贾 丰，刘 冬，郭玉蓉*，李 洁，孙娇娇，苏 帆

（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西 西安 710119）

发酵对苹果渣多糖流变性的影响

贾 丰，刘 冬，郭玉蓉*，李 洁，孙娇娇，苏 帆

（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西 西安 710119）

以苹果渣多糖（apple pomace polysaccharide，APP）、酒渣多糖（cider apple pomace polysaccharide，CAPP）、醋渣多糖（cider vinegar apple pomace polysaccharide，CVAPP）为研究对象。通过APP、CAPP、CVAPP质量分数、温度、放置时间对表观黏度、剪切应力的影响对比，研究发酵对APP流变特性的影响。结果表明：APP、CAPP、CVAPP皆为假塑性流体，存在剪切变稀现象；CAPP、CVAPP表现出黏度明显降低、质量分数依赖性减弱、温度抗逆性增强以及存在一定的时间抗逆性；APP、CAPP、CVAPP放置3 d对流变特性影响较小；CAPP、CVAPP在一定程度上表现出优于APP的加工特性。

发酵；苹果渣；多糖；流变性；假塑性流体

苹果渣是苹果加工产业的主要副产物，利用苹果渣提取活性成分成为利用苹果渣的有效途径。苹果多糖在国内被广泛研究：马文杰等[1]对水溶性苹果多糖提取工艺应用二次回归旋转正交组合设计进行了深入研究；苏钰琦等[2]利用碱提、酸提、酶提以及混合提取等方法结合正交试验对苹果多糖提取进行了深入研究；张丽萍等[3]对苹果多糖脱色工艺进行了进一步研究；付成程等[4]对苹果多糖制备方法以及防癌功能性研究进行了综述研究；李锦运等[5]对苹果多糖提取工艺优化以及除杂进行了研究；李倩等[6]建立了PMP柱前衍生法对苹果葡寡糖含量测定方法；孙阳[7]研究了苹果多糖对MUC1黏蛋白的影响；杨素[8]研究了苹果多糖对肝损伤保护作用的药理活性；张典等[9]研究了苹果多糖对小鼠结肠癌变的作用及其机制；李洁等[10]对苹果果胶流变特性以及结构表征进行了研究。此外，Liu Li等[11]对苹果寡糖在抗炎症、抗癌以及其通路方面进行了研究；Li Yuhua等[12-14]分别对苹果寡糖、改性糖以及低分子质量苹果多糖的功能性质进行了深入研究；Yang Xingbin等[15]对四氯化碳诱导的肝损伤保护作用进行了动物实验研究；Zhang Dian等[16]对苹果多糖诱导结肠癌细胞凋亡作用进行了研究；Li Qian等[17]对苹果低聚糖对结肠癌细胞凋亡以及对细胞周期的影响进行了说明；Dou Jiao等[18]对苹果幼果多糖分离纯化以及其抗氧化活性进行了研究；Li Jie等[19]利用超临界二氧化碳对苹果皮渣蜡和己烷进行提取，同时对其组成以及热力学特性进行了研究；Wang Xin等[20]利用热水浸提法进行了苹果果胶提取研究；Ng等[21]对苹果细胞壁多糖运动性进行了研究；Galvez-Lopez等[22]对苹果可变化的细胞壁多糖组成以及在后代中半纤维素酶进行了研究。尽管对于苹果（渣）多糖有关流变特性有一定研究，但对于发酵苹果渣（苹果酒渣、苹果醋渣）多糖的流变学特征研究尚鲜有出现。因此，对于3 种多糖进行进一步研究，可为生产实际提供借鉴与理论支持，同时可为苹果渣的再利用提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

苹果渣为陕西蓝海果业有限公司苹果酒加工副产物原渣；苹果酒渣为苹果渣经酿酒（本实验室进行）获得；苹果醋渣为苹果渣经酿醋（三原甘露池醋厂）工艺获得。

磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、氢氧化钠等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

AR-G2流变仪 美国TA公司；超声波清洗仪器昆山市超声仪器有限公司；乌氏黏度计 上海Ehsy仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备与测定

参考Li Jie[19]、窦姣[23]等方法，如图1所示，提取苹果渣多糖（apple pomace polysaccharide，APP）、苹果酒渣多糖（cider apple pomace polysaccharide，CAPP）、苹果醋渣多糖（cider vinegar apple pomace polysaccharide，CVAPP），备用。

图1 3 种多糖提取流程图Fig. 1 Flow chart for the extraction of polysaccharides from fresh and fermented apple pomace

样品测定依照李洁等[10]方法进行。

1.3.2 多糖流体特性分析

用磷酸二氢钠、磷酸氢二钠配制pH 7缓冲液，配制质量分数0.5%的APP、CAPP、CVAPP溶液，在25 ℃条件下利用流变仪测定剪切速率0～700 s-1范围内流体特性[10]。

1.3.3 多糖质量分数对3 种多糖流体特性的影响

用磷酸二氢钠、磷酸氢二钠配制pH 7缓冲液，配制质量分数梯度为0.1%、0.3%、0.5%的APP、CAPP、CVAPP溶液，在25 ℃条件下利用流变仪测定剪切速率0～700 s-1范围内流体特性[10]。

1.3.4 温度对多糖流体特性的影响

用磷酸二氢钠、磷酸氢二钠配制pH 7缓冲液，配制0.5%的APP、CAPP、CVAPP溶液，在20～80 ℃，剪切速率为500 s-1条件下利用流变仪测定其流体特性[10]。

1.3.5 放置时间对多糖流体特性的影响

用磷酸二氢钠、磷酸氢二钠配制pH 7缓冲液，配制0.5%的APP、CAPP、CVAPP溶液，分别放置1、3、 14 d，在25 ℃条件下利用流变仪测定剪切速率0～700 s-1范围内流体特性[10]。

1.4 数据处理

数据测量3 次，利用软件DPS 7.05进行相关计算处理，作图利用Origin 8.0与Excel 2010进行处理。

2 结果与分析

2.1 多糖样品的制备与鉴定

经测定，粗多糖纯度均在70%左右，APP、CAPP、CVAPP提取率分别为（5.68±0.014）%、（6.00±0.007）%、（7.09±0.078）%，可见发酵苹果渣对多糖提取率有改善作用，对多糖纯度无明显影响（P＞0.05）。

图2 3 种多糖红外光谱吸收图谱Fig. 2 Infrared spectra of polysaccharides

由图2可看出，APP、CAPP、CVAPP在4 000～400 cm-1区间均有多糖的特征吸收峰，且吸收峰基本一致，1 200～1 000 cm-1波长区间也称为分子的指纹区，1 080.12、1 050.33 cm-1为C—OH的伸缩振动峰和C—O—C糖苷键的振动峰，均有吡喃糖单元的存在，即物质为多糖[10,23]。

2.2 发酵对多糖流体特性的影响

2.2.1 剪切速率对3 种多糖表观黏度的影响

图3 剪切速率对3 种多糖表观黏度的影响Fig. 3 Effect of shear rate on apparent viscosity of polysaccharides

由图3可看出，APP、CAPP、CVAPP在相同质量分数条件下，0～150 s-1范围内随着剪切速率的不断增加表观黏度迅速减小，在150～700 s-1范围内三者表观黏度趋于平衡，三者黏度大小趋势关系：APP＞CAPP＞CVAPP，分别为0.026 57、0.012 24、0.011 85 Pa·s。这与多糖在水溶液中分子间相互作用有关，当剪切速率增加时，剪切应力随之增加，到达一定程度时破坏多糖分子间的交联作用，导致黏度降低。因此，苹果渣经发酵所得多糖黏度明显下降（P＜0.05），这在工业加工中有利于工业化生产[10]。

2.2.2 发酵对多糖流动性特征影响

食品流变性研究食品原料、中间产品在加工过程中的变形和流动问题，研究最终产品在消费咀嚼过程中变形与恢复问题[9]。高分子物质，如多糖经常会出现以下几个现象：1）剪切变稀现象；2）减阻现象；3）黏度的分子质量依赖性，分子质量是影响高分子流变性质的最主要的结构因素，因为在流动过程中，随着高分子分子质量的增加，分子链便会开始缠结，不能独立运动，流动就变得困难的多了，导致能量的耗散显著增加。4）幂律定律，适用于剪切速率较大的场合，此为幂律定律的张量定义，对于一维方向的简单流动行为来说，可简化为τ＝Kγn，式中，K为流体的稠度系数，K越大流动阻力越大；n为非牛顿指数；τ为剪切应力/Pa；γ为剪切速率/s-1。该方程为幂律方程，符合该方程的流体称幂律流体，此方程仅适用于中等剪切速率范围。当n为1时，流体为牛顿流体；当n小于1时流体为假塑性流体，流体表现为剪切变稀的行为；当n大于1时，流体为胀塑性流体，黏度随剪切速率增加而非线性增加，成为剪切增稠，此时流体表现为胀塑性。由此可见，n与1之差可作为流体的非牛顿性的量度指标。当n值越小时，偏离牛顿流动越远，黏度随γ增大而降低，流动性增强[24]。

图4 剪切速率对3 种多糖剪切应力的影响Fig. 4 Effect of shear rate on shear stress of polysaccharides

幂律定律τ＝Kγn，如图4所示，在相同质量分数条件下，3 种多糖经拟合曲线可得Y1=0.184 7X0.6773，0.903 6；Y2=0.235 4X0.5111，=0.825 0；Y3=0.254X0.4936，=0.816 5；其中n值分别为0.677 3、0.511 1、0.493 6，可见3 种多糖溶液都为非牛顿流体，且都会存在剪切变稀现象，是典型的假塑性流体，结合图2可见3 种多糖溶液都为假塑性流体，且都出现了剪切变稀现象；此外，根据图3可看出剪切应力τ为APP＞CAPP＞CVAPP，这与三者黏度的大小关系是统一的，可见黏度越大导致剪切应力越大，剪切应力的大小与黏度表现一致，存在较强的质量分数依赖性[10,24]。

2.3 多糖质量分数对流体特性的影响

2.3.1 对表观黏度的影响

图5 剪切速率对不同质量分数3 种多糖表观黏度的影响Fig. 5 Effect of shear rate on apparent viscosity of polysaccharides at different concentrations

由图5可看出，3 种多糖表观黏度都存在质量分数依赖性，而APP表观黏度表现出高于发酵多糖的质量分数依赖性，同时剪切稀化现象随着质量分数的增加有所增强。发酵多糖表观黏度随质量分数变化趋势基本一致，经发酵多糖的溶解性得到明显提高，使得在相同质量分数情况下APP表观黏度明显大于发酵多糖，这与3 种多糖溶解度以及分子质量有直接关系，对于高分子而言质量分数与分子质量对黏度影响呈正相关，溶解度直接影响质量分数大小来影响黏度，主要通过分子质量大小以及质量分数大小来增大多糖溶液阻滞性，使流体流动阻力增大，从而使得黏度发生较大变化[10,18]。

2.3.2 对流动性影响

图6 剪切速率对不同质量分数3 种多糖剪切应力的影响Fig. 6 Effect of shear rate on shear stress of polysaccharides at different concentrations

由图6可见，对于APP，随着质量分数与剪切速率增大溶液剪切应力明显增加；非牛顿指数n随质量分数增加依次为0.547 8、0.636 6、0.677 3，即依次增大，也就表明随着APP质量分数的增加溶液更趋于牛顿流体，同时剪切稀化也有所增强，溶液表现为典型的假塑性流体。CAPP溶液随着质量分数与剪切速率增大溶液剪切应力也明显增加，但与APP相比增加幅度较小；非牛顿系数n变化范围0.468 8～0.511 1，与APP较低质量分数相比仍然表现出典型的非牛顿流体性质，剪切稀化现象随着质量分数增加也有所增强，仍是典型的假塑性流体。CVAPP溶液随着质量分数与剪切速率增大溶液剪切应力也明显增加，但与APP、CAPP相比增加幅度最小，这可能与发酵时间越长，导致多糖结构分子越小，使得分子交联、缠结作用减小，水合作用减弱，使得黏度降低，剪切应力也随着减小；非牛顿系数n变化范围缩小，同样表现出剪切稀化随溶度增加有所增强，为假塑性流体[10,25-26]。

2.4 温度对流体特性的影响

2.4.1 对表观黏度的影响

图7 温度对3 种多糖表观黏度的影响Fig. 7 Effect of temperature on apparent viscosity of polysaccharides

图7 显示，苹果渣经发酵处理多糖具备更强的温度抗逆性，随温度变化趋势明显减弱，这可能是因为发酵多糖溶液本身分子间作用力、分子缠结作用小，当温度升高时随着变化的趋势也就较小。温度升高导致多糖溶液分子间的热运动加剧，削弱了分子间的交联作用，分子间距变大，分子间作用力减小，摩擦减少，流动性增强[10]。

2.4.2 对流动性影响

图8 温度对3 种多糖剪切应力的影响Fig. 8 Effect of temperature on shear stress of polysaccharides

图8 显示，剪切应力变化趋势与表观黏度变化趋势基本一致，发酵多糖溶液具有较强的温度抗逆性，在食品加工中有利于热加工处理，表现出优于APP的加工特性。在较低温度范围（20～40 ℃）时，随着温度的升高，3 种多糖溶液中分子间的缠结体迅速被削弱，因此剪切力减小，宏观表现为表观黏度迅速降低，与温度对表观黏度的变化趋势一致；而在较高温度范围（50～80 ℃）时，分子间的缠结体几乎完全被削弱，因此表观黏度下降幅度减缓，表现为趋于理想状态牛顿流体的特性[10]。

2.5 放置时间对流体特性的影响

2.5.1 对表观黏度的影响

图9 剪切速率对不同放置时间3 种多糖表观黏度的影响Fig. 9 Effect of shear rate on the apparent viscosity of polysaccharides at different storage times

图9 显示，短期放置1、3、14 d后3 种多糖表观黏度均下降，放置14 d后，多糖溶液的初始黏度有明显的降低。表明多糖分子间所形成的缠结体为一种不稳定的结构，随着放置时间的延长，多糖分子的水合作用加强，分子间的相互作用力减弱，导致多糖溶液表观黏度的下降，进而影响多糖的应用特性，因此多糖溶液放置时间不宜超过3 d，同时发酵APP表现出一定的时间抗逆性[10,27]。

2.5.2 对流动性的影响

图10 剪切速率对不同放置时间3 种多糖剪切应力的影响Fig. 10 Effect of shear rate on shear stress of polysaccharides at different storage times

图10 显示，随着放置1、3、14 d后，APP溶液剪切应力明显降低，非牛顿指数n为0.582 6～0.689 4；CAPP溶液稍有减小，非牛顿指数n为0.499 1～0.520 6；CVAPP溶液基本不变化，非牛顿指数n为0.492 8～0.496 6；可见经发酵处理后多糖的非牛顿流体性质更加明显。此外，3 种多糖在3 d之后剪切速率对剪切应力的影响明显，同时发酵多糖表现出一定的时间抗逆性，结合图8可知3 种多糖流变性3 d后变化明显，因此常温保存时间在3 d为宜。这可能是多糖溶液随着时间延长，在水合作用下，分子间作用减弱所致[10]。

3 结 论

3 种多糖都表现出明显的假塑性流体特性，存在剪切变稀现象，且具有质量分数依赖性；CAPP、CVAPP黏度明显小于APP，且存在较好的水溶性，具备较好的温度抗逆性与一定的时间抗逆性；经发酵处理CAPP、CVAPP非牛顿流体特性更加明显。因此，经发酵处理，CAPP、CVAPP在一定程度上表现出优于APP的加工特性。

[1] 马文杰, 郭玉蓉, 魏决. 应用二次回归旋转正交组合设计提取水溶性苹果多糖的工艺研究[J]. 食品科学, 2009, 30(20): 105-108.

[2] 苏钰琦, 马惠玲, 罗耀红, 等. 苹果多糖提取的优化工艺研究[J].食品工业科技, 2008, 29(5): 198-201.

[3] 张丽萍, 盛义保, 马惠玲, 等. 苹果多糖除杂脱色工艺的筛选[J]. 西北林学院学报, 2007, 22(1): 141-144. DOI:10.3969/ j.issn.1001-7461.2007.01.039.

[4] 付成程, 郭玉蓉, 刘艳芳, 等. 苹果多糖的制备方法及防癌功能研究进展[J]. 农产品加工: 学刊, 2012(2): 100-102. DOI:10.3969/ j.issn.1671-9646(X).2012.02.028.

[5] 李锦运, 郭玉蓉, 董守利, 等. 冷破碎苹果皮渣中多糖提取工艺优化及除杂方法研究[J]. 食品工业科技, 2011, 32(7): 274-277.

[6] 李倩, 郭振军, 李宇华, 等. HPLC检测肠灌流模型中PMP衍生化葡寡糖含量的方法学建立[J]. 现代生物医学进展, 2010, 22(12): 2201-2204.

[7] 孙阳. 结肠炎癌变过程中MUC1粘蛋白的变化及苹果多糖对MUC1的影响[D]. 西安: 陕西中医学院, 2013.

[8] 杨素. 苹果中多糖和黄酮类化合物肝损伤保护作用的药理活性研究[D]. 西安: 陕西师范大学, 2013.

[9] 张典, 王粉侠, 弥曼, 等. 苹果多糖预防小鼠结肠炎癌变的作用及其机制研究[J]. 中国药学杂志, 2015, 50(17): 1527-1531. DOI:10.11669/ cpj.2015.17.015.

[10] 李洁, 郭玉蓉, 窦姣. 四种方法提取苹果肉渣果胶的流变学特性研究[J]. 食品工业科技, 2015, 36(12): 109-112; 121. DOI:10.13386/ j.issn1002-0306.2015.12.015.

[11] LIU L, LI y H, NIU y B, et al. An apple oligogalactan prevents against inflammation and carcinogenesis by targeting LPS/TLR4/NF-κB pathway in a mouse model of colitis-associated colon cancer[J]. Carcinogenesis, 2010, 31(10): 1822-1832. DOI:10.1093/carcin/bgq070.

[12] LI y H, NIU y B, WU H, et al. Modified apple polysaccharides could induce apoptosis in colorectal cancer cells[J]. Journal of Food Science, 2010, 75(8): 224-229. DOI:10.1111/j.1750-3841.2010.01781.x.

[13] LI Y H, MEI L, NIU Y B, et al. Low molecular weight apple polysaccharides induced cell cycle arrest in colorectal tumor[J]. Nutrition & Cancer, 2012, 64(3): 439-463. DOI:10.1080/01635581.2012.658951.

[14] LI y H, LIU L, NIU y B, et al. Modified apple polysaccharide prevents against tumorigenesis in a mouse model of colitis-associated colon cancer: role of galectin-3 and apoptosis in cancer prevention[J]. European Journal of Nutrition, 2011, 51(1): 107-117. DOI:10.1007/s00394-011-0194-3.

[15] YANG X B, SU Y, GUO Y R, et al. Compositional characterisation of soluble apple polysaccharides, and their antioxidant and hepatoprotective effects on acute CCl4-caused liver damage in mice[J]. Food Chemistry, 2013, 138(2/3): 1256-1264. DOI:10.1016/ j.foodchem.2012.10.030.

[16] ZHANG D, SUN Y, YUE Z, et al. Apple polysaccharides induce apoptosis in colorectal cancer cells[J]. International Journal of Molecular Medicine, 2012, 30(1): 100-106. DOI:10.3892/ ijmm.2012.953.

[17] L I Q, ZHOU S Y, JING J, et al. Oligosaccharide from apple induces apoptosis and cell cycle arrest in HT29 human colon cancer cells[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2013, 57(6): 245-254. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2013.03.034.

[18] DOU J, MENG y H, LIU L, et al. Purification, characterization and antioxidant activities of polysaccharides from thinned-young apple[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2015, 72: 31-40. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2014.07.053.

[19] LI J, GUO Y R, LI Z, et al. Supercritical carbon dioxide and hexane extraction of wax from apple peel pomace: content, composition and thermal properties[J]. Separation Science & Technology, 2015, 50(14): 335-336. DOI:10.1080/01496395.2015.1020951.

[20] WANG X, LÜ X. Characterization of pectic polysaccharides extracted from apple pomace by hot-compressed water[J]. Carbohydrate Polymers, 2014, 102(1): 174-184. DOI:10.1016/j.carbpol.2013.11.012.

[21] NG J K T, ZUJOVIC Z D, SMITH B G, et al. Solid-state13C NMR study of the mobility of polysaccharides in the cell walls of two apple cultivars of different firmness[J]. Carbohydrate Research, 2014, 386: 1-6. DOI:10.1016/j.carres.2013.12.019.

[22] GALVEZ-LOPEZ D, LAURENS F, QUÉMÉNER B, et al. Variability of cell wall polysaccharides composition and hemicellulose enzymatic profile in an apple progeny[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2011, 49(5): 1104-1109. DOI:10.1016/ j.ijbiomac.2011.09.007.

[23] 窦姣. 苹果疏除幼果多糖的分离纯化、药理活性及结构表征[D].西安: 陕西师范大学, 2015.

[24] 史铁钧, 吴德峰. 高分子流变学基础[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009: 20-100.

[25] NIETO A B, VICENTE S, HODARA K, et al. Osmotic dehydration of apple: influence of sugar and water activity on tissue structure, rheological properties and water mobility[J]. Journal of Food Engineering, 2013, 119(1): 104-114. DOI:10.1016/ j.jfoodeng.2013.04.032.

[26] DÍAZ-MALDONADO M, CÓRDOVA-FIGUEROA U M. Dynamics and rheology of Janus drops in a steady shear flow[J]. International Journal of Multiphase Flow, 2016, 85: 2-13. DOI:10.1016/ j.ijmultiphaseflow.2016.05.003.

[27] 田玉霞, 乔书涛, 仇农学, 等. 不同分子质量级苹果果胶的流变性评价[J]. 陕西师范大学学报(自然科学版), 2010, 38(1): 104-108.

Effect of Fermentation on Rheology of Apple Pomace Polysaccharides

JIA Feng, LIU Dong, GUO Yurong*, LI Jie, SUN Jiaojiao, SU Fan
(College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China)

The influences of concentration, temperature and storage time on the apparent viscosity and shear stress of apple pomace polysaccharide (APP), cider apple pomace polysaccharide (CAPP) and cider vinegar apple pomace polysaccharide (CVAPP) were studied in this research in order to elucidate the effect of fermentation on the rheology of APP. The results showed that APP, CAPP, and CVAPP were all pseudoplastic fluid, displaying a shear thinning behavior. Both CAPP and CVAPP exhibited significantly lower viscosity with decreased concentration dependence and enhanced temperature resistance as well as resistance within a period of time. The rheology of all three polysaccharides changed little during 3 days of storage. Both CAPP and CVAPP were superior to APP in term of processing characteristics to a certain extend.

fermentation; apple pomace; polysaccharides; rheology pseudoplastic fluid

10.7506/spkx1002-6630-201714016

TS255.36

A

1002-6630（2017）14-0106-06

贾丰, 刘冬, 郭玉蓉, 等. 发酵对苹果渣多糖流变性的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(14): 106-111.

10.7506/spkx1002-6630-201714016. http://www.spkx.net.cn

JIA Feng, LIU Dong, GUO Yurong, et al. Effect of fermentation on rheology of apple pomace polysaccharides[J]. Food Science, 2017, 38(14): 106-111. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714016. http://www.spkx.net.cn

2016-06-24

国家现代农业（苹果）产业技术体系建设专项（CARS-28）

贾丰（1991—），男，硕士研究生，研究方向为食品生物技术与功能食品。E-mail：feng_juslin@163.com

*通信作者：郭玉蓉（1962—），女，教授，博士，研究方向为农产品加工及其副产物综合利用。E-mail：yurongguo730@163.com