超微粉碎對棗渣理化性質(zhì)的影響

張江寧，丁衛(wèi)英，楊春（山西省農(nóng)業(yè)科學研究院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，山西太原030031）

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超微粉碎對棗渣理化性質(zhì)的影響

張江寧，丁衛(wèi)英，楊春*
（山西省農(nóng)業(yè)科學研究院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，山西太原030031）

摘要：研究超微粉碎對棗渣微粉粒徑、微觀結(jié)構(gòu)以及理化特性的影響，結(jié)果表明超微粉碎棗渣微細化程度提高，完整的細胞結(jié)構(gòu)減少，裂片增加，可溶性膳食纖維比例提高，持水性、溶脹性、吸附油脂、膽固醇、膽酸鈉能力增強，其中對飽和脂肪的吸附能力高于不飽和脂肪的吸附能力；在酸性條件下（模擬胃pH環(huán)境）吸附膽固醇的能力較強，包括化學吸附和物理吸附；吸附膽酸鈉的能力受膽酸鈉濃度的影響，高濃度促進吸附，存在一種動態(tài)平衡。

關(guān)鍵詞：棗渣；超微粉碎；理化性質(zhì)

棗渣是棗酒、棗汁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有水、細胞碎片和豐富膳食纖維的副產(chǎn)物［1］，膳食纖維含量占干基的60%左右，但口感粗糙、難以消化、苦澀等不良特性影響其利用及發(fā)展，在加工過程中，占原料80%以上的棗渣被廢棄［2］，既浪費又造成環(huán)境污染。膳食纖維具有預防便秘和結(jié)腸癌、預防心血管疾病、治療肥胖癥等功效［3］。

超微粉碎是用機械或流體動力的方法克服固體內(nèi)部凝聚力使之破碎的方法，顆粒的破碎導致表面積和孔隙率變化，降低粗糙感，改善原料的適口性［4］，同時超微粉體具備獨特的物理化學性質(zhì)，大量研究表明超微粉碎可以改變物質(zhì)的溶解性、吸附性等理化特性。陳菊紅等研究發(fā)現(xiàn)超微粉碎馬鈴薯渣持油力比處理前提高了45.8%，膨脹力、持水力分別提高156.2%、31.4%［5-6］；黃晟等對麥麩膳食纖維超微粉碎后發(fā)現(xiàn)水溶性膳食纖維含量、膨脹力、重金屬離子吸附能力增加，持水力、持油力減小，膽固醇吸附能力略有下降而陽離子交換能力略有上升［7］。雖然目前對超微粉碎及其產(chǎn)品性質(zhì)的應用研究較廣泛，但是對棗渣進行超微粉碎的研究較少，對其吸附性、溶解性等理化特性的研究鮮見報道。

為提高棗渣利用率，開發(fā)棗渣功能食品，本研究以棗渣為原料研究超微粉碎對棗渣可溶性膳食纖維含量、持水性、溶脹性、吸附油脂、膽固醇、膽酸鈉能力的影響。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1材料

紅棗、新鮮雞蛋、豬油：市售；花生油：煙臺龍源油食品有限公司。

膽固醇、膽酸鈉均為生化試劑；鄰苯二甲醛、無水乙醇、冰醋酸、硫酸、糠醛均為分析純。

1.1.2儀器

HM-7010超微粉碎機：北京環(huán)亞天元機械技術(shù)有限公司；721型紫外分光光度計：上海佑科儀器儀表有限公司；BS110S分析天平、SHA-CA數(shù)顯恒溫震蕩器：常州郎越儀器制造有限公司；JSM-35C掃描電鏡：日本電子（JEOL）公司；Microtrac S3500激光粒度儀：美國麥奇克公司。

1.2方法

1.2.1樣品制備

棗果→去核→烘干→破碎→水提兩次→過濾→殘渣→烘干→分別設定超微粉碎機吸風頻率為40、30、20 Hz進行超微粉碎得到樣品A、B、C。

1.2.2棗渣微粉的粒徑測定

取適量的棗渣微粉置于激光粒度儀容器中，采用乙醇作為分散劑，測定粒徑大小及粒徑分布。

1.2.3棗渣微粉微觀結(jié)構(gòu)的變化研究

將選取的樣品用雙面膠帶紙黏附于銅樣臺上，對斷面噴金。置于掃描電鏡下觀察并攝影，加速25 kV電壓，對其超微結(jié)構(gòu)進行觀察。

1.2.4可溶性膳食纖維含量、不溶性膳食纖維含量、總膳食纖維含量的測定

參考GB/T5009.88-2008《食品中膳食纖維的測定》進行測定。

1.2.5持水力測定方法

參考Esposito的方法［8］。準確稱取樣品1 g，放入試管中，加入25 mL蒸餾水，搖勻后于室溫條件下放置1 h，然后在4 000 r/min離心30 min，除去上清液，稱量濕樣品質(zhì)量，計算持水力。

WHC/（g/g）＝（濕樣品質(zhì)量－干樣品質(zhì)量）/干樣品質(zhì)量

1.2.6溶脹性測定方法

準確稱取膳食纖維樣品1 g，置于量筒中，加入25 mL水，振蕩均勻后，室溫放置24 h。測定樣品在試管中的自由膨脹體積，計算溶脹性。

SW/（mL/g）＝（膨脹后體積－干品體積）/樣品干質(zhì)量

1.2.7膳食纖維對不飽和脂肪吸附作用的測定［9］

按Sangnark的方法進行分別取1.5 g（W1）膳食纖維于離心管中，加入食用花生油12 g，37℃靜置1 h，4 000 r/min離心20 min，去掉上層油，殘渣用濾紙吸干游離的花生油，稱重得W2。

1.2.8膳食纖維對飽和脂肪吸附作用的測定［10］

按Sangnark的方法進行分別取1.0 g（W1）膳食纖維于離心管中，加入豬油10g，37℃靜置1h，4000r/min離心20 min，去掉上層油，殘渣用濾紙吸干游離的豬油，稱重得W2。

1.2.9膳食纖維對膽固醇吸附作用的測定

取市售鮮雞蛋的蛋黃，用9倍量蒸餾水充分攪打成乳液。分別取1.0 g樣品于200 mL的三角瓶中，加入25 g稀釋蛋黃液，攪拌均勻，調(diào)節(jié)體系pH至2.0和7.0，置搖床中，37℃振蕩2 h，4 000 r/min下離心20 min，吸取1 mL上清液，采用鄰苯二甲醛法［11］在550 nm下比色測定膽固醇含量。

樣品對膽固醇的吸附量＝（吸附前蛋黃液中膽固醇量－吸附后上清液中膽固醇量）/樣品重量。

1.2.10膳食纖維對膽酸鈉吸附作用的測定

在250 mL錐形瓶中加入含0.2 g（或0.3 g）膽酸鈉的0.15 mol/L的NaCl溶液100 mL，pH為7.0，分別加入膳食纖維1.0 g，攪拌均勻，37℃振搖2 h，4 000 r/min離心20 min，準確取1 mL測定殘余膽酸鈉的量，根據(jù)反應前后的濃度差別計算吸附量，同時做空白試驗。膽酸鈉測定方法：采用糠醛比色法測定［12］。

2　結(jié)果與分析

2.1棗渣微粉的粒徑測定

超微粉碎機利用滾輪與磨槽的碾磨作用實現(xiàn)了產(chǎn)品的微細化處理，通過控制風機頻率調(diào)整風量，帶動不同重量的粉末，從而達到對微細粉末細度的分選。風機頻率越高，粒徑越大，風機頻率越低，粒徑越小。通過改變吸風頻率得到的3種微粉樣品，隨著吸風頻率的降低，棗渣微粉A、B、C的平均粒徑d（0.5）減小，分別為138.4、89.58、36.45 μm，粒徑的分布范圍也變窄，說明粉體的微細化程度逐漸提高，均勻性更好

2.2棗渣微粉微觀結(jié)構(gòu)的變化研究

超微粉碎后樣品的顆粒狀態(tài)見圖1。

圖1　棗渣微粉電鏡掃描圖Fig.1 The scanning of jujube residues micro powders

由圖1可以發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象，在強剪切力作用下一般整體斷裂成若干小塊。但棗渣微粉B的小顆粒仍較完整保留了原有大顆粒的局部形狀和表面特征，無明顯變形出現(xiàn)。隨著微細化程度的增加，從棗渣微粉C的微觀形貌中觀察細胞逐漸破裂，完整的細胞結(jié)構(gòu)逐漸減少，裂片逐漸增加，大的細胞群結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞，碎片呈現(xiàn)不規(guī)則的狀態(tài)，可看到粒子之間形成了明顯的粒子團，這可能是由于破壁后細胞內(nèi)水分及油分遷出使微粒表面呈現(xiàn)半濕潤狀態(tài)而引起的。因此超細粉碎會顯著改善產(chǎn)品的口感。

2.3棗渣微粉膳食纖維含量的測定

粉碎處理對膳食纖維含量的影響見表1。

表1　粉碎處理對膳食纖維含量的影響Table 1 Effects of ultrafine comminution on contents of soluble and insoluble dietary fiber

由表1可知物料A、B、C可溶性膳食纖維比例分別為5.9%、7.22%、8.56%，呈升高趨勢，不溶性膳食纖維比例分別為93.1%、91.78%、91.44%，逐漸降低，說明粉碎處理后，膳食纖維成分重新分布，在各種強剪切力作用下，部分半纖維素以及不溶性果膠類物質(zhì)發(fā)生連接鍵斷裂，轉(zhuǎn)化為水溶性聚合物，物料微細化程度越高，轉(zhuǎn)化程度越高［13］。研究表明膳食纖維中的可溶性纖維與不溶性纖維比例是影響其營養(yǎng)品質(zhì)與生物活性的主要指標［14］。

2.4超微粉碎對棗渣微粉持水性與溶脹性的影響

超微粉碎對棗渣微粉持水性與溶脹性的影響見圖2。

圖2　超微粉碎對棗渣微粉持水性與溶脹性的影響Fig.2 Effects of ultrafine comminution on water-holding capacity and swelling capacity of jujube residue micro powder

由圖2可知，棗渣微粉A、B、C的持水性分別為2.64、2.7、3.4 g/g，溶脹性分別為1.98、2.13、2.8 mL/g，棗渣微粉C與棗渣微粉A、B相比有了顯著增加，可見隨著微細化程度的增加，持水性、溶脹性增大，推其原因是物料粒度減小，纖維素可吸水的表面積增加，其致密的組織結(jié)構(gòu)變疏松［15］。

2.5超微粉碎對棗渣微粉吸油力的影響

超微粉碎對棗渣微粉吸油力的影響見圖3。

圖3　超微粉碎對棗渣微粉吸油力的影響Fig.3 Effects of ultrafine comminution on oil-holding capacity of jujube residue micro powder

由圖3可知，棗渣微粉A、B、C對飽和脂肪吸附能力為1.27、1.64、1.78 g/g，對不飽和脂肪的吸附能力為0.99、1.19、1.3 g/g，隨著微細化程度的提高，對飽和脂肪和不飽和脂肪的吸附能力有所增強但不顯著，對飽和脂肪的吸附能力高于不飽和脂肪。對油脂的吸附主要是物理吸附，因此吸油力的增強與其比表面積增加有關(guān)。但另一方面，粉碎破壞了纖維基質(zhì)致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原本容留在內(nèi)部空隙的油脂脫離出來，兩種相反的作用同時存在［16-17］。

2.6超微粉碎對棗渣微粉吸附膽固醇能力的影響

超微粉碎對棗渣微粉吸附膽固醇能力的影響見圖4。

圖4　超微粉碎對棗渣微粉吸附膽固醇能力的影響Fig.4 Effects of ultrafine comminution on cholesterol adsorption of jujube residue micro powder

由圖4可見，通過模擬人體胃腸環(huán)境的pH條件研究對膽固醇的吸附，當pH=2時，棗渣微粉A、B、C的吸附量分別為21.5、27.53、32.39 mg/g是pH=7時的4.59、4.09、3.75倍，無論pH=2還是pH=7，棗渣微粉C的吸附能力最強。由此推斷體系的酸堿度對膳食纖維吸附膽固醇的能力有較大的影響，說明膳食纖維對膽固醇的吸附存在一定的化學吸附。較高pH條件下（模擬小腸pH環(huán)境），更多的陰離子帶負電荷，吸附膽固醇的能力較弱，在酸性條件下（模擬胃的pH環(huán)境），吸附膽固醇的能力較強；另一方面隨著微細化程度的增加，吸附能力上升，這說明同時存在物理吸附，這與前面持水性、溶脹性、吸附油脂的能力得出的結(jié)論一致［18-20］。

2.7超微粉碎對棗渣微粉吸附膽酸鈉能力的影響

超微粉碎對棗渣微粉吸附膽酸鈉能力的影響見圖5。

圖5　超微粉碎對棗渣微粉吸附膽酸鈉能力的影響Fig.5 Effects of ultrafine comminution on sodium cholateadsorption of jujube residue micro powder

由圖5可知，棗渣微粉A、B、C在膽酸鈉濃度為3 mg/mL時吸附量分別為66.02、82.47、115.84 mg/g是濃度為2 mg/mL的4.62、2.42、3.09倍，且隨著微細化程度提高，吸附膽酸鈉能力增強。由此推斷膽酸鈉濃度對膳食纖維的吸附作用有較大的影響，高濃度下膳食纖維對膽酸鈉的吸附能力均高于低濃度下的吸附能力，并提示膳食纖維對膽酸鹽的吸附可能存在一種動態(tài)平衡，當體系的濃度很高時促進吸附；濃度較低時，吸附能力較低。

3　討論

超微粉碎對棗渣進行干法粉碎，物料受到強烈的壓力、剪切力和摩擦力等綜合作用力，膳食纖維組成成分發(fā)生了變化，長鏈發(fā)生斷裂，短鏈增加，表面積增大，物理吸附能力增加。另一方面，經(jīng)過超微粉碎后，粉體的均勻性更好，羧基、羥基等基團更充分的暴露出來，與離子接觸也更充分，這又使棗渣化學吸附能力改變。從本試驗結(jié)果可知，在多種作用影響下，隨著棗渣粒徑的減小，微細化程度的增加，棗渣可溶性膳食纖維比例提高，持水性、溶脹性、吸附油脂、膽固醇、膽酸鈉能力均有不同程度的增強。

本文首次研究了超微粉碎對棗渣理化性質(zhì)的影響，但由于棗渣中除膳食纖維還有蛋白質(zhì)、淀粉、灰分等其它物質(zhì)，因此在吸附過程中這些物質(zhì)參與發(fā)揮作用有待進一步研究，將棗渣微粉吸附特性運用于棗渣加工特性及食用品質(zhì)改良、功能性食品開發(fā)方面的研究也待進一步發(fā)展。

4　結(jié)論

1）棗渣通過改變超微粉碎機吸風頻率為40、30、20 Hz進行超微粉碎得到平均粒徑d（0.5）為138.4、89.58、36.45 μm的棗渣微粉A、B、C，棗渣微細化程度增加。從微觀形態(tài)觀察，隨著微細化程度提高，完整的細胞結(jié)構(gòu)逐漸減少，裂片逐漸增加，碎片呈現(xiàn)不規(guī)則的狀態(tài)。

2）棗渣微粉A、B、C可溶性膳食纖維比例分別為5.9%、7.22%、8.56%，有顯著提高；持水性分別為2.64、2.7、3.4 g/g，溶脹性分別為1.98、2.13、2.8 mL/g，呈升高趨勢。

3）超微粉碎可提高棗渣吸附油脂、膽固醇、膽酸鈉的能力，對飽和脂肪的吸附能力高于不飽和脂肪的吸附能力；吸附膽固醇的能力包括化學吸附和物理吸附，受環(huán)境pH條件的影響；吸附膽酸鈉的能力受膽酸鈉濃度的影響，高濃度高于低濃度的吸附能力，存在一種動態(tài)平衡。

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Effects of Ultrafine Comminution on Physicochemical Properties of Jujube Fruit Residues

ZHANG Jiang-ning，DING Wei-ying，YANG Chun*
（Institute of Agriculture Products，Shanxi Academy of Agriculture Science，Taiyuan 030031，Shanxi，China）

Abstract：Jujube fruit residues was ultrafine pulverized and its physicochemical properties were studied. The result showed that the content of soluble dietary fiber，water-holding capacities and swelling capacities，oilholding capacities，cholesterol adsorption capacities increased while the sizes of the micro powders less，The oil-holding capacities were increased slightly. The cholesterol adsorption capacities of jujube fruit residues in acerbic were higher than that in alkaline，including physical and chemical absorption. The sodium cholate adsorption capacities were accelerated by higher initial concentrations of bile acid .

Key words：jujube fruit residues；ultrafine comminution；physicochemical property

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.09.028

基金項目：山西省科技攻關(guān)項目（20130311032-2）；山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新研究（CXKT1510）

作者簡介：張江寧（1981—），女（漢），助理研究員，碩士，研究方向：食品科學。

*通信作者

收稿日期：2015-01-09