氣流超微粉碎對綠豆芽物理特性與抗氧化活性的影響

梁雪梅 林欣梅 魏美霞 曹龍奎 李志江,3,4 鹿保鑫,4

(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2. 國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319；3. 黑龍江省農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163319；4. 黑龍江省雜糧加工及質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319)

綠豆又名青小豆，是中國傳統(tǒng)農(nóng)作物之一。綠豆中除含有基本營養(yǎng)物質(zhì)外，還含有多種生物活性物質(zhì)[1-2]。綠豆中的多酚具有抗氧化、延緩衰老、降血脂、軟化血管、提高大腦記憶力、調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)分泌、抑制腫瘤繁殖、緩解糖尿病并發(fā)癥等功效[3]。

近年來，隨著人們飲食觀念的改變和對營養(yǎng)健康生活的追求，綠豆及其芽苗產(chǎn)物因具備豐富的營養(yǎng)價(jià)值備受關(guān)注[4]。研究[5-6]表明，綠豆經(jīng)發(fā)芽處理后，其抗?fàn)I養(yǎng)成分含量明顯減少，酚類和膳食纖維類化合物含量顯著提高。但鮮食綠豆芽水分含量高、莖葉質(zhì)地較脆，易腐爛變質(zhì)，不易貯藏和運(yùn)輸。因此對綠豆芽進(jìn)行干燥粉碎處理后可為綠豆芽的應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值提供更多可能性。

氣流超微粉碎[7]是食品初加工過程中常用的一種新型粉碎方法，主要通過高速氣流對被粉碎物料進(jìn)行沖擊實(shí)現(xiàn)粉碎的目的[8]。其優(yōu)勢主要在于減小粉碎粒徑，通過破碎植物中細(xì)小的細(xì)胞壁，使原料中的營養(yǎng)活性物質(zhì)更好地溶出，已被廣泛應(yīng)用于香菇多酚[9]、苦蕎多酚[10]、香菇柄粉多酚[7]等的加工中，但是超微氣流粉碎對綠豆芽多酚活性及物理性質(zhì)的影響還未見報(bào)道。試驗(yàn)擬以綠豆芽為原料，利用氣流超微粉碎和常規(guī)粉碎對其進(jìn)行粉碎處理，研究氣流超微粉碎對綠豆芽多酚提取量、抗氧化活性及物理特性的影響，為綠豆芽多酚在加工過程中活性的保持提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

綠豆：選擇顆粒飽滿、色澤深綠、營養(yǎng)價(jià)值高的山西大同小明綠豆，市售；

福林酚試劑、沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品、DPPH、ABTS、過硫酸鉀：分析純，美國Sigma公司；

無水乙醇、甲醇、Na2CO3、FeSO4、水楊酸：分析純，遼寧泉瑞試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

高速多功能粉碎機(jī)：YB-1000A型，永康市速鋒工貿(mào)有限公司；

流化床式氣流粉碎機(jī)：LHL型，山東濰坊正遠(yuǎn)粉體工程設(shè)備有限公司；

超聲—微波協(xié)同萃取儀：CW-2000型，上海新拓分析儀器科技有限公司；

紫外—可見分光光度計(jì)：TU-1810型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；

水分活度測定儀：NovasinaLabMaster-aw控溫型，大昌華嘉商業(yè)有限公司；

水分測定儀：MB45型，濟(jì)南匯銘儀器設(shè)備有限公司；

激光粒度分布儀：BT-9300Z型，丹東百特儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 超微綠豆芽粉的制備 綠豆經(jīng)清水漂洗3～4次，平鋪于綠豆芽機(jī)中，設(shè)置溫度25 ℃，每隔2～3 h自動淋水，篩選出芽相近(±1 cm)的綠豆芽，于45 ℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干，經(jīng)高速粉碎機(jī)粉碎后過80目篩制成常規(guī)粉碎綠豆芽粉，真空包裝后貯藏于0～4 ℃冰箱備用。

稱取9組300 g常規(guī)粉碎處理后的綠豆芽粉，采用氣流超微粉碎機(jī)對綠豆芽粉進(jìn)行氣流粉碎處理。固定進(jìn)料量300 g，進(jìn)料頻率5 Hz，粉碎時(shí)間30 min，按表1進(jìn)行氣

表1 氣流超微粉粉碎試驗(yàn)參數(shù)

流超微粉粉碎試驗(yàn)，制備得到9組微細(xì)化綠豆芽粉，真空包裝后貯藏于0～4 ℃冰箱中備用。

1.2.2 多酚的提取 根據(jù)Zhang等[11]的方法稍作修改，準(zhǔn)確稱取2.0 g綠豆芽粉，按料液比1∶30 (g/mL)加入70%的乙醇溶液，混勻后置于超聲—微波萃取儀中，設(shè)置超聲時(shí)間1 000 s、超聲溫度35 ℃、超聲功率400 W，萃取結(jié)束后， 4 000 r/min離心10 min，收集上清溶液。向沉淀物中再次加入70%乙醇溶液，重復(fù)提取，合并兩次離心后得到的上清液，45 ℃下旋蒸至無水狀態(tài)，殘余物用70%甲醇洗出定容至10 mL，得待測多酚提取液，分裝后凍藏于-20 ℃冰箱中備用。

1.2.3 多酚含量的測定 根據(jù)Folin-Ciocalteu法[12]稍作修改，得線性方程為y=0.117 7x+0.004 8，R2=0.999 8，線性關(guān)系良好。多酚含量測定結(jié)果以干基1 g綠豆芽粉樣品中所含沒食子酸當(dāng)量表示，簡寫為mg GAE/g·DW。

1.2.4 粒徑大小的測定 以去離子水作為分散溶劑，利用激光粒度分析儀測定不同加工方式下綠豆芽粉的粒徑大小，平行測定3次。

1.2.5 水分活度的測定 利用水分活度測定儀[6]進(jìn)行測定。

1.2.6 水分含量的測定 采用水分測定儀進(jìn)行測定，每次稱取的樣品質(zhì)量需>0.5 g，平行測定3次。

1.2.7 堆積密度的測定 根據(jù)茍小菊等[13]的方法稍作修改，取粉碎處理后的綠豆芽粉于10 mL量筒中，充分振搖至綠豆芽粉與刻度線水平。按式(1)計(jì)算綠豆芽粉堆積密度。

(1)

式中：

Dw——堆積密度，g/mL；

m2——量筒的質(zhì)量，g；

m1——量筒與綠豆芽粉的質(zhì)量，g；

V——綠豆芽粉的體積，mL。

1.2.8 溶解度的測定 參照顧煒等[14]的方法稍作修改，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的綠豆芽粉溶液，25 ℃下攪拌30 min，4 000 r/min離心10 min，取1 mL上清液于105 ℃ 下干燥至恒重，按式(2)計(jì)算其溶解度，平行測定3次。

(2)

式中：

S——溶解度，%；

M——上清液烘干至恒重后的殘留物重量，g；

W——樣品干基重量，g。

1.2.9 多酚抗氧化活性

(1) DPPH自由基清除能力的測定：根據(jù)Guroy等[15]的方法稍作修改，以無水乙醇作為對照，平行3次。按式(3)計(jì)算DPPH自由基清除率。

(3)

式中：

X——自由基清除率，%；

A0——空白對照液的吸光度值；

A1——樣品測定組的吸光度值；

A2——對照組的吸光度值。

(2) ABTS+自由基清除能力的測定：根據(jù)Adom等[16]的方法稍作修改，稱取0.1 g ABTS和0.029 g過硫酸鉀粉末，用蒸餾水定容至100 mL，于4 ℃冰箱中備用，使用前稀釋至734 nm處吸光度為(0.700±0.020)。將不同加工方式下多酚提取液稀釋成濃度為40%樣液，取0.2 mL 綠豆芽多酚提取稀釋液，加入5.8 mL ABTS溶液，混勻，避光反應(yīng)6 min，于734 nm處測定吸光度，平行3次。按式(3)計(jì)算ABTS+自由基清除率。

(3) 羥自由基清除能力的測定：根據(jù)水楊酸法[17]并稍作修改，依次取1 mL FeSO4溶液，1 mL水楊酸—乙醇溶液，0.3 mL樣液，0.7 mL水，1 mL H2O2于試管，37 ℃水浴30 min，用水做空白對照，于510 nm處測定吸光值，平行3次試驗(yàn)。按式(3)計(jì)算羥自由基清除率。

1.2.10 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 17.0、Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和處理，顯著性分析采用ANOVA單因素方差分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次平行測定，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對綠豆芽粉多酚含量的影響

由圖1可知，相比于常規(guī)粉碎，綠豆芽經(jīng)氣流超微粉碎后(除壓力0.7 MPa，轉(zhuǎn)速3 000 r/min外)，其多酚提取量均顯著增加。氣流超微粉碎時(shí)，多酚提取量隨轉(zhuǎn)速的增加整體呈上升趨勢，且差異性顯著。當(dāng)轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，壓力為0.5 MPa時(shí)，多酚提取量最高，為31.65 mg GAE/g·DW，比常規(guī)粉碎提升了10.7%；當(dāng)轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，壓力為0.7 MPa時(shí)，多酚提取量與壓力為0.5 MPa時(shí)相近，為31.52 mg GAE/g·DW，與前人[18-19]的研究結(jié)果相似。其原因可能是，一方面綠豆芽經(jīng)氣流超微粉碎處理后，有效地破壞了綠豆芽的細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)的活性物質(zhì)更容易溶出，轉(zhuǎn)速的增加使綠豆芽粉顆粒的碰撞速度升高，進(jìn)而加大了綠豆芽多酚的溶出率[20]；另一方面氣流超微粉碎細(xì)化了綠豆芽粉顆粒大小，增加其比表面積及溶解度，使多酚化合物更易溶解于乙醇，從而提高了多酚提取量[21]。

2.2 對綠豆芽粉物理特性的影響

2.2.1 水含量及水活度 由表2可知，綠豆芽粉經(jīng)氣流超微粉碎處理后，水含量明顯減少，水分活度降低，當(dāng)壓力為0.7 MPa，轉(zhuǎn)速為4 000 r/min時(shí)，水含量達(dá)到最低值，比常規(guī)粉碎減少了21.88%；水活度隨壓力的增加而降低，當(dāng)壓力為0.7 MPa，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)，水活度最低，比常規(guī)粉碎減少了76.87%。水活度和水含量較高的食物易發(fā)生化學(xué)變化且促進(jìn)微生物的生長繁殖，從而導(dǎo)致食物腐敗變質(zhì)，因此氣流超微粉碎有助于延長綠豆芽的貯藏期。

圖1 氣流粉碎對綠豆芽粉多酚提取量的影響

表2 氣流超微粉碎對綠豆芽粉水含量及水活度的影響

2.2.2 對表面積、溶解度及堆積密度的影響 由表3可知，經(jīng)氣流超微粉碎后，綠豆芽粉比表面積隨粒徑的減小顯著增加(P<0.05)，當(dāng)壓力為0.6 MPa，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)，比表面積最大，比常規(guī)粉碎提高了20%，可能是由于隨著粒度的減小，相同質(zhì)量下氣流超微粉碎后的綠豆芽粉顆粒數(shù)遠(yuǎn)高于常規(guī)粉碎，與張麗媛等[22]、王立東等[8]的研究結(jié)果相似。氣流超微粉碎后綠豆芽多酚溶解度也有一定的提高，當(dāng)壓力為0.5 MPa，轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)，溶解度比常規(guī)粉碎提高了43.38%，可能是因?yàn)榫G豆芽粉在經(jīng)超微粉碎后粒徑減小，比表面積增加，綠豆芽粉顆粒數(shù)目增加，與水接觸面積增加，因此溶解度增大；此外氣流超微粉碎后綠豆中的不溶性結(jié)構(gòu)破碎，使可溶性分子析出，從而增加了溶解度[23]。經(jīng)氣流超微粉碎后，綠豆芽粉堆積密度顯著減小(P<0.05)，最高減小了56.1%，比常規(guī)粉碎的綠豆芽粉更疏松。

2.2.3 對綠豆芽粉粒徑的影響 由圖2可知，相比于常規(guī)粉碎，經(jīng)過氣流超微粉碎綠豆芽粉的中位徑D50明顯減小，說明氣流粉碎能夠減小綠豆芽粉顆粒大小，與王立東等[8]、楊健等[24]的結(jié)果一致。綠豆芽粉中位徑D50隨轉(zhuǎn)速的增加而減小，說明轉(zhuǎn)速的增加有助于綠豆芽顆粒的減小；而綠豆芽粉中位徑D50隨壓力的增加而變大，分析可能是0.5 MPa已達(dá)到了綠豆芽粉的最佳粉碎臨界粒徑壓力，因此當(dāng)壓力增加時(shí)，綠豆芽粉中位徑D50因發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象而增大[25]。所以當(dāng)壓力為0.5 MPa，轉(zhuǎn)速為5 000 r/min 時(shí)，綠豆芽粉中位徑D50減小至11.36 μm，此時(shí)粒徑大小為氣流粉碎條件下的最小值即最佳粉碎顆粒大小，比常規(guī)粉碎減小了37.24%。

表3 氣流粉碎對綠豆芽粉比表面積、溶解度及堆積密度的影響

圖2 氣流超微粉碎對綠豆芽粉粒徑的影響

2.3 綠豆芽粉多酚的抗氧化活性

2.3.1 對DPPH自由基清除能力的影響 經(jīng)氣流粉碎后，綠豆芽粉多酚對DPPH自由基的清除能力顯著下降，當(dāng)壓力為0.7 MPa，轉(zhuǎn)速為4 000 r/min時(shí)，DPPH清除能力最佳，為64.91%，比常規(guī)粉碎減少了18.09%。可能是氣流粉碎時(shí)，高速的壓縮氣流與物料發(fā)生摩擦產(chǎn)生一定熱量(瞬間溫度最高可達(dá)150 ℃以上)，雖然機(jī)械內(nèi)的溫度會被后續(xù)不斷進(jìn)入的氣流帶走，但瞬間的高溫還是會使部分熱敏感多酚物質(zhì)失活，從而使其對DPPH自由基的清除能力減弱[26]。

2.3.2 對ABTS+自由基清除能力的影響 由圖4可知，當(dāng)氣流粉碎壓力為0.5 MPa，轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)，ABTS+自由基清除率最高，達(dá)89.06%，相比于常規(guī)粉碎提高了2.8%。其他氣流粉碎工藝處理后，綠豆芽粉多酚對ABTS+自由基的清除能力均下降，可能是氣流超微粉碎時(shí)，溫度影響了一部分綠豆芽多酚的活性，其對ABTS+自由基的清除能力減弱。

2.3.3 對羥自由基清除能力的影響 由圖5可知，相比于常規(guī)粉碎，經(jīng)氣流超微粉碎后，綠豆芽粉多酚的羥自由基清除能力顯著提高(P<0.05)，當(dāng)壓力為0.5 MPa，轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)，羥自由基清除能力達(dá)95.95%，比常規(guī)粉碎提高了13.2%。說明在一定的粉碎條件下，超微粉碎有助于多酚化合物的溶出，并顯著提高了其對羥自由基的清除能力[27]，與劉金福等[28]的結(jié)果一致。

圖3 氣流超微粉碎對綠豆芽多酚DPPH清除能力的影響

圖4 氣流超微粉碎對綠豆芽多酚ABTS+自由基清除能力的影響

圖5 氣流超微粉碎對綠豆芽多酚羥自由基清除能力的影響

2.4 相關(guān)性分析

由表4可知，綠豆芽粉水含量與轉(zhuǎn)速呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與水活度、堆積密度、粒徑大小呈極顯著相關(guān)(P<0.01)；綠豆芽粉水活度與工質(zhì)壓力呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與轉(zhuǎn)速呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與堆積密度、粒徑大小呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，與比表面積呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；綠豆芽粉比表面積與轉(zhuǎn)速呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，與工質(zhì)壓力呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；綠豆芽粉溶解度與水含量、水活度、堆積密度、溶解度呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，與轉(zhuǎn)速、比表面積呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；綠豆芽粉堆積密度與轉(zhuǎn)速、比表面積呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與粒徑大小呈極顯著相關(guān)(P<0.01)；綠豆芽粉粒徑大小與轉(zhuǎn)速、水含量、水活度、比表面積、溶解度、堆積密度呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，與工質(zhì)壓力呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

由表4還可知，綠豆芽粉多酚提取量與轉(zhuǎn)速、堆積密度、粒徑大小呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；綠豆芽粉多酚DPPH自由基清除能力與轉(zhuǎn)速、多酚提取量呈顯著相關(guān)(P<0.05)；綠豆芽粉多酚ABTS+自由基清除能力與多酚提取量、DPPH自由基清除率呈極顯著相關(guān)(P<0.01)；綠豆芽粉多酚羥自由基清除能力與多酚提取量、轉(zhuǎn)速呈顯著相關(guān)(P<0.05)。

3 結(jié)論

利用氣流超微粉碎技術(shù)對綠豆芽進(jìn)行超微粉碎處理，與常規(guī)粉碎進(jìn)行對比，分析氣流超微粉碎工藝對綠豆芽多酚含量、抗氧化性及物理特性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)氣流超微粉碎壓力為0.5 MPa，轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)，綠豆芽粉多酚提取量達(dá)最高，從28.58 mg GAE/g·DW增至31.65 mg GAE/g·DW；與常規(guī)粉碎相比，除DPPH自由基清除能力減小外，氣流超微粉碎后綠豆芽粉多酚對ABTS+自由基、羥自由基的清除率分別提高了2.8%，13.2%。后續(xù)可將氣流粉碎與其他新興粉碎方式進(jìn)行更加系統(tǒng)的對比分析，從而為綠豆芽多酚活性的保持找到一種最佳粉碎方法。

表4 不同氣流條件下各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)?