胡 筱 潘 浪 朱平平 謝秋濤 付復(fù)華， 李高陽， 單 楊* 丁勝華*

（1 湖南大學(xué)研究生院隆平分院 長沙410081 2 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 長沙410125）

膳食纖維（Dietary Fiber，DF）是指聚合度不小于10 的一類碳水化合物聚合物，在人體小腸中既不被消化也不被吸收，根據(jù)膳食纖維水溶性不同，分為樹脂、果膠等水溶性纖維與纖維素、木質(zhì)素等不溶性纖維兩大類[1]。膳食纖維雖然不具備營養(yǎng)價值，但其特有的物化特性如較好的持水力、吸附力、溶脹作用、腸道微生物菌群調(diào)節(jié)能力等，使其有抗氧化，促進腸胃蠕動等保健作用[2]，進而可以在預(yù)防肥胖[3]、抗動脈粥樣硬化[4]等方面有積極的生理活性?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)母男允侄翁幚砩攀忱w維，可以改變聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、形態(tài)、存在形式與含量等，有助于提高膳食纖維的功能，如化學(xué)堿法[5]、物理擠壓蒸煮[6]、微生物發(fā)酵法[7]等。

超聲波是一種效率高、耗時少的物理改性手段。它是以機械振動形式在媒介中傳播聲波，按照功率不同，超聲波可以分為低功率和高功率超聲[8]。高功率超聲的頻率在20 kHz 和100 kHz 之間，超聲波在液體介質(zhì)中產(chǎn)生強大壓力、剪切力和高溫，可以引起物料發(fā)生物理、化學(xué)或生物活性改變[9]。張艷等[10]運用超聲波對新鮮、干制、冷凍等3種方竹筍膳食纖維進行改性處理，證明超聲波的空穴效應(yīng)、機械效應(yīng)、熱效應(yīng)等可促使分子裂解，暴露分子內(nèi)部更多基團，減小顆粒粒徑，增加表面積，提高溶解度，顯著提高了方竹筍膳食纖維的理化性質(zhì)和抗氧化活性；吳俊男等[11]以小麥麩皮為材料，研究了超聲波與酶法結(jié)合改性對膳食纖維的特性影響，結(jié)果表明改性后膳食纖維的木糖含量顯著增加，且有較強的熱穩(wěn)定性和抗氧化功能特性；張雪絨等[12]用超聲波處理香菇柄膳食纖維，不僅有利于可溶性總糖的溶出，也有效改善了分子結(jié)構(gòu)，使細胞結(jié)構(gòu)變得疏松，增加了親水基團外露，進而其結(jié)合水力、DPPH 清除率與羥自由基清除率均顯著提高。

向日葵是我國的主要油料作物之一，而葵花粕是葵花籽在榨油后的主要副產(chǎn)品。在葵花籽油生產(chǎn)過程中，葵花粕經(jīng)常會大量積壓，主要用于廉價的動物飼料或提取蛋白質(zhì)和綠原酸等[13-16]，而對其改性的相關(guān)研究較少。本研究在前期水提醇沉法提取制備葵花粕SDF[17]的基礎(chǔ)上，將提取過程中的IDF 分離出來，采用超聲波進行物理改性，并比較改性前、后SDF 和IDF 的水合性質(zhì)、對亞硝酸根離子的清除能力、熱穩(wěn)定性、粒徑分布、微觀形態(tài)、官能團組成、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、單糖組成等，以期進一步提高葵花粕膳食纖維的功能特性，擴大葵花粕的開發(fā)利用度。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葵花粕，市售；葵花籽油（食用級）。石油醚（沸程：30～60 ℃）、氫氧化鈉、95%乙醇、對氨基苯磺酸、鹽酸萘基乙二胺、氯化鈉、濃鹽酸、亞硝酸鈉、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基（DPPH）、對2'-聯(lián)氨-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸自由基（ABTS+）；N，O-雙（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺、三甲基氯硅烷，美國supeleco 公司；熱穩(wěn)定性α-淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶、蛋白酶、單糖標(biāo)準(zhǔn)品（阿拉伯糖、鼠李糖、巖藻糖、木糖、甘露糖、果糖、半乳糖和葡萄糖），Sigm-Aldrich 上海貿(mào)易有限公司；葡萄糖醛酸、肌醇，上海源葉生物科技有限公司。吡啶為色譜級，三氟乙酸等其它試劑均為分析純級。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平，凱豐集團有限公司；pH 計，上海儀電科學(xué)儀器有限公司；紫外-可見分光光度計，島津儀器蘇州有限公司；TGA2，梅特勒-托利多國際貿(mào)易上海有限公司；LS-POP VI 激光粒度儀型，歐美克科技有限公司；SEM （ZEISS EVO 10）；FTIR（Nicolet Nexus 670）；X - 射線衍射分析儀（Rigaku-TTRIII 型）；（GC-MS TQ8040），日本島津；超聲波細胞粉碎機，寧波新芝生物科技股份有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；萬能高速粉碎機，浙江紅景天工貿(mào)有限公司；臺式離心機，美國Beckman 公司；SHA-B 水域恒溫振蕩器，江蘇金怡儀器科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 葵花粕預(yù)處理 脫脂葵花粕：葵花粕→粉碎→60 目過篩→用石油醚密封脫脂12 h→倒掉上清液，濾渣60 ℃烘干→脫脂葵花粕。

1.3.2 葵花粕水溶性膳食纖維的提取工藝流程[17]葵花粕→粉碎、過60 目篩→石油醚脫脂→抽濾，濾渣60 ℃干燥→脫脂葵花粕→蛋白酶60 ℃酶解30 min 并滅酶→蒸餾水浸提→5 000 r/min 離心10 min，取上清液，殘渣為IDF→上清液60 ℃減壓濃縮→4 倍體積95%乙醇4 ℃下沉淀，靜置12 h→5 000 r/min 離心10 min，棄上清液→沉淀60℃干燥，得到水溶性膳食纖維（SDF）。

1.3.3 超聲波處理葵花粕SDF 和IDF 參照CHEICKNA DAOU[18]的方法，按質(zhì)量體積比1 ∶10的水溶液，超聲波頻率20 kHz，功率100 W，室溫下改性1 h，于60 ℃干燥箱中烘干，然后粉碎裝自封袋保存待用。

1.3.4 葵花粕基本成分測定 基本成分：水分參照GB 5009.3-2016 重量法《食品中水分的測定》；蛋白質(zhì)參照GB 5009.5-2016 凱氏定氮法《食品中蛋白質(zhì)的測定》；脂肪參照GB 5009.6-2016 索氏抽提法《食品中脂肪的測定》；灰分參照GB 5009.4-2016 直接灰化法《食品中灰分的測定》；TDF、SDF、IDF 的含量測定參照GB 5009.88-2014酶重量法《食品中膳食纖維的測定》。

1.3.5 SDF 與IDF 4 個理化性質(zhì)的測定

1） 膨脹力（Swelling Capacity，SC）的測定 參考張玉峰等[19]的方法，稱取干燥樣品1.00 g 于50 mL 量筒中，讀取樣品干樣體積，取30 mL 純水加入量筒中，于37 ℃下振蕩12 h，靜置12 h，讀取量筒中膨脹后的體積。

2） 持水力（Water Holding Capacity，WHC）的測定 參考張玉峰等[19]的方法，稱取干燥樣品1.00 g 于50 mL 離心管中，加入25 mL 純水，37 ℃振蕩1 h，4 000 r/min 離心20 min，棄上清液，用濾紙吸除殘液，稱重。

3） 結(jié)合水力（Water Binding Capacity，WBC）測定 參照陳雪峰等[20]的方法并有所改動。準(zhǔn)確稱取0.5 g 試樣于50 mL 離心管中，加20 mL 蒸餾水并搖勻，室溫條件下漩渦震蕩12 h，5 000 r／min離心10 min，棄上清液，將濕的樣品全部轉(zhuǎn)移至干燥恒重后的培養(yǎng)皿中，記錄濕重，然后于60 ℃干燥，冷卻至室溫后稱重。

4） 持油力（Oil Holding Capacity，OHC）的測定 參考Robertson 等[21]的方法，稱取干樣1.00 g于50 mL 離心管中，加入25 mL 葵花籽油于離心管中，37 ℃振蕩1 h，3 000 r/min 離心20 min。吸除上層未被吸附的液體，用濾紙吸干殘液，稱重。

1.3.6 SDF、IDF 改性前、后對亞硝酸根離子清除功能評價 參考王磊等[22]的做法，稱取0.1 g 樣品于50 mL 容量瓶中，加入25 mL 模擬胃液（稱取2.0 g NaCl，加雙蒸水溶解，移入1 000 mL 容量瓶，加入7 mL 濃鹽酸，雙蒸水定容至刻度），加入5 μg/mL 亞硝酸鈉溶液2 mL，然后把混合物置于37 ℃水浴鍋中避光反應(yīng)一定時間；加入0.4%對氨基苯磺酸2 mL，搖勻靜置5 min，再加入0.2%鹽酸萘基乙二胺顯色劑1 mL，搖勻，定容，靜置15 min后以蒸餾水作空白測各定溶液的吸光度A1，把含0 mg 樣品的溶液的吸光度定為A0，即空白值。樣品對亞硝酸根離子的清除率計算公式：

1.3.7 SDF 與IDF 抗氧化能力的測定

1） DPPH 自由基清除率的測定 參考朱文學(xué)等[23]的方法并稍作改動。配制不同質(zhì)量濃度的樣品溶液，用蒸餾水作為空白對照，在517 nm 波長處檢測吸光度。以VC 作為陽性對照，重復(fù)3 組取平均值。按下式計算DPPH 自由基清除率：

式中：A1——DPPH 溶液和不同質(zhì)量濃度的樣品或VC 混合溶液的吸光度；A2——無水乙醇和不同質(zhì)量濃度的樣品或VC 混合溶液吸光度；A3——DPPH 溶液和蒸餾水混合溶液的吸光度。

2） ABTS+·清除能力測定 參照肖越等[24]的方法并略作改進。制備ABTS 儲備液：將等量的7 mmol/L 2，2’-聯(lián)氮-二 （3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸） 二銨鹽溶液與2.45 mmol/L 過硫酸鉀混合，于室溫下避光反應(yīng)，靜置過夜，待用。用純水稀釋ABTS 溶液至其在波長734 nm 處吸光度為0.700±0.020。取試管分別加入50 μL 不同質(zhì)量濃度的樣品液，再加4 mL ABTS 溶液，搖勻反應(yīng)6 min 后測定其在波長734 nm 處的吸光度A1，再分別用純水代替樣品液和ABTS 溶液測得吸光度A2和A3。按下式計算：

式中：A1——4 mL ABTS 溶液+50 μL 樣品溶液的吸光度；A2——50 μL 樣品溶液+4 mL 純水的吸光度；A3——4 mL ABTS 溶液+50 μL 純水的吸光度。

1.3.8 熱穩(wěn)定性分析 將樣品置于TGA2 同步分析儀中以10 ℃/min 速率升溫，溫度范圍30～800℃[25]。

1.3.9 粒徑測定 取0.5 g 樣品于燒杯中，加入30 mL 超純水，利用超聲輔助使其分散均勻，設(shè)定折射率1.460，分散劑折射率1.33，然后以激光粒度儀測定。

1.3.10 掃描電子顯微鏡分析 掃描電鏡圖的拍攝參照Kahwa 等[26]的研究方法。將試樣干燥至恒重，取少量用雙面膠固定在樣品座上，表面噴金處理后在400，1 000 倍數(shù)下觀察樣品顆粒形貌并拍照分析。

1.3.11 傅里葉變換紅外光譜分析 參照文獻[27]方法，精確稱取干燥樣品1 mg 于瑪瑙研缽中，加入100 mg 干燥的KBr 晶體，在紅外燈照射下輕輕研磨至極細，混勻，用壓片機壓片，制成一定直徑和厚度的透明片，用紅外分光光度計于400～4 000 cm-1中紅外區(qū)掃描，測定傅里葉變換紅外光譜曲線。

1.3.12 X-射線衍射分析 衍射條件：靶型Cu靶，管電流40 mA，管電壓40 kV，掃描區(qū)域（2θ）2°～50°[28]。

1.3.13 單糖組成的測定 單糖標(biāo)品的定性分析方法[29-30]：分別取配制好的0.5 mg/mL 單糖單標(biāo)溶液40 μL 和80 μL 的N，O-雙 （三甲基硅烷基）三氟乙酰胺和三甲基氯硅烷的（BSTFA+TMCS，99∶1）混合衍生化試劑，混合均勻后放在70 ℃烘箱中保溫40 min，然后立即GC-MS 分析。GC-MS 條件：單糖的分析應(yīng)用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Agilent 5975-7890A）進行分析，色譜條件：DB-5 石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：柱初溫度140 ℃，以4 ℃升到240 ℃，進樣口溫度250 ℃，載氣流速1 mL/min，分流比50∶1。質(zhì)譜條件：離子源溫度230 ℃，電離方式為EI，電子能量70 eV，掃描質(zhì)量范圍（m/z）29～450 amu。

樣品水解及單糖衍生化方法[29-30]：稱取樣品50 mg 于20 mL 的防爆螺口瓶中，加入15 mL 2 mol/L 三氟乙酸，在105 ℃烘箱中水解6 h。水解結(jié)束后取水解液5 mL 溶液于梨形瓶中減壓蒸干（50℃），用甲醇洗滌3 次，減壓蒸干后加入5 mL 吡啶溶解，密封于-80 ℃保存待衍生。取不同樣品的水解液400 μL 分別與150 μL 0.5 mg/mL 肌醇溶液混合，再加入150 μL N，O-雙（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺和三甲基氯硅烷的（BSTFA+TMCS，99∶1） 混合衍生化試劑混合均勻后放在70 ℃烘箱中保溫40 min，取出，過0.22 μm 有機濾膜，然后立刻GC-MS 分析。GC-MS 測定條件與測定混標(biāo)的條件相同。

單糖的定量分析分析[30]：采用GC-MS 柱前衍生，以肌醇為內(nèi)標(biāo)物，用內(nèi)標(biāo)法進行。按相同條件對不同濃度的8 種單糖與內(nèi)標(biāo)的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進行柱前衍生化和GC-MS 分析。以肌醇為內(nèi)標(biāo)，建立8 種單糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線，單糖含量以mg/g 計。

1.3.14 數(shù)據(jù)處理 每組數(shù)據(jù)測定3 次，結(jié)果均以（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）表示，采用SPSS（19.0 統(tǒng)計軟件）進行數(shù)據(jù)分析，用Origin 9.0 進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葵花粕基本成分

測定了葵花粕原料的基本成分，結(jié)果見表1，其總膳食纖維的含量為42.80%，IDF 含量近似于SDF 含量的2 倍，是一種優(yōu)良的膳食纖維資源。經(jīng)脫脂、酶解、乙醇沉淀等一系列的提取過程，分離得到膳食纖維各組分。

表1 葵花粕的基本成分（%）Table 1 Basic components of sunflower meal（%）

2.2 葵花粕SDF 與IDF 改性前、后的理化性質(zhì)及對亞硝酸根離子的清除作用

葵花粕SDF 與IDF 改性前、后的理化性質(zhì)見圖1?？ㄆ蒘DF 在膨脹力（19.40±0.82）mL/g、持水力（16.5±0.85）g/g、持油力（1.77±0.23）g/g 方面顯著高于IDF（9.93±0.47 mL/g、9.37±0.09 g/g、1.49±0.14 g/g）（P＜0.05），SDF 對亞硝酸根離子的清除力（21.19%）大于IDF 的（18.54%），在結(jié)合水力方面兩者相近【（8.60±0.18 g/g）、（8.71±0.34）g/g】，高于雷竹筍、米糠等膳食纖維[32-33]，這證實SDF與IDF 理化性質(zhì)良好，推測兩者富含羧基、羥基等親水基團，有較大的表面積和空隙，從而具有良好的吸水、增加體積等特性[34]。

超聲波改性后，相對于SDF，USDF 的持水力、結(jié)合水力、持油力分別增加了3.09%，17.56%，23.73%，相對于IDF，UIDF 的持水力和持油力也提高了8.96%，17.45%，可能是因為膳食纖維內(nèi)在結(jié)構(gòu)的部分親水基團暴露，增加了水合面積[35]。在膨脹力方面，雖然USDF 顯著降低至（12.11±0.62）mL/g（P＜0.05），但是仍高于超聲波改性的干制方竹筍膳食纖維膨脹力【（7.14±0.33）mL/g】[10]、超微化雷竹筍膳食纖維的膨脹力【（9.39±0.11）mL/g、（8.43±0.04）mL/g）】[32]等，而UIDF 顯著降至（4.53±0.24）mL/g（P＜0.05），仍高于微波和微粉碎改性的方竹筍膳食纖維膨脹力【（4.53±0.17） mL/g、（3.55±0.17）mL/g）[36]、高壓均質(zhì)油橄欖果渣IDF膨脹力【（3.47±0.31）mL/g】[37]，這說明葵花粕膳食纖維理化性質(zhì)比較突出，而膨脹力的降低可能是由于超聲波進一步的細化處理使得纖維素等長鏈斷裂，小分子物質(zhì)增加，多孔的纖維結(jié)構(gòu)被破壞[32]，使得USDF 和UIDF 吸水膨脹性表現(xiàn)不再明顯；而USDF 和UIDF 對亞硝酸根離子的清除力低于SDF 和IDF，原因可能是超聲波改性降低了與清除亞硝酸根離子相關(guān)基團的活性。

圖1 葵花粕SDF 與IDF 改性前、后的理化性質(zhì)Fig.1 Physicochemical properties of SDF and IDF from sunflower meal before and after modification

2.3 葵花粕SDF 與IDF 改性前、后的抗氧化性

2.3.1 葵花粕SDF 改性前、后對DPPH 自由基和ABTS+的清除作用 圖2是不同質(zhì)量濃度的葵花粕SDF、USDF 對DPPH 自由基和ABTS+自由基清除率的影響。在DPPH 自由基清除率方面，對照VC 在0.04～0.3 mg/mL 范圍對DPPH 自由基清除率維持在90%左右。隨著樣品質(zhì)量濃度的增加，SDF、USDF 對DPPH 自由基清除率逐漸提高，在樣品質(zhì)量濃度0.3 mg/mL 時分別達到43.54%和20.15%，與油橄欖果渣SDF[38]相同，即在低濃度下具有較好的清除率，USDF 清除效果弱于SDF，可能是高強度的超聲波破壞了SDF 中與抗氧化性相關(guān)的黃酮類、多糖類化合物等的組成和含量。在ABTS+自由基清除率方面，VC 清除效果達100%。USDF 對ABTS+自由基的清除率小于SDF 的作用，均表現(xiàn)為劑量依賴，在0.3 mg/mL 時SDF 和USDF分別達到41.16%和34.50%的清除率，而米糠SDF[33]在質(zhì)量濃度7 mg/mL 時對ABTS+清除率在40%以上，這說明葵花粕SDF 的抗氧化性能較好。

2.3.2 葵花粕IDF 改性前、后對DPPH 自由基和ABTS+·的清除作用 圖3顯示不同質(zhì)量濃度的葵花粕IDF、UIDF 對DPPH 自由基和對ABTS+自由基清除率的影響。在DPPH 清除率方面，VC 質(zhì)量濃度在0.4～2 mg/mL 范圍，清除率在90.61%以上，且隨濃度梯度的變化較平穩(wěn)；而IDF、UIDF 隨質(zhì)量濃度的增加對DPPH 自由基清除率逐漸提高，在2 mg/mL 時分別達到27.06%和49.18%，UIDF 清除效果約是IDF 的1.82 倍，這與張雪絨等[12]的研究類似，他們研究的香菇柄IDF 經(jīng)超聲改性后DPPH 清除率增加了47.95%。這說明超聲波改善了IDF 的分子結(jié)構(gòu)，從而促進了清除效果。在ABTS+自由基清除率方面，樣品的清除效果弱于VC，均表現(xiàn)劑量依賴性，而UIDF 在相同質(zhì)量濃度下的清除率大于IDF 的作用，在2 mg/mL 時，UIDF 的ABTS+清除率達到90.29%。

圖2 葵花粕SDF 改性前、后對DPPH 自由基和ABTS+的清除作用Fig.2 DPPH free radical and ABTS+ scavenging action of SDF from sunflower meal before and after modification

圖3 葵花粕IDF 改性前、后對DPPH 自由基和ABTS+的清除作用Fig.3 DPPH free radical and ABTS+ scavenging action of IDF from sunflower meal before and after modification

2.4 熱穩(wěn)定性

如圖4所示，SDF、IDF、USDF、UIDF 的熱分解曲線大體分為3 個階段，第1 階段發(fā)生在30～200℃，表現(xiàn)為緩慢失重，質(zhì)量損失在15%左右；第2階段發(fā)生在200～500 ℃，快速失重率達50%；第3階段發(fā)生在500～800 ℃，質(zhì)量變化趨于平衡，剩余質(zhì)量在25%左右。這與涂宗財?shù)萚39]認為豆渣膳食纖維的熱分解曲線變化一致，且4 條曲線無明顯差異，期間最主要的失重發(fā)生在第2 階段，第1 和第3 階段的熱失重率較低。

圖4 葵花粕SDF 與IDF 改性前、后熱重分析（TGA）圖譜Fig.4 Thermogravimetric analysis （TGA） of SDF and IDF from sunflower meal before and after modification

第1 階段時，SDF、USDF、IDF、UIDF 失重率分別為13.01%，17.00%，14.98%，19.97%，這一階段是小量的初始失重，主要為膳食纖維組分分子內(nèi)自由水、結(jié)晶水等的蒸發(fā)[32，39]；而 第2 階段 時，SDF、USDF、IDF、UIDF 失重率分別為50.99%，52.27%，51.00%，52.34%，熱分解速率也最大，結(jié)合FTIR 結(jié)果，可能是超聲改性造成糖苷鍵斷裂，羥基等基團暴露，小分子發(fā)生分解，導(dǎo)致?lián)p失率較大；第3 階段時，失重率變化比較平緩，且800 ℃時SDF、USDF、IDF、UIDF 的余重分別為25.91%，24.65%，27.06%，24.27%。綜上可以得出SDF、USDF、IDF、UIDF 在225 ℃以下相對較穩(wěn)定，一般的加工應(yīng)用不會影響其熱穩(wěn)定性。

表2 葵花粕膳食纖維組分熱分解失重Table 2 The weightlessness of Sunflower meal dietary fiber components by thermal decomposition

2.5 粒度分析

圖5顯示膳食纖維組分顆粒改性前、后的粒徑分布變化。4 種組分集中分布在5～100 μm。SDF顆粒只有一個峰，其主要粒徑分布范圍為5.13～108.63 μm，最高峰處所對應(yīng)的顆粒大小為19.50 μm，其微分分布為15.35%，說明其粒度分布相對集中，波峰較窄，顆粒尺寸相對均勻；而超聲波改性后的USDF 出現(xiàn)兩個峰，最大峰向右移動，且對應(yīng)的粒徑為34.57 μm，左側(cè)出現(xiàn)一個小峰，對應(yīng)的粒徑為9.09 μm，可能是大顆粒集聚，經(jīng)超聲轉(zhuǎn)變?yōu)樾☆w粒的動態(tài)變化。IDF 粒徑分布的波峰寬，除最大峰外，還出現(xiàn)3 個拐點，對應(yīng)粒徑分別為11，28.56，34.57 μm，說明其顆粒尺寸大小不一。超聲波改性后的UIDF 波峰變得窄而尖，其最高峰的顆粒為23.60 μm，微分分布為14.04%，表明顆粒大小越來越均勻。

圖5 葵花粕SDF 與IDF 改性前、后的粒徑分布圖Fig.5 Particle size distribution of SDF and IDF from sunflower meal before and after modification

將葵花粕SDF 與IDF 改性前、后粒徑分布數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，得到表3。SDF、IDF 體積平均粒徑D[4，3]為（23.78±1.39） μm 和（24.62±0.40）μm，說明葵花粕膳食纖維韌性一般，容易破碎，粒度分布遠小于竹筍膳食纖維（204.40 μm）[32]。超聲波改性后，USDF 與UIDF 的體積平均粒徑D[4，3]和表面積平均粒徑D[3，2]均減小，說明改性后的顆粒形狀變得不規(guī)則，這與掃描電子顯微鏡的觀察結(jié)果相同。SDF、USDF 累積分布曲線上占顆?？偭?0%所對應(yīng)的粒徑分別為（39.50±3.22）μm和（40.14±1.55）μm，可能是顆粒發(fā)生部分團聚，使粒徑略增；而IDF、UIDF 累積分布曲線上占顆粒總量90%所對應(yīng)的粒徑分別為（44.74±1.42）μm 和（39.84±0.26）μm，表明改性使得IDF 顆粒粒徑有所減小，分布趨于集中，這與粒徑分布圖結(jié)果相一致。

表3 葵花粕SDF 與IDF 改性前、后的粒徑分布Table 3 Particle size distribution of SDF and IDF from sunflower meal before and after modification （μm）

2.6 SEM 分析

通過不同放大倍數(shù)的掃描電鏡觀察的脫脂葵花粕、SDF、IDF、USDF、UIDF 樣品表面結(jié)構(gòu)如 圖6。由圖6a 可以看出脫脂葵花粕在×200 倍數(shù)下為不規(guī)則塊狀緊密結(jié)構(gòu)，形態(tài)各異，大小不一，其表面有很多凸起堆積，并有粗顆粒及球狀物附著，可能是殘余的脂類和蛋白質(zhì)。圖6b 和6c 是葵花粕SDF，在×400 倍數(shù)下表面粗糙有纖維感；在×1 000倍數(shù)下可看出表面疏松，凹凸不平，部分出現(xiàn)裂縫，附有小顆粒，從而有良好的水合性質(zhì)。經(jīng)超聲波處理后，圖6d 和6e 中USDF 表面明顯平整，顆粒物減少，出現(xiàn)小孔洞，這可能為持水力、結(jié)合水力、持油力的增加提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。圖6f 和6g 是葵花粕IDF，高、低倍鏡下可觀察到表面具有更多的細碎顆粒物，可能是半纖維素類小分子，結(jié)構(gòu)雖緊密但有凹陷和褶皺。圖6h 和6i 中UIDF 凹陷和皺裙增多，“蜂巢”狀結(jié)構(gòu)突出，暴露了多糖類內(nèi)部更多相關(guān)的活性基團，從而其抗氧化性質(zhì)增強。這與Ye fayin 等[40]表征超微化柑桔柚不溶性膳食纖維的結(jié)構(gòu)圖像類似。綜上所述，超微結(jié)構(gòu)為其物理特性與生理功能提供了形態(tài)學(xué)方面的依據(jù)。

2.7 FTIR 分析

葵花粕SDF 和IDF 改性前、后的傅里葉紅外光譜圖見圖7?？ㄆ缮攀忱w維樣品在400～4 000 cm-1范圍具有多糖的特征吸收峰。SDF、IDF 分別在3 297，3 404 cm-1處有寬而圓滑的O-H 伸縮振動峰；在2 929，2 928 cm-1處的小尖峰是糖類甲基和亞甲基上C-H 的收縮振動；1 659 cm-1和1 656 cm-1處的吸收峰為酯化的C=O 的非對稱伸縮振動，表明SDF 和IDF 中含有醛基或羧基；SDF 在1 538 cm-1處有半纖維素中木質(zhì)素的苯環(huán)結(jié)構(gòu)NH 的彎曲振動；SDF 在1 399 cm-1處為羧酸的C-O伸縮振動，IDF 在1 416 cm-1處為O-H 的變形振動引起[28]；SDF 和IDF 分別在1 101 cm-1和1 103 cm-1處的吸收峰是糖類中C-O-C 糖環(huán)中醚鍵的C-O 和C-O-H 的O-H 變角振動[41-42]。超聲波改性后的USDF、UIDF 的O-H 伸縮振動峰分別在3 429，3 412 cm-1，即發(fā)生了藍移；USDF 在2 930，1 655，1 558 cm-1處附近的特征吸收峰明顯減弱，表明改性后C-H、C=O、木質(zhì)素含量出現(xiàn)一定程度的減少，這與張艷等[10]的研究一致，可能是超聲波改性造成半纖維素組分含量的降解；UIDF 在2 928 cm-1處特征峰稍有減弱。整體上，USDF、UIDF的紅外圖譜特征吸收峰的峰型和基本位置未發(fā)生特別明顯的變化，與單糖組成分析結(jié)果保持一致。

圖6 葵花粕SDF 和IDF 改性前、后的掃描電子顯微鏡圖Fig.6 SEM photographs of SDF and IDF from sunflower meal before and after modification

2.8 XRD 分析

如圖8所示，葵花粕膳食纖維改性前、后在15～25°之間有明顯的衍射峰。結(jié)合數(shù)據(jù)，SDF、IDF、USDF、UIDF 的主衍射峰2θ 分別在19.72°，21.74°，20.20°，21.28°處，呈現(xiàn)纖維素Ⅰ晶型，為晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)兩相共存[43]，且SDF、USDF 的峰形和高度寬于IDF、UIDF 的，而SDF 與USDF、IDF與UIDF 前、后衍射圖相似?？梢?，超聲波改性還不足以導(dǎo)致SDF 和IDF 的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能與處理的功率和時間有關(guān)。

2.9 單糖組分的變化分析

表4列出各單糖組分衍生物的保留時間、回歸方程及R2，表明各單糖衍生物在相應(yīng)濃度范圍內(nèi)均具有良好的線性關(guān)系（R2＞0.9992），按出峰時間依次為阿拉伯糖、鼠李糖、巖藻糖、木糖、甘露糖、果糖、半乳糖、葡萄糖和葡萄糖醛酸。

圖7 葵花粕SDF 和IDF 改性前、后的傅里葉紅外光譜圖Fig.7 Fourier infrared spectra of SDF and IDF from sunflower meal before and after modification

圖8 葵花粕SDF 和IDF 改性前、后的X-射線衍射圖Fig.8 X-ray diffraction diagram of SDF and IDF from sunflower meal before and after modification

表4 單糖濃度/肌醇濃度和單糖衍生物峰面積/肌醇衍生物峰面積響應(yīng)值的線性關(guān)系Table 4 Correlation between CMONO/CINT and PMONOL/PINTL

表5是葵花粕及其IDF、UIDF、SDF、USDF 組分中單糖的組成及含量。葵花粕及其膳食纖維組分中主要的單糖有阿拉伯糖、鼠李糖、木糖、甘露糖、半乳糖和葡萄糖，單糖種類不變，其含量有明顯差異?？ㄆ芍凶钬S富的單糖組成是葡萄糖和阿拉伯糖，這與李璐等[32]研究雷竹筍中膳食纖維單糖的主要組成相似，出峰時間略有不同；而巖藻糖和果糖的含量很少。與原樣品相比，從中提取出的IDF 與改性后的UIDF 中阿拉伯糖、鼠李糖、木糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖醛酸含量明顯增加（P＜0.05），這可能是由于葵花粕各成分化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，纖維素、半纖維素、天然蛋白等裂解成了小分子[44]，其中甘露糖可直接被利用合成糖蛋白，參與免疫調(diào)節(jié)；從中提取的SDF 與改性后的USDF中葡萄糖含量均顯著減少（P＜0.05），其它單糖組分相對較少，SDF 中半乳糖含量略微增加，可能是一定量的果膠作為一組半乳糖醛酸被水解為半乳糖所致[45]。

IDF 與SDF 中果糖占比最小，這與杭瑜瑜等[46]對菠蘿皮渣中可溶與不可溶膳食纖維果糖含量最少的研究結(jié)果一致。不同的是，菠蘿皮渣可溶性膳食纖維中葡萄糖含量最多，不溶性膳食纖維中木糖含量最多，而本試驗IDF 與SDF 中阿拉伯糖均為最多，可能與原料來源不同有關(guān)。相對于IDF，改性后的UIDF 中木糖含量顯著增加（P＜0.05），可能是改性過程中半纖維素（如木葡聚糖等）的含量明顯增加[5]；而改性后的葡萄糖含量有所降低。相對于SDF，改性后的USDF 中阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖含量減少，可能與改性導(dǎo)致的果膠降解有關(guān)[5]。這是因為果膠物質(zhì)的主鏈上有L-阿拉伯糖、D-半乳糖、L-鼠李糖等構(gòu)成的支鏈；改性后的USDF 中果糖含量顯著增加（P＜0.05），改性使得部分葡萄糖發(fā)生了同分異構(gòu)現(xiàn)象，形成了其同分異構(gòu)體果糖。

表5 葵花粕SDF 與IDF 改性前、后的單糖含量（mg/g）Table 5 Monosaccharide content of SDF and IDF from sunflower meal before and after modification （mg/g）

3 結(jié)論

葵花粕SDF、IDF 具有較好的膨脹力、持水力、持油力、對亞硝酸根離子的清除力等理化性能。USDF、UIDF 的持水力和持油力有所改善，而SDF、IDF、USDF、UIDF 的抗氧化性都呈現(xiàn)劑量梯度變化，UIDF 強于IDF?？ㄆ缮攀忱w維改性前、后熱穩(wěn)定性失重變化沒有很大差異。激光粒度分析表明超聲波改性后的USDF 出現(xiàn)兩個峰，可能是大顆粒集聚，經(jīng)超聲轉(zhuǎn)變?yōu)樾☆w粒，波峰變得窄而尖，表明顆粒大小越來越均勻。結(jié)構(gòu)分析表明SDF、IDF 表面粗糙疏松，USDF、UIDF 變得平整光滑，UIDF 凹陷和皺裙增多，且SDF、IDF、USDF、UIDF 有多糖的特征吸收峰和良好的多糖結(jié)晶狀態(tài)。單糖組成分析說明葵花粕及其膳食纖維組分主要有阿拉伯糖、鼠李糖、木糖、甘露糖、半乳糖和葡萄糖等6 種單糖。今后可探究超聲波處理的工藝條件優(yōu)化對葵花粕膳食纖維的影響，為葵花粕膳食纖維應(yīng)用到面包、餅干、饅頭等產(chǎn)品中提供理論依據(jù)。