水热辅助协同回收苹果渣中果胶、酚类与糖类并耦合膳食纤维功能化开发：组分、结构与理化特性调控机制

本研究针对苹果加工副产物苹果渣(AP)资源化利用率低、传统提取工艺污染大等问题，开发了一种绿色水热法同步回收果胶、酚类物质和可溶性糖的新策略，并系统阐明了残留AP生物质经化学（碱、次氯酸钠）与物理（湿法球磨）改性后，其膳食纤维的组成、结构与功能特性（如持水性、乳化性等）的构效关系，为AP高值化利用提供了理论依据和技术路径。

　　

在全球范围内，苹果是产量位居前五的水果之一，每年全球苹果产量约8600万吨，其中约25%-30%在加工成果汁后转化为苹果渣(AP)。这些富含价值的副产物通常被当作废弃物处理，不仅造成资源浪费，还带来环境压力。苹果渣中含有果胶(10%-15%)、酚类物质(1%-4%)、可溶性糖(20%-50%)以及不溶性膳食纤维(20%-30%)等高附加值成分，是开发功能性食品配料和保健产品的宝贵资源。然而，现有的商业化利用方式多集中于单一产品（如果胶）的提取，导致70%-80%的AP生物质未被充分利用。传统提取工艺常使用酸和有机溶剂，不仅产生酸性废液和有机溶剂污染，也限制了多组分协同回收的效率。因此，开发绿色、高效的多产品联产技术，并深入挖掘残留生物质的功能潜力，成为推动AP全组分高值化的关键挑战。

为应对上述问题，澳大利亚迪肯大学可持续生物制品研究中心的研究团队在《Food Hydrocolloids》上发表了一项创新性研究。该研究设计了一种水热辅助协同回收技术，在不使用酸或有机溶剂的条件下，同步从AP中提取果胶、酚类物质和可溶性糖，并对残留的膳食纤维富集生物质进行化学与物理改性，系统揭示了纤维组成、结构与功能特性之间的内在联系。

研究团队采用了几项关键技术方法：首先，通过水热反应釜在120°C、15 psi条件下对AP进行不同时长（5-30分钟）的处理，优化果胶、酚类和糖的回收效率；其次，利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、核磁共振(¹H NMR)、热重分析(TGA)等技术对提取的果胶进行结构表征；第三，采用化学处理（碱处理、碱性次氯酸钠处理）和物理处理（湿法球磨）对水热残留生物质(HT)进行改性，制备具有不同组成的膳食纤维；最后，通过扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析、zeta电位测定、接触角测量等手段系统评估纤维的微观结构、表面特性及功能性能（如持水能力、乳化活性等）。

3.1. 水热辅助协同回收AP中的果胶、酚类和可溶性糖

通过优化水热处理时间，研究发现120°C下处理15分钟可实现果胶（得率18.3%）、酚类（0.36%）和可溶性糖（30.9%）的最高回收率，且其得率与传统的酸提果胶和乙醇提酚类方法相当。延长处理时间会导致果胶和酚类的热降解，而糖的得率继续上升，主要源于果胶和半纤维素的分解。

3.2. 果胶表征

水热法提取的果胶具有高酯化度(DE=84.5%)、高分子量(161 kDa)和高半乳糖醛酸含量(83.8%)，其流变学和凝胶特性与酸提果胶及商业果胶高度相似，证实了水热法在保留果胶功能特性方面的优势。

3.3. 可溶性糖和酚类提取物的表征

水热提取物中葡萄糖占主导（92%），其单糖组成与70%乙醇提取物相当。抗氧化活性分析显示，15分钟水热处理后的提取物具有最高的DPPH和ABTS自由基清除能力（分别为8.7和7.3 mg TE/g），与常规溶剂提取物相当。

3.4. AP膳食纤维的化学与物理改性

3.4.1. 对化学组成的影响

水热残留生物质(HT)经化学和球磨处理后，纤维组成发生显著变化。碱性次氯酸钠联合处理(AS/SHC)得到纤维素富集纤维（82.57%），而球磨处理(BM)则保留了较多的木质素和果胶。

3.4.2. 对结构特征的影响

ATR-FTIR和SEM分析表明，化学处理使纤维呈现疏松的片状结构，而球磨处理导致表面皱缩和团聚，微观结构差异显著。

3.4.3. 对理化性质的影响

化学处理纤维具有更高的zeta电位（绝对值达-27 mV）和亲水性（接触角最低53.9°），而球磨纤维粒径分布更宽，表面电荷较低。

3.4.4. 对功能特性的影响

纤维素富集纤维（如AS/SHC）表现出优异的持水能力(26.44 g/g)和葡萄糖吸附容量(11 mmol/g)；含油和木质素的纤维（如ASHC）则具有高持油能力(19.74 g/g)；而HT纤维因保留果胶和蛋白质，乳化活性指数(EAI)和乳化稳定性指数(ESI)最高（66.8 m²/g和106.7分钟）。

该研究通过水热法与理化改性的有机结合，不仅实现了AP中果胶、酚类和糖类的绿色协同回收，还深入揭示了膳食纤维功能特性与其组成、结构之间的内在规律。纤维素富集纤维的高亲水性和多孔结构有利于水和葡萄糖的吸附，而木质素和油脂的存在则增强了纤维的疏水性和持油能力。HT纤维的优异乳化性能归因于其两亲性表面、小粒径和表面活性组分的协同作用。这一成果为AP的全组分高值化利用提供了理论支撑和技术路径，对推动果蔬加工副产物的可持续转化和功能性食品配料开发具有重要意义。