动态超高压改性芒果皮渣膳食纤维对果酱流变特性的影响

黄晓兵　廉凤丽　黄志连　李积华　周伟　刘飞　林丽静　王飞　李翔敏

摘  要：本研究以芒果皮渣為研究对象，采用动态超高压技术处理芒果皮渣膳食纤维，研究其粒度、膳食纤维含量以及添加了该膳食纤维对果酱流变特性的影响。结果表明：超高压改性提高了芒果皮渣膳食纤维的溶解性;随着压力的增大，膳食纤维粒径先增大后减小再增加，120 MPa时粒径达到18.218 μm。流变特性研究发现，芒果皮渣膳食纤维/果酱复配体系为非牛顿流体，具有假塑性流体特征;果酱粘度随着剪切速率的增大而减小，存在明显的剪切稀化现象;动态粘弹性测试结果表明，果酱复配体系的贮能模量（G′）与损耗模量（G′′）均随角频率的增加而呈上升趋势，损耗正切值也随着压力的增加而增加，在150 MPa时流体性质最明显。

关键词：芒果皮渣;超高压;膳食纤维;流变特性

中图分类号：S667.7      文献标识码：A

Effect of Mango Peel Dietary Fiber Modified by Dynamic Ultrahigh Pressure on The Rheological Characteristics of Mango Fruit Jam

HUANG Xiaobing1，2， LIAN Fengli1，2， HUANG Zhilian3， LI Jihua1，2*， ZHOU Wei1，2， LIU Fei1，2， LIN Lijing1，2， WANG Fei1，2， LI Xiangmin4

1. Key Laboratory of Tropical Crop Products Processing of Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Agricultural Products Processing Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524001， China; 2. Hainan Key Laboratory of Fruit and Vegetable Storage and Processing， Zhanjiang ， Guangdong 524001， China; 3. College of Food Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China; 4. School of Life Science and Technology， Lingnan Normal University， Zhanjiang ， Guangdong 524001， China

Abstract： In this study， the mango peel dietary fiber was treated with dynamic ultrahigh pressure technology， and the effects of grain size， dietary fiber content and the addition of dietary fiber on the rheological properties of jam were studied. The results indicated that the solubility of the dietary fiber could be improved by ultrahigh pressure modification. With the pressure increased， the particle size of dietary fiber increased first， then decreased， and finally increased. The particle size reached 18.218 μm at 120 MPa. Rheological characteristics results showed the dietary fiber/jam compound system was non-Newtonian fluid， with the characteristics of pseudoplastic fluid. The viscosity of the jam mixed with dietary fiber decreased with increasing in shearing rate， and the jam was obviously a shear thinning flow. The dynamic viscoelastic property results indicated the storage modulus （G′） and the loss modulus （G′′） of the jam compound system increased when the angular frequency was on the rise. Its loss tangent also increased with the increase of treatment pressure， ultrahigh pressure treated at 150 MPa could effectively enhance the fluid properties.

Keywords： mango peel; ultrahigh pressure; dietary fiber; rheological behavior

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.03.036

芒果（Mangifera indica）原產印度，是漆树科（Anacardiaceae）芒果属（Mangifera） 热带常绿乔木，其果实肉质细腻、口感香甜，素有“热带果王”之美称。近年来，我国芒果初级加工品正在向机械化、标准化和优质化发展，加工种类逐渐增加，加工规模日益扩大[1]，然而，由于缺乏科学的加工技术，加工过程中产生大量的芒果皮渣被随意丢弃，不但污染环境，而且造成资源的浪费。芒果皮富含膳食纤维，芒果皮中总膳食纤维可高达60%以上，是丰富的膳食纤维资源[2-3]。研究表明，膳食纤维在保持消化系统健康[4]、预防冠心病[5]、降血脂[6]、预防心血管疾病[7]、抗癌[8]、降血糖[9]及抗炎[10-11]等领域中越来越受到重视。目前，膳食纤维制备方法主要包括水洗法、酸碱处理法、生物发酵法和酶法等，而从环保因素考虑，生物发酵法是一种相对安全、高效、低成本的膳食纤维制备方法[12]，黄晓兵等[13]采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌作为混合发酵菌种制备芒果皮膳食纤维，发现发酵法可将芒果皮中总膳食纤维的含量从53.35%提高到了68.00%，但发酵后水溶性膳食纤维含量降低，因此，通过对芒果皮渣进行改性使水溶性膳食纤维含量增加具有较高的研究价值。超高压技术作为物理改性手段，目前已在豆渣膳食纤维的改性[14]中有广泛应用，除了绿色环保不引入有害成分外，能够有效增加水溶性膳食纤维的比例，同时能够改善膳食纤维的微观结构，可显著增强膳食纤维的功能特性。Peng等[15]通过超高压高手段对发酵后的芒果皮膳食纤维进行处理，发现超高压可有效增加芒果皮膳食纤维中水溶性膳食纤维的比例。

改性后的膳食纤维可显著提高流体食品的流变稳定性，国内外也较多报道了将膳食纤维和流体食品进行复配的研究，熊慧薇等[16]将膳食纤维与纯牛奶进行复配，单成俊等[17]将变性淀粉、膳食纤维和番茄酱进行复配，均得到了理想的流变体系。目前还没有改性芒果皮渣膳食纤维对芒果酱流变特性影响的相关报道。因此，本研究以芒果酱为原料，通过分析动态超高压改性对芒果皮渣膳食纤维理化特性的影响，研究改性膳食纤维对芒果果酱流变特性的影响，以期为芒果加工副产物高值化利用以及芒果皮渣膳食纤维果酱研发提供参考。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  材料与试剂  新鲜澳洲芒果，八成熟，取新鲜芒果皮作为发酵原料，经发酵法制备芒果皮渣膳食纤维;芒果果酱，阿方索，产于印度。

试剂均为分析纯。无水乙醇、95%乙醇、丙酮，广东光华科技股份有限公司;乙酸，廉江市爱廉化试剂有限公司;三羟基甲基氨基甲烷，国药集团化学试剂有限公司;吗啉乙磺酸-水合物（MES），上海晶纯生化科技股份有限公司;氢氧化钠，广东光华化学厂有限公司;蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶、热稳定α-淀粉酶，德国Sigma公司。

1.1.2  仪器与设备  AH100D高压均质机，北京安思拓科技有限公司;HAAKE MARS III流变仪，德国HAAKE公司;RBL-FD-1真空冷冻干燥机，北京若比邻电子信息技术有限公司;Mastersizer 2000 激光粒度仪，马尔文仪器有限公司;SHZ-82 水浴恒温振荡器，金坛市天竟实验仪器厂;pH计，瑞士梅特勒-托利多公司;FA2004N 电子天平，上海精密科学仪器有限公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市矛华仪器有限责任公司;SK2210LHC超声波清洗器，上海科导超声仪器有限公司。

1.2  方法

1.2.1  样品制备  芒果皮渣膳食纤维的制备参考黄晓兵的方法[13]。将芒果皮渣膳食纤维超微粉碎15 min，按照4%（W/V）的物料浓度加水在室温下（25 ℃）充分浸泡溶胀2 h，然后充分振荡后制成膳食纤维悬着液，并分别在30、60、90、120、150 MPa压力条件下均质15次，将不同压力条件下均质后的膳食纤维悬浊液进行冷冻干燥，得到不同压力改性的芒果皮渣膳食纤维，粉碎，密封装袋，备用。

1.2.2  粒度测定  取改性后的芒果皮渣膳食纤维，用激光粒度仪测定样品粒度，考察均质压力对芒果皮膳食纤维粒径的影响。

1.2.3  膳食纤维测定  根据GB 5009.88—2008《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》的方法测定不同压力处理的芒果皮渣膳食纤维中可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维含量。

1.2.4  流变特性测定  称取0.3 g不同压力处理的芒果皮渣膳食纤维，分别加入15 g的芒果果酱中，搅拌均匀后，制备成质量分数为2%的5组不同配比的芒果皮渣膳食纤维/果酱混合体系，4 ℃静止24 h备用。用一次性滴管吸取适量样品置于流变仪测试平板上，平板直径40 mm，设置间隙1 mm，测量前样品先静置平衡5 min，去除传感器边缘的多余样品，然后进行流变测试。

静态剪切流变特性的测定：温度设定为25 ℃，使剪切速率从0～300 s–1递增，记录测试过程中样品的黏度和剪切应力变化情况。

动态黏弹性测定：一次性吸管吸取一定量的样品置于流变仪平台上，温度设为25 ℃，扫描应变值为1%，振荡频率设为0.1～10 Hz，测定样品的贮能模量G′、损耗模量G′′和损耗正切角tan δ随频率变化的情况。

动态时间扫描测定：温度设定为25 ℃，扫描应变1%，频率设定为0. 5 Hz，测定1 h样品弹性模量（G′）和tanδ的变化。

1.3  数据处理

采用Origin 8.0和Microsoft Excel 2010软件进行图表绘制和数据处理。

2  结果与分析

2.1  动态超高压处理对芒果皮渣膳食纤维理化特性的影响

2.1.1  粒度分析  均质压力对芒果皮渣膳食纤维粒度的影响如表1、图1所示。由表1可知，随着均质压力的增加，芒果皮渣膳食纤维表面积平均粒径先增加后减小再增加，均质压力为120 MPa时达到最小值18.218 μm，在图1中小于10 μm处可见明显的峰。比表面积随着均质压力的增加先减小后增加再减小。这是因为动态超高压改性使膳食纤维疏松，微孔增多，比表面积增大，同时膳食纤维断裂和降解使其粒度变小，在120 MPa压力作用下明显的观察到比表面积增大，从而使膳食纤维的功能特性得以改善[18]。

2.1.2  膳食纤维含量分析  动态超高压对芒果皮渣膳食纤维含量的影响如图2所示。由图看出，经超高压处理后的芒果皮渣膳食纤维的不溶性膳食纤维含量有所减少，可溶性膳食纤维含量增加，在120 MPa时可溶性膳食纤维含量最高，为26.17%。这可能是由于超高压的高速剪切和高频撞击，使得纤维物料外层致密的表层破碎，组织疏松，分子链断裂，聚合度下降，使可溶性基团暴露，因而可溶性膳食纤维含量增加。由此可以推断，部分纤维降解为多糖小分子，可为复配体系提供糖类营养成分[19]。

2.2  芒果皮渣膳食纤维对芒果酱流变特性的影响

2.2.1  静态剪切流变特性分析  图3为不同均质压力改性芒果皮渣膳食纤维与果酱复配后剪切应力随剪切速率变化的关系图。由图可知，随着均质压力不断增加，果酱复配体系的剪切应力也逐渐增加，在150 MPa超高压处理时对其影响最大。这可能是在均质压力增大时，部分不溶性膳食纤维长链被打断，更多的羟基被暴露，使其结合水力增强，导致体系的粘稠度增加，从而增加了剪切应力值的增大[20]。

图4为不同均质压力改性芒果皮渣膳食纤维与果酱复配样品粘度曲线图。由图可知，添加不同压力处理后膳食纤维的果酱黏度均随剪切速率的增大而减小，呈现明显的剪切稀化现象。郑炯等[21]对竹笋膳食纤维-黄桃果酱的流变性研究也表明，膳食纤维果酱复配体系存在剪切变稀现象，且其变化程度受到膳食纤维添加量的影响。膳食纤维与果酱复配后，体系中颗粒间相互作用产生三维网络凝胶结构，粘度随着剪切速率的增大而减小，这是触变结构和颗粒取向被破坏所造成的综合结果。触变性越小，流变稳定性越高，在生产应用中，可防止发生沉淀、垂挂等现象。在不同均质压力中，150 MPa改性后的复配样品触变性较小，说明添加经150 MPa超高压改性芒果皮渣膳食纤维的复配体系具有较高的流变学稳定性。

2.2.2  动态时间扫描  图5为不同均质压力改性芒果皮渣膳食纤维果酱复配体系在1 h内贮能模量（G′）与tan δ随时间变化曲线。由图可知，随着均质压力逐渐增加，果酱复配体系的G′值逐渐增加，且始终大于未经超高压处理的果酱凝胶体系的G′;随着时间的变化，G′值逐渐增加，同时伴随tan δ的逐渐降低。这一结果表明，超高压改性芒果皮渣膳食纤维/果酱复配体系具有更好的稳定性，其应用于食品中可更好地改善因果酱等含糖量较高的产品而产生的品质变化[22]。

2.2.3   动态粘弹性分析  根据样品动态粘弹性测定结果中的贮能模量（G′）、损耗模量（G′）以及损耗正切值的数据大小可以判断出果酱样品的总体强度、粘弹性比例，有效反映出果酱的结构和加工性能，图6、图7分别为复配体系贮能模量随角频率变化曲线和复配体系损耗模量随角频率變化曲线。图6和图7对比，复配体系的贮能模量 G′都大于相应的损耗模量 G′′，表明果酱样品表现出胶体行为。随着频率的增加，样品的G′与G′′也逐渐增加，在150 MPa时呈现最小值，表现出以弹性为主的粘弹性性质。G′与G′′呈规律性逐渐增加，类固体性质也增强。

损耗正切值为损耗模量与贮能模量的比值。体系粘弹性由tan δ来表征，tan δ值越大，体系中粘性成分比重较大，体系表现流体的特征;相反，tan δ值越小，体系中弹性成分越多，体系表现固体的特征。由图8可以看出，随着均质压力的增加，tan δ值也增大，均质压力为150 MPa时流体性质最明显，这表明处理压力为150 MPa时能有效增强复配体系的流体性质。

3  结论

通过对芒果皮渣膳食纤维进行动态超高压改性，并研究改性膳食纤维对芒果果酱流变特性的影响，结果发现，随着均质压力的增大，芒果皮渣膳食纤维中不溶性膳食纤维显著减少，可溶性膳食纤维增加，且膳食纤维平均粒径随着压力的增大先增加后减小再增加，120 MPa处理后可溶性纤维含量最高（26.17%），平均粒径最小（18.218 μm）。在120 MPa压力下处理15次得到的芒果皮渣膳食纤维比表面积最大同时粒径最小，此时的膳食纤维物料疏松，营养结构能得到最大程度改善。果酱流变特性研究表明，果酱复配体系的剪切应力随着剪切速率的增大而增大，具有假塑性流体特征，静态剪切应力在150 MPa时具有最高的流变学稳定性。超高压处理后的果酱存在剪切稀化现象，具有明显的触变性。动态流变特性研究结果表明，复配体系的贮能模量（G′）均大于相应的损耗模量（G′′），都随着角频率的增加而增加，在150 MPa时呈现出最小值，表明果酱样品表现出胶体行为。因此，综合考虑果酱的复配效果，在实际应用中选用超高压120 MPa或150 MPa改性膳食纤维能够较好地改善果酱流变特性，但对于果酱的色泽、口感等影响还需进行进一步的研究，以便更好地应用于食品工业中芒果皮渣膳食纤维与果酱复配产品的生产及优化。

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责任编辑：崔丽虹

收稿日期  2020-03-28;修回日期  2020-05-22

基金項目  中国热带农业科学院基本科研业务费专项资金（No. 1630122017018）;以农产品为单元的广东省现代农业产业技术体系创新团队建设项目（No. 2019KJ116）;2018年度广东省科技创新战略专项资金竞争性分配项目（No. 2018A01003）。

作者简介  黄晓兵（1986—），男，硕士，助理研究员，研究方向：特色农产品功能组分的挖掘利用。*通信作者（Corresponding author）：李积华（LI Jihua），E-mail：foodpaper@126.com。