紅樹莓酒渣結構、理化性質以及吸附性

齊云飛，張依瑤，田景玉，馬銘鴻，李玫萱，王金玲,2,*

（1.東北林業大學林學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江省森林食品資源利用重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150040）

紅樹莓富含生物活性物質且具有優良的感官特性，但果實成熟后極易腐爛，因此，近95%的紅樹莓果實被加工成保質期更長的產品（如果汁、果酒、果醬等）[1-2]。紅樹莓果酒的生產中，很大一部分化合物，尤其是膳食纖維、多酚類化合物被保留在酒渣中[3]。近年來國內外對紅樹莓酒渣的研究已有一些報道，但主要集中在總酚、黃酮、原花青素、花色苷等活性物質的提取[4]以及抗氧化、抑菌活性等功能研究方面[5]。食品原料經過粉碎后，不同粒徑的原料不僅營養物質的釋放和吸收速率不同，持水力、膨脹力、粉質特性等物化性質也不同。王瑋[6]分別對超微粉碎處理麩皮（平均粒徑40 μm）、大粒度麩皮（平均粒徑349 μm）和中粒度麩皮（平均粒徑138 μm）進行功能成分溶出、功能特性方面的研究，結果表明超微粉碎麩皮與大粒度麩皮、中粒度麩皮相比，總黃酮得率分別提高0.77%和0.39%，持水力、持油力和膨脹力分別下降0.32 g/g和0.5 g/g、0.34 g/g和0.61 g/g、0.35 mL/g和0.79 mL/g，對Pb2＋、Hg2＋、Cd2＋金屬混合液的吸附能力分別增加30.1%和24.9%、31.6%和12.7%、9.6%和15.2%，對膽酸鈉的吸附能力分別下降3.27 mg/g和1.21 mg/g。Zhao Xiaoyan等[7]研究發現超微粉碎后紅葡萄渣粉與其他粒徑紅葡萄渣粉相比，容重和堆積密度降低，但溶解性增加，總多酚和總黃酮含量最高。國內外對于紅樹莓酒渣粉的研究較少，Fotschki等[3]的研究表明，酒渣細粉比粗粉調節盲腸細菌活性和降低次膽汁酸濃度的作用更強。為研究不同目數紅樹莓酒渣粉的理化性質和吸附性，擬通過掃描電子顯微鏡觀察和X射線衍射分析探究紅樹莓酒渣粉的結構并對其理化性質進行表征，旨在發掘紅樹莓酒渣作為膳食纖維原料的應用潛力，為開發紅樹莓酒渣粉產品提供一定的理論依據，延伸樹莓產業鏈。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅樹莓酒渣：‘秋福’紅樹莓發酵后，兩層無菌紗布過濾獲得，經60 ℃熱風干燥至水分質量分數低于6%后置于4 ℃保存備用。

鹽酸、氯化鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、磷酸、硫酸、硫酸鐵銨、無水乙醇、三氟化硼、石油醚、冰醋酸、膽酸鈉、糠醛、苯酚、硝酸銀、硝酸鉻 天津市天力化學試劑有限公司；膽固醇標準品、葡萄糖標準品天津市東麗區天大化學試劑廠；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

TDL-40B-W型臺式低速大容量離心機 湖南星科科學儀器有限公司；DHG-9240電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司；TDL-40B-W型離心機 上海標儀儀器有限公司；ND7-2L行星球磨機 南京南大天尊電子有限公司；ZE-6000色差儀 上海首立實業有限公司；722S可見分光光度計 上海精密科學儀器有限公司；FEI Quanta200掃描電子顯微鏡 荷蘭FEI公司；X’Pert3Powedr X射線衍射儀 荷蘭帕納科公司；Z-2000原子吸收分光光度計 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 紅樹莓酒渣粉制備

紅樹莓酒渣粉制備：脫脂：將紅樹莓酒渣粉碎過60 目篩得到粗粉，置于密封容器中用正己烷浸泡24 h過濾，將脫脂后的紅樹莓酒渣粗粉于60 ℃烘箱中烘干備用；粉碎：將脫脂后的紅樹莓酒渣粗粉加入ND7-2L行星球磨機內180 r/min粉碎60 min，過60、100、140、180、220、260 目篩分別得到不同目數紅樹莓酒渣粉。

1.3.2 基本營養成分的測定

水分質量分數參考GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的直接干燥法測定；總糖質量分數參考GB/T 12456—2008《食品中總糖的測定》中的直接滴定法測定；總酸質量分數參考GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》中的堿式滴定法測定，以檸檬酸為滴定標準；粗蛋白質量分數參考GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法測定；脂肪質量分數參考GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中的索氏提取法測定；灰分質量分數參考GB 5009.4—2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》中的灼燒質量法測定；膳食纖維質量分數參考GB 5009.88—2014《食品安全國家標準 食品中膳食纖維的測定》中的酶重量法測定。除水分質量分數以鮮質量計外，其他營養成分質量分數均以干質量計。

1.3.3 掃描電子顯微鏡觀察微觀結構

將不同目數的紅樹莓酒渣粉用導電膠帶粘于樣品臺上，粘好的樣品噴金之后，置于掃描電子顯微鏡樣品倉中，在高真空條件下，對樣品各個部位在1 000 倍率下分別觀察并拍照記錄其形貌特征。

1.3.4 X射線衍射分析

X射線衍射儀測定條件：掃描速率12°/min，掃描范圍5°～90°，步長0.006 565°，管壓40 kV，管流40 mA。

1.3.5 色澤測定

將不同目數的紅樹莓酒渣粉裝于透明比色皿，采用色差儀對樣品進行測定，獲得L*、a*、b*值。其中L*值表示樣品的亮度，L*值越大，表明樣品表面越亮；a*值表示樣品的紅綠度，正值表示偏紅，負值表示偏綠；b*值表示樣品的黃藍度，正值表示偏黃，負值表示偏藍。

1.3.6 流動性測定

滑角：準確稱取3.00 g樣品于玻璃板中部，緩慢向上推動玻璃板的一端直至約90%紅樹莓酒渣粉移動，測定玻璃板和水平面的夾角即為粉體的滑角[8]。

休止角：將漏斗固定于坐標紙上方3 cm處，坐標紙墊在玻璃板下，取10.00 g待測粉體垂直流至玻璃板上，流下的粉體在玻璃平板上形成圓錐體，測定圓錐表面和水平面的夾角即為粉體的休止角[6]。

1.3.7 填充性測定

松密度：參照Chau等[9]方法略作修改。準確稱取樣品3 g（m），將其裝入100 mL量筒中；每隔2 s，將量筒從距離硬臺面2.5 cm的高度反復向下敲擊，直到量筒內粉體體積基本不再變化為止，此時體積記為V/mL。按式（1）計算松密度。

1.3.8 溶解度測定

稱取一定質量的粉體，均勻地分散在蒸餾水中，樣品與蒸餾水質量體積比為1∶50，將樣品轉入離心管中，80 ℃水浴振蕩30 min，混合物在3 000 r/min下離心20 min，棄去上清液，以蒸餾水洗滌沉淀兩次，離心，棄去上清液，沉淀于105 ℃烘干至恒質量并稱量。溶解度按式（2）計算。

1.3.9 膨脹力測定

參照Gouw等[10]方法略作修改。準確稱取1.00 g樣品，放入25 mL玻璃量筒中記錄體積，加入10 mL蒸餾水，振蕩均勻后，室溫下放置24 h，記錄樣品在量筒中自由膨脹體積。膨脹力按公式（3）計算。

1.3.10 持水力、持油力測定

參照Chau等[9]方法略作修改。稱取一定質量樣品于離心管中，按料液比1∶40加入蒸餾水，電磁攪拌24 h，轉移至離心管中，3 000 r/min離心20 min，傾去上清液，稱量樣品濕質量。持水力按式（4）計算。持油力測定方法同持水力，將蒸餾水改成食用花生油。

1.3.11 膽固醇吸附能力測定

按Hua Mei等[11]方法略作修改。準確稱取1.00 g樣品與30 mL稀釋蛋黃溶液（新鮮蛋黃用9倍體積的蒸餾水稀釋并均質），然后調節pH值至2（模擬胃環境）或7（模擬腸環境），在37 ℃下孵育180 min，以4 000 r/min離心20 min，在550 nm波長處測定上清液的吸光度。膽固醇吸附量按式（5）計算。

1.3.12 膽酸鈉吸附能力測定

按Hua Mei等[11]方法并略作修改。準確稱量樣品0.50 g置于150 mL三角瓶中，加入含0.10 g膽酸鈉的0.15 mol/L氯化鈉溶液50 mL，調節pH值至7.0，電磁攪拌至分散完全，37 ℃振蕩2 h，以4 000 r/min離心20 min，在620 nm波長處測定上清液的吸光度，膽酸鈉吸附量按式（6）計算。

1.3.13 葡萄糖吸附能力測定

按Ma Mengmei等[12]方法并略作修改。準確稱取粉體1.00 g，置于100 mL pH 7.0 100 mmol/L的葡萄糖溶液中，攪拌均勻，37 ℃孵育6 h后，3 000 r/min離心20 min，在490 nm波長處測定上清液吸光度。葡萄糖吸附量按式（7）計算。

1.3.14 重金屬離子吸附能力測定

參照Hu Guohua等[13]方法略作修改。配制1 mg/mL硝酸鉻溶液待用。準確稱取1.00 g樣品，加入1 mg/mL硝酸鉻溶液100 mL，分別調節pH值至2.0和7.0，37 ℃恒溫振蕩3 h，4 000 r/min離心20 min，上清液用原子吸收分光光度計測定溶液中硝酸鉻的質量濃度。重金屬離子吸附量按式（8）計算。

1.4 數據處理與分析

2 結果與分析

2.1 紅樹莓酒渣的基本營養成分

由表1可見，水分、總膳食纖維是紅樹莓酒渣的主要成分，質量分數分別為71.05%和46.62%，在總膳食纖維中，可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維的質量分數分別是5.87%和40.61%，其比例接近1∶8，可見紅樹莓酒渣是膳食纖維的良好來源，同時膳食纖維的含量及可溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維的比例是影響紅樹莓酒渣結構、理化性質和吸附性的重要因素。

表1 紅樹莓酒渣基本營養成分含量Table 1 Contents of major nutrient components in red raspberry pomace

2.2 不同目數紅樹莓酒渣的色度

表2 不同目數紅樹莓酒渣色度Table 2 Chroma measurements of red raspberry pomace powders with different particle sizes

色澤是紅樹莓酒渣粉的重要感官指標，良好的色澤可增加商品價值和加工適應性。由表2可知，隨著目數的增加，L*值逐漸升高，a*值和b*值逐漸下降；說明隨著紅樹莓酒渣粉粒徑的減小、混合均勻度的提高和比表面積的增大，粉體的亮度逐漸增加，但紅色逐漸減弱，不利于改善其呈色品質，在實際加工時應根據需要做適宜的處理。

2.3 不同目數紅樹莓酒渣粉的微觀結構

圖1 不同目數紅樹莓酒渣掃描電子顯微鏡圖Fig. 1 Scanning electron micrographs of red raspberry pomace powders with different particle sizes

由圖1可見，60～140 目時，隨著目數的增大，粉體顆粒體積逐漸減小，呈不規則的碎片，大小不均勻，個別顆粒出現較大或較小的現象；180～260 目時，隨著目數的增大，更多的細小粒子黏連在一起形成團聚物，且其團聚程度隨目數增加而逐漸增加，260 目時團聚最嚴重。這種“假團”現象的出現，有以下兩種可能原因：其一，隨著粉體粒徑的減小，比表面積增大，粉體的黏性增加，其表面引力增大使粉體團聚；其二，在粉碎加熱的過程中，紅樹莓酒渣中損失了大量的水溶性物質，其膳食纖維的結構被破壞，表面出現帶裂紋、松散的填充微觀結構[11]。

2.4 不同目數紅樹莓酒渣粉的X射線衍射圖譜分析結果

圖2 不同目數紅樹莓酒渣X射線衍射圖Fig. 2 X-ray diffraction patterns of red raspberry pomace powders with different particle sizes

由圖2可見，X射線衍射圖譜中主峰和次峰分別反映了紅樹莓酒渣中膳食纖維結晶區的衍射強度和無定形區的衍射強度，纖維所形成結晶區占纖維整體的比例即纖維的結晶度，反映了纖維的結晶程度[14]。紅樹莓酒渣粉2θ在20.35°～22.71°之間有一個明顯的衍射峰，稱為主峰，表明存在結晶纖維區；2θ在26.56°～26.93°之間有一個弱峰，稱為次峰，表明紅樹莓酒渣在粉碎的過程中纖維素發生變形，存在非結晶區。100 目與60 目相比，其主峰強度明顯減小，次峰強度明顯增大，而100～220 目的紅樹莓酒渣粉的X射線衍射圖譜基本相似，說明粉碎到220 目對紅樹莓酒渣中膳食纖維的結晶性破壞較小，粉碎時的剪切力、撞擊力并沒有使纖維素結構中的聚合物發生嚴重破壞，盡管纖維素顆粒粒徑變小，但還不能破壞晶體間的連接關系。260 目時主峰的衍射強度略微減小，而次峰的衍射強度明顯增加，說明粉碎到260 目使纖維素的結晶性發生破壞，結晶區纖維素氫鍵斷裂，纖維素結構中的聚合物發生部分破壞，非結晶區結構也發生改變，出現紅樹莓酒渣水溶性膳食纖維溶出的現象[15]。這與后面紅樹莓酒渣在260 目時溶解性達到最大一致。

2.5 不同目數紅樹莓酒渣粉流動性、填充性和水合性質

由表3可知，隨著目數的增加，紅樹莓酒渣粉的流動性和填充性均逐漸變差，其中60 目和100 目的松密度分別為0.52 g/mL和0.50 g/mL，達到了普通纖維素的水平（0.50 g/mL）[16]。隨著目數增加，顆粒的比表面積增大，多糖聚合物之間的弱作用力被破壞，聚合物之間的糖苷鍵斷裂，更多的親水基團就會暴露出來，使顆粒表面聚合力增大，黏附性增強，結構也越緊密[17]，故紅樹莓酒渣粉的休止角和滑角增大，流動性變差。同時，顆粒的比表面積增大使顆粒間的摩擦力和相互作用力也增大[18]，故紅樹莓酒渣粉的松密度減小，填充性變差。

表3 不同目數紅樹莓酒渣的流動性、填充性和水合性質Table 3 Fluidity, filling property and hydration properties of red raspberry pomace powders with different particle sizes

膨脹力和持水力是開發保健功能食品時所關注的兩個重要的指標，其值越大，表明原料吸附性越好，越有助于防止便秘和直腸癌的發生。由表3可知，隨著紅樹莓酒渣粉目數的增加，膨脹力和持水力呈現先增大后減小的趨勢，220 目時達到最大，雖然260 目有減小的趨勢，但仍大于180 目。這與洪杰[19]、劉素穩[20]等的研究結果一致，與趙廣河等[21]的研究結果不同，這可能與顆粒的吸水膨脹性、顆粒間的孔隙率等有關，膳食纖維中可消化糖（葡萄糖和果糖）含量的高低會對膨脹力和持水力產生影響。隨著目數的增加，紅樹莓酒渣中纖維素顆粒數量增加，復水后膨脹伸展，食用后對胃腸道產生的容積作用更大，引起的飽腹感更強，同時使纖維類物質的空間結構遭到嚴重破壞，產生更多短鏈，使紅樹莓酒渣粉的膨脹力增加；同時降低了紅樹莓酒渣粉的表面張力[22]，暴露了更多的極性基團，其表面積增大，與周圍水介質結合的幾率增加；此外，多糖鏈通過氫鍵形成的多孔基質結構可吸附大量的水[23]，使紅樹莓酒渣粉的持水力增加。但當目數大于220 目時，紅樹莓酒渣粉中纖維素的粒徑過小，嚴重破壞了纖維素的網狀結構[24]，相互堆疊不能支撐起更大的網狀結構，減弱了內部空隙間水分抵抗離心力的能力[19]，使膨脹力和持水力下降。

隨著目數的增加，持油力和溶解度逐漸增加，紅樹莓酒渣中膳食纖維粒徑減小、比表面積增大和比表面能量增高[25]，使紅樹莓酒渣粉吸附能力增強，同時膳食纖維的多孔性增加和毛細作用提升，增強了對油脂的束縛能力，使紅樹莓酒渣的持油力增加[26]。由于紅樹莓酒渣中部分不溶性物質在高剪切力、高撞擊力等作用下發生長鏈、短鏈和部分纖維糖苷鍵斷裂，出現與水溶融和可溶性成分溶出的現象，使紅樹莓酒渣的溶解度增加[27]。

2.6 膽固醇和膽酸鈉吸附作用分析結果

圖3 不同目數紅樹莓酒渣膽固醇和膽酸鈉吸附能力Fig. 3 Cholesterol and sodium cholate adsorption capacities of red raspberry pomace powders with different particle sizes

由圖3可見，在相同pH值條件下，隨紅樹莓酒渣粉目數的增大，其吸附膽固醇的能力呈先增大后減小的趨勢，無論pH 2還是pH 7時，220 目的紅樹莓酒渣粉膽固醇吸附能力最強，吸附量分別為（37.02±1.81）mg/g和（47.60±2.60）mg/g，分別是60 目時的3.76 倍和2.30 倍。適當粉碎對紅樹莓酒渣粉膽固醇的吸附能力有促進作用，原因是粉碎后酒渣粉的比表面積增強，這說明紅樹莓酒渣對膽固醇的吸附存在物理吸附。紅樹莓酒渣粉對膽固醇的吸附力受pH值的影響較大，pH 7時紅樹莓酒渣粉膽固醇吸附能力均高于pH 2，這與Zhu Yu等[28]的實驗結果相似，與Zheng Yajun等[29]結果相反，可能是不同來源的膳食纖維組成成分與結構不同，其吸附膽固醇的部位也不同。與在胃酸環境中相比，在小腸環境中紅樹莓酒渣粉對膳食中膽固醇有更好的吸附性，且紅樹莓酒渣膽固醇吸附量顯著高于蘋果皮和小麥[30]。由此推斷體系的酸堿度對紅樹莓酒渣吸附膽固醇的能力有較大的影響，這說明紅樹莓酒渣對膽固醇的吸附同時存在化學吸附，這與張江寧等[31]的結論相同。

由圖3可見，當紅樹莓酒渣粉目數達到100 目時，膽酸鈉的吸附量增大，60、100 目和140 目間膽酸鈉吸附量差異顯著，140 目和180 目間無顯著性差異，220 目和260 目間無顯著性差異。隨著目數的增加，紅樹莓酒渣膽酸鈉吸附能力逐漸增強，260 目時膽酸鈉的吸附量最大，是60 目時的5.56 倍。當紅樹莓酒渣粉目數為100～260 目時，膽酸鈉的吸附量線性增加，從（15.35±0.74）mg/g增加到（23.55±1.66）mg/g，說明100 目以上紅樹莓酒渣微粉均具有較好的膽酸鈉吸附能力。這是因為粉碎粒徑的減小使紅樹莓酒渣中的膳食纖維暴露出更多的親水基團，更容易與膽汁酸螯合形成穩定物質，從而增強膽酸鈉吸附能力[32]。

2.7 葡萄糖吸附作用分析結果

紅樹莓酒渣中含有大量膳食纖維，其中可溶性膳食纖維在胃腸道中吸水溶脹形成凝膠樣物質即黏膜，通過吸附葡萄糖抑制機體對葡萄糖的吸收；不溶性膳食纖維具有特殊的網狀結構，與葡萄糖接觸的機會增大，使其對葡萄糖的束縛力增強[33]，增加腸道機械力，從而使得葡萄糖在小腸中消化吸收速度下降，起到降低餐后血糖水平的作用[34]。由圖4可知，隨著紅樹莓酒渣粉目數的增加，其吸附葡萄糖的量呈先增大后減小的趨勢，220 目時達到最大，吸附量為（319.75±24.17）mg/g，260 目時吸附量減小，可能是當粒徑減小到一定程度時，分子間作用力受到影響，形成的氫鍵使不溶性膳食纖維形成的網狀結構吸附葡萄糖能力減弱。在開發紅樹莓酒渣降血糖產品時應選擇適當的目數，節約成本。

圖4 不同目數紅樹莓酒渣葡萄糖吸附能力Fig. 4 Glucose adsorption capacity of red raspberry pomace powders with different particle sizes

2.8 重金屬吸附能力分析結果

圖5 不同目數紅樹莓酒渣Cr2＋吸附能力Fig. 5 Cr2+ adsorption capacity of red raspberry pomace powders with different particle sizes

由圖5可見，粒徑對紅樹莓酒渣粉Cr2＋吸附性沒有顯著影響，紅樹莓酒渣粉對Cr2＋吸附能力很強，吸附率在90%左右。Zhao Xiaoyan等[35]研究表明，根據物質表面特性，pH值對化學吸附影響明顯而對物理吸附影響不明顯。pH 2時紅樹莓酒渣粉對重金屬的吸附性要略弱于pH 7時，原因是膳食纖維具有吸附基團，即含有羧基的糖醛酸、酚酸等，其基團上的羧基質子解離度隨著pH值的升高而增大，重金屬的吸附能力也相應增加。60～260 目紅樹莓酒渣重金屬吸附性相差不明顯，表明其吸附主要依靠物理吸附，說明粉碎對紅樹莓酒渣吸附基團的影響較小，沒有暴露出更多的吸附基團或者破壞吸附基團。

3 結 論

紅樹莓酒渣是開發膳食纖維產品的良好原料，適度粉碎有利于紅樹莓酒渣粉的理化性質和吸附性的改善和提高。隨著紅樹莓酒渣粉粒徑的減小，其亮度增加，但紅度減弱，在加工時應做適當處理；流動性、填充性和溶解度是開發代餐粉、焙烤食品等產品時考慮的重要因素，紅樹莓酒渣粉粒徑越小，產品口感越細膩，但其流動性和填充性隨著粒徑的減小而降低，加工時應綜合考慮原料的性質和感官品質，選擇適當的目數；紅樹莓酒渣220 目和260 目時具有較強的膨脹力、持水力和持油力，可利用這一特性將其添加到酸奶、冰淇淋和肉制品等產品中，從而提高了產品的持水能力、穩定性、黏度等理化性質；紅樹莓酒渣220 目時具有較強的膽固醇、膽酸鈉和葡萄糖吸附能力，可將其為開發減肥產品、治療便秘、腸癌等疾病的產品；紅樹莓酒渣對重金屬離子吸附作用較強，具有開發解毒產品的市場前景。綜合來看，220 目和260 目紅樹莓酒渣粉具有較為理想的理化性質和吸附性，在食品加工中具有廣泛的應用潛力，其不僅能夠提高產品的感官品質，也能夠提高產品的營養品質，進一步優化人們的膳食結構。但紅樹莓酒渣是由果皮、果肉和樹莓籽構成的多組分混合體系，紅樹莓酒渣粉中膳食纖維和其他物質的成分和含量是否受酒渣混合體系、紅樹莓產地、采摘季節、貯藏方式等影響，尚需進一步研究。