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。我國竹筍產(chǎn)量居世界之首，有200多種可食用竹筍，竹林面積達33 000 km2，食用竹筍年產(chǎn)量可達500600萬t3。竹筍不僅營養(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、運輸難度大，因此一部分鮮筍會被直接加工成筍干、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味和營養(yǎng)價值是亟需解決的問題9。超微粉碎技

2、術是利用物理方法克服物料內(nèi)部的結合力，即利用機械碾磨或流體動力的途徑將固體顆粒粉碎至微米級的過程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養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。球磨式粉碎機操作簡單、生產(chǎn)能力大、物料適應性強而且方便控制產(chǎn)品粒徑17-18。本文采用行星球磨式粉碎機對細竹筍進行超微處理，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

3、結構，旨在為竹筍的產(chǎn)品開發(fā)提供可靠的科學依據(jù)。1 材料與方法1.1 材料與試劑毛竹筍，浙江臨安；混合氨基酸標準液，日本和光純業(yè)工業(yè)株式會社；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，國藥集團；冰乙酸、乙醇，阿拉丁試劑(上海)有限公司，以上試劑均為優(yōu)級純。1.2 儀器與設備KQ-300E型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；L-8900氨基酸自動分析儀、Hitachi S-4800型場發(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，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，貝克曼庫爾特有限公司；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 實驗方法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%，采用普通粉碎機進行粉碎，過80目標準篩但未通過100目標準篩的即為細竹筍粉，平均粒度采用激光粒度儀進行測定。將經(jīng)前處理的細竹筍粉通過行星球磨機進行球磨，球磨介質(zhì)ZrO2，時間30 min、轉速500 r/min，球磨

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

6、略有改進。分析條件：日立L-8900 氨基酸分析儀；色譜柱：日立2622C磺酸型陽離子樹脂分離柱(4.6 m60 mm，3 m)；檢測器：熒光檢測器；流動相：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。1.3.2.3 游離氨基酸測定游

7、離氨基酸的測定參照GB/T 5009.1242022食品中氨基酸的測定，略有改進。準確稱取樣品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，殘渣用20 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。1.3.3 物理性質(zhì)測定1.3.3.1 粒徑測定使用激光粒度儀測定竹筍粉粒徑。1.3.3.2 持

8、水性的測定持水性(water retention capacity，WRC)的測定參考LYU等19的方法并略作修改。準確稱取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)計算持水性：(1)1.3.3.3 膨脹力的測定膨脹力(water swelling capacity，WSC)的測定參照LYU等19的方法并略作修改，準確稱取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)計算：(2)1.3.3.4 溶解度測定參照范明月等20的方法并稍作改動。將不同粒徑竹筍粉用蒸餾水配制成質(zhì)量分數(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 吸附能力測定1.3.4.1 NO2-吸附能力的測定NO2-吸附能力(nitrite ion adsorption capacity，NIAC)測定參考GB 5009.332022食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定。準確稱取1.00

10、 g樣品和60.0 mL NaNO2(5.002 g/mL)于100 mL錐形瓶內(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)，加入轉子在37 水浴中反應120 min，測量NO2-的殘留量21。按公式(3)計算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定膽固醇吸附能力(cholesterol adsorption capacity，CAC)的測定參照GB 5009.1282022食品中膽固醇的測定，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。準確稱取1.00 g樣品和60.0 mL蛋黃乳化液于100 mL錐形瓶內(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)境下對膽固醇吸附能力進行測定。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，與溴化鉀混合壓成半透明薄片，用傅里葉紅外光譜儀進行分析，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電膠粘在樣品座上，于氮氣環(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樣品進行觀察分析。1.4 數(shù)據(jù)分析每個實驗進行3次，數(shù)據(jù)顯示為平均值標準偏差。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析包括方差和SPSS 20.0版的Duncans檢驗。組間差異顯著性水平為P0.05。2 結果與分析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，超微竹筍粉的營養(yǎng)成分與細竹筍粉存在差異，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，由于機械力的影響，蛋白質(zhì)的結構被破壞。超細竹筍粉和超微竹筍粉的營養(yǎng)成分也存在差異，主要是因為不同的粉碎程度所造成的。表1 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。細竹筍粉的平均粒度為(182.661.07)m，超細竹筍粉為(90.410.31)m，超微竹筍粉為(18.430.43)m。竹筍粉經(jīng)球磨粉碎后，機械強力的碾磨或流體動力使竹筍粉顆粒加速，發(fā)生劇烈的相互碰撞、反復摩擦、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、表面缺陷及孔結構密切相關；同時，比表面積對物料的其他許多物理及化學性能會產(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，是細竹筍粉的8倍，同時其持水性和膨脹力分別提高了25%和65.62%。這可能是因為竹筍粉經(jīng)超微粉碎后，其粒徑減小，纖維素致密的組織結構被破壞成疏松的結構，更多的親水性基團暴露出來，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25，所以

16、超微竹筍粉的持水性和溶脹性明顯高于細竹筍粉。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，其中細竹筍粉、超細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。這是因為當粉體的粒度減小時，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入粉體的距離，增加了水與羥基的結合機會，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準品的色譜圖如圖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竹筍粉最高，GABA含量為細竹筍粉含量最高外，其余氨基酸的含量超微竹筍粉均顯著(P0.05)高于細竹筍粉和超細竹筍粉。細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的趨勢，這是由于在超微粉碎過程中，竹筍細胞結構被破壞，細胞壁、細胞膜、原生質(zhì)和細胞間質(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 氨基酸標準品色譜圖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結構不同粒徑竹筍粉的紅外光譜圖如圖3所示。3 421 cm-1附近的強吸收峰為分子中羥基的伸縮振動峰；2 927 cm-1附近的吸收峰為有機物CH的拉伸振動吸收峰；1 745 cm-1附近的吸收峰為半纖維素羰基(CO)的伸縮振動峰，1 050 cm-1附近的峰是纖維素、半纖維素(CO)的伸縮振動峰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的分析相同。1 044 cm-1處有個較寬的吸收

20、峰為磷酸鹽的拉伸運動吸收峰。由此可以看出球磨對毛竹筍中各組分主要官能團影響不大，不同粒徑竹筍粉的化學結構大致相同，在超微粉碎過程中并沒有因為受到物理作用而導致其組分中官能團的變化，而僅僅只是破壞了其表面結構，導致其粒徑減小，比表面積增大。這與朱怡婷等28在研究超微粉碎對毛竹筍微觀結構及營養(yǎng)成分的影響結果一致。經(jīng)球磨處理后羥基峰藍移，某些糖類特征吸收峰增強，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，更多葡萄糖苷鍵、氫鍵等基團暴露，使超微粉與水分子結合得更快更緊密。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構分析圖4為不同粒徑竹筍粉在電鏡下的表面結構圖，未經(jīng)行星球磨機粉碎的細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構，竹筍粉多數(shù)呈團狀形式存在，結構緊密且孔隙小(圖4-a)。超細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)行星球磨機粉碎的超微竹筍粉片狀纖維結構明顯被破壞，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，竹筍粉纖維結構明顯變小，但是峰形位置和數(shù)量沒有發(fā)生明顯變化，說明行星球磨對竹筍粉纖維分子結構沒有太大影響。a-細竹筍粉；b-超細竹筍粉；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)腸道微生物作用會轉化為致癌物質(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，竹筍超微粉

23、對的吸附量為410.22和398.56 g/g，而細竹筍粉對的吸附量為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，提高了竹筍粉對亞硝酸鹽的吸附能力。但是竹筍粉對亞硝酸鹽的吸附作用受反應體系中酸堿度的影響，在pH 2.0時其吸附性能大于pH 7.0時，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的吸附實驗結果相似。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對不同粒徑竹筍粉的膽固醇吸附能力有顯著影響。細竹筍粉、超細竹筍粉、超微竹筍粉在pH 7.0時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時其最大吸附量分別為2.96、3.11、3.36 mg/g，pH