百香果壳膳食纤维的改性及其结构、理化特性研究

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膳食纤维是一类不能被人体消化道酶分解的碳水化合物,具有调整肠道菌群、降低血压血糖等多种重要生理功能,是维持人类健康不可或缺的营养素。百香果(Passiflora edulis Sims)广泛种植于我国的热带和亚热带地区,具有营养丰富、风味独特等优点,常用于果汁加工。百香果加工过程中产生了大量副产物—百香果壳,目前还未能得到有效的利用。国内外研究证明百香果壳是制备膳食纤维的优质原料。然而,传统方法制备的百香果壳膳食纤维(PDF)中以不可溶性膳食纤维为主,较大的纤维粒径和粗糙的口感等缺点限制了其在食品工业中的应用。本研究以百香果壳为原料,采用超声波-碱水解联合动态高压微射流均质技术制备并改性得到优质百香果壳膳食纤维(AD-PDF),研究其结构表征和理化性质,并对AD-PDF和没食子酸复合作用及其吸附动力学进行分析。本研究可为优质百香果壳膳食纤维的制备及其在功能食品中的应用提供数据支撑,进而促进百香果壳的高值化利用。
  (1)以降低膳食纤维粒径为目标,采用单因素及响应面法优化超声波-碱水解联合动态高压微射流均质技术制备和改性工艺,结果为:①超声波辅助碱水解预处理的最佳工艺为:料液比1∶30,反应温度60℃,反应时间50min,超声功率900W。超声波-碱水解预处理后的百香果壳膳食纤维(A-PDF)的二次粒度为125.72μm。②高压微射流改性的最佳工艺为:A-PDF添加量1.5%,压力110Mpa,处理7次,得到AD-PDF的二次粒度为32.2μm。
  (2)对制备和改性过程中不同阶段得到的PDF、A-PDF和AD-PDF进行结构表征和理化性质的分析与比较,结果如下:①马尔文粒度仪结果显示,相比于PDF的二次粒度D90值(183.33±6.66μm),A-PDF和AD-PDF的二次粒度分别减少了18.9%和81.1%,其中粒径最小的AD-PDF的D90值为34.67±1.95μm。扫描电镜(SEM)图显示,PDF为结构紧实的粗糙片状结构,A-PDF的表面存在大量的空洞,而AD-PDF的纤维结构被完全破坏,表面清晰可见蜂窝状外观,并呈现出纤维细丝的外观形貌。②经XRD检测,A-PDF和AD-PDF的结晶度分别为28.40%和30.08%,高于PDF结晶度(25.94%)。红外光谱图表明三个样品均是纤维素晶型I,没有产生新的官能团,维持原本的化学结构。热稳定分析表明A-PDF和AD-PDF比PDF具有更好的热稳定性。③理化性质分析结果表明,AD-PDF由于其最小的纤维粒径和多孔结构,其持水力(WHC)、持油力(OBC)、亚硝酸根离子吸附能力(NIAC)、胆固醇吸附能力(CAC)相对于PDF和A-PDF均得到显著增强。
  (3)为验证AD-PDF作为新型多酚载体的应用潜力,研究了AD-PDF与没食子酸的复合作用及吸附动力学,结果如下:①以时间为变量,AD-PDF对溶液中没食子酸的吸附在120min的时候达到吸附饱和点,吸附量为487μg/g。②以没食子酸溶液的浓度为变量,AD-PDF在120min中对溶液中没食子酸的吸附量随着没食子酸溶液浓度的增大而增加,从237μg/g增加至1097μg/g。③吸附动力学实验研究表明,准二次动力学模型能很好地模拟AD-PDF对没食子酸的吸附行为,所得的拟合方程式为t/qt=0.00199t+0.0095。
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