芒果（Mangifera indica）原产印度,是漆树科（Anacardiaceae）芒果属（Mangifera） 热带常绿乔木,其果实肉质细腻、口感香甜,素有“热带果王”之美称。近年来,我国芒果初级加工品正在向机械化、标准化和优质化发展,加工种类逐渐增加,加工规模日益扩大[1],然而,由于缺乏科学的加工技术,加工过程中产生大量的芒果皮渣被随意丢弃,不但污染环境,而且造成资源的浪费。芒果皮富含膳食纤维,芒果皮中总膳食纤维可高达60%以上,是丰富的膳食纤维资源[2,3]。研究表明,膳食纤维在保持消化系统健康[4]、预防冠心病[5]、降血脂[6]、预防心血管疾病[7]、抗癌[8]、降血糖[9]及抗炎[10,11]等领域中越来越受到重视。目前,膳食纤维制备方法主要包括水洗法、酸碱处理法、生物发酵法和酶法等,而从环保因素考虑,生物发酵法是一种相对安全、高效、低成本的膳食纤维制备方法[12],黄晓兵等[13]采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌作为混合发酵菌种制备芒果皮膳食纤维,发现发酵法可将芒果皮中总膳食纤维的含量从53.35%提高到了68.00%,但发酵后水溶性膳食纤维含量降低,因此,通过对芒果皮渣进行改性使水溶性膳食纤维含量增加具有较高的研究价值。超高压技术作为物理改性手段,目前已在豆渣膳食纤维的改性[14]中有广泛应用,除了绿色环保不引入有害成分外,能够有效增加水溶性膳食纤维的比例,同时能够改善膳食纤维的微观结构,可显著增强膳食纤维的功能特性。Peng等[15]通过超高压高手段对发酵后的芒果皮膳食纤维进行处理,发现超高压可有效增加芒果皮膳食纤维中水溶性膳食纤维的比例。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 材料与试剂 新鲜澳洲芒果,八成熟,取新鲜芒果皮作为发酵原料,经发酵法制备芒果皮渣膳食纤维;芒果果酱,阿方索,产于印度。
试剂均为分析纯。无水乙醇、95%乙醇、丙酮,广东光华科技股份有限公司;乙酸,廉江市爱廉化试剂有限公司;三羟基甲基氨基甲烷,国药集团化学试剂有限公司;吗啉乙磺酸-水合物（MES）,上海晶纯生化科技股份有限公司;氢氧化钠,广东光华化学厂有限公司;蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶、热稳定α-淀粉酶,德国Sigma公司。
1.1.2 仪器与设备 AH100D高压均质机,北京安思拓科技有限公司;HAAKE MARS III流变仪,德国HAAKE公司;RBL-FD-1真空冷冻干燥机,北京若比邻电子信息技术有限公司;Mastersizer 2000 激光粒度仪,马尔文仪器有限公司;SHZ-82 水浴恒温振荡器,金坛市天竟实验仪器厂;pH计,瑞士梅特勒-托利多公司;FA2004N 电子天平,上海精密科学仪器有限公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器,巩义市矛华仪器有限责任公司;SK2210LHC超声波清洗器,上海科导超声仪器有限公司。
1.2 方法
1.2.1 样品制备 芒果皮渣膳食纤维的制备参考黄晓兵的方法[13]。将芒果皮渣膳食纤维超微粉碎15 min,按照4%（W/V）的物料浓度加水在室温下（25 ℃）充分浸泡溶胀2 h,然后充分振荡后制成膳食纤维悬着液,并分别在30、60、90、120、150 MPa压力条件下均质15次,将不同压力条件下均质后的膳食纤维悬浊液进行冷冻干燥,得到不同压力改性的芒果皮渣膳食纤维,粉碎,密封装袋,备用。
1.2.2 粒度测定 取改性后的芒果皮渣膳食纤维,用激光粒度仪测定样品粒度,考察均质压力对芒果皮膳食纤维粒径的影响。
1.2.3 膳食纤维测定 根据GB 5009.88—2008《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》的方法测定不同压力处理的芒果皮渣膳食纤维中可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维含量。
1.2.4 流变特性测定 称取0.3 g不同压力处理的芒果皮渣膳食纤维,分别加入15 g的芒果果酱中,搅拌均匀后,制备成质量分数为2%的5组不同配比的芒果皮渣膳食纤维/果酱混合体系,4 ℃静止24 h备用。用一次性滴管吸取适量样品置于流变仪测试平板上,平板直径40 mm,设置间隙1 mm,测量前样品先静置平衡5 min,去除传感器边缘的多余样品,然后进行流变测试。
静态剪切流变特性的测定：温度设定为25 ℃,使剪切速率从0~300 s-1递增,记录测试过程中样品的黏度和剪切应力变化情况。
动态黏弹性测定：一次性吸管吸取一定量的样品置于流变仪平台上,温度设为25 ℃,扫描应变值为1%,振荡频率设为0.1~10 Hz,测定样品的贮能模量G′、损耗模量G′′和损耗正切角tan δ随频率变化的情况。
动态时间扫描测定：温度设定为25 ℃,扫描应变1%,频率设定为0. 5 Hz,测定1 h样品弹性模量（G′）和tanδ的变化。
1.3 数据处理
采用Origin 8.0和Microsoft Excel 2010软件进行图表绘制和数据处理。
2 结果与分析
2.1 动态超高压处理对芒果皮渣膳食纤维理化特性的影响
表1 均质压力对芒果皮渣膳食纤维粒径的影响Tab. 1 Effects of homogeneous pressure on particle size of mango peel dietary fiber |
| 均质压力 Homogeneous pressure/MPa | 粒径 Particle size (D0.5)/μm | 表面积平均粒径 Surface area average particle size/μm | 比表面积 Specific surface area/(m2∙g-1) |
|---|---|---|---|
| 30 | 48.350 | 17.826 | 0.337 |
| 60 | 60.546 | 23.074 | 0.260 |
| 90 | 62.157 | 19.189 | 0.313 |
| 120 | 62.871 | 18.218 | 0.329 |
| 150 | 92.196 | 30.616 | 0.196 |
2.2 芒果皮渣膳食纤维对芒果酱流变特性的影响
图4为不同均质压力改性芒果皮渣膳食纤维与果酱复配样品粘度曲线图。由图可知,添加不同压力处理后膳食纤维的果酱黏度均随剪切速率的增大而减小,呈现明显的剪切稀化现象。郑炯等[21]对竹笋膳食纤维-黄桃果酱的流变性研究也表明,膳食纤维果酱复配体系存在剪切变稀现象,且其变化程度受到膳食纤维添加量的影响。膳食纤维与果酱复配后,体系中颗粒间相互作用产生三维网络凝胶结构,粘度随着剪切速率的增大而减小,这是触变结构和颗粒取向被破坏所造成的综合结果。触变性越小,流变稳定性越高,在生产应用中,可防止发生沉淀、垂挂等现象。在不同均质压力中,150 MPa改性后的复配样品触变性较小,说明添加经150 MPa超高压改性芒果皮渣膳食纤维的复配体系具有较高的流变学稳定性。
损耗正切值为损耗模量与贮能模量的比值。体系粘弹性由tan δ来表征,tan δ值越大,体系中粘性成分比重较大,体系表现流体的特征;相反,tan δ值越小,体系中弹性成分越多,体系表现固体的特征。由图8可以看出,随着均质压力的增加,tan δ值也增大,均质压力为150 MPa时流体性质最明显,这表明处理压力为150 MPa时能有效增强复配体系的流体性质。
3 结论
通过对芒果皮渣膳食纤维进行动态超高压改性,并研究改性膳食纤维对芒果果酱流变特性的影响,结果发现,随着均质压力的增大,芒果皮渣膳食纤维中不溶性膳食纤维显著减少,可溶性膳食纤维增加,且膳食纤维平均粒径随着压力的增大先增加后减小再增加,120 MPa处理后可溶性纤维含量最高（26.17%）,平均粒径最小（18.218 μm）。在120 MPa压力下处理15次得到的芒果皮渣膳食纤维比表面积最大同时粒径最小,此时的膳食纤维物料疏松,营养结构能得到最大程度改善。果酱流变特性研究表明,果酱复配体系的剪切应力随着剪切速率的增大而增大,具有假塑性流体特征,静态剪切应力在150 MPa时具有最高的流变学稳定性。超高压处理后的果酱存在剪切稀化现象,具有明显的触变性。动态流变特性研究结果表明,复配体系的贮能模量（G′）均大于相应的损耗模量（G′′）,都随着角频率的增加而增加,在150 MPa时呈现出最小值,表明果酱样品表现出胶体行为。因此,综合考虑果酱的复配效果,在实际应用中选用超高压120 MPa或150 MPa改性膳食纤维能够较好地改善果酱流变特性,但对于果酱的色泽、口感等影响还需进行进一步的研究,以便更好地应用于食品工业中芒果皮渣膳食纤维与果酱复配产品的生产及优化。