發酵對蘋果渣多糖加工特性的影響

賈 豐，郭玉蓉，劉 冬，楊 曦，鄧 紅，孟永宏

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發酵對蘋果渣多糖加工特性的影響

賈 豐，郭玉蓉，劉 冬，楊 曦，鄧 紅，孟永宏

（陜西師范大學食品工程與營養科學學院，西安710119）

【目的】中國蘋果年均產量占世界總產量的50%以上，其中約有20%用于工業化深加工。因此，每年將產生數以萬噸的蘋果渣，這些蘋果渣一般作為廉價飼料出售或作為廢料丟棄，造成資源極大浪費。比較蘋果渣發酵前后多糖的物理特性、流變特性、黏均分子量及基本結構等加工特性，為蘋果渣多糖的開發利用提供新的思路和依據。【方法】以蘋果原渣多糖（apple pomace polysaccharides，AP）、蘋果酒渣多糖（wine fermented apple pomace polysaccharides，WFP）、蘋果醋渣多糖（vinegar fermented apple pomace polysaccharides，VFP）為原料，通過對蘋果渣多糖提取率、溶解性、乳化性及其穩定性、起泡性及其穩定性、吸濕性與保濕性等物理指標進行全面測定、利用流變儀測定多糖溶液流變學特性、利用臺式掃描電鏡（DSEM）對多糖微觀結構進行觀察，同時利用烏氏粘度計對多糖進行黏均分子量測定，從而對加工特性進行全方位的對比研究。【結果】AP提取率為5.68%，發酵蘋果渣多糖提取率為6%—7%，與AP差異顯著（＜0.05）。VFP、WFP在水中溶解度分別為0.1405 g·mL-1、0.0771 g·mL-1，均與AP（0.0283 g·mL-1）存在顯著差異（＜0.05）。與AP相比，發酵蘋果渣多糖起泡穩定性有所增加，吸濕性、保濕性明顯升高（＜0.05），但吸油性、乳化性及乳化穩定性均顯著降低（＜0.05）。此外，在流變學方面，AP、VFP、WFP均為典型的非牛頓流體，其表觀黏度存在明顯的濃度依賴特征；WFP、VFP 具有良好的溫度抗逆性。黏均分子量和微觀結構分析表明，AP、WFP、VFP黏均分子量在15—130 kDa，黏均分子量的大小順序依次為：AP＞WFP＞VFP。臺式掃描電鏡微觀結構圖像顯示，AP主要由條帶、棒狀、片狀組成，結構間相互交聯，形成網狀結構；WFP主要由齒狀、棒狀和片狀組成，有一定交聯性，但交聯程度相對較低；VFP主要由較大的片狀組成，彎曲折疊在一起，交聯程度相對最低。【結論】發酵蘋果渣多糖在物理特性、流變學特性、基本結構、黏均分子量等方面均有所提升，蘋果酒渣多糖、醋渣多糖加工特性優于原渣多糖。

蘋果渣多糖；發酵；物性；流變性；結構；加工特性

0 引言

【研究意義】陜西是中國目前蘋果種植面積最大的省份，有著巨大的蘋果生產力，截至2015年底，陜西果業面積和產量連續增長，蘋果產量占全國25%，世界14%，蘋果汁產量占世界30%。陜西果業已成為陜西省大農業中效益最好、風險最小、競爭力最強的產業[1]。在大產業條件下，每年將產生大量蘋果渣，目前這些蘋果渣的利用多集中在飼料或飼料加工，甚至丟棄，不但造成浪費，還對環境造成影響，因此，尋求新方法或途徑來實現蘋果渣的利用，不但可有效利用蘋果渣營養成分，同時可延長蘋果加工企業產業鏈，創造經濟價值，為蘋果渣加工提供理論支持和保證。【前人研究進展】劉杰超[2]、李錦運[3]、李倩[4]、張麗萍[5]、蘇鈺琦[6]、馬惠玲[7]、馬文杰[8]、耿乙文[9]、尤毅娜[10]等主要集中在蘋果渣中多糖的提取、分離、純化、改性及其生物活性等方面研究；李潔[11]、毛英麗[12]等雖然進行了物性或者流變學研究。LOHANI[13]、Madrera[14]、Evcan[15]、Macagnan[16]等主要進行了多酚、纖維素以及發酵香氣與生產飼料研究。此外，根據現有研究，植物多糖具有極好的生物活性，如抗腫瘤、抗癌、防衰老、抗高血脂、抗炎、抗病毒，同時提高免疫力等[17-18]作用。【本研究切入點】但在發酵蘋果渣多糖物性、流變性與結構等方面研究鮮有報道，且多數是對新鮮蘋果渣或干蘋果渣進行研究。在良好生物活性前提下，對其加工特性進行研究，可以更有效利用蘋果加工產業副產物——蘋果渣，達到為企業創收和保護環境的雙重目的[19-21]。【擬解決的關鍵問題】通過探究發酵蘋果渣多糖與蘋果渣多糖在物性、流變性、結構等方面的加工特性，為發酵蘋果渣多糖的加工與利用提供理論支撐，同時為蘋果加工企業蘋果渣的綜合利用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋果（‘秦冠’）原渣：2015年4月，陜西藍海果業有限公司蘋果酒加工副產物原渣，烘箱50℃烘干，破碎，過40目篩，待用。蘋果酒渣：陜西藍海果業有限公司蘋果酒加工副產物原渣在陜西師范大學食品工程與營養科學學院中試工廠接種安琪酵母DV10，常溫（約25℃）固態發酵20 d，取渣，烘箱50℃烘干，破碎，過40目篩，待用。蘋果醋渣：陜西藍海果業有限公司蘋果酒加工副產物原渣經陜西咸陽三原甘露池醋廠釀醋工藝（添加5%左右蔗糖，3—5 d安琪酵母固態發酵，6—15 d醋酸菌固態發酵，室溫發酵）獲得醋渣，烘箱50℃烘干，破碎，過40目篩，待用。95%糧食酒精，西安市晶博生物有限公司；其余藥品均為分析純。

1.2 儀器與設備

EQUINX55傅里葉變換紅外光譜儀，德國Brucher公司；烏氏粘度計，上海EHSY西域儀器公司；AR-G2流變儀，美國TA公司；Multiskan Go全波長酶標儀，美國熱電公司；TM3030臺式掃描電子顯微鏡，日立公司等。

1.3 試驗方法

1.3.1 發酵蘋果渣多糖的制備

1.3.2 發酵蘋果渣多糖的鑒定 參照李潔[11]方法，利用溴化鉀壓片法在4 000—400 cm-1區間進行紅外光譜掃描，觀察譜峰情況[22-25]。

1.3.3 發酵蘋果渣多糖物性研究

1.3.3.1 溶解性 參照毛英麗等[12]方法，稱量少量樣品多糖溶于蒸餾水（先稱取0.05 g加入溶解，快到達飽和溶液時每次稱取0.001 g加入溶解），記下溶解質量，即為溶解性。以相同方法將樣品溶解于乙醇、丙酮、乙酸乙酯、四氯化碳等常見溶劑中，進行研究。

1.3.3.2 吸油性及蔗糖、NaCl對其影響 準確稱取0.10 g多糖樣品，再加入5.0 mL植物油，6 000 r/min離心10 min，測定游離油的體積（V）；分別添加0.01 g、0.03 g、0.05 g NaCl、蔗糖觀察吸油性變化[12,17]：吸油性（mL·g-1）=(5-V)×10。

1.3.3.3 起泡性及其穩定性研究 （1）起泡性稱取0.50 g多糖樣品加入50 mL 蒸餾水中，測定溶液的初始體積V0，高速攪拌1 min后，測定總體積V；分別添加0.01、0.02、0.03、0.04和0.05 g NaCl與蔗糖研究起泡特性。調節pH在4—10范圍，研究多糖起泡特性，以起泡率表示：起泡率（%）=×100。

（2）泡沫穩定性按照1.3.3.3（1）操作后，分別記錄攪打停止10、30、60、90和120 min后的泡沫初始體積V0和溶液的總體積Vi，用穩定系數衡量泡沫的穩定性，穩定系數K表示：K=。

1.3.3.4 乳化性及其穩定性 1% 多糖5 mL和同體積大豆油混合，記錄液體高度H0，15 000 r/min高速乳化2 min，3 000 r/min離心5 min，記錄乳化層高度H，重復3次，取平均值計算乳化活性：

EA（%）=×100

將乳化樣品80℃水浴30 min，冷卻15 min，3 000 r/min離心5 min，如上，計算乳化穩定性ES：

ES（%）=×100。

1.3.3.5 吸濕性與保濕性 稱取0.50 g干燥多糖置于稱量杯中，放入兩個干燥器中（形成相對濕度分別為RH=81%和RH=43%的環境)，然后將干燥器置于25℃的恒溫箱中，每隔12 h稱量多糖的質量，研究其吸濕性；相對濕度換為RH=43%和放置硅膠干燥劑的干燥器中，用水分殘存率來表示保濕性：

w=×100%

式中，w：吸濕率（%）；Δm：多糖水分的增加量；m0：多糖的質量。

R=×100%

式中，M0為放置前多糖中水分含量；M為放置后多糖水分含量。

1.3.4 發酵蘋果渣多糖流變學研究

1.3.4.1 剪切速率和濃度對多糖流體特性影響 參照李潔等[11]方法，配制質量濃度為0.1%、0.3%、0.5%多糖溶液進行研究。

1.3.4.2 溫度對多糖流體特性影響 配制質量濃度為0.5%的溶液，參照李潔等[11]操作進行。

1.3.4.3 放置時間對發酵蘋果渣多糖流體特性的影響 配制0.5% 質量濃度的多糖溶液，分別放置1 h、24 h和2 周后，參照李潔等[11]方法進行。

1.3.5 黏均分子量的測定 參照李潔等[11]方法進行。

1.3.6 臺式掃描電子顯微鏡觀察結構 采用TM3030臺式掃描電子顯微鏡對發酵蘋果渣多糖樣品進行顯微形態觀察，在電壓為15 kV的條件下觀察3種多糖樣品的結構特征[12]。

1.4 數據分析

試驗結果采用DPS v7.05統計軟件進行統計分析，Excel 2010、Origin8.0軟件繪圖制表。

2 結果

2.1 發酵對蘋果渣多糖提取率的影響

多糖制備所得樣品純度70%左右，3種粗多糖純度沒有顯著性差異。提取率如表1，隨著發酵的進一步進行，蘋果渣多糖的提取率明顯增強（＜0.05），AP、WFP、VFP的提取率分別為5.68%、6.00%、7.09%。

表1 發酵對蘋果渣多糖提取率的影響

同行中不同字母表示數值間存在顯著差異（＜0.05）。下同

Counterparts in different letters indicate significant differences exist between the matter(＜0.05). The same as below

2.2 發酵蘋果渣多糖的鑒定

不同的化學鍵或官能團吸收頻率不同，在紅外光譜上將處于不同位置，從而可獲得分子中化學鍵或官能團的信息來鑒定不同物質[22-23]。如圖1-a、b、c，AP、WFP、VFP在4 000—400 cm-1區間均有多糖的特征吸收峰，且吸收峰基本一致，3 450 cm-1處的吸收峰代表多糖的O—H伸縮振動，2 875.13 cm-1、2 761.23 cm-1處吸收峰代表多糖的C—H伸縮振動，1 748.22 cm-1處吸收峰表示多糖的C=O的非對稱伸縮振動，1 234.97 cm-1處吸收峰表示多糖的C=O的對稱伸縮振動和彎曲振動[23]。每種特定的多糖在1200—1 000 cm-1區域具有特殊的吸收峰，在此波長區間內，可以判斷出多糖的主要化學基團，而每種多糖化學鍵的位置和強度都是特定的，因此，1 200—1 000 cm-1波長區間也稱為多糖的指紋區[24]，1 080.12 cm-1、1 050.33 cm-1為C—OH的伸縮振動峰和C—O—C糖苷鍵的振動峰[25]，表明AP、WFP、VFP三種多糖中均有吡喃糖單元的存在，可見所提取成分為多糖。

AP：蘋果原渣多糖 Apple pomace polysaccharides；WFP：蘋果酒渣多糖 Wine fermented apple pomace polysaccharides；VFP：蘋果醋渣多糖 Vinegar fermented apple pomace polysaccharides。下同 The same as below

2.3 發酵對蘋果渣多糖物性的影響

2.3.1 溶解性 如表2，VFP、WFP、AP在水中溶解性分別達到0.1405、0.0771和0.0283 g·mL-1，經發酵，蘋果渣多糖溶解性明顯改善（＜0.05），且3種多糖均不溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯、丙三醇、石油醚、氯仿等。

表2 發酵對蘋果多糖溶解性的影響

“—”表示不溶解 “—” indicates not dissolve counterparts

2.3.2 吸油性 如圖2-A，AP、WFP、VFP吸油性分別為5.6、2.4和2.9 mL·g-1，經發酵處理，WFP、VFP的吸油性明顯減弱（＜0.05）。如圖2-B、C，添加蔗糖、NaCl對AP、WFP、VFP吸油性增強作用明顯（＜0.05），對吸油性影響大小為：WFP＞VFP＞AP。

同組不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）。下同Different small letters indicate significant difference (P＜0.05). The same as below

2.3.3 起泡性及其起泡穩定性

（1）起泡性如圖3-A，3種多糖都具有一定的起泡性，且WFP、VFP起泡性稍高于AP，但WFP、AP之間無顯著性差異，VFP、AP之間差異顯著（＜0.05）。添加NaCl對多糖起泡性影響如圖3-b，AP加入NaCl其起泡性與濃度成正比。蔗糖對多糖起泡性影響如圖3-C，添加蔗糖對3種多糖起泡性影響與添加NaCl基本一致，都有改善作用，特別是VFP。pH對多糖起泡性影響如圖3-D，酸性條件下成正相關，堿性條件下成負相關，WFP、VFP在酸性條件下起泡性優于堿性條件，起泡性都在pH 6—8達最大，結果與毛英麗等[12]結果一致。

圖3 （A）發酵對蘋果多糖起泡性以及添加NaCl（B）、蔗糖（C）與調節pH（D）對多糖起泡性的影響

（2）泡沫穩定性如圖4，起泡穩定性基本趨勢是VFP＞WFP＞AP，60 min后泡沫大部分消失，75 min后WFP＞VFP＞AP，發酵蘋果渣多糖泡沫穩定性大于AP。

圖4 發酵對蘋果渣多糖起泡穩定性的影響

2.3.4 乳化性及其乳化穩定性 乳化性如圖5-A，AP、WFP、VFP都具有一定的乳化性，且VFP＜WFP＜AP，其中AP乳化活性達53%，WFP、VFP分別是14%和12%，這說明蘋果渣經發酵改性后獲得的多糖乳化活性明顯降低（＜0.05）；如圖5-B，AP、WFP、VFP乳化穩定性分別是94.7%、65.4%、60.5%，乳化穩定性還是AP最好，WFP、VFP乳化穩定性相對較差，發酵后乳化穩定性明顯降低（＜0.05）。

圖5 發酵對蘋果多糖乳化性、乳化穩定性的影響

2.3.5 吸濕性與保濕性 吸濕性如圖6-a、b，分別表示RH=81%和RH=43%環境中，AP、WFP、VFP吸濕性大小為：WFP＞VFP＞AP，且在前12 h吸濕性快速增大，12 h后吸濕性變化不明顯，24 h后基本達到穩定狀態，WFP、VFP吸濕性更好。保濕性如圖6-c、d，分別表示RH=81%和干燥硅膠環境中，AP、WFP、VFP保濕性能較好，72 h保濕性還在20%以上，且始終是AP＜WFP＜VFP。在干燥硅膠環境中，72 h過程中WFP、VFP始終較AP具有更好的保濕性，前24 h中保濕性始終是WFP＜VFP，24 h以后兩者基本一致。

a：RH=81%；b：RH=43%；c：RH=81%；d：干燥硅膠 Dry silica gel

2.4 發酵對蘋果渣多糖流變學影響

2.4.1 剪切速率對發酵蘋果渣多糖流體特性的影響 如圖7所示，隨著剪切速率的增大，3種多糖溶液的表觀黏度均降低（AP＞WFP＞VFP），此外，在低剪切速率范圍（0—150 s-1）內，3種多糖溶液，隨著剪切速率升高，多糖溶液的流體特性趨于穩定，0.5%（w/w）的AP、WFP、VFP黏度分別為0.03、0.02和0.01 Pa·s。

圖7 剪切速率對多糖黏度影響

2.4.2 濃度對發酵蘋果渣多糖流體特性的影響 如圖8-a、b、c，在剪切速率0—700 s-1，AP、WFP、VFP表觀黏度隨著濃度的增加而增大[26]，且AP＞WFP＞VFP，0.5%的AP、WFP、VFP溶液的表觀黏度分別為0.0255—0.2527、0.012—0.1854和0.0116—0.2089 Pa·s。0.3%的AP、WFP、VFP溶液的表觀黏度分別為0.0183—0.2164、0.0115—0.1898和0.0111— 0.213 Pa·s。0.1%的AP、WFP、VFP溶液的表觀黏度分別為0.0139—0.2033、0.0105—0.2119和0.0105—0.195 Pa·s。

圖8 濃度對多糖黏度影響

2.4.3 溫度對發酵蘋果渣多糖流體特性的影響 如圖9，AP、WFP、VFP表觀黏度隨溫度的升高而迅速降低，AP表觀黏度受溫度影響最大，WFP、VFP表觀黏度降低趨勢稍緩，溫度升高對AP的流體特性影響較大，對WFP、VFP流體特性影響不大[27-28]。

圖9 溫度對多糖黏度影響

2.4.4 放置時間對發酵蘋果渣多糖流體特性的影響 如圖10-a、b、c，放置1 d、2周后，AP、WFP、VFP表觀黏度均下降，放置1 d后，多糖溶液的初始黏度有明顯的降低。

圖10 放置時間對多糖黏度影響

2.5 發酵對蘋果渣多糖黏均分子量的影響

由表3可知，AP、WFP、VFP黏均分子量在15—130 kDa，AP的分子量最大，其次是WFP，VFP最小，發酵蘋果渣多糖分子量明顯減小。

表3 3種多糖的黏均分子量

MH為哈金斯黏均分子量；MK為克萊默黏均分子量；MAV為平均黏均分子量

MHis Huggins viscosity average molecular weight; MKis Kramer viscosity-average molecular weight; MAVis average viscosity average molecular weight

2.6 發酵對蘋果渣多糖微觀結構的影響[29-30]

如圖11，AP、WFP、VFP掃描圖像分別如圖Ai、Wi、Vi（i=1，2，3），分別是在100、500、2 000倍條件下獲得。由A1、A2、A3可以看出AP多由條帶、棒狀（A1、A2）、片狀（A3）組成，AP結構之間相互交聯，組成網狀結構。W1、W2、W3可以看出WFP主要有齒狀（W1）、棒狀（W2）和片狀（W3），與AP相比，結構相對簡單，有一定交聯性，但交聯性低（W2、W3）。V1、V2、V3可以看出VFP主要有片狀結構（V1、V2、V3），結構簡單，主要由較大的片狀組成，彎曲重疊在一起（V2、V3）。

圖11 臺式掃面電鏡圖

3 討論

WFP、VFP提取率明顯高于AP（＜0.05），主要是因為蘋果原渣含有較多的醇溶性物質，以及小分子糖，經醇沉、透析等步驟后除去單糖與醇溶性物質，導致多糖含量偏低，而蘋果渣在發酵過程中部分果膠在發酵過程中有所降解，導致最終多糖含量提高。

物性方面主要有以下幾個方面的提升：（1）發酵蘋果渣多糖在水中的溶解性明顯改善（＜0.05），但不溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯、丙三醇、石油醚、氯仿等。原因是采用水提醇沉法來獲得多糖，等質量溶解時AP黏度明顯高于WFP、VFP，這對溶解性有一定的阻滯作用，導致AP溶解性較差[9]。此外，WFP、VFP水溶性高于AP的原因還可能是發酵中多糖支鏈打開，多糖分子減小，脂肪鏈縮短、部分親水基團裸露，導致溶解性較好。（2）發酵蘋果渣多糖起泡性有所改善（＜0.05）。主要與黏度、溶解性有關，黏度越大，表面張力越大，導致起泡性減弱。起泡穩定性基本趨勢是VFP＞WFP＞AP，但在75 min后，WFP＞VFP，主要原因可能是VFP溶解性大于WFP，導致在等質量分數的溶液中VFP的黏度偏大，直接影響其泡沫穩定性，這與黏度、溶解性的結論相統一。pH對物質起泡性有一定的影響，不同物質存在較大差異，AP在pH 3—10范圍內，起泡性在酸性條件下成正相關，堿性條件下成負相關；WFP、VFP在酸性條件下的起泡性優于堿性條件，但3種多糖的起泡性基本都在pH 6—8達最大；對于AP而言，加入NaCl對其起泡性的影響基本與濃度成正比，WFP、VFP則在較低濃度減弱起泡性，而較高濃度則具有增強作用，但改善作用有限，其結果與毛英麗等[12]結果基本一致。蔗糖對AP、WFP、VFP起泡性影響趨勢基本一致，添加蔗糖對于3種多糖的起泡性有改善作用，特別是VFP，而對于AP、WFP而言，一定濃度增強其起泡性，濃度稍大時作用就不再明顯[30-33]。起泡性在食品加工等方面有著重要的作用，一般起泡性較好的物質都是良好的表面活性劑，有助于氣體在液體中形成穩定的形態[11,34]，穩定系數K直接關系到泡沫穩定性，而泡沫持久性與起泡性在食品加工中所發揮的作用息息相關，因此物質具有良好的泡沫穩定性，才能更好的發揮起泡性的作用[35-37]。（3）WFP、VFP吸濕性、保濕性能優于AP。主要原因可能與溶解性、黏度和分子量大小有關，溶解性在一定程度上就反映了物質吸濕性和保濕性，而分子量較大時分子中的脂肪鏈較長，親水性基團包裹在脂肪鏈中，經發酵改性，導致脂肪鏈斷開來，親水性基團裸露，導致其吸濕性和保濕性明顯改善。吸濕性和保濕性是加工食品或者保證食品口感、貨架期、營養等方面的重要條件。（4）發酵蘋果渣多糖吸油性、乳化性及其乳化穩定性有所減弱，但可通過添加蔗糖、NaCl、調節pH得以改善。原因可能是發酵過程多糖分子減小，親水基團—OH裸露，親油基團脂肪鏈被打開，導致最終親水性增加，親油性降低，這與溶解性是統一的，3種蘋果渣多糖吸油性都大于毛英麗等[12]研究的葡萄多糖吸油性2.8 mL·g-1，這對于加工食品有積極作用，可在加工面包等需要油脂起酥或者獲得良好的烘烤特性時使用[35,38-42]。此外，添加蔗糖、NaCl對AP、WFP、VFP吸油性有增強作用，而蔗糖、NaC1不具有吸油性，可能是添加物導致多糖對植物油的阻滯性增強，從而導致多糖的吸油性增加[11]。AP乳化活性可達53%，WFP、VFP分別是14%和12%，這說明蘋果渣經發酵改性后獲得的多糖其乳化活性有所降低。AP、WFP、VFP三種多糖的乳化穩定性分別是94.7%、65.4%，60.5%，可見3種多糖的乳化穩定性以AP最好，WFP、VFP乳化穩定性和乳化性相對較差，這可能與多糖溶液本身的pH、黏度、黏均分子量和粒子大小有關[8]。

發酵蘋果渣流變學改善主要有以下幾個方面：（1）發酵蘋果渣多糖表觀黏度明顯降低，且黏度呈明顯濃度依賴性，有利于工業加工。一方面表現在隨著剪切速率的增大，3種多糖溶液的表觀黏度降低，且AP＞WFP＞VFP，呈典型的非牛頓流體性質，表現為假塑性流體行為。此外，在低剪切速率范圍（0—150 s-1）內，3種多糖溶液表現為典型的剪切稀化流體，隨著剪切速率升高，多糖溶液的流體特性趨于穩定，表現為由剪切稀化的非牛頓流體轉向理想狀態的牛頓流體，這是因為在水溶液中，多糖分子會通過分子間相互作用形成一定的結構，當剪切速率增加的時候，剪切力也隨之增加，這會破壞多糖分子間的相互作用，從而導致多糖溶液的黏度降低，出現剪切稀化現象[35]；另一方面，多糖溶液的表觀黏度隨濃度的增大而升高，呈明顯濃度依賴性，且在較低的濃度范圍內，剪切稀化現象隨濃度的增大而進一步加強，這是因為多糖是親水性高分子化合物，隨著溶液濃度的增加，分子間弱作用力增大，使流體流動阻力增大，從而使多糖溶液黏度增大[11,36]。（2）WFP、VFP溫度抗逆性明顯優于AP，特別是WFP。主要原因是溫度升高導致多糖分子的熱運動加劇，削弱了分子間的纏結，分子間距離增大，分子間作用力減弱，流動時內摩擦減少，分子鏈的柔順程度加強而使流動特性提高。在較低溫度范圍（20—40℃）時，隨著溫度的升高，3種多糖溶液中分子間的纏結體迅速被削弱，因此表觀黏度迅速降低；而在較高溫度范圍（50—80℃）時，分子間的纏結體幾乎完全被削弱，因此表觀黏度下降幅度減緩，表現為趨于理想狀態牛頓流體的特性[37]。（3）WFP、VFP流變特性隨放置時間明顯減弱，表觀黏度受放置時間影響較小。不同放置時間多糖溶液剪切速率在較低的范圍（0—150 s-1）時，兩者均表現為剪切稀化流體；當剪切速率在較高范圍（150— 700 s-1）時，表觀黏度下降幅度均趨緩且趨于一致。放置2周后，多糖溶液的初始黏度有明顯的降低，該現象表明多糖分子間所形成的纏結體為一種不穩定的結構，隨著放置時間的延長，多糖分子的水合作用加強，分子間的相互作用力減弱，導致多糖溶液表觀黏度的下降，進而影響多糖的應用特性[9,39-42]，因此，多糖溶液放置時間最好不要超過1 d。

發酵蘋果渣多糖基本結構存在明顯差異，發酵蘋果渣多糖黏均分子量明顯小于AP，且VFP＜WFP＜AP。此外，微觀結構也存在明顯差異，這些更好的解釋了物性、流變學特性。一方面，AP 的分子量最大，其次是WFP，VFP 最小，可能是由于發酵能打開大分子多糖，形成分子量稍小的多糖分子，分子量比較低時，分子鏈短，不能發生纏結，表觀黏度較小，隨著分子量增大，分子鏈變長，容易纏結，分子間相對位移困難，故多糖溶液的特性黏度隨黏均分子量的增加而增大。黏均分子量的測定結果很好地解釋和驗證了多糖流變學特性[9]。另一方面，微觀結構[43-44]顯示，如圖11（A1、A2、A3），AP結構中條狀與棒狀、或者片狀與片狀之間相互交聯，組成網狀結構，這一現象剛好解釋AP宏觀上看起來呈棉網狀、質軟，AP結構更加復雜，這也能解釋AP黏均分子量偏大，溶解性差、黏度大。如圖11（W1、W2、W3），WFP主要有齒狀、棒狀和片狀，與AP相比結構相對簡單，有一定交聯性但交聯性低，這也能解釋WFP宏觀上呈棉薄層狀、相對質軟，由于交聯性較低所以其溶解性大于AP，黏均分子量、黏度小于AP。如圖11（V1、V2、V3），VFP主要有片狀結構，結構簡單，主要由較大的片狀組成，彎曲重疊在一起，這也恰好能解釋VFP為層狀結構且由于彎曲重疊導致質硬，另外，VFP交聯性極低導致其黏均分子量偏小、溶解性好、黏度小。

4 結論

發酵蘋果渣可以提高酒渣多糖、醋渣多糖提取率。在物理特性方面，酒渣多糖、醋渣多糖溶解性、起泡性、吸濕性、保濕性等方面得到了較大改善，明顯優于原渣多糖（＜0.05）；雖然AP在吸油性、乳化性方面表現出較好的物理特性，但可通過添加NaCl、蔗糖以及調節pH來得以提高。在流變學方面，多糖溶液的表觀黏度呈現濃度依賴性，且在較低的濃度范圍內，剪切稀化現象隨濃度的增大而進一步加強；同時，酒渣多糖、醋渣多糖具有明顯的溫度抗逆性，特別是酒渣多糖；此外，發酵蘋果渣多糖溶液放置時間應控制在1 d以內。基本結構方面，發酵蘋果渣多糖黏均分子量明顯小于原渣多糖，同時微觀結構也與原渣多糖存在較大差異。綜上，發酵蘋果渣多糖加工特性明顯優于原渣多糖，在生產加工中可通過發酵蘋果渣后提取多糖的方法來獲得更好的加工特性。

References

[1] 盧新智. 陜西果業連年飄紅驚羨世界-蘋果產量占全國1/4. 陜西日報, 2015-02-26. http://news.cnwest.com/content/2015-02/26/content 12191005.htm.

Lu Z X.Shaanxi fruit industry in successive wave red admiring world-Apple production accounts for a quarter of the country. ShaanXi Daily, 2015-02-26. http://news.cnwest.com/content/2015-02/ 26/content12191005.htm. (in Chinese)

[2] 劉杰超, 焦中高, 周紅平, 王思新. 水果活性多糖的研究現狀與展望. 食品科學, 2008, 29(10): 675-679.

Liu J C, Jiao Z G, Zhou H P, WANG S X.Fruit research status and prospect of active polysaccharides., 2008, 29(10): 675-679. ( in Chinese)

[3] 李錦運, 郭玉蓉, 董守利, 段亮亮, 仇農學, 牛鵬飛. 冷破碎蘋果皮渣中多糖提取工藝優化及除雜方法研究. 食品工業科技, 2011, 32(7): 274-277.

Li J Y, GUO Y R, DONG S L, DUAN L L, QIU N X, NIU P F. Study on optimization of extraction process and deprotein, depigment of polysaccharides from apple cold-break peel pomace., 2011, 32(7): 274-277. (in Chinese)

[4] 李倩, 郭振軍, 李宇華, 伍煥杰, 孫陽, 鄧雅婷, 張敏, 劉莉. HPLC檢測腸灌流模型中PMP衍生化葡寡糖含量的方法學建立. 現代生物醫學進展, 2010, 22(12): 2201-2204.

Li Q, GUO Z J, LI Y H, WU H J, SUN Y, DENG Y T, ZHANG M, LIU L.HPLC detection of intestinal perfusion model PMP derivatized glucosamine oligosaccharide content established methodology., 2010, 22(12): 2201-2204. (in Chinese)

[5] 張麗萍, 盛義保, 馬惠玲, 左瑩. 蘋果多糖除雜脫色工藝的篩選. 西北林學院學報, 2007, 22(1): 141-144.

Zhang L P, SHENG Y B, MA H L, ZUO Y.Optimization of extraction process ofpolysaccharides from apple pomace., 2007, 22(1): 141-144. (in Chinese)

[6] 蘇鈺琦, 馬惠玲, 羅耀紅, 左瑩. 蘋果多糖提取的優化工藝研究. 食品工業科技, 2008(5): 198-201.

Su Y Q, MA H L, LUO Y H, ZUO Y. Optimization of extraction process ofpolysaccharides from apple pomace.o, 2008(5): 198-201. ( in Chinese)

[7] 馬惠玲, 盛義保, 張麗萍. 蘋果渣果膠多糖的分離純化與抗氧化活性研究. 農業工程學報, 2008(S1): 218-222.

Ma H L, Sheng Y B, Zhang L P. The separation and purification of slag apple pectin polysaccharide and antioxidant activity research., 2008(S1): 218-222. ( in Chinese)

[8] 馬文杰, 郭玉蓉, 魏決. 應用二次回歸旋轉正交組合設計提取水溶性蘋果多糖的工藝研究. 食品科學, 2009, 30(20): 105-108.

Ma W J, GUO Y R, WEI J. Optimization of water-soluble apple polysaccharides extraction using quadratic orthogonal rotation combination design., 2009, 30(20): 105-108. (in Chinese)

[9] 耿乙文, 哈益明, 靳婧, 李慶鵬. 過氧化氫改性蘋果渣膳食纖維的研究. 中國農業科學, 2015, 48(19): 3979-3988.

Geng Y W, HA Y M, Jin J, Li Q P. Apple pomace dietary fibre modification by hydrogen peroxide., 2015, 48(19): 3979-3988. (in Chinese)

[10] 尤毅娜, 鄧紅, 孟永宏, 房杰, 郭玉蓉, 張英. 堿性雙氧水預處理對蘋果渣化學組分和酶解得率的影響. 中國農業科學, 2016, 49(8): 1559-1566.

You Y N, Deng H, Meng Y H, FANG J, Guo Y R, Zhang Y. The impact of alkaline hydrogen peroxide pretreatment on the chemical composition and enzymatic hydrolyzability of apple pomace., 2016, 49(8): 1559 -1566. (in Chinese)

[11] 李潔, 郭玉蓉, 竇姣. 四種方法提取蘋果肉渣果膠的流變學特性研究. 食品工業科技, 2015, 36(12): 109-112.

Li J, GUO Y R, DOU J.Rheological properties of apple flesh pomace pectins extracted by four methods.o, 2015, 36(12): 109-112. (in Chinese)

[12] 毛英麗. 葡萄多糖的提取純化及物性、抗氧化性研究[D]. 烏魯木齊: 新疆農業大學, 2008.

Mao Y L. Grapes polysaccharide extraction and purification, and physical properties, oxidation resistance research [D]. Urumchi: Xinjiang Agricultural University, 2008. ( in Chinese)

[13] LohaniU C, Muthukumarappan K. Application of pulsed electric field to release bound phenolics in sorghum flour and apple pomace., 2016, 35: 29-35. doi: 10.1016/j.ifset.2016.03.012

[14] Madrera R R, Bedri?ana R P, Valles B S. Production and characterization of aroma compounds from apple pomace by solid-state fermentation with selected yeasts., 2015, 64(2): 1342-1353.

[15] Evcan E, Tari C. Production of bioethanol from apple pomace by using cocultures: Conversion of agro-industrial waste to value added product., 2015, 88: 775-782.

[16] Macagnan F T, Santos L R D, Roberto B S, DE MOURA F A, BIZZANI M, DA SILVA L P. Biological properties of apple pomace, orange bagasse and passion fruit peel as alternative sources of dietary fibre., 2015, 6(1): 1-6.

[17] 蘇浩, 余以剛, 楊海燕. 膜分離技術在水溶性大豆多糖提取中的應用. 食品工業科技, 2009(8): 216-217.

Su H, YU Y G, YANG H Y. Application of membrane separation technology in water-soluble soybean polysaccharide extraction.o, 2009(8): 216-217 . (in Chinese)

[18] 梁濤, 張靜, 張力妮, 張化朋, 張鵬, 劉阿娟. 堿提杏鮑菇多糖PEAP-1的結構初探及形貌觀察. 食品與生物技術學報, 2013, 32(9): 951-956.

Liang T, ZHANG J, ZHANG L N, ZHANG H P, LIU A J. Preliminary structure analysis and structure morphology observation of alkali-extractable polysaccharide PEAP-1 from., 2013, 32(9): 951-956. (in Chinese)

[19] Line E M, Aline V, Jean P A. Screening of antioxidant activities of polysaccharides extracts from endemic plants in Gabon., 2014, 3: 77-88.

[20] Xu J G, Tian C R, Hu Q P, LUO J Y, WANG X D. Dynamic changes in phenolic compounds and antioxidant activity in oats (L.) during steeping and germination., 2009, 57: 10392-10398.

[21] Liu Y, Du Y Q, Wang J H, ZHA A Q, ZHANG J B. Structural analysis and antioxidant activities of polysaccharide isolated from Jinqian mushroom., 2014, 64: 63-68.

[22] 紅外光譜. 360百科[EB/OL], [2016-09-07]http://baike.so.com/doc/ 725530-768121. html

Infrared spectrum, 360 BAIKE [EB/OL].[2016-09-07]http://baike. so.com/doc/725530-768121.html. (in Chinese)

[23] Zheng W, Zhao T, Feng W W, WANG W, ZOU Y, ZHENG D H, TAKASE M, LI Q, WU H Y, YANG L Q, WU X Y. Purification, characterization and immunomodulating activity of a polysaccharide from flowers of., 2014, 106: 335-342.

[24] Ma L P, Qin C L, Wang M C, GAN D, CAO L, YE H, ZENG X X. Preparation, preliminary characterization and inhibitory effect on human colon cancer HT-29 cells of an acidic polysaccharide fraction fromSchuttl. ex Benth., 2013, 60: 269-276.

[25] Zhang S, He B, Ge J B, LI H B , LUO X Y, ZHANG H, LI Y H, ZHAI C L, LIU P G, LIU X, FEI X T. Extraction, chemical analysis ofpolysaccharides and antioxidant activity of the polysaccharides in ischemia-reperfusion rats., 2010, 47: 546-550.

[26] 韓萬友, 董桂茹, 屈玉玲, 孟永宏, 郭玉蓉, 鄧紅. 不同pH下低甲酯蘋果果膠凝膠模型建立及基于流變學的凝膠機理分析. 中國農業科學, 2016, 49(13): 2603-2611.

Han W Y, Dong G R, Qu Y L, Meng Y H, Guo Y R, Deng H. Gel Model and mechanism of low-methoxyl apple pectin for various pH., 2016, 49(13): 2603-2611. (in Chinese)

[27] 劉愛峰, 宋建民, 趙振東, 吳祥云, 李豪圣, 劉廣田. 糯小麥配粉對面團流變學特性和面包烘烤品質的影響. 中國農業科學, 2004, 37(6): 902-907.

LIU A F, SONG J M, ZHAO Z D, WU X Y, LI H S, LIU G T.Effects of waxy flour blending on dough rheological properties and bread making quality of nonwaxy flour., 2004, 37(6): 902-907. (in Chinese)

[28] 胡秋輝, 高永欣, 楊文建, 方勇, 馬寧, 袁彪, 趙立艷. 混合實驗儀評價香菇粉對面團流變特性的影響. 中國農業科學, 2013, 46(10): 2159-2167.

Hu Q H, GAO Y X, YANG W J, FANG Y, MA N, YUAN B, ZHAO L Y.Evaluation of the effect ofpowder on dough rheological properties with mixolab., 2013, 46(10): 2159-2167. (in Chinese)

[29] 田玉霞, 喬書濤, 仇農學. 不同分子量級蘋果果膠的流變性評價. 陜西師范大學學報(自然科學版), 2010, 38(1): 104-108.

Tian Y X, QIAO S T, QIU N X. The rheological properties of different molecular level apple pectin evaluation., 2010, 38(1): 104-108. (in Chinese)

[30] 張化朋, 張靜, 南征. 杏鮑菇多糖WPP2的結構表征及抗腫瘤活性. 高等學校化學學報, 2013, 34(10): 2327-2333.

Zhang H P, ZHANG J, NAN Z. Structure characterization and antitumor activity of polysaccharide WPP2 from., 2013, 34(10): 2327-2333. (in Chinese)

[31] Gan Z, Ellis P R, Schofield J D. Mini review: Gas cell stabilisation and gas retention in wheat bread dough., 1995, 21: 215-230.

[32] Jelaca S L, Hlynca I. Effect of wheat flour pentosans in dough, gluten and bread., 1972, 49: 489-495.

[33] Hosenev R C. Functional properties of pentosans in baked foods., 1984, 38: 114-117.

[34] Biliaderis C G, Lzydorczvyk M S, Rattan O. Effect of arabinoixylans on bread making quality of wheat flours., 1995, 5: 165-171.

[35] 王璋, 湯堅, 許時嬰. 食品化學. 第二版. 北京: 中國輕工業出版社, 2001.

Wang Z, TANG J, XU S Y.. Beijing: China Light Industry Press, 2001. (in Chinese)

[36] 肖連冬, 程爽, 李杰. 大豆分離蛋白起泡性和乳化性影響因素的研究. 中國釀造, 2014, 33(4): 83-86.

Xiao L D, CHENG S, LI J. Soy protein isolate the influence factor of foamability and emulsibility study., 2014, 33(4): 83-86. (in Chinese)

[37] 何希強, 肖懷秋, 王穗萍. 豌豆蛋白質起泡性與乳化性研究初探. 糧油食品科技, 2008, 16(3): 50-52.

He X Q, XIAO H Q, WANG S P. Pea protein foamability and emulsibility research study., 2008, 16(3): 50-52. (in Chinese)

[38] 李雷, 汪東風, 周小玲. 茶葉多糖食品功能性研究. 茶葉科學, 2006, 26(2): 102-107.

LI L, WANG D F, ZHOU X L.The tea polysaccharide food functional research., 2006, 26(2): 102-107. (in Chinese)

[39] Williams P A, Sayers C, Viebke C. Elucidation of the emulsification properties of sugar beet pectin., 2005, 53(9): 3592-3597.

[40] 梁瑞紅, 黃鈺, 畢雙同. 剪切處理對薜荔籽果膠流變性質的影響研究. 食品研究與開發, 2008, 29(10): 39-42.

LIANG R H, HUANG Y, BI S T. Complete with double, and other studies on the impact shearingseed pectin rheological properties., 2008, 29(10): 39-42. (in Chinese)

[41] 劉穎, 梁盈, 林親錄. 南瓜多糖的提取及其抗氧化活性研究進展. 食品與機械, 2014(3): 239-243.

Liu Y, LIANG Y, LIN Q L. The extraction of pumpkin polysaccharide and its antioxidant activity research progress., 2014(3): 239-243. (in Chinese)

[42] 劉姚, 歐陽克蕙, 葛霞. 植物多糖生物活性研究進展. 江蘇農業科學, 2013, 41(1): 1-4.

Liu Y, OUYANG K H, GE X. The plant polysaccharide bioactivity research progress., 2013, 41(1): 1-4. (in Chinese)

[43] 馬青, 商鴻生. 小麥高溫抗銹品種與條銹菌互作的超微結構研究. 中國農業科學, 2002, 35(8): 939-942.

MA Q, SHANG H S. Ultrastructural changes concerning interact ion of rust-resistant wheat cultivars in high-temperature with stripe rust., 2002, 35(8): 939-942. (in Chinese)

[44] 陳見暉, 周衛. 蘋果缺鈣對果實鈣組分、亞細胞分布與超微結構的影響. 中國農業科學, 2004, 37(4): 572-576.

CHEN J H, ZHOU W. Effect of calcium deficiency in apple () fruits on calcium fractions, subcelluar distribution and ultrastructure of pulp cells., 2004, 37(4): 572-576. (in Chinese)

（責任編輯 趙伶俐）

Effect of Fermentation on the Polysaccharides Processing Characteristics in Apple Pomace

JIA Feng , GUO Yu-rong, LIU Dong, YANG Xi, DENG Hong, MENG Yong-hong

(College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119)

【Objective】The output of apple in China accounts for over 50% of the world annually. Among those apples, there are about 20% of apple fruits are used as raw materials to produce deep-processed products. As a result, apple pomace of thousands of tons are produced each year, which has caused the tremendous waste of apple recourse because these pomace are generally sold as a cheap fertilizer or are discarded directly as junks. The difference of physical and rheological property, viscosity-average molecular weight, and basic structure of polysaccharides between raw pomace and fermented apple pomace was studied in order to provide innovative thoughts and a theoretical basis for the exploitation of apple polysaccharides.【Method】Apple pomace (AP), wine fermented apple pomace polysaccharides (WFP), vinegar fermented apple pomace polysaccharides (VFP) were used as experimental materials, the paper investigated overall the processing properties of polysaccharides in fermented apple pomace through comparing with the extract ratio, solubility, hygroscopicity, moisture retention, and emulsifiability, foaming capacity and stability among AP, WFP and VFP. Besides, the rheological properties, microstructure, viscosity-average molecular weight were determined by using rheometer, desktop scanning electron microscope (DSEM), ubbelohde viscometer, respectively.【Result】The extraction ratio of AP was 5.68%, while that of polysaccharide in fermented apple pomace was 6%-7%, both of which had a significant difference (＜0.05). The solubilities of VFP and WFP were, respectively, 0.1405 g·mL-1and 0.0771 g·mL-1, and significantly higher (＜0.05) than AP (0.0283 g·mL-1). Compared to AP, the stability of foaming, hygroscopicity, moistureretention of polysaccharides, fermented apple pomace were significantly increased (＜0.05), while oil absorption, emulsifiability and its stability obviously decreased (＜0.05). According to analysis on rheological property, AP, WFP, VFP could be attributed to typical non-Newtonian fluid, and the apparent viscosity showed obvious dependent-characteristic of concentration. Besides, VFP and WFP had great resistance against temperature change. The findings of analysis of viscosity-average molecular weight and DESM indicated that the viscosity-average molecular weight of AP, WFP, VFP all distributed in the range of 15-130 kDa, and AP＞WFP＞VFP. Additionally, the microstructure analysis showed that AP consisted of band, bar and flake, twining with each other and forming firm network. WFP contained dentation, bar and flake, so its cross-linking was comparatively lower. But VFP mainly consisted of flake, overlapping with one another, and cross-linking was the lowest.【Conclusion】WFP, VFP were greatly improved in physicaland rheological properties, microstructure and viscosity-average molecular weight, indicating the processing property of polysaccharides in fermented apple pomace was superior to AP.

apple pomace polysaccharide; fermentation; properties; rheology; structure; processing characteristics

2016-03-22；接受日期：2016-08-11

農業部現代蘋果產業技術體系建設專項（CARS-28）

賈豐，E-mail：feng_juslin@163.com。通信作者郭玉蓉，E-mail：yurongguo730@163.com