動態超高壓改性芒果皮渣膳食纖維對果醬流變特性的影響

黃曉兵　廉鳳麗　黃志連　李積華　周偉　劉飛　林麗靜　王飛　李翔敏

摘 ?要：本研究以芒果皮渣為研究對象，采用動態超高壓技術處理芒果皮渣膳食纖維，研究其粒度、膳食纖維含量以及添加了該膳食纖維對果醬流變特性的影響。結果表明：超高壓改性提高了芒果皮渣膳食纖維的溶解性;隨著壓力的增大，膳食纖維粒徑先增大后減小再增加，120 MPa時粒徑達到18.218 μm。流變特性研究發現，芒果皮渣膳食纖維/果醬復配體系為非牛頓流體，具有假塑性流體特征;果醬粘度隨著剪切速率的增大而減小，存在明顯的剪切稀化現象;動態粘彈性測試結果表明，果醬復配體系的貯能模量（G′）與損耗模量（G′′）均隨角頻率的增加而呈上升趨勢，損耗正切值也隨著壓力的增加而增加，在150 MPa時流體性質最明顯。

關鍵詞：芒果皮渣;超高壓;膳食纖維;流變特性

中圖分類號：S667.7 ? ? ?文獻標識碼：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，是漆樹科（Anacardiaceae）芒果屬（Mangifera） 熱帶常綠喬木，其果實肉質細膩、口感香甜，素有“熱帶果王”之美稱。近年來，我國芒果初級加工品正在向機械化、標準化和優質化發展，加工種類逐漸增加，加工規模日益擴大[1]，然而，由于缺乏科學的加工技術，加工過程中產生大量的芒果皮渣被隨意丟棄，不但污染環境，而且造成資源的浪費。芒果皮富含膳食纖維，芒果皮中總膳食纖維可高達60%以上，是豐富的膳食纖維資源[2-3]。研究表明，膳食纖維在保持消化系統健康[4]、預防冠心病[5]、降血脂[6]、預防心血管疾病[7]、抗癌[8]、降血糖[9]及抗炎[10-11]等領域中越來越受到重視。目前，膳食纖維制備方法主要包括水洗法、酸堿處理法、生物發酵法和酶法等，而從環保因素考慮，生物發酵法是一種相對安全、高效、低成本的膳食纖維制備方法[12]，黃曉兵等[13]采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為混合發酵菌種制備芒果皮膳食纖維，發現發酵法可將芒果皮中總膳食纖維的含量從53.35%提高到了68.00%，但發酵后水溶性膳食纖維含量降低，因此，通過對芒果皮渣進行改性使水溶性膳食纖維含量增加具有較高的研究價值。超高壓技術作為物理改性手段，目前已在豆渣膳食纖維的改性[14]中有廣泛應用，除了綠色環保不引入有害成分外，能夠有效增加水溶性膳食纖維的比例，同時能夠改善膳食纖維的微觀結構，可顯著增強膳食纖維的功能特性。Peng等[15]通過超高壓高手段對發酵后的芒果皮膳食纖維進行處理，發現超高壓可有效增加芒果皮膳食纖維中水溶性膳食纖維的比例。

改性后的膳食纖維可顯著提高流體食品的流變穩定性，國內外也較多報道了將膳食纖維和流體食品進行復配的研究，熊慧薇等[16]將膳食纖維與純牛奶進行復配，單成俊等[17]將變性淀粉、膳食纖維和番茄醬進行復配，均得到了理想的流變體系。目前還沒有改性芒果皮渣膳食纖維對芒果醬流變特性影響的相關報道。因此，本研究以芒果醬為原料，通過分析動態超高壓改性對芒果皮渣膳食纖維理化特性的影響，研究改性膳食纖維對芒果果醬流變特性的影響，以期為芒果加工副產物高值化利用以及芒果皮渣膳食纖維果醬研發提供參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?材料與試劑 ?新鮮澳洲芒果，八成熟，取新鮮芒果皮作為發酵原料，經發酵法制備芒果皮渣膳食纖維;芒果果醬，阿方索，產于印度。

試劑均為分析純。無水乙醇、95%乙醇、丙酮，廣東光華科技股份有限公司;乙酸，廉江市愛廉化試劑有限公司;三羥基甲基氨基甲烷，國藥集團化學試劑有限公司;嗎啉乙磺酸-水合物（MES），上海晶純生化科技股份有限公司;氫氧化鈉，廣東光華化學廠有限公司;蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶、熱穩定α-淀粉酶，德國Sigma公司。

1.1.2 ?儀器與設備 ?AH100D高壓均質機，北京安思拓科技有限公司;HAAKE MARS III流變儀，德國HAAKE公司;RBL-FD-1真空冷凍干燥機，北京若比鄰電子信息技術有限公司;Mastersizer 2000 激光粒度儀，馬爾文儀器有限公司;SHZ-82 水浴恒溫振蕩器，金壇市天竟實驗儀器廠;pH計，瑞士梅特勒-托利多公司;FA2004N 電子天平，上海精密科學儀器有限公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市矛華儀器有限責任公司;SK2210LHC超聲波清洗器，上?？茖С晝x器有限公司。

1.2 ?方法

1.2.1 ?樣品制備 ?芒果皮渣膳食纖維的制備參考黃曉兵的方法[13]。將芒果皮渣膳食纖維超微粉碎15 min，按照4%（W/V）的物料濃度加水在室溫下（25 ℃）充分浸泡溶脹2 h，然后充分振蕩后制成膳食纖維懸著液，并分別在30、60、90、120、150 MPa壓力條件下均質15次，將不同壓力條件下均質后的膳食纖維懸濁液進行冷凍干燥，得到不同壓力改性的芒果皮渣膳食纖維，粉碎，密封裝袋，備用。

1.2.2 ?粒度測定 ?取改性后的芒果皮渣膳食纖維，用激光粒度儀測定樣品粒度，考察均質壓力對芒果皮膳食纖維粒徑的影響。

1.2.3 ?膳食纖維測定 ?根據GB 5009.88—2008《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》的方法測定不同壓力處理的芒果皮渣膳食纖維中可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維含量。

1.2.4 ?流變特性測定 ?稱取0.3 g不同壓力處理的芒果皮渣膳食纖維，分別加入15 g的芒果果醬中，攪拌均勻后，制備成質量分數為2%的5組不同配比的芒果皮渣膳食纖維/果醬混合體系，4 ℃靜止24 h備用。用一次性滴管吸取適量樣品置于流變儀測試平板上，平板直徑40 mm，設置間隙1 mm，測量前樣品先靜置平衡5 min，去除傳感器邊緣的多余樣品，然后進行流變測試。

靜態剪切流變特性的測定：溫度設定為25 ℃，使剪切速率從0～300 s–1遞增，記錄測試過程中樣品的黏度和剪切應力變化情況。

動態黏彈性測定：一次性吸管吸取一定量的樣品置于流變儀平臺上，溫度設為25 ℃，掃描應變值為1%，振蕩頻率設為0.1～10 Hz，測定樣品的貯能模量G′、損耗模量G′′和損耗正切角tan δ隨頻率變化的情況。

動態時間掃描測定：溫度設定為25 ℃，掃描應變1%，頻率設定為0. 5 Hz，測定1 h樣品彈性模量（G′）和tanδ的變化。

1.3 ?數據處理

采用Origin 8.0和Microsoft Excel 2010軟件進行圖表繪制和數據處理。

2 ?結果與分析

2.1 ?動態超高壓處理對芒果皮渣膳食纖維理化特性的影響

2.1.1 ?粒度分析 ?均質壓力對芒果皮渣膳食纖維粒度的影響如表1、圖1所示。由表1可知，隨著均質壓力的增加，芒果皮渣膳食纖維表面積平均粒徑先增加后減小再增加，均質壓力為120 MPa時達到最小值18.218 μm，在圖1中小于10 μm處可見明顯的峰。比表面積隨著均質壓力的增加先減小后增加再減小。這是因為動態超高壓改性使膳食纖維疏松，微孔增多，比表面積增大，同時膳食纖維斷裂和降解使其粒度變小，在120 MPa壓力作用下明顯的觀察到比表面積增大，從而使膳食纖維的功能特性得以改善[18]。

2.1.2 ?膳食纖維含量分析 ?動態超高壓對芒果皮渣膳食纖維含量的影響如圖2所示。由圖看出，經超高壓處理后的芒果皮渣膳食纖維的不溶性膳食纖維含量有所減少，可溶性膳食纖維含量增加，在120 MPa時可溶性膳食纖維含量最高，為26.17%。這可能是由于超高壓的高速剪切和高頻撞擊，使得纖維物料外層致密的表層破碎，組織疏松，分子鏈斷裂，聚合度下降，使可溶性基團暴露，因而可溶性膳食纖維含量增加。由此可以推斷，部分纖維降解為多糖小分子，可為復配體系提供糖類營養成分[19]。

2.2 ?芒果皮渣膳食纖維對芒果醬流變特性的影響

2.2.1 ?靜態剪切流變特性分析 ?圖3為不同均質壓力改性芒果皮渣膳食纖維與果醬復配后剪切應力隨剪切速率變化的關系圖。由圖可知，隨著均質壓力不斷增加，果醬復配體系的剪切應力也逐漸增加，在150 MPa超高壓處理時對其影響最大。這可能是在均質壓力增大時，部分不溶性膳食纖維長鏈被打斷，更多的羥基被暴露，使其結合水力增強，導致體系的粘稠度增加，從而增加了剪切應力值的增大[20]。

圖4為不同均質壓力改性芒果皮渣膳食纖維與果醬復配樣品粘度曲線圖。由圖可知，添加不同壓力處理后膳食纖維的果醬黏度均隨剪切速率的增大而減小，呈現明顯的剪切稀化現象。鄭炯等[21]對竹筍膳食纖維-黃桃果醬的流變性研究也表明，膳食纖維果醬復配體系存在剪切變稀現象，且其變化程度受到膳食纖維添加量的影響。膳食纖維與果醬復配后，體系中顆粒間相互作用產生三維網絡凝膠結構，粘度隨著剪切速率的增大而減小，這是觸變結構和顆粒取向被破壞所造成的綜合結果。觸變性越小，流變穩定性越高，在生產應用中，可防止發生沉淀、垂掛等現象。在不同均質壓力中，150 MPa改性后的復配樣品觸變性較小，說明添加經150 MPa超高壓改性芒果皮渣膳食纖維的復配體系具有較高的流變學穩定性。

2.2.2 ?動態時間掃描 ?圖5為不同均質壓力改性芒果皮渣膳食纖維果醬復配體系在1 h內貯能模量（G′）與tan δ隨時間變化曲線。由圖可知，隨著均質壓力逐漸增加，果醬復配體系的G′值逐漸增加，且始終大于未經超高壓處理的果醬凝膠體系的G′;隨著時間的變化，G′值逐漸增加，同時伴隨tan δ的逐漸降低。這一結果表明，超高壓改性芒果皮渣膳食纖維/果醬復配體系具有更好的穩定性，其應用于食品中可更好地改善因果醬等含糖量較高的產品而產生的品質變化[22]。

2.2.3 ? 動態粘彈性分析 ?根據樣品動態粘彈性測定結果中的貯能模量（G′）、損耗模量（G′）以及損耗正切值的數據大小可以判斷出果醬樣品的總體強度、粘彈性比例，有效反映出果醬的結構和加工性能，圖6、圖7分別為復配體系貯能模量隨角頻率變化曲線和復配體系損耗模量隨角頻率變化曲線。圖6和圖7對比，復配體系的貯能模量 G′都大于相應的損耗模量 G′′，表明果醬樣品表現出膠體行為。隨著頻率的增加，樣品的G′與G′′也逐漸增加，在150 MPa時呈現最小值，表現出以彈性為主的粘彈性性質。G′與G′′呈規律性逐漸增加，類固體性質也增強。

損耗正切值為損耗模量與貯能模量的比值。體系粘彈性由tan δ來表征，tan δ值越大，體系中粘性成分比重較大，體系表現流體的特征;相反，tan δ值越小，體系中彈性成分越多，體系表現固體的特征。由圖8可以看出，隨著均質壓力的增加，tan δ值也增大，均質壓力為150 MPa時流體性質最明顯，這表明處理壓力為150 MPa時能有效增強復配體系的流體性質。

3 ?結論

通過對芒果皮渣膳食纖維進行動態超高壓改性，并研究改性膳食纖維對芒果果醬流變特性的影響，結果發現，隨著均質壓力的增大，芒果皮渣膳食纖維中不溶性膳食纖維顯著減少，可溶性膳食纖維增加，且膳食纖維平均粒徑隨著壓力的增大先增加后減小再增加，120 MPa處理后可溶性纖維含量最高（26.17%），平均粒徑最?。?8.218 μm）。在120 MPa壓力下處理15次得到的芒果皮渣膳食纖維比表面積最大同時粒徑最小，此時的膳食纖維物料疏松，營養結構能得到最大程度改善。果醬流變特性研究表明，果醬復配體系的剪切應力隨著剪切速率的增大而增大，具有假塑性流體特征，靜態剪切應力在150 MPa時具有最高的流變學穩定性。超高壓處理后的果醬存在剪切稀化現象，具有明顯的觸變性。動態流變特性研究結果表明，復配體系的貯能模量（G′）均大于相應的損耗模量（G′′），都隨著角頻率的增加而增加，在150 MPa時呈現出最小值，表明果醬樣品表現出膠體行為。因此，綜合考慮果醬的復配效果，在實際應用中選用超高壓120 MPa或150 MPa改性膳食纖維能夠較好地改善果醬流變特性，但對于果醬的色澤、口感等影響還需進行進一步的研究，以便更好地應用于食品工業中芒果皮渣膳食纖維與果醬復配產品的生產及優化。

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責任編輯：崔麗虹

收稿日期 ?2020-03-28;修回日期 ?2020-05-22

基金項目 ?中國熱帶農業科學院基本科研業務費專項資金（No. 1630122017018）;以農產品為單元的廣東省現代農業產業技術體系創新團隊建設項目（No. 2019KJ116）;2018年度廣東省科技創新戰略專項資金競爭性分配項目（No. 2018A01003）。

作者簡介 ?黃曉兵（1986—），男，碩士，助理研究員，研究方向：特色農產品功能組分的挖掘利用。*通信作者（Corresponding author）：李積華（LI Jihua），E-mail：foodpaper@126.com。