超微粉碎對(duì)棗粉理化性質(zhì)、功能特性及結(jié)構(gòu)特征的影響

1、超微粉碎對(duì)棗粉理化性質(zhì)、功能特性及結(jié)構(gòu)特征的影響棗(ZiziphusjujubaMill.)，鼠李科棗屬植物，又稱為棗子、大棗，原產(chǎn)于我國(guó)，在山西、山東、河南、河北、新疆、陜西等地大量種植。棗具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，含有糖類、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)及大量對(duì)人體有益的礦物質(zhì)，還是維生素、三萜類、多酚類、核苷酸類和生物堿等生物活性物質(zhì)的良好來(lái)源，具有抗氧化、降血糖、調(diào)節(jié)心血管和保肝等作用1。鮮棗營(yíng)養(yǎng)豐富，甜而多汁，但不耐貯藏易腐爛，貨架期較短。因此，除鮮食以外，75%以上的鮮棗被加工成干棗，以延長(zhǎng)棗果的貨架期，充分利用棗的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。超微粉碎是一種新型的粉碎技術(shù)，可生產(chǎn)具有良好表面性能，粒徑分布窄而均勻的粉體。

2、在食品工業(yè)中，超微粉碎有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的溶出，加工后的粉體分散性較好，能更好地被人體吸收，已廣泛應(yīng)用于姜2、枸杞3、葡萄4等果蔬粉的制備中。HU等5研究發(fā)現(xiàn)超微粉碎可增加綠茶多糖的含量，并增強(qiáng)其抗氧化活性，同時(shí)也減少了苦味。張麗媛等6將蘋果膳食纖維進(jìn)行超微粉碎后發(fā)現(xiàn)其水溶性、溶脹性、陽(yáng)離子交換能力及抗氧化性等理化性質(zhì)都得到顯著改善。目前，棗的干制品大多都是整顆干棗，對(duì)棗粉的研究較少。因此，本研究將新鮮的冬棗采用真空冷凍干燥法制備凍干棗，隨后通過普通粉碎和超微粉碎2種粉碎方式制作棗粉，探討超微粉碎對(duì)棗粉的理化性質(zhì)、功能特性及結(jié)構(gòu)的影響，以期為棗粉加工提供理論參考。2.2 超微粉碎對(duì)棗粉營(yíng)養(yǎng)成分及功

3、能特性的影響2.2.1 基本營(yíng)養(yǎng)成分如表4所示，普通粉及超微粉中灰分含量分別為2.38、2.41 g/100g，粗脂肪含量分別為3.03、3.25 g/100g，2種粉體差異不顯著。普通粉及超微粉的蛋白質(zhì)含量分別為11.46、12.21 g/100g，低于冷凍干燥的壺瓶棗13，超微粉碎顯著提高了棗粉中蛋白質(zhì)的含量(P0.05)，可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)緊密的組織結(jié)構(gòu)經(jīng)超微粉碎后被破壞，表面積增大，溶解性增加，從而導(dǎo)致檢測(cè)到超微粉中的蛋白質(zhì)含量顯著高于普通粉。另外，超微粉碎可使棗粉中的膳食纖維重新發(fā)生分配，顯著增加SDF的含量，降低IDF的含量，即SDF/IDF值從0.54上升至0.73，分析原因是半纖

4、維素和纖維素降解成SDF造成14，或者是IDF中糖苷鍵的斷裂轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)，從而提高了SDF/IDF值，這在超微粉碎臍橙中有相似的結(jié)果14。2.2.2 生物活性成分由表5可知，普通粉和超微粉的維生素C含量分別為857.57、1 113.34 mg/100g，與周禹含等12測(cè)定的冬棗粉維生素C含量相當(dāng)，是橙子(68.88 mg/100g)的數(shù)十倍25。與普通粉相比，超微粉的維生素C含量顯著增加(P0.05)，總糖及還原糖含量分別增加了5.76、1.16 g/100g(P0.05)。表明超微粉碎有利于棗粉維生素C及糖類物質(zhì)的保留。棗粉中的酚類物質(zhì)以游離酚為主，經(jīng)超微粉碎后其游離酚、總酚含量分別增

5、加8.38、8.27 mg GAE/g，結(jié)合酚含量減少0.13 mg GAE/g(P0.05)?？赡苁且?yàn)闂椃壑械慕Y(jié)合酚與果膠、纖維素及蛋白質(zhì)等以共價(jià)結(jié)合(酯鍵、醚鍵)的方式存在于細(xì)胞壁中，不易溶出，而超微粉碎可使纖維素、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變及細(xì)化，利于此類結(jié)合酚的釋放，從而以游離酚的形式被提取檢測(cè)到26；同時(shí)超微粉碎可使棗粉細(xì)胞壁充分破碎，在提取檢測(cè)過程中，促進(jìn)酚類物質(zhì)的溶出。為了更好地解釋超微粉碎有利于生物活性物質(zhì)的溶出，本研究對(duì)棗粉的值進(jìn)行了分析，值越大代表細(xì)胞壁破碎率越大。如表1所示，普通粉和超微粉的值分別為35%、100%，超微粉碎顯著提高了棗粉的細(xì)胞壁破碎率(P0.05)，表明超微粉碎

6、更有利于打破棗粉的細(xì)胞壁，從而降低傳質(zhì)阻力，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放。總的來(lái)說(shuō)，超微粉碎能有效地促進(jìn)棗粉中生物活性物質(zhì)的釋放，充分利用其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，這在HE等7、ZHANG等3的研究中有相似的結(jié)果。2.2.3 抗氧化活性植物提取物中含有較多的具有抗氧化性的生物活性成分，其氧化過程較為復(fù)雜，通常評(píng)價(jià)植物提取物的抗氧化活性不能使用單一的評(píng)價(jià)方法。本研究采用DPPH自由基清除率、ABTS陽(yáng)離子自由基清除率和FRAP還原力3種方法來(lái)評(píng)價(jià)棗粉的抗氧化性，Trolox當(dāng)量越大表明抗氧化效果越好。如圖3所示，3種評(píng)價(jià)方法中，超微粉表現(xiàn)出的抗氧化活性均顯著大于普通粉(P0.05)。由表7可知，棗粉提取物的抗氧化性與

7、除結(jié)合酚外的生物活性物質(zhì)含量都呈正相關(guān)。其中3種評(píng)價(jià)方法都表明與維生素C含量呈顯著正相關(guān)性(ABTS陽(yáng)離子自由基清除力極顯著)，與結(jié)合酚含量呈顯著負(fù)相關(guān)。此結(jié)果與超微粉碎前后生物活性物質(zhì)含量變化結(jié)果保持一致(表5)，表明超微粉碎有利于增強(qiáng)棗粉的抗氧化性。超微粉碎減小了棗粉的粒徑，增加了表面積，且充分地破壞了棗粉的細(xì)胞壁，促進(jìn)了多酚、多糖、維生素C等活性物質(zhì)的釋放，從而提高了棗粉的抗氧化性，這與ZHAO等4的研究結(jié)果相似。圖3 超微粉碎前后棗粉的抗氧化活性Fig.3 Antioxidant activity of jujube powder before and after superfine

8、grinding表7 超微粉碎前后棗粉抗氧化性與生物活性成分的 相關(guān)性分析Table 7 Correlation analysis between antioxidant activity and bioactive substances of jujube powder before and after superfine grinding注：表中數(shù)值為正值，表示具有正相關(guān)；表中數(shù)值為負(fù)值，表示具有負(fù)相關(guān)；*和*分別表示在P0.05水平相關(guān)性顯著和P0.01水平相關(guān)性極顯著2.3 超微粉碎對(duì)棗粉結(jié)構(gòu)特征的影響2.3.1 掃描電鏡分析由圖4可知，普通粉和超微粉都具有較完整的組織結(jié)構(gòu)，其中普通粉

9、顆粒較大、不均勻，可觀察到大多呈塊狀；超微粉的粒徑減小，形態(tài)由塊狀變成圓形顆粒，但是其團(tuán)聚現(xiàn)象較嚴(yán)重，粒徑減小后其表面吸附增強(qiáng)，粉體之間的相互作用力增大，表現(xiàn)出分布密集、表觀粒徑增加的現(xiàn)象。另外，還可觀察到超微粉的組織破壞程度也明顯大于普通粉，這可以用來(lái)解釋超微粉的細(xì)胞壁破碎率顯著高于普通粉的原因。a-普通粉(300);b-普通粉(1 000);c-超微粉(300); d-超微粉(1 000)圖4 超微粉碎前后棗粉的掃描電鏡圖Fig.4 SEM images of jujube powder before and after superfine grinding2.3.2 紅外光譜分析由圖5可

10、知，2種棗粉特征峰出峰位置基本一致，未產(chǎn)生新的化學(xué)基團(tuán)，表明超微粉碎對(duì)棗粉紅外光譜特征吸收影響不大，棗粉經(jīng)超微粉碎后分子結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，這在超微粉碎玉米桿22、生姜粉2中都觀察到相似的結(jié)果。在棗粉的主要吸收峰中，3 368 cm-1附近的吸收峰可能與棗粉中纖維素衍生的酚和醇有關(guān)；在2 932 cm-1附近的吸收峰源于CH2或CH3上CH的伸縮振動(dòng)；1 622 cm-1處的吸收峰可歸類為酰胺的NH面內(nèi)彎曲；1 414、1 385 cm-1處的吸收峰是CH2和CH對(duì)稱彎曲振動(dòng)引起的；1 259 cm-1處的吸收峰是由CO伸縮振動(dòng)引起；9501 200 cm-1被認(rèn)為是碳水化合物的“指紋”區(qū)域，1

11、 058、1 103 cm-1處的吸收峰可能是由糖環(huán)中的COC、COH振動(dòng)引起；在619 cm-1附近的吸收峰可能是因?yàn)橛芍茦舆^程中KBr與棗粉中某些物質(zhì)發(fā)生取代反應(yīng)生成鹵化物所致27。2.3.3 X-射線衍射分析由圖6可知，普通粉和超微粉的X衍射圖譜呈現(xiàn)出明顯的無(wú)定形特征，沒有尖銳的結(jié)晶峰。棗粉中存在大量的葡萄糖、蔗糖、果糖等低分子質(zhì)量糖以及有機(jī)酸，這些物質(zhì)在干燥過程中快速脫水，來(lái)不及結(jié)晶就形成無(wú)定形的亞穩(wěn)態(tài)干燥產(chǎn)品19。另外，不同粒徑的棗粉衍射強(qiáng)度無(wú)明顯差異，說(shuō)明超微粉碎并未破壞棗粉的結(jié)晶區(qū)域，結(jié)果與FTIR的結(jié)果保持一致，表明超微粉碎不會(huì)改變棗粉的分子結(jié)構(gòu)和晶體形式，這在HUANG等8中

12、有相似的結(jié)果。圖5 超微粉碎前后棗粉的傅里葉紅外光譜圖譜Fig.5 FTIR spectra of jujube powder before and after superfine grinding圖6 超微粉碎前后棗粉的X-射線衍射圖譜Fig.6 X-ray images of jujube powder before and after superfine grinding2.3.4 熱重分析TG曲線(圖7)反映了棗粉質(zhì)量隨溫度上升的變化。從TG曲線可知，棗粉的失重大致可分為3個(gè)階段：50150、150350、350800 ，失重率分別約4%、50%、15%。熱重微分曲線(derivati

13、ve thermogravimetry, DTG)是TG對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，表示質(zhì)量的變化率。從DTG曲線可以看到，2種棗粉都有2個(gè)明顯的峰值，表明在這個(gè)過程中棗粉的質(zhì)量明顯減少。當(dāng)溫度150 時(shí)，不同粒徑的棗粉都較穩(wěn)定，其質(zhì)量損失可歸因于水分蒸發(fā)而導(dǎo)致的失重。當(dāng)溫度150 時(shí)，隨著溫度升高，棗粉的失重可能是因?yàn)橐环N或多種組分(多糖)的熱降解及隨后的揮發(fā)，以及分子層間結(jié)合水(低溫峰)、膠體吸附膠體水和框架結(jié)構(gòu)水(高溫峰)的揮發(fā)而導(dǎo)致質(zhì)量損失28-29，但不同粒徑的棗粉在TG、DTG曲線中都具有相似的趨勢(shì)且變化較小，這與羅白玲30的研究結(jié)果相似。圖7 超微粉碎前后棗粉的熱重分析Fig.7 Ther

14、mogravimetric analysis of jujube powder before and after superfine grinding3 結(jié)論本研究采用2種粉碎方式對(duì)凍干冬棗進(jìn)行粉碎，探究超微粉碎對(duì)棗粉理化性質(zhì)、功能特性及結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，棗粉經(jīng)超微粉碎后粒徑顯著降低，細(xì)胞壁破碎程度顯著增大，色澤更鮮艷，持油力、水溶性、溶脹性、容積密度分別提高了4.53%、7.57%、21.44%、167.65%，流動(dòng)性及充填性得到顯著改善；超微粉的維生素C、總糖、還原糖、總酚含量分別是普通粉的1.30、1.10、1.03、1.23倍，且抗氧化性得到顯著提高；相較于普通粉，超微粉的分子結(jié)構(gòu)、晶體形式及熱穩(wěn)定性無(wú)明顯變化。綜上所述，超微粉碎在未改變棗