超微粉碎对大豆膳食纤维物理性质的影响

超微粉碎对大豆膳食纤维物理性质的影响

超微粉碎技术是近20年来国际间开发的一项新技术。所谓超微粉碎,是指利用机械或流体动力的方法克服物料内部凝聚力使之破碎,是20世纪70年代以后,为适应现代高新技术的发展而产生的一种物料加工高新技术。超微粉碎可分为干法粉碎和湿法超碎,干法粉碎有气流式、高频振动式、旋转球(棒)磨式、锤击式和自磨式等形式;湿法粉碎主要是运用胶体磨和均质机来完成。膳食纤维的生理活性与其水分蒸发速率、膨胀力、持水力、结合水力等物理性质有极大关系。普通膳食纤维的可溶性成分比较低(即SDF含量低),一般小于3%,其生理活性受到限制。如对膳食纤维进行改性处理,增加其持水力、膨胀力和结合水力等,使非水溶性膳食纤维在某种程度上能够发挥水溶性膳食纤维的作用,对有效利用天然资源,更好地发挥膳食纤维的生理功能具有积极的意义。超微粉碎可以使物料的粒度减小、比表面积增大,进而使非水溶性膳食纤维分子中的亲水基团暴露率增大,持水力、膨胀力和结合水力提高。另外,超微粉碎高强的作用力在破坏非水溶性膳食纤维微粒结构、切断其连接的同时,还有可能对其微粒的结晶状态产生影响。本研究采用微射流均质机的瞬时高压作用对酶—化学法制得的大豆膳食纤维进行湿法粉碎处理,用旋转球磨式超微粉碎机大豆膳食纤维粉体进行干法粉碎处理。对处理后的膳食纤维分别进行水分蒸发速率、膨胀力、持水力、结合水力等物理性质的测定和比较。以期为膳食纤维的改性研究提供一条新的途径。1材料和方法1.1材料表面新鲜豆渣,进行实验前去除豆渣中的杂质。1.2材料、仪器与仪器MicrofluidizerprocessorM-700微射流仪美国Microfluidics公司;GYS-200申鹿牌高压均质机;LabconcoFreeZone4.5Liter真空冷冻干燥机美国LABCONCO公司;NICOMP380/ZLS纳米粒度分析仪美国PSS粒度分析仪公司;HMB-701S超微粉碎机北京环亚天元机械技术有限公司;高速离心机(TGL-16C)上海安亭仪器厂;HR83型水分测定仪梅特勒-托利(中国);木瓜蛋白酶;氢氧化钠;盐酸。1.3方法1.3.1大豆餐纤维的制备1.3.2纤维粒度分布采用美国PSS(ParticleSizingSystems)公司生产的NICOMP380/ZLS纳米粒度分析仪对超微粉碎后的纤维样品进行粒度分布和平均粒度检测。分析粒度时所配制的溶液浓度应在0.01%~1%之间,用乙醇作为溶剂进行分散,经超声波和机械搅拌处理,以达到更好的分散效果。1.3.3蒸发速率的测定采用水分测定仪分别测定豆渣膳食纤维同过80目塞的湿法粉碎样品,干法粉碎样品以及普通粉碎样品的蒸发速率,温度设为105℃保持5min,比较样品水分蒸发速率的快慢。即样品在单位时间内的减少量。水分蒸发速率计算公式如下:1.3.4物料体积的测定准确称取1.000g膳食纤维于25ml量筒中,加入蒸馏水至15ml振荡均匀后室温下放置,4h后读取量筒中物料体积数。膨胀力计算公式如下:1.3.5离心温度的测定准确称取1.000g膳食纤维置于100ml烧杯中,加蒸馏水70ml,电磁搅拌24h,转移至离心杯中,在3500r/min的速度下离心30min,取出,倾去上清液,称质量。持水力的计算如下:湿质量-干质量持水力(g/g)=——————————样品干质量1.3.6离心处理g-2多孔玻璃上静置首先将100mg的膳食纤维浸泡于25ml25℃的蒸馏水中,室温下保持2h(伴随适当搅拌)。在14000r/min条件下离心处理1h,小心地去除上清液,残留物置于G-2多孔玻璃上静置1h。称重该残留物m1,然后在120℃下干燥2h后再次称重得m2,两者差值即为所结合的水重量,换算成每克纤维的结合水克数。2结果与分析2.1最好的条件是湿粉形成2.1.1不同处理对膳食纤维水分蒸发的影响取普通粉碎样品和经过微射流100MPa和120MPa压力法粉碎的样品进行水分蒸发速率测定。结果如表1所示。结果表明,经普通粉碎的膳食纤维水分蒸发速率最慢,其次是经100MPa微射流处理的样品,经120MPa微射流均质机处理的样品水分蒸发速率最快。造成这种现象的原因可能是由于微射流均质机对膳食纤维颗粒进一步的细化作用,纤维颗粒在流体中的进一步细化和分散则导致其水分蒸发速率提高,从而得到了表1的结果。2.1.2微射流湿法粉碎前后膳食纤维性能采用经过不同压力湿法粉碎处理的样品按照上述方法进行膨胀力、持水力和结合水力三项指标的测定,每个样品分别测定三次取平均值。结果如表2所示。结果表明,经过微射流湿法粉碎处理的膳食纤维的膨胀力、持水力、结合水力比处理前的膳食纤维要高,经过IHP120MPa处理后的膳食纤维样品各项指标(特别是持水力、结合水力)均高于其他压力下的膳食纤维样品,包括140MPa的样品。这可能是因为膳食纤维样品的空间结构在IHP120MPa的作用下又变得最疏松,或者是在微射流一定压力作用下少量的不溶性纤维转变为可溶性纤维。这恰恰也说明了为什么120MPa处理样的水分蒸发速度最快。2.2粉碎前样品的指标,主要是添加白砂糖和研磨纤维素后持水力和放射线物料的水化性质与物料的粉碎时间有关,但并不是粉碎时间越长水化性质越好。膳食纤维经0.5、1、1.5、2、2.5、3h粉碎后分别取样进行水化性质的测定。实验表明,随着粉碎时间的增加物料水化性质有明显的变化,粉碎2.5h后水分蒸发速率从0.188g/min增大到0.562g/min,提高了1.99倍;膨胀力从5.89ml/g提高到9.13ml/g,增大了55%;持水力从5.42g/g增至12.06g/g,增大了1.26倍;结合水力从粉碎前的12.55g/g提高到了24.45g/g,提高约95%。这可能是由于较长时间粉碎使得可溶性膳食纤维增加。粉碎3h后,样品的各项指标没有发生明显变化,且持水力出现降低的趋势。可能因为粒度过小时,剪切和研磨的作用使膳食纤维原来致密的多孔网状结构被破坏,导致其结合水的能力减小。固在生产中需要适当控制粉碎时间,大豆膳食纤维干法粉碎最佳粉碎时间为2.5h。2.3超微粉碎与湿法粉碎的比较不同方式的超微粉碎对膳食纤维的水分蒸发速率的影响不同,取等量不同粉碎方式粉碎后的样品,在5min内测定它们的平均水分减少量,绘制其截图如图1所示。其中湿法粉碎:IHP压力为120MPa;干法粉碎:粉碎2.5h。从图1可以看出,两种方式的超微粉碎对膳食纤维的水分蒸发速率都有明显提高,这是因为在超微粉碎过程中物料的粒度变小,比表面积增大,有利于水分的蒸发。从蒸发速率来看,干法粉碎的样品蒸发速率明显高于湿法粉碎样品,这可能是因为湿法粉碎容易使粉碎后的物料发生团聚,干法粉碎后物料相对更蓬松,比表面积更大,水分蒸发速率就更大。2.4粉碎方式对大豆膳食纤维力学性能的影响粉碎方式的不同对膳食纤维水化性质的影响也有很大的区别,选择IHP120MPa的压力下湿法粉碎处理的样品和2.5h干法粉碎的样品,以及普通粉碎的样品进行膨胀力、持水力和结合水测定比较,结果如图2所示。结果表明,经过超微粉碎的大豆膳食纤维水化性质有了明显的改善,与普通粉碎相比膨胀力平均提高了46%,持水力提高了1.4倍,结合水力提高了0.99倍。从湿法粉碎和干法粉碎的比较来看,湿法粉碎的膨胀力大约比干法粉碎高26%,持水力高8%,结合水力相差不大。这可能是因为纤维在湿状态下能够充分伸展、膨胀,组织结构相对软脆,比干状态下更容易断裂,所以湿法粉碎对膳食纤维的水化性质影响更大。3超微粉碎样品3.1经过干法和湿法超微粉碎的膳食纤维,平均水分蒸发速率、膨胀