劉婷婷,戴 龍,王慶慶,王大為*
香菇柄纖維擠出低聚化作用及工藝優(yōu)化
劉婷婷,戴 龍,王慶慶,王大為*
(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,吉林 長春 130118)
利用單螺桿擠出對(duì)香菇柄纖維進(jìn)行 低聚化處理。采用黏度法測(cè)定纖維的聚合度及平均 相對(duì)分子質(zhì)量,以聚合度為響應(yīng)值,通過響應(yīng)面試驗(yàn),分析擠出溫度、物料粒度、液固質(zhì)量比對(duì)低聚化效果的影響。結(jié)果表明:當(dāng)擠出溫度162 ℃、物料粒度0.147 mm(100 目)、液固質(zhì)量比1.43∶1時(shí),香菇柄纖維低聚化效果最佳,香菇柄纖維聚合度由1 278降低至2 02,平均相對(duì)分子質(zhì)量由207 054降低至32 7 42。通過掃描 電子顯微鏡觀察,擠出低聚化香菇柄纖維結(jié)構(gòu)呈疏松多孔狀。紅外光譜研究結(jié)果表明擠出低聚化處理對(duì)香菇柄纖 維分子 結(jié)構(gòu)無明顯 破壞作用,但有少部分半纖維素發(fā)生降解。低聚化香菇柄纖維的持水力、 持油力、膨脹力均較未處理樣明顯提高。
香菇柄;纖維;擠出;低聚化
香菇是一種藥食兼用的名貴真菌,是世界第二大食用菌,也是中國特產(chǎn)食用菌之一[1]。香菇柄約占香菇干質(zhì)量的23%~25%,每100 g干香菇柄含糖類物質(zhì)73 g、蛋白質(zhì)6.8 g、脂溶性成分2.68 g、灰分6.1 g以及豐富的維生素、礦物質(zhì)[2],其中膳食纖維的含量遠(yuǎn)超過菇傘部分。商品香菇加工過程中大多數(shù)菇柄沒有被充分地開發(fā)和利用,全國每年廢棄的香菇柄達(dá)數(shù)萬噸[3],造成了極大的資源浪費(fèi)。高品質(zhì)的膳食纖維是具有預(yù)防 心血管疾病、癌癥、糖尿病以及其他疾病的功能[4],以及清潔腸道、稀釋和加速食物中有毒有害物質(zhì)的排泄等作用[5]。膳食纖維主要來自于植物的細(xì)胞壁,包含纖維素、半纖維素、樹脂、果膠及木質(zhì)素等[6],是不能被人體利用的非淀粉多糖,即不能被人類消化酶所消化。多糖的生理活性與其聚合度及相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)[7],相對(duì)分子質(zhì)量大于十萬的多糖,其生物活性較低,甚至無生理活性。因而未經(jīng)任何處理的膳食纖維中可溶性膳食纖維含量較少,則上述保健作用不明顯。與傳統(tǒng)的化學(xué)法、酶法進(jìn)行纖維低聚化不同[8-9],單螺桿高溫高壓擠出能大幅度降低纖維的聚合度及相對(duì)分子質(zhì)量,使一部分不溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化為可溶性膳食纖維[10],無化學(xué)試劑污染,為膳食纖維在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用提供前提和保證。香菇柄擠出低聚化處理后改善其粗韌難嚼的口感,增加食用價(jià)值,提升其加工品質(zhì),提高香菇柄的附加值。目前對(duì)香菇柄纖維擠出低聚化的研究還鮮有報(bào)道。因此,本研究采用單螺桿擠出技術(shù)對(duì)香菇柄粉進(jìn)行高溫高壓擠出處理,使其聚合度降低、相對(duì)分子質(zhì)量減少,并通過紅外光譜、電子顯微鏡掃描對(duì)擠出后香菇柄纖維微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
1.1 材料與試劑
干香菇柄為市售無蟲蛀、無霉變、當(dāng)年產(chǎn)干制品。
可溶性淀粉、硫氰酸銨 天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠;氯化鋇 天津市福辰化學(xué)試劑廠;硫酸銅 沈陽市東興試劑廠;氨水、濃硫酸、氫氧化鈉、無水乙二胺、碘化鉀、冰醋酸、硫代硫酸鈉 北京化工廠。以上試劑均為分析純。
1.2 儀器與設(shè)備
JC-60單螺桿擠出機(jī) 長春市盛達(dá)食品工業(yè)研究所;Q-250A3高速多功能粉碎機(jī) 上海冰都電器有限公司;GB1302型電子精密天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;DZF-6050型真空干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;PHS-3TC微型數(shù)顯酸度計(jì) 上海天達(dá)儀器有限公司;HZS-HA水浴振蕩器 哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司;1835型烏氏黏度計(jì) 浙江臺(tái)州椒江玻璃儀器廠;IR Prestige傅里葉變換紅外光譜儀、SSX-550掃描電子顯微鏡 日本島津公司。
1.3 方法
1.3.1 原料預(yù)處理
香菇柄用流動(dòng)水反復(fù)進(jìn)行漂洗除去原料中的泥沙、草屑等雜質(zhì),然后于40 ℃條件下烘干處理,至水分含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%~8%為宜。然后粉碎、篩分,得到粒度分別為0.246(60 目)、0.175(80 目)、0.147(100 目)、0.125(120 目)、0.106 mm(140 目)的香菇柄纖維粉,冷藏備用。
1.3.2 香菇柄纖維擠出低聚化工藝條件優(yōu)化
1.3.2.1 單螺桿擠出單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)
采用等距單螺桿擠出機(jī)對(duì)香菇柄纖維進(jìn)行低聚化處理,影響香菇柄纖維擠出低聚化效果的主要因素有擠出溫度、物料粒度、液固質(zhì)量比,以擠出物聚合度作為考核指標(biāo),考察各因素對(duì)低聚化效果的影響。
擠出溫度對(duì)香菇柄纖維聚合度的影響:在液固質(zhì)量比1.4∶1,物料粒度0.147 mm(100 目)條件下,考察擠出溫度130、140、150、160、170 ℃對(duì)香菇柄纖維聚合度的影響。
物料粒度對(duì)香菇柄纖維聚合度的影響:在擠出溫度160 ℃,液固質(zhì)量比1.4∶1條件下,考察物料粒度0.246(60 目)、0.175(80 目)、0.147(100 目)、0.125(120 目)、0.106 mm(140 目)對(duì)香菇柄纖維聚合度的影響。
液固質(zhì)量比對(duì)香菇柄纖維聚合度的影響:在擠出溫度160 ℃,粒度0.147 mm(100 目)條件下,考察液固質(zhì)量比1.2∶1、1.3∶1、1.4∶1、1.5∶1、1.6∶1對(duì)香菇柄纖維聚合度的影響。
1.3.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)
在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用三因素三水平Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,以擠出溫度(A)、物料粒度(B)、液固質(zhì)量比(C)為變量,以擠出物聚合度為考核指標(biāo),確定最佳擠出低聚化條件。試驗(yàn)因素及編碼水平見表1。
表1 香菇柄纖維響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平Table 1 Factors and levels used for response surface analysis experimental design
1.3.3 香菇柄纖維聚合度的測(cè)定
1.3.3.1 香菇柄纖維-銅乙二胺溶液的制備
稱取粒度0.147mm的香菇柄纖維2.00 g,105 ℃烘20 min后置于干燥器中冷卻15 min,準(zhǔn)確稱取0.080 0 g,置于有蓋容器中,加銅粒約20 顆(銅粒使用前依次用濃硝酸、無水乙二胺溶液浸泡,用蒸餾水反復(fù)洗滌)、20 mL蒸餾水、20 mL銅乙二胺溶液(1 mol/L),攪拌1 h,使試樣全部溶解,配成質(zhì)量濃度約0.002 g/mL的香菇柄纖維-銅乙二胺溶液[11]。
1.3.3.2 黏度計(jì)的校準(zhǔn)
用質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%的甘油水溶液、蒸餾水和稀釋一倍的銅乙二胺溶液(0.5 mol/L),在(25±0.1)℃條件下,分別用校準(zhǔn)用黏度計(jì)(直徑(0.57±0.002)mm)及測(cè)定用黏度計(jì)(直徑(0.8±0.05)mm)測(cè)其流出時(shí)間,按式(1)、(2)分別求出黏度計(jì)因子和黏度計(jì)常數(shù)。
式中:tkg為質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%甘油在校準(zhǔn)黏度計(jì)中流出時(shí)間/s;tng為質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%甘油在測(cè)定黏度計(jì)中流出時(shí)間/s;tKCED為稀釋一倍的銅乙二胺溶液在校準(zhǔn)用黏度計(jì)中流出時(shí)間/s。
1.3.3.3 香菇柄纖維聚合度的測(cè)定及相對(duì)分子質(zhì)量計(jì)算用移液管準(zhǔn)確吸取10 mL香菇柄纖維-銅乙二胺溶液于經(jīng)校正、洗凈、干燥處理的黏度計(jì)中(直徑(0.57±0.002) mm),置于25 ℃恒溫水浴鍋中,垂直固定,溫度平衡后進(jìn)行測(cè)定。取3 次測(cè)量值的平均值為最終結(jié)果,兩次測(cè)量值之差不大于較小值的0.4%[13-14]。
非牛頓流體在黏度計(jì)內(nèi)因重力作用而流出時(shí),遵守Poiseuille定律[17],即:
式中:ηr為相對(duì)黏度;hn校準(zhǔn)時(shí)測(cè)得的測(cè)定用黏度計(jì)常數(shù);tn為試樣溶液流過測(cè)定用黏度計(jì)的流出時(shí)間/s。
根據(jù)相對(duì)黏度ηr,參考GB/T 5888—1986《苧麻纖維素聚合度測(cè)定方法》中的ηr與[η]×C換算表,查出ηr對(duì)應(yīng)的[η]×C值(其中C和[η]分別為從換算表中查到的試樣質(zhì)量濃度值和特性黏度值),按公式(4)計(jì)算特性黏度[15-16]:
式中:[η]’為特性黏數(shù);C’為香菇柄纖維-銅乙二胺的實(shí)際質(zhì)量濃度/(g/mL)。
[η]’與高聚物平均聚合度DP之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可用Mark方程表示為:
根據(jù)纖維素、聚合度與特性黏度的關(guān)系式,求得聚合度,再根據(jù)公式(6)求出樣品的相對(duì)分子質(zhì)量。
式中:M為相對(duì)分子質(zhì)量;162為纖維素結(jié)構(gòu)單元分子式縮寫為(C6H10O5)n,相對(duì)分子質(zhì)量為162n;18為纖維素兩端葡萄糖基相對(duì)分子質(zhì)量增值之和。
1.3.4 香菇柄纖維物性分析
1.3.4.1 持水力的測(cè)定
準(zhǔn)確稱取105 ℃條件下干燥至恒質(zhì)量的物料0.50 g(m0),置于50mL燒杯中,向其中加入20mL蒸餾水,密封后室溫條件下浸泡12 h,然后用濾紙除去水分,稱量樣品的質(zhì)量(m1)。按公式(7)計(jì)算持水力。
1.3.4.2 持油力的測(cè)定
準(zhǔn)確稱取105 ℃條件下干燥至恒質(zhì)量的物料0.20 g(m0),放入50 mL離心管中,加入豆油10 mL,使之混合均勻,密封后37 ℃條件下靜置1 h,3 800 r/min條件下離心20 min,棄去上層油脂,稱量剩余殘?jiān)臐褓|(zhì)量(m1)。按式(8)計(jì)算持油力。
1.3.4.3 膨脹力的測(cè)定
準(zhǔn)確稱取105 ℃條件下干燥至恒質(zhì)量的物料0.50 g(m),置于10 mL量筒中,記錄樣品在自然堆積情況下的體積(V0),加入蒸餾水至10 mL刻度,搖勻后用薄膜密封,室溫條件下放置24 h,然后測(cè)定并記錄膳食纖維膨脹體積(V1)。按式(9)計(jì)算膨脹力。
1.3.5 香菇柄纖維掃描電鏡觀察
將樣品置于105 ℃烘箱中干燥至恒質(zhì)量,挑取適量樣品黏于觀察臺(tái)上,采用離子濺射法對(duì)樣品進(jìn)行表面鍍金,將其置于SSX-550掃描電子顯微鏡下觀察、拍照。采用加速電壓為15 kV,放大倍數(shù)分別為500 倍和1 000 倍,相應(yīng)的標(biāo)尺分別為20、10 μm。
1.3.6 香菇柄纖維紅外光譜分析
采用傅里葉紅外光譜法對(duì)香菇柄纖維中的官能團(tuán)類型進(jìn)行分析。分別稱取干燥后樣品2 mg,與200 mg干燥的溴化鉀粉末混合充分研磨均勻,然后壓制成直徑13 mm、厚度0.5 mm的薄片,在400~4 000 cm-1中紅外區(qū)掃描。
2.1 擠出單因素試驗(yàn)
2.1.1 擠出溫度對(duì)聚合度的影響
圖1 擠出溫度對(duì)聚合度的影響Fig.1 Effect of extrusion temperature on the degree of polymerization
由圖1可知,當(dāng)溫度范圍在140~160 ℃時(shí),香菇柄纖維的聚合度隨著溫度的升高而降低;當(dāng)溫度高于160 ℃以后,其聚合度逐漸升高。適當(dāng)高溫處理可加快不溶性的纖維裂解為可溶性小分子的速率,可溶性成分增加[17-18],當(dāng)擠出溫度為160 ℃時(shí)香菇柄纖維聚合度降至最低。但當(dāng)溫度高于180 ℃時(shí),部分?jǐn)D出物發(fā)生焦糊現(xiàn)象。
2.1.2 粒度對(duì)聚合度的影響
由圖2可知,粒度0.147 mm(100 目)時(shí)擠出物聚合度最低。較大粒度的香菇柄纖維在擠出腔內(nèi)不易輸送,甚至發(fā)生倒流,且物料中心升溫緩慢,在較短的擠出過程中,降解反應(yīng)不完全;粒度過小時(shí),物料在擠出腔內(nèi)打滑,輸送困難,導(dǎo)致物料在擠出腔內(nèi)時(shí)間過長而焦糊。
圖2 粒度對(duì)聚合度的影響Fig.2 Effect of material particle size on the degree of polymerization
2.1.3 液固質(zhì)量比對(duì)聚合度的影響
圖3 液固質(zhì)量比對(duì)聚合度的影響Fig.3 Effect of solid to liquid ratio on the degree of polymerization
單螺桿擠出過程是高溫高壓的反應(yīng)過程,對(duì)高纖維物料含水量的要求較嚴(yán)格,適當(dāng)?shù)囊汗藤|(zhì)量比可使物料得到充分的潤濕、膨松,增大水蒸氣的切割力,更好的對(duì)物料進(jìn)行改性處理[19],有助于在外力作用下纖維束的打開和斷裂。過高的液固質(zhì)量比,物料水分含量過大導(dǎo)致擠出溫度大幅度降低,剪切力減弱,不利于降低膳食纖維的聚合度。液固質(zhì)量比較低,物料含水量過低,擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)水蒸氣的含量過少,造成溫度快速升高,發(fā)生焦糊。由圖3可知,當(dāng)液固質(zhì)量比在1.2∶1~1.4∶1之間時(shí),聚合度下降得較為明顯,當(dāng)液固質(zhì)量比是1.4∶1時(shí)低聚化效果最好,當(dāng)液料比大于1.5∶1時(shí),物料伴隨著水蒸氣一起噴出,無法正常操作。
2.2 單螺桿擠出香菇柄纖維工藝優(yōu)化
2.2.1 數(shù)學(xué)模型的建立與顯著性檢驗(yàn)
Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表2,方差分析結(jié)果見表3,可信度分析結(jié)果見表4。
對(duì)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合、方差分析及顯著性檢驗(yàn),得到以聚合度為目標(biāo)函數(shù),進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗(yàn),得到各條件編碼值的二元回歸方程:
Y=212.20-26.12A-7.75B-79.88C+4.00AB-10.97AC+14.00BC+91.03A2+11.27B2+118.53C2
對(duì)響應(yīng)面結(jié)果進(jìn)行回歸分析,各因素對(duì)試驗(yàn)的影響是否顯著可以通過P值確定。由上述表中結(jié)果可知,回歸模型(P<0.000 1)達(dá)到極顯著水平,而失擬項(xiàng)大于0.05不顯著,說明回歸方程與實(shí)際情況擬合程度較好,試驗(yàn)誤差小。因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,R2=99.74%,預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間具有高度的相關(guān)性,說明方程可靠性較高[20]。在回歸模型中,一次項(xiàng)A、B、C,交互項(xiàng)AB、AC,二次項(xiàng)A2、B2、C2均表現(xiàn)出了顯著水平。根據(jù)各變量顯著性檢驗(yàn)P值的大小,可以按照各因素對(duì)香菇柄纖維聚合度影響程度由強(qiáng)到弱依次為液固質(zhì)量比>擠出溫度>物料粒度。
表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Response surface analysis experimental design and results
表3 回歸模型的方差分析Table 3 Variance analysis for the developed regression model
表4 回歸模型的可信度分析Table 4 Reliability analysis of the regression model
2.2.2 各因素的交互作用對(duì)香菇柄纖維的響應(yīng)面分析
響應(yīng)面圖可直觀反應(yīng)各因素的交互作用[21],在其他因素條件固定不變的情況下,對(duì)模型進(jìn)行降維分析,考察各因素間的交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響。等高線直觀反映出各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響,橢圓形等高線表示兩因素交互作用顯著,圓形等高線則相反。由圖4可知,擠出溫度(A)與物料粒度(B)之間以及物料粒度(B)與液固質(zhì)量比(C)之間的交互作用顯著;擠出溫度(A)與液固質(zhì)量比(C)之間的交互作用不顯著。
圖4 各兩因素交互作用響應(yīng)面及等高線圖Fig.4 Response surfaces and contour plots showing the interactive effects of three factors on the degree of polymerization
2.2.3 擠出低聚化對(duì)香菇柄膳食纖維作用及工藝優(yōu)化
求回歸方程3 個(gè)變量的一階偏導(dǎo)數(shù),并設(shè)其值為0,得到三元一次方程組,求出最佳點(diǎn)的編碼值:
解得A=0.161、B=0.103、C=0.339,即擠出溫度161.61 ℃、物料粒度102.06 目、液固質(zhì)量比1.43∶1。擠出后香菇柄纖維聚合度理論值196.186。為方便實(shí)際操作,將參數(shù)修正為擠出溫度162 ℃、物料粒度100 目、液固質(zhì)量比1.43∶1,進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn),得到香菇柄纖維聚合度平均值為202,與理論預(yù)測(cè)值接近,表明數(shù)學(xué)模型可行。各因素對(duì)香菇柄纖維聚合度影響程度由強(qiáng)到弱依次為液固質(zhì)量比>擠出溫度>物料粒度。
通過黏度法計(jì)算出擠出前香菇柄纖維及最佳條件擠出后的香菇柄纖維聚合度(表5),可以得出擠出處理能大幅度降低香菇柄纖維的聚合度和平均相對(duì)分子質(zhì)量,使聚合度由原來的1 278降到202,平均相對(duì)分子質(zhì)量由207054降到32742。由表6、7可以看出擠出低聚化后香菇柄纖維的可溶性膳食纖維含量大幅度增加,持油力、膨脹力及持水力得到較大改善,實(shí)現(xiàn)了香菇柄纖維低聚化及功能化效果。
表5 聚合度和平均相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定結(jié)果Table 5 Results of molecular weight and DP
表7 香菇柄纖維物性測(cè)定結(jié)果Table 7 Physical properties of Lentinula edodes handle fiber
2.2.4 掃描電鏡觀察的結(jié)果
圖5 香菇柄膳食纖維掃描電鏡圖Fig.5 SEM images of Lentinula edodes handle dietary fiber before and after extrusion
圖5 是放大500 倍和1 000 倍的香菇柄纖維擠出前后電鏡圖。香菇柄纖維低聚化處理后,微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化,平滑致密的形態(tài)變成了立體多孔型蜂窩狀結(jié)構(gòu)。香菇柄纖維擠出過程中受高溫、高壓、剪切以及熔融等作用,緊密纖維結(jié)構(gòu)被打開,結(jié)構(gòu)斷裂、重組,降低了纖維的聚合度。這種多孔溝壑結(jié)構(gòu)預(yù)示著纖維表面積大幅增加,導(dǎo)致持油力、膨脹力和吸附力得到較顯著的提高[22]。
2.2.5 香菇柄纖維紅外光譜分析結(jié)果
由圖6和圖7可知,香菇柄纖維均具有多糖的特征吸收峰,在3 200~3 600 cm-1處附近出現(xiàn)了由許多小尖峰組成的強(qiáng)寬峰,這是羥基(O-H)的特征峰,說明纖維中存在著處于締合狀態(tài)的分子間氫鍵,在高溫、高壓擠出作用下,香菇柄纖維中多糖糖苷鍵斷裂,生成的游離羥基增多,從而使其羥基的吸收峰增強(qiáng)。在2 929.87 cm-1處是碳水化合物和木質(zhì)素中-CH2的C-H反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰[24]。圖6和圖7中1 647.21 cm-1及1 643.35 cm-1處的吸收峰是羰基的吸收峰,說明香菇柄纖維中有多糖吸收峰特征[25]。圖6中1 041.56~1 203.58 cm-1和圖7中1 041.28~1 153.43 cm-1處的吸收峰是由纖維素半纖維素的C-O伸縮振動(dòng)吸收[23]。鄭建仙等[24]認(rèn)為擠出處理后,纖維內(nèi)部組成成分可以調(diào)整與重組,部分不溶性阿拉伯木聚糖會(huì)溶解或斷裂某些連續(xù)鍵轉(zhuǎn)變成可溶性阿拉伯木聚糖,但纖維聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化[25]。對(duì)比擠出前后的紅外圖譜,相對(duì)應(yīng)吸收峰波數(shù)峰形基本相似,說明擠出前后膳食纖維化學(xué)組分基本相同,符合上述觀點(diǎn)。所以擠出低聚化處理并沒有破壞分子內(nèi)的官能團(tuán),仍較好地保護(hù)了纖維內(nèi)部大部分的親水基團(tuán)以及其他活性基團(tuán),這些活性基團(tuán)對(duì)提高香菇柄纖維的持水力、膨脹力、吸附力具有重要作用。
圖6 擠出前香菇柄纖維紅外譜圖Fig.6 Infrared spectrum of Lentinula edodes handle fiber before extrusion
圖7 擠出后香菇柄纖維紅外譜圖Fig.7 Infrared spectrum of Lentinula edodes handle fiber after extrusion
3.1 以香菇柄為原料,利用單螺桿擠出技術(shù)降低香菇柄膳食纖維聚合度,通過響應(yīng)面試驗(yàn),篩選最佳擠出條件為擠出溫度162 ℃、物料粒度0.147 mm(100 目)、液固質(zhì)量比1.43∶1。擠出后香菇柄纖維聚合度由1 278降低至202,平均相對(duì)分子質(zhì)量由207054降低至32 742,香菇柄纖維的可溶性膳食纖維含量大幅增加。
3.2 對(duì)香菇柄纖維微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,表明擠出前香菇柄纖維的結(jié)構(gòu)較緊密、表面較平整,擠出后香菇柄纖維結(jié)構(gòu)疏松多孔、有褶皺,預(yù)示其有利于水分滲入,提高其對(duì)水的束縛能力,因此擠出低聚化香菇柄纖維的持水力、膨脹力和持油力都有了較顯著的提高。
3.3 對(duì)香菇柄纖維官能團(tuán)紅外光譜分析,結(jié)果表明香菇柄纖維具有羥基、醛基等糖類的特征吸收峰。擠出低聚化處理沒有破壞纖維分子結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成,仍然含有對(duì)提高膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力具有重要作用的活性基團(tuán)。
3.4 單螺桿擠出機(jī)的輸送能力低于雙螺桿擠出機(jī),且不具備自潔能力,但剪切能力優(yōu)于雙螺桿擠出機(jī),可有效降低膳食纖維聚合度。本實(shí)驗(yàn)?zāi)壳爸谎芯肯愎奖w維理化特性,還未進(jìn)行功能性實(shí)驗(yàn),所以還需要進(jìn)一步研究。
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Optimization of Extrusion Parameters for Improved Oligomerization of Lentinula edodes Handle Fiber
LIU Ting-ting, DAI Long, WANG Qing-qing, WANG Da-wei*
(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)
The oligomerization of Lentinula edodes handle fi ber was conducted through single-screw extrusion. Viscosity method was used to measure the degree of polymerization (DP) and molecular weight (MW) of extruded products. By using response surface methodology, the oligomerization efficiency of extrude Lentinula edodes handle fiber was investig ated as a function of e xtrusion temperature, raw material particle size and liquid to solid ratio. The results showed the best oligomerization effi ciency was achieved when the fi ber powder with particle size 0.147 mm (100 mesh) was extruded at 162 ℃ with a liquid to solid ratio of 1.43:1. It turned out that the DP dropped from 1 278 to 202, and the MW from 207 054 to 32 742. Scanning electron microscopy (SEM) observation showed the loose and porous structure of the extruded material, and the original molecular structure was not signifi cantly damaged as indicated by infrared spectroscopy, but a small part of hemicellulose was degraded. Water-holding capacity, oil-holding capacity and expansive force of oligomerized Lentinula edodes handle fi ber were improved obviously compared with the untreated samples.
Lentinula edodes handle; fiber; extrusion; oligomerization
TS201.1
A
1002-6630(2014)16-0011-07
10.7506/spkx1002-6630-201416003
2014-01-24
“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD16B08);國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2011AA100805)
劉婷婷(1984—),女,講師,博士,研究方向?yàn)榧Z油植物蛋白工程與功能食品。E-mail:ltt1984@163.com
*通信作者:王大為(1960—),男,教授,博士,研究方向?yàn)榧Z油植物蛋白工程與功能食品。E-mail:xcpyfzx@163.com