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第 28 卷第 19 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.19 2702012 年10 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringOct. 2012 红薯渣不溶性膳食纤维超高压改性 李雁 1，熊明洲1，尹丛林2，吴 芳 1，解新安1，杨公明1 （1. 华南农业大学食品学院，广州 510640；2. 瑞士万通中国有限公司，北京 100005） 摘要：为增强红薯渣膳食纤维的生理功能，研究超高压对其理化性质的影响。该文以红薯渣为原料，采用均匀 试验方法对不溶性膳食纤维产品理化性质进行超高压改性，并通过扫描电镜、毛细管电泳法、红外光谱、X 射线 衍射、比表面积测试法 BET 和粒度等手段研究改性对膳食纤维结构及理化性质的影响。结果表明：超高压改性不 溶性膳食纤维的工艺条件如压力、时间、温度对其调节血糖、血脂、清除外源有害物质能力有显著影响。得出超 高压对调节血糖、血脂能力改性条件：600 MPa，15 min，60；清除外源有害物质改性条件：100 MPa，10 min， 42。通过对改性膳食纤维结构、理化性质测定发现，改性红薯渣不溶性膳食纤维的微观结构为疏松、光滑、蜂 巢形的多孔网状结构；其单糖组分没有太大影响，单糖含量产生了一定程度的变化；改性使结晶度减小，比表面 积增大；特征吸收峰增强、红移和蓝移，同时也产生了一些新的吸收峰。研究结果可为红薯渣膳食纤维的功能改 性及综合利用提供相关依据。 关键词：压力，物理特性，化学特性，红薯渣，膳食纤维，改性，超高压 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.19.036 中图分类号：TS255.1文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-19-0270-09 李雁，熊明洲，尹丛林，等. 红薯渣不溶性膳食纤维超高压改性J. 农业工程学报，2012，28(19)：270278. Li Yan, Xiong Mingzhou, Yin Conglin, et al. Modification of insoluble dietary fiber from sweet potato residue with ultra high pressure processing technologyJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(19): 270278. (in Chinese with English abstract) 0引言 膳食纤维具有润肠通便、减肥、调节血糖血 脂1- 2、清除外源有害物质等诸多生理功能，红薯 是中国主要粮食作物之一，具有药食疗效，红薯渣 是红薯提取淀粉的副产物，含 30%左右的膳食纤 维， 通常做饲料或被废弃。 为了充分利用此类原料， 可利用红薯渣生产膳食纤维，但膳食纤维的专一性 较差，通过适当改性手段对膳食纤维进行改性处 理，改变其中部分组成聚合物的化学结构与相对含 量，新增或强化部分原先没有或很微弱的功能特 性，从而使不溶性膳食纤维在某种程度上能够发挥 可溶性膳食纤维的作用，对有效利用天然资源，更 好地发挥其生理功能具有积极的意义。 目前常见的膳食纤维改性处理方法有化学处 理法和物理处理法，常见的化学处理法是羧甲基 化， 常用的物理改性方法有螺杆挤压技术3- 4、高温 蒸煮技术5、超高压技术6- 7和超微粉碎技术等8。 改性的目标主要集中于增加膳食纤维可溶性， 而对其 功能改性除水合特性外，其余很少报道。赵国华等9 收稿日期：2011- 10- 17修订日期：2012- 07- 16 作者简介：李雁（1963） ，女，副教授，博士，研究方向为食品化 学、 分离提纯及农副产品综合利用研究。 广州华南农业大学食品学院， 510640。Email： 研究发现超高压处理的薯渣膳食纤维能将葡萄糖 浓度控制在较低的水平，对餐后血糖的快速升高有 抑制作用；刘伟等10以微射流均质机为物质基础的 瞬时高压作用，对麦麸的膳食纤维进行物理机械处 理，处理后样品的膳食纤维总含量及其可溶性的含 量均有所增加。虽然超高压改性方法尚不成熟，而 且相对于常规的化学法成本较高，但因其反应条件 较为温和，同时对环境的污染相对较小，将是今后 改性膳食纤维的研究方向之一。 本文拟以提高调节血糖、血脂能力和清除外源 有害物质能力为目标；采用均匀试验方法对红薯渣 不溶性膳食纤维进行超高压改性，根据各工艺的影 响系数，确定超高压对其改性的最优工艺条件；并 分析不溶性膳食纤维的组成和含量、微观结构、晶 体形式、晶粒和粒度大小以及官能团的变化；对不 同功能改性纤维的改性原因进行初步探讨，从而为 膳食纤维的功能改性提供理论依据。 1材料与方法 1.1材料与试剂 红薯渣 （含水率大约 13%） ， 湖南某公司提供； 耐高温 - 淀粉酶溶液（酶活 30 000 U/mL），糖化 酶溶液（酶活110 000 U/mL），蛋白酶溶液（酶 活1 500 AU/g），均由广州裕立宝生物科技有限公 第 19 期李雁等：红薯渣不溶性膳食纤维超高压改性 271 司提供；体积分数为 95%乙醇；其他试剂均为分析 纯。 1.2仪器与设备 UHP900- 2*2（）食品高压处理机（包头中国 兵器科学研究院）；荷兰 XL- 30ESEM 型环境扫描 电镜（荷兰 Philips 公司），毛细管电泳仪 P/MDQ （美国 BECKMAN COULER 公司），D/max- A 型 全自动 X 射线衍射仪（日本理学公司），Vector33 傅立叶红外光谱仪（德国 Bruker 公司），BT- 9300S 型激光光散射粒度分析仪（丹东百特仪器有限公 司），FlowSorb2310 型比表面积分析仪（美国 Micromeritics 公司）。 1.3试验方法 1.3.1红薯渣不溶性膳食纤维制备工艺 红薯渣预处理淀粉酶酶解糖化蛋白 酶酶解过滤滤渣（乙醇洗涤 23 次）干燥 （80）粉碎（100 目筛）不溶性膳食纤维 操作要点：1）预处理：红薯渣粉碎后过 80 目 筛， 并经过质量比为 110 的水两次浸泡洗涤过滤。 2） 淀粉酶酶解： 磷酸钠盐缓冲体系 pH 值6.0 0.1， 0.1 mol/L 下，添加耐高温 - 淀粉酶 50 L/g，90 酶解100 min。3）糖化：加入糖化酶200 L/g，60 水浴 60 min。4）蛋白酶酶解：酶添加量 80 L/g， 60酶解 60 min。 1.3.2超高压改性 将红薯渣不溶性膳食纤维配制成质量分数为 20%的水溶液，分散均匀，装入超高压包装袋中， 双层包装，密封。以前期研究结果为依据，按照均 匀试验设计表 1 进行改性，针对温度、压力和时间 三因素三水平对红薯渣不溶性膳食纤维进行超高压 处理、改性后，真空干燥、粉碎，过 100 目筛。以 未改性膳食纤维为对照，测定膳食纤维的理化性质。 表 1超高压改性试验设计表 Table 1Uniform- design experiment table of ultra high pressure modification 因素/水平 试验号 压力 X1/MPa时间 X2/min温度 X3/ 11（100）2（20）3（42） 22（200）4（40）6（60） 33（300）6（60）2（36） 44（400）1（10）5（54） 55（500）3（30）1（30） 66（600）5（50）4（48） 1.3.3吸油力的测定 称取 1.00 g（M1）红薯渣不溶性膳食纤维于离 心管中，加入金龙鱼调和油 30 mL 平衡后过夜， 4 000 r/min 离心 15 min，完全去掉上层油，称质量 （M2）11。按公式（1）计算结合脂肪的能力 21 1 1 MM M （1） 式中，1为红薯渣不溶性膳食纤维的吸油力，g/g； M1为吸油前膳食纤维的质量，g；M2为吸油后膳食 纤维的质量，g。 1.3.4膳食纤维吸附葡萄糖能力的测定 称取 0.5 g 红薯渣不溶性膳食纤维，在 100 mL 葡萄糖溶液中（100 mmol/L）于 37磁力搅拌 6 h， 溶液离心 （3000 r/min， 15 min） ， 以葡萄糖溶液 （100 mmol/L）为空白，取上清液 300 L 测定溶液中的 葡萄糖含量12，按公式（2）转换为吸收葡萄糖能 力。 01 2 ()CCV M （2） 式中，2为膳食纤维吸附葡萄糖能力，mmol/g；C0 为葡萄糖溶液的浓度， mmol/L； C1为上清液中葡萄 糖的浓度， mmol/L； V 为测定时葡萄糖溶液的体积， L；M 为红薯渣不溶性膳食纤维的质量，g。 1.3.5膳食纤维抑制淀粉酶活性的测定 称取 1 g 红薯渣不溶性膳食纤维加入 40 mL 质 量分数为 4%马铃薯淀粉溶液溶解，加入 300 L 耐 高温 - 淀粉酶，90混合酶解 1 h，灭酶，溶液离 心（3000 r/min，15 min），取上清液 300 L 测定 葡萄糖的含量，转换为抑制耐高温 - 淀粉酶活性13。 以不加膳食纤维的酶解体系为空白，按公式（3） 计算膳食纤维抑制淀粉酶活性。 01 3 0 100% （3） 式中，3为膳食纤维抑制淀粉酶活性，%；0为空 白中葡萄糖浓度，mmol/L；1为样品中葡萄糖的浓 度，mmol/L； 1.3.6膳食纤维对胆固醇吸附作用的测定 称取0.5 g红薯渣不溶性膳食纤维于 250 mL三 角瓶中，加入 50 g 稀释蛋黄液（取市售新鲜鸡蛋的 蛋黄），用 9 倍量的蒸馏水充分搅打成乳液，搅拌 均匀，置摇床中，37震荡 2 h。溶液过滤，吸取 0.1 mL 上清液，进行比色测定14。胆固醇含量的测 定采用 GB/T5009.128- 2003 计算。 01 4 M （4） 式中，4为膳食纤维对胆固醇的吸附量，mg/g；0 为吸附前蛋黄液中胆固醇量，mg；1为吸附后蛋 黄液中胆固醇量，mg；M 为膳食纤维的质量，g。 1.3.7膳食纤维吸附亚硝酸根离子的测定 反应在 250 mL 锥形瓶中进行，反应体积为 农业工程学报2012 年 272 100 mL，NaNO2浓度为 220 mol/mL，溶液 pH 值 为 2，加入红薯渣不溶性膳食纤维后，于 37恒温 下恒温磁力搅拌反应， 分别在反应进行 10、 20、 30、 40、50、60、80 和 100 min 时各取 1 mL 样液用盐 酸萘乙二胺法测定 NO2-含量15,16。 NO2-的吸附量按 公式（5）计算。 01 5 () V M （5） 式中，5为膳食纤维对 NO2-的吸附量， mol/g；0 为吸附前 NO2-浓度， mol/mL；1为吸附平衡后 NO2-浓度， mol/mL；V 为测定用样液体积，mL； M 为膳食纤维的质量，g。 1.3.8膳食纤维单糖组分和含量测定 采用毛细管电泳法（high performance capillary electrophoresis，HPCE）测定单糖组成及含量。称 取膳食纤维 10 mg， 加入 2 mL 2 moL/L 的三氟乙酸 （trifluoroacetic acid，TFA）溶液，加入氮气，封管。 于 130下完全水解 2 h，冷却，静置，定容，吸取 上清液冷冻干燥，送样检测，按照标准添加法分析 膳食纤维组分和含量17。测定条件：紫外检测器 （UV） ， 检测波长 （230nm） ； 毛细管 （内径 50 m） ， 总长 60 cm，有效长度 50 cm，进样 0.6 kPa，5 s； 分离电压（20 kV）；温度 25，电泳缓冲液 （50mmol/L 硼砂+100mmol/LNaOH， pH 值为 12.1） 。 1.3.9X 射线衍射（X- ray diffraction，XRD）图谱 利用全自动 X 射线衍射仪 D/max- A 测定。 测定条件：Cu 靶，管压 40 kV，管流 40 mA，入射 波长 1.5418 ，发射狭缝和散射狭缝选 10，受光狭 缝 0.3 mm， 测试范围 5 65 ， 扫描速度 100 min- 1， 积分时间 0.2 s，石墨滤波片，温度 20，相对湿度 70%。 1.3.10比表面积和粒度分析 采用机械搅拌和超声分散法处理后， 用BT- 9300S 型激光光散射粒度分析仪进行上样分析，粒度采用 体积平均粒径表示；比表面积采用在 60下脱气 30 min， 低温氮吸附方法用 FlowSorb2310 型比表 面积分析仪测定。 1.3.11影响系数的确定 为了确定调节血糖、血脂最佳改性工艺，引入 影响系数，即按照各理化指标优化的改性工艺改性 后理化性质提高的系数。 ab b PP P （6） 式中，为改性工艺对理化指标的影响系数；Pa为 按工艺条件 a 改性后的指标；Pb为按工艺条件 b 改 性后的指标。 1.4数据处理方法 试验数据采用 SAS 8.1 软件程序处理。 2结果与分析 2.1超高压改性对膳食纤维的影响 红薯渣不溶性膳食纤维在超高压压力、温度和 时间的影响下，其理化性质有一定程度的改进，超 高压改性均匀试验结果见表 2。 表 2超高压均匀设计改性试验结果 Table 2Ultra high pressure modification uniform- design experiment results 试验 号 吸油力/ (g g- 1) 吸附胆固醇 能力/ (mg g- 1) 吸附葡萄糖 能力/ (mmol g- 1) 抑制淀粉 酶活性/% 吸附亚硝酸根 离子/( mol g- 1) 12.7234.24.023.97324 22.9328.23.724.69290 33.1318.03.4019.73331 43.4078.53.2230.38340 53.806306 62.5281.55.4223.49240 对照2.7246.74.421.81320 由表 2 得知，红薯渣不溶性膳食纤维在经过超 高压改性后，理化指标在一定的条件下均有一定程 度的提高；对超高压改性均匀设计试验的结果以单 指标进行逐步回归得出函数，并对函数进行显著性 检验，通过直观和函数拟合对比，确定超高压改性 各理化指标的模型和条件，结果见表 3。 表 3超高压改性条件的确定 Table 3Modification models and conditions by ultra high pressure 指标回归方程P 值指标分析对比优化条件 吸油力 Y1 Y1=0.00664X1+0.09545X3 0.00001573X1X2 0.00009487X1X3 0.00079389X32 0.0098 直观：Ymax=3.80 g g- 1 拟合：Ymax=4.33 g g- 1 工艺 1：X1=500 MPa，X2=30 min，X3=30 工艺 2：X1=600 MPa，X2=10 min，X3=30 吸附胆固醇 能力 Y2 Y2=0.13627X1+0.59213X3 0.01075X220.0017 直观：Ymax=81.5 mg g- 1 拟合：Ymax=114.8 mg g- 1 工艺 3：X1=600 MPa，X2=50 min，X3=48 工艺 4：X1=600 MPa，X2=15 min，X3=60 吸附葡萄糖 能力 Y3 Y3=0.02239X1 0.00002316X120.0001 直观：Ymax=5.42 mmol g- 1 拟合：Ymax=5.30 mmol g- 1 同工艺 3：X1=600 MPa，X2=50 min，X3=48 工艺 5：X1=483 MPa，X2=15 min，X3=33 抑制淀粉酶 活性 Y4 Y4=0.2219X3+0.00060443X1X30.0011 直观：Ymax=30.38% 拟合：Ymax=35.07% 工艺 6：X1=400 MPa，X2=10 min，X3=54 同工艺 4：X1=600 MPa，X2=15 min，X3=60 吸附亚硝酸 根离子 Y5 Y5=17.31315X3 0.00311X1X2 0.20414X320.0001 直观：Ymax=340 moL g- 1 拟合：Ymax=363 moL g- 1 同工艺 6：X1=400 MPa，X2=10 min，X3=54 工艺 7：X1=100 MPa，X2=10 min，X3=42 注：X1为超高压压力，Pa；X2为超高压时间，min；X3为超高压温度，。工艺 1、工艺 3 和工艺 6 分别与表 1 中的试验号 5、试验号 6 和试验号 4 对应。 第 19 期李雁等：红薯渣不溶性膳食纤维超高压改性 273 根据影响系数，确定调节血糖、血脂最佳改性 工艺。以调节血糖功能为例（表 4），抑制淀粉酶 活性影响系数=(35.07 23.49)/23.49=0.49， 吸附葡萄 糖能力影响系数=(5.10 5.42)/5.42= 0.06， 由此选择 工艺 4 为该功能改性的较优方法和条件。同理，由 表 5 可知，吸油力影响系数和吸附胆固醇能力影响 系数的绝对值较接近，说明工艺 2 和工艺 4 对调节 血脂功能的两个指标影响相差不大，而工艺 4 为改 善调节血糖的较优方案，综合考虑确定工艺 4 为调 节血脂功能改性的较优方法和条件。 表 4红薯渣不溶性膳食纤维调节血糖功能 改性影响系数的确定 Table 4Glucose regulation influence coefficient of sweet potato residue insoluble dietary fiber modification 选择改性方法的指标 抑制淀粉酶 活性/% 吸附葡萄糖 能力/(mmol g- 1) 工艺 4（拟合）35.075.10 工艺 3（试验 6）23.495.42 影响系数0.49- 0.06 注：工艺 4：超高压 X1=600 MPa，X2=15 min，X3=60； 工艺 3：超高压 X1=600 MPa，X2=50 min，X3=48。 表 5红薯渣不溶性膳食纤维调节血脂功能 改性影响系数的确定 Table 5Blood fat regulation influence coefficient of sweet potato residue insoluble dietary fiber modification 选择改性方法的指标 吸油力 /(g g- 1) 吸附胆固醇能力/ (mg g- 1) 工艺 4（拟合）3.30114.8 工艺 2（拟合）4.3398.5 影响系数- 0.240.17 注：工艺 4：超高压 X1=600 MPa，X2=15 min，X3=60； 工艺 2：超高压 X1=600 MPa，X2=10 min，X3=30。 考察影响生理功能的主要理化指标，及指标改 性的影响系数，通过分析对比，确定红薯渣不溶性 膳食纤维功能改性的方法和条件，见表 6。 表 6红薯渣不溶性膳食纤维功能改性方法和工艺 Table 6Sweet potato residue insoluble dietary fiber function modification and process 功能改性理化指标影响系数工艺 抑制淀粉酶活性0.49 调节血糖 吸附葡萄糖能力 0.06 工艺 4 吸附胆固醇能力0.17 调节血脂 吸油力 0.24 工艺 4 清除外源有害物质吸附亚硝酸根离子工艺 7 注：工艺 4：X1=600 MPa，X2=15 min，X3=60 工艺 7：X1=100 MPa，X2=10 min，X3=42 2.2功能改性验证试验 按表 6 确定的条件，将红薯渣不溶性膳食纤维 进行功能改性后， 测定其各项理化指标， 结果见表 7。 表 7功能改性膳食纤维理化指标的测定 Table 7Physicochemical properties of modified dietary fiber 理化指标 功能改性 吸油力 /(g g- 1) 吸附葡萄糖 能力/ (mmol g- 1) 抑制淀粉 酶活性/ % 吸附胆固醇 能力/ (mg g- 1) 吸附亚硝 酸根离子/ ( mol g- 1) 未改性（对照）2.724.421.8146.7320 调节血糖/血脂 （工艺 4） 3.515.3233.27112.9306 清除外源有害物 质（工艺 7） 3.575.2520.8780.1355 注：工艺 4：X1=600 MPa，X2=15 min，X3=60 工艺 7：X1=100 MPa，X2=10 min，X3=42 由表 7 可知，改性的红薯渣膳食纤维功能特性 得以加强：按 600 MPa、15 min、60（工艺 4） 进行改性时，调节血糖功能中抑制淀粉酶活性和吸 附葡萄糖能力，与对照相比分别提高了 1738.1%和 20.4%；调节血脂功能中吸附胆固醇能力和吸油力 分别提高了 141.8%和 29.0%； 按 100 MPa、 10 min、 42（工艺 7）进行改性时，清除外源有害物质功 能中吸附亚硝酸根离子能力，与对照相比提高了 10.9%。 2.3超高压改性对膳食纤维的影响机理 2.3.1膳食纤维微观结构观察 选择各种功能改性红薯渣不溶性膳食纤维，分 别对其进行微观结构观察， 结果见图 1。 由图 1 可见， 未经改性处理的红薯渣不溶性膳食纤维微观结构为 表明粗糙，致密均匀，呈少许孔网结构的块状；超 高压性后，红薯渣不溶性膳食纤维微观结构更明显， 块状变大，发生不同程度的疏松、出现了蜂巢形的 多孔性特征，并有网状结构出现，且有部分出现断 裂和破碎；超高压改性使红薯渣不溶性膳食纤维结 构更疏松和表面更光滑，由此可以断定压力改性造 成红薯渣不溶性膳食纤维微观结构发生了变化18。 2.3.2膳食纤维单糖组成和含量测定 选择超高压改性的红薯渣不溶性膳食纤维，用 毛细管电泳通过标准添加和出峰顺序分析其组成 和含量，结果见表 8 和图 2。 由图 2 可知，超高压处理对红薯渣不溶性膳食 纤维的组成影响不大，单糖组成均无明显变化。由 表 7 可知，超高压处理不溶性膳食纤维单糖含量变 化趋势为：木糖含量变化不大，鼠李糖含量增大， 甘露糖和半乳糖、葡萄糖和阿拉伯糖的总量均大幅 度减小，糖醛酸含量大幅度增大。这可能是因为膳 食纤维的组成在压力作用下水解转变为糖醛酸，同 时也可能为纤维素、半纤维素和木质素断裂或降 解，生成新的异构或非还原形式的糖，这些效果造 成了木糖、鼠李糖和糖醛酸增大，葡萄糖、阿拉伯 糖、半乳糖和甘露糖减小。 农业工程学报2012 年 274 a. 未改性（ 800 倍）b. 超高压调节血糖/血脂改性（ 800 倍）c. 超高压清除外源有害物质改性（ 800 倍） 注：工艺 4：X1=600 MPa，X2=15 min，X3=60注：工艺 7：X1=100 MPa，X2=10 min，X3=42 图 1功能改性红薯渣不溶性膳食纤维微观结构 Fig.1Microstructure of modified sweet potato residue insoluble dietary fiber 表 8功能改性红薯渣不溶性膳食纤维的单糖质量分数 Table 8Monosaccharide contents of modified sweet potato residue insoluble dietary fiber 功能改性工艺 木糖/ ( g 10 mg- 1) 鼠李糖/ ( g 10 mg- 1) 葡萄糖+阿拉伯糖/ ( g 10 mg- 1) 甘露糖+半乳糖/ ( g 10 mg- 1) 糖醛酸 ( g 10mg- 1) 未改性261 12b56 13a3774 121c378 13c1160 55a 调节血糖/血脂工艺 4：X1=600MPa，X2=15min，X3=60243 17b166 11b2590 107b84 7b2876 68b 清除外源有害物质 工艺 7：X1=100MPa，X2=10min，X3=42167 12a167 15b2223 119a67 4a3103 82c 注：不同的字母表示有显著性差异（P0.05）；糖醛酸含量通过咔唑比色法测得。 注：工艺 4：X1=600 MPa，X2=15 min，X3=60注：工艺 7：X1=100 MPa，X2=10 min，X3=42 图 2功能改性红薯渣不溶性膳食纤维毛细管电泳图 Fig.2HPCE of modified sweet potato residue insoluble dietary fiber 第 19 期李雁等：红薯渣不溶性膳食纤维超高压改性 275 2.3.3红外光谱测试 图 3 和表 8 是经过功能改性后红薯渣不溶性膳 食纤维的红外光谱图（4004 000 cm- 1）。 由图 3b、3c 可知，超高压改性使得吸收峰强 度加强、谱带变宽、吸收峰红移或蓝移外，1050 和 1055 cm- 1处出现 C- O 伸缩振动，893 和 894 cm- 1处 出现 构型糖苷键和氢键破坏程度吸收峰，852 和 854 cm- 1处出现芳环 C- H 面外弯曲振动吸收峰；这 表明超高压使红薯渣不溶性膳食纤维产生更多具 有苯环结构的物质、木质素和纤维二糖类小分子 糖，同时使其具有更多的抑制淀粉酶活性和吸附胆 固醇能力的憎水基团和短链糖类物质。超高压（工 艺 4：X1=600 MPa、X2=15 min、X3=60）的条件 下，1636 cm- 1处出现结晶水的吸收峰，1080 cm- 1 处出现了伯醇、 醚 （C- H） 弯曲振动吸收峰， 1020 cm- 1 处出现了芳烷基醚对称伸缩振动吸收峰，968 cm- 1 处环氧 C- O- C 伸缩振动吸收峰消失等变化， 这表明 在此条件下产生了更多的纤维二糖和短链糖类等 能抑制淀粉酶活性的物质，有可能是纤维二糖类物 质或者短链糖类等19物质进入酶的活性空间位置 产生位阻效应，吸附在酶表面降低酶活性，有关抑制 淀粉酶活性机理有待进一步研究； 同时也使更多的木 质素单元被暴露和表面产生了更多憎水基团， 有利于 吸附胆固醇能力的提高。 超高压 （工艺7： X1=100 MPa、 X2=10 min、X3=42）的条件下，1 655 cm- 1处出现对 位取代共轭芳酮C=O 伸缩振动吸收峰，1508 cm- 1处 芳香族骨架振动吸收峰消失，1 105 cm- 1处出现紫丁 香醛芳香核的吸收峰，3 4703 426 cm- 1处O- H 伸缩 振动吸收峰减少等变化，表明在此条件下产生了对 NO2-有强吸附作用的不饱和键和木质素主体类结构 的物质20，提高膳食纤维清除外源物质的能力。 综上所述超高压功能改性处理后，其特征吸收 峰的吸收强度有一定程度的增加，伴随着膳食纤维 典型吸收峰的红移和蓝移，同时也产生了一些新的 吸收峰。这表明：超高压改性对红薯渣不溶性膳食 纤维分子结构产生了影响，有基团的产生和变化； 产生的新基团或增强的基团使功能改性膳食纤维 活性得到改进21。 图 3功能改性红薯渣不溶性膳食纤维的红外光谱图 Fig.3IR spectra of modified sweet potato residue insoluble dietary fiber 2.3.4X 射线（X-ray Diffraction）衍射图谱 通过超高压改性红薯渣不溶性膳食纤维的 XRD 衍射图谱，分析结晶度的变化，结果见图 4 和表 9。 图 4功能改性红薯渣不溶性膳食纤维 X 射线衍射图谱 Fig.4X- ray diffraction of modified sweet potato residue insoluble dietary fiber 农业工程学报2012 年 276 表 9功能改性红薯渣不溶性膳食纤维的结晶度 Table 9Crystallinity of modified sweet potato residue insoluble dietary fiber 功能改性改性方法及条件结晶度/% 未改性51.4 调节血糖/血脂 工艺 4X1=600 MPa X2=15 min X3=60 47.05 清除外源有害物质 工艺 7X1=100 MPa X2=10 min X3=42 39.98 由图 4b、4c 和表 9 可知，超高压改性后红薯 渣不溶性膳食纤维衍射收峰强度增加，工艺 4 和工 艺 7 的结晶度减小了 8.46%和 22.20%， 表明超高压 使其结晶状态有一定的破坏，分子无序性有一定程 度的增加。超高压改性红薯渣不溶性膳食纤维的衍 射图谱与未改性红薯渣不溶性膳食纤维形状相同， 强度发生了变化，结晶度产生了变化。刘成梅22 认为这是由于超高压有效的裂解膳食纤维的次价 键（分子内和分子间氢键）和共价键，使其分散， 从而引起分子链的机械断裂和微观结构的变化，结 晶度下降。 2.3.5比表面积和粒度分析 比表面积（specific surface area，SSA）是考察 物质性能的一个重要指标，大的比表面积可使物质 表面的活性部位增加，有利于反应物的吸附，提高 物质的生理活性，同时粒度大小与其结构性质间存 在着一定的粒度效应，膳食纤维功能的发挥与其粒 度和比表面积的大小有一定的关系23- 25。测定经过 改性后红薯渣不溶性膳食纤维的比表面积和粒度， 结果见表 10。 表 10功能改性红薯渣不溶性膳食纤维比表面积和粒度 Table 10SSA and particle size of modified sweet potato residue insoluble dietary fiber 功能改性改性方法及条件 比表面积/ (m2 g- 1) 体积平均 径/ m 中位径/ m 未改性1.22 0.08a141 6.1b 136.17 5.9b 调节血 糖、血脂 工艺 4： X1=600 MPa， X2=15 min，X3=60 3.95 0.11c 112.73 5.2a 94.09 3.7a 清除外源 有害物质 工艺 7： X1=100 MPa， X2=10 min，X3=42 2.51 0.09b 108.28 4.9a 90.08 3.1a 注：不同的字母表示有显著性差异（P0.05）。 由表 10 可知，超高压改性红薯渣不溶性膳食 纤维比表面积增大和粒度减小趋势更明显。超高压 工艺 4（X1=600 MPa、X2=15 min、X3=60）条件 下对比表面增大有最显著的效果；超高压工艺 4 （X1=600 MPa、X2=15 min、X3=60）或工艺 7 （X1=100 MPa、X2=10 min、X3=42）条件下对粒 度减小均有显著的效果。这是由于改性使物料疏 松，微孔增多，比表面积增大，同时断裂和降解使 其粒度变小。超高压能使红薯渣不溶性膳食纤维比 表面积增大，粒度减小，从而使膳食纤维的功能特 性得以改善26；在超高压更高的压力下其比表面积 增大趋势更明显。 3结论 1）超高压改性不溶性膳食纤维的工艺条件如 压力、时间、温度对其调节血糖、血脂、清除外源 有害物质能力有显著影响。得出超高压对不溶性膳 食纤维的调节血糖、血脂能力改性条件：600 MPa， 15 min，60；其调节血糖功能中抑制淀粉酶活性 和吸附葡萄糖能力，与对照相比分别提高了 1738.1%和 20.4%； 调节血脂功能中吸附胆固醇能力 和吸油力分别提高了141.8%和29.0%。 当改性条件： 100 MPa，10 min，42时，清除外源有害物质功 能中吸附亚硝酸根离子能力，与对照相比提高了 10.9%。 2）超高压改性红薯渣不溶性膳食纤维的微观 结构为疏松、 光滑、 蜂巢形的多孔网状结构的块状， 且部分断裂破碎；其单糖组分没有太大影响，单糖 含量产生了一定程度的变化：木糖含量变化不大， 鼠李糖含量增大，甘露糖和半乳糖、葡萄糖和阿 拉伯糖的总量均大幅度减小，糖醛酸含量大幅度 增大；同时改性使结晶度减小，比表面积增大；特 征吸收峰增强、红移和蓝移，同时也产生了一些新 的吸收峰。 参考文献 1郭亚姿，木泰华. 甘薯膳食纤维物化及功能特性的研 究J. 食品科学，2010，35(9)：6569. 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