不同粒徑竹筍粉的理化性質(zhì)和功能特性研究

1、不同粒徑竹筍粉的理化性質(zhì)和功能特性研究享有“素食第一名”美稱的竹筍，正越來越受到人們的歡迎1-2。我國(guó)竹筍產(chǎn)量居世界之首，有200多種可食用竹筍，竹林面積達(dá)33 000 km2，食用竹筍年產(chǎn)量可達(dá)500600萬t3。竹筍不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，而且還含有豐富的類黃酮、多酚、甾醇等活性物質(zhì)，具有較高的食用和藥用價(jià)值4-6。除此之外，竹筍中還含有豐富的膳食纖維，具有降低膽固醇、改善腸道菌群等功效7-8。竹筍采摘后容易產(chǎn)生褐變、木質(zhì)化、腐爛等現(xiàn)象，其保鮮、運(yùn)輸難度大，因此一部分鮮筍會(huì)被直接加工成筍干、筍絲、清水筍罐頭等食品。如何更好地利用竹筍資源，更好地保留其原本的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值是亟需解決的問題9。超微粉碎技

2、術(shù)是利用物理方法克服物料內(nèi)部的結(jié)合力，即利用機(jī)械碾磨或流體動(dòng)力的途徑將固體顆粒粉碎至微米級(jí)的過程10-11。球磨后的粉末具有良好的溶解性、分散性和吸附性12。物料經(jīng)球磨后，由于粒徑的減小和比表面積的增大，其理化性質(zhì)明顯提高13，如膳食纖維經(jīng)球磨后，顆粒粒度變小，比表面積和孔隙率增大，其持水性、膨脹力、粉質(zhì)特性等物化特性顯著提高14-16，適口性得到改善，大大提高了人體其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。球磨式粉碎機(jī)操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力大、物料適應(yīng)性強(qiáng)而且方便控制產(chǎn)品粒徑17-18。本文采用行星球磨式粉碎機(jī)對(duì)細(xì)竹筍進(jìn)行超微處理，得到不同粒徑竹筍粉，分析比較其基本組成、物理特性、吸附能力(膽固醇和NO2-)及化學(xué)

3、結(jié)構(gòu)，旨在為竹筍的產(chǎn)品開發(fā)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。1 材料與方法1.1 材料與試劑毛竹筍，浙江臨安；混合氨基酸標(biāo)準(zhǔn)液，日本和光純業(yè)工業(yè)株式會(huì)社；茚三酮、溴化鉀、5-磺基水楊酸、甲基紅、溴甲酚綠、檸檬酸、檸檬酸鈉、無水乙酸鈉、膽固醇、亞硝酸鈉、鄰苯二甲醛，國(guó)藥集團(tuán)；冰乙酸、乙醇，阿拉丁試劑(上海)有限公司，以上試劑均為優(yōu)級(jí)純。1.2 儀器與設(shè)備KQ-300E型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；L-8900氨基酸自動(dòng)分析儀、Hitachi S-4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，日本日立公司；UV-5500PC型紫外分光光度計(jì)，上海市元析儀器有限公司；JT-DCY-12Y水浴氮吹儀，杭州聚同電子有限公

4、司；Allegra X-12R離心機(jī)，貝克曼庫(kù)爾特有限公司；CJM-SY-B高能納米沖擊磨，秦皇島市太極環(huán)納米制品有限公司；FTIR-850紅外掃描儀，天津港東科技發(fā)展股份有限公司；納米粒度分析儀，Malvern儀器；LS-909激光粒度儀，珠海歐美克儀器有限公司。1.3 實(shí)驗(yàn)方法1.3.1 不同粒徑竹筍粉的制備將毛竹筍用去離子水清洗3次，在105 的烘箱中烘干至水分含量低于6%，采用普通粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，過80目標(biāo)準(zhǔn)篩但未通過100目標(biāo)準(zhǔn)篩的即為細(xì)竹筍粉，平均粒度采用激光粒度儀進(jìn)行測(cè)定。將經(jīng)前處理的細(xì)竹筍粉通過行星球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨介質(zhì)ZrO2，時(shí)間30 min、轉(zhuǎn)速500 r/min，球磨

5、后的竹筍粉即為超細(xì)竹筍粉，平均粒徑使用激光粒度分布儀進(jìn)行測(cè)定。將經(jīng)前處理的細(xì)竹筍粉通過行星球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間3 h，球磨介質(zhì)ZrO2，轉(zhuǎn)速500 r/min，得到超微竹筍粉，平均粒徑使用激光粒度分布儀進(jìn)行測(cè)定。1.3.2 成分測(cè)定1.3.2.1 基本成分測(cè)定水分含量采用GB/T 5009.32022食品中水分的測(cè)定中的直接干燥法測(cè)定；灰分含量采用GB/T 5009.42022食品中灰分的測(cè)定中的高溫灼燒法測(cè)定；蛋白質(zhì)含量采用GB/T 5009.52022食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定中的凱氏定氮法測(cè)定。1.3.2.2 總氨基酸測(cè)定總氨基酸測(cè)定采用國(guó)標(biāo)GB 5009.1242022食品中氨基酸的測(cè)定，

6、略有改進(jìn)。分析條件：日立L-8900 氨基酸分析儀；色譜柱：日立2622C磺酸型陽(yáng)離子樹脂分離柱(4.6 m60 mm，3 m)；檢測(cè)器：熒光檢測(cè)器；流動(dòng)相：檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液。取1 g樣品加到玻璃水解管中，加入10 mL 6 mol/L的HCl溶液，加重蒸酚34滴，冷卻5 min，向水解管中充入一定量的N2，在N2環(huán)境下迅速封管，110 水解22 h。冷卻后打開水解管，將水解液全部移至50 mL容量瓶中，用去離子水清洗、過濾及定容。取2 mL定容溶液反復(fù)真空干燥2次，最后蒸干，然后加0.02 mol/L檸檬酸鈉緩沖液1 mL，過0.22 m濾膜過濾后上機(jī)。1.3.2.3 游離氨基酸測(cè)定游

7、離氨基酸的測(cè)定參照GB/T 5009.1242022食品中氨基酸的測(cè)定，略有改進(jìn)。準(zhǔn)確稱取樣品5.00 g置于150 mL錐形瓶中，加入60 mL去離子水，100 沸水浴提取1 h，每15 min振搖1次。取出冷卻，將提取液過濾至100 mL 容量瓶，殘?jiān)?0 mL去離子水分2次洗滌，洗出溶液與提取液合并后定容至100 mL。取5.0 mL定容后的液體于15 mL離心管中，加入10%磺基水楊酸溶液5.0 mL，離心15 min (10 000 r/min、4 )，取上清液過0.22 m濾膜，待測(cè)。1.3.3 物理性質(zhì)測(cè)定1.3.3.1 粒徑測(cè)定使用激光粒度儀測(cè)定竹筍粉粒徑。1.3.3.2 持

8、水性的測(cè)定持水性(water retention capacity，WRC)的測(cè)定參考LYU等19的方法并略作修改。準(zhǔn)確稱取1.00 g樣品(m1)，并加入40 mL去離子水。室溫放置24 h后，6 000 r/min離心10 min，去除上清液，將離心管壁上殘留的水分用濾紙吸干。稱重(m2),105 烘5 h，稱重(m3)，按照公式(1)計(jì)算持水性：(1)1.3.3.3 膨脹力的測(cè)定膨脹力(water swelling capacity，WSC)的測(cè)定參照LYU等19的方法并略作修改，準(zhǔn)確稱取1.00 g樣品(m4)，加入10.0 mL蒸餾水于25 mL量筒內(nèi)，其體積記為V1。充分振蕩后室溫

9、靜置24 h，讀取液體中樣品的體積V2。膨脹力按照公式(2)計(jì)算：(2)1.3.3.4 溶解度測(cè)定參照范明月等20的方法并稍作改動(dòng)。將不同粒徑竹筍粉用蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的溶液，30 恒溫水浴5 min后，倒入離心管中搖勻，1 000 r/min離心10 min，測(cè)定離心管中沉淀物的高度以及溶液的總高度。以沉淀高度/溶液總高表示溶解度，比值越小溶解性越大。1.3.4 吸附能力測(cè)定1.3.4.1 NO2-吸附能力的測(cè)定NO2-吸附能力(nitrite ion adsorption capacity，NIAC)測(cè)定參考GB 5009.332022食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測(cè)定。準(zhǔn)確稱取1.00

10、 g樣品和60.0 mL NaNO2(5.002 g/mL)于100 mL錐形瓶?jī)?nèi)，調(diào)節(jié)pH，分別模擬人體胃酸環(huán)境(pH 2.0)和腸道環(huán)境(pH 7.0)，加入轉(zhuǎn)子在37 水浴中反應(yīng)120 min，測(cè)量NO2-的殘留量21。按公式(3)計(jì)算NIAC：(3)式中：1，原始溶液中的NO2-質(zhì)量濃度，g/mL；2，吸附平衡時(shí)上清液中的NO2-質(zhì)量濃度，g/mL；m5，竹筍粉質(zhì)量，g；V3，NaNO2溶液體積，mL。1.3.4.2 膽固醇吸附能力的測(cè)定膽固醇吸附能力(cholesterol adsorption capacity，CAC)的測(cè)定參照GB 5009.1282022食品中膽固醇的測(cè)定，略

11、作修改。取新鮮雞蛋蛋黃，按料液比19(gmL)加入蒸餾水，攪拌均勻形成乳化液。準(zhǔn)確稱取1.00 g樣品和60.0 mL蛋黃乳化液于100 mL錐形瓶?jī)?nèi)，分別調(diào)節(jié)pH至2.0和7.0，在模擬人體胃酸環(huán)境和腸道環(huán)境下對(duì)膽固醇吸附能力進(jìn)行測(cè)定。37 水浴30、60、90、120、180 min，冷卻到室溫后，6 000 r/min離心20 min。收集上清液，在550 nm下測(cè)量吸光度值。膽固醇吸附能力表示為1 g竹筍粉樣品吸收的膽固醇量，計(jì)算如公式(4)所示：(4)式中：3，原始蛋黃溶液的膽固醇質(zhì)量濃度，g/mL；4，吸附平衡時(shí)上清液的膽固醇質(zhì)量濃度，g/mL；m6，樣品質(zhì)量，g；V5，原蛋黃溶液

12、體積，mL；V4，上清液體積，mL。1.3.5 紅外光譜稱取一定量干燥樣品，在研缽中硏磨至極細(xì)，與溴化鉀混合壓成半透明薄片，用傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行分析，掃描范圍為4004 000 cm-1。1.3.6 掃描電鏡觀察將干燥樣品用導(dǎo)電膠粘在樣品座上，于氮?dú)猸h(huán)境下用離子濺射法渡一層鉑金膜，通過掃描電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行觀察分析。1.4 數(shù)據(jù)分析每個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次，數(shù)據(jù)顯示為平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析包括方差和SPSS 20.0版的Duncans檢驗(yàn)。組間差異顯著性水平為P0.05。2 結(jié)果與分析2.1 不同粒徑竹筍粉基本成分分析粉體的粒徑與其持水性、膨脹力、吸附能力等理化性質(zhì)和功能特性密切相關(guān)22。

13、不同粒徑竹筍粉的基本成分如表1所示。經(jīng)超微粉碎后，超微竹筍粉的營(yíng)養(yǎng)成分與細(xì)竹筍粉存在差異，主要表現(xiàn)在超微竹筍粉的灰分含量顯著增加，而水分含量顯著降低(6.13 g/100 g),這與楊茉等23的研究結(jié)果相同。這是由于在球磨過程中物料間的摩擦使竹筍粉的溫度升高，促進(jìn)水分蒸發(fā)；隨著粒徑的下降，蛋白質(zhì)含量略微降低，可能是在超微粉碎過程中，由于機(jī)械力的影響，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)被破壞。超細(xì)竹筍粉和超微竹筍粉的營(yíng)養(yǎng)成分也存在差異，主要是因?yàn)椴煌姆鬯槌潭人斐傻?。? 不同粒徑竹筍粉的基本成分 單位：g/100 gTable 1 Basic components of bamboo shoot powder w

14、ith different particle size注：同行不同字母表示組間差異顯著(P0.05)(下同)2.2 粒徑分析不同加工工藝得到的竹筍粉的粒徑分布、比表面積等見表2。細(xì)竹筍粉的平均粒度為(182.661.07)m，超細(xì)竹筍粉為(90.410.31)m，超微竹筍粉為(18.430.43)m。竹筍粉經(jīng)球磨粉碎后，機(jī)械強(qiáng)力的碾磨或流體動(dòng)力使竹筍粉顆粒加速，發(fā)生劇烈的相互碰撞、反復(fù)摩擦、高速剪切，從而使竹筍粉的粒徑顯著減小20。表2 不同竹筍粉的理化性質(zhì)Table 2 Physicochemical properties of bamboo shoot powder with differ

15、ent particle size2.3 不同粒徑竹筍粉的物理性質(zhì)比表面積是衡量超微粉物料特性的重要參數(shù)，在一定程度上，比表面積大小與物料顆粒的粒徑、形狀、表面缺陷及孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；同時(shí)，比表面積對(duì)物料的其他許多物理及化學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生很大影響，如吸附性、持水性和溶脹性等24。由表2可知，超微竹筍粉的比表面積最大為(597.209.28) m2/kg，是細(xì)竹筍粉的8倍，同時(shí)其持水性和膨脹力分別提高了25%和65.62%。這可能是因?yàn)橹窆S粉經(jīng)超微粉碎后，其粒徑減小，纖維素致密的組織結(jié)構(gòu)被破壞成疏松的結(jié)構(gòu)，更多的親水性基團(tuán)暴露出來，比表面積增大，加大了與水的接觸面積，接觸部位增多，分散性增強(qiáng)25，所以

16、超微竹筍粉的持水性和溶脹性明顯高于細(xì)竹筍粉。2.4 不同粒徑竹筍粉的溶解性由圖1可知，隨著竹筍粉粒度的不斷減小，其溶解度不斷增加，其中細(xì)竹筍粉、超細(xì)竹筍粉溶解度沒有明顯的變化，但顯著低于超微竹筍粉的溶解度。這是因?yàn)楫?dāng)粉體的粒度減小時(shí)，破碎程度變大，其比面積增大，這不僅增加了粉體與水分子之間的有效接觸面積，而且還大大縮短了水分子進(jìn)入粉體的距離，增加了水與羥基的結(jié)合機(jī)會(huì)，從而使溶解性增大。圖1 不同竹筍粉的溶解度Fig.1 Solubility of bamboo shoot powder with different particle size 注：不同字母表示組間差異顯著(P0.05)(下同)

17、2.5 不同粒徑竹筍粉的氨基酸含量分析氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖如圖2所示，不同粒徑竹筍粉的氨基酸含量見表3。竹筍粉中含有17種氨基酸(除了色氨酸)，其中包含7種人體必需氨基酸。竹筍粉中含量較高的4種氨基酸分別為：賴氨酸、亮氨酸、精氨酸、纈氨酸；含量較低的氨基酸分別為：-氨基丁酸(-aminobutyric acid，GABA)、酪氨酸、蘇氨酸和絲氨酸。不同粒徑竹筍粉的氨基酸含量不同，除亮氨酸含量為超細(xì)竹筍粉最高，GABA含量為細(xì)竹筍粉含量最高外，其余氨基酸的含量超微竹筍粉均顯著(P0.05)高于細(xì)竹筍粉和超細(xì)竹筍粉。細(xì)竹筍粉的總氨基酸含量為(124.572.34)mg/g，必需氨基酸的含量為(81

18、.571.56)mg/g；超細(xì)竹筍粉的總氨基酸含量為(133.562.08)mg/g，必需氨基酸的含量為(87.801.82)mg/g，超微竹筍粉的總氨基酸含量為(138.081.92)mg/g，必需氨基酸的含量為(88.761.02)mg/g。超細(xì)竹筍粉、超微竹筍粉呈現(xiàn)出隨著粒徑減小，總氨基酸和必需氨基酸的含量略微增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這是由于在超微粉碎過程中，竹筍細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、原生質(zhì)和細(xì)胞間質(zhì)中的氨基酸被釋放出來，從而使氨基酸含量有所增加。圖2 氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖Fig.2 Chromatogram of standard amino acids表3 不同粒徑竹筍粉的氨基酸含量 單

19、位：mg/gTable 3 Amino acid content of bamboo shoot powder with different particle size2.6 不同粒徑竹筍粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同粒徑竹筍粉的紅外光譜圖如圖3所示。3 421 cm-1附近的強(qiáng)吸收峰為分子中羥基的伸縮振動(dòng)峰；2 927 cm-1附近的吸收峰為有機(jī)物CH的拉伸振動(dòng)吸收峰；1 745 cm-1附近的吸收峰為半纖維素羰基(CO)的伸縮振動(dòng)峰，1 050 cm-1附近的峰是纖維素、半纖維素(CO)的伸縮振動(dòng)峰26。該研究與程姣姣等27在研究豆渣超微粉制備工藝中官能團(tuán)的分析相同。1 044 cm-1處有個(gè)較寬的吸收

20、峰為磷酸鹽的拉伸運(yùn)動(dòng)吸收峰。由此可以看出球磨對(duì)毛竹筍中各組分主要官能團(tuán)影響不大，不同粒徑竹筍粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)大致相同，在超微粉碎過程中并沒有因?yàn)槭艿轿锢碜饔枚鴮?dǎo)致其組分中官能團(tuán)的變化，而僅僅只是破壞了其表面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其粒徑減小，比表面積增大。這與朱怡婷等28在研究超微粉碎對(duì)毛竹筍微觀結(jié)構(gòu)及營(yíng)養(yǎng)成分的影響結(jié)果一致。經(jīng)球磨處理后羥基峰藍(lán)移，某些糖類特征吸收峰增強(qiáng)，可能是由于纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等大分子受到劇烈機(jī)械力作用，發(fā)生分子鏈斷裂現(xiàn)象，分子聚合度有減小趨勢(shì)，更多葡萄糖苷鍵、氫鍵等基團(tuán)暴露，使超微粉與水分子結(jié)合得更快更緊密。圖3 不同粒徑竹筍粉的紅外光譜圖Fig.3 FT-IR spectra

21、of bamboo shoot powder with different particle size2.7 不同粒徑竹筍粉的表面結(jié)構(gòu)分析圖4為不同粒徑竹筍粉在電鏡下的表面結(jié)構(gòu)圖，未經(jīng)行星球磨機(jī)粉碎的細(xì)竹筍粉粒徑仍然較大，表面形狀各異，多為不規(guī)則多邊形，大小也不均勻，明顯可見竹筍粉較大的纖維結(jié)構(gòu)，竹筍粉多數(shù)呈團(tuán)狀形式存在，結(jié)構(gòu)緊密且孔隙小(圖4-a)。超細(xì)竹筍粉在同一放大倍數(shù)下粒徑明顯變小，表面形狀較為規(guī)則，大多呈現(xiàn)出橢圓形或球形，大小也較為均勻(圖4-b)。經(jīng)行星球磨機(jī)粉碎的超微竹筍粉片狀纖維結(jié)構(gòu)明顯被破壞，形狀更加規(guī)則，大多呈橢圓形或球型，大小也更加均勻，沒有明顯的較大顆粒。與CHITRA

22、KAR等16的研究結(jié)果相似。行星球磨后竹筍粉的粒徑變小，粒徑分布更均勻，竹筍粉纖維結(jié)構(gòu)明顯變小，但是峰形位置和數(shù)量沒有發(fā)生明顯變化，說明行星球磨對(duì)竹筍粉纖維分子結(jié)構(gòu)沒有太大影響。a-細(xì)竹筍粉；b-超細(xì)竹筍粉；c-超微竹筍粉圖4 不同粒徑竹筍粉的電鏡圖Fig.4 SEM images of bamboo shoot powder with different particle size2.8 不同粒徑竹筍粉NIAC的比較亞硝酸鹽在酸性條件下，經(jīng)腸道微生物作用會(huì)轉(zhuǎn)化為致癌物質(zhì)N-亞硝胺。不同粒徑的竹筍粉的NIAC如表4所示。在pH 2.0(模擬胃酸環(huán)境)和pH 7.0(模擬腸道環(huán)境)時(shí)，竹筍超微粉

23、對(duì)的吸附量為410.22和398.56 g/g，而細(xì)竹筍粉對(duì)的吸附量為298.68和289.42 g/g，NIAC分別提高了37.34%和37.71%，表明球磨處理后，竹筍粉的粒徑變小，暴露出更多的活性位點(diǎn)，提高了竹筍粉對(duì)亞硝酸鹽的吸附能力。但是竹筍粉對(duì)亞硝酸鹽的吸附作用受反應(yīng)體系中酸堿度的影響，在pH 2.0時(shí)其吸附性能大于pH 7.0時(shí)，這與YANG等29研究高速剪切協(xié)同酶改性的竹筍膳食纖維對(duì)的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似。表4 不同粒徑竹筍粉的NIAC 單位：g/gTable 4 NIAC of bamboo shoot powder with different particle size2.9 不同粒徑竹筍粉的膽固醇吸附能力比較圖5顯示了不同粒徑竹筍粉在pH 2.0(模擬胃酸環(huán)境)和pH 7.0(模擬腸道環(huán)境)條件下的膽固醇吸附能力。pH對(duì)不同粒徑竹筍粉的膽固醇吸附能力有顯著影響。細(xì)竹筍粉、超細(xì)竹筍粉、超微竹筍粉在pH 7.0時(shí)膽固醇的最大吸附量分別為4.01、4.12、4.28 mg/g，而在pH 2.0時(shí)其最大吸附量分別為2.96、3.11、3.36 mg/g，pH