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    超微粉碎對蘋果膳食纖維理化性質及羥自由基清除能力的影響

    [導讀]以蘋果膳食纖維為原料,經粗粉碎和不同時間(1、3、5、10、20、30 min)的超微粉碎,得到粗粉和6 種不同粒度的蘋果膳食纖維,測定其理化性質和羥自由基清除能力,并利用激光粒度儀、掃描電子顯微鏡對不同的蘋果膳食纖維粉進行粒徑測定和結構觀察,探究超微粉碎時間對蘋果膳食纖維理化性質、微觀結構及羥自由基清除能力的影響。

    蘋果(Malus pumila Mill.)屬于薔薇科蘋果屬,落葉喬木 [1] ,在我國栽培種植面積達233.33萬 hm 2 ,總產量達4 000萬 t以上 [2] 。蘋果的種植區域集中、產量大,但加工產業單一,加工品主要以濃縮蘋果汁為主(占加工蘋果原料的95%)。每生產1 t濃縮蘋果汁就會產生0.8 t的濕蘋果渣,其中1/3會用于飼料、肥料 [3-5] ,其余基本被廢棄,既污染環境又使資源得不到有效利用。因此,如何拓展蘋果深加工產業空間、增加蘋果加工產業的附加值、實現蘋果果實的充分利用變得尤為重要。蘋果渣主要包括果皮、果籽、果柄、果肉等蘋果榨汁加工后的副產物,其中也含有酚類物質、多糖、果膠、膳食纖維等多種營養活性物質 [6-7] ,蘋果皮中的膳食纖維是蘋果果肉的11 倍。膳食纖維被稱為人體的“第七營養素”,是不被人體消化酶分解且具有維持身體血糖、血脂、蛋白質水平,預防結腸癌、糖尿病等重要生理功能的有機高分子化合物。膳食纖維的吸水膨脹性可增加大腸中糞便的體積,降低致癌因子的濃度;其持油性可減少人體對脂肪的吸收,避免體內積累吸收過多的脂肪;其陽離子交換能力可使膳食纖維與腸道中的K + 、Na + 進行交換,使得K + 、Na + 更多地隨糞便排出,降低血液中的Na + 與K + 的比值,從而產生降血壓的作用 [8-13] 。將蘋果渣中的膳食纖維加以提取利用,可延長蘋果加工的產業鏈,提高蘋果果實的附加值。

    超微粉碎是指利用機械或流體動力的方法將物料的粒度粉碎至10 μm以下,甚至達到1 μm的超微米水平的過程 [14-16] 。超微粉碎作為一種食品物料加工新技術,可改善傳統粉碎粉體的功能性質,使其呈現出更優良獨特的吸附性、流動性等性質 [17-19] ,因此得到了廣泛的研究超微粉碎膳食纖維的相關研究目前集中在獼猴桃渣膳食纖維 [10] 、甘薯膳食纖維 [9] 、大豆豆皮膳食纖維 [8] 等方面,但是對蘋果渣膳食纖維的研究并不多。劉素穩等 [20] 研究了干法超微粉碎對蘋果渣纖維物性的影響,測定了不同粒徑的蘋果渣纖維的流體性質和脂肪酸吸收能力、膽汁酸的吸附能力等。結果表明:干法超微粉碎使蘋果渣纖維的結構發生整體性變化,但聚合物的結晶狀態未發生改變;超微粉碎后蘋果渣纖維的流動性增強,對膽固醇的吸附能力、水溶性增強;但持水力、膨脹力下降,脂肪酸吸附能力、陽離子交換能力和膽汁酸的吸附能力下降,對NO 2- 吸附能力變化不大。

    本 研 究 以 蘋 果 膳 食 纖 維 為 原 料 , 將 干 燥 后的 蘋 果 膳 食 纖 維 經 粗 粉 碎 后 , 經 冷 凍 機 械 式 超微 粉 碎 機 粉 碎 不 同 時 間 ( 1 、 3 、 5 、 1 0 、 2 0 30 min),得到蘋果膳食纖維粗粉和6 種不同粒徑分布的蘋果膳食纖維超微粉,研究超微粉碎對蘋果膳食纖維理化性質及羥自由基清除能力的影響,為蘋果加工方式的拓展及蘋果渣的有效利用提供理論依據。

    1  材料與方法

    1.1  材料與試劑

    澳洲青蘋購于陜西恒通農業科技發展有限公司,以無病蟲害、機械損傷、腐爛的原料作為實驗材料。NaOH、NaCl、HCl、FeSO 4 、H 2 O 2 、乙醇、95%酚酞、水楊酸、α-淀粉酶、木瓜蛋白酶均為國產分析純。

    1.2  儀器與設備

    Mastersizer 2000型激光粒度分析儀  英國馬爾文儀器有限公司;UV-2500紫外-可見分光光度計  日本島津有限公司;S-4800場發射掃描電子顯微鏡  日本日立高新技術公司;Vetex70傅里葉變換紅外光譜儀  德國布魯克公司;高速萬能粉碎機  天津泰斯特儀器有限公司;LWF6型貝利微粉機  濟南龍微制藥設備有限公司;3K15型高速冷凍離心機  美國Sigma公司。

    1.3  方法

    1.3.1  膳食纖維粉碎處理

    新鮮蘋果清洗榨汁留渣,蘋果渣在100 ℃下進行熱燙護色4 min,在料液比1∶20的條件下用0.4%(質量分數,下同)的淀粉酶在65 ℃、pH 6的條件下處理60 min,再用0.4%的蛋白酶在55 ℃、pH 3的條件下處理60 min [10] ,經100 ℃熱燙15 min滅酶后,60 ℃下熱風干燥10 h,用高速萬能粉碎機進行粗粉碎,過50 目篩后獲得蘋果膳食纖維粗粉。以蘋果膳食纖維粗粉為對照(CK)組,利用低溫超微粉碎機將過篩后的蘋果膳食纖維粗粉進行不同時間的超微粉碎,分別設定粉碎時間為1、3、5、10、20、30 min,獲得蘋果膳食纖維粗粉和6 種不同粒徑分布的蘋果膳食纖維粉體,密封保存備用,分別測定7 種粉體的理化指標和羥自由基清除能力,實驗重復3 次。

    1.3.2  理化指標的測定

    粒徑測定:用Mastersizer 2000型激光粒度分析儀測定粉體的粒徑大小及分布。掃描電子顯微鏡觀察:將待測樣品進行固定,再用子濺射儀對樣品表面進行噴金,將其置于掃描電子顯微鏡下放大200 倍觀察形態。

    容積密度測定:各樣品分別被填充在質量m 1 的10 mL量筒中,混合后稱質量記為m 2 。容積密度按公式(1)計算。

    溶脹性測定:準確稱取1.00 g(m)樣品,放入帶有刻度的試管中,記錄粉體體積V 1 ,加入10 mL蒸餾水,搖勻后靜置24 h,記錄粉體體積V 2 。溶脹性按公式(2)計算。

    水溶性測定:各樣品稱質量 m 3 ,樣品 和 水 以0.02∶1.00(m/V)進行混合,于80 ℃水浴鍋中水浴30 min,取出冷卻、離心(10 min、6 000 r/min),上清液在105 ℃下烘干,稱質量m 4 [19] 。水溶性按公式(3)計算。

    持水力測定:離心管m 5 和各樣品m 6 分別稱質量,樣品和水以0.02∶1.00(m/V)混合,放在60 ℃水浴鍋中水浴30 min,取出冷卻、離心(20 min、5 000 r/min),傾倒除去上清液,稱質量m 7 [20] 。

    陽離子交換能力測定:稱取0.5 g樣品,加0.1 mol/LHCl溶液10 mL,搖勻,室溫放置24 h后用濾紙過濾,用蒸餾水反復清洗除去多余的HCl溶液,將殘渣轉移到三角瓶中,加入100 mL 15% NaCl溶液,磁力攪拌30 min,以0.5%酚酞-乙醇溶液作為指示劑,用0.1 mol/L NaOH溶液進行滴定。用蒸餾水代替HCl溶液,測定空白消耗的NaOH溶液的體積 [21] 。陽離子交換能力按公式(5)計算。

    式中:V 0 為樣品消耗的NaOH溶液體積/mL;V 1 為空白消耗的NaOH溶液體積/mL;m為樣品干質量/g;0.1為NaOH溶液濃度(mol/L)。

    羥自由基清除能力的測定:采用比色法測定 [22] 。取

    0.5 mL 50 mg/mL的7 種粉體的膳食纖維溶液置于不同試管中,向各試管中加入蒸餾水3.5 mL、0.5 mL水楊酸-乙醇溶液(9.1 mmol/L)、0.5 mL Fe 2+ 溶液(9 mmol/L),最后加入5 mL H 2 O 2 (88 mmol/L),搖勻后測定510 nm波長處的吸光度A 1 。用0.5 mL蒸餾水代替Fe 2+ 溶液重復上述操作,搖勻后測510 nm波長處的吸光度A 2 。用0.5 mL蒸餾水代替0.5 mL膳食纖維溶液重復上述操作,搖勻后測510 nm波長處的吸光度A 3 。羥自由基清除率按公式(6)計算。

    1.4  數據統計與分析

    采用Excel軟件進行數據計算和作圖,采用SPSSStatistics 17.0軟件進行數據分析,采用Duncan法檢驗差異顯著性,以P<0.05表示差異顯著。

    2  結果與分析

    2.1  蘋果膳食纖維粉體的粒徑分布

    由表1中可以看出,經超微粉碎的膳食纖維粉體粒徑顯著小于粗粉(P<0.05),且隨著超微粉碎時間的延長,粉體的粒徑越來越小,不同超微粉碎時間處理之間差異顯著(P<0.05)。89.446%的粗粉粉體集中在粒徑大于100 μm的范圍內,隨著超微粉碎時間的延長,粉體在粒徑小于100 μm范圍內的分布逐漸增多,超微粉碎30 min時,91.347%的粉體粒徑分布在小于100 μm的區域。說明隨著超微粉碎時間的延長,粉體的粒徑減小,粒徑分布范圍變窄,粉體均勻性更好 [23] 。

    3  結 論

    超微粉碎可改善蘋果膳食纖維的理化性質及羥自由基清除能力。膳食纖維經超微粉碎后,粉體的粒徑顯著減小,溶脹性、水溶性、陽離子交換能力升高,羥自由基清除能力顯著增強(P<0.05),持水力、容積密度沒有發生顯著變化(P>0.05)。隨著超微粉碎時間的延長,粉體的理化指標和羥自由基清除能力有一定程度的差異。超微粉碎30 min的粉體團聚現象嚴重,溶脹性和陽離子交換能力有所降低,綜合各項理化指標,蘋果膳食纖維超微粉碎20 min總體效果最好。



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