农业副产物膳食纤维的理化与流变特性研究：与甲基纤维素的对比分析

本研究针对食品工业副产物利用率低的问题，系统比较了苹果渣、麦秸等9种农业副产物提取的膳食纤维(DF)与甲基纤维素(MC)的理化特性。通过表征DF的持水性(WHC)、乳化性(EA)和流变行为，发现洋葱皮DF(OPDF)具有最优的吸水膨胀性能(13.85 mL/g)，酸/碱提取苹果渣DF(AC/AL-APDF)与MC的持水能力相当(12.74 g/g)。研究为开发可持续食品添加剂提供了科学依据，推动农业废弃物高值化利用。

　　

在全球食品工业快速发展的背景下，大量农业加工副产物如苹果渣、麦秸等常被直接丢弃，不仅造成资源浪费，还带来环境压力。这些副产物富含膳食纤维(DF)，具有作为食品添加剂的潜力，但目前对其功能特性的系统研究仍显不足。与此同时，人工合成的食品添加剂如甲基纤维素(MC)虽性能优异，但生产过程能耗高且可能产生有害副产物。如何通过绿色方法从农业废弃物中提取具有类似功能的天然DF，成为食品科学领域亟待解决的问题。

为系统评估农业副产物DF的应用价值，来自英国女王大学贝尔法斯特分校的Whitney Vale-Hagan团队在《LWT》发表研究，选取苹果渣、麦秸、大麻纤维等9种典型原料，采用酸碱提取、酶解等不同方法制备DF，通过理化分析、流变学测试和结构表征等手段，全面比较其与MC的功能差异。

关键技术方法包括：从北爱尔兰本地供应商获取9种农业副产物；采用酸碱提取、酶解等差异化提取工艺；通过AOAC标准方法测定DF组分；使用流变仪(AR-G2)分析剪切稀化行为；扫描电镜(SEM)观察微观形貌；傅里叶红外光谱(FTIR)鉴定官能团；主成分分析(PCA)挖掘数据关联性。

3.1 纤维组成分析

研究发现不同来源DF的粗纤维含量差异显著，大麻纤维(HFDF)最高(81.57 g/100g)，燕麦麸(OBDF)最低(3.24 g/100g)。南瓜籽DF(PSDF)脂肪含量达28.61 g/100g，而MC几乎不含脂肪(0.05 g/100g)。纤维素是主要组分，HFDF中含量达68.76 g/100g。

3.3 水合特性

OPDF表现出最强的吸水膨胀能力(13.85 mL/g)，而PSDF最弱(0.61 mL/g)。酸/碱提取的苹果渣DF与MC的持水能力相当(约12.74 g/g)，这与其多孔微观结构相关。

3.4 乳化性能

MC展现出最优的乳化稳定性(无血清层)，而OPDF(12.04 mL/mL)和AL-APDF(17.08 mL/mL)也显示出应用潜力。值得注意的是，高蛋白含量的蘑菇堆肥DF(MCDF)因蛋白质结构限制，乳化性能反而较差。

3.5 流变特性

所有DF样品均呈现剪切稀化行为，温度升高导致部分样品(如PSDF)储能模量(G′)上升。OPDF和苹果渣DF在低剪切速率下粘度最高(>1000 Pa·s)，这与它们的三维网络结构相关。

3.6 结构表征

SEM显示AL-APDF具有疏松多孔结构，而CSDF表面致密无孔。FTIR证实所有样品均含典型多糖特征峰(3400 cm^-1处O-H伸缩振动)，但MC缺乏表征果胶的1620 cm^-1吸收峰。

3.7 多变量分析

PCA将样品分为三类：MC与苹果渣DF、麦秸DF因优异的水合特性聚为一类；燕麦麸等样品因功能较弱自成一组；OPDF因独特性能单独归类。

该研究首次系统比较了北欧洲地区常见农业副产物DF与MC的性能差异，证实洋葱皮和苹果渣DF可作为MC的潜在替代品。研究不仅为农业废弃物高值化利用提供了科学依据，也为开发清洁标签食品开辟了新思路。特别值得注意的是，提取方法显著影响DF性能，如碱处理苹果渣DF比酸提取样品具有更疏松的结构和更好的功能特性。这些发现对指导食品工业选择可持续原料具有重要参考价值，未来研究可进一步优化提取工艺并探索其在具体食品体系中的应用效果。