番茄皮渣可溶性膳食纤维的提取工艺优化及理化特性研究

郭佳露1,2,马喜山1,2,于有强1,2,郑骁阳1,2,王皓天1,2,李海枝3,苑鹏1,2,柳嘉1,2,张璐1,2,刘士伟1,2*,段盛林1,2*

1(中国食品发酵工业研究院有限公司,北京,100015)2(功能主食创制与慢病营养干预北京市重点实验室,北京,100015)3(北京林业大学 生物科学与技术学院,森林食品加工与安全北京市重点实验室,北京,100083)

摘 要 番茄皮渣是一种有价值但未充分利用的膳食纤维来源。该研究采用挤压联合复合酶法对番茄皮渣进行改性,探究可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber,SDF)提取的最优改性工艺条件,并评价其理化性质及体外降血糖活性变化。结果表明,在挤压温度130 ℃、螺杆转速170 r/min、物料加水量65%及纤维素酶添加量1%、复合植物水解酶添加量0.6%、酶解温度50 ℃、酶解时间60 min时,SDF提取率达到(10.87±0.22)%。改性后SDF的持水力(water-holding capacity,WHC)、持油力(oil-holding capacity,OHC)、膨胀力(swelling capacity,SC)均显著提升(P<0.05)。同时联合改性处理显著降低了不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF)中的纤维素及半纤维素含量,而其SDF的果胶含量、葡萄糖吸附力(glucose adsorption capacity,GAC)和葡萄糖透析延缓指数(glucose dialysis retardation index,GDRI)均显著提升(P<0.05)。综上,挤压联合复合酶法改性可以改善番茄皮渣SDF的理化性质与体外降血糖活性,为其在功能性食品中的应用提供了理论依据。

关键词 番茄皮渣;可溶性膳食纤维;改性;理化性质;体外降血糖活性

膳食纤维(dietary fiber,DF)是指植物细胞壁中不能被人体小肠消化酶分解的碳水化合物及其衍生物,可分为可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber,SDF)和不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF)两类[1]。有研究表明[2-3],SDF可通过降低葡萄糖和脂质吸收速率,促进肠道菌群发酵激活AMPK信号通路(AMP-activated protein kinase)和过氧化物酶体增殖物激活受体通路(peroxisome proliferator activated receptor alpha, PPAR-α)等机制,表现出调节血糖、改善血脂等多重生理功能,因而在功能食品领域具有重要应用前景。

作为番茄加工副产品,番茄皮渣主要由果皮及附着果肉组成,富含DF、番茄红素等天然功能因子,具备优异的营养价值和开发潜力[4]。目前番茄皮渣常被作为动物饲料进行低值化处理,其营养和经济价值未得到充分利用[5]。YAGCI等[6]发现在膨化零食中添加番茄皮渣粉能提高其番茄红素和多酚等抗氧化成分含量及可利用性,同时在10%添加水平下仍能保持良好的感官和质构特性。KAROUI等[7]发现番茄皮渣中的番茄红素及多酚提取物在鸡肉饼保藏实验中表现出良好的抗氧化保鲜作用。有研究表明[8],番茄皮渣DF含量较高,但SDF比例偏低从而限制了其功能拓展,因此需进行DF改性以提高SDF提取率及其理化特性。如今常用的改性方法有物理、化学、生物及联合改性法,其中化学法常通过酸碱处理断裂多糖主链,环境污染风险高,限制其在食品工业中的应用[9]。相较而言,生物法在温和条件下进行,专一性强,适合用于功能食品制备,但其成本较高,产率有限[9]。物理法则具有绿色无污染、工艺简单等优势,然而其调控能力有限,往往需与其他方法联用以发挥协同效应[10]。因此,采用物理法与生物法联合改性DF已成为提升SDF提取率、理化及功能特性的重要研究思路。挤压是将物料在高温、高压和高剪切作用下进行处理,可有效破坏纤维的致密结构。YAN等[11]发现,与蒸汽爆破相比,挤压改性的椰子干SDF含量更高且具有更好的理化性质和功能特性。AKTAS-AKYILDIZ等[12]发现在挤压改性基础上,采用酶法改性可实现纤维的高效定向降解,进一步提高SDF提取率。因此,挤压与复合酶解的联合处理在提升SDF得率与功能方面显示出优势。

本研究以番茄皮渣为原料,采用挤压联合复合酶法进行DF改性,以正交实验设计优化SDF提取工艺,同时对比了改性前后SDF的理化性质及体外降血糖活性的变化,为番茄皮渣DF的综合利用提供了理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

番茄皮渣购于河北省邯郸市。α-淀粉酶(termamyl SC DS,120 KNU-T/g)、碱性蛋白酶(alcalase 2.4L FG,2.4 AU-A/g)、纤维素酶(celluclast 1.5L,700 EGU/g)、复合植物水解酶(viscozyme L,100 FGB/g),诺维信(中国)有限责任公司;纤维素、半纤维素、木质素、果胶、葡萄糖含量检测试剂盒,北京盒子生工科技有限公司(中国);其他试剂均为分析级。

1.2 仪器与设备

双螺旋挤压机,富马科食品工程技术公司(湖南);Spectra Max i3酶标仪,美谷分子仪器(上海)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 番茄皮渣主要成分测定

水分、灰分、蛋白质及DF的测定分别按 GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》、GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》、GB 5009.5—2025《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》及GB 5009.88—2023《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》执行。

1.3.2 DF提取

番茄皮渣经干燥、粉碎并过60目筛制得番茄皮粉。将番茄皮粉溶解于去离子水中(50 g/L),待温度升高至95 ℃,加入0.3%(基于番茄皮粉质量分数) α-淀粉酶处理35 min;随后降至60 ℃,将pH值调整至9.0,加入质量分数0.6%碱性蛋白酶反应4 h[13]。酶解反应结束后,调节溶液pH值至6.5±0.2,8 000 r/min(4 ℃,15 min)离心,并用蒸馏水洗涤沉淀2次,干燥粉碎过60目筛后即为IDF(IDF-U)。收集滤液,旋蒸至约为原体积的1/4,与预热至60 ℃的95%(体积分数)乙醇按V(滤液)V(乙醇)=1∶4混合,室温静置过夜醇沉,沉淀干燥粉碎过60目筛后即为SDF(SDF-U)。SDF提取率的计算如公式(1)所示:

SDF提取率

(1)

式中:M0,番茄皮渣质量,g;M1,SDF质量,g。

1.3.3 挤压改性工艺优化

设置一定的挤压温度、螺杆转速和物料加水量对处理后的番茄皮粉进行挤压,并将挤出物烘干粉碎后过60目筛。SDF和IDF按照1.3.2节所述方法分离,并分别命名为SDF-E和IDF-E。

1.3.3.1 单因素试验

固定参数为挤压温度140 ℃、螺杆转速160 r/min和物料加水量55%(基于番茄皮粉质量分数),分别探究挤压温度(120、130、140、150、160 ℃)、螺杆转速(140、150、160、170、180 r/min)、物料加水量(45%、50%、55%、60%、65%)对SDF-E提取率的影响,每个水平重复3次。

1.3.3.2 正交试验优化

以挤压温度、螺杆转速和物料加水量为变量,以SDF-E提取率为指标,采用L9(33)正交设计优化SDF-E提取工艺。因素水平设计见表1。

表1 挤压改性的正交试验因素水平表
Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for extrusion modification

水平因素A(挤压温度)/℃B(螺杆转速)/(r/min)C(物料加水量)/%-113015055014016060115017065

1.3.4 挤压联合复合酶解改性工艺优化

将经过最优挤压条件处理后的番茄皮渣按照料液比1∶20(g∶mL)溶解,调节pH值为5.0,按一定的纤维素酶添加量、复合植物水解酶添加量、酶解时间、酶解温度进行酶解,沸水浴加热10 min灭酶后冷却,离心取上清液。SDF和IDF按照1.3.2节所述方法分离,并分别命名为SDF-EHE和IDF-EHE。

1.3.4.1 单因素试验

固定纤维素酶添加量1.5%(基于番茄皮粉质量分数)、复合植物水解酶0.75%(质量分数)、酶解时间90 min、酶解温度50 ℃,分别探究纤维素酶用量(0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%)、复合植物水解酶(0.25%、0.5%、0.75%、1%、1.25%)、酶解温度(40、45、50、55、60 ℃)、酶解时间(30、60、90、120、150 min)对SDF-EHE提取率的影响,每个水平重复3次。

1.3.4.2 正交试验优化

以纤维素酶添加量、复合植物水解酶添加量、酶解温度、酶解时间为变量,以SDF-EHE提取率为指标,采用L9(34)正交设计优化SDF-EHE提取工艺。因素水平设计见表2。

表2 复合酶解改性的正交试验因素水平表
Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment for compound enzymatic hydrolysis modification

水平因素A(纤维素酶添加量)/%B(复合植物水解酶添加量)/%C(酶解温度)/℃D(酶解时间)/min-110.6604501.50.8905012112055

1.3.5 理化性质

1.3.5.1 纤维素、半纤维素、木质素、果胶含量的测定

根据相应试剂盒说明书测定IDF-U、IDF-E、IDF-EHE中纤维素、半纤维素和木质素含量及SDF-U、SDF-E、SDF-EHE中果胶的含量。

1.3.5.2 持水力(water-holding capacity,WHC)、持油力(oil-holding capacity,OHC)

称取0.25 g 样品(M0)于干燥离心管中,记录管和样品总质量(M1),注入纯水/豆油10 mL,室温振荡12 h,10 000 r/min离心20 min,弃去上清液,记录管和沉淀总质量(M2),WHC及OHC计算分别如公式(2)、公式(3)所示:

(2)

(3)

式中:M0,SDF样品质量,g;M1,干燥离心管和SDF样品质量,g;M2,离心后沉淀和离心管质量,g。

1.3.5.3 膨胀力(swelling capacity,SC)

称取0.25 g样品(M0)于带刻度的10 mL试管中,加入8 mL蒸馏水,混匀后记录样品体积(V1)。室温静置24 h后,记录吸水膨胀后的样品体积(V2)。SC计算如公式(4)所示:

(4)

式中:M0,SDF样品质量,g;V1,混匀后管内样品体积,mL;V2,膨胀后的样品体积,mL。

1.3.6 体外降血糖活性

1.3.6.1 葡萄糖吸附力(glucose adsorption capacity,GAC)

利用DNS比色法绘制葡萄糖标准曲线。取0.05 g样品与10 mL葡萄糖溶液(1 mg/mL)混合均匀,37 ℃水浴6 h,离心取上清液加入DNS试剂,沸水浴2 min,冷却后在540 nm处比色,以未加入SDF的葡萄糖溶液为对照,以SDF与蒸馏水的混合溶液为空白组,计算吸附前后糖液中葡萄糖浓度的变化情况。GAC的计算如公式(5)所示:

(5)

式中:M0,对照组葡萄糖含量,mg;M1,样品组葡萄糖含量,mg;M2,空白组葡萄糖含量,mg;m,葡萄糖溶液中添加的SDF质量,g;m1,蒸馏水中添加的SDF质量,g。

1.3.6.2 葡萄糖透析延缓指数(glucose adsorption capacity,GDRI)

取1 g样品与10 mL葡萄糖溶液(0.1 mol/mL)混合均匀后静置30 min,装入透析袋(3 500 Da)置于200 mL蒸馏水中,于37 ℃水浴中恒速振荡,在 0、0.5、1、1.5、2、3 h处取渗出外液1 mL。通过葡萄糖含量检测试剂盒测定透析外液中的葡萄糖含量。GDRI的计算如公式(6)所示:

(6)

式中:G1,添加SDF的透析外液葡萄糖含量,μmol/g;G2,不添加SDF的对照组葡萄糖含量,μmol/g。

1.4 数据处理

数值以“平均值±标准差”表示,通过SPSS 26.0和Origin 2024软件进行单因素方差分析、统计分析和制图。通过方差分析(analysis of variance,ANOVA)和邓肯检验评估统计学显著性差异。P<0.05视为显著性差异。

2 结果与分析

2.1 番茄皮渣主要成分分析

由表3可知,番茄皮渣中总膳食纤维(total dietary fiber,TDF)含量较高(65.03±0.37)%,其中 SDF含量为(2.75±0.09)%、IDF含量为(62.28±0.04)%。水分(10.90±0.05)%、灰分(5.80±0.05)%、蛋白质(14.00±0.05)%等组分含量皆在15%以下,处于较低水平,该成分分析表明番茄皮渣是较好的DF来源产品,其中SDF比例较低,因此采用挤压联合复合酶法对番茄皮渣DF进行改性以提高SDF提取率。

表3 番茄皮渣的主要成分 单位:%
Table 3 Main components of tomato peel residue

组分含量水分10.90±0.05灰分5.80±0.05蛋白质14.00±0.05SDF2.75±0.09IDF62.28±0.04TDF65.03±0.37

2.2 挤压改性工艺优化分析

2.2.1 单因素试验结果

由图1-A可知,随挤压温度升高,SDF提取率先升后降。当温度升至140 ℃时,SDF提取率达到最大值(6.37±0.08)%。但当温度继续升高至160 ℃时,提取率降低。这表明随温度升高,纤维素、半纤维素等大分子糖苷键可能发生断裂生成低聚糖或单糖,有利于SDF的释放,高温导致物料水分快速蒸发,影响其流动性,从而导致原料焦煳或发生美拉德反应,影响挤压过程[14]

图1-B显示,SDF提取率随螺杆转速的增加先升高后下降,在160 r/min时提取率最高,推测是由于适度转速增强了物料的混匀及剪切效果,而转速过高可能使物料在挤压机内停留时间缩短,无法充分剪切,造成提取率下降[15]

图1-C结果表明,SDF提取率随物料加水量的增加呈现先升高后趋于平稳的趋势。当物料加水量由45%增加至55%时,SDF提取率明显上升。当加水量进一步提高至60%时,SDF提取率略有下降。推测其原因是适量的加水量有助于番茄皮渣的输送和挤压,且机器内液态水蒸发使物料压力增强,推动纤维素、半纤维素等大分子转化或释放SDF,而过量水分可能会降低物料与螺杆的摩擦与剪切力,不利于SDF的转化与释放[16]

A-挤压温度;B-螺杆转速;C-物料加水量

图1 单因素对SDF-E提取率的影响
Fig.1 Effects of single factors on the extraction yield of SDF-E

注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

2.2.2 正交试验结果

由表4得,挤压改性过程中影响番茄皮渣SDF提取率的因素主次顺序为C>B>A,即物料加水量>转速>温度,最佳工艺条件为A1B3C3,即温度130 ℃、转速170 r/min、物料加水量65%。表5方差分析结果表明,物料加水量对SDF提取率影响显著(P<0.05)。采用优化后的工艺参数进行验证试验,番茄皮渣SDF的提取率为(7.12±0.17)%。

表4 挤压改性正交试验结果
Table 4 Results of orthogonal experiment for extrusion modification

试验号温度/℃转速/(r/min)物料加水量/%SDF提取率/%1130150554.522130160656.413130170605.474140150656.285140160605.446140170554.29 7150150605.318150160554.19150170656.97K116.416.1112.91K216.0115.9516.22K316.3816.7319.66k15.47 5.37 4.30k25.34 5.32 5.41k35.46 5.58 6.55R0.13 0.26 2.25

表5 挤压改性方差分析结果
Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments for extrusion modification

源Ⅲ类平方和自由度均方F显著性温度/℃0.03220.0160.142转速/(r/min)0.11320.0570.5物料加水量/%7.59523.79733.532*误差0.22620.113

注:“*”为差异显著(P<0.05)(下同)。

2.3 挤压联合复合酶解改性工艺优化分析

2.3.1 单因素试验结果

由图2-A可知,纤维素酶添加量为0.5%~1.5%时,SDF提取率随酶量增加而上升。加酶量超过1.5%时,SDF提取率略有下降。这可能是由于低酶量条件下底物酶解不充分,随着酶浓度升高,纤维素分解为可溶性多糖,而过量酶将部分SDF进一步水解为低聚糖或单糖,从而在后续乙醇沉淀中未能析出[17]

A-纤维素酶添加量;B-复合植物水解酶;C-酶解温度;D-酶解时间

图2 单因素对SDF-EHE提取率的影响
Fig.2 Effects of single factors on extraction yield of SDF-EHE

图2-B显示,在复合植物水解酶添加量为0.25%~0.75%时,SDF提取率升高,当添加量超过0.75%后,SDF提取率开始下降。这可能是由于复合植物水解酶促进了半纤维素等大分子组分的降解,而过量酶可能使SDF过度水解,形成小分子产物,降低了醇沉效率[18]

由图2-C可知,40~50 ℃时,随着温度升高,酶活性逐渐增强,底物反应效率提高,SDF提取率上升。当温度超过50 ℃,酶活性开始下降甚至部分失活,提取率降低[19]

图2-D结果表明,SDF提取率随酶解时间的延长呈现先升后降趋势。在30~90 min时,随着时间延长,酶解反应更加充分,提取率提高。超过90 min后,部分可溶性组分可能因酶解过度而降解为小分子,不利于沉淀,致使SDF提取率降低[20]

2.3.2 正交试验结果

由表6正交试验结果的极差分析可知,酶解改性过程中影响番茄皮渣SDF提取率因素的主次顺序为A>B>D>C,即纤维素酶添加量>复合植物水解酶添加量>酶解时间>酶解温度,最佳工艺条件为A1B1C2D1,即纤维素酶添加量1%、复合植物水解酶添加量0.6%、酶解温度50 ℃、酶解时间60 min。表7方差分析结果表明,酶解时间对SDF提取率影响极显著(P<0.05),同时纤维素酶添加量对SDF提取率显著。采用优化后的工艺参数进行验证实验,番茄皮渣SDF的提取率为(10.87±0.22)%。

表6 酶解改性正交试验结果
Table 6 Results of orthogonal experiment for compound enzymatic hydrolysis modification

试验号纤维素酶添加量/%复合植物水解酶添加量/%酶解温度/℃酶解时间/minSDF提取率/%120.8451208.27 22150608.95 31.50.65012010.37 41.5145909.38 51.50.8556010.29 611551209.42 710.6456010.57 820.655909.81 910.8509010.30 K130.29 30.76 28.22 29.81K230.04 28.85 29.62 29.49K327.03 27.75 29.52 28.06k110.10 10.25 9.41 9.94k210.01 9.62 9.87 9.83k39.01 9.25 9.84 9.35R1.08 1.00 0.47 0.58

表7 酶解改性方差分析结果
Table 7 Variance analysis of orthogonal experiments for compound enzymatic hydrolysis modification

源Ⅲ类平方和自由度均方F显著性纤维素酶添加量/%4.76522.3835.153*复合植物水解酶添加量/%1.7520.8751.892酶解温度/℃0.30620.1530.331酶解时间/min7.30623.6537.901**误差8.322180.462

注:“**”为差异极显著(P<0.01)。

2.4 理化性质分析

SDF的主要成分是果胶,而IDF主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。如表8、表9所示,与IDF-U组相比,改性处理显著降低了IDF中的纤维素含量(P<0.05),其中IDF-EHE组降幅最为明显,纤维素含量由(269.37±15.48)mg/g降至(152.41±15.05)mg/g,降低约43.43%。半纤维素含量在IDF-U组与IDF-E组间差异不显著,但IDF-EHE组显著降低(P<0.05)。SDF-EHE组中果胶含量为(195.77±3.19)μmol/g,较SDF-U组的(121.21±1.23)μmol/g显著提升约61.55%(P<0.05)。TANG等[21]也有类似的发现,薏仁麸IDF经蒸汽爆破改性处理后,其纤维素、半纤维素和木质素含量明显下降。综上,联合改性处理有助于有效促进纤维素和半纤维素的分解,并推动果胶的释放。

表8 不同改性方法的番茄皮渣IDF的组成
Table 8 Composition of tomato peel residue IDF by different modification methods

组别纤维素含量/(mg/g)半纤维素含量/(mg/g)木质素含量/(mg/g)IDF-U269.37±15.48a57.78±1.84a233.89±4.69aIDF-E197.03±11.66b56.84±2.58a233.10±1.05aIDF-EHE152.41±15.05c47.78±3.85b226.77±8.00a

注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

表9 不同改性方法的番茄皮渣SDF的组成及理化性质
Table 9 Composition and physicochemical properties of tomato peel residue SDF by different modification methods

组别果胶含量/(μmol/g)WHC/(g/g)OHC/(g/g)SC/(mL/g)SDF-U121.21±1.23c2.00±0.16c2.74±0.19c0.11±0.01cSDF-E144.35±3.29b5.09±0.09b5.64±0.06b0.31±0.03bSDF-EHE195.77±3.19a7.17±0.08a5.85±0.10a1.10±0.02a

WHC、OHC与SC是衡量DF物理化学特性的重要参数,分别反映其吸附水分、结合油脂及吸水膨胀的能力。如表9所示,改性后SDF的WHC、OHC和SC均显著增加(P<0.05)。SDF-EHE组的WHC达到最高(7.17±0.08)g/g,说明联合改性有利于水分子进入SDF分子内部,从而提高其保水性。SDF-EHE组和SDF-E组的OHC均显著高于SDF-U组(P<0.05),这表明在挤压处理基础上,酶法改性进一步提高了SDF的OHC,促进油分子的吸附。SDF-EHE组的SC最高,达到(1.10±0.02)mL/g,显著高于其他2组(P<0.05),显示出最优的吸水膨胀能力。因此,联合改性处理可显著改善SDF的理化性质(P<0.05),这与SONG等[22]的研究结果一致,可能是由于挤压处理对致密纤维进行破坏,提高了酶解效率,从而有利于水分子渗透并改善油吸附能力。

2.5 体外降血糖活性分析

2.5.1 GAC分析

GAC反映了DF对葡萄糖分子的吸附与拦截能力[23]。如图3-A所示,不同改性方式显著影响番茄皮渣SDF的GAC水平(P<0.05)。其中,SDF-U组的GAC为(20.41±0.83)mg/g,SDF-E组提升至(37.02±0.14)mg/g,而进一步采用挤压联合酶解改性的SDF-EHE组达到最高值(43.16±1.68)mg/g,是SDF-U组的约2.11倍,显示出最强的吸附能力。结果表明SDF-EHE在调节葡萄糖吸收速率方面具有更优的应用潜力。

2.5.2 GDRI分析

GDRI用于评价DF减缓葡萄糖扩散速率的能力。如图3-B、图3-C所示,SDF-U组对葡萄糖扩散的抑制作用最弱,其葡萄糖透析率在1.5 h达到最高(34.84±0.47)%,随后缓慢下降至3 h的(28.84±0.06)%。

A-葡萄糖吸附力;B-GDRI;C-葡萄糖透析量

图3 不同改性方法对番茄皮渣SDF体外降血糖活性的影响
Fig.3 Effects of different modification methods on in vitro hypoglycemic activity of tomato peel residue SDF

相比之下,SDF-E组在各时间点均表现出更高的GDRI值,整体延缓作用增强。SDF-EHE组表现出最优的延缓扩散能力,其GDRI在0.5~2 h内均高于44%,其中1.5 h时达到最高值(50.63±0.33)%,至3 h时GDRI仍保持在(43.53±0.20)%。葡萄糖扩散量变化趋势与GDRI结果一致,SDF-EHE组在3 h时葡萄糖透析量仅为(289.72±1.00) μmol,远低于SDF-U组(365.08±0.30) μmol和对照组(513.01±0.68) μmol,进一步说明其具有较强的葡萄糖阻滞效果。综上所述,改性处理可增强SDF的GDRI,其中SDF-EHE在血糖控制方面可能具有更高的应用价值。

3 结论

本文探究了挤压联合复合酶法改性对番茄皮渣SDF提取率、理化性质及体外降血糖活性的影响。结果表明,联合改性处理可以提高番茄皮渣SDF提取率并改善其理化性质及体外降血糖活性。其中,当挤压温度130 ℃、螺杆转速170 r/min、物料加水量65%及纤维素酶添加量1%、复合植物水解酶添加量0.6%、酶解温度50 ℃、酶解时间60 min时,SDF提取率达到(10.87±0.22)%。在挤压的高温高压高剪切力及复合酶水解的联合作用下,DF中的大分子多糖链断裂,IDF-EHE中的纤维素及半纤维素含量显著降低,推动纤维素、半纤维素等大分子转化或释放SDF,从而显著提升了SDF-EHE中的果胶含量(P<0.05)。同时SDF-EHE的理化性质(WHC、OHC、SC)及体外降血糖活性(GAC、GDRI)均显著提升(P<0.05)。这表明挤压联合复合酶法改性不仅有助于提升番茄加工副产物的综合利用价值,而且为开发功能性食品成分提供了理论基础。然而,本研究仅通过体外实验评估了降血糖效果,未来研究需要评估其在体内的降血糖活性。

参考文献

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Process optimization and physicochemical properties of soluble dietary fiber derived from tomato peel residue by extrusion combined with compound enzymatic hydrolysis

GUO Jialu1,2, MA Xishan1,2, YU Youqiang1,2, ZHENG Xiaoyang1,2, WANG Haotian1,2, LI Haizhi3, YUAN Peng1,2, LIU Jia1,2, ZHANG Lu1,2, LIU Shiwei1,2*, DUAN Shenglin1,2*

1(China National Research Institute of Food &Fermentation Industries Co.Ltd., Beijing 100015, China)2(Beijing Key Laboratory of the Innovative Development of Functional Staple and the Nutritional Intervention for Chronic Disease, Beijing 100015, China)3(College of Biological Science and Technology, Beijing Key Laboratory of Forest Food Processing and Safety, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

ABSTRACT Tomato peel residue, a by-product of industrial tomato processing, represents a valuable yet underutilized source of dietary fiber.This study used extrusion combined with compound enzymatic hydrolysis to modify tomato peel residue, aiming to determine the optimal conditions for soluble dietary fiber (SDF) extraction and to evaluate its physicochemical properties and in vitro hypoglycemic activity.Results showed that when the extrusion temperature was 130 ℃, screw speed was 170 r/min, feed moisture was 65%, cellulase addition was 1%, compound plant hydrolase addition was 0.6%, enzymatic hydrolysis temperature was 50 ℃, and hydrolysis time was 60 min, the SDF content reached the highest value (10.87±0.22)%.Compared with unmodified SDF, the water-holding capacity (WHC), oil-holding capacity (OHC), and swelling capacity (SC) of the modified SDF were significantly improved (P<0.05).Moreover, the combined modification treatment significantly reduced cellulose and hemicellulose contents in insoluble dietary fiber (IDF), while increasing the pectin content, glucose adsorption capacity (GAC), and glucose dialysis retardation index (GDRI) of SDF (P<0.05).These improvements indicate that extrusion combined with compound enzymatic hydrolysis can improve the physicochemical properties and in vitro hypoglycemic activity of tomato peel residue SDF, providing a theoretical basis for its application in functional foods.

Key words tomato peel residue; soluble dietary fiber; modification; physicochemical property; in vitro hypoglycemic activity

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.044796

引用格式:郭佳露,马喜山,于有强,等.番茄皮渣可溶性膳食纤维的提取工艺优化及理化特性研究[J].食品与发酵工业,2026,52(14):127-134.

GUO Jialu,MA Xishan,YU Youqiang, et al.Process optimization and physicochemical properties of soluble dietary fiber derived from tomato peel residue by extrusion combined with compound enzymatic hydrolysis[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(14):127-134.

第一作者:硕士研究生(刘士伟高级工程师和段盛林教授级高级工程师为共同通信作者,E-mail:ff_nns@163.com;dslbeijing@163.com)

基金项目:国家重点研发计划项目(2023YFF1104004)

收稿日期:2025-10-13,改回日期:2025-12-16