其中微波提取法是通过微波作用使细胞破碎，提取膳食纤维的方法。该法可节省大量溶剂，并且简便高效。卢忠英等[17]采用微波辅助法提取IDF，工艺优化后，得刺梨IDF 提取率为80.02%。膜分离法是利用膜的选择透过性来实现对不同分子量大小SDF 的分离。此法可以避免试剂残留，提高纯度，但不适用于IDF 的提取，并且操作复杂，目前很少使用[18]。将化学试剂与酶法结合，既能减少试剂的使用，减少污染，又能提高膳食纤维纯度，所以化学-酶结合法常被应用。高晓丽等[19]采用化学-酶结合法提取梨渣中的IDF，结果发现IDF 的提取率达到12.9%，经此法提取后，膳食纤维品质有所提高。

3 梨渣膳食纤维的改性方法

较高的SDF 可以提高膳食纤维生理活性、更好地发挥膳食纤维的功能[20]。有研究表明，与IDF 相比，SDF 更能为人体所利用，增加益处[21-22]。SDF 含量占总膳食纤维的10%以上才具有较高的膳食纤维活性，但梨渣中IDF 含量较高。若能对梨渣中的膳食纤维进行改性，增加SDF比例，则梨渣的使用价值及人体对膳食纤维的利用率均会提高。

3.1 超高压和超微粉碎改性处理

超高压处理是利用较高的静压破坏细胞结构及分子间作用力，改变物质空间结构，从而使其理化性质改变。超微粉碎处理可断裂膳食纤维的糖苷键，增加物料的比表面积，减少粒径。李天等[23]对砀山梨渣进行超高压和超微粉碎改性处理，发现两种方法均能使SDF 含量增加。超高压处理可能会改变膳食纤维的空间结构，增加其持水力、膨胀力和持油力。经超微粉碎处理后，梨渣粒径减小，但未见其理化性质有明显改变。

3.2 超临界二氧化碳处理

超临界二氧化碳（Supercritical CO2，ScCO2）具有较高的渗透性和较强的渗透能力，可使物料溶胀甚至溶解，从而改变其结构，而且此技术处理温度低，无试剂残留，安全环保。常世敏等[24]在一定条件下使用ScCO2处理雪花梨渣，经处理后，梨渣中IDF 的膨胀性和水合性均有所提高。

3.3 高压蒸汽处理

高压蒸汽处理是利用蒸汽的高温使膳食纤维的糖苷键断裂，改变物料结构，从而改变物料的理化性质。张玉星等[25]用高压蒸汽处理两种干燥方式下的梨渣，干燥方式分别是真空冷冻干燥和热风干燥。经处理后两者的SDF、IDF 含量均提高，而且改性后两种颗粒表面褶皱增多，腔洞增加，使得颗粒的比表面积扩大，增加了其持油性。同时发现，真空冷冻干燥的梨渣经高压蒸汽改性后SDF 比例增加更多。

4 梨渣膳食纤维在食品中的应用

4.1 乳制品

膳食纤维的主要成分为多糖，一些膳食纤维具有益生元特性[26]，可作为酸奶中益生菌的生长能源，并且其中的酚类物质可促使膳食纤维更好地发挥益生元特性[27]。而且膳食纤维可以增加酸奶粘稠度和提高稳定性。酸奶中加入SDF，既能改善酸奶品质，还能促进人体肠道健康。孙晶等[28]将梨渣中提取的SDF 加入酸奶，当SDF 的添加量为6%时，所得酸奶的凝固状态、色泽及口感整体上最佳。

4.2 肉制品

肉类是人们日常饮食中主要的脂肪和蛋白质来源，但随着饮食的多样化和饮食结构的调整，肉类在人们饮食中的占比日益增加，导致越来越多的人受到高血压、高血脂等疾病的困扰。将膳食纤维和肉类结合，不仅能减少脂肪等的摄入，而且膳食纤维还能增加肉制品的持水性和稳定性，使肉的结构更加紧密，同时还能提高肉制品的出品率、延长货架期[29]。张海涛[30]将来自梨渣的膳食纤维加入香肠中，生产出的香肠口感细腻多汁，颜色均匀，接受度良好。杨晓宽等[31]将安梨渣粉作为膳食纤维加入香肠中，发现香肠的硬度和咀嚼性有所提升，接受水平在添加量处于0.5%～2%时与对照组无明显差异，整体接受度较佳。

4.3 烘焙食品

烘焙食品口感香醇，外观美丽，深受大众喜爱，但其自身高油、高糖的特性不利于人体健康。SDF 的添加可以增加饼干的韧性，减少干裂，改善饼干口感[32]；同时也能吸附糕点中多余的水分，增强其内部结构，使糕点外形挺拔。在烘焙食品中添加膳食纤维可以赋予其一定的功能特性，还能改善产品的质地结构，并降低食品本身的血糖指数。

4.4 饮料

膳食纤维加入饮料后，可使饮料避免分层、沉淀，提高饮料的稳定性。当前，有许多果蔬的膳食纤维都在饮料的稳定性和功能性方面有所应用，骆嘉原等[33]将香菇中提取的SDF 与其他添加剂一同调配，得到富含SDF 的香菇风味饮料，饮料均一、稳定，不浑浊。倪龙等[34]将豆渣的SDF 与新鲜蓝莓汁混合，制成具有蓝莓风味的膳食纤维饮料，口感良好，富含营养。但梨渣膳食纤维在饮料中的应用目前较少，可能的原因是梨渣中的IDF 含量较高，会造成饮料口感较差，消费者体验度较低。通过对梨渣膳食纤维进行改性，提高SDF 含量，将是饮料中膳食纤维的良好来源。

4.5 面食

面食中添加适当的膳食纤维可增强面筋筋力，使韧性和咀嚼性增加。孙杰等[35]将IDF 和高温改性的IDF 分别加入挂面中，仅添加IDF 会增加挂面硬度，且经改性后的IDF 的添加量在3%～5%时，未显著增加挂面质构特征，口感良好。陶春生等[36]将挤压改性的膳食纤维与高筋面粉混合，制成面条，发现当膳食纤维添加量为6%时，面条品质较好。

5 小结

果蔬中膳食纤维含量多且易提取，梨经榨汁后会产生大量梨渣，梨渣来源充足；而且梨渣中的膳食纤维含量高，经微生物发酵、酶解和膳食纤维改性等方法可提高SDF 比例，操作简便。较高的SDF 比例更有利于膳食纤维发挥功能；梨渣膳食纤维经提取、改性后可作为优质的膳食纤维来源加入食品中，补充日常膳食纤维。目前，膳食纤维在食品领域的应用前景广阔，可添加至烘焙食品、肉制品、乳制品、饮料等各种食品中，但关于梨渣膳食纤维的应用研究还较少，因此，对于梨渣膳食纤维的改性和食品应用方面仍待深入研究，梨渣膳食纤维具有很好的发展前景。