赣南脐橙果皮膳食纤维与结合多酚的发酵制备及其在果冻中的应用

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脐橙果皮(NOP)是膳食纤维(DF)与多酚的良好来源,但通常作为工业废弃物被丢弃,造成严重的环境和生态问题。目前,提取结合多酚(BP)常用酸、碱水解或酶解等方法,然而这些方法不仅产率低,还容易使BP发生降解。固态发酵(SSF)是一种能有效提高食品营养价值的技术,此外,混菌固态发酵可弥补单菌条件下酶系统不完善的缺点,这有助于DF中BP的释放。本课题建立了一种里氏木霉和黑曲霉混菌SSF释放BP的可行方法。采用响应面法、UPLC-ESI-QTOF-MS/MS、HPLC-ESI-QQQ-MS/MS、酶解机理和扫描电镜等多种技术研究了赣南脐橙果皮不溶性膳食纤维(NOP-IDF)中BP的释放及其机理,并探究结合多酚的抗氧化活性。同时,研究了混菌固态发酵前后的可溶性膳食纤维(SDF)在结构特性和功能性质上的差异。利用两种膳食纤维的这种差异性,将其添加到果冻中,进一步探讨了其对果冻品质的影响及其应用价值。本课题研究结论如下:(1)在单因素结果基础上,采用Box-Behnken响应面法优化了里氏木霉和黑曲霉混菌固态发酵的条件,提高了总酚(TPC)的得率。结合模型结果与实验论证,确定最优的混菌固态发酵条件为:里氏木霉与黑曲霉的比例为3:1,黑曲霉延迟接种时间为28 h,初始p H为6.5。(2)在最优混菌固态发酵条件下,对赣南脐橙果皮不溶性膳食纤维中结合多酚的混菌固态发酵释放及其机制进行研究。通过对结合多酚的组成进行定性和定量分析,推测出BP在混菌固态发酵过程中的生物转化途径:包括肉桂酸途径,苯基酸途径和苯甲酸途径。混菌SSF处理后,纤维素酶、木聚糖酶和β-葡萄糖苷酶活性均有不同程度的提高,可能促进了BP的释放。扫描电镜实验结果显示细胞壁和NOP-IDF的晶体结构被有效分解,进一步验证了混菌SSF有利于BP的释放。此外,混菌SSF显著增强了BP的体外抗氧化活性。(3)在最优固态发酵条件下,对发酵前后可溶性膳食纤维的结构和功能特性进行研究。与未经发酵处理的可溶性膳食纤维(U-SDF)相比,固态发酵后的可溶性膳食纤维(F-SDF)具有更松散的结构,更大的比表面积,更高的分子量,同时,F-SDF的结晶度(31.25%)显著高于U-SDF(24.76%)。此外,F-SDF表现出更好的热稳定性和更多样化的单糖组成,混菌SSF改性前后,SDF的单糖组成不仅发生了变化,而且单糖的比例发生了重新排列。傅里叶红外光谱实验结果表明,混菌SSF不会改变U-SDF和F-SDF样品中的活性基团。此外,F-SDF具有更强的水溶性、持水和持油能力,以及对胆固醇和葡萄糖的吸附能力。因此,F-SDF具有更优异的结构和功能性能,可用于开发食品用功能性产品。(4)与U-SDF相比,添加F-SDF到果冻中,可以使果冻呈现更好的感官特性,更有利于果冻产品运输,具有商业应用潜力。具体来说:含有F-SDF的果冻呈斜红色,含U-SDF的果冻呈斜黄色。添加F-SDF的果冻颜色更丰富,亮度更低。质构分析结果表明F-SDF果冻的硬度、胶性和咀嚼性更好,具备更好的质构性能;通过扫描电镜发现含F-SDF的果冻整体结构相对光滑、透亮,质地较好且组织均匀,能有效地富集水分,保持果冻口感;X-射线衍射结果显示添加F-SDF果冻的结晶度(34.69%)明显高于添加U-SDF的果冻(24.50%),进一步验证了含F-SDF的果冻具备更好的咀嚼性和质地。此外,添加F-SDF果冻的感官特性比添加U-SDF的果冻更好。研究结果可为进一步研究DF中BP的释放奠定理论基础,为果蔬副产品的综合利用提供理论依据。
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