火龙果(Hylocereus spp)为仙人掌科量天尺属植物,广泛栽培于热带与亚热带地区[1]。2023年中国火龙果种植面积已超120万亩(0.08万km2),年产量达120万t[2]。火龙果果皮占果实质量的20%～25%,在其加工过程中,果皮常作为废弃物处理,不仅造成资源浪费,也带来环境负担。火龙果皮富含膳食纤维(dietary fiber, DF)、甜菜红素、多酚及黄酮类生物活性成分[3-5],其中DF质量比占干物质的56.91%～79.37%[6],具备良好的高值化利用潜力。根据膳食纤维溶解性不同,分为可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber, SDF)与不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber, IDF),二者在功能活性上具有互补性。IDF主要促进肠道蠕动,SDF则可被肠道微生物发酵产生有益代谢产物[7-8],其比例关系直接影响DF的整体生理活性。然而,火龙果皮等植物源DF中SDF含量普遍较低,制约了其功能发挥与应用拓展。

火龙果皮粉兼具天然色素和膳食纤维双重特性,可作为功能性食品配料应用于烘焙、肉制品、乳制品等领域,开发前景广阔。为改善其SDF比例,常采用物理、化学或生物方法对DF进行改性[9-11]。但与谷物麸皮或一般果蔬皮渣相比,火龙果皮的纤维基质结构更为复杂致密,同时其天然色素甜菜红素对环境条件(酸碱、温度等)高度敏感[12],常规改性手段(强酸、强碱、高温高压等)易导致色素严重降解,影响产品色泽品质。此外,单一改性方法常存在一定局限。物理法选择性较弱,化学法存在试剂残留风险,酶法成本较高,复合改性技术可通过各方法的协同作用克服这些不足[13]。其中,超声辅助酶法结合了物理破碎与生物酶解的双重优势,具有处理温和、操作简便、效率高等特点,已在多种DF改性中展现出良好潜力[14-15]。目前,缺乏适宜的复合改性技术,在提升火龙果皮粉理化和功能活性的同时,尽可能保留其天然营养成分。

本研究采用超声辅助复合酶(纤维素酶与木聚糖酶)对火龙果皮DF进行改性处理,通过单因素实验及响应面试验优化工艺参数,系统评价改性对样品营养和活性物质成分、结构特性、理化性质及功能活性的影响,以期为火龙果皮粉的高值化开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

火龙果皮,广东美辰生物科技有限公司火龙果汁加工副产物,火龙果(Hylocereus undatus)品种为玛珥红;木聚糖酶(EC 3.2.1.8,食品级,10 000 U/g),河南万邦化工科技有限公司;纤维素酶(EC 3.2.1.4,食品级,50 000 U/g),浙江天禾食品生物有限公司。

浓硫酸、无水乙醚,国药集团化学试剂有限公司;氢氧化钠,西陇科学股份有限公司;福林酚、没食子酸、芦丁、溴化钾、L-抗坏血酸、胆酸钠、胆固醇,均为分析纯,上海麦克林生化科技股份有限公司;DNS试剂、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)、上海源叶生物科技有限公司;糠醛,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

Varioskan Flash型多功能酶标仪,美国Thermo Scientific公司;HH-8CJ型恒温磁力搅拌水浴锅,常州市金坛友联仪器研究所;JIDI-20R型台式高速冷冻离心机,广州吉迪仪器有限公司;TESCAN MIRA 3 LMU型扫描电子显微镜,捷克TESCAN a.s公司;FD8508型真空冷冻干燥机,韩国il Shin公司;TENSOR-27型傅里叶红外光谱仪,德国Bruker公司;VAPODEST 450型全自动凯氏定氮仪,德国格哈特分析仪器公司;Q2000型差示扫描量热仪,美国TA公司;Smartlab SE型X射线衍射仪(XRD),日本株式会社理学公司;CR-400型色差计,日本柯尼卡美能达投资公司。

1.3 实验方法

1.3.1 火龙果皮膳食纤维的改性

新鲜火龙果皮经60 ℃热风干燥12 h后,粉碎过80目筛得到火龙果皮粉。取5 g火龙果皮粉,按照1∶30的料液比(g/mL)加入水,分别添加质量分数2.5%纤维素酶、2.0%木聚糖酶,放置超声仪器中,在超声功率300 W、超声时间43 min、酶解温度50 ℃条件进行酶解,将酶解液冷冻干燥后粉碎得到改性火龙果皮粉。

1.3.2 超声辅助复合酶改性工艺优化

1.3.2.1 单因素实验设计

酶解液经8 000 r/min离心5 min后,测量上清液中SDF含量;沉淀经60 ℃烘干后测量IDF含量。以火龙果皮中SDF与IDF含量的比(记为SDF/IDF)为评价指标,分别考察不同纤维素酶添加量(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)、木聚糖酶添加量(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)、超声时间(20、30、40、50、60 min)、超声功率(200、250、300、350、400 W)、料液比(g/mL)(1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60)对比值的影响。

1.3.2.2 响应面试验设计

根据单因素实验结果,选取对火龙果皮膳食纤维SDF/IDF比值影响较大的4个因素(纤维素酶添加量、木聚糖酶添加量、超声时间、超声功率)作为自变量,以火龙果皮中膳食纤维SDF/IDF比值为响应值,采用Design-Expert软件中Box-Behnken的中心组合设计,进行四因素三水平响应面试验优化酶解工艺,因素水平设计见表1。

1.3.3 改性前后火龙果皮粉营养成分与活性物质测定

纤维素、半纤维素和木质素含量测定参考Zhao等[16]的方法;DF含量测定参考GB 5009.88—2023《食品中膳食纤维的测定》酶重量法;灰分含量测定参考GB 5009.4—2016《食品中灰分的测定》;蛋白质含量测定参考GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法;脂肪含量测定参考GB5009.6—2016《食品中脂肪的测定》索氏抽提法;总糖含量测定采用苯酚-硫酸法。总酚含量测定参考Bhagya等[3]方法,以没食子酸为对照制得标准曲线为y=11.339x+0.018 8,R2=0.996 6,结果以没食子酸当量表示(mg/g)。黄酮含量测定参考Kim等[17]方法,以芦丁为对照制得标准曲线为y=14.846x-0.014 6,R2=0.994 7,结果以芦丁当量表示(mg/g)。甜菜红素含量测定参考Bassey等[18]的方法,按式(1)计算甜菜红素质量比(按标准甜菜苷含量计, mg/g)。

w(甜菜红素)

(1)

式(1)中,Ai为吸光度值,L/(g·cm);V为溶液总体积,L;F为稀释倍数;M为标准甜菜苷摩尔质量550.46 g/mol;m为果粉质量,g;ε为标准甜菜苷摩尔消光系数,61 600 L/(mol·cm)。

1.3.4 改性前后火龙果皮粉理化性质测定

1.3.4.1 持水力、溶胀力、持油力以及溶解度测定

持水力、持油力和溶胀力测定参考Wei等[19]方法,溶解度参考Fan等[20]方法。

1.3.4.2 色差值测定

使用色差计测定样品的L*、a*、b*值,按式(2)计算色差值ΔE,样品重复测量3次,取平均值。

(2)

式(2)中,ΔE为总色差值;ΔL、Δa和Δb分别为改性前后火龙果皮粉亮度值(L*)、红绿值(a*)和黄蓝值(b*)的差值。

1.3.5 改性前后火龙果皮粉结构表征

1.3.5.1 颗粒形态观察

使用扫描电镜观察样品的颗粒形态,取适量的样品均匀撒在含有导电胶的银样板台上,喷金后,在扫描电镜5 kV下放大500、1 000、5 000、7 000、9 000倍观察。

1.3.5.2 热稳定性测定

称取5 mg样品于坩埚中,使用差示扫描量热仪在30～600 ℃进行热重分析,以空坩埚为对照组。

1.3.5.3 化学结构测定

称取2 mg样品于研钵中,按质量比1∶200加入溴化钾,研磨成细小粉末,用压片机压至薄片,放至红外光谱仪在波数400～4 000 cm-1扫描。

1.3.5.4 晶体结构测定

将样品平铺于样品板,用XRD进行扫描。测定条件:电压40 kV,电流100 mA,扫描速率5°/min,衍射角2θ扫描范围5°～90°。

1.3.6 改性前后火龙果皮粉功能活性测定

1.3.6.1 体外降血糖活性测定

葡萄糖吸附能力测定参考Yang等[21]方法,α-淀粉酶抑制能力测定参考Tang等[22]方法,DNS法测定葡萄糖含量。

1.3.6.2 体外降血脂活性测定

胆酸钠吸附能力测定与胆固醇吸附能力测定参考Benitez等[23]方法,以胆酸钠标准品制得曲线为y=0.001 5x+0.051 2,R2=0.990 9,以胆固醇标准品制得曲线为y=0.000 6x+0.018 6,R2=0.991 4。

1.4 数据处理

所有实验重复3次,结果以平均值±标准偏差表示。使用SPSS 27.0软件中单因素方差分析(ANOVA)和Duncan检验对数据进行显著性分析,利用Origin 2024软件进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 超声辅助复合酶改性工艺优化结果

2.1.1 单因素实验结果

2.1.1.1 酶添加量对SDF/IDF比值的影响

不同酶添加量对SDF/IDF比值的影响见图1。由图1可知,随着纤维素酶以及木聚糖酶添加量的增加,火龙果皮粉中SDF/IDF比值显著增加(P<0.05)。纤维素酶通过作用于β-(1,4)-糖苷键,将火龙果皮中的纤维素降解成纤维二糖等短链可溶性低聚糖;木聚糖酶能够特异性水解半纤维素中的木聚糖,使半纤维素降解成短链可溶性低聚糖[24]。随着酶添加量的增加,附着于DF的酶结合位点增多,提高了IDF的降解程度。当体系内的酶达到饱和状态时,进一步增加酶量会导致催化效率降低。纤维素、半纤维素和木质素通常以聚合物的形式存在于细胞壁内,三者相互连接构成纤维结构[25]。木聚糖酶与纤维素酶可产生协同作用,促进木质纤维素底物的水解,提高火龙果皮粉中SDF/IDF比值。本研究选择SDF/IDF比值较大的纤维素酶添加量1.5%、2.0%、2.5%以及木聚糖酶添加量1.5%、2.0%、2.5%进行后续优化实验。

2.1.1.2 超声条件对SDF/IDF比值的影响

不同超声条件对SDF/IDF比值的影响见图2。由图2可知,超声时间为20～40 min,火龙果皮粉中SDF/IDF比值逐渐升高,在40 min出现最大值。超声功率为200～300 W,火龙果皮粉中SDF/IDF比值显著升高(P<0.05);当功率超过300 W后,SDF/IDF比值下降。超声波空化过程中产生的物理力破坏了纤维结构,使火龙果皮粉中DF的糖苷键暴露,更多的酶能够渗透到纤维内部进行水解,增加了酶与底物关键位点的接触,加快了酶解速率。超声时间过长或超声功率过大时,会造成SDF进一步降解成小分子糖,从而降低SDF/IDF比值。因此,本研究选择SDF/IDF比值较大的超声时间30、40、50 min以及超声功率250、300、350 W进行后续优化。

2.1.1.3 料液比对SDF/IDF比值的影响

不同料液比对SDF/IDF比值的影响见图3。由图3可知,料液比(g/mL)为1∶20、1∶30时,火龙果皮粉中SDF/IDF比值随着料液比增大显著增加(P<0.05)。这是由于料液比增加时,火龙果皮粉在溶液中黏度下降,酶在溶液中进一步扩散,与DF接触充分,酶解效率提高,从而促进了IDF的降解。当料液比(g/mL)为1∶40～1∶60时,SDF/IDF比值稍有下降,但未发生显著性变化。从经济角度考虑,选取料液比(g/mL)1∶30进行后续实验。

2.1.2 响应面试验结果

在单因素实验的基础上进行超声辅助酶解工艺的响应面优化,得到回归拟合方程Y=0.581 4+0.011 5×A+0.006×B+0.006 9×C+0.006 1×D-0.006×AB+0.004 8AC-0.000 3×AD+0.000 5×BC-0.001 5×BD+0.005 5×CD-0.004 3A2-0.024 8×B2-0.011 2×C2-0.017 4D2。

对响应面试验结果进行回归模型显著性及方差分析,结果见表2。由表2可知,回归模型P<0.000 1,模型极显著;失拟项P为0.748 8,不显著;回归模型系数R2=0.969 8,调整后表明该模型能够较好拟合实际情况,结果可信度高,可用于火龙果皮中SDF/IDF比值预测。由P可知,纤维素酶添加量(A)、木聚糖酶添加量(B)、超声时间(C)以及超声功率(D)对火龙果皮中SDF/IDF比值有极显著差异。由F值可知,纤维素酶对SDF/IDF比值影响最大。二次项B2、C2以及D2对SDF/IDF比值具有极显著影响。根据方差分析表可知AB、AC以及CD因素的交互作用显著,其余各组间交互作用不显著。

经软件分析得到的优化工艺条件为纤维素酶添加量2.45%、木聚糖酶添加量1.97%、超声时间43.36 min、超声功率304.57 W,预测的SDF/IDF比值为0.591。根据实际情况作出调整,在纤维素酶添加量2.5%、木聚糖酶添加量2.0%、超声时间43 min、超声功率300 W条件下进行实验,得出SDF/IDF比值为0.578,实测值与预测值的相对误差为2.20%,表明该模型具有较高的预测精度和可行性。

2.2 改性前后火龙果皮粉营养成分和功能活性物质分析

改性前后火龙果皮粉的营养成分与活性物质测定结果如表3所示。由表3可知,火龙果皮粉富含矿物质与DF,灰分质量分数达到11.10%±0.04%,其总DF质量比可达到(73.93±0.35)g/100 g,高于其他副产物[26-27],如葡萄柚皮(63.47 g/100 g)、脐橙皮(61.26 g/100 g)和西瓜皮(47.48 g/100 g)。火龙果皮粉中的IDF主要由纤维素、半纤维素及木质素构成,经超声辅助复合酶改性处理后,火龙果皮粉的DF组成发生显著改变(P<0.05),SDF质量比由(10.67±0.31)g/100 g增加到(26.63±0.13)g/100 g;IDF的质量比由(63.26±0.45) g/100 g下降到(45.78±0.20)g/100 g,从而使得SDF/IDF比值得到有效优化,提升了火龙果皮粉中DF的品质,使其成为一种优质的DF来源。经过改性后的火龙果皮粉的SDF/IDF比值从0.169±0.011提升至0.582±0.013,当膳食纤维的SDF/IDF比值接近1/2时较适合作为食品配料使用[28]。与单一的复合酶法相比,超声辅助复合酶改性的降解效率提升了11.24%,且对纤维素的降解效果尤为显著。火龙果皮中少量的SDF在酶和超声协同作用下被进一步分解成单糖分子,进而提高了体系总糖的含量。此外,在超声辅助酶法改性过程中,超声产生的物理剪切作用与酶的生物催化作用并未对蛋白质、灰分及脂质含量产生显著影响,但导致部分热敏性及易氧化活性成分(总酚、黄酮和甜菜红素)发生不同程度的降解。与未改性前相比,黄酮质量比降幅较大(22.22%),其次为甜菜红素(14.37%),总酚的下降幅度相对最小(5.73%)。从基本营养成分变化可知,改性后的火龙果皮粉DF品质得到改善,有利于提升其作为功能性食品配料(DF补充剂等)的应用潜力。

2.3 改性前后火龙果皮粉理化性质分析

2.3.1 持水力、溶胀力、持油力以及溶解度分析

通过测定持水力、溶胀力、持油力以及溶解度,研究了改性处理对火龙果皮粉理化性质的影响,结果如表4所示。由表4可知,火龙果皮粉经过改性处理后,持水力、持油力、溶胀力以及溶解度得到显著提高(P<0.05)。与原粉比较,经超声辅助复合酶改性后的火龙果皮粉持水力、持油力和溶胀力分别提升了22.08%、121.48%和48.40%,溶解度从31.87%±0.38%提高至51.00%±0.31%。持油力[(3.30±0.12) g/g]和溶胀力[(15.33±0.76) mL/g]高于Li等[29]从红树莓渣提取的膳食纤维的持油力(2.45 g/g)和溶胀力(10.18 mL/g)。 研究表明,具有优良持水性与溶胀性的DF可改善肠道功能[30];应用于酸奶中可减少乳清析出,提升产品质构稳定性[31]。良好的溶解性有利于改善产品加工特性[32]。超声辅助复合酶法破坏了纤维素和半纤维素中的分子间氢键相互作用,促进了亲水性基团的暴露,改善了火龙果皮粉的理化性质,从而提高了火龙果皮粉的品质。

2.3.2 色泽分析

色泽是火龙果皮粉的独特优势,也是影响消费者感知和评估食品品质的重要物理指标,改性对火龙果皮粉色泽影响如表5和图4所示。由表5可知,与原粉比较,改性后的火龙果皮粉L*值变大,a*值变小,其中超声辅助复合酶改性对火龙果皮粉的色泽影响较大。火龙果皮中含有丰富的甜菜红素,为果皮粉带来鲜艳的色泽。由图4可知,原粉的色泽呈现暗红色,改性后的火龙果皮粉颜色较原粉变浅,这主要与甜菜红素在改性过程发生降解有关[3]。

2.4 改性前后火龙果皮粉结构表征结果

2.4.1 微观结构分析

微观结构的变化是影响火龙果皮粉理化特性的关键。通过扫描电镜观察火龙果皮粉末的微观结构,结果如图5所示。原粉表面呈光滑平整结构,复合酶改性粉表面呈粗糙、多孔结构,超声辅助复合酶改性粉表面呈褶皱、松散的结构且具有更多的裂纹和更大的孔洞。王宗伟等[33]使用超声对藜麦麸皮DF改性,其表面也出现不规则的片层状结构以及孔洞和裂纹。这可能是复合酶破坏了DF内部结构,使其形成多孔结构;酶在超声协同作用下进一步破坏DF的结构,使其结构变得松散且比表面积增大,这有助于促进水分的吸附和膨胀以及小分子的吸附[34],从而提高火龙果皮粉的理化特性。

2.4.2 热稳定性分析

热重分析用于评估火龙果皮粉的热稳定性和结构特性的变化,结果见图6。由图6可知,火龙果皮粉在30～200 ℃时发生缓慢质量损失,这主要与火龙果皮粉中水分的蒸发有关;200～300 ℃时,火龙果皮粉质量损失速率加速,这可能与果胶、半纤维素和木质素的热降解有关;300～600 ℃时,质量损失速率减缓,表明样品进入炭化阶段,此过程主要与复杂的聚合物分解有关[12]。原粉在热分解过程中质量损失达76.69%,复合酶改性粉为73.45%,超声辅助复合酶改性粉为65.97%。结果表明,改性处理显著提高了火龙果皮粉的热稳定性。

2.4.3 化学结构分析

通过红外光谱的吸收峰可分析物质的官能团以及化学键的变化,进而分析加工前后物质成分是否发生改变,结果见图7。由图7可知,3种粉在 3 420、2 898、1 629、1 409、1 054 cm-1处均出现明显的特征峰,改性后未产生新的官能团。在3 420、2 898 cm-1处的吸收峰分别为纤维素和半纤维素中O—H键、甲基或亚甲基中C—H键伸缩振动,1 629～1 409 cm-1的吸收峰由木质素中芳香基团的振动产生,1 038cm-1附近的吸收峰由木质素或半纤维素中醚键C—O—C的不对称伸缩振动产生[35-36]。结果表明,改性后的火龙果皮粉仍保留了DF的基本结构。与原粉比较,改性后的火龙果皮粉吸收峰强度变弱,说明改性处理能够有效降低火龙果皮中纤维素、半纤维素以及木质素的含量,促使IDF转化为SDF,其中超声辅助复合酶法对IDF降解效果更好。

2.4.4 晶体结构分析

不同处理方式对火龙果皮粉晶体结构的影响见图8。图8可知,3种粉在14.46°、21.8°、32.2°处出现特征衍射峰,是典型Ⅰ型纤维素结晶区和非晶区共存的晶体结构[37]。通过Origin软件计算得其结晶度,原粉为10.55%,复合酶改性粉为8.55%,超声辅助复合酶改性粉为6.12%。超声和酶协同作用破坏了纤维素和半纤维素结晶区的有序结构,并增加了无定形组分的含量,使其结晶度下降,这使DF更容易与水分子结合[38],从而提高了火龙果皮粉的持水力以及溶解度。

2.5 改性前后火龙果皮粉体外功能活性分析

2.5.1 降血糖活性分析

葡萄糖吸附能力与α-淀粉酶抑制能力反映了DF调节餐后血糖水平的能力,是DF的重要功能活性[39]。火龙果皮粉降血糖活性结果见图9。由图9可知,改性火龙果皮粉的葡萄糖吸附能力以及α-淀粉酶抑制能力显著提升(P<0.05)。经过超声辅助复合酶改性后,葡萄糖吸附能力从7.45 mg/g提升至10.35 mg/g,α-淀粉酶抑制能力从26.78%提升至32.04%,且超声辅助改性效果优于单一酶解改性(P<0.05)。超声和酶的协同作用使DF形成疏松多孔的结构,这有助于吸附葡萄糖以及α-淀粉酶,使葡萄糖分子嵌入孔隙中,延长了葡萄糖吸收的时间,并减少了α-淀粉酶与淀粉分子之间的接触[21]。因此,火龙果皮粉具有降血糖潜力,通过改性处理可以进一步提升其降血糖活性。

2.5.2 降血脂活性分析

胆酸钠吸附能力与胆固醇吸附能力是衡量DF降血脂活性的重要指标。火龙果皮粉降血脂活性结果见图10。由图10可知,改性火龙果皮粉的胆酸钠吸附能力以及胆固醇吸附能力得到显著提高(P<0.05),在pH值为2与pH值为7的条件下,胆酸钠吸附能力无显著差异,而pH值为7时胆固醇吸附能力高于pH值为2时。这可能与改性后的DF表面呈现出更松散的结构有关,疏松多孔的结构为胆固醇、胆酸钠的吸附提供了更多的结合位点。研究表明,随着pH值的升高,DF分子中的羧基发生解离并转化为羧酸根阴离子(RCOO-),羧酸根阴离子与胆固醇分子结合能力更强,从而提高了DF对胆固醇的吸附能力[40]。超声辅助复合酶改性的火龙果皮粉具有更强的胆固醇吸附能力,这与持油力结果一致。

3 结 论

本研究通过超声辅助复合酶法对火龙果皮粉中的DF进行改性,确定了较佳的改性工艺为纤维素酶添加量2.5%、木聚糖酶添加量2.0%、超声时间43 min、超声功率300 W。在此条件下,火龙果皮粉总DF质量比为(72.41±0.07)g/100 g,SDF占比由(10.67±0.31) g/100 g提升至(26.63±0.13) g/100 g,SDF/IDF比值为0.582±0.013。超声辅助复合酶法可显著改善火龙果皮粉理化性质和功能活性。改性后火龙果皮粉表现出较好的持水力、持油力以及溶胀力,溶解度从31.87%±0.38%提高至51.00%±0.31%;其表面呈现疏松多孔的结构,热稳定性提高,且保留了DF基本结构。体外降血糖活性和降血脂活性评价显示,改性火龙果皮粉活性优于未改性的原粉,其功能活性得到明显提升。改性后的火龙果皮粉具备作为优质功能性食品配料的应用潜力,以改善产品的营养与功能活性。后续研究可进一步探讨改性火龙果皮粉的体内功能活性,为其深入开发与工业化应用提供依据。

参考文献：

[1] KUMARI S, THAKUR D, SINGH S, et al. Dragon fruit: exploring bioactive compounds and their promising role in functional food innovation and value-added products[J]. Journal of Food Composition and Analysis, 2025, 141: 107370.

[2] 中国报告网. 2025年火龙果市场规模分析:火龙果市场规模超过238.120亿元 [M/OL].[2025-04-03]. https:∥www.chinabgao.com/info/1258315.html.

[3] BHAGYA RAJ G V S, DASH K K. Ultrasound-assisted extraction of phytocompounds from dragon fruit peel: optimization, kinetics and thermodynamic studies[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2020, 68: 105180.

[4] REYES-GARCA V, BOTELLA-MARTNEZ C, JUREZ-TRUJILLO N, et al. Pitahaya (Hylocereus ocamponis)-peel and-flesh flour obtained from fruit co-products-assessment of chemical, techno-functional and in vitro antioxidant properties[J]. Molecules, 2024, 29(10): 2241.

[5] TAHARUDDIN N H, JUMAIDIN R, MANSOR M R, et al. Unlocking the potential of lignocellulosic biomass dragon fruit (Hylocereus polyrhizus) in bioplastics, biocomposites and various commercial applications[J]. Polymers, 2023, 15(12): 2654.

[6] JIANG H T, ZHANG W L, LI X X, et al. Nutrition, phytochemical profile, bioactivities and applications in food industry of pitaya (Hylocereus spp.) peels: a comprehensive review[J]. Trends in Food Science &Technology, 2021, 116: 199-217.

[7] AL FARUQ A, FARAHNAKY A, TORLEY P J, et al. Sustainable approaches to boost soluble dietary fibre in foods: a path to healthier foods[J]. Food Hydrocolloids, 2025, 162: 110880.

[8] BULJETA I, UBARI D, BABI J, et al. Extraction of dietary fibers from plant-based industry waste: a comprehensive review[J]. Applied Sciences, 2023, 13(16): 9309.

[9] HUANG L R, DING X N, ZHAO Y S, et al. Modification of insoluble dietary fiber from garlic straw with ultrasonic treatment[J]. Journal of Food Processing and Preservation, 2018, 42(1): e13399.

[10] WEI C H, GE Y F, LIU D Z, et al. Effects of high-temperature, high-pressure, and ultrasonic treatment on the physicochemical properties and structure of soluble dietary fibers of millet bran[J]. Frontiers in Nutrition, 2022, 8: 820715.

[11] SANG J Q, LI L, WEN J, et al. Chemical composition, structural and functional properties of insoluble dietary fiber obtained from the Shatian pomelo peel sponge layer using different modification methods[J]. LWT-Food Science and Technology, 2022, 165: 113737.

[12] PERMANA L, SRIPROM P, MANAMOONGMONGKOL K, et al. Optimization of betalain extraction from dragon fruit (Hylocereus undatus) peel and effect of pH on its properties[J]. Biomass Conversion and Biorefinery, 2025, 15(3): 3545-3556.

[13] YANG Y Y, MA S, WANG X X, et al. Modification and application of dietary fiber in foods[J]. Journal of Chemistry, 2017, 2017(1): 9340427.

[14] PANWAR D, PANESAR P S, CHOPRA H K. Green valorization approach of Citrus limetta peels by ultrasound-assisted enzymatic extraction for recovery of dietary fibers: optimization, physicochemical, structural, functional, and thermal properties[J]. Biomass Conversion and Biorefinery, 2025, 15(22): 28963-28983.

[15] WANG J Y, HE S M, TAO S H, et al. Structural, physicochemical, prebiotic properties of guava pulp insoluble dietary fiber and its quality enhancement ability on cow/goat yogurt: impacts of ultrasound-assisted enzyme treatment[J]. Food Bioscience, 2024, 58: 103797.

[16] ZHAO X, LIU Y J, HUANG X L, et al. Enhancing functionality of Citrus fibers from peel and pulp pomace via combined alkaline hydrogen peroxide and xylanase modification[J]. Food Hydrocolloids, 2025, 168: 111526.

[17] KIM H, CHOI H K, MOON J Y, et al. Comparative antioxidant and antiproliferative activities of red and white pitayas and their correlation with flavonoid and polyphenol content[J]. Journal of Food Science, 2011, 76(1): C38-C45.

[18] BASSEY E J, CHENG J H, SUN D W. Enhancing infrared drying of red dragon fruit by novel and innovative thermoultrasound and microwave-mediated freeze-thaw pretreatments[J]. LWT-Food Science and Technology, 2024, 202: 116225.

[19] WEI X Y, JIANG C X, LIU X L, et al. Effect of γ-irradiation combined with enzymatic modification on the physicochemical properties of defatted rice bran dietary fiber[J]. Food Chemistry, 2024, 24: 101975.

[20] FAN R, WANG L, FAN J F, et al. The pulsed electric field assisted-extraction enhanced the yield and the physicochemical properties of soluble dietary fiber from orange peel[J]. Frontiers in Nutrition, 2022, 9: 925642.

[21] YANG R H, SONG X N, WANG T X, et al. Superfine grinding combined with enzymatic modification of pea dietary fibre: structures, physicochemical properties, hypoglycaemic functional properties, and antioxidant activities[J]. LWT-Food Science and Technology, 2024, 207: 116651.

[22] TANG C D, YANG J L, ZHANG F S, et al. Insight into the physicochemical, structural, and in vitro hypoglycemic properties of bamboo shoot dietary fibre: comparison of physical modification methods[J]. International Journal of Food Science &Technology, 2022, 57(8): 4998-5010.

[23] BENITEZ V, REBOLLO-HERNANZ M, HERNANZ S, et al. Coffee parchment as a new dietary fiber ingre-dient: functional and physiological characterization[J]. Food Research International, 2019, 122: 105-113.

[24] EDEMA H, ASHRAF M F, SAMKUMAR A, et al. Characterization of cellulases from softening fruit for enzymatic depolymerization of cellulose[J]. Carbohydrate Polymers, 2024, 343: 122493.

[25] MOREIRA L R S, FILHO E X F. Insights into the mechanism of enzymatic hydrolysis of xylan[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2016, 100(12): 5205-5214.

[26] CHEN L, WU Y C, JIANG X J, et al. Dietary fiber extraction from Citrus peel pomace: yield optimization and evaluation of its functionality, rheological behavior, and microstructure properties[J]. Journal of Food Science, 2023, 88(8): 3507-3523.

[27] SAIKIA S, MAHANTA C L. In vitro physicochemical, phytochemical and functional properties of fiber rich fractions derived from by-products of six fruits[J]. Journal of Food Science and Technology, 2016, 53(3): 1496-1504.

[28] TALENS C, ARBOLEYA J C, CASTRO-GIRALDEZ M, et al. Effect of microwave power coupled with hot air drying on process efficiency and physico-chemical properties of a new dietary fibre ingredient obtained from orange peel[J]. LWT-Food Science and Technology, 2017, 77: 110-118.

[29] LI M X, LIU Y X, YANG G, et al. Microstructure, physicochemical properties, and adsorption capacity of deoiled red raspberry pomace and its total dietary fiber[J]. LWT-Food Science and Technology, 2022, 153: 112478.

[30] JIA F J, YANG S F, MA Y Y, et al. Extraction optimization and constipation-relieving activity of dietary fiber from Auricularia polytricha[J]. Food Bioscience, 2020, 33: 100506.

[31] TIAN Y, SHENG Y N, WU T, et al. Effect of modified okara insoluble dietary fibre on the quality of yoghurt[J]. Food Chemistry, 2023, 21: 101064.

[32] 王玲玉,赵雪玲,王安琪,等.油莎豆不溶性膳食纤维理化性质、结构特征和乳化特性研究[J].食品科学技术学报,2024,42(1):156-163.WANG L Y,ZHAO X L,WANG A Q, et al. Study on physicochemical, structural and emulsifying properties of insoluble dietary fiber of cyperus esculentus [J]. Journal of Food Science and Technology,2024,42(1):156-163.

[33] 王宗伟,杨子慧,侯欣雨,等.超声波改性对藜麦膳食纤维理化性质和结构的影响[J].食品科学技术学报,2025,43(5):182-192.WANG Z W,YANG Z H,HOU X Y ,et al. Effect of ultrasonic modification on physicochemical properties and structure of quinoa dietary fiber [J]. Journal of Food Science and Technology,2025,43(5):182-192.

[34] ZUO Y H, XU Y J, WU J J, et al. Effect of ultrahigh-pressure on the physicochemical properties and biological activities of dietary fiber from Litchi Pomace[J]. Journal of Food Science, 2025, 90(6): e70289.

[35] XING Y H, ZHOU Y M, KUANG C Y, et al. Structural, physicochemical and functional properties of dietary fibers from tea residue modified by steam explosion[J]. Frontiers in Sustainable Food Systems, 2024, 7: 1326102.

[36] LI S, HU N N, ZHU J Y, et al. Influence of modification methods on physicochemical and structural properties of soluble dietary fiber from corn bran[J]. Food Chemistry, 2022, 14: 100298.

[37] GAO X, YI X Z, PEI Z S, et al. Modification of coconut insoluble dietary fiber by enzymatic extraction and high-pressure homogenization: physicochemical property changes and inhibitory effects on pancreatic lipase acti-vity[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2025, 310: 143280.

[38] WANG D W, LIU X W, WANG K, et al. Impact of non-thermal modifications on the physicochemical properties and functionality of Litchi pomace dietary fibre[J]. LWT-Food Science and Technology, 2023, 182: 114878.

[39] SUN H X, GE W B, SONG D A, et al. Structure, physicochemical and adsorption properties of insoluble dietary fiber from Lycium barbarum residue: a potential functional factor[J]. Food Bioscience, 2024, 61: 104703.

[40] PENG F, REN X, DU B, et al. Structure, physicochemical property, and functional activity of dietary fiber obtained from pear fruit pomace (Pyrus ussuriensis Maxim) via different extraction methods[J]. Foods, 2022, 11(14): 2161.

Effects of Ultrasound-Assisted Combined Enzymatic Modification on Physicochemical and Functional Properties of Dietary Fiber from Pitaya Peel

LIN Jukun1,2, HE Yunhua1,2,4, LING Zhengwei1, BAI Kunyu1, CHEN Meifang1, SONG Bingbing1,2,ZHAO Qiaoli1,2, WANG Zhuo1,2,3,*, ZHONG Saiyi1,2,*

(1.College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University/Guangdong Sub-Tropical Fruit and Vegetable Processing Technology Innovation Center/Guangdong Province Engineering Laboratory for Marine Biological Products, Zhanjiang 524088, China;2. China Agricultural Technology Association Guangdong Suixi Pitaya Science and Technology Backyard,Zhanjiang 524088, China;3. Guangdong Province Key Laboratory of Agricultural Product Processing,Guangzhou 510610, China;4. Guangdong Meichen Biotechnology Co., Ltd.,Zhanjiang 524088, China)

Abstract： To enhance the high-value utilization of pitaya processing by-products, pitaya peel was used as the raw material to optimize the preparation process of dietary fiber modified by ultrasound-assisted combined enzymatic modification using response surface methodology. The effects of modification on the nutritional and bioactive components, structural characteristics, physicochemical properties, and functional properties of pitaya peel powder were systematically analyzed. The results showed that the optimal conditions were determined as follows: cellulase addition of 2.5%, xylanase addition of 2.0%, ultrasonic time of 43 min, and ultrasonic power of 300 W. The mass ratios of protein, lipid, and ash in the modified powder exhibited no significant changes, while the mass ratios of cellulose, hemicellulose, and lignin decreased significantly (P<0.05). The mass fraction of soluble dietary fiber (SDF) increased markedly from (10.67±0.31) g/100 g to (26.63±0.13) g/100 g, and the total dietary fiber content reached (72.41±0.07) g/100 g. The modification led to partial loss of some bioactive components, with the contents of flavonoids, betacyanins, and total phenolics decreasing by 22.22%, 14.37%, and 5.73%, respectively. The ultrasound-assisted combined enzymatic modification significantly improved the water-holding capacity [(5.75±0.06) g/g], oil-holding capacity [(3.30±0.12) g/g], swelling capacity [(15.33±0.76) mL/g], and solubility (51.00%±0.31%) of the pitaya peel powder (P<0.05). Structural characterization revealed that the modified dietary fiber acquired a loose and porous morphology, with enhanced thermal stability, while the main structure of the dietary fiber remained intact. Furthermore, the modified dietary fiber showed significantly increased glucose adsorption capacity, α-amylase inhibitory activity, and sodium cholate and cholesterol adsorption capacities (P<0.05). In conclusion, the ultrasound-assisted combined enzymatic modification synergistically enhanced the physicochemical and functional properties of dietary fiber from pitaya peel, providing a theoretical basis for its high-value application in functional foods.

Keywords： pitaya peel; dietary fiber; ultrasound-assisted enzymatic method; physicochemical properties; functional properties

doi：10.12301/spxb202500441

文章编号：2095-6002(2026)02-0197-13

引用格式：林举坤,何运华,凌正伟,等. 超声辅助复合酶改性对火龙果皮膳食纤维理化特性与功能活性的影响[J]. 食品科学技术学报,2026,44(2):197-209. LIN Jukun,HE Yunhua,LING Zhengwei, et al. Effects of ultrasound-assisted combined enzymatic modification on physicochemical and functional properties of dietary fiber from pitaya peel[J]. Journal of Food Science and Technology, 2026,44(2):197-209.

收稿日期： 2025-08-24

基金项目： 广东省科技专项资金农业技术攻关专题(2021A05198) ;广东省高校重点领域专项 (2023ZDZX2025);广东省高等学校科技创新团队项目(2021KCXTD021);湛江市海洋青年人才项目(2024R3004);广东省普通高校青年创新人才项目(2024KQNCX133);广东省农产品加工重点实验室开放课题(202407)。

Foundation： Guangdong Provincial Science and Technology Special Fund for Agricultural Technology Research (2021A05198);Special Funds for Universities in Guangdong Province in the Key Areas (2023ZDZX2025);Innovative Team Program of High Education of Guangdong Province (2021KCXTD021);Zhanjiang Marine Youth Talent Project (2024R3004);Guangdong Provincial Department of Education as a Scientific Research Project (2024KQNCX133);Key Laboratory of Functional Food of Ministry of Agriculture and Guangdong Provincial Key Laboratory of Agricultural Products Processing Open Project (202407).

第一作者： 林举坤,男,硕士研究生,研究方向为食品加工与安全。

*通信作者： 汪 卓,男,讲师,博士,主要从事海洋功能食品开发与应用等方面的研究;钟赛意,男,教授,博士,主要从事海洋生物活性物质研究与开发、特色农产品营养与功能开发等方面的研究。

中图分类号： TS201.1

文献标志码： A

(责任编辑：张逸群)