苹果皮渣膳食纤维蒸汽爆破改性工艺优化研究

张明，马超，和法涛，范祺，张博华，张鑫，王崇队，孟晓峰，吴茂玉

（中华全国供销合作总社济南果品研究所，山东济南 250014）

苹果皮渣是苹果汁加工过程中产生的副产物，主要包含果皮、残余果肉、果籽和果梗等，一般果皮和果肉占96.2%，果籽占3.1%，果梗占0.7%。苹果皮渣富含果胶、膳食纤维、多酚、维生素等多种营养成分，特别是膳食纤维含量丰富，具有较高的开发利用价值[1-2]。但由于缺乏有效的加工利用手段，这些副产物资源除部分作为饲料外，其他均未得到有效利用，而被直接丢弃[3-4]。

苹果皮渣中膳食纤维主要以不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）为主，可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）含量较少，难以作为高品质膳食纤维加以利用。因此，需要进行改性处理，以提高其可溶性膳食纤维含量，改善其品质，提高附加值。目前膳食纤维改性方法按作用方式主要分为物理方法、化学方法和生物技术方法等。化学方法对膳食纤维的结构和功能特性破坏较严重，同时存在化学试剂难脱除等问题；生物技术方法具有处理条件较为温和、膳食纤维损失较少等特点，但生产效率较低、成本较高。常用的物理改性方法主要包括超微粉碎技术、挤压技术、超高压技术等，具有改性效果好、生产效率高、无化学试剂残留等特点，目前被广泛应用于膳食纤维物质的改性处理[5-8]。

蒸汽爆破技术是一种物理化学相结合的纤维改性处理方法，向密封腔体中通入饱和水蒸气（一般温度180～235 ℃、压力0～2.4 MPa），经一定时间处理后突然释压喷放，在机械力的作用下，破坏物料膳食纤维结构。该方法具有处理体量大、处理时间短、无化学残留、能耗低等优点，是一种较为理想的膳食纤维改性技术[9-11]。目前蒸汽爆破技术在豆类、谷物副产物改性方面已有部分应用[12-14]，但尚未见在苹果皮渣膳食纤维改性方面的相关报道。本研究以苹果榨汁后产生的皮渣为原料，采用蒸汽爆破技术对其膳食纤维进行改性处理，并通过单因素和正交试验对蒸汽爆破技术的工艺条件进行优化，以期为苹果皮渣的综合利用提供一定的理论和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

干苹果皮渣：由烟台安德利果汁有限公司提供。

高温α-淀粉酶（活力40 000 U/g）、中性蛋白酶（活力50 000 U/g）、淀粉葡萄糖苷酶（100 000 U/g），均购于北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

蒸汽爆破试验机，KQ-80，鹤壁正道启宝生物科技有限公司；热风循环烘箱，RXH-B-1，江阴市宏达粉体设备有限公司；标准检验筛，60目，浙江上虞市金鼎标准筛具厂；高速台式离心机TGL-10B，上海安亭科学仪器厂；高速粉碎机，RH-600A，永康市荣浩工贸有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 苹果皮渣膳食纤维改性单因素试验

（1）复水率对苹果皮渣膳食纤维改性的影响

取相同质量的苹果皮渣，分别按照不同复水率（10%、30%、50%、70%、90%）进行复水，密封冷藏过夜平衡水分。之后进行蒸汽爆破处理，蒸汽爆破压强1.2 MPa，保压时间为90 s。以SDF 含量为评价指标，以未经蒸汽爆破处理的样品作为对照。

（2）蒸汽爆破压强对苹果皮渣膳食纤维改性的影响

取2 kg 干苹果渣，复水至物料含水率为30%，密封冷藏过夜平衡水分后备用。蒸汽爆破压强设置为0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 MPa，其他步骤同（1），考察蒸汽爆破压强对苹果皮渣膳食纤维改性的影响。

（3）保压时间对苹果皮渣膳食纤维改性的影响

蒸汽保压时间设置为30、60、90、120、150、180 s，其他步骤同（1），考察保压时间对苹果皮渣膳食纤维改性的影响。

1.3.2 正交试验

选用保压时间、蒸汽爆破压强、复水率三个因素进行正交试验，从而确定最佳工艺条件。正交试验因素与水平如表1 所示。

表1 正交试验因素与水平Table 1 Factors and level of orthogonal experimen

1.4 测定指标与方法

SDF 含量参照GB 5009.88—2014《食品中膳食纤维的测定》所述方法进行测定[15]。

1.5 数据处理

采用Microcal Origin 8.0 软件进行数据处理，采用SPSS 20.0 进行ANOVA 单因素方差分析和Ducan’s 多重检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 复水率对苹果皮渣SDF 含量的影响

由图1 可知，在不同复水率条件下，与对照相比，蒸汽爆破改性处理均能不同程度地提高SDF 含量。在一定范围内，随着复水率的增加，SDF 含量呈先增加后减少的趋势，当复水率为30%时，SDF 含量最高，为21.93%。可能是由于适宜的复水率更有利于蒸汽的渗透及传热，能够保证物料在瞬间释压时所需的强大喷放动力。当复水率过高时，蒸汽不易渗透到物料内部，同时物料内部水分达不到汽化温度，导致SDF 含量减少[16-17]。因此，初步确定最适复水率为30%。

图1 复水率对苹果皮渣SDF 含量的影响Fig.1 Effect of rehydration rate on the SDF content of apple pomace

2.1.2 蒸汽爆破压强对苹果皮渣SDF 含量的影响

由图2 可知，在不同蒸汽爆破压强下，与对照相比，蒸汽爆破改性处理均能不同程度地提高SDF 含量。在一定范围内，随着蒸汽爆破压强的增大，SDF 含量呈先增加后减少的趋势，当爆破压强为1.2 MPa时，SDF 含量最大，为22.12%。可能是因为在高温高压条件下，随着蒸汽爆破压强的增大，IDF 大分子结构被降解为小分子物质，部分糖类溶出并重新聚合为半乳糖醛酸等组分，使得SDF 含量增加；而当蒸汽爆破压强过高时，可能会使可溶性糖类发生部分降解，使得SDF 含量减少。当爆破压强为1.2 MPa 及以上时，物料发生明显的焦化现象，影响产品商品价值[18-19]。因此，蒸汽爆破压强选择0.9 MPa 为宜。

图2 蒸汽爆破压强对苹果皮渣SDF 含量的影响Fig.2 Effect of steam explosion pressure on SDF content of apple pomace

2.1.3 保压时间对苹果皮渣SDF 含量的影响

由图3 可知，在不同保压时间下，与对照相比，蒸汽爆破改性处理均能不同程度地提高SDF 含量。在一定范围内，随着保压时间的延长，SDF 含量呈先增加后缓慢减少的趋势，当保压时间为90 s时，SDF 含量最高，为21.85%。可能是因为随着保压时间延长，蒸汽与物料能更好地接触和作用，但当保压时间过高时，物料发生焦糖化等反应，导致部分可溶性成分被降解，从而使SDF 含量降低[20]。因此，初步确定最适保压时间为90 s。

图3 蒸汽保压时间对苹果皮渣SDF 含量的影响Fig.3 Effect of steam pressure holding time on SDF content of apple pomace

2.2 正交试验

由表2（见下页）可知，各因素对SDF 含量的影响由大到小依次为C、A、B，即复水率、蒸汽爆破压强、蒸汽保压时间。最佳工艺参数组合为A2B3C3，即蒸汽爆破压强0.9 MPa，蒸汽保压时间100 s，复水率40%。经进一步试验验证，在此条件下，苹果皮渣膳食纤维SDF 含量可达22.56%，均高于其他试验组，较改性前提高了141%。

表2 正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experimental

3 结论

本研究针对苹果皮渣SDF 含量低、品质差等问题，采用蒸汽爆破技术对苹果皮渣膳食纤维进行改性，并通过单因素和正交试验对改性条件进行了优化。各因素对苹果皮渣膳食纤维的SDF 含量的影响由大到小依次为复水率、蒸汽爆破压强、蒸汽保压时间。蒸汽爆破改性最佳工艺参数为蒸汽爆破压强0.9 MPa，蒸汽保压时间100 s，复水率40%，在此条件下，SDF 含量为22.56%，较改性前提高了141%。可见，改性处理提高了苹果皮渣膳食纤维的品质和附加值，也为苹果皮渣的综合利用提供了借鉴和指导。