張麗媛，陳 如，田 昊，何 玲*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

蘋果（Malus pumila Mill.）屬于薔薇科蘋果屬，落葉喬木[1]，在我國栽培種植面積達(dá)233.33萬 hm2，總產(chǎn)量達(dá)4 000萬 t以上[2]。蘋果的種植區(qū)域集中、產(chǎn)量大，但加工產(chǎn)業(yè)單一，加工品主要以濃縮蘋果汁為主（占加工蘋果原料的95%）。每生產(chǎn)1 t濃縮蘋果汁就會(huì)產(chǎn)生0.8 t的濕蘋果渣，其中1/3會(huì)用于飼料、肥料[3-5]，其余基本被廢棄，既污染環(huán)境又使資源得不到有效利用。因此，如何拓展蘋果深加工產(chǎn)業(yè)空間、增加蘋果加工產(chǎn)業(yè)的附加值、實(shí)現(xiàn)蘋果果實(shí)的充分利用變得尤為重要。

蘋果渣主要包括果皮、果籽、果柄、果肉等蘋果榨汁加工后的副產(chǎn)物，其中也含有酚類物質(zhì)、多糖、果膠、膳食纖維等多種營養(yǎng)活性物質(zhì)[6-7]，蘋果皮中的膳食纖維是蘋果果肉的11 倍。膳食纖維被稱為人體的“第七營養(yǎng)素”，是不被人體消化酶分解且具有維持身體血糖、血脂、蛋白質(zhì)水平，預(yù)防結(jié)腸癌、糖尿病等重要生理功能的有機(jī)高分子化合物。膳食纖維的吸水膨脹性可增加大腸中糞便的體積，降低致癌因子的濃度；其持油性可減少人體對(duì)脂肪的吸收，避免體內(nèi)積累吸收過多的脂肪；其陽離子交換能力可使膳食纖維與腸道中的K+、Na+進(jìn)行交換，使得K+、Na+更多地隨糞便排出，降低血液中的Na+與K+的比值，從而產(chǎn)生降血壓的作用[8-13]。將蘋果渣中的膳食纖維加以提取利用，可延長(zhǎng)蘋果加工的產(chǎn)業(yè)鏈，提高蘋果果實(shí)的附加值。

超微粉碎是指利用機(jī)械或流體動(dòng)力的方法將物料的粒度粉碎至10 μm以下，甚至達(dá)到1 μm的超微米水平的過程[14-16]。超微粉碎作為一種食品物料加工新技術(shù)，可改善傳統(tǒng)粉碎粉體的功能性質(zhì)，使其呈現(xiàn)出更優(yōu)良獨(dú)特的吸附性、流動(dòng)性等性質(zhì)[17-19]，因此得到了廣泛的研究。超微粉碎膳食纖維的相關(guān)研究目前集中在獼猴桃渣膳食纖維[10]、甘薯膳食纖維[9]、大豆豆皮膳食纖維[8]等方面，但是對(duì)蘋果渣膳食纖維的研究并不多。劉素穩(wěn)等[20]研究了干法超微粉碎對(duì)蘋果渣纖維物性的影響，測(cè)定了不同粒徑的蘋果渣纖維的流體性質(zhì)和脂肪酸吸收能力、膽汁酸的吸附能力等。結(jié)果表明：干法超微粉碎使蘋果渣纖維的結(jié)構(gòu)發(fā)生整體性變化，但聚合物的結(jié)晶狀態(tài)未發(fā)生改變；超微粉碎后蘋果渣纖維的流動(dòng)性增強(qiáng)，對(duì)膽固醇的吸附能力、水溶性增強(qiáng)；但持水力、膨脹力下降，脂肪酸吸附能力、陽離子交換能力和膽汁酸的吸附能力下降，對(duì)NO2－吸附能力變化不大。

本研究以蘋果膳食纖維為原料，將干燥后的蘋果膳食纖維經(jīng)粗粉碎后，經(jīng)冷凍機(jī)械式超微粉碎機(jī)粉碎不同時(shí)間（1、3、5、1 0、2 0、30 min），得到蘋果膳食纖維粗粉和6 種不同粒徑分布的蘋果膳食纖維超微粉，研究超微粉碎對(duì)蘋果膳食纖維理化性質(zhì)及羥自由基清除能力的影響，為蘋果加工方式的拓展及蘋果渣的有效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

澳洲青蘋購于陜西恒通農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，以無病蟲害、機(jī)械損傷、腐爛的原料作為實(shí)驗(yàn)材料。

NaOH、NaCl、HCl、FeSO4、H2O2、乙醇、95%酚酞、水楊酸、α-淀粉酶、木瓜蛋白酶均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Mastersizer 2000型激光粒度分析儀 英國馬爾文儀器有限公司；UV-2500紫外-可見分光光度計(jì) 日本島津有限公司；S-4800場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡 日本日立高新技術(shù)公司；Vetex70傅里葉變換紅外光譜儀 德國布魯克公司；高速萬能粉碎機(jī) 天津泰斯特儀器有限公司；LWF6型貝利微粉機(jī) 濟(jì)南龍微制藥設(shè)備有限公司；3K15型高速冷凍離心機(jī) 美國Sigma公司。

1.3 方法

1.3.1 膳食纖維粉碎處理

新鮮蘋果清洗榨汁留渣，蘋果渣在100 ℃下進(jìn)行熱燙護(hù)色4 min，在料液比1∶20的條件下用0.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的淀粉酶在65 ℃、pH 6的條件下處理60 min，再用0.4%的蛋白酶在55 ℃、pH 3的條件下處理60 min[10]，經(jīng)100 ℃熱燙15 min滅酶后，60 ℃下熱風(fēng)干燥10 h，用高速萬能粉碎機(jī)進(jìn)行粗粉碎，過50 目篩后獲得蘋果膳食纖維粗粉。以蘋果膳食纖維粗粉為對(duì)照（CK）組，利用低溫超微粉碎機(jī)將過篩后的蘋果膳食纖維粗粉進(jìn)行不同時(shí)間的超微粉碎，分別設(shè)定粉碎時(shí)間為1、3、5、10、20、30 min，獲得蘋果膳食纖維粗粉和6 種不同粒徑分布的蘋果膳食纖維粉體，密封保存?zhèn)溆?，分別測(cè)定7 種粉體的理化指標(biāo)和羥自由基清除能力，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次。

1.3.2 理化指標(biāo)的測(cè)定

粒徑測(cè)定：用Mastersizer 2000型激光粒度分析儀測(cè)定粉體的粒徑大小及分布。

掃描電子顯微鏡觀察：將待測(cè)樣品進(jìn)行固定，再用離子濺射儀對(duì)樣品表面進(jìn)行噴金，將其置于掃描電子顯微鏡下放大200 倍觀察形態(tài)。

容積密度測(cè)定：各樣品分別被填充在質(zhì)量m1的10 mL量筒中，混合后稱質(zhì)量記為m2。容積密度按公式（1）計(jì)算。

溶脹性測(cè)定：準(zhǔn)確稱取1.00 g（m）樣品，放入帶有刻度的試管中，記錄粉體體積V1，加入10 mL蒸餾水，搖勻后靜置24 h，記錄粉體體積V2。溶脹性按公式（2）計(jì)算。

水溶性測(cè)定：各樣品稱質(zhì)量m3，樣品和水以0.02∶1.00（m/V）進(jìn)行混合，于80 ℃水浴鍋中水浴30 min，取出冷卻、離心（10 min、6 000 r/min），上清液在105 ℃下烘干，稱質(zhì)量m4[19]。水溶性按公式（3）計(jì)算。

持水力測(cè)定：離心管m5和各樣品m6分別稱質(zhì)量，樣品和水以0.02∶1.00（m/V）混合，放在60 ℃水浴鍋中水浴30 min，取出冷卻、離心（20 min、5 000 r/min），傾倒除去上清液，稱質(zhì)量。

陽離子交換能力測(cè)定：稱取0.5 g樣品，加0.1 mol/L HCl溶液10 mL，搖勻，室溫放置24 h后用濾紙過濾，用蒸餾水反復(fù)清洗除去多余的HCl溶液，將殘?jiān)D(zhuǎn)移到三角瓶中，加入100 mL 15% NaCl溶液，磁力攪拌30 min，以0.5%酚酞-乙醇溶液作為指示劑，用0.1 mol/L NaOH溶液進(jìn)行滴定。用蒸餾水代替HCl溶液，測(cè)定空白消耗的NaOH溶液的體積[21]。陽離子交換能力按公式（5）計(jì)算。

式中：V0為樣品消耗的NaOH溶液體積/mL；V1為空白消耗的NaOH溶液體積/mL；m為樣品干質(zhì)量/g；0.1為NaOH溶液濃度（mol/L）。

羥自由基清除能力的測(cè)定：采用比色法測(cè)定[22]。取0.5 mL 50 mg/mL的7 種粉體的膳食纖維溶液置于不同試管中，向各試管中加入蒸餾水3.5 mL、0.5 mL水楊酸-乙醇溶液（9.1 mmol/L）、0.5 mL Fe2+溶液（9 mmol/L），最后加入5 mL H2O2（88 mmol/L），搖勻后測(cè)定510 nm波長(zhǎng)處的吸光度A1。用0.5 mL蒸餾水代替Fe2+溶液重復(fù)上述操作，搖勻后測(cè)510 nm波長(zhǎng)處的吸光度A2。用0.5 mL蒸餾水代替0.5 mL膳食纖維溶液重復(fù)上述操作，搖勻后測(cè)510 nm波長(zhǎng)處的吸光度A3。羥自由基清除率按公式（6）計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖，采用SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Duncan法檢驗(yàn)差異顯著性，以P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果膳食纖維粉體的粒徑分布

由表1中可以看出，經(jīng)超微粉碎的膳食纖維粉體粒徑顯著小于粗粉（P＜0.05），且隨著超微粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，粉體的粒徑越來越小，不同超微粉碎時(shí)間處理之間差異顯著（P＜0.05）。89.446%的粗粉粉體集中在粒徑大于100 μm的范圍內(nèi)，隨著超微粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，粉體在粒徑小于100 μm范圍內(nèi)的分布逐漸增多，超微粉碎30 min時(shí)，91.347%的粉體粒徑分布在小于100 μm的區(qū)域。說明隨著超微粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，粉體的粒徑減小，粒徑分布范圍變窄，粉體均勻性更好[23]。

表 1 不同粉碎時(shí)間的蘋果膳食纖維粉體的粒徑分布Table 1 Particle size distribution of apple dietary fiber powders with different grinding times

2.2 蘋果膳食纖維粉體的掃描電子顯微鏡觀察

圖 1 不同超微粉碎時(shí)間的蘋果膳食纖維粉體微觀結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡圖（×100）Fig. 1 Scanning electron microscope images of apple dietary fiber powders with different grinding times (× 100)

由圖1可以看出，在同等的顯微鏡放大倍數(shù)下，膳食纖維粗粉的顆粒較大，經(jīng)過超微粉碎后，顆粒變得更加細(xì)小均勻。超微粉碎30 min時(shí)粉體顆粒的分布較密集。隨著粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，出現(xiàn)更多粒徑較大的顆粒，分子團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。這是因?yàn)閺?qiáng)烈的機(jī)械作用使得顆粒減小，但顆粒減小到一定程度后，吸附性的增強(qiáng)導(dǎo)致顆粒之間開始聚集，說明長(zhǎng)時(shí)間的超微粉碎并不會(huì)增加細(xì)小顆粒的比例。團(tuán)聚的程度與粉碎方式、粉碎物料有很大關(guān)系，特別是含糖分較多的物料在粉碎過程中更容易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，粉體顆粒之間更容易黏結(jié)，采用適當(dāng)?shù)某⒎鬯闀r(shí)間或者使用濕磨等粉碎方式都可以改善團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 蘋果膳食纖維粉體的容積密度分析

圖 2 不同超微粉碎時(shí)間蘋果膳食纖維粉體的容積密度Fig. 2 Bulk density of apple dietary fiber powders with different grinding times

容積密度大有利于膠囊或者片劑制品的生產(chǎn)加工，使物料的填充性更好。由圖2可以看出，經(jīng)過超微粉碎后，膳食纖維粉體的容積密度增大（P＞0.05），超微粉碎各處理組之間差異不顯著（P＞0.05）。說明超微粉碎可改善膳食纖維的容積密度，有利于粉體的充填。超微粉碎后粉體的容積密度增大，這與梁琪等[24]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，與賈牛群等[25]容積密度下降的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反。這可能是因?yàn)榉垠w粒徑減小到一定程度后，與周圍存在較大的接觸面和更加均勻的粒徑，減少了顆粒之間的孔隙空間，從而導(dǎo)致容積密度的增加。

2.4 蘋果膳食纖維粉體的溶脹性分析

圖 3 不同超微粉碎時(shí)間蘋果膳食纖維粉體的溶脹性Fig. 3 Swelling capacity of apple dietary fiber powders with different grinding times

由圖3可以看出，膳食纖維粗粉經(jīng)超微粉碎1～20 min后，粉體的溶脹性升高（P＜0.05），超微粉碎時(shí)間為1、3、5、10、20 min的5 個(gè)處理組之間差異不顯著（P＞0.05），這說明超微粉碎可改善膳食纖維的溶脹性。超微粉碎后，粉體粒徑減小，顆粒數(shù)目增多，溶于水后膨脹產(chǎn)生更大的體積，從而引起溶脹性的升高。超微粉碎30 min后，膳食纖維的溶脹性顯著降低（P＜0.05），這可能是因?yàn)樯攀忱w維分子長(zhǎng)鏈被剪切為短鏈結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也減小了膳食纖維對(duì)水分的束縛，從而引起溶脹性的降低，張珍林等[26]在對(duì)南瓜籽殼的研究中也出現(xiàn)了超微粉碎后溶脹性降低的現(xiàn)象。

2.5 蘋果膳食纖維粉體的水溶性分析

圖 4 不同超微粉碎時(shí)間蘋果膳食纖維粉體的水溶性Fig. 4 Water solubility of apple dietary fiber powders with different grinding times

由圖4可知，超微粉碎后膳食纖維的水溶性升高（P＜0.05），超微粉碎各處理組之間差異不顯著（P＞0.05），說明超微粉碎有助于提高膳食纖維的水溶性。粉體的水溶性和粉體與水溶液之間的接觸面積有關(guān)，超微粉碎后，分子粒徑減小，空隙率、比表面積增加，膳食纖維長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)被剪切，更多的親水基團(tuán)外露，與水分子的接觸面積和接觸位點(diǎn)增多，從而引起膳食纖維的水溶性升高。這與范明月[27]、代紅飛[28]等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

2.6 蘋果膳食纖維粉體的持水力分析

圖 5 不同超微粉碎時(shí)間蘋果膳食纖維粉體的持水力Fig. 5 Water-holding capacity of apple dietary fiber powders with different grinding times

膳食纖維結(jié)構(gòu)中含有很多親水基團(tuán)，這些親水基團(tuán)使得膳食纖維具有較好的持水力，研究顯示膳食纖維的持水力可以增加人體排便的速率，從而減輕腸道壓力，使毒物迅速排出體外。由圖5可知，膳食纖維經(jīng)超微粉碎后，粉體的持水力有所增加，超微粉碎各處理組之間差異不顯著（P＞0.05），說明超微粉碎對(duì)膳食纖維的持水力具有一定的改善作用。這是由于超微粉碎使得膳食纖維中更多的親水基團(tuán)外露，從而增強(qiáng)了膳食纖維和水分子之間的相互作用，使得持水力增加。超微粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)持水力的影響不明顯，這可能是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的粉碎使粉體的團(tuán)聚性增加，膳食纖維分子之間的相互作用力影響了其與水分子之間的相互作用力，從而使持水力沒有發(fā)生顯著變化。

2.7 蘋果膳食纖維粉體的陽離子交換能力

膳食纖維的羧基或者羥基基團(tuán)側(cè)鏈對(duì)陽離子有較強(qiáng)的結(jié)合能力，特別是能與有機(jī)陽離子進(jìn)行可逆交換，對(duì)消化道內(nèi)的pH值、滲透壓產(chǎn)生影響，產(chǎn)生緩沖性更好的環(huán)境，從而有利于機(jī)體的消化吸收。由圖6可以看出，超微粉碎后，膳食纖維的陽離子交換能力有不同程度的升高，粗粉與超微粉碎各處理組之間差異顯著（P＜0.05），說明超微粉碎可改善膳食纖維的陽離子交換能力。超微粉碎30 min后，陽離子交換能力顯著降低（P＜0.05），這可能是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的超微粉碎對(duì)膳食纖維的側(cè)鏈基團(tuán)產(chǎn)生了一定的破壞作用，從而引起陽離子交換能力的降低。這與陳存社等[11]對(duì)小麥胚芽膳食纖維研究中得到的結(jié)果一致。

圖 6 不同超微粉碎時(shí)間蘋果膳食纖維粉體的陽離子交換能力Fig. 6 Cation exchange capacity of apple dietary fiber powders with different grinding times

2.8 蘋果膳食纖維粉體的羥自由基清除能力

圖 7 不同超微粉碎時(shí)間蘋果膳食纖維粉體的羥自由基清除能力Fig. 7 Hydroxyl radical scavenging capacity of apple dietary fiber powders with different grinding times

膳食纖維以其獨(dú)特的方式可以清除某些外源性有害物質(zhì)，對(duì)自由基也有一定清除能力[29]。由圖7可以看出，膳食纖維粗粉經(jīng)超微粉碎后，羥自由基清除能力顯著增強(qiáng)（P＜0.05），超微粉碎各處理組之間差異不顯著（P＞0.05）。說明超微粉碎可顯著改善蘋果膳食纖維的羥自由基清除能力。超微粉碎后羥自由基清除能力增強(qiáng)，這與代紅飛等[28]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，但與Zhang Lihua等[30]自由基清除能力下降的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反。這可能是因?yàn)樯攀忱w維經(jīng)超微粉碎后粒徑減小，增加了抗氧化相關(guān)活性物質(zhì)的溶出量，抗氧化能力升高，從而提高了羥自由基清除能力。

3 結(jié) 論

超微粉碎可改善蘋果膳食纖維的理化性質(zhì)及羥自由基清除能力。膳食纖維經(jīng)超微粉碎后，粉體的粒徑顯著減小，溶脹性、水溶性、陽離子交換能力升高，羥自由基清除能力顯著增強(qiáng)（P＜0.05），持水力、容積密度沒有發(fā)生顯著變化（P＞0.05）。隨著超微粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，粉體的理化指標(biāo)和羥自由基清除能力有一定程度的差異。超微粉碎30 min的粉體團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，溶脹性和陽離子交換能力有所降低，綜合各項(xiàng)理化指標(biāo)，蘋果膳食纖維超微粉碎20 min總體效果最好。