超微粉碎對大豆膳食纖維物理性質(zhì)的影響

超微粉碎對大豆膳食纖維物理性質(zhì)的影響

超微粉碎技術(shù)是近20年來國際間開發(fā)的一項新技術(shù)。所謂超微粉碎,是指利用機械或流體動力的方法克服物料內(nèi)部凝聚力使之破碎,是20世紀70年代以后,為適應現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種物料加工高新技術(shù)。超微粉碎可分為干法粉碎和濕法超碎,干法粉碎有氣流式、高頻振動式、旋轉(zhuǎn)球(棒)磨式、錘擊式和自磨式等形式;濕法粉碎主要是運用膠體磨和均質(zhì)機來完成。膳食纖維的生理活性與其水分蒸發(fā)速率、膨脹力、持水力、結(jié)合水力等物理性質(zhì)有極大關(guān)系。普通膳食纖維的可溶性成分比較低(即SDF含量低),一般小于3%,其生理活性受到限制。如對膳食纖維進行改性處理,增加其持水力、膨脹力和結(jié)合水力等,使非水溶性膳食纖維在某種程度上能夠發(fā)揮水溶性膳食纖維的作用,對有效利用天然資源,更好地發(fā)揮膳食纖維的生理功能具有積極的意義。超微粉碎可以使物料的粒度減小、比表面積增大,進而使非水溶性膳食纖維分子中的親水基團暴露率增大,持水力、膨脹力和結(jié)合水力提高。另外,超微粉碎高強的作用力在破壞非水溶性膳食纖維微粒結(jié)構(gòu)、切斷其連接的同時,還有可能對其微粒的結(jié)晶狀態(tài)產(chǎn)生影響。本研究采用微射流均質(zhì)機的瞬時高壓作用對酶—化學法制得的大豆膳食纖維進行濕法粉碎處理,用旋轉(zhuǎn)球磨式超微粉碎機大豆膳食纖維粉體進行干法粉碎處理。對處理后的膳食纖維分別進行水分蒸發(fā)速率、膨脹力、持水力、結(jié)合水力等物理性質(zhì)的測定和比較。以期為膳食纖維的改性研究提供一條新的途徑。1材料和方法1.1材料表面新鮮豆渣,進行實驗前去除豆渣中的雜質(zhì)。1.2材料、儀器與儀器MicrofluidizerprocessorM-700微射流儀美國Microfluidics公司;GYS-200申鹿牌高壓均質(zhì)機;LabconcoFreeZone4.5Liter真空冷凍干燥機美國LABCONCO公司;NICOMP380/ZLS納米粒度分析儀美國PSS粒度分析儀公司;HMB-701S超微粉碎機北京環(huán)亞天元機械技術(shù)有限公司;高速離心機(TGL-16C)上海安亭儀器廠;HR83型水分測定儀梅特勒-托利(中國);木瓜蛋白酶;氫氧化鈉;鹽酸。1.3方法1.3.1大豆餐纖維的制備1.3.2纖維粒度分布采用美國PSS(ParticleSizingSystems)公司生產(chǎn)的NICOMP380/ZLS納米粒度分析儀對超微粉碎后的纖維樣品進行粒度分布和平均粒度檢測。分析粒度時所配制的溶液濃度應在0.01%~1%之間,用乙醇作為溶劑進行分散,經(jīng)超聲波和機械攪拌處理,以達到更好的分散效果。1.3.3蒸發(fā)速率的測定采用水分測定儀分別測定豆渣膳食纖維同過80目塞的濕法粉碎樣品,干法粉碎樣品以及普通粉碎樣品的蒸發(fā)速率,溫度設為105℃保持5min,比較樣品水分蒸發(fā)速率的快慢。即樣品在單位時間內(nèi)的減少量。水分蒸發(fā)速率計算公式如下:1.3.4物料體積的測定準確稱取1.000g膳食纖維于25ml量筒中,加入蒸餾水至15ml振蕩均勻后室溫下放置,4h后讀取量筒中物料體積數(shù)。膨脹力計算公式如下:1.3.5離心溫度的測定準確稱取1.000g膳食纖維置于100ml燒杯中,加蒸餾水70ml,電磁攪拌24h,轉(zhuǎn)移至離心杯中,在3500r/min的速度下離心30min,取出,傾去上清液,稱質(zhì)量。持水力的計算如下:濕質(zhì)量-干質(zhì)量持水力(g/g)=——————————樣品干質(zhì)量1.3.6離心處理g-2多孔玻璃上靜置首先將100mg的膳食纖維浸泡于25ml25℃的蒸餾水中,室溫下保持2h(伴隨適當攪拌)。在14000r/min條件下離心處理1h,小心地去除上清液,殘留物置于G-2多孔玻璃上靜置1h。稱重該殘留物m1,然后在120℃下干燥2h后再次稱重得m2,兩者差值即為所結(jié)合的水重量,換算成每克纖維的結(jié)合水克數(shù)。2結(jié)果與分析2.1最好的條件是濕粉形成2.1.1不同處理對膳食纖維水分蒸發(fā)的影響取普通粉碎樣品和經(jīng)過微射流100MPa和120MPa壓力法粉碎的樣品進行水分蒸發(fā)速率測定。結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明,經(jīng)普通粉碎的膳食纖維水分蒸發(fā)速率最慢,其次是經(jīng)100MPa微射流處理的樣品,經(jīng)120MPa微射流均質(zhì)機處理的樣品水分蒸發(fā)速率最快。造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于微射流均質(zhì)機對膳食纖維顆粒進一步的細化作用,纖維顆粒在流體中的進一步細化和分散則導致其水分蒸發(fā)速率提高,從而得到了表1的結(jié)果。2.1.2微射流濕法粉碎前后膳食纖維性能采用經(jīng)過不同壓力濕法粉碎處理的樣品按照上述方法進行膨脹力、持水力和結(jié)合水力三項指標的測定,每個樣品分別測定三次取平均值。結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明,經(jīng)過微射流濕法粉碎處理的膳食纖維的膨脹力、持水力、結(jié)合水力比處理前的膳食纖維要高,經(jīng)過IHP120MPa處理后的膳食纖維樣品各項指標(特別是持水力、結(jié)合水力)均高于其他壓力下的膳食纖維樣品,包括140MPa的樣品。這可能是因為膳食纖維樣品的空間結(jié)構(gòu)在IHP120MPa的作用下又變得最疏松,或者是在微射流一定壓力作用下少量的不溶性纖維轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄岳w維。這恰恰也說明了為什么120MPa處理樣的水分蒸發(fā)速度最快。2.2粉碎前樣品的指標,主要是添加白砂糖和研磨纖維素后持水力和放射線物料的水化性質(zhì)與物料的粉碎時間有關(guān),但并不是粉碎時間越長水化性質(zhì)越好。膳食纖維經(jīng)0.5、1、1.5、2、2.5、3h粉碎后分別取樣進行水化性質(zhì)的測定。實驗表明,隨著粉碎時間的增加物料水化性質(zhì)有明顯的變化,粉碎2.5h后水分蒸發(fā)速率從0.188g/min增大到0.562g/min,提高了1.99倍;膨脹力從5.89ml/g提高到9.13ml/g,增大了55%;持水力從5.42g/g增至12.06g/g,增大了1.26倍;結(jié)合水力從粉碎前的12.55g/g提高到了24.45g/g,提高約95%。這可能是由于較長時間粉碎使得可溶性膳食纖維增加。粉碎3h后,樣品的各項指標沒有發(fā)生明顯變化,且持水力出現(xiàn)降低的趨勢?？赡芤驗榱６冗^小時,剪切和研磨的作用使膳食纖維原來致密的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞,導致其結(jié)合水的能力減小。固在生產(chǎn)中需要適當控制粉碎時間,大豆膳食纖維干法粉碎最佳粉碎時間為2.5h。2.3超微粉碎與濕法粉碎的比較不同方式的超微粉碎對膳食纖維的水分蒸發(fā)速率的影響不同,取等量不同粉碎方式粉碎后的樣品,在5min內(nèi)測定它們的平均水分減少量,繪制其截圖如圖1所示。其中濕法粉碎:IHP壓力為120MPa;干法粉碎:粉碎2.5h。從圖1可以看出,兩種方式的超微粉碎對膳食纖維的水分蒸發(fā)速率都有明顯提高,這是因為在超微粉碎過程中物料的粒度變小,比表面積增大,有利于水分的蒸發(fā)。從蒸發(fā)速率來看,干法粉碎的樣品蒸發(fā)速率明顯高于濕法粉碎樣品,這可能是因為濕法粉碎容易使粉碎后的物料發(fā)生團聚,干法粉碎后物料相對更蓬松,比表面積更大,水分蒸發(fā)速率就更大。2.4粉碎方式對大豆膳食纖維力學性能的影響粉碎方式的不同對膳食纖維水化性質(zhì)的影響也有很大的區(qū)別,選擇IHP120MPa的壓力下濕法粉碎處理的樣品和2.5h干法粉碎的樣品,以及普通粉碎的樣品進行膨脹力、持水力和結(jié)合水測定比較,結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明,經(jīng)過超微粉碎的大豆膳食纖維水化性質(zhì)有了明顯的改善,與普通粉碎相比膨脹力平均提高了46%,持水力提高了1.4倍,結(jié)合水力提高了0.99倍。從濕法粉碎和干法粉碎的比較來看,濕法粉碎的膨脹力大約比干法粉碎高26%,持水力高8%,結(jié)合水力相差不大。這可能是因為纖維在濕狀態(tài)下能夠充分伸展、膨脹,組織結(jié)構(gòu)相對軟脆,比干狀態(tài)下更容易斷裂,所以濕法粉碎對膳食纖維的水化性質(zhì)影響更大。3超微粉碎樣品3.1經(jīng)過干法和濕法超微粉碎的膳食纖維,平均水分蒸發(fā)速率、膨脹