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(1.北京工商大學(xué),北京 100048;2. 國家糧食局科學(xué)研究院,北京 100037)

豌豆?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)豐富,具有高蛋白、高碳水化合物、低脂肪的特點(diǎn),并且富含硫氨素、核黃素和尼克酸等維生素,其中硫胺素及核黃素含量均高于禾谷類或某些動物食品,被視為維生素B的最佳來源,同時豌豆中鈣、磷、鐵、鋅等礦物質(zhì)的含量較高、鈉含量低,是人體礦物元素的重要來源。但從目前情況來看,豌豆的利用率還不高,在北美和歐洲等國家主要用來做復(fù)合飼料,在亞洲主要用于人類食用,而對于蛋白質(zhì)、淀粉和纖維等物質(zhì)的深度加工生產(chǎn)則相對要少,這與其淀粉顆粒大,口感粗糙有關(guān)[1]。微粉碎技術(shù)是一門新興的科學(xué)技術(shù),是利用機(jī)械或流體動力的方法將物料粉碎的過程,在制粉技術(shù)中具有很大的優(yōu)勢,不僅在宏觀上減小顆粒粒徑,而隨著粒徑細(xì)化的量變,會導(dǎo)致比表面積和孔隙率增加,使粉體具有獨(dú)特的理化性質(zhì)[2],如良好的分散性、溶解性、吸附性等,并且也會賦予產(chǎn)品細(xì)膩的改善,有利于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[3],這對于提高豌豆的利用率具有重要的意義。本實(shí)驗(yàn)將豌豆普通粉經(jīng)微粉碎處理得到的4個不同粒徑大小的粉體,以豌豆普通粉對比,研究微粉化處理對豌豆粉理化性質(zhì)、加工性質(zhì)的影響,以期為豌豆在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

試樣原料:豌豆普通粉:甘肅省售。

LHC-3型氣旋式氣流粉碎機(jī) 上海正遠(yuǎn)粉體工程設(shè)備有限公司;S-300N 型電鏡 日本 Hitachi 公司;Mastersizer2000 E型激光粒度儀 英國馬爾文公司;Fibertec E系統(tǒng)(FOSS Fibertec E和1024振蕩水浴) 福斯分析有限公司;肖邦 SD matic 損傷淀粉測定儀 法國特里百特-雷諾公司;TDL-5-A 型低速離心 上海安亭科學(xué)儀器廠;BD-100LT 型可調(diào)溫冰箱 青島海爾特種電冰柜有限公司;SHZ-22 型恒溫水浴振蕩器 江蘇太倉醫(yī)療器械廠;電子分析天平 瑞士梅特勒托利多公司;DGG-9000 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

對豌豆普通粉進(jìn)行微粉碎處理:將豌豆普通粉引入氣旋式氣流粉碎機(jī)中,通過變頻調(diào)整轉(zhuǎn)速從而調(diào)整產(chǎn)品細(xì)度,進(jìn)行微粉碎,得到四個不同粒徑的微細(xì)化粉體,分別用微粉A、B、C、D表示。微粉條件:風(fēng)速電機(jī)電流<6A,分級電機(jī)電流<4A,旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速300r/min。

1.2.1 豌豆粉的粒徑、比表面積測定 將適量的豌豆粉緩慢地放入激光粒度儀容器內(nèi),分散劑采用蒸餾水,測定粉體的粒徑及其粒徑分布、比表面積,若粉體較難分散,可用超聲波對其進(jìn)行分散。

1.2.2 豌豆粉的掃描電子顯微鏡觀察 將雙面膠固定在樣品臺上,取少量淀粉均勻地灑在雙面膠上,噴20nm金粉后,通過S-300N 型掃描電鏡選取有代表性的淀粉顆粒形貌觀察并照相。

1.2.3 基本組分測定

1.2.3.1 水分含量的測定 采用AACC 44-19,135℃烘箱干燥法(AACC,2000)。

取干凈鋁盒,置于135℃干烘箱中,加熱1.0h,取出置于干燥器內(nèi)冷卻0.5h,稱重,并重復(fù)干燥至前后兩次質(zhì)量差不超過2mg,即為恒重。稱取3g樣品(精確至0.0001g),放入鋁盒中,置于135℃烘箱中干燥2～4h后,蓋好取出后放入干燥器內(nèi)冷卻0.5h后稱重,并重復(fù)以上操作至前后兩次質(zhì)量差不超過2mg,即為恒重。

1.2.3.2 蛋白質(zhì)含量的測定 采用GB/T24318-2009杜馬斯燃燒法。

準(zhǔn)確稱量樣品200mg,包在杜馬斯儀器專用的錫箔紙中,放入儀器中進(jìn)行測定。待測樣品將在800～1200℃的標(biāo)準(zhǔn)化條件下進(jìn)行定量燃燒。儀器自動將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵饨拥奈⑻幚砥鬟M(jìn)行處理。

1.2.3.3 總膳食纖維含量的測定 參照AOAC987.29和AACC32-05的方法,利用福斯分析有限公司FibertecE系統(tǒng),采用食品和食物制品中總膳食纖維(TDF)的測定-磷酸鹽緩沖液法進(jìn)行膳食纖維總含量的測定。

1.2.3.4 損傷淀粉含量的測定[4]采用肖邦SD matic損傷淀粉測定儀進(jìn)行測定。

稱取1g樣品,放入儀器樣品小斗中,將1滴酒精、3g硼酸、3g碘化鉀以及130mL的水加入反應(yīng)杯中,通過樣品吸收溶液中的碘使碘濃度下降,儀器會根據(jù)溶液中殘留的碘濃度計(jì)算出樣品中損傷淀粉的含量,以UCD單位表示。

1.2.3.5 淀粉含量的測定 采用蒽酮比色法進(jìn)行測定:

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的繪制,精確稱取0.1000g葡萄糖,用水溶解后定容至100mL,此時溶液葡萄糖濃度為1mg/mL,分別吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、1.8、2.0、2.5mL上述溶液稀釋至50mL,配成濃度分別為0、4、8、12、16、20、24、32、36、40、50μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

樣品水解:在50mL燒杯中稱取0.2g樣品,加3mL過氯酸,然后攪拌10min,靜置5min,讓淀粉充分水解,定容至100mL,離心,吸取上清液2mL至另一100mL容量瓶中,用蒸餾水定容至刻度。

比色:吸取樣品水解液2mL各兩份放入兩個試管中,加入蒽酮試劑5mL搖動10s,在沸水浴中加熱10min,然后取出放入冰水中使其迅速冷卻,在600～630nm波長下進(jìn)行比色,讀出吸光度。葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液按照同法操作,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

樣品結(jié)果和計(jì)算:淀粉(%)=100×100/2×0.9×(S-B)×100/W

式中:S-轉(zhuǎn)化后測得的還原糖(以葡萄糖計(jì))濃度,μg/mL;B-試樣空白相當(dāng)于還原糖(以葡萄糖計(jì))濃度,μg/mL;W-試樣重量,μg;0.9-還原糖(以葡萄糖計(jì))換算為淀粉的因數(shù)。

1.2.4 加工特性的測定

1.2.4.1 持水力測定 參照文獻(xiàn)[5]，準(zhǔn)確稱取0.500g(m1)粉末狀樣品置于離心杯中,加入40mL蒸餾水,振蕩24h,在3500r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min,傾去上清液,稱質(zhì)量(m2)。持水力的計(jì)算如下:

樣品的持水力(%)=(m2-m1)×100/m1

1.2.4.2 膨脹性測定 參考Femenia[6]的方法稍作修改,準(zhǔn)確稱取1.0000g樣品于帶刻度的玻璃試管中,記下此時樣品的體積V1,加入10mL蒸餾水,振蕩均勻,室溫下靜止24h,記錄樣品的體積V2。

樣品的膨脹力(%)=(V2-V1)×100/V1

1.2.4.3 水溶性測定[7]稱取0.5000g(m1)樣品于150mL錐形瓶中,加入50mL蒸餾水,在90℃恒溫水浴鍋中連續(xù)振蕩30min,在3500r/min的轉(zhuǎn)速下離心15min,取出上清液于恒重的燒杯中,在135℃下烘干至恒重,殘留物質(zhì)量為m2。

樣品的水溶性(%)=m2/m1×100

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)趨勢圖采用Excel2007制作,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用SPSS19.0進(jìn)行ANOVA單因素方差分析及Ducan’s多重檢驗(yàn)(p<0.05),數(shù)值以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1粒徑及粒徑分布測定

對豌豆普通粉進(jìn)行微粉碎處理得到的四個不同粒徑大小的豌豆微粉,分別用微粉A、B、C、D表示,豌豆普通粉與微粉粒徑測定結(jié)果見表1所示,粒徑分布結(jié)果見圖1。特征粒徑有體積平均粒徑D[4,3]、平均粒徑(中位徑)d(0,5)(表示樣品中小于和大于它的顆粒各占50%),邊界粒徑d(0,1)和d(0,9)。由表1可看出,隨著粉碎程度的增加,粉體粒徑逐漸減小,豌豆普通粉及豌豆微粉A-D的平均粒徑d(0,5)分別為86.563、37.695、21.995、18.503、16.944μm。當(dāng)粒徑減小至微粉B,若繼續(xù)增加粉碎程度,粒徑減小的程度變緩,這是由于物料存在粉碎極限,當(dāng)顆粒徑很細(xì)后,即使再對其進(jìn)行進(jìn)一步粉碎,但是粒徑減小的程度會非常緩慢[8]。

表1 豌豆粉的粒徑測定結(jié)果Table 1 The results of different particle size of pea powder

豌豆普通粉、微粉A、B、C、D 五個粒徑粉體的粒徑分布見圖1,由圖可看出豌豆普通粉的粒徑分布范圍最廣,隨著粉體粒徑的逐漸減小,粉體的粒徑分布范圍逐漸變窄,曲線呈正態(tài)分布,說明粉體的均勻性更好,分散性更好。

圖1 豌豆粉的粒徑分布 Fig.1 The size distribution of pea powder

2.2比表面積測定

比表面積綜合反映了顆粒的形狀、尺寸、分布、表面結(jié)構(gòu)以及晶粒內(nèi)部孔隙等參數(shù),可有效地衡量顆粒吸附性能和化學(xué)反應(yīng)活性[9]。不同粒徑的豌豆粉比表面積如表2。由結(jié)果可看出,豌豆粉粒徑減小,比表面積增大,意味著豌豆粉的表面能越大,這會使粉體的吸附性能增強(qiáng),反應(yīng)活性、分散性、溶解度等提高[10-12]。

表2 不同粒徑的豌豆粉比表面積Table 2 The results of different particle size of pea powder

2.3微觀形貌測定

觀察豌豆粉五個不同粒徑粉體的顆粒形貌,結(jié)果見圖2。由豌豆普通粉的微觀形貌圖可看到圓形或橢圓形的淀粉顆粒和連續(xù)的蛋白質(zhì)基質(zhì),淀粉顆粒均以一定形式鑲嵌在蛋白質(zhì)基質(zhì)中,豌豆普通粉顆粒大多由小球形或形狀不規(guī)則的顆粒結(jié)合在一起組成的大顆粒,有完整的組織細(xì)胞,隨著粉碎程度的增大,物料顆粒被充分的破碎,粉體顆粒粒徑逐漸減少,均稱的小顆粒粉比例增多,粉體已基本無細(xì)胞形式存在。說明結(jié)合在一起的大顆粒組織被逐漸分離,顆粒被充分破碎。

圖2 不同粒徑豌豆粉的掃描電鏡圖 Fig.2 The scanning electron micrograph of different particle size of pea powder

2.4基本成分的含量測定

豌豆普通粉及微粉基本成分見表3。通過對豌豆普通粉與各粒徑微細(xì)粉之間的比較可知,豌豆普通粉經(jīng)微粉碎后,微粉水分含量較普通粉減小,損傷淀粉增加,蛋白含量有所減少,但總體變化規(guī)律不明顯,淀粉含量先增加后降低,膳食纖維含量先增加后減小。

豌豆粉經(jīng)粉碎時顆粒之間強(qiáng)烈的碰撞和摩擦必然有熱量的產(chǎn)生,在高壓氣流的帶動下,水分迅速散失,因此水分含量減低[13]。粉碎程度越高會使顆粒相互之間的碰撞也越劇烈,大顆粒被逐漸粉碎成更小的顆粒,導(dǎo)致淀粉顆粒損傷,而使損傷淀粉含量增加[14]。微粉A時蛋白含量最低,這可能是因粉碎程度不高,淀粉顆粒上沾有少量蛋白而使檢測值偏低[15],隨著粉碎程度的增加,蛋白含量增加,這是由于粉碎程度的增加導(dǎo)致淀粉粒與蛋白質(zhì)相互分開,變成游離狀態(tài),使測得的蛋白質(zhì)含量增加[16]。隨著粉碎程度的增加,小顆粒淀粉相對較多,更容易被水解成還原糖,且游離淀粉溶出率升高[17-18],從而測出的淀粉含量略有增加。經(jīng)微粉碎后,細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞,增大了包裹在細(xì)胞內(nèi)水溶性膳食纖維的溶出率,使測定時總膳食纖維的得率得以提高,因而總膳食纖維含量提高[19]。而當(dāng)粒徑小到一定程度時,總膳食纖維含量呈下降趨勢,是因?yàn)椴糠炙苄怨z類化合物和半纖維素熔融或鏈接鍵斷裂,從而轉(zhuǎn)化成水溶性聚合物成分使檢測結(jié)果減小[20]。

表3 不同粒徑豌豆粉的基本成分(干基)Table 3 The nutritient of different particle size of pea powder

2.5加工品質(zhì)測定

2.5.1 持水力 由圖3可看出,隨著豌豆粉粒徑的減小,持水力下降,微粉A的持水力由普通粉的311%降低到235%,繼續(xù)粉碎,持水力降低程度減小,微粉B-D持水力減少了約30%。這是由于隨著粉碎程度的增加,物料內(nèi)部的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞,細(xì)胞群逐漸減少,小顆粒增加,其中的可溶性成分溶出,滯留水分的能力降低,導(dǎo)致持水力降低[21-24]。

圖3 不同粒徑豌豆粉的持水力 Fig.3 The water holding of different particle size of pea powder

2.5.2 膨脹力 由圖4看出,隨著豌豆粉粒徑的減小,膨脹力逐漸下降。由普通粉時的85.29%降低到微粉D時的35.21%。這是因?yàn)榻?jīng)微粉化,粉體的平均粒徑減小,細(xì)胞被破碎使粉中的水溶性成分易溶出,并且會減少膳食纖維長鏈、增加短鏈,導(dǎo)致粉體對水分的束縛和吸附能力降低,使粉體的膨脹力減小[21-22,25]。

圖4 不同粒徑豌豆粉的膨脹力 Fig.4 The swelling power of different particle size of pea powder

2.5.3 水溶性 由圖5可看出,隨著微粉化程度的增加,水溶性呈先增大后減小趨勢。普通粉時水溶性為19.76%,微粉C時水溶性最大為24.87%。這是由于隨著粒徑的細(xì)化,豌豆粉細(xì)胞群減少,粉體與溶劑之間的接觸面積相應(yīng)增加,有利于水溶性成分更充分的溶解,且小部分不溶性成分會轉(zhuǎn)化為水溶性聚合物成分,從而提高了豌豆粉的水溶性[22]。但當(dāng)粉碎程度繼續(xù)增加時,在逐漸增強(qiáng)的機(jī)械力作用下,微粒中會發(fā)生內(nèi)能的聚集和新表面的形成而使粉體更易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而導(dǎo)致可溶性成分向不可溶成分轉(zhuǎn)化使水溶性降低[19]。

圖5 不同粒徑豌豆粉的水溶性 Fig.5 The water absorption of different particle size of pea powder

3 結(jié)論

3.1豌豆普通粉經(jīng)微粉化處理后,粒徑逐漸減小,粒徑分布變窄,比表面積增大,粉體更加均勻,這可以增大粉體的分散性、吸附性等,大大改善產(chǎn)品口感。

3.2與普通粉相比,微粉水分含量減小、損傷淀粉含量增加,淀粉、膳食纖維含量先增加后減小,但總體變化較小,較好的保存了豌豆粉中原有的營養(yǎng)成分。

3.3隨著豌豆粉粒徑的減小,持水力、膨脹力雖降低,但仍保持了一定的吸附水分的功能特性。水溶性呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢,但微粉處理后的水溶性均高于普通粉,水溶性增加,有利于人體的消化吸收。

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