超声波改性对碱法提取柚皮可溶性膳食纤维理化与结构特性的影响及其功能提升机制研究

为解决柚皮废弃物资源化利用难题，四川轻化工大学生物工程学院团队通过超声波辅助碱法提取柚皮可溶性膳食纤维（SDF），系统比较了超声改性（UASDF）与常规碱提（ASDF）的差异。研究发现，超声处理使SDF得率提升至28.9%，结晶度降低5.63%，形成多孔结构，显著增强持水性（62.67 g/100g）、葡萄糖吸附能力（29.98 mg/g）及ABTS自由基清除率（80.97%）。该研究为功能性食品添加剂开发提供了新思路。

　　

柚皮作为柑橘加工的主要副产品，占果实重量的50%，但长期以来被作为废弃物丢弃，既造成资源浪费又带来环境压力。这种富含生物活性物质的天然原料，其膳食纤维含量高达63.47%，其中可溶性膳食纤维（Soluble Dietary Fiber, SDF）因具有调节血糖、降低胆固醇等生理功能而备受关注。然而传统碱法提取的SDF存在得率低（24%）、功能特性有限等问题，制约了其在食品工业中的应用。如何通过绿色改性技术提升柚皮SDF的性能，成为当前食品科学领域的重要课题。

四川轻化工大学生物工程学院联合自贡市第一人民医院的研究团队，在《Scientific Reports》发表了创新性研究成果。该研究采用超声波辅助碱法提取柚皮SDF（UASDF），通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等多维表征手段，系统解析了超声改性对SDF结构及功能的影响机制。

关键技术方法包括：以60℃干燥的柚皮粉为原料，分别采用常规碱法（3% NaOH，75℃）和超声辅助碱法（360W，75℃）提取SDF；通过离心-乙醇沉淀法制备样品；采用WHO标准方法测定持水性（WHC）、持油性（OHC）和溶胀性（SC）；利用体外模拟消化系统评估葡萄糖（GAC）和胆固醇吸附能力（CAC）；采用DPPH/ABTS/羟基自由基清除实验评价抗氧化活性。

【提取率】
超声处理使SDF得率从24.00%显著提升至28.90%，证实超声波空化效应能破坏细胞壁结构，促进多糖溶出。

【理化性质】
UASDF的WHC（62.67±0.67 g/100g）和SC（3.26±0.05 mL/g）较ASDF提升9.3%和205%，归因于超声产生的多孔结构；但OHC（11.13 g/100g）无显著变化，表明超声对疏水基团影响有限。

【结构特性】
FT-IR显示UASDF在1629 cm^-1处C=O键吸收峰增强，O-H振动峰面积扩大，证实氢键网络改变；XRD分析发现UASDF结晶度（17.65%）较ASDF（23.28%）降低24.2%，SEM观察到其表面从致密块状转变为疏松多孔形态，比表面积显著增加。

【功能特性】
• 吸附性能：UASDF对葡萄糖吸附量（29.98 mg/g）提升24%，胆固醇吸附量在pH7时达25.11 mg/g（较ASDF高34.6%），这与其多孔结构和低结晶度相关；
• 抗氧化活性：5 mg/mL浓度下，UASDF对ABTS自由基清除率（76.36%）为ASDF的1.7倍，羟基自由基清除率达51.12%，归因于超声暴露的活性基团。

该研究证实，超声波改性通过物理-化学协同作用，在不改变SDF多糖基本构型的前提下，有效调控其超分子结构，从而全面提升功能特性。UASDF的高吸附性和抗氧化性，使其可作为功能性配料应用于降血糖、降胆固醇食品；多孔结构特性为开发脂肪替代品提供了新思路。研究不仅为柚皮高值化利用提供了技术方案，也为其他农产品副产物的改性研究提供了范式参考。值得注意的是，超声参数的精准调控与工业化放大效应，仍是未来需要深入探索的方向。