On  the  possibility of  using  instantaneo us  high pressure treatment  to modify physical  properties o f  dietary fiber  in s o ybean dreg s 

    摘要:本文就瞬時(shí)高壓（instantaneous  high pressure，IHP）對豆渣膳食纖維（dietary fiber ，DF）的改性作用進(jìn)行了研究。酶法制備的豆渣膳食纖維經(jīng)過(guò)以microfluidizer 為物質(zhì)基礎的IHP作用處理后，持水力、膨脹率和結合水力均增大；使用流變儀在一定條件下對制備DF溶液粘度進(jìn)行測定，研究了制備DF溶液粘度的時(shí)間、速度和溫度敏感性；通過(guò)顯微鏡觀(guān)察發(fā)現，DF纖維束沒(méi)有明顯的截斷現象，但是IHP作用處理后DF顆粒粒度減小，透光率提高，組織更加松散。

    關(guān)鍵詞改性；豆渣；膳食纖維（DF）； microfluidizer ；瞬時(shí)高壓（IHP）  

    On  the  possibility of  using  instantaneo us  high pressure treatment  to modify physical 
                               pro perties  o f  dietary fiber  in s o ybean dreg s 
                           Liu Chengmei  Xiong Huiwei  Liu Wei  Roger  Ruan Tu Zongcai 
           The key laboratory of  food science of  MOE Nanchang university Nanchang３３００４７
        Sino－German Food Engineering Center ，Nanchang University NanChang，JiangXi  Pro．３３００４７
    AbstractInstantaneous  high pressure（IHP）was  used to modify the physical  properties  of  soybean dregs  di etary fiber．Soybean dregs  was  diposed by enzyme  to produce dietary fiber  without  most  protein．The dietary fiber  was  then processed by the Microfluidizer ，which is the basic equipment  of  IHP operation．The water  re tention capacity，swelling capacity and water  combining capacity ofDFproducts were higher．Broolfield pro grammable rheometer  was  used to determine the viscosity of  the DF solution，the time  sensitivi ty，speed sensitivity and temperature sensitivity were studied．
    Keywordssoybean dregs ，dietary fiber ，mi crofluidizer ，IHP

    瞬時(shí)高壓作用（instantaneous  high pressure，IHP）是一基于Microfluidizer 儀作用機制的概念，從字面上看有兩層含義：壓力變化的瞬時(shí)性和處理過(guò)程的瞬時(shí)性。當物料在高壓作用下快速通過(guò)Microfluidizer 的核心原件－反應腔（interactive chember ）時(shí)，在反應腔內，物料承受高達３００MPa 的壓力，由于物料快速通過(guò)該反應腔，所以高壓對物料的作用時(shí)間非常短，壓力變化速率極大，物料通過(guò)處理腔時(shí)受到高速撞擊、高頻震蕩（動(dòng)）、瞬間壓降、高速剪切、空穴作用等機械力作用，使物料得到了超微粉碎，進(jìn)而對其理化性質(zhì)產(chǎn)生了影響，故將此過(guò)程總稱(chēng)為瞬時(shí)高壓作用過(guò)程 。本研究應用IHP作用對酶法制備的豆渣膳食纖維進(jìn)行處理，測定了經(jīng)過(guò)IHP處理前后DF持水力、膨脹率和結合水力各項指標；應用Brookfield數字流變儀對DF溶液的流變性質(zhì)進(jìn)行了測定；通過(guò)顯微鏡和顯微鏡攝像頭對處理后的DF纖維束和纖維顆粒進(jìn)行了形態(tài)觀(guān)察。通過(guò)研究討論，本文旨在找到一種對膳食纖維改性的新途徑。

    １材料和方法

    １．１試驗材料與儀器

    材料  新鮮黃豆渣

    儀器  JMS －８０膠體磨，GYS －２００申鹿牌高壓均質(zhì)機，NCJJ －０．２１５０納米級超高壓均質(zhì)機（廊坊通用機械有限公司），Microfluidizer 微射流儀，OHAUS 電子天平（０．００００），Brookfield DVⅢ    ＋    粘度計，XS－４０２型熒光三目顯微鏡（南京江南光電）

    １．２試驗方法

    １．２．１豆渣DF的制備    
   
    取一定量豆渣→預處理→堿液處理→離心→取濾渣，漂洗至中性→蛋白酶水解→離心，去除水分→清水洗滌濾渣→取樣部分樣品進(jìn)行干燥，剩余樣品→JMS －８０膠體磨→GYS －２００申鹿牌高壓均質(zhì)機→NCJJ －０．２１５０納米級超高壓均質(zhì)機→microfluidizer 微射流儀
    樣品干燥的方式為：熱風(fēng)烘干（４０℃，１６h），噴霧干燥。
    DF樣品的均質(zhì)處理壓力分別為４０MPa，９０MPa和１２０MPa。

    １．２．２DF持水力測定       

    取干燥后的DF產(chǎn)品進(jìn)行持水力的測定。稱(chēng)取２．００g樣品放入１００ml 燒杯中，加入２０℃蒸餾水４０ml 常溫下浸泡１h后，在定量濾紙上瀝干樣品水分，并將其迅速轉入表面皿中稱(chēng)重。按下式計算持水力：

    １．２．３DF膨脹率測定    
    
    取各樣品進(jìn)行膨脹率的測定。準確稱(chēng)取過(guò)４０目篩的DF１００mg 放入盛有蒸餾水并帶有刻度的玻璃試管中，加蒸餾水５ml ，試管或量筒體積為１０或５０ml ，振勻后在室溫（２０℃）下放置２４h，觀(guān)察DF樣品在試管中的自由膨脹體積（ml ），即讀取液體中DF的體積。換算成每克干物質(zhì)的膨脹體積（ml g）來(lái)表示。

    １．２．４DF結合水力測定       

    取各DF樣品１００mg 浸泡于２５ml ２５℃的蒸餾水中，室溫下保持２h（伴隨適當攪拌）。在１１０００r min的條件下離心處理３０min，小心地去除上清液，稱(chēng)重殘留物，然后在１２０℃下干燥２h后再次稱(chēng)重得，兩者差值即為所結合的水重量，換算成每克纖維的結合水克數。

    １．２．５處理后樣品的粘度測定

    對經(jīng)過(guò)各均質(zhì)機處理后的DF溶液進(jìn)行粘度的測定。選用CP５２型轉子，恒溫在３０℃±０．５℃，每次取樣２ml 在恒溫的條件下進(jìn)行測定。測定項目為：①粘度隨時(shí)間變化（轉子轉速１０rpm）；②粘度隨速度變化（轉子轉速５－２０rpm）；③粘度隨溫度變化（轉子轉速５－１０rpm）。

    １．２．６DF溶液樣品的形態(tài)觀(guān)察

    使用XS －４０２型熒光三目顯微鏡在４００×的放大倍數下對DF溶液的染色涂片進(jìn)行觀(guān)察。

    ２結果與討論 
 
    ２．１DF持水力、膨脹率、結合水力的測定結果

    從測定結果來(lái)看，均質(zhì)處理后的樣品各項測定指標均優(yōu)于其他測試樣品，其次是熱風(fēng)干燥所得粗DF樣品，噴霧干燥所得DF樣品的測定結果反而相對于豆渣原料有所下降。這說(shuō)明高壓作用對于膳食纖維品質(zhì)的提高可以起到積極的作用。不同的干燥方式對于膳食纖維的品質(zhì)也有很大的影響，其中熱風(fēng)干燥的效果好于噴霧干燥的效果，噴霧干燥導致DF樣品各項指標下降可能與噴霧干燥進(jìn)風(fēng)口溫度過(guò)高導致DF變性所致。

    ２．２DF溶液的粘度測定

    ２．２．１DF溶液粘度的時(shí)間敏感性

    設定轉子轉速為１０rpm，在恒定轉速下測定DF溶液粘度的時(shí)間敏感性，結果如圖１所示。處理壓力從３５Mpa到１２０Mpa，豆渣DF溶液粘度隨著(zhù)被處理壓力的增大而增大。在測定的時(shí)間范圍０～１６０s 內，各DF樣品粘度趨于一條直線(xiàn)，變化并不明顯，時(shí)間敏感性低。

   

２．２．２DF溶液粘度的速度敏感性

    設定轉子轉速的變化范圍為５～１９rpm，測定DF溶液粘度的速度敏感性，結果如圖２所示。溶液粘度隨處理壓力增大而增大的現象同樣也表現在本測定結果中。在測定的速度范圍５～２０rpm內，各DF樣品的粘度隨著(zhù)轉子轉速的增加而降低，各樣品均出現了剪切變稀的現象。

    ２．２．３DF溶液粘度的溫度敏感性

    設定不同轉子轉速，在各恒定轉速下測定DF溶液粘度的溫度敏感性，結果如圖３、４所示。隨著(zhù)溫度的升高，DF溶液的粘度降低，１４℃～２０℃時(shí)，變化較為平緩，在２２℃～２４℃DF溶液粘度出現一個(gè)驟降的變化過(guò)程（圖４），２５℃～４０℃粘度變化又趨于平緩（圖３，４）。

    ２．３DF溶液樣品的形態(tài)觀(guān)察

    通過(guò)顯微鏡觀(guān)察發(fā)現，４０MPa 、９０MPa 和１２０MPa 壓力作用后，DF纖維束并沒(méi)有發(fā)生明顯的截斷現象，但是DF顆粒的體積有所減小，長(cháng)度和寬度進(jìn)一步減小，透光率提高，組織更薄、更松散。從圖５到圖８中纖維素束及其周邊膳食纖維分布來(lái)看，經(jīng)過(guò)IHP１２０Mpa處理后的DF組織最為松散，大纖維束數量減少，其周?chē)植嫉纳攀忱w維更細、更均勻，也就可以得出這樣的推論，隨著(zhù)IHP作用壓力的增加，DF顆粒的結構組織就會(huì )出現一定程度的膨化現象。當IHP處理壓力或者次數上升到一定程度的時(shí)候，將可能出現破壞DF分子的結構的現象，從而達到截斷和微粉碎的效果。

   

 

 

３結論 
   
    ３．１經(jīng)過(guò)IHP處理后的DF顆粒，其持水力、膨脹率、結合水力分別是豆渣原樣各項指標的２．１９、２．５９、３．０５倍，是粗DF顆粒各項指標的１．０７、１．２５、１．１９倍。IHP作用在相當程度上提高了豆渣膳食纖維的品質(zhì)。
    ３．２DF經(jīng)過(guò)均質(zhì)機的作用后，DF顆粒得到了進(jìn)一步的破碎和分散，進(jìn)而得到了具有穩定體系的DF溶液。在冷藏條件下，可以冷藏一個(gè)月以上而不變質(zhì)，根據本實(shí)驗室之前的研究，貯藏時(shí)間增長(cháng)的原因可能是因為微射流儀的殺菌作用所致。
    ３．３經(jīng)過(guò)４０MPa 、９０MPa 和１２０MPa 處理后的同濃度DF溶液，其測定粘度４０MPa 樣＜９０MPa 樣＜１２０MPa 樣。該現象的發(fā)生可以解釋為隨著(zhù)壓力的增大，DF顆粒的粒度進(jìn)一步縮小，水溶性增強，分子之間的摩擦力增強所致。各膳食纖維溶液樣品在設定轉子轉速的范圍內，粘度隨轉子轉速的增大而下降，均表現出剪切變稀的現象。IHP處理后的DF溶液粘度隨著(zhù)溫度的升高，有一個(gè)持續下降的過(guò)程，在２２℃～２４℃DF溶液粘度出現一個(gè)驟降的過(guò)程。
    ３．４通過(guò)顯微鏡觀(guān)察發(fā)現，雖然在不同壓力作用下，DF纖維束沒(méi)有明顯的截斷現象出現，但是DF顆粒在經(jīng)過(guò)均質(zhì)處理后體積減小，透光率提高，組織更為松散，其纖維更細，分布風(fēng)味均勻。

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