陳中偉 王 莉 楊春霞 吳保承 田燕寧 陳正行

(糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室1，無錫 214122)

(江南大學(xué)食品學(xué)院2，無錫 214122)

(江蘇省江大綠康生物工程技術(shù)研究有限公司3，無錫 214028)

(江南大學(xué)理學(xué)院4，無錫 214122)

麥麩是小麥粉加工產(chǎn)業(yè)鏈中的主要副產(chǎn)品，是大宗農(nóng)副產(chǎn)品。在我國，麥麩的年產(chǎn)量達(dá)2 000萬噸［1］。小麥麩皮含有極高的營養(yǎng)價(jià)值，富含膳食纖維、B族維生素、礦物質(zhì)及抗氧化植物化學(xué)成分［2－3］。

目前，麥麩的增值加工方式主要以濕法為主，利用酶解去除殘留淀粉及蛋白質(zhì)，脫除植酸，以獲取膳食纖維產(chǎn)品;或采用酶解和堿解后，提取阿魏酸及阿魏酰低聚糖類等抗氧化成分為主［4］。與傳統(tǒng)的麥麩利用方式比較而言有一定的優(yōu)勢，但濕法加工仍然存在蒸汽能消耗大、營養(yǎng)成分損失嚴(yán)重及環(huán)境污染等諸多缺點(diǎn)，麥麩的利用率較低。因此，小麥麩皮的深加工增值技術(shù)成為我國小麥深加工產(chǎn)業(yè)鏈亟需解決的問題之一。研究表明，麥麩由多個(gè)生理層組成，大致可以分為外果皮、中間層(內(nèi)果皮、橫狀細(xì)胞、種皮和透明層)和糊粉層［5－6］。不同的結(jié)構(gòu)層的機(jī)械特性有明顯不同，在相同的粉碎或研磨獲得的粉體的粒徑、成分可能存在差異［7］。這為干法研磨分離麥麩皮層的提供了可能，更重要的是干法增值技術(shù)能很好避免不必要的能耗和營養(yǎng)成分損失，而且成本低廉，環(huán)境污染少［8－9］。

本試驗(yàn)旨在利用振動(dòng)粉碎和旋振篩結(jié)合的干法方式，對小麥麩皮粉體進(jìn)行粉碎分級，并比較不同麥麩生理結(jié)構(gòu)層在分級獲得的粉體中所占的比例，以初步探索研磨篩分對麥麩結(jié)構(gòu)層分離的效果。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

麥麩:中糧集團(tuán);磷酸鹽、純化瓊脂、酸性品紅:國藥集團(tuán);熒光增白劑、3，4，5－三甲氧基肉桂酸、橄欖醇、植酸鹽、p－香豆酸:美國Sigma公司。

中藥粉碎機(jī):上海冰都電器有限公司;振動(dòng)超微粉碎機(jī):濟(jì)南龍微制藥設(shè)備有限公司;XC－600振動(dòng)篩:新鄉(xiāng)先臣振動(dòng)機(jī)械有限公司;Microtrac 3500粒徑分析儀:美國Microtrac Inc公司;CM1950切片機(jī):德國徠卡公司;BX41熒光顯微鏡:奧斯巴林;Agilent 1100高效液相色譜儀:美國安捷倫公司。

1.2 試驗(yàn)步驟

1.2.1 原料預(yù)處理

小麥經(jīng)篩分除去部分殘留淀粉，利用中藥粉碎機(jī)粉碎至全部通過20目篩。將經(jīng)預(yù)粉碎的麥麩投入到振動(dòng)粉碎機(jī)中，填充1/3容量，粉碎40 min，分別在10、20、30和40 min時(shí)取樣進(jìn)行粒徑測定。將粒徑分布最為分散的麩皮物料投入到振動(dòng)篩，利用目數(shù)分別為200、325及400的篩進(jìn)行篩分，獲取篩上物及篩下物，進(jìn)行粒徑測定和熒光顯微鏡測定。

1.2.2 粒徑測定

將粉碎后的麥麩置于干燥器中貯存12 h，避免顆粒的黏附對粒徑測定帶來影響。利用Microtrac 3500粒徑分析儀測定麥麩的粒徑分布。具體參數(shù)為:吸入式(0.25～2 000 μm，干法，反射模式，顆粒形狀設(shè)置為不規(guī)則)。每個(gè)樣品測定2次，取平均值。利用系統(tǒng)自帶軟件獲取粒徑分布數(shù)據(jù)，并繪制粒徑分布圖。

1.2.3 熒光染色及測定

將各種麥麩粉體鑲嵌在2%的瓊脂塊中，選擇合適的粉體與瓊脂干基的比例，利用pH 7的戊二醛溶液進(jìn)行固定，然后利用不同濃度的酒精進(jìn)行脫水。脫水后進(jìn)行浸蠟與包埋，利用切片機(jī)切出6～8μm薄片，利用1%的酸性品紅乙醇溶液和0.01%的熒光增白劑溶液分別染色2 min，洗凈染色液，封片，然后在激發(fā)光為紫外波長(400～410 nm)條件下進(jìn)行熒光觀測［10］。

1.2.4 標(biāo)示成分分析

酚酸測定:精確稱取20 mg樣品，利用10 mL的2.0 mol/L的NaOH在氮?dú)獯嬖诘臈l件下，黑暗中水解2 h，添加100μL的1 mg/mL的3，4，5－三甲氧基肉桂酸作為內(nèi)標(biāo)物，利用6 mol/L鹽酸中和提取液至pH 2，然后用3倍體積的乙酸乙酯提取2次，將提取液合并，濃縮，并用氮?dú)獯蹈?。最后利?.4 mL的50%的甲醇溶液復(fù)溶，用0.45μm有機(jī)微濾膜過濾，收集過濾液進(jìn)行液相測定。

液相測定條件:C18柱(5 mm，250 ×4.6 mm);檢測器:紫外檢測器;檢測波長:320.8 nm;A流動(dòng)相:乙腈;B流動(dòng)相:pH 4.6的醋酸鹽緩沖溶液;進(jìn)樣速率:0.8 mL/min;柱溫:35℃;流動(dòng)相A與B的線性比例:0～24 min，從 15/85 到 35/65;24 ～24.5 min，從35/65到 60/40;24.5～29 min，從 60/40 到 15/85;29 ～34 min，保持15/85 的比例5 min［7］。

烷基間二苯酚的測定:稱取20 mg樣品放到10 mL的試管中，加入10 mL丙酮在室溫下震蕩2 h，將提取液通過濾紙過濾并蒸干，利用1 mL的乙酸乙酯復(fù)溶。添加2 mL的ZnCl2固藍(lán)B鹽到試管中，振蕩混合，在黑暗中反應(yīng)60 min后，520 nm波長下測定吸光度值。通過相同條件下，以橄欖醇為標(biāo)準(zhǔn)物繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算得出烷基苯酚的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 麥麩的粒徑測定

經(jīng)超微粉碎研磨 40 min，分別在 10、20、30、40 min時(shí)取樣進(jìn)行粒徑測定。

圖1 不同研磨時(shí)間小麥麩皮顆粒粒徑分布及體積積累圖

如圖1a顯示，未研磨前的麥麩主要集中在300μm到1 000μm之間，經(jīng)研磨10 min后，麥麩粉體出現(xiàn)明顯的雙峰，其峰值分別為 432μm和175μm。當(dāng)研磨20 min后，麥麩的粒徑分布出現(xiàn)3個(gè)峰，此時(shí)的顆粒最為分散。3個(gè)峰的粒徑峰值分別為145、57、15 μm。進(jìn)一步研磨30 min后，145 μm 處的峰比例明顯減小，50μm處的峰的比例則明顯增大;研磨40 min后，麥麩顆粒的粒徑分布曲線的變化不明顯。圖1b中顯示，麥麩研磨前至研磨至40 min的粒徑體積積累曲線逐步向粒徑小的方向移動(dòng)，10、20、30 min粒徑體積積累曲線差異明顯，30 min與40 min區(qū)別則較小。在研磨的過程中，顆粒的粒徑出現(xiàn)多峰的現(xiàn)象原因可能是，小麥麩皮結(jié)構(gòu)層的機(jī)械性質(zhì)不同造成的。研究表明，外皮層與中間層的結(jié)合較為松散，容易脫落分離。同時(shí)，被粉碎所需的能量只是中間層和糊粉層破裂所需能量的1/4，容易被粉碎成小顆粒。中間層的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由內(nèi)果皮、種皮、透明層等組成，而且與糊粉的連接非常緊密，不易被分離［11－12］。在粉碎的過程中顆粒的粒徑就會(huì)出現(xiàn)多峰的現(xiàn)象，為粉碎篩分分離各個(gè)生理層提供了可能。Hemery等［13］分別在常溫和低溫(－10、－60、100、－140 ℃)條件下對小麥麩皮進(jìn)行研磨，發(fā)現(xiàn)在溫度為(20℃、－10℃)研磨1 min時(shí)，粉碎后的小麥麩皮粉體都會(huì)在20μm和150μm處出現(xiàn)雙峰，這與本研究中得到的結(jié)果相似。該研究同時(shí)表明，與低溫粉碎相比，常溫粉碎有利于獲得粒徑分散的麥麩粉體。

2.2 篩分后的粒徑分析

由圖1中可知，研磨20 min后的小麥麩皮粉體的粒徑的峰值分別為145、57、15μm，選擇孔徑大小與粒徑峰值較為接近的標(biāo)準(zhǔn)篩200、325和400目(150、45和37μm)進(jìn)行篩分，得到4種不同粉體(麥麩1表示200目的篩上物，麥麩2表示介于200目和325目間的顆粒，麥麩3代表介于325目和400目篩的顆粒，麥麩4代表400目篩下顆粒)。4種麥麩顆粒的分布曲線如圖2中所示，由圖2a中可以看出，在不同篩下物都有明顯的正態(tài)單峰，且單峰之間的交叉部分較少，麥麩1～麥麩4的峰值分別為156、82、20和16μm。這說明了通過篩分可以獲得粒徑區(qū)別明顯的麥麩顆粒。其中麥麩1和研磨20 min時(shí)出現(xiàn)在145μm的峰較好的吻合。麥麩3和麥麩4的粒徑小于小麥糊粉層細(xì)胞的大小(50μm)，因此，該組分可能富集有麥麩糊粉內(nèi)容物。結(jié)合麥麩組織結(jié)構(gòu)層的抗研磨性質(zhì)的不同的特性，可以推斷出，麥麩1～麥麩4中的不同麥麩結(jié)構(gòu)層的所占比例也不同。通過生化標(biāo)示物的含量可以計(jì)算出近似比例。

2.3 熒光分析

為了定性麥麩結(jié)構(gòu)層在各個(gè)組分中的分布，對不同麩皮顆粒的熒光顯色，然后進(jìn)行熒光圖像分析。由圖3a所示，在小麥籽粒的橫截面的熒光顯微圖中，外皮層和中間層由于自發(fā)熒光而顯示黃綠色，糊粉細(xì)胞壁被熒光增白劑染成藍(lán)色，糊粉細(xì)胞內(nèi)容物中的蛋白質(zhì)被品紅染成紅色，小麥淀粉不被染色，顯黑色。圖3b是麥麩1的熒光顯微圖，黃綠色的外皮層和中間層占大部分，同時(shí)還存在大量的已破裂的糊粉細(xì)胞。在圖3c中主要以糊粉層破碎后的細(xì)胞壁為主，說明在麥麩2中主要以糊粉細(xì)胞壁為主;在圖3d中，顆粒較小，存在大量的紅色的顆粒和藍(lán)色顆粒，主要是細(xì)小的麥麩糊粉層壁和內(nèi)容物。綜合圖3b～圖3d可知，麥麩1中主要以小麥外皮層和破碎的大顆粒的糊粉細(xì)胞為主;麥麩2主要包含小麥糊粉層破碎的細(xì)胞壁;而糊粉層的內(nèi)容物則主要富集在麥麩3中。

圖2 振動(dòng)粉碎20 min后麥麩顆粒篩分的粒徑分布

圖3 不同粒徑麥麩粉體的熒光顯微圖

2.4生化成分測定

為了能進(jìn)一步確認(rèn)研究的結(jié)果，利用小麥麩皮各個(gè)結(jié)構(gòu)層中的主要標(biāo)示物進(jìn)行定量分析各個(gè)結(jié)構(gòu)層麥麩粉體中的比例，其中脫氫阿魏酸三聚體(FAt)為外皮層的標(biāo)示物，烷基間二苯酚(Alkylresorcinols)是中間層的標(biāo)示物，而對位香豆酸(p－comicacid)和植酸(phytic acid)分別是糊粉細(xì)胞壁和糊粉細(xì)胞內(nèi)容物的標(biāo)示成分，計(jì)算公式［14］如下:

表1 不同粉碎時(shí)間和不同粒徑的麥麩粉體的生化組成

從表1中可以看出，未篩分前，小麥麩皮中植酸含量約為35 mg/g，篩分后麥麩粉體中植酸的含量區(qū)別很大，在麥麩1中含量為18.9 mg/g，而在麥麩3中其含量為48.3 mg/g。植酸是糊粉層內(nèi)容物的標(biāo)示性成分，這表明，小麥糊粉細(xì)胞內(nèi)容物在麥麩3中得到了富集，同熒光顯微鏡的定性分析得到的結(jié)果相同。而在麥麩1中，麥麩外果皮標(biāo)示物(脫氫阿魏酸三聚體)和中間層的標(biāo)示物(烷基間二苯酚)的含量最高，分別為2.32 mg/g和 5.2 mg/g，按照標(biāo)示物含量計(jì)算，外皮層和中間層的比例為78%。表明了麥麩外皮層和中間層的含量在麥麩1中得到了富集和提高。而在麥麩3中，對位香豆酸的含量則含量最高，達(dá) 0.21 mg/g，較麥麩原料中的 0.16 mg/g，提高了0.5 mg/g。說明了糊粉層破碎細(xì)胞壁的含量在麥麩3中最高。

3 結(jié)論

通過對小麥麩皮進(jìn)行不同時(shí)間的研磨，通過粒徑分析結(jié)果表明當(dāng)研磨時(shí)間為20 min時(shí)，小麥麩皮粉體的顆粒粒徑最為分散。然后對此時(shí)的麩皮顆粒進(jìn)行篩分，得到的4種不同的粉體中麥麩3的糊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，達(dá)到51%。小麥糊粉被破碎后，細(xì)胞壁在各個(gè)麥麩粉體中均有分布;而麥麩外皮層和中間層則主要集中在麥麩1中，比例達(dá)到78.9%;在麥麩2中主要富集大顆粒的小麥糊粉層的細(xì)胞壁41.7%?？傊ㄟ^簡單的微粉碎和篩分，可以對小麥麩皮結(jié)構(gòu)層進(jìn)行一定程度的富集。

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