桃(Prunus persica),蔷薇科李属落叶小乔木植物的果实,果肉厚,多汁。桃中富含膳食纤维、蛋白质、碳水化合物,有活血化瘀、补益气血、养阴生津的功效[1],深受人们喜爱。由于桃的采收期较短,集中上市导造成了鲜桃的浪费,桃的深加工成为桃产业的重要一环,目前桃的深加工产品主要有果汁、果脯和罐头等,其中桃汁生产中产生了大量桃渣,桃渣中含有丰富的膳食纤维,尚未被有效利用。桃渣在微生物作用下易腐败变质造成环境污染和资源浪费[2],开展桃渣资源的综合利用和高附加值深加工有广阔的市场前景。
果渣是天然膳食纤维的重要来源,已从柑橘、芒果、菠萝、梨等的果渣和皮中提取了膳食纤维[3],膳食纤维(dietary fiber, DF)是一种不易被消化酶消化的多糖,包括纤维素、半纤维素、树脂、果胶及木质素等。具有调节胃肠道消化、降低血糖血脂水平等生理功能,对预防肥胖、糖尿病等慢性病具有重要作用,因此被称为第七大营养素[4]。根据溶解性膳食纤维分为不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维,可溶性膳食纤维含量是评价膳食纤维优劣的重要标准[5],天然膳食纤维可溶性膳食纤维含量较少,因此需要通过改性来提升可溶性膳食纤维含量。目前膳食纤维的改性方法主要有物理法、化学法和酶法,其中粉碎处理是最常用的物理改性方法,其能赋予物料良好的表面效应和微尺寸效应备受研究者青睐[6]。
近几年微粉碎技术发展迅速,成为食品加工中应用最广泛的制备微细粉体手段之一,是利用机械设备对物料进行研磨和撞击克服物料内部凝聚力的一种加工技术,可以将样品粉碎至0.1～100 μm,并对持水性、溶解性、孔隙度、比表面积等理化特性有一定影响[7]。研究表明,经过微粉碎处理的豌豆膳食纤维比表面积、孔体积和氧碳比有所增加,葡萄糖吸附能力也有所增强[8]。微粉碎技术被广泛应用于苹果渣、葡萄籽、苦瓜渣等处理中[9],但在桃渣膳食纤维的应用鲜有报道。因此,本研究采用臼式研磨、离心研磨和气流粉碎对桃渣粗膳食纤维进行粉碎,对比不同粉碎方式处理后桃渣膳食纤维的理化性质,为开发利用桃渣膳食纤维提供理论基础,延长桃加工产业链,同时也为拓展微粉碎在膳食纤维领域的发展提供参考。
1 材料和方法
1.1 材料与试剂
春雪毛桃,市售;淀粉酶(40 000 U/g)、蛋白酶(120 U/mg)、糖化酶(100 000 U/g),上海源叶生物有限公司;无水乙醇、亚硝酸钠,天津市欧博凯化工有限公司;盐酸、对氨基苯磺酸,天津市北方天医化学试剂厂;氢氧化钠,天津市鼎盛鑫化工有限公司;盐酸蔡乙二胺,天津市风船化学试剂科技有限公司。以上试剂均为分析级。
1.2 仪器与设备
QLM-80K气流分析仪,浙江省上虞市和力粉体有限公司;ZM200超离心研磨仪、RM200臼式研磨仪,德国RETSCH;200T全能钢磨,永康市铂欧五金制品有限公司;TENSOR27傅立叶变换红外光谱仪,铂悦仪器(上海)有限公司;LA920激光粒度仪,日本HORIBA公司;D/MAX2500TC型X射线衍射仪,日本理学公司;KYKY—2800SEM扫描电子显微镜,中国科学院北京仪器有限公司;DHG-9245A电热鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;SHB-III真空抽滤泵,郑州长城科工贸有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 桃渣膳食纤维的提取
采用王永刚等[10]的方法略作修改,桃去核,m(桃)∶m(水)=1∶2打浆。加入桃干重1.5%的淀粉酶(40 000 U/g)、糖苷酶(100 000 U/g),在65 ℃ 条件下水浴80 min,再加入1%的蛋白酶(120 U/mg),在55 ℃条件下水浴60 min后100 ℃灭酶,与无水乙醇以1∶4比例(体积比)25 ℃提取4 h,静置抽滤,滤渣45 ℃烘箱烘干,粉碎机剪切粉碎得到干燥的桃渣粗膳食纤维,其粒径小于700 μm,可过200目筛。
1.3.2 桃渣膳食纤维微粉碎
臼式研磨:将20 g桃渣膳食纤维样品用臼式研磨仪处理,转速为100 r/min,时间为20 min,得到研磨粉。
离心研磨:20 g样品采用超离心研磨仪处理,旋转直径为10 cm,筛网尺寸为1.0 mm,转速为10 000 r/min,得到剪切粉。
气流粉碎:利用流化床气流粉碎机组制备微粉。进料量为70 g,粉碎频率为30 Hz,粉碎气体压力为0.7 MPa,得到气流粉[11]。
1.3.3 主要营养成分的测定
水分含量测定:参照GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》;蛋白质含量测定:参照GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》;总灰分含量的测定:参照GB 5009.4—2016《食品中灰分的测定》。
1.3.4 膳食纤维总量的测定
膳食纤维含量测定:参照GB 5009.88—2014《食品中膳食纤维的测定》。
1.3.5 粉体的粒径分布
分别取桃渣膳食纤维粗粉和3种方式所得的桃渣膳食纤维细粉,以无水乙醇作为分散剂,用激光粒度仪进行粒度测定。
1.3.6 休止角和滑角的测定
参照ZHANG等[12]的方法,通过漏斗将不同粉碎方式所得粉体垂直流到平板上,漏斗与平板距离为1 cm记为H,粉体在平板上呈圆锥体,测量直径2R计算半径R。休止角α的计算如公式(1)所示:
α/°=arctan H/R
(1)
取5 g粉体放在平板上,将平板倾斜直到粉体移动,记录提起高度H。滑角β的计算如公式(2)所示:
β/°=arcsin H/L
(2)
1.3.7 容积密度测定
根据付晓康等[13]的方法进行容积密度测定,将样品分别被填充在质量为m0的量筒中,记录体积V,称质量记为m1。容积密度的计算如公式(3)所示:
容积密度
(3)
1.3.8 扫描电子显微镜观察
用扫描电子显微镜对3种粉碎处理的桃渣膳食纤维和粗桃渣膳食纤维进行观察,取适量样品置于导电胶带上,用离子溅射仪对样品表面进行喷金,将其置于扫描电子显微镜下放大10 000倍观察形态。
1.3.9 水溶性测定
参考栗俊广等[14]的方法略作修改,分别取1.0 g不同粉碎方法处理的桃渣膳食纤维和粗桃渣膳食纤维于50 mL离心管中,加入20 mL蒸馏水,混匀后80 ℃水浴30 min,取出冷却,以4 000 r/min离心25 min,收集上清液于培养皿中,在150 ℃条件下烘干至恒重,计算水溶性的计算如公式(4)所示:
水溶性
(4)
式中:m1为烘干后培养皿加上清液干重,g;m0为培养皿质量,g;m为样品质量,g。
1.3.10 溶胀性测定
根据HOZOV
等[15]提出的床体积法测定溶胀性。称取1 g样品,放入试管中,记录粉体体积,添加10 mL蒸馏水,摇匀后室温下静置24 h,记录粉体体积,样品溶胀性的计算如公式(5)所示:
溶胀性
(5)
式中:m为样品质量,g;V1为初始粉体体积,mL;V2为24 h后粉体体积,mL。
1.3.11 持水力和持油力的测定
根据田海龙[16]的方法略作修改,称1.0 g桃渣膳食纤维,放入离心管中。分别加入与膳食纤维质量比为1∶20的蒸馏水、1∶8调和油,混匀后在37 ℃下放置1 h后,离心(4 000 r/min,20 min)取出,弃上层液并对离心管进行称重,样品持水和持油能力的计算如公式(6)所示:
持水(油)力
(6)
式中:m1为离心管加沉淀的质量,g;m0为离心管质量,g;m为样品质量,g。
1.3.12 阳离子交换能力的测定
参考郑佳欣[4]的方法略作修改,分别取1 g 3种粉碎方式所得样品浸泡在30 mL 0.1 mol/L HCl溶液中,37 ℃条件下静置48 h后,过滤并用蒸馏水洗涤残渣,用AgNO3溶液鉴定溶液中氯离子完全消除后,将滤渣转到锥形瓶,加入100 mL 15% NaCl溶液中摇匀。再加入2滴酚酞,用0.1 mol/L NaOH缓慢滴定到淡红色为终点,读取消耗的NaOH体积。空白组实验用蒸馏水代替HCl进行,用NaOH滴定并记录用量,计算阳离子交换能力。其计算如公式(7)所示:
阳离子交换能力
(7)
式中:V1为实验组消耗的NaOH体积,mL;V0为空白组消耗的NaOH体积,mL;m为样品质量,g。
1.3.13 亚硝酸钠吸附能力的测定
根据ZHU等[17]的方法稍作修改。配制0、1、2.5、5、10、15、20 μg/mL的亚硝酸钠标准液,室温下静置3 min后分别加入2 mL 4 g/L对氨基苯磺酸溶液和1 mL 2 g/L盐酸萘乙二胺溶液,静置15 min后于538 nm处测定吸光度并绘制标准曲线。计算回归方程为y=0.580 7x-0.014 1,R2=0.999 7取100 mL(20 μg/mL)NaNO2溶液于250 mL锥形瓶中,调节pH=2,分别加入普通粉碎、臼式研磨、离心研磨、气流粉碎样品0.2 g,在37 ℃下振荡20 min,确保样品均匀分散。取10 mL样液稀释至100 mL,取25 mL稀释样品室温静置3 min后加入2 mL 4 g/L对氨基苯磺酸溶液和1 mL 2 g/L盐酸萘乙二胺溶液于试管中室温静置15 min后在538 nm处测定吸光度,按照标曲计算亚硝酸钠的量。其计算如公式(8)所示:
亚硝酸钠吸附能力
(8)
式中:C1为吸附前亚硝酸钠的量,μg;C2为吸附后亚硝酸钠的量,μg;m为样品重量,g。
1.3.14 抗氧化能力的测定
1.3.14.1 DPPH自由基清除率测定
参照饶立等[18]方法稍作修改进行测定。分别取2 mL样液(质量浓度分别为2、4、6、8、10 mg/mL)加入2 mL 0.02 mol/L的DPPH溶液,用相同体积的无水乙醇分别代替DPPH溶液和样液作为对照组和空白组,摇匀后避光保存30 min,在517 nm处分别测定吸光值。DPPH自由基清除率的计算如公式(9)所示:
DPPH自由基清除率
(9)
式中:A0为空白组吸光值;A1为样品的吸光值;A2为对照组吸光值。
1.3.14.2 ABTS阳离子自由基清除率测定
参考白冉冉等[19]的方法稍作修改进行测定。分别取0.4 mL样液(质量浓度分别为2、4、6、8、10 mg/mL)和3.6 mL ABTS工作液,混匀后室温避光储存6 min,并于743 nm处测吸光值,记为A1,以无水乙醇代替ABTS自由基工作液,测其吸光值A2,空白对照组吸光值为A0。ABTS阳离子自由基清除率的计算如公式(10)所示:
ABTS阳离子自由基清除率
(10)
1.4 统计分析
每组实验重复3次取平均值,用平均值±标准偏差来表示结果,绘图使用Origin 2022,单因素方差分析使用SPSS,使用SPSS 23软件进行Duncan显著性分析,P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著。
2 结果与分析
2.1 不同粉碎方式对粉体营养成分的影响
桃渣膳食纤维粉碎后,各组分发生了变化(表1),其中灰分、蛋白质含量无显著差异(P>0.05),普通粉碎总膳食纤维含量最高达76.1%,分别高于臼式研磨2.27%、离心研磨1.37%、气流粉碎4.9%,其原因可能是机械作用破坏了膳食纤维的结构,使非膳食纤维成分分离,膳食纤维总量下降,随着机械作用的增强可溶性膳食纤维含量显著增加(P<0.05),气流粉碎后可溶性膳食纤维的含量高达57.5%,分别高于普通粉碎53.16%、臼式研磨37.81%和离心研磨48.23%,可能是机械作用破坏了膳食纤维的空间结构,暴露了更小分子质量的物质,可溶性膳食纤维从总膳食纤维中释放出来[20],这与牛潇潇等[21]的研究结果一致。气流粉碎处理的膳食纤维水分含量显著低于其他3种处理方法(P<0.05),可能与膳食纤维的粒径有关,粉碎后膳食纤维中的水分暴露于外侧,粒径越小水分暴露越多,粉碎过程中摩擦生热导致水分蒸发,使水分含量降低[22]。蛋白质含量最高的是普通粉碎为3.05%,含量最低的是气流粉碎为2.33%,蛋白质含量降低是因为在超微粉碎过程中有强烈的剪切力导致蛋白质因受到机械作用发生变性,肽链伸展导致长链断裂[23]。
表1 不同粉碎方式下桃渣膳食纤维的营养成分
Table 1 Nutritional composition of dietary fibre from peach pomace under different crushing methods
处理方式总膳食纤维/%可溶性膳食纤维/%蛋白质/%灰分/%水分/%普通粉碎76.10±1.02a4.34±0.63d3.05±0.14a5.7±0.15a9.15±0.18a臼式研磨73.83±1.02ab19.69±1.58b2.61±0.06c5.12±0.09b8.36±0.18b离心研磨74.73±0.96a9.27±0.44c2.74±0.05b5.52±0.06a7.47±0.18c气流粉碎71.20±0.55c57.50±3.49a2.33±0.06d4.94±0.05b6.64±0.15d
注:图中不同字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
2.2 粉体结构特性
2.2.1 不同粉碎方式对桃渣膳食纤维粉体特性的影响
由图1结合表2可知,桃渣膳食纤维D50值从大到小的排序为:普通粉碎>离心研磨>臼式研磨>气流粉碎,气流粉碎处理后粉体的粒径较其他粉碎方式有明显的减小,达到超微粉碎效果(粒径<25 μm)。3种粉碎方式中气流粉碎膳食纤维的休止角和滑角最小,表明其流动性最好,这可能与粒径小、易团聚,因重力的作用容易滑落有关[24]。容积密度是反应分体填充的指标之一。由表2可知,普通粉碎方式所得的桃渣膳食纤维的堆积密度显著高于离心研磨、臼式研磨和气流粉碎,分别高7.7%、17.9%、60%(P<0.05)。容积密度与粒径大小呈负相关,原因可能与粉体间的静电斥力有关,细粉碎后粉体的粒径与静电斥力的平衡被打破,分散性有所提高[25]。
表2 不同粉碎处理粉体的粒径和粉体特性
Table 2 Particle size and powder properties of powders with different comminution treatments
样品D10/μmD50/μmD90/μm休止角/°滑角/°容积密度/(g/mL)比表面积/(cm2/cm3)普通粉碎259.2431.9621.531.5±0.68a53.4±0.86a0.581±0.014a532.6臼式研磨13.4105.1225.927.8±0.30c39.5±0.65c0.477±0.013c1 920.2离心研磨125.6244391.629.8±0.33b47.4±0.25b0.536±0.012b422.06气流粉碎2.959.45525.423.9±0.26d33.8±0.61d0.229±0.010d9 435.3
注:D10代表粒度分布中累计分布达到10%的粒径,D50代表粒度分布中累计分布达到50%的粒径,D90代表粒度分布中累计分布达到90%的粒径。
图1 不同粉碎处理粉体的粒径分布图
Fig.1 Particle size distribution of powders with different comminution treatments
2.2.2 不同粉碎方式桃渣膳食纤维颗粒形态分析
由图2可知,粉碎前后桃渣膳食纤维的表面形态有很大差异,普通粉碎的膳食纤维表面较为光滑(图2-a),臼式研磨破坏了粉体的结构,粉体表面出现了许多碎片,粉碎后粉体颗粒表面出现了许多沟壑结构(图2-b),经过离心研磨处理后粉体表面变得粗糙,颗粒表面遭到破坏,出现了较为明显的片层结构(图2-c),气流粉碎后粉体表面较普通粉碎更粗糙,粉体表面见大块附着物,粉体表面碎片较臼式研磨有所减少(图2-d),其原因可能是粉体经气流粉碎处理后粒径更小,粒径越小膳食纤维表面聚合力越大[26],粉碎后膳食纤维流动性更好,更容易聚集,这与粒径分析结果一致。
a-普通粉碎组;b-臼式研磨组;c-离心研磨组;d-气流粉碎组
图2 不同粉碎处理粉体的扫描电镜图
Fig.2 Scanning electron micrographs of powders with different comminution treatments
2.2.3 不同粉碎方式对桃渣膳食纤维X射线晶体的影响
由图3可知,普通粉碎、臼式研磨、离心研磨、气流粉碎都在2θ=21.63°、31.44°、44.2°处有明显X射线衍射峰,主衍射峰在21.63°,对应纤维素(002)面,衍射角31.44°对应纤维素(004)面,属于Ⅰ型膳食纤维,4种粉碎处理的桃渣膳食纤维X射线衍射图晶体峰形无明显差异,说明粉碎方式对桃渣膳食纤维粉体中的纤维素晶体结构未产生特殊影响[27]。
图3 不同粉碎处理桃渣膳食纤维的X射线衍射图
Fig.3 X-ray diffractograms of dietary fibres from Peach pomace with different crushing treatments
2.2.4 不同粉碎方式对桃渣膳食纤维红外光谱的影响
各粉碎方式的红外光谱相似(图4),从左开始直线对应波长依次为在619、1 027、1 106、1 642、1 746、2 932、3 410 cm-1。650～1 000 cm-1被认为是C—H面外弯曲振动区,结晶区之间的振动吸收[13],在1 106 cm-1处为伯、仲醇羟的C—O伸缩振动峰。在1 642 cm-1和1 746 cm-1有2个小型峰,分别是木质素里的苯环特征吸收峰和糖醛酸中的—COOH吸收峰,也可能是来源于酚类物质[15]。2 932 cm-1吸收峰是C—H伸缩振动吸收峰,是代表糖类的亚甲基的典型结构[21]。在3 000～3 700 cm-1处是桃渣膳食纤维中纤维素和半纤维素的—OH伸缩振动吸收峰,是天然膳食纤维的特征谱带,峰值为3 410 cm-1,在此峰值的峰型随着粒径减小逐渐加宽表明粉碎后分子间的氢键作用力增强。对比3种超微粉碎方式和普通粉碎方式所得膳食纤维的红外光谱,发现其种类和吸收峰位置基本相同,波峰强度有稍许改变,说明3种粉碎方式没有改变桃渣膳食纤维的基团,部分已有基团数量增加但不产生新的官能团。
图4 不同粉碎处理桃渣膳食纤维的红外光谱图
Fig.4 Infrared spectra of dietary fibre from Peach pomace with different crushing treatments
2.3 不同粉碎方式对粉体水合特性和持油力的影响
2.3.1 不同处理方式对粉体水溶性的影响
由图5-a可知,普通粉碎的膳食纤维水溶性最小,为10.01%,臼式粉碎和离心粉碎处理后膳食纤维水溶性较普通粉碎略有增加,气流粉碎后的粉体水溶性最高,相比于普通粉碎、臼式研磨、离心研磨分别提高了5.65%、1.39%、3.23%。这是由于粉碎后粉体的粒径减少,表面积增大,吸水性增大促使粉体更易溶于水;3种粉碎都对样品有强烈的摩擦力、压力和剪切力,在这些力共同作用下,膳食纤维中的一些不溶性成分发生部分键断裂或熔融现象,转化为可溶性成分,因此膳食纤维超微粉碎后水溶性升高[28]。
a-水溶性;b-溶胀性;c-持水性;d-持油力
图5 不同粉碎方式处理的桃渣膳食纤维水合特性和持油力
Fig.5 Hydration characteristics and oil-holding capacity of Peach pomace dietary fibres treated with different crushing methods
注:图中不同字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
2.3.2 不同粉碎方式对粉体溶胀性的影响
膳食纤维可通过氢键、表面张力和偶极与水发生相互作用,颗粒的尺寸减小和极性基团的增加导致膳食纤维的溶胀性增加[29],不同粉碎处理后桃渣膳食纤维的溶胀性如图5-b所示,气流粉碎后的膳食纤维粉体溶胀性(7.0 mL/g)明显高于普通粉碎、臼式研磨、离心研磨后的(P<0.05),分别高39%、12.7%、23%。这是因为桃渣膳食纤维经超微粉碎后粒度减小,暴露更多的亲水基团,溶于水后颗粒伸展,产生更大的容积使溶胀性升高[30]。利用超高压超微粉碎马铃薯皮渣的溶胀率与本实验结果相似[31]。
2.3.3 不同粉碎方式对粉体持水力的影响
由图5-c可知,随着粉体粒径减小,持水力逐渐上升,普通粉碎、臼式研磨、离心研磨、气流粉碎膳食纤维的持水力分别为4.59、8.02、5.89、9.86 g/g,气流粉碎所得粉体的持水性明显高于其他粉碎方式(P<0.05)分别高53.4%、18.6%、40%。,说明气流粉碎对膳食纤维的持水力具有一定的改善作用,可能是气流粉碎后膳食纤维粒度减小,亲水基团暴漏,增加了膳食纤维与水分的相互作用,使得膳食纤维与水分结合增加,从而持水力增加[32]。与陈如等[33]研究结果一致,其利用低温超微粉碎机对苹果干进行粉碎,研究发现粉碎后粒度越小持水力越好。
2.3.4 不同粉碎方式对粉体持油力的影响
由图5-d可知,普通粉碎后的膳食纤维持油力低于细粉碎,其中气流粉碎所得膳食纤维持油力为3.41 g/g,显著高于普通粉碎、臼式研磨、离心研磨(P<0.05),分别高31%、51%、60%,这表明随着粒径的减小,桃渣膳食纤维粉体的持油力越高。原因可能是粉碎过程中机械作用破坏了桃渣膳食纤维的结构,使更多的亲油基团暴露,增强了桃渣膳食纤维的持油性[34],另一方面气流粉碎使得膳食纤维粒径减小,比表面积增大,多孔性增加,可以吸附更多油脂[32]。
2.4 不同粉碎方式对粉体阳离子交换能力和亚硝酸钠吸附力的影响
2.4.1 不同粉碎方式对粉体阳离子吸附能力的影响
膳食纤维中产生作用的阳性基团主要是Na+,可通过降低Na+含量,减少Na+吸收来提高膳食纤维稳定性[33]。膳食纤维可与肠道进行阳离子交换,通过Na+和K+的交换降低人体中Na+/K+比值。如图6-a所示,气流超微粉碎后的粉体(0.78 mL/g)对阳离子吸附能力比普通粉碎后的粉体(0.35 mL/g)显著提高(P<0.05),细粉的阳离子交换能力强于粗粉,超微粉的阳离子交换能力最好,其原因可能与粒径有关,桃渣膳食纤维可能含有羰基和羧基基团,经过超微粉碎后基团暴漏率更高,导致膳食纤维阳离子交换能力增强[34]。上述结果表明气流粉碎是一种良好的提高膳食纤维离子交换能力的方法。
a-离子交换能力;b-亚硝酸钠吸附能力
图6 不同处理后桃渣膳食纤维的离子交换能力和亚硝酸钠吸附能力
Fig.6 Ion exchange capacity and sodium nitrite adsorption capacity of Peach pomace dietary fibres after different treatments
2.4.2 不同粉碎方式对粉体亚硝酸钠吸附能力的影响
如图6-b所示,细粉碎所得的桃渣膳食纤维吸附亚硝酸钠的能力比普通粗粉碎显著增强(P<0.05),气流粉碎的桃渣膳食纤维的亚硝酸钠吸附能力为396.4 μg/g,相较于普通粉碎、臼式研磨、离心研磨分别高41.8%、5.5%、9.6%。原因可能是可溶性膳食纤维含量的上升有助于形成黏性水化层包裹亚硝酸盐,也有可能是结合更多的亚硝酸盐的活性基团暴露从而导致亚硝酸钠吸附能力增强。
2.5 不同粉碎方式对粉体抗氧化能力的影响
不同粉碎处理的桃渣膳食纤维对DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除作用如图7-a和7-b所示,桃渣膳食纤维的清除DPPH自由基和ABTS阳离子自由基能力与桃渣膳食纤维的浓度呈依赖关系,相同剂量下细粉桃渣膳食纤维清除DPPH自由基和ABTS阳离子自由基的效果优于普通粉碎,其中气流粉碎的效果最好,质量浓度为8 mg/mL时,DPPH自由基清除率最高为87.2%,IC50值为0.48 mg/mL。对比普通粉碎后的桃渣膳食纤维和超微粉碎后的ABTS阳离子自由基清除能力,发现随粒径减小,桃渣膳食纤维的ABTS阳离子自由基清除能力呈上升趋势,气流粉碎处理的膳食纤维ABTS阳离子自由基清除率最高,达98.4%,IC50值为2.25 mg/mL。因为粒度减小增加小分子活性物质和活性基团的更多暴露更易于和ABTS阳离子自由基发生反应[35]。
a-DPPH自由基清除率;b-ABTS阳离子自由基清除率
图7 不同粉碎处理桃渣膳食纤维的自由基清除率
Fig.7 Free radical scavenging of dietary fibre from Peach pomace with different shredding treatments
3 结论
本文以桃渣为原材料,研究气流粉碎、臼式研磨和离心研磨3种粉碎方式对桃渣膳食纤维理化性质及结构特性的影响。结果表明,3种粉碎方式处理后,桃渣膳食纤维粉体晶体结构和基团结构未发生改变。随着桃渣膳食纤维粉体粒径的减小,比表面积逐渐增大,活性基团暴露,粉体的持水力、持油力、水溶性和膨胀力随着粒径减小也得到改善,说明粒径小的桃渣膳食纤维粉体具有更好的水合特性。气流粉碎处理的桃渣膳食纤维离子交换能力、抗氧化性和吸附能力最优,说明超微粉碎提高了桃渣膳食纤维的抗氧化活性和吸附特性。本研究结果为获得高质量桃渣膳食纤维提供了理论依据,以期为桃渣膳食纤维高附加值应用提供借鉴。生产中可根据食品加工特性,选择不同粉碎时间和粉碎粒度。后期可进一步对桃渣膳食纤维进行改性,以更好地应用到食品工业中。
[1] ZHANG W S, JING L Y, CHEN H Y, et al.NC-1 coating combined with 1-MCP treatment maintains better fruit qualities in honey peach during low-temperature storage[J].International Journal of Food Science &Technology, 2022, 57(1):516-524.
[2] SKIBA M, VOROBYOVA V.Green synthesis and characterization of silver nanoparticles using Prunus persica L.(peach pomace) with natural deep eutectic solvent and plasma-liquid process[J].Chemical Papers, 2022, 76(9):5789-5806.
[3] 陈贵婷, 石凯欣, 张珮珮, 等. 不同品种柑橘皮渣膳食纤维构效关系比较[J/OL]. 食品科学, 2023:1-14. (2023-05-30). https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20230530.0923.010.html.CHEN G T, SHI K X, ZHANG P P, et al. Comparative study on structure-activity relationship of dietary fiber in citrus peel and pomace[J/OL]. Food Science, 2023:1-14. (2023-05-30). https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20230530.0923.010.html.
[4] 郑佳欣. 刺梨渣膳食纤维蒸汽爆破改性及结构、功能性质研究[D].北京:北京林业大学, 2020.ZHENG J X.Structural and functional properties of dietary fiber from chestnut rose residue modified by steam explosion[D].Beijing:Beijing Forestry University, 2020.
[5] 乔汉桢, 刘佳琪, 许雯雯, 等.甘薯渣膳食纤维的制备及改性工艺研究进展[J].饲料研究, 2019, 42(7):89-94.QIAO H Z, LIU J Q, XU W W, et al.Preparation and modification of dietary fiber from sweet potato residues[J].Feed Research, 2019, 42(7):89-94.
[6] 肖园园, 徐晨凤, 王露露, 等.膳食纤维物理改性及其营养效应的研究进展[J].食品与发酵工业, 2023, 49(14):346-356.XIAO Y Y, XU C F, WANG L L, et al.Research progress on physical modification of dietary fiber and its nutritional effects[J].Food and Fermentation Industries, 2023, 49(14):346-356.
[7] 张丽媛, 陈如, 田昊, 等.超微粉碎对苹果膳食纤维理化性质及羟自由基清除能力的影响[J].食品科学, 2018, 39(15):139-144. ZHANG L Y, CHEN R, TIAN H, et al.Effect of superfine grinding on physicochemical properties and hydroxyl radical scavenging capacity of apple dietary fiber[J].Food Science, 2018, 39(15):139-144.
[8] LI L Y, LIU J F, ZHANG Y, et al.Qualitative and quantitative correlation of microstructural properties and in vitro glucose adsorption and diffusion behaviors of pea insoluble dietary fiber induced by ultrafine grinding[J].Foods, 2022, 11(18):2814.
[9] 杨文晶, 宋莎莎, 董福, 等.5种高新技术在果蔬加工中的应用与研究现状及发展前景[J].食品与发酵工业, 2016, 42(4):252-259.YANG W J, SONG S S, DONG F, et al.Application and developmental prospect of high and new technologies for fruit and vegetable processing[J].Food and Fermentation Industries, 2016, 42(4):252-259.
[10] 王永刚, 贾文婷, 刘战霞, 等.红枣膳食纤维酶法提取工艺优化及其抗氧化研究[J].食品工业科技, 2020, 41(18):176-181,186.WANG Y G, JIA W T, LIU Z X, et al.Optimization of enzymatic extraction of dietary fiber from Zizyphus jujube and its antioxidant activity[J].Science and Technology of Food Industry, 2020, 41(18):176-181,186.
[11] 郎双静, 于仕博, 侯越,等.流化床气流超微粉碎对马铃薯淀粉结构及性质的影响[J].食品工业科技, 2023, 44(7):89-96.LANG S J, YU S B, HOU Y, et al.Effect of fluidized bed jet milling on structure and properties of potato starch[J].Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(7):89-96.
[12] ZHANG M, ZHANG C J, SHRESTHA S.Study on the preparation technology of superfine ground powder of Agrocybe chaxingu Huang[J].Journal of Food Engineering, 2005, 67(3):333-337.
[13] 付晓康, 苏玉, 黄亮, 等.蒸汽爆破-超微粉碎对米糠膳食纤维结构和功能性质的影响[J].中国粮油学报, 2020, 35(4):142-150. FU X K, SU Y, HUANG L, et al.Effect of steam explosion-superfine pulverization on structure and functional properties of rice bran dietary fiber[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2020, 35(4):142-150.
[14] 栗俊广, 姜茜, 望运滔, 等.不同来源膳食纤维的结构和理化性质分析[J].食品与机械, 2020, 36(12):18-23.LI J G, JIANG X, WANG Y T, et al.The structure and physicochemical properties of different types of dietary fiber[J].Food &Machinery, 2020, 36(12):18-23.
[15] HOZOV
B, KUNIAK L, 
P, et al. Determination of water-insoluble β-D-glucan in the whole-grain cereals and pseudocereals[J]. Czech Journal of Food Sciences, 2007, 25(6):316-324.
[16] 田海龙. 四种改性方法对小米糠膳食纤维理化性质和功能活性的影响[D].临汾:山西师范大学, 2021.TIAN H L.Effects of four modification methods on the physical and chemical properties and functional activity of millet bran dietary fiber[D].Linfen:Shanxi Normal University, 2021.
[17] ZHU Y, CHU J X, LU Z X, et al.Physicochemical and functional properties of dietary fiber from foxtail millet (Setaria italic) bran[J].Journal of Cereal Science, 2018, 79:456-461.
[18] 饶立, 黄凯, 李森, 等.杂粮预处理对杂粮面包抗氧化能力的影响[J].包装与食品机械, 2018, 36(5):7-12.RAO L, HUANG K, LI S, et al.Effects of processing methods of grain on antioxidant activities of multigrain bread[J].Packaging and Food Machinery, 2018, 36(5):7-12.
[19] 白冉冉, 宋明发, 章乾, 等.复合酶法改性姜渣不溶性膳食纤维及抗氧化活性研究[J].中国调味品, 2023, 48(1):87-92.BAI R R, SONG M F, ZHANG Q, et al.Study on modification of insoluble dietary fiber from ginger residue by complex enzyme method and its antioxidant activity[J].China condiment, 2023, 48(1):87-92.
[20] 魏春红, 曾明霞, 武云娇, 等.物理改性处理对小米水溶性膳食纤维理化性质及结构的影响[J].中国粮油学报, 2022, 37(5):56-62.WEI C H, ZENG M X, WU Y J, et al.Effects of physical modification on physicochemical properties and structure of soluble dietary fiber of millet[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2022, 37(5):56-62.
[21] 牛潇潇, 王杰, 王宁, 等.超微粉碎对马铃薯渣理化性质和微观结构的影响[J].中国粮油学报, 2022, 37(12):84-91.NIU X X, WANG J, WANG N, et al.Effect of superfine grinding on physicochemical properties and microstructure of potato residues[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2022, 37(12):84-91.
[22] 王亮, 张慜, 孙金才, 等.牡蛎壳超微粉碎工艺及粉体性质[J].无锡轻工大学学报, 2004, 23(1):58-61.WANG L, ZHANG M, SUN J C, et al.The process of super micron-milling of oyster shells and the powder property[J].Journal of Wuxi University of Light Industry, 2004, 23(1):58-61.
[23] 于翠平, 查越, 吴凡, 等.超微粉碎技术对蛋白质理化及功能性质影响的研究进展[J].食品安全质量检测学报, 2018, 9(2):360-365.YU C P, ZHA Y, WU F, et al.Research progress on the effects of ultra-fine grinding on protein physicochemical and functional properties[J].Journal of Food Safety and Quality, 2018, 9(2):360-365.
[24] 冯晶晶, 郭建峰, 马心茹, 等.超微粉碎对沙棘茶粉颗粒结构及理化特性的影响[J].食品与发酵工业, 2023, 49(7):198-204.FENG J J, GUO J F, MA X R, et al.Effects of ultrafine grinding on powder structure and physicochemical properties of sea buckthorn tea[J].Food and Fermentation Industries, 2023, 49(7):198-204.
[25] HONG L, CHEN L, LADIKA M, et al.Impact of particle size and surface charge density on redispersibility of spray-dried powders[J].Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 2014, 459:274-281.
[26] 唐明明, 孙汉巨, 赵金龙, 等.超微粉碎对水芹粉末理化性质及抗氧化活性的影响[J].现代食品科技, 2019, 35(7):55-65.TANG M M, SUN H J, ZHAO J L, et al.Effect of superfine grinding on the physicochemical properties and antioxidant activities of water dropwort powder[J].Modern Food Science and Technology, 2019, 35(7):55-65.
[27] 牛希, 史乾坤, 赵城彬, 等.超声改性对燕麦膳食纤维理化性质及结构的影响[J].食品科学, 2020, 41(23):130-136.NIU X, SHI Q K, ZHAO C B, et al.Effect of ultrasonic modification on physicochemical properties and structure of oat dietary fiber[J].Food Science, 2020, 41(23):130-136.
[28] 张亚琨. 超微粉碎燕麦麸皮干预高脂诱导肥胖小鼠肠道微生物及其脂代谢机制的研究[D].呼和浩特:内蒙古农业大学, 2022.ZHANG Y K.Study on the effect of surperfine oat bran on intestinal microflora and lipid metabolism in obese mice induced by high fat diet[D].Hohhot:Inner Mongolia Agricultural University, 2022.
[29] XIE H X, TANG X M, WOO M W, et al.Effects of enzymatic/alkali protein removal and particle size reduction on physicochemical and functional characteristics of okara dietary fibre[J].International Journal of Food Science &Technology, 2022, 57(5):3171-3180.
[30] YU Y, ZHAO J J, LIU J H, et al.Improving the function of pickle insoluble dietary fiber by coupling enzymatic hydrolysis with HHP treatment[J].Journal of Food Science and Technology, 2022, 59(12):4634-4643.
[31] YANG C, SISTA KAMESHWAR A K, ZHANG J N, et al.Ultrafine grinding a promising method for improving the total dietary fiber content and physico-chemical properties of potato peel waste[J].Waste and Biomass Valorization, 2020, 11(6):3057-3070.
[32] XU J Q, LIU Y, ZHANG N, et al.Effect of superfine grinding on the physicochemical properties of straw mushroom (Volvariella volvacea) powders rich in vitamin D2[J].Journal of Food Processing and Preservation, 2022, 46(12):e17192.
[33] 陈如, 何玲.超微粉碎对苹果全粉物化性质的影响[J].食品科学, 2017, 38(13):150-154.CHEN R, HE L.Effect of superfine grinding on physicochemical properties of apple powder[J].Food Science, 2017, 38(13):150-154.
[34] 夏晓霞, 寇福兵, 薛艾莲, 等.超微粉碎对枣粉理化性质、功能特性及结构特征的影响[J].食品与发酵工业, 2022, 48(12):37-45.XIA X X, KOU F B, XUE A L, et al.Effect of superfine grinding on physicochemical properties, functional and structure characteristics of jujube powder[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(12):37-45.
[35] ZHANG Y K, ZHANG M L, GUO X Y, et al.Improving the adsorption characteristics and antioxidant activity of oat bran by superfine grinding[J].Food Science &Nutrition, 2022, 11(1):216-227.