陳雪峰， 李蕊岑， 劉 寧， 麻佩佩， 楊 柳

(1.陜西科技大學 生命科學與工程學院， 陜西 西安 710021； 2.西安和生國際農副產品交易中心， 陜西 西安 710016)

0 引言

膳食纖維因具有防止便秘、改善糖尿病癥狀、預防結腸和直腸癌、降低血脂、利于減肥等營養(yǎng)作用和保健功能，而被稱為除六大營養(yǎng)素以外的“第七大營養(yǎng)素”，近年來正引起越來越多的消費者的關注[1-4].蘋果渣中含有豐富的膳食纖維，是膳食纖維的一個重要來源，但在提取過程中，蘋果渣中的多酚類物質易被氧化呈深褐色，嚴重影響了產品的感官特性，因此，必須對膳食纖維進行脫色處理.

目前，通常使用的脫色方法有還原法和氧化法.氧化法可使有色物質氧化分解成低羧酸、二氧化碳、分子醛等物質，不易復色[5]；而還原法脫色后的產物易被氧化復色，脫色效果差.常用的氧化脫色劑有次氯酸鹽、臭氧、雙氧水、CO2及空氣中的O2等，均能獲得良好的脫色效果[6,7].

本實驗將超聲技術引入到雙氧水脫色工藝中，一方面利用超聲技術使雙氧水均勻分散在溶液中，強化雙氧水與膳食纖維的接觸面積；另一方面通過超聲波促進臭氧分解產生更多的活性物質HOO-，使膳食纖維中的呈色物質氧化分解，從而獲得較好的脫色效果.

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

蘋果渣，陜西海升果業(yè)發(fā)展股份有限公司乾縣分公司提供；鹽酸(分析純)；氫氧化鈉(分析純)；35%H2O2.

1.2 實驗儀器

HNE-20200-CT I超聲波聚能處理系統(tǒng)，蘇州工業(yè)園區(qū)海納科技有限公司；BS323S電子天平，賽多利斯科學儀器有限公司；H-1850R離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司；101-1AB型電熱鼓風干燥箱，天津泰斯特儀器有限公司；高速萬能粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；TG-SI型通風柜控制器，中國楊凌天工實業(yè)有限公司；CM-5分光測色計，柯尼卡美能達有限公司.

1.3 實驗方法

1.3.1 脫色工藝

蘋果渣粉碎→堿液處理→超聲輔助雙氧水脫色→調pH至弱堿性→水洗至中性→離心→干燥→粉碎→成品.

1.3.2 白度的測定

利用CM-5分光測色計測得脫色后蘋果膳食纖維的白度，結果用L、a、b值表示.其中，L表示亮度；a為紅綠值，a+為偏紅，a-為偏綠；b值為黃藍值，b+為偏黃，b-為偏藍.本實驗用L值反映白度，L值越高表示白度越高.

1.3.3 持水力(WHC)的測定[8]

稱取0.5 g樣品于15 mL離心管中，加入10 mL蒸餾水，震蕩搖勻，37 ℃靜置1 h，3 500 r/min離心10 min后，棄去上清液，殘留水分用濾紙吸干，稱重.

1.3.4 膨脹力(SC)的測定[8]

稱取0.5 g樣品放入帶有刻度的玻璃試管中，加入10 mL蒸餾水，在室溫下放置過夜.觀察膳食纖維樣品在試管中自由膨脹體積.

1.3.5 持油力(OHC)的測定[8]

稱取0.5 g樣品，置于15 mL離心管中，加入10 mL大豆油，震蕩搖勻，37 ℃靜置1 h，5 000 r/min離心20 min后，棄去上層油，稱量殘渣質量.

2 結果與討論

2.1 脫色時間對脫色效果的影響

控制堿液濃度1%，料液比1∶20，超聲頻率50 KHz，雙氧水濃度1%，研究脫色時間對脫色效果的影響，實驗結果如圖1所示.隨著脫色時間的增加，膳食纖維的L值逐漸增大，原因是隨著時間的延長，H2O2分解產生更多的活性物質HOO-，通過親核反應氧化分解有色物質；但當脫色時間大于60 min時，雙氧水已徹底分解，再無活性物質產生，對提高L值無影響.因此，選擇最佳脫色時間為60 min.

圖1 脫色時間對脫色效果的影響

2.2 超聲頻率對脫色效果的影響

控制堿液濃度1%，料液比1∶20，雙氧水濃度1.5%，脫色時間60 min，研究超聲頻率對脫色效果的影響，實驗結果如圖2所示.隨著超聲頻率的增大，L值逐漸增大，原因是超聲波的空化效應和化學效應使雙氧水加速裂解產生活性物質HOO-，并且其熱效應使反應介質溫度升高，提高反應速率，將呈色物質徹底氧化分解[9-11]；但當超聲頻率增大到60 KHz時，由于有效物質已經裂解徹底，再無活性物質生成.因此，選擇最佳超聲頻率為60 KHz.

圖2 超聲頻率對脫色效果的影響

2.3 堿液濃度對脫色效果的影響

控制料液比1∶20，超聲頻率60 KHz，脫色時間60 min，雙氧水濃度1%，研究堿液濃度對脫色效果的影響，實驗結果如圖3所示.隨著堿液濃度的增加，L值逐漸增大.原因是H2O2在堿性條件下可發(fā)生如下反應：H2O2+OH-= H2O+HOO-.隨著堿液濃度增大，OH-增多，使反應向右進行，加速活性物質HOO-的生成；但當堿液濃度增大一定值時，由于堿液濃度過高，超出了活性物質HOO-的最佳氧化活性范圍[11]，并且增大了H2O2的無效分解(2H2O2=O2+2H2O)，對提高脫色效果無益[12].因此，選擇最佳堿液濃度為1.2%.

圖3 堿液濃度對脫色效果的影響

2.4 料液比對脫色效果的影響

控制堿液濃度為1.2%，超聲頻率60 KHz，雙氧水濃度1%，脫色時間60 min，研究料液比對脫色效果的影響，實驗結果如圖4所示.隨著料液比的增加，L值越大，但當料液比增大到1∶14時，膳食纖維的L值卻減小，原因是當料液比過小時，溶液的流動性差，不能將雙氧水均勻分散到溶液中，脫色效果差[13]；而當料液比過大時，單位體積內雙氧水的有效作用濃度降低，且與膳食纖維的接觸面積也減小，脫色效果較差.因此，選擇最佳料液比為1∶14.

圖4 料液比對脫色效果的影響

2.5 雙氧水濃度對脫色效果的影響

控制堿液濃度為1.2%，料液比1∶14，溫度25 ℃，超聲頻率60 KHz，脫色時間60 min，研究雙氧水濃度對脫色效果的影響，實驗結果如圖5所示.隨著雙氧水濃度的增加，蘋果膳食纖維脫色效果顯著，當雙氧水濃度超過1.2%后，L值增加趨于緩慢.雙氧水的脫色作用主要是其分解產生的活性物質HOO-氧化分解蘋果渣中的呈色物質，H2O2濃度越高，產生的HOO-越多，氧化分解速率越大.但雙氧水具有強腐蝕性，濃度過大時產生殘留量問題，需要大量水洗滌，造成食品安全和資源浪費等問題.因此，選擇最佳雙氧水濃度為1.2%.

2.6 正交設計及結果

在單因素實驗的基礎上，選用A(脫色時間)、B(料液比)、C(雙氧水濃度)、D(超聲頻率)、E(堿液濃度)5個因素，以脫色后的L值作為考察指標，采用L16(45)正交設計，優(yōu)化雙氧水對蘋果膳食纖維脫色的工藝條件.具體的因素水平設計見表1所示.

圖5 雙氧水濃度對脫色效果的影響

水平因素ABCDE1451∶121.0501.02501∶131.1551.13551∶141.2601.24601∶151.3651.3

表2為正交試驗結果表.從表2中極差值的大小可得，雙氧水對蘋果膳食纖維脫色各影響因素的主次順序為：堿液濃度>脫色時間>雙氧水濃度>料液比>超聲頻率.

正交試驗結果表明:超聲波結合雙氧水對蘋果膳食纖維脫色的最佳工藝條件組合為A1B4C4D3E4，即脫色時間為45 min，料液比為1∶15，雙氧水濃度為1.3%,超聲頻率為60 KHz，堿液濃度為1.3%.驗證試驗得該條件下脫色后膳食纖維L值可達80.79.

表2 正交試驗結果

方差分析結果如表3所示.F(15,32)=25.980，P<0.001，達到極其顯著水平，因此，脫色時間、料液比、雙氧水濃度、超聲頻率、堿液濃度5個因素中至少有一個對L值有影響，繼續(xù)查看各個因素的分析結果.由表3可知5個因素的主效應F(3,32)分別為31.471、17.108、21.975、8.044、51.301，P值均小于0.001，達到極其顯著水平.

從以上結果可得，脫色時間、料液比、雙氧水濃度、超聲頻率、堿液濃度均對L值有顯著影響.

表3 主體間效應檢查

注：顯著水平a=0.001

2.7 脫色后膳食纖維物理性質的測定

實驗測定了脫色前后的蘋果膳食纖維物理性質，結果如表4所示.可以發(fā)現(xiàn)，利用超聲輔助雙氧水對蘋果膳食纖維進行脫色處理，膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力都有顯著增大，提高了膳食纖維的功能特性.

表4 物理性質測定結果

3 結論

以蘋果渣綜合利用為目的，從蘋果渣中提取膳食纖維，采用超聲波結合雙氧水技術對蘋果膳食纖維進行脫色，由單因素實驗和正交試驗得到最佳脫色工藝條件：料液比1∶15，雙氧水濃度為1.3%，超聲頻率60 KHz，堿液濃度1.3%，脫色時間45 min.測得脫色后膳食纖維的L值可達到80.79，比脫色前提高了37.95，脫色效果顯著.

與朱妞[14]等利用雙氧水對花生殼膳食纖維脫色的研究相比較，雙氧水濃度由6%降低到1.3%，脫色時間由2.5 h降低到45 min，可節(jié)約資源.同李睿[15]等利用雙氧水對蘋果渣膳食纖維脫色工藝的研究相比較，脫色時間有所縮短，且超聲波的熱效應可使溶液的溫度升高到脫色所需要的溫度，無需加熱裝置，節(jié)省資源.

本文同時對脫色后膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力等進行測定，與脫色前的膳食纖維相比，有了明顯地提高.因此，利用超聲輔助雙氧水脫色技術對蘋果膳食纖維進行處理，不僅可以改善膳食纖維的感官品質，還能提高其功能特性.

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