王大为，李 娜，赵 鑫
（吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118）
摘 要：以欧李果汁果渣和果酒果渣中的膳食纤维为研究对象，通过傅里叶红外光谱、扫面电镜及X射线衍射等方法探究二者的理化性质和纤维结构，并对比分析了二者的不同之处。结果表明：欧李果汁果渣和果酒果渣中可溶性膳食纤维含量分别为12.54%和19.83%；膳食纤维的水合性质分别为：持水力5.35、6.43 g/g；膨胀力1.93、2.14 mL/g；结合水力4.52、5.18 g/g；阳离子交换能力0.18、0.25 mmol/g。傅里叶红外光谱分析表明果汁果渣膳食纤维和果酒果渣膳食纤维中均具有C=O键、OüH键、CüH键等特征吸收峰；扫描电镜和X射线衍射对果渣的形貌观察表明果酒果渣膳食纤维较果汁果渣膳食纤维结构疏松，在2θ=14.30。、15.13。、32.25。处有明显衍射峰存在，结晶度较高。
关键词：欧李果渣；膳食纤维；理化性质；结构
欧李（Creasus humilis），又名钙果，为蔷薇科樱桃属多年生落叶小灌木 [1]，其茎叶、根皮等部位具有很高的经济和药用价值 [2]，果实色泽鲜艳，不仅含有丰富的糖、蛋白质、维生素、氨基酸等营养物质，还含有具有一定抗氧化活性的酚类化合物 [3]；欧李中钙含量较高，据测定，鲜果含钙量为79.09 mg/100 g，因此又被称为“钙果” [4]。欧李果渣是生产欧李果汁和欧李果酒的副产物，其中总膳食纤维含量达75%以上，是生产高品质膳食纤维的良好原料。
本实验以欧李果汁果渣和果酒果渣为原料制备膳食纤维，对2 种膳食纤维的膨胀力、持水力、结合水力和阳离子交换能力等理化特性进行比较，并利用红外光谱、扫描电镜、X射线衍射分析技术对2 种膳食纤维的官能团及表面微观结构进行研究，不仅可为生产欧李果渣高品质膳食纤维提供理论参考，提高欧李深加工产品附加值，同时也增加了膳食纤维的品种多样性。
1.1 材料与试剂
耐高温α-淀粉酶（酶活力≥4h10 4U/g）、碱性蛋白酶（酶活力≥2.4 AU/g）、糖化酶（酶活力≥1.6h10 5U/g）中国生物技术有限责任公司；白藜芦醇标准样品 美国Sigma公司；原花青素标准样品 上海鼓臣生物技术有限公司；无水乙醇、冰醋酸、溴化钾、硫酸铜、浓硫酸、氢氧化钠、硫代硫酸钠、氯化钡等均为分析纯。
1.2 仪器与设备
EX224型电子天平 奥豪斯公司（上海）有限公司；KDC-1042型低速离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；SHB-B95A型循环水式真空泵 郑州长城科工贸有限公司；HZS-HA型水浴振荡器 哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；BPG-9204A型精密鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；DY-40型电动粉末压片机 天津市科器高新技术公司；IR Prestige傅里叶红外光谱仪、SSE-550扫描电子显微镜 日本岛津公司；DSADVANCE型广角X射线衍射仪 德国BRUKER公司。
1.3 方法
1.3.1 欧李果渣基本成分检测
水分：采用GB/T 5009.3ü2010《食品中水分的测定》的方法测定；蛋白质：采用GB/T 5009.5ü2010《食品中蛋白质的测定》的方法测定；脂肪：采用GB/T 5009.6ü2003《食品中脂肪的测定》的方法测定；灰分：采用GB/T 5009.4ü2010《食品中灰分的测定》的方法测定；淀粉：采用GB/T 5009.9ü2008《食品中淀粉的测定》的方法测定；总膳食纤维、可溶性膳食纤维、不可溶性膳食纤维：采用GB/T 5009.88ü2008《食品中膳食纤维的测定》的方法测定；白藜芦醇：参考孟宪军等 [5]的方法；原花青素：参考王竹清等 [6]的方法；多酚：参考隋银强等 [7]的方法。
1.3.2 工艺流程
1.3.2.1 欧李果汁果渣的制备
1.3.2.2 欧李果酒果渣的制备
1.3.2.3 膳食纤维的制备
果渣原料→干燥→粉碎→耐高温α-淀粉酶酶解→冷却→碱性蛋白酶酶解→调节pH值→糖化酶酶解→过滤洗涤→干燥→膳食纤维
1.3.3 膳食纤维理化特性的测定
1.3.3.1 持水力的测定 [8]
准确称取0.50 g干燥至恒质量的膳食纤维样品于15 mL离心管中，加入10 mL蒸馏水，充分搅拌使样品均匀分散于离心管中，密封后于室温下静置过夜，4 000 r/min条件下离心25 min，弃去上清液，并用滤纸吸干管壁残留水分，称量湿质量。持水力计算公式如下。
式中：m 0为样品干质量/g；m 1为离心管质量/g；m 2为吸水离心后样品和离心管质量和/g。
1.3.3.2 膨胀力的测定 [9]
准确称取干燥至恒质量的膳食纤维样品0.25 g于10 mL试管中，测得干样体积，并向其中加入蒸馏水5 mL，充分搅拌以除去溶液中的气泡，室温条件下静置过夜，准确读取膨胀后的体积数。膨胀力计算公式如下。
式中：V 2为样品膨胀后的测定体积/mL；V 1为样品干样的测定体积/mL；m为样品干质量/g。
1.3.3.3 结合水力的测定 [10]
准确称取干燥至恒质量的膳食纤维样品0.3 g于50 mL烧杯中，向其中加入50 mL蒸馏水，充分搅拌并密封，于4 ℃冰箱静置24 h，10 000 r/min条件下离心30 min，弃去上清液，滤渣置于G-2多孔玻璃板上静置1 h后称质量，105 ℃条件下干燥至恒质量，两者差值即为样品结合水的质量。结合水力计算公式如下。
式中：m 2为离心静置后湿样品质量/g；m 1为干燥后样品质量/g。
1.3.3.4 阳离子交换能力的测定 [11]
准确称取干燥至恒质量的膳食纤维样品0.5 g于锥形瓶中，并向其中加入20 mL 0.1 mol/L的盐酸溶液，室温静置过夜。然后，过滤并用蒸馏水反复洗涤滤渣至滤液中不含氯离子为止。将滤渣转移至三角瓶中，加入质量分数为5%的氯化钠溶液100 mL，磁力搅拌30 min，使样品分布均匀，以质量分数为0.5%的酚酞-乙醇溶液作为反应指示剂，用0.1 mol/L的氢氧化钠溶液进行滴定，边滴定边振摇三角瓶，溶液变色3 min后不褪色即为滴定终点，同时做空白实验。阳离子交换能力计算公式如下。
式中：V 1为滴定样品所消耗的氢氧化钠溶液体积/mL；V 0为滴定空白样所消耗氢氧化钠溶液体积/mL；m为样品干质量/g；0.1为滴定所用氢氧化钠溶液浓度/（mol/L）。
1.3.4 傅里叶红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）分析
采用傅里叶红外光谱法对果汁果渣膳食纤维和果酒果渣膳食纤维的官能团和糖苷键进行检测。准确称取2 种膳食纤维样品各2 mg于玛瑙研钵中，与200 mg KBr粉末充分混合并研磨均匀，将研磨好的混合粉末置于电动粉末压片机中，制成直径10 cm，厚度0.5 mm的透明薄片，立即进行红外光谱扫描，扫描范围为400～4 000 cm －1[12]。
1.3.5 扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）分析
将样品干燥至恒质量，取适量进行黏台，采用离子溅射方法将其表面镀金，在加速电压14 kV条件下对已制备好的样品进行扫描电镜观察。
1.3.6 X射线衍射分析（X-ray diffraction analysis，XRD）
在室温条件下利用DSADVANCE广角X射线衍射仪对已制备好的膳食纤维样品进行分析。衍射条件为：CuKα靶；管电压：40 kV；管电流40 mA；扫描区域：2。～50e（2θ）。利用Jade5.0软件对所得数据进行分析处理。
2.1 欧李果渣基本成分
表1 欧李果渣基本成分含量
Table 1 Basic components of Creasus humilis pomace
注：SDF. 可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber）；IDF. 不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber）。
白藜芦醇含量/（μg/g）欧李果汁果渣 2.41 5.81 2.56 6.36 5.95 12.54 64.09 12.22 34.74 36.78欧李果酒果渣 2.69 6.23 1.53 5.05 4.59 19.83 61.67 4.97 9.21 20.22原料 蛋白质含量/（g/100 g）脂肪含量/（g/100 g）淀粉含量/（g/100 g）灰分含量/（g/100 g）水分含量/（g/100 g）SDF含量/（g/100 g）IDF含量/（g/100 g）多酚含量/（mg/g）原花青素含量/（mg/g）
由表1可知，果汁果渣和果酒果渣中总膳食纤维含量均达75 g/100 g以上，其他物质含量相对较低。由此可见，两种果渣均可作为开发膳食纤维的良好资源。果酒果渣中可溶性膳食纤维含量（19.83 g/100 g）明显高于果汁果渣中可溶性膳食纤维含量（12.54 g/100 g）。有研究表明，可溶性与不可溶性膳食纤维的比例是衡量膳食纤维功能特性的重要指标 [13-14]，果酒果渣中可溶性与不溶性膳食纤维构成比例较合理，约为1∶3，除蛋白质和脂肪外，其他成分含量均低于果汁果渣膳食纤维中各成分的含量，这可能是由于在酒精发酵过程中，各种物质之间发生了一系列反应。而蛋白质和脂肪含量较高可能与发酵过程中添加的酵母菌和甘油的产生有关 [15]。
有资料表明，在酿造酒工艺过程中，多酚和白藜芦醇等活性物质通过浸渍与发酵作用进入到酒中 [16]。当欧李果实破碎成汁时，多酚、原花青素和白藜芦醇等与果实中的其他物质相结合并未进入到果汁中。因此，欧李果汁果渣中多酚、原花青素和白藜芦醇等活性物质含量较高。而在欧李果酒酿制过程中，酵母菌活动会产生如丙酮酸、乙醛等代谢产物，并与果渣中多酚类物质发生反应进而生成一些大分子物质 [17]。此外，在果胶酶的添加和微生物的酶解作用下，白藜芦醇等物质会释放出单体，随着发酵的进行，酒精含量逐渐升高，欧李果汁果渣中的活性成分被浸出，在酒精的反复萃取下进入到酒中 [18]，从而使得果酒果渣中各活性成分的含量低于果汁果渣。
2.2 膳食纤维理化特性比较
表2 欧李果渣膳食纤维的理化性质
Table 2 Physiochemical properties of dietary fibers from Creasus humilis pomace
阳离子交换能力/（mmol/g）果汁果渣膳食纤维 5.35 1.93 4.52 0.18果酒果渣膳食纤维 6.43 2.14 5.18 0.25样品 持水力/（g/g）膨胀力/（mL/g）结合水力/（g/g）
由表2可知，果酒果渣膳食纤维的持水力、膨胀力、结合水力明显大于果汁果渣膳食纤维。这可能是由于发酵作用使膳食纤维的结构变得疏松，比表面积增大，膳食纤维中更多的亲水基团显现出来，水分子渗入到膳食纤维中并与之相结合，使得其对水分的束缚力增加。研究表明，膳食纤维阳离子交换能力的强弱与其中的糖醛酸含量有关，果酒果渣膳食纤维的阳离子交换能力较高，可能是因为发酵使得膳食纤维中更多糖醛酸的侧链基团得以暴露 [19]。
2.3 傅里叶红外光谱分析结果
物质红外光谱吸收峰的位移和吸收强度与其化学组成和化学键类型密切相关。由图1可知，果酒果渣和果汁果渣膳食纤维的红外谱图大致相同，如3 500 cm －1处附近出现游离态OüH键的伸缩振动峰，3 300 cm －1处附近是缔合态OüH键的伸缩振动峰，说明果酒果渣和果汁果渣膳食纤维中可能有醇类、酚类或有机酸存在 [20]；2 927.94 cm －1处为CüH键的伸缩振动峰，1 735.93 cm －1处为C=O键的伸缩振动峰，说明膳食纤维中可能存在酮、醛或酸存在；1 627.92、1 589.34、1 531.48、1 527.62 cm －1处的吸收峰是由C=C键骨架振动引起的；1 469.76 cm －1处是OüH键的变形振动引起的小尖峰 [21]；在1 300～1 000 cm －1区间内出现的由多个小尖峰组成的强宽峰，是CüOüC键的收缩振动峰 [22]。这些峰都是膳食纤维中纤维素和半纤维素的特征吸收峰，峰的数量、位置、峰形均没有发生显著变化，说明2 种膳食纤维的主要成分及总体化学结构没有发生明显改变。
图1 欧李果酒果渣（a）和果汁果渣（b）膳食纤维傅里叶红外光谱
Fig.1 Infrared spectra of dietary fibers from Creasus humilis wine (a) and juice (b) pomace
2.4 膳食纤维扫描电镜结果
图2 欧李果酒果渣（a）和果汁果渣（b）膳食纤维扫描电镜图
Fig.2 Scanning electron microscopic images of dietary fibers from Creasus humilis wine (a) and juice (b) pomace
图2 为两种膳食纤维的扫描电镜图，由图2b可以看出，欧李果汁果渣膳食纤维表面略有褶皱，结构较为致密，有少量颗粒状物质存在；由图2a可以看出，欧李果酒果渣膳食纤维呈片状结构且表面无其他颗粒附着，结构疏松，孔隙较大，该结构可增大欧李果酒果渣膳食纤维与物质作用时的接触面积 [23]，有利于水分子的进入吸附和滞留，进而提高膳食纤维的持水力、膨胀力和结合水力 [24-26]。这与欧李果酒果渣膳食纤维的持水力、膨胀力、结合水力较高的结果（表2）相一致。
2.5 膳食纤维X射线衍射结果分析
图3 欧李膳食纤维X射线衍射结果
Fig.3 X-ray diffraction patterns of dietary fibers from Creasus humilis pomace
由图3可知，欧李果酒果渣膳食纤维和果汁果渣膳食纤维均具有一定的晶体结构，主衍射峰的位置分别为2θ=21.32。、21.75。，但欧李果酒果渣膳食纤维在2θ= 14.30。、15.13。、32.25。处出现3个小衍射峰，说明膳食纤维的无定形区发生了一定程度的降解，致使分子间相互作用力减弱，从而使果酒果渣膳食纤维亲水能力提高，结合水能力增强 [27]。这与表2的结果相一致。
欧李果汁果渣和果酒果渣的基本成分无明显差异且膳食纤维含量较高，果汁果渣中多酚、白藜芦醇、原花青素等活性成分含量高于果酒果渣，但果酒果渣中可溶性膳食纤维含量明显高于果汁果渣；果酒果渣膳食纤维的持水力、膨胀力、结合水力和阳离子交换能力均高于果汁果渣膳食纤维。
红外光谱图观察到果汁果渣和果酒果渣膳食纤维中均具有C=O键、OüH键、CüH键等纤维素及半纤维素的特征吸收峰；扫描电镜结果表明，欧李果酒果渣膳食纤维呈片状结构，孔隙较大，结构较果汁果渣膳食纤维疏松；X射线衍射分析表明，欧李果酒果渣膳食纤维和果汁果渣膳食纤维均具有一定的晶体结构，但果酒果渣膳食纤维在2θ=14.30。、15.13。、32.25。处衍射强度有所增加。
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Physicochemical Properties and Structures of Dietary Fibers from Pomace Obtained as a Byproduct in the Production of Creasus humilis Juice and Wine
Abstract：The dietary fibers prepared from pomace as a byproduct obtained in the production of Creasus humilis juice and wine were comparatively evaluated for their physicochemical properties and structures by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscope, and x-ray diffraction analysis. The results indicated that the contents of soluble dietary fibers in the two dietary fibers were 12.54% and 19.83%, water-holding capacity were 5.35 g/g and 6.43 g/g, swelling capacity were 1.93 mL/g and 2.14 mL/g, water-binding capacity were 4.52 g/g and 5.18 g/g, and cation exchange capacity were 0.18 mmol/g and 0.25 mmol/g, respectively. Both samples had characteristic absorption peaks, such as C=O, OüH and CüH. Morphological and structural analysis showed that the structure of the dietary fiber from fermented pomace (obtained in the production of Creasus humilis wine） was looser and significant diffraction peaks were observed at 2θ = 14.30e, 15.13e and 32.25e. Moreover, its degree of crystallinity was higher.
Key words：Creasus humilis pomace； dietary fiber； physicochemical property； structure
WANG Dawei, LI Na, ZHAO Xin
(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201607003
中图分类号：TS201.2
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2016）07-0011-05
引文格式：
王大为, 李娜, 赵鑫. 欧李果汁果渣与果酒果渣膳食纤维的理化性质及结构研究[J]. 食品科学, 2016, 37(7): 11-15.
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201607003. http://www.spkx.net.cn
WANG Dawei， LI Na， ZHAO Xin. Physicochemical properties and structures of dietary fibers from pomace obtained as a byproduct in the production of Creasus humilis juice and wine[J]. Food Science, 2016, 37(7): 11-15. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201607003. http://www.spkx.net.cn
收稿日期：2015-11-29
基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2011AA100805）
作者简介：王大为（1960—），男，教授，博士，研究方向为粮油植物蛋白工程及功能食品。E-mail：xcpyfzx@163.com