超高压处理对猕猴桃原浆膳食纤维结构及功能特性的影响

超高压处理（UHP，通常指100~600MPa的静水压处理）是一种非热加工技术，通过高压的物理作用改变猕猴桃原浆中膳食纤维的微观结构（如孔隙、结晶度、分子链构象），进而调控其持水性、持油性、吸附性、发酵性等功能特性，且因无热效应，可避免传统热加工导致的膳食纤维降解、活性损失问题。其核心作用逻辑是“高压致结构重构—结构重构促功能优化”，具体影响体现在膳食纤维的多级结构变化，以及与之对应的功能特性改变，同时这种影响存在显著的压力阈值效应。

一、超高压处理对猕猴桃原浆膳食纤维结构的调控机制

猕猴桃原浆中的膳食纤维包括水溶性膳食纤维（SDF，如果胶、低聚糖）和水不溶性膳食纤维（IDF，如纤维素、半纤维素、木质素），超高压通过破坏细胞壁结构、改变分子间作用力，实现对二者结构的差异化调控，且压力强度、保压时间、处理温度（常温）是核心影响参数。

（一）细胞壁与微观形貌的结构变化

猕猴桃原浆的膳食纤维多包裹于果肉细胞壁中，超高压的静水压作用可直接破坏细胞壁的致密结构：

细胞壁破裂与纤维解离：在200~400MPa压力下，细胞壁的果胶层（中胶层）因高压导致的水分挤压、分子间氢键断裂而解体，原本紧密结合的IDF（纤维素微纤丝）从细胞壁中解离出来，形成分散的纤维颗粒；当压力升至500~600MPa时，纤维素微纤丝的聚集态结构被进一步破坏，微纤丝束解聚为更细的单根微纤丝，纤维的比表面积大幅增加（可提升30%~50%）。

孔隙结构与表面形貌改变：未处理的膳食纤维表面光滑、孔隙少且孔径小；经300~400MPa处理后，纤维表面因高压的挤压-松弛效应形成大量不规则的微孔、沟壑，孔径从纳米级扩展至微米级，孔隙率提升40%以上；过高压力（＞600MPa）会导致孔隙塌陷，反而降低比表面积与孔隙率。

颗粒粒径分布变化：超高压的剪切与挤压作用使膳食纤维颗粒发生细化，粒径分布从宽分布（未处理组D50约100μm）变为窄分布（400MPa处理组D50约50μm），且SDF的粒径更小（＜10μm），分散性显著提升，避免了纤维颗粒的团聚。

（二）分子结构与晶型特征的变化

超高压通过改变分子间作用力（氢键、范德华力、疏水作用），调控膳食纤维的分子构象与结晶度：

结晶度降低：IDF中的纤维素具有典型的Ⅰ型结晶结构，未处理组结晶度约35%~40%；经300~500MPa处理后，高压破坏了纤维素分子链的规整排列，结晶区向无定形区转化，结晶度降至20%~25%；无定形区比例增加使纤维的亲水性位点暴露，为功能特性提升奠定结构基础。

分子链构象变化：水溶性膳食纤维（如果胶）的分子链在常压下呈卷曲状，超高压（200~300MPa）可使卷曲的分子链舒展，暴露出更多的羧基、羟基等极性基团；同时，高压促进果胶分子的部分酯键水解，生成低酯化度果胶，分子链的亲水性与凝胶性增强；但压力＞500MPa时，果胶分子链会发生断裂，生成小分子片段，降低其聚合度。

化学键与官能团变化：超高压为物理作用，不会破坏膳食纤维的共价键（如糖苷键、C-C键），仅改变分子间的非共价键，因此可保留纤维的基本化学结构；红外光谱分析显示，处理后膳食纤维的羟基（-OH）、羧基（-COOH）特征峰强度增强，表明这些极性基团的暴露量增加，而木质素的芳香环结构无明显变化，保证了IDF的结构稳定性。

（三）SDF与IDF的比例重构

超高压处理可促进部分IDF向SDF转化，改变二者的比例：

未处理的猕猴桃原浆中，SDF占总膳食纤维（TDF）的比例约15%~20%；经300~400MPa、保压10~15min处理后，IDF中的半纤维素因高压作用发生部分降解，且纤维素微纤丝表面的亲水基团被激活，与水分子的结合能力提升，使SDF比例升至25%~30%。

这种转化的核心机制是：高压破坏IDF的致密结构，使部分难溶性的半纤维素、纤维素片段从纤维基质中脱落，且分子链的水化能力增强，从而转变为水溶性组分；但保压时间过长（＞20min）会导致SDF的分子链过度降解，反而使SDF比例下降。

二、超高压处理后膳食纤维功能特性的改变（与结构变化的关联）

膳食纤维的功能特性直接依赖其结构特征，超高压导致的结构重构使猕猴桃原浆膳食纤维的核心功能特性呈现“先提升后下降”的压力依赖性，适宜的压力区间为300~400 MPa。

（一）持水性与溶胀性：随孔隙率与亲水基团暴露量提升而增强

持水性是膳食纤维吸附并保留水分的能力，溶胀性则反映其吸水后的体积膨胀程度，二者均与纤维的比表面积、孔隙结构、亲水基团数量正相关：

未处理组膳食纤维的持水性约5~7g/g，溶胀性约8~10mL/g；经300MPa处理后，因纤维表面微孔增加、亲水基团（-OH、-COOH）暴露，持水性升至8~10g/g，溶胀性升至12~15mL/g；400MPa处理组达到峰值（持水性10~12g/g，溶胀性15~18mL/g）。

当压力＞500MPa时，孔隙塌陷、纤维颗粒过度细化导致团聚，持水性与溶胀性反而下降（持水性降至7~8g/g，溶胀性降至10~12mL/g）；保压时间过久（＞20min）也会因分子链断裂，使亲水基团的结合位点减少，降低持水与溶胀能力。

应用层面：持水性提升可改善猕猴桃原浆的黏稠度与口感，减少加工过程中的水分流失；溶胀性增强则利于膳食纤维在肠道内吸水膨胀，增加饱腹感，提升其生理功能价值。

（二）持油性与吸附性：依赖比表面积与疏水位点的协同作用

持油性反映膳食纤维吸附油脂的能力，吸附性则包括对胆固醇、胆酸盐、重金属离子的吸附，核心关联纤维的比表面积与疏水/离子结合位点：

1. 持油性：未处理组持油性约3~4g/g，300~400MPa处理后，纤维的微孔结构与疏水基团（如木质素的芳香环）暴露量增加，持油性升至5~6g/g，可吸附原浆中的游离油脂，改善原浆的乳化稳定性；压力＞500MPa时，孔隙塌陷导致持油性回落至4~5g/g。

2. 吸附性：

对胆固醇/胆酸盐的吸附：依赖纤维的阴离子基团（-COOH）与胆固醇的疏水作用，300MPa处理后，果胶的低酯化度使-COOH含量增加，胆固醇吸附率从未处理的20%~25%升至35%~40%，胆酸盐吸附率从25%~30%升至40%~45%；

对重金属离子（如Pb²+、Cd²+）的吸附：依赖纤维的羧基、羟基与金属离子的螯合作用，400MPa处理组吸附率可达未处理组的1.5~2倍，且吸附速率更快（因位点暴露更充分）。

（三）凝胶性与流变特性：水溶性膳食纤维重构后的核心变化

猕猴桃原浆中的果胶（SDF）是凝胶形成的核心物质，超高压对其分子链的调控直接影响凝胶特性：

未处理的果胶因分子链卷曲、酯化度高，凝胶强度低（弹性模量G’约500Pa），且凝胶形成时间长；经200~300MPa处理后，果胶分子链舒展、酯化度适度降低，凝胶强度升至800~1000Pa，凝胶网络更致密、均匀，且形成温度降低（常温即可成胶）。

压力＞400MPa时，果胶分子链断裂，聚合度下降，凝胶强度反而降低（G’降至600~700Pa），凝胶易出现析水现象；这种凝胶特性的优化可改善猕猴桃原浆的加工稳定性（如抗分层、抗沉降），提升产品的货架期。

（四）发酵性与生理活性：依赖水溶性膳食纤维比例与分子结构

膳食纤维的发酵性指其在肠道内被益生菌降解的能力，直接关联短链脂肪酸（SCFA）的生成量，是其生理活性的核心体现：

300~400MPa处理后，SDF比例提升且分子链更易被益生菌（如双歧杆菌、乳酸菌）利用，肠道发酵产生的乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸总量比未处理组增加30%~40%；其中丁酸（肠道细胞的主要能量来源）的生成量提升为显著（约50%）。

IDF的结晶度降低也使其更易被肠道微生物分解，进一步提升发酵效率；而过高压力（＞500MPa）导致的SDF分子链过短，会使发酵速率过快，短链脂肪酸生成峰值提前且持续时间缩短，降低生理功效。

生理活性层面：发酵产物的增加可降低肠道pH值，抑制有害菌生长，同时膳食纤维的持水膨胀作用可促进肠道蠕动，改善便秘，超高压处理后的膳食纤维这些生理功能均得到强化。

（五）体外消化特性：结构细化提升消化耐受性

未处理的膳食纤维因颗粒大、结构致密，在模拟胃肠道消化液中易团聚，难以与消化酶充分接触；经300~400MPa处理后，纤维颗粒细化、比表面积增加，虽消化酶对其降解率无显著提升（膳食纤维本身不可消化），但可均匀分散于消化液中，避免因团聚导致的肠道局部浓度过高，同时延长其在肠道内的停留时间，充分发挥吸附、发酵等功能。

三、超高压处理的工艺参数优化与实际应用考量

为极大化提升猕猴桃原浆膳食纤维的功能特性，需精准控制工艺参数，同时兼顾原浆的整体品质：

压力强度：适宜的区间为300~400MPa，此压力下膳食纤维的结构重构最充分，功能特性达到峰值；压力＜200MPa时结构改变不显著，＞500MPa则导致结构破坏、功能下降。

保压时间：适宜为10~15min，保压时间过短（＜5min）结构破坏不充分，过长（＞20min）易导致分子链降解。

辅助条件：常温（20~25℃）处理即可，无需升温（超高压的绝热升温＜5℃，可忽略）；原浆的固形物含量控制在10%~15%，过高会因物料黏稠导致压力传递不均，结构改变不一致。

品质保留：超高压处理无热效应，可同步保留猕猴桃原浆中的维生素C、多酚等热敏性物质，使膳食纤维的功能特性与原浆的营养特性协同提升，优于热加工（如热打浆）仅提升膳食纤维功能但损失营养的弊端。

超高压处理对猕猴桃原浆膳食纤维的影响核心是“物理致结构重构，结构定功能特性”，关键要点可归纳为：

结构变化核心：超高压通过破坏细胞壁、降低结晶度、暴露亲水/疏水基团、提升SDF比例，实现膳食纤维的结构优化，合适的压力区间为300~400MPa；

功能特性关联：结构重构使持水性、持油性、吸附性、凝胶性、发酵性等核心功能特性显著提升，且与结构参数（比表面积、孔隙率、亲水基团数量）呈正相关，过高压力则导致功能下降；

应用价值：超高压在优化膳食纤维功能的同时，保留了原浆的热敏性营养成分，兼顾工艺性与营养性，为猕猴桃原浆的深加工（如功能性饮品、代餐粉）提供了高效的非热加工方案。

这种“结构-功能”的关联规律，也为其他果蔬原浆膳食纤维的超高压改性提供了参考，核心是根据膳食纤维的类型（SDF/IDF占比）调整压力参数，实现结构与功能的精准调控。

本文来源于北京厚德锦麟生态科技有限公司官网 http://www.houdejinlin.com/