超微粉碎處理對(duì)麥麩粉功能及結(jié)構(gòu)特性的影響

余青 陳嘉浩 王寅竹 王海濱 金偉平 胡依黎

[摘要]：以麥麩皮為原料，經(jīng)普通粉碎（1、3min）和超微粉碎（10、30min）兩種處理方式得到4種不同粒徑大小的麥麩粉，測(cè)定其功能及結(jié)構(gòu)特性。探究了普通粉碎和超微粉碎兩種處理對(duì)麥麩粉基本成分、持水性、持油性、吸水溶脹性、水溶性和陽(yáng)離子交換能力以及微觀(guān)結(jié)構(gòu)方面的影響。結(jié)果表明：超微粉碎與普通粉碎相比，處理后麥麩粉粉體的持水性、持油性、吸水溶脹性、水溶性、陽(yáng)離子交換能力均顯著升高（P<0.05）;超微粉碎后麥麩粉的粒徑減小，粉體變得更加均勻;傅里葉變換紅外光譜顯示超微粉碎后麥麩粉中O-H等官能團(tuán)的位置發(fā)生小幅度遷移，峰形略有變寬、吸收峰強(qiáng)度增加，但主要成分及結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變;DSC分析顯示熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。本研究旨在為小麥加工方式的拓展及麥麩的有效利用和富含膳食纖維食品的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]麥麩;膳食纖維;超微粉碎;功能特性;結(jié)構(gòu)特性

中圖分類(lèi)號(hào)：TS20 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202002

我國(guó)是小麥生產(chǎn)大國(guó)，小麥在餐桌上是食用率最高的糧食谷物。麥麩是小麥面粉加工中的主要副產(chǎn)品，是麩皮和少量胚及胚乳組成的混合物，約占小麥籽粒重量的20%[1]。麥麩的年產(chǎn)量可達(dá)千萬(wàn)噸以上，其含有豐富的膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、維生素（VB1、VB2、VE）、礦物質(zhì)、低聚糖、酚類(lèi)化合物等。因此，麥麩具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2]。但是，我國(guó)每年85%以上的麩皮用作釀造酒曲、制醋、釀制醬油、飼料生產(chǎn)的廉價(jià)原料等，極少做進(jìn)一步深加工和再利用，在一定程度上造成了大量資源的浪費(fèi)[3]。隨著經(jīng)濟(jì)物質(zhì)生活發(fā)展和消費(fèi)水平的提高，人們的飲食和消費(fèi)習(xí)慣也發(fā)生變化，攝入食物的結(jié)構(gòu)日益精細(xì)，導(dǎo)致膳食纖維攝入量越來(lái)越低，容易引起肥胖等身體疾病。如果將小麥麩皮進(jìn)行物理方式的改性處理，不僅能改善其口感，還可作為輔料添加到普通食品中或制成可補(bǔ)充膳食纖維的功能性食品。不但可以減少小麥資源的浪費(fèi)、提高農(nóng)副產(chǎn)品的利用率和附加值，而且對(duì)我國(guó)居民膳食結(jié)構(gòu)的改善和健康狀況的提高具有重要意義。

超微粉碎作為一種新型的食品加工改性方法，指通過(guò)物理的剪切擠壓等技術(shù)來(lái)克服被粉碎物料內(nèi)部的凝聚力，從而達(dá)到使物料粒徑極大程度減小的目的。不僅能將物料粉碎至微米甚至納米級(jí)的粉末，以增大其比表面積和孔隙率，進(jìn)而增加其可溶性膳食纖維的含量[4]，而且利用超微粉碎技術(shù)生產(chǎn)的超微粉相較于一般粉體具有更特殊的理化性質(zhì)，如更高的溶解性、流動(dòng)性、吸附性、化學(xué)反應(yīng)活性等[5]。有研究表明，粒徑的減少將導(dǎo)致可溶性膳食纖維、總多酚含量和麩皮抗氧化活性的提升[6-7]。因而，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)將超微粉碎技術(shù)應(yīng)用在麥麩的改性處理上，比較研究普通粉碎處理和超微粉碎處理對(duì)麥麩理化及功能特性的影響，以期為小麥加工方式的拓展及麥麩粉在功能性食品中的開(kāi)發(fā)及利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麥麩粉：福建中科康膳有限公司;福臨門(mén)大豆油：武商超市;95%乙醇、無(wú)水乙醇、丙酮、乙醚、氫氧化鉀、重鉻酸鉀、冰乙酸、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、石油醚、硫酸銅、硼酸、硝酸銀、硫酸鉀、溴化鉀：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

激光粒度分析儀（Mastersizer 3000）：英國(guó)馬爾文儀器有限公司;離心機(jī)（3C-3614）：安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司;掃描電子顯微鏡（S-300N）：日本日立高新技術(shù)公司;傅里葉變換紅外光譜儀（Vetex70）：德國(guó)布魯克公司;高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：天津泰斯特儀器有限公司;冷凍離心機(jī)（GL-20G-II）：上海安亭科學(xué)儀器廠(chǎng);變頻行星式球磨機(jī)（XQM-2L）：南京大冉科技有限公司;差示掃描量熱儀（DSC-204F1）：德國(guó)耐馳儀器制造有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 麥麩粗粉和超微粉的制備

將原料麥麩皮置于70℃烘箱中熱風(fēng)干燥1h至恒重，冷卻后置于萬(wàn)能粉碎機(jī)中粉碎1min和3min后分別過(guò)20目篩和100目篩，得到麥麩粗粉A和麥麩粉B;將過(guò)篩后的麥麩粉B利用行星球磨粉碎機(jī)進(jìn)行超微粉碎，控制粉碎的轉(zhuǎn)速為800r/min，粉碎時(shí)長(zhǎng)分別為10min和30min，得到麥麩粉C和麥麩粉D。

1.3.2 基本成分的測(cè)定

1.3.2.1 水分含量

水分含量的測(cè)定參照《食品中水分的測(cè)定》（GB 5009.3-2016）[8]采用直接干燥法進(jìn)行。

1.3.2.2 蛋白質(zhì)含量

蛋白質(zhì)含量的測(cè)定參照《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》（GB 5009.5-2016）[9]采用凱氏定氮法進(jìn)行。

1.3.2.3 脂肪含量

粗脂肪含量的測(cè)定參照《食品中脂肪的測(cè)定》（GB 5009.6-2016）[10]采用索氏抽提法進(jìn)行。

1.3.2.4 灰分含量

灰分的測(cè)定參照《食品中灰分的測(cè)定》（GB 5009.4-2016）[11]采用直接灰化法進(jìn)行。

1.3.2.5 膳食纖維含量

總膳食纖維、可溶性膳食纖維、不可溶性膳食纖維含量的測(cè)定參照《食品中膳食纖維的測(cè)定》（GB 5009.88-2014）[12]采用酶重量法進(jìn)行。

1.3.3 理化性質(zhì)的測(cè)定

1.3.3.1 持水性

取麥麩粉樣品1g于50mL離心管內(nèi)，加入40mL蒸餾水，放入60℃水浴鍋內(nèi)水浴30min，取出至室溫冷卻，以4 000r/min離心15min，倒掉上清液，記錄沉淀濕質(zhì)量（m2），放入105℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，記錄樣品干質(zhì)量（m1）[13]。持水性計(jì)算公式如下：

（1）

式中：X為持水性，%;m1為樣品干質(zhì)量，g;m2為沉淀濕質(zhì)量，g。

1.3.3.2 持油性

參照1.3.3.1持水性測(cè)定方法，將蒸餾水替換成大豆油，其他操作步驟相同。

1.3.3.3 吸水溶脹性

參照張麗媛等[14]的試驗(yàn)方法，準(zhǔn)確稱(chēng)取不同粉碎粒度的麥麩粉各1.0g（m），放入帶有刻度的試管中，搖勻使粉體表面保持平整，記錄下干粉體積V1，向試管內(nèi)加入10mL蒸餾水，攪拌均勻后靜置24h，待粉體吸水沉淀完全，記錄下吸水溶脹后粉體體積V2。溶脹性的計(jì)算公式如下：

（2）

式中：X為吸水溶脹性，mL/g;V1為干粉體體積，mL;V2為膨脹后粉體體積，mL。

1.3.3.4 水溶性

參照Yang J等[15]的試驗(yàn)方法。準(zhǔn)確稱(chēng)取不同粉碎粒度的麥麩粉各0.5g（m1），放入50mL的離心管中，加入20mL蒸餾水，于70℃下磁力攪拌30min，然后以3000r/min離心20min，將上清液倒入恒重的鋁盒（m2）中，置于105℃烘箱內(nèi)烘干至恒重（m3）。水溶性的計(jì)算公式如下：

（3）

式中：S為水溶性，g/g;m1為樣品干質(zhì)量，g;m2為鋁盒質(zhì)量，g;m3為樣品溶解后質(zhì)量和鋁盒質(zhì)量之和，g。

1.3.3.5 陽(yáng)離子交換能力

稱(chēng)取不同粉碎粒度的麥麩粉樣品1.0g置于燒杯中，添加0.1mol/L的HCl溶液30mL，浸泡24h后過(guò)濾，用蒸餾水反復(fù)潤(rùn)洗至中性，再用10%的硝酸銀溶液對(duì)濾液進(jìn)行滴定，直到無(wú)白色沉淀產(chǎn)生為止，準(zhǔn)確稱(chēng)取0.25g過(guò)濾后的濾渣，加入100mL的5%NaCl溶液，磁力攪拌機(jī)攪拌30min，每次用0.2mL的0.1mol/L NaOH溶液進(jìn)行滴定，記錄對(duì)應(yīng)的pH值，直到pH值基本趨于平穩(wěn)為止，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)作V（NaOH）-pH關(guān)系圖[16]。

1.3.4 結(jié)構(gòu)特性的測(cè)定

1.3.4.1 粒徑

參照Z(yǔ)hang J等[17]的試驗(yàn)方法，采用Mastersizer 2000激光粒度分析儀對(duì)麥麩粉樣品的粒徑大小及其分布進(jìn)行分析。

1.3.4.2 掃描電子顯微鏡

參照Ullah L等[18]的試驗(yàn)方法，取適量不同粉碎粒度的麥麩粉樣品干燥至恒重后進(jìn)行固定，采用離子濺射儀對(duì)樣品表面進(jìn)行噴金，將其置于掃描電子顯微鏡下分別放大200倍和1 000倍觀(guān)察樣品顆粒形態(tài)，拍照得到相應(yīng)的掃描電鏡圖進(jìn)行分析。

1.3.4.3 傅里葉變換紅外光譜

取2mg適當(dāng)干燥后的樣品，加入200mg充分干燥后的溴化鉀粉末，混合均勻并在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，直至顆粒完全研細(xì)，取少量研磨好的粉末置于壓膜器內(nèi)壓片成薄膜，取出放入紅外光譜儀中掃描，掃描波數(shù)500～4 000cm-1，掃描分辨率4cm-1，掃描次數(shù)32次[19]。

1.3.4.4 熱穩(wěn)定性

參照Huang X等[20]的試驗(yàn)方法，采用差示量熱掃描儀（DSC）對(duì)不同粉碎粒度的麥麩粉進(jìn)行熱穩(wěn)定性的分析。準(zhǔn)確稱(chēng)取3.0mg麥麩粉樣品置于鋁鉛鍋中，以空鋁盤(pán)為對(duì)照，對(duì)樣品進(jìn)行DSC測(cè)定。DSC測(cè)定條件：升溫區(qū)間為20℃～220℃，升溫速率為10℃/min，氮?dú)饬魉贋?0mL/min。使用熱處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定三組數(shù)據(jù);采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理;采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;采用Duncan法檢驗(yàn)差異顯著性，以P<0.05表示差異顯著;采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 超微粉碎處理對(duì)麥麩粉基本成分的影響

麥麩粉及超微粉的基本成分如表1所示，麥麩粉及超微粉的膳食纖維含量如表2所示。

由表1可知，麥麩經(jīng)過(guò)粗粉碎和超微粉碎后其水分含量有所下降，而灰分、蛋白質(zhì)、脂肪含量卻均有所增加，但灰分含量差異不顯著。麥麩粉水分含量減少可能是由于在超微粉碎的過(guò)程中，機(jī)器的機(jī)械力與摩擦力對(duì)粉體產(chǎn)生升溫的熱效應(yīng)，使得水分部分蒸發(fā)而造成。與粗粉相比，超微粉碎后的麥麩蛋白質(zhì)含量顯著增加，這可能是由于在超微粉碎的過(guò)程中，麥麩粉受到強(qiáng)大的壓力和摩擦力而粉碎后，使得其細(xì)胞組織破壁更充分，其中的淀粉顆粒、蛋白質(zhì)聚集成更大的顆粒后被再度粉碎成游離狀態(tài)，且粒徑越小，蛋白質(zhì)可釋放率越大，使得測(cè)得的蛋白質(zhì)含量增加。超微粉碎后脂肪含量的增加則可能是隨著粉碎時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，樣品粉體粒徑不斷變小，在測(cè)定脂肪含量過(guò)程中，脂肪顆粒與溶劑接觸更為充分，脂肪溶出更為徹底，因此使得測(cè)定的脂肪含量提高。

由表2可知，麥麩經(jīng)過(guò)粗粉碎和超微粉碎后總膳食纖維含量減少，且隨著超微粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，總膳食纖維含量呈降低趨勢(shì)，其中不可溶性膳食纖維含量顯著下降，而可溶性膳食纖維含量則略有上升?？偵攀忱w維含量的減少原因可能是在超微粉碎過(guò)程中，粉碎的機(jī)械設(shè)備對(duì)麥麩粉產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓力、剪切力、摩擦力等綜合作用力，造成麥麩所含膳食纖維的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等結(jié)構(gòu)被破壞，發(fā)生分子鏈斷裂甚至是部分熔融現(xiàn)象[21]，使得部分不可溶性組分被降解成可溶性組分，因此可溶性膳食纖維含量略有上升。

2.2 超微粉碎對(duì)麥麩粉功能特性的影響

根據(jù)麥麩粉的成分分析可知，麥麩粉的主要組分為膳食纖維（約占50%），因此麥麩粉的持水性和持油性的變化很大程度上都是由膳食纖維的持水性和持油性決定。膳食纖維的持水力是指在外力的作用下水分子束縛在水合纖維里的含量。膳食纖維的持油力取決于纖維的表面性質(zhì)、電荷密度、厚度及顆粒的疏水性[22]。具體不同粉碎處理對(duì)麥麩粉持水性影響如圖1所示，不同粉碎處理對(duì)麥麩粉持油性影響如圖2所示。由圖1、圖2可知，在粉碎過(guò)程中，經(jīng)普通粉碎后的麥麩粉持水性和持油性顯著高于麥麩粗粉（P<0.05），但隨著超微粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，粒徑不斷減小，麥麩粉的持水力與持油性呈先上升后下降的趨勢(shì)。

2.2.1 超微粉碎對(duì)麥麩粉持水性的影響

超微粉碎的細(xì)化處理使得麥麩粉體具有更大的比表面積和更為疏松的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，使水分與粉體能更充分地接觸;同時(shí)強(qiáng)烈的擠壓碰撞會(huì)導(dǎo)致膳食纖維中纖維素、半纖維素中大量親水基團(tuán)暴露，這些親水基團(tuán)與水結(jié)合，使得麥麩粉的持水力增加[23]。但隨著超微粉碎時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，麥麩粉體中膳食纖維結(jié)構(gòu)被破壞，部分纖維素長(zhǎng)鏈分子被機(jī)械剪切成短鏈分子，使得膳食纖維對(duì)水分子的束縛力減少，從而引起麥麩粉的持水性降低。

2.2.2 超微粉碎對(duì)麥麩粉持油性的影響

食品的持油能力與其所含脂肪的流失能力有較大聯(lián)系，持油力越強(qiáng)，則證明其阻止脂肪流失的能力越強(qiáng)，也表明對(duì)血液中膽固醇的降低效果越明顯[24]。麥麩粉的持油能力與其所含的膳食纖維的多孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。超微粉碎使得麥麩粉中膳食纖維的比表面積增大，表面孔隙增加，親油基團(tuán)暴露，持油性增加。同時(shí)當(dāng)麥麩粉體經(jīng)超微粉碎使得粒徑減小到一定程度時(shí)，細(xì)胞的破損率會(huì)有所提升，反而會(huì)造成粉體對(duì)油脂的束縛能力降低，導(dǎo)致麥麩粉的持油力下降。

2.2.3 超微粉碎對(duì)麥麩粉吸水溶脹性的影響

不同粉碎處理對(duì)麥麩粉吸水溶脹性影響如圖3所示。由圖3可知，麥麩粉經(jīng)超微粉碎處理后，粉體的吸水溶脹性較普通粉碎后的粗粉有顯著提高（P<0.05），這說(shuō)明超微粉碎可改善麥麩粉的吸水溶脹性。經(jīng)超微粉碎后，麥麩粉體粒徑不斷減小，粉體顆粒數(shù)目不斷增加，比表面積增大，因此在吸水過(guò)程中與水的接觸面積也增大，導(dǎo)致吸水膨脹后產(chǎn)生更大的體積，從而引起粉體溶脹性升高。

2.2.4 超微粉碎對(duì)麥麩粉水溶性的影響

不同粉碎處理對(duì)麥麩粉水溶性影響如圖4所示。由圖4可知，超微粉碎處理組較普通粉碎組相比麥麩粉水溶性顯著升高（P<0.05），這說(shuō)明超微粉碎處理可改善麥麩粉體的水溶性。麥麩粉的水溶性不僅與其所含的可溶性成分有關(guān)，還與其與水相互接觸的面積大小有關(guān)，還與麥麩粉中可溶性成分有關(guān)。經(jīng)超微粉碎后，麥麩粉體粒徑不斷減小，比表面積增大，與水接觸面積更大;同時(shí)由表2可知，麥麩中不可溶性膳食纖維含量減少，可溶性膳食纖維含量增加，這些都會(huì)引起麥麩粉水溶性的升高。

2.2.5 超微粉碎對(duì)麥麩粉陽(yáng)離子交換能力的影響

麥麩的主要組分為膳食纖維，而膳食纖維中含有的一些羥基、羧基和氨基等側(cè)鏈基團(tuán)對(duì)陽(yáng)離子有較強(qiáng)的吸附作用，在與陽(yáng)離子的交換中起主要作用，它能通過(guò)改變離子的瞬間濃度，對(duì)消化道內(nèi)的pH值、滲透壓產(chǎn)生影響，從而起到有利于機(jī)體消化吸收的效果[25]。陽(yáng)離子交換能力與pH值成反比，pH值越大，陽(yáng)離子交換能力越低。由圖5可知，隨著超微粉碎處理時(shí)間的延長(zhǎng)，麥麩粉的陽(yáng)離子交換能力逐漸增大，這說(shuō)明超微粉碎能提高粉體的陽(yáng)離子交換能力。膳食纖維的陽(yáng)離子交換能力不僅與粉體的粒徑大小及形態(tài)有關(guān)，還與其所含化學(xué)基團(tuán)的組成和含量有關(guān)。在對(duì)麥麩進(jìn)行超微粉碎的過(guò)程中，麥麩粒徑不斷減小，使被包裹在其內(nèi)部的一部分化學(xué)基團(tuán)暴露出來(lái)，增加了與溶液中陽(yáng)離子的結(jié)合能力，從而使麥麩粉的陽(yáng)離子交換能力提高。

2.3 超微粉碎對(duì)麥麩膳食纖維結(jié)構(gòu)性能的影響

2.3.1 超微粉碎對(duì)麥麩粉粒徑的影響

經(jīng)普通粉碎和超微粉碎后的麥麩粉粒徑分布如圖6所示。超微粉碎后麥麩粉粒徑顯著小于普通粉碎后的麥麩粉，隨著粉碎時(shí)間的增加，麥麩粉體的粒徑不斷減小，且超微粉碎時(shí)間越長(zhǎng)，其粒徑分布曲線(xiàn)圖越對(duì)稱(chēng)，表明超微粉碎處理對(duì)粉體細(xì)化處理的均勻性越好。麥麩粉的粒徑分布及比表面積如表3所示，可知經(jīng)普通粉碎后的麥麩粉A和麥麩粉B的中位粒徑Dx（50）為776.33μm和139.33μm，而經(jīng)超微粉碎后的麥麩粉C和麥麩粉D的中位粒徑Dx（50）降低至44.8μm和21.7μm，表面積平均粒徑D[3，2]和體積平均粒徑D[4，3]也顯著降低（P<0.05），且90%顆粒都集中在<100μm的區(qū)域內(nèi)，使粉體的粒徑分布更為集中。由表3可知，經(jīng)超微粉碎后，麥麩粉的比表面積顯著增大（P<0.05），麥麩粉D的比表面積達(dá)到224.6 m2/kg，約為麥麩粉A比表面積9.02m2/kg的25倍，這表明每單位重量的粉體中含有更多的顆粒，使得與其他物質(zhì)結(jié)合時(shí)接觸面積更大，更容易混合均勻。

2.3.2 超微粉碎對(duì)麥麩粉掃描電子顯微鏡的影響

為了觀(guān)察不同粉碎處理?xiàng)l件下的麥麩粉的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，利用掃描電子顯微鏡（SEM）在放大倍數(shù)為200倍和1 000倍下分別進(jìn)行觀(guān)察，不同粉碎處理下麥麩粉電子顯微鏡圖如圖7所示。由圖7中A1可看出，普通粉碎后的麥麩粉A顆粒粒徑較大、呈不規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)，形狀大小不均勻。經(jīng)超微粉碎處理后麥麩粉顆粒明顯減小，這與用激光粒度分析儀分析出的粒徑結(jié)果一致。由放大200倍后的圖C1和D1可看出，超微粉碎麥麩顆粒粒徑減小，粉體顆粒間間隙減小，分布也較為均勻。由放大1 000倍后的圖C2和D2可看出，超微粉碎麥麩呈短小的圓棒狀和圓球狀，且具有相對(duì)光滑的表面，這種表觀(guān)形態(tài)有助于改善麥麩粉末的性質(zhì)，如溶解性和分散性。但圖D2與C2相比可看出，在1 000倍電鏡下觀(guān)察，隨著超微粉碎時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，粉體出現(xiàn)部分團(tuán)聚現(xiàn)象，可能是由于粒徑不斷減小，粉體之間相互接觸面積和吸附作用力增大，導(dǎo)致分子間發(fā)生粘結(jié)聚集現(xiàn)象[26]。

2.3.3 超微粉碎對(duì)麥麩粉傅里葉變換紅外光譜的影響

不同粉碎處理下麥麩粉紅外光譜如圖8所示。

研究表明傅里葉變換紅外光譜是研究分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的手段之一，吸收峰的所處的波長(zhǎng)和吸光強(qiáng)度的變化與原子振動(dòng)頻率及其化學(xué)鍵類(lèi)型、化學(xué)組成密切相關(guān)，可以確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)、鑒別化合物[27]。由于麥麩粉是混合物，因此在紅外光譜分析的過(guò)程中，并不能準(zhǔn)確分析化合物的結(jié)構(gòu)，只能粗略地反映其中某些基團(tuán)的變化。盡管如此，我們還是可以根據(jù)紅外光譜圖分析經(jīng)超微粉碎后麥麩粉與粗粉之間的差異性。由于普通的粉碎研磨方式并不會(huì)對(duì)粉體發(fā)生基團(tuán)結(jié)構(gòu)上的改變，因此在此我們只分析對(duì)比超微粉碎后的麥麩粉C（圖8-b）和麥麩粉D（圖8-c）與普通粉碎后麥麩粉B（圖8-a）的紅外圖譜差異。由圖8可知，不同粉碎處理的麥麩粉均在3 450 cm-1附近出現(xiàn)較強(qiáng)的吸收峰，而在3 200～3 600 cm-1范圍內(nèi)的峰是O-H伸縮振動(dòng)峰，是纖維素和半纖維素分子間或分子內(nèi)羥基的伸縮振動(dòng)，因此可證實(shí)麥麩粉中有纖維素和半纖維素的存在[4]。但麥麩粉B、麥麩粉C、麥麩粉D的羥基伸縮振動(dòng)峰分別在3 455cm-1、3 439cm-1、3 438cm-1，即發(fā)生了小幅紅移，同時(shí)可看出經(jīng)超微粉碎處理的麥麩粉羥基吸收峰的峰形略有變寬、吸光強(qiáng)度變大，說(shuō)明超微粉碎后部分糖苷鍵斷裂形成氫鍵的羥基增多，使得氫鍵作用增強(qiáng)[28]。在2 800～3 000cm-1范圍內(nèi)的峰是糖類(lèi)甲基及亞甲基上C-H的伸縮振動(dòng)峰，因此2 926cm-1處的吸收峰表明麥麩粉中含有糖類(lèi)物質(zhì)，且吸收峰強(qiáng)度隨著超微粉碎后粉體粒徑的不斷減小而增強(qiáng)。波峰1 653cm-1附近為酯化的C=O的伸縮振動(dòng)峰，因此可證實(shí)醛基或羧基的存在[4]。波峰1 047cm-1附近的峰是由C-O的伸縮振動(dòng)及O-H變角振動(dòng)形成的糖環(huán)C-O-C和C-O-H引起的，此為多糖的特征吸收峰[29]。由圖8可總體看出，光譜圖顯示的主要吸收峰的位置和峰形狀變化不明顯，這說(shuō)明經(jīng)超微粉碎后，麥麩粉的主要基團(tuán)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有發(fā)生巨大改變，主要成分未發(fā)生明顯變化。部分吸收峰的波長(zhǎng)和吸收強(qiáng)度隨粉碎程度的加深而變大，這可能是由于超微粉碎產(chǎn)生的壓力和剪切力導(dǎo)致纖維素和半纖維素分子內(nèi)的部分氫鍵被破壞，分子間長(zhǎng)鏈斷裂，導(dǎo)致更多的基團(tuán)暴露出來(lái)，重新分布形成了無(wú)定形纖維素和可溶性多糖。

2.3.4 超微粉碎對(duì)麥麩粉熱穩(wěn)定性的影響

不同粉碎處理?xiàng)l件下的麥麩粉樣品DSC曲線(xiàn)如圖9所示。升溫掃描引起的吸熱使得熱流一直維持在零以下。所有麥麩粉樣品均在115℃～125℃出現(xiàn)較強(qiáng)的吸熱峰，表明粉體在該峰值溫度下被降解的組分最多，可能是由于其所含的纖維素和半纖維素發(fā)生了熱分解。但可以看出，粉碎粒徑的不同影響了吸熱峰值的溫度，麥麩粉A、B、C、D的吸收峰峰值分別為118.6℃、116.8℃、120.8℃、122.7℃，雖有一定的波動(dòng)，但大體可呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，隨著粉碎粒徑越來(lái)越小，發(fā)生降解的溫度逐漸上升。這可能是因?yàn)樵诔⒎鬯榈倪^(guò)程中，粉體中部分纖維素、半纖維素和其他有機(jī)化合物暴露出來(lái)，發(fā)生降解、氧化及轉(zhuǎn)移，這些反應(yīng)需要較高的加熱溫度[30]。因此，超微粉碎處理可使麥麩粉的熱穩(wěn)定增強(qiáng)。

3 結(jié) 論

超微粉碎可改善麥麩粉的功能和結(jié)構(gòu)特性。麥麩經(jīng)超微粉碎后，粉體的持水性、持油性、吸水溶脹性、水溶性、陽(yáng)離子交換能力顯著升高（P<0.05）;粉體的粒徑顯著減小，顆粒分布更加均勻，主要基團(tuán)結(jié)構(gòu)、成分變化不明顯，熱穩(wěn)定性有小幅度提升。但隨著超微粉碎時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，粉體粒徑粉碎至更細(xì)小后，部分粉體之間更易發(fā)生粘結(jié)團(tuán)聚現(xiàn)象，使得麥麩粉持水性、持油性、熱穩(wěn)定性有所下降。因此，合理的超微粉碎時(shí)間和粒徑能更大程度上提升麥麩粉功能及結(jié)構(gòu)性能，便于有針對(duì)性開(kāi)展在不同食品中的應(yīng)用，這對(duì)小麥麩皮的精深加工，開(kāi)發(fā)功能性食品和提高其產(chǎn)品的附加值具有重要意義。

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Effect of Superfine Grinding on Functional and Structural Properties of Wheat Bran

Yu Qing1，Chen Jiahao1，Wang Yinzhu1，Wang Haibin1，2，Jin Weiping1，2，Hu Yili1，2

（1.College of Food Science and Engineering， Wuhan Polytechnic University，Wuhan，Hubei 430023;

2.National R&D Center for Se-rich Agricultural Products Processing Technology， Wuhan ，Hubei 430023）

Abstract：The functional and structural properties of wheat bran powders that pre-treated with ordinary grinding（1，3 min） and superfine grinding（10，30 min） were investigated. Aim of the current work was to explore the effects of ordinary grinding and superfine grinding treatments on the basic ingredients， water holding capacity， oil holding capacity， swelling property， water solubility， cation exchange capacity and microstructure. The result showed that after superfine grinding treatment of wheat bran， the water holding capacity， oil holding capacity， swelling property， water solubility and cation exchange capacity significantly increased（p<0.05）. Simultaneously， the particle size of wheat bran decreased and the power became more uniform. Fourier transform infrared spectra showed that the position of hydroxyl groups in wheat bran shifted in a slightly range with a small enhanced peak width and absorption intensity. Nevertheless， there was no significant change in the composition or structure of wheat bran after grinding. DSC analysis showed that the thermal stability was enhanced. This study provides the theoretical basis for the effective use of wheat bran and the development of dietary fiber-rich foods.

Key Words：wheat bran，dietary fiber，superfine grinding，functional properties，structural properties

收稿日期：2020-02-13

基金項(xiàng)目：2019年恩施州科技計(jì)劃項(xiàng)目（D20190022）。

作者簡(jiǎn)介：余青，女，碩士，研究方向?yàn)槿馄飞罴庸C(jī)理與技術(shù)。

通信作者：王海濱，男，博士，教授，研究方向?yàn)槿馄飞罴庸C(jī)理與技術(shù)。

收稿日期：2020-02-13

基金項(xiàng)目：2019年恩施州科技計(jì)劃項(xiàng)目（D20190022）。

作者簡(jiǎn)介：余青，女，碩士，研究方向?yàn)槿馄飞罴庸C(jī)理與技術(shù)。

通信作者：王海濱，男，博士，教授，研究方向?yàn)槿馄飞罴庸C(jī)理與技術(shù)。