王磊 廖晨 孟哲 王建華 閆艷華 董李學(xué) 曹慧慧
摘要?以麥麩為原料,利用蒸汽爆破技術(shù)(SE)改性麥麩膳食纖維(DF),應(yīng)用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等儀器對DF的晶體結(jié)構(gòu)和顆粒形態(tài)等進行表征。結(jié)果表明,DF經(jīng)過蒸汽爆破改性后,溶解性、持水力、持油力和膨脹力分別為50.24%、3.89?g/g、2.58?g/g和5.47?mL/g,乳化活性、乳化穩(wěn)定性和最小凝膠濃度分別為465.8?mL/L,501.2?mL/L和9.24%;DPPH、ABTS、O2·-和·OH的清除率分別為90.57%、73.68%、55.42%和44.12%。改性后DF結(jié)晶結(jié)構(gòu)未受影響,顆粒更致密,表面有明顯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果可為麥麩膳食纖維的功能改性及綜合利用提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞?麥麩;膳食纖維;蒸汽爆破;功能特性;結(jié)構(gòu)特性
中圖分類號?TS202.3文獻標識碼?A文章編號?0517-6611(2020)07-0179-03
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2020.07.051
Study?on?Functional?and?Structure?Property?of?Modified?Dietary?Fiber?from?Wheat?Bran
WANG?Lei1,2,?LIAO?Chen1,2,?MENG?Zhe1,2?et?al
(1.Tangshan?Food?and?Drug?Comprehensive?Testing?Center,?Tangshan,?Hebei?063000;2.?Hebei?Agricultural?Products?Quality?and?Safety?Testing?Innovation?Center,?Tangshan,?Hebei?063000)
Abstract?With?wheat?bran?as?raw?material,?the?modified?method?of?dietary?fiber?(DF)?by?steam?explosion?technology?(SE),?Xray?diffraction?and?scanning?electron?microscope?were?used?to?analyze?crystal?structure?and?particle?morphology?of?DF.?The?solubility,?water?holding?capacity,?oil?holding?capacity,?swelling?force,?emulsifying?activity,?emulsifying?stability?and?least?gelation?concentration?of?SEDF?were?50.24%,?3.89?g/g,?2.58?g/g,?5.47?mL/g,?465.8?mL/L,?501.2?mL/L?and?9.24%,?respectively;The?scavenging?rates?of?DPPH,?ABTS,?O2·-?and?·OH?were?90.57%,?73.68%,?55.42%?and?44.12%,?respectively.?The?morphology?of?Xray?diffraction?revealed?that?SE?could?not?change?the?crystal?structure?of?DF.?And?the?SEM?showed?that?there?was?porous?network?like?honeycomb?and?swelled?structure?of?SEDF.?The?research?can?provide?a?reference?for?functional?modifications?and?utilization?of?dietary?fiber?from?wheat?bran.
Key?words?Wheat?bran;Dietary?fiber;Steam?explosion;Functional?property;Structure?property
基金項目?河北省二期現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團隊建設(shè)項目(HBCT2018120207);河北省人才工程培養(yǎng)經(jīng)費資助科研項目(A201901128)。
作者簡介?王磊(1982—),男,河北唐山人,副研究員,從事功能配料與食品添加劑研究。通信作者,從事食品營養(yǎng)分析研究。
收稿日期?2019-12-09
膳食纖維(DF)是健康飲食不可缺少的,在保持消化系統(tǒng)健康上扮演著重要的角色,同時攝取足夠的膳食纖維也可以預(yù)防心血管疾病、癌癥、糖尿病以及其他疾病,可以清潔消化壁和增強消化功能,可稀釋和加速食物中的致癌物質(zhì)和有毒物質(zhì)的移除,保護脆弱的消化道和預(yù)防結(jié)腸癌,可減緩消化速度和最快速排泄膽固醇,可讓血液中的血糖和膽固醇控制在最理想的水平[1-6]。
植物細胞中的纖維為木質(zhì)素所粘結(jié),在高溫、高壓蒸汽作用下,纖維素結(jié)晶度提高,聚合度下降,半纖維素部分降解,木質(zhì)素軟化,橫向連結(jié)強度下降,甚至軟化可塑,當(dāng)充滿壓力蒸汽的物料驟然減壓時,孔隙中的氣體膨脹從而產(chǎn)生的“爆破”效果,可部分剝離木質(zhì)素,并將原料撕裂為細小纖維[7]。
對蒸汽爆破改性麥麩膳食纖維的功能和結(jié)構(gòu)特性進行比較分析,提出改性麥麩膳食纖維作為一種功能食品配料,在我國具有廣泛的開發(fā)應(yīng)用前景。
1?材料與方法
1.1?材料、試劑與儀器
1.1.1?材料。
麥麩,唐山盛川農(nóng)產(chǎn)品股份有限公司提供。
Control-DF:稱取300?g麥麩,加入物料7倍蒸餾水,攪拌均勻,打漿機粉碎,離心分離(時間15?min,轉(zhuǎn)速5?000?r/min),收集濾渣;利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將上清液濃縮至1/10,用70%乙醇沉淀4?h,離心,合并2次濾渣,于60?℃烘干,過60目篩備用。
SE-DF:稱取300?g麥麩,加入物料7倍蒸餾水,攪拌均勻,打漿機粉碎,選擇一定壓力下利用蒸汽爆破設(shè)備處理一定時間,離心分離(時間15?min,轉(zhuǎn)速5?000?r/min),收集濾渣;利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將上清液濃縮至1/10,用70%乙醇沉淀4?h,離心,合并2次濾渣,于60?℃烘干,過60目篩備用。
1.1.2?試劑。
過氧化氫、DPPH、水楊酸等均為分析純,北京化學(xué)試劑公司。
1.1.3?儀器。ME54TE電子分析天平(METTLER?TOLEDO有限公司);L400臺式離心機(湖南湘儀有限公司);IKA?RV3旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(艾卡(廣州)儀器設(shè)備有限公司);DHG-9023A-T電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海丙林科技有限公司);JBQ-ZDX恒溫水浴振蕩器(常州首創(chuàng)儀器設(shè)備有限公司);蒸汽爆破設(shè)備(北京化工大學(xué)自制);S-4800掃描電子顯微鏡(日本日立公司);Dmax-MSAL?12?kW高功率粉末衍射儀(北京北達燕園微構(gòu)有限公司)。
1.2?方法
1.2.1?指標測定??扇芙庑裕╓S)、持油力(OHC)的測定參照唐曉青[8]的方法;
膨脹力(SC)、持水力(WHC)的測定參照李倫[9]的方法;
乳化特性(EA)、乳化穩(wěn)定性(ES)和最小凝膠濃度(LGC)的測定參照LAN等[10]的方法;
ABTS、·OH、O2·-、DPPH自由基清除率的測定參照曹慧慧等[11]的方法。
1.2.2?X-射線衍射。
取1~2?g樣品將其裝填在玻璃制的特定樣品版的凹槽內(nèi),用平整光滑的玻璃板適當(dāng)壓緊,然后將高出樣品板表面的多余粉末刮去,如此重復(fù)1~2次,然后放入衍射儀,進行連續(xù)掃描。X-射線衍射條件:特征射線CuKα,衍射波長λ=0.154?mm,電壓40?kV,電流50?mA,掃描速率15?deg/min,發(fā)散狹縫1°,接受狹縫0.3?mm,防發(fā)散狹縫1°,測量范圍2θ=5°~60°。數(shù)據(jù)用OriginLab軟件進行分析處理。
1.2.3?電鏡掃描。
用雙面膠布將經(jīng)過粉碎的膳食纖維粘牢在鍍金臺上,鍍膜后,加速電壓12?kV的條件下用S-4800冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡進行觀察。
1.3?數(shù)據(jù)處理
采用Design-Expert?7.0?進行試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理。
2?結(jié)果與分析
2.1?麥麩DF理化特性分析
從表1可知,經(jīng)蒸汽爆破改性后的麥麩DF理化特性均有所提高。Control-DF的溶解性、持水力、持油力、膨脹力為38.71%、3.24?g/g、2.17?g/g、3.89?mL/g,SE-DF分別提高到50.24%、3.89?g/g、2.58?g/g、5.47?mL/g,分別增加了29.79%、20.06%、18.89%、40.62%。蒸汽爆破處理導(dǎo)致膳食纖維粒徑減小,不但會增加整體的比表面積,還會增加纖維表面的孔隙率,進而強化毛細作用。同時,纖維素、半纖維素等大分子物質(zhì)被截斷,產(chǎn)生了各種小分子片段,可能使得膳食纖維的一些親水性、親油性活性位點暴露出來,更有利于顆粒與水或油接觸,且分散性增強[12]。
Control-DF乳化活性和乳化穩(wěn)定性分別為322.6?mL/L和371.5?mL/L,SE-DF分別增加到465.8?mL/L和501.2?mL/L。與處理前DF相比,蒸汽爆破處理后的DF可作為一種良好的乳化劑[13]。而且擁有較高乳化活性的DF對維持人體健康非常有利,通過減少膳食中膽固醇的吸收、影響機體中膽固醇的代謝、促進膽固醇的排泄等降低血漿中膽固醇水平[10,14]。從表1可以看出,蒸汽爆破處理顯著降低了LGC,從未處理的15.87%減小到9.24%,說明蒸汽爆破處理增加了麥麩DF的黏度。
2.2?麥麩DF抗氧化能力分析
蒸汽爆破處理前后麥麩DF對DPPH、ABTS、O2·-和·OH清除率如表2所示。蒸汽爆破處理后DPPH、ABTS、O2·-和·OH的清除率均得到一定程度的增加。
蒸汽爆破處理后的麥麩DF對DPPH、ABTS、O2·-和·OH的清除率明顯高于未處理樣品,這可能由于在抗氧化物質(zhì)提取的過程中,DF中抗氧化成分與提取劑接觸表面積增大、接觸更充分,且經(jīng)過蒸汽爆破處理后物料細胞壁被破壞,不溶性活性成分變成小分子可溶性物質(zhì),活性成分較易溶出,清除自由基的能力得到增強[15]。
2.3?X-射線衍射
由圖1可以看出,DF的衍射峰不是很突出,但是在膳食纖維的結(jié)構(gòu)中存在一定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。蒸汽爆破基本未改變DF的結(jié)晶結(jié)構(gòu)屬性,纖維晶區(qū)基本未受影響,只是衍射強度略有升高。DF在衍射角2θ=26°左右時出現(xiàn)一特征峰,說明在2θ=26°左右時該物質(zhì)發(fā)生結(jié)晶作用。而經(jīng)蒸汽爆破處理后的DF分別在衍射角2θ=21°、2θ=23°左右時有2個特征峰,說明在2θ=21°、2θ=23°左右時該物質(zhì)都發(fā)生結(jié)晶作用,蒸汽爆破作用使其衍射角度發(fā)生了變化,還提高了其結(jié)晶強度。
2.4?DF的電鏡觀察
圖2是蒸汽爆破處理前后麥麩DF的掃描電鏡圖,放大倍數(shù)5?000。由圖2a可以看出,起初膳食纖維的顆粒較大,大小均勻,呈棒狀且表面平整。從圖2b可以看出,經(jīng)蒸汽爆破處理后DF結(jié)構(gòu)遭到較為嚴重的破壞,呈顆粒狀,表面結(jié)構(gòu)則變得粗糙且疏松。其原因可能是DF受到高速相撞被擊碎,同時由于瞬時失壓,產(chǎn)生一種類似膨化作用的結(jié)構(gòu)崩潰,使棒狀顆粒變小、表面結(jié)構(gòu)變粗糙,纖維顆粒的表面結(jié)構(gòu)被破壞,出現(xiàn)多層不規(guī)則片狀甚至孔狀結(jié)構(gòu)。
3?結(jié)論
(1)SE-DF的溶解性、持水力、持油力、膨脹力、乳化活性、乳化穩(wěn)定性和最小凝膠濃度分別為50.24%、3.89?g/g、2.58?g/g、5.47?mL/g、465.8?mL/L、501.2?mL/L和9.24%。經(jīng)蒸汽爆破處理后,麥麩DF的理化特性有所升高。
(2)蒸汽爆破處理后,麥麩DF對DPPH、ABTS、O2·-和·OH清除率明顯高于未處理樣品,對自由基清除能力有所增強。
(3)X-射線衍射圖譜表明,蒸汽爆破基本未改變DF的結(jié)晶結(jié)構(gòu)屬性,處理后纖維晶區(qū)基本未受影響,衍射強度略有升高。掃描電鏡觀察表明,蒸汽爆破處理可以使長條細桿狀纖維卷曲斷裂,膨化成絮狀結(jié)構(gòu),且表面具有凹陷的小孔,從根本上改變了DF的形貌特征。
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