水果皮渣中膳食纖維提取及應用研究進展

張瑜 方向紅

摘要 水果皮渣是水果加工后殘余的最高比例副產物，其中含有豐富的膳食纖維。膳食纖維有助于促進人體消化吸收、預防心血管疾病、控制血糖等功能作用。綜述了近年來水果皮渣中膳食纖維提取及應用的研究進展，內容涉及膳食纖維的分類及功能性作用、水果皮渣膳食纖維的6種提取方法、在食品領域應用及展望等，旨在為水果皮渣膳食纖維附加值和后續開發利用提供參考。

關鍵詞 水果皮渣;膳食纖維;提取;應用

中圖分類號 TS209? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）22-0007-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.22.002

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Review on Extraction and Application of Dietary Fiber from Fruit Pomace

ZHANG Yu，FANG Xiang-hong （Anhui Vocational and Technical College，Hefei，Anhui? 230011）

Abstract Fruit pomace is the highest proportion of residual products after fruit processing，which is rich in dietary fiber.Dietary fiber can promote digestion and absorption，prevent cardiovascular disease and control blood sugar.In this paper，the research progress of extraction and application of dietary fiber from fruit pomace in recent years was reviewed，including the classification and functional function of dietary fiber，six extraction methods of dietary fiber from fruit pomace，application and prospect in food field，so as to provide reference for the added value and subsequent development and utilization of dietary fiber from fruit pomace.

Key words Fruit pomace;Dietary fiber;Extraction;Application

2019年，我國水果產量達27 400萬t，同比增速6.7%，穩居全球第一。在水果加工過程中皮渣副產物高達40%～50%，其中含有豐富的對人體有益的膳食纖維。不過，目前絕大多數的水果皮渣被填埋或廢棄，不僅造成了嚴重的資源浪費，還帶來了環境污染。非營利性組織（GRAIN）研究發現，全球44%～57%的溫室氣體排放量來自食物體系。若食物體系能實現溫室氣體凈零排放，則能完成一半的碳中和任務。中國為應對氣候變化鄭重承諾：力爭于2030年前CO2排放量達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。隨著經濟的發展，食物消費量不斷增大，食物浪費問題日益嚴重，如果不能很好地控制將有礙于實現碳達峰。同時，減少食物浪費也能緩解糧食緊張。如果能有效開發利用水果皮渣中的膳食纖維，將能很好地減少食品加工領域、食品包裝領域以及食物垃圾產生的碳排放。因此，中國碳中和承諾后，如何有效利用豐富的水果皮渣資源是必須面對的問題。鑒于此，筆者

綜述了近年來水果皮渣中膳食纖維提取及應用的研究進展，內容涉及膳食纖維的分類及功能性作用、水果皮渣膳食纖維的6種提取方法、在食品領域應用及展望等，旨在為水果皮渣膳食纖維附加值和后續開發利用提供參考。

1 膳食纖維的分類及功能性作用

膳食纖維是一種不能被胃腸道消化吸收、不能產生能量的多糖類及木質素，又被稱為第七類營養素，主要來自植物的細胞壁，通常分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和非水容性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）兩大類。美國醫學研究院（IOM）建議成人每天應該攝入25～38 g的膳食纖維，但是目前世界人均膳食纖維攝入水平僅有15 g/d[1]。

科學研究發現，膳食纖維具有降血糖、降血脂、降血壓、減肥、預防便秘等作用[2]，而且能促進腸道蠕動及有毒物質的排出[3]。

2 水果皮渣膳食纖維的提取方法

近年來，關于膳食纖維提取方法的研究較多，主要有超聲輔助提取法、酶解法、復合酶法、輔助酶法、酸堿浸提法和發酵法[4]。

2.1 超聲輔助提取法 相對于傳統提取工藝，超聲波輔助提取法具有提取時間短、能耗低、提取效率高、安全性高、環保等優點[5]。但是，空化效應也會影響碳水化合物聚合的形態和結構[6]。國內外專家關于超聲波提取技術在天然產物分離提取方面做了大量的研究[7-9]。夏潔等[10]采用超聲波輔助提取技術提取刺梨果渣中的IDF，使用Box-Behnken中心組合法和響應面優化法優化了刺梨果渣中IDF的提取工藝，當超聲功率、提取時間、提取溫度、料液比分別為184 W、14.7 min、49.5 ℃、1∶16.25 （g/mL）時，刺梨果渣IDF的最大得率為76.00%，與傳統水提法相比，超聲提取制備的IDF含量更高。

超聲輔助提取法在水果皮渣中膳食纖維的提取應用廣泛。閆榮玲等[11]利用超聲輔助提取法提取江永香柚的柚皮中膳食纖維，最佳工藝為料液比、堿液質量分數、微波時間、微波功率分別是1∶10 （g/mL）、8%、40 s、350 W，該條件下，江永香柚的柚皮中SDF與IDF的得率分別為40.8%、45.1%。該方法，工藝簡單、可操作性強。

2.2 酶解法

利用酶對底物的高度專一性，將細胞壁中的果膠質、木質素等降解掉，減小膳食纖維擴散的阻力，提高膳食纖維純度，縮短提取時間，但對提取條件要求比較嚴格，且生產成本很高[12]。近年來，關于利用酶解法從水果皮渣中提取膳食纖維的研究頗多。王海娟等[13]利用酶解法從香蕉皮中提取SDF，研究發現在料液比、α-淀粉酶用量、胃蛋白酶用量分別為1∶20、0.28 g、0.22 g的條件下，SDF的最高提取率為17.5%。利用酶法所得膳食纖維總量較高，SDF提取率偏低，但是IDF的提取率高[14]。

α-淀粉酶被廣泛應用于水果皮渣膳食纖維的提取中，李黎等[15]利用α-淀粉酶從冬棗渣中提取IDF，研究發現當α-淀粉酶用量、酶解溫度、酶解時間分別為1.0%、80 ℃、110 min時，冬棗渣中IDF得率為28.91%。同一種酶處理不同的原料，最佳提取工藝稍有差異，沈小芬等[16]利用α-淀粉酶提取黃梨梨渣中的IDF，發現料液比是影響黃梨的梨渣IDF提取的主要因素，酶解時間和酶解溫度的影響次之，酶用量影響最小。酶用量0.8 U/mL時，黃梨的梨渣IDF提取最高。薛山[4]研究了蛋白酶提取柑橘榨汁后剩余皮渣中的非水溶性抗氧化膳食纖維（IADF），蛋白酶用量0.21 （mL/g）皮渣，所提取的IADF抗氧化效果最顯著。

2.3 復合酶法

復合酶法指聯合使用多種酶降解膳食纖維中的雜質，常用的酶有α-淀粉酶、蛋白酶、糖化酶、纖維素酶等。張玉鋒等[17]聯合利用α-淀粉酶用量、蛋白酶用量、糖化酶提取椰蓉膳食纖維，提取率最高可達89.68%，遠高于單一酶提取法。劉義武等[18]利用正交試驗研究復合酶（木瓜蛋白酶及α-淀粉酶雙酶）改性制備檸檬膳食纖維的最佳工藝：α-淀粉酶與木瓜蛋白酶按質量比3∶1混合作為復合酶，pH 6.0，復合酶用量3.2 mg/g，制備時間30 min，制備溫度60 ℃，料液比1∶20 （g/mL）。采用復合酶法制備膳食纖維能有效縮短反應時間，提高生產效率，提高純度。

2.4 輔助酶法

輔助酶法一般指超聲波輔助酶提取法，超聲波可減弱細胞壁的阻力，促進植物細胞內有效成分的溶出，提升提取率。李晗等[12]采用超聲輔助混合酶法提取西番蓮果中的SDF，超聲功率250 W、混合酶（木瓜蛋白酶∶淀粉酶比例為1∶1）量0.6%，SDF提取率可達14.82%。牛春艷等[19]研究用0.6%的纖維素酶用量、超聲時間25 min提取火龍果果皮中的膳食纖維，SDF最佳得率是37.50%。張曉娟等[20]采取超聲波輔助β-淀粉酶法提取青皮芒果皮中IDF，酶用量30 mg/mL、超聲時間30 min，芒果皮的IDF提取率為32.06%。李鵬沖等[21]利用纖維素酶：α-淀粉酶∶糖化酶=1∶1∶1的混合酶優化山楂中SDF的超聲輔助提取，得率6.12%，純度91.63%，純化度較高。

2.5 酸堿浸提法

酸堿浸提法又稱化學法，是提取膳食纖維最為常見的方法。王汗鑫等[22]通過控制溶液酸堿度、提取時間及溫度等提取桑葚中SDF，發現桑葚中SDF提取得率最高為40.16%。邱小燕等[23]利用酒石酸提取湘西蜜橘皮中的SDF，得率為33.2%。通過以上研究發現，酸堿浸提法優點主要是成本低、操作簡單，但是提取的膳食纖維含量較低，純度也低。若使用強溶劑處理原料，會導致原料中半纖維素損失50%～60%，纖維素損失10%～30%[24]，同時產生大量廢水，對環境造成污染。

2.6 發酵法 發酵法利用保加利亞桿菌、嗜熱鏈球菌等菌種分解多糖、蛋白質等，有效減少雜質，而不分解膳食纖維的特點來制取膳食纖維。杜斌等[25]利用乳酸菌發酵法提取藍莓果渣中可溶性膳食纖維，得率達15.92%。得到的膳食纖維膨脹力、持水力以及對油脂、葡萄糖以及亞硝酸鹽的吸附能力均比原果渣有所提高。發酵法雖然需要較長的發酵時間，但是無須添加相應的酸堿試劑，提取的膳食纖維在純度、色澤方便比酸堿提取法更優，在提高產率上占較大優勢，具有較大發展前景。

3 水果皮渣膳食纖維在食品領域應用

膳食纖維早在1965年就已經在食品中嶄露頭角，直到20世紀90年代才得到大量食品加工企業的關注[26]。研究發現，將膳食纖維添加到食品中，可以改善食品的風味和質構，增加食品適口性[27]。同時，膳食纖維還可以改善食品的營養成分，增加飽腹感，替代糖成分加入食品中降低食品能量[28]。

3.1 在面食中的應用 在面食中添加膳食纖維能有效改善食品的彈性，增加食品的保水性，防止食品儲存期變質[27]。孫歡歡等[29]將大棗膳食纖維添加到面粉中制成大棗膳食纖維面條，這種面條不僅具有淡淡的大棗香味，而且色澤較好，韌性、黏性適當，適口性良好。

3.2 在肉制品中的應用 將膳食纖維添加到肉制品中可以提高肉制品的持水性，從而提高肉制品的烹飪質量、提升產品質地、提高健康性[30-31]。張海濤[32]將梨渣膳食纖維添加到肉中制成香腸，添加5.0%膳食纖維的香腸口感細膩多汁，且咀嚼性能良好。薛山等[33]將蜜柚白瓤TDF與兔肉結合制成兔肉丸。添加6.16%蜜柚白瓤IDF，兔肉丸質構綜合評分為0.947±0.050，有彈性且入口咀嚼有勁道，適口性良好。

3.3 在乳制品中的應用 在酸奶中添加膳食纖維能促進酸奶的發酵，減緩乳清析出，從而改善酸奶的風味和質構，還能改善食用者的腸道功能、防止便秘等。樊柳[34]將葡萄皮渣中提取的水溶性膳食纖維添加到酸奶中，膳食纖維添加量為3.0%，制得的酸奶在口感、風味和質構等方面的綜合感官評分為94.5分，提升酸奶功能性作用的同時保持了酸奶的適口性。

3.4 在烘焙制品中的應用

研究發現柚皮總膳食纖維在放大10 000倍是呈多孔珊瑚裝結構，結構疏松，便于其與水分結合，使水分滯留在空隙之中，將其添加到烘焙食品中可以提高食品的適口性和感官喜好性[35]。有學者將白葡萄釀酒副產物（主要成分是膳食纖維）添加到餅干中，發現添加白葡萄釀酒副產物的面團吸水性、硬度均降低，同時面團的亮度、黃度均有所下降，添加10%的葡萄釀酒副產物可以使餅干的總膳食纖維增加大約88%[36]。時志軍等[37]將從藍莓渣中提取的膳食纖維添加到面粉中，制成藍莓渣膳食纖維面包，添加2.5%藍莓渣粉制成的藍莓渣面包不僅提升了面包的功能性作用，還增加了風味。

3.5 在保健品中的應用 由于膳食纖維獨特的功能特性，常被添加到預防糖尿病的保健食品中，用來調整飲食結構，調控血糖升高速率。專家認為，開發多種多樣的膳食纖維保健食品會使居民的膳食結構更加均衡[38]。劉維汐等[39]將從沙棘果渣中提取的膳食纖維制備成沙棘膳食纖維咀嚼片，不僅口感細膩酸甜可口，還具備潤腸通便、促進消化的功效。

3.6 在可食用包裝中的應用

可食用包裝材料一般以各種糧食、果蔬為原材料，添加適當的膠類物質增加其黏彈性，經過壓制而做成。可食用薄膜一般由多糖、蛋白質、脂類等復合制作而成，該膜能防止氣體、溶質等的遷移，延長儲藏期[40]。王莉[41]以棗渣膳食纖維為主要材料制備可食用托盒，棗渣∶水的比值為3∶2時制得的托盒可以承受的壓力為1.622 kg，含水量為3.27%，該含水量小于餅干的最大含水量，因此可以用于制作餅干托盒，這不僅解決了食品的內包裝問題，而且為消費者提供了營養健康，同時解決了包裝材料難以回收、難以降解污染環境、污染水質土壤等難題。

4 展望

我國不僅是水果的產出大國，也是消費大國。隨著水果深加工產業的發展，水果渣皮也逐年增加，而膳食纖維廣泛存在于水果渣皮中，因其特殊的營養功能特性而受到食品領域的廣泛關注，現在也正應用于多種食品的加工生產中。目前，我國的膳食纖維種類較少，主要從水果、蔬菜中提取，從水果渣皮中提取膳食纖維并進行應用，具有積極的社會意義。根據國內外的開發利用現狀，可以從以下幾個方面進行深入研究：①進一步優化水果渣皮中膳食纖維的提取工藝，探索有利于規模化生產且環境友好型的提取方法，提高膳食纖維的得率、純度，降低生產成本，減少生產污染;②深化膳食纖維的功能特性研究，探究其與食品中相關組分的相互作用機制，闡明其預防糖尿病、心腦血管疾病及結腸癌等疾病的作用機理，提高其生物效能;③探索水果皮渣膳食纖維的應用范圍，加大富含膳食纖維保健品及可食用包裝的研發力度，改善居民亞健康狀態，減少白色污染，推動低碳食品產業創新，助力我國在2060年以前實現碳中和。

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