《International Journal of Biological Macromolecules》：Comparative analysis of extraction methods on physicochemical and functional properties of soluble dietary fiber from thinned young apples
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薄皮幼苹果作为苹果栽培中的废弃资源，富含可溶性膳食纤维（SDF）和生物活性多酚。本研究系统比较了复合酶法、柠檬酸法和碱性过氧化氢法对SDF结构、理化性质及功能特性的影响。结果表明，碱性法SDF产率最高（16.32±0.62%），且具有最优的抗氧化和亚硝酸盐吸附能力；酶法SDF油持有能力最强，而酸法SDF的葡萄糖透析阻滞和胆汁酸结合性能更优。不同提取方法显著改变SDF的分子量分布、单糖组成及微观结构，揭示其结构-功能相关性。该研究为废弃苹果资源化利用提供理论依据。
Jiaqi Liu|Zaolan Wang|Xiaoyu Wang|Jia Xue
陕西师范大学食品工程与营养科学学院，中国陕西省西安市，710119
摘要
在果园管理过程中经常被丢弃的疏果幼苹果是一种未得到充分利用的资源，其中富含可溶性膳食纤维（SDF）和生物活性多酚。将这些副产品转化为功能性食品成分符合可持续农业实践和循环生物经济的目标。在本研究中，我们系统地比较了三种提取方法（复合酶法、柠檬酸法和碱性过氧化氢法）对疏果幼苹果中SDF的结构、理化和功能特性的影响。提取方法显著影响了SDF的产量、单糖组成、分子量分布及其相关生物活性。采用碱性方法提取的SDF具有最高的结合多酚含量和最低的分子量，因此具有更好的抗氧化和亚硝酸盐吸附能力。相比之下，柠檬酸法提取的SDF由于分子量和粘度较高，增强了其对葡萄糖的透析延迟作用和胆汁酸的结合能力；而酶法提取的SDF由于其多孔微观结构和疏水表面特性，表现出最强的持油能力。这些结果清楚地展示了三种SDF之间的结构-功能相关性。总体而言，本研究为SDF组成和生物活性的提取依赖性变化提供了新的机制见解，并强调了疏果幼苹果作为多功能膳食纤维的可持续来源在食品和营养保健品应用中的潜力。
引言
苹果是全球种植最广泛的水果之一。作为主要生产国，中国每年生产约4050万吨苹果，占全球产量的46.7% [1]。疏果是苹果栽培中的重要农艺措施，可以提高果实坐果率、品质并确保产量稳定 [2]。然而，仅在中国，这一措施每年就导致200万吨疏果幼苹果被丢弃 [3]。这种农业副产品不仅造成了大量的有机废物和环境污染，也是一种未被充分利用的植物资源。疏果幼苹果富含多种生物活性化合物，包括多酚和多糖。与完全成熟的苹果相比，疏果幼苹果中的多酚含量大约高出十倍，并且同时具有显著的抗氧化能力、抗菌效果和降血糖调节作用 [4]、[5]。此外，疏果幼苹果中含有约10%的多糖（干基重量），使其成为提取可溶性膳食纤维的理想原料 [6]。先前的研究已经证实，这些苹果是鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I）型果胶的潜在来源，这种多糖具有良好的乳化 [7] 和凝胶化特性 [8]。因此，开发从这种农业废弃物中提取高质量膳食纤维的方法值得进一步研究。
膳食纤维（DF）是一类来自植物的复杂碳水化合物，在人体小肠中无法被消化，但可以在大肠中被肠道微生物群发酵 [9]。由于其重要的健康益处，DF常被称为第七种必需营养素，因为它有助于降低糖尿病、心血管疾病和肥胖等慢性疾病的风险 [10]。DF通常分为可溶性膳食纤维（SDF）和不可溶性膳食纤维（IDF）。与IDF相比，SDF通常被认为具有更广泛的生理活性和在食品应用中的更好加工性能 [11]。从功能上讲，SDF可以调节血糖稳态、降低血清胆固醇，并具有抗氧化和抗肿瘤作用 [12]。此外，其内在的粘度、凝胶化和乳化特性使其成为食品配方中的有价值的增稠剂或稳定剂 [13]。相关研究表明，SDF含量达到10% 可视为高质量DF的标志 [14]。然而，植物材料中SDF的天然含量远低于IDF，因此需要开发高效的提取技术来最大化其产量。
目前提取SDF的主要方法包括酶法和化学法。酶处理可以破坏细胞壁中的半纤维素和木质素，从而促进IDF向SDF的转化 [15]。这种方法被认为温和、天然且环保。化学方法在食品工业中应用更为广泛，因为它们成本低廉且操作方便。例如，碱性过氧化氢处理能有效切断纤维基质中的糖苷键，提高SDF的产量并改变其理化性质 [16]。同样，使用有机酸（如柠檬酸）也被视为一种“绿色”技术，可以增强SDF的功能特性，特别是其葡萄糖吸附能力，这有助于控制血糖水平 [17]。重要的是，提取技术的选择会直接影响所得SDF的化学组成和结构，进而决定其生物活性和理化行为 [18]。例如，使用酸法从榅桲中提取的SDF在水保持能力、持油能力和亚硝酸盐吸附能力方面表现出更优的特性；而酶法提取的SDF则表现出最强的α-淀粉酶抑制活性 [19]。
尽管疏果幼苹果具有作为原料的潜力，但目前缺乏关于不同提取方法对其SDF性质影响的研究。为填补这一空白，本研究系统评估了三种不同的提取技术——复合酶法、柠檬酸法和碱性过氧化氢法——对疏果幼苹果中SDF的产量、结构特征、理化性质和生物活性的影响。通过单糖分析、分子量分布、傅里叶变换红外（FT-IR）光谱和核磁共振（NMR）等结构分析方法，阐明了不同SDF之间的组成和构象差异。通过抗氧化能力、亚硝酸盐吸附、葡萄糖透析延迟和胆汁酸结合等功能测试，揭示了结构-功能关系。目的是确定每种提取方法带来的性能优势，从而为将疏果幼苹果作为多功能膳食纤维的可持续来源提供科学依据，以应用于食品和健康促进产品中。
材料与试剂
疏果幼苹果（‘富士’品种）是在开花后30天从洛川苹果试验站（中国陕西）购买的。纤维素酶（400 U/mg）、木瓜蛋白酶（800 U/mg）和α-淀粉酶（4000 U/g）由源艺生物科技有限公司（上海，中国）提供。其他试剂（色谱级或分析级）从西安永益生物科技有限公司（西安，中国）购买。
疏果幼苹果的预处理
去除果柄后，将整个疏果幼苹果切片并冷冻干燥。所得切片...
产量和结合多酚含量
表1展示了使用三种方法从疏果幼苹果中提取的SDF的产量和结合多酚含量。碱性提取法的SDF产量最高（16.32 ± 0.62%），其次是酶法（9.10 ± 1.31%）和酸法（9.22 ± 1.25%）。据报道，碱性过氧化氢可以有效分解细胞壁并切断半纤维素和木质素之间的酯键，从而促进SDF的释放和IDF向SDF的转化 [31]。
结论
本研究探讨了使用酶法、酸法和碱性过氧化氢法提取的疏果幼苹果中SDF的结构、理化和功能特性。结果表明，不同的提取方法对疏果幼苹果中SDF的理化和功能特性有显著影响。其中，L-SDF的产量最高，结合多酚含量也最高。
作者贡献声明
Jiaqi Liu：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构思。Zaolan Wang：验证、实验设计。Xiaoyu Wang：资源获取、资金筹集。Jia Xue：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源获取、资金筹集、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：32001754）、中国农业研究系统（CARS-27）、国家重点研发计划（2023YFD2301000）以及陕西省重点研发计划（编号：2021NY-149）的支持。
