楊 茉，王素雅，曹崇江，張冬梅，朱綺思

(南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點實驗室，江蘇南京210023)

我國每年竹筍產(chǎn)量巨大，供應時間集中，常被加工成各種方便產(chǎn)品如干筍、腌筍、筍罐頭等［1］。然而，約占竹筍質(zhì)量60%以上的筍頭、筍殼、筍根、筍衣等被作為廢棄物丟棄，不僅造成物料浪費還會污染環(huán)境。目前筍殼已被廣泛應用于動物飼料的制作，但竹筍殼的浪費情況仍然很嚴重且經(jīng)濟效益不高［2］。作為生產(chǎn)廢棄物的竹筍殼含有豐富的膳食纖維，可作為種膳食纖維補充劑用于預防糖尿病、肥胖癥、心血管疾病和癌癥等疾病［3］。提高竹筍殼的利用率，不僅可以變廢為寶，同時也能提升企業(yè)生產(chǎn)效益。

竹筍殼質(zhì)地堅硬、口感差、限制了其在食品中的應用。將超微粉碎技術應用于筍殼粉粉碎，不僅可以提高其感官性能，也可改善其品質(zhì)。超微粉碎是一種新興加工技術，利用高速氣流產(chǎn)生的動能使物料顆粒發(fā)生劇烈的相互碰撞、反復摩擦、高速剪切，從而達到被粉碎的目的。物料經(jīng)超微粉碎后，粉體粒徑降低且分布均勻，具有巨大的表面積和孔隙率，粉體的分散性、吸附性、化學反應性和流暢性等得到提高，在高品質(zhì)保健食品和功能食品生產(chǎn)領域具有顯著優(yōu)勢［4－5］。程姣姣等［6］發(fā)現(xiàn)超微粉碎后的豆渣微粉色澤亮白，顆粒均勻，比表面積增大，結構變化較小。閆丹等［7］發(fā)現(xiàn)經(jīng)過超微粉碎的血竭三七接骨膏粒度分布均勻，有效成分溶出率提升，故該技術被廣泛應用在食品工業(yè)和中藥業(yè)中。目前的研究中，多集中于超微粉碎對粉體物理性質(zhì)的影響，對于化學性質(zhì)的研究較少。

故本文擬采用氣流粉碎機對竹筍殼進行處理，研究其理化性質(zhì)。分析比較竹筍殼超微粉的基本組成、粒徑、色度、物理性質(zhì)和吸附能力(亞硝酸根離子和膽固醇)，并采用掃描電鏡、傅立葉紅外光譜對其結構進行表征。通過開發(fā)竹筍殼，減少環(huán)境污染，解決資源浪費，為實現(xiàn)不可食資源在食品工業(yè)上的再利用，提供一定的參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮毛竹筍 安徽宣城;中性蛋白酶(100 U/mg) 上海源葉生物科技有限公司;溴化鉀 光譜純，國藥集團化學試劑有限公司;亞硝酸鈉 分析純，西隴科學股份有限公司;對氨基苯磺酸 分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司;鄰苯二甲醛 分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司;其余藥品為分析純 均購自國藥集團化學試劑有限公司。

SHA－B水浴恒溫振蕩器 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;GL－21M型離心機 上海市離心機械研究所有限公司;PHS－3E型p H計 上海精密科學儀器有限公司;FW－100高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;氣流粉碎機J－50 意大利TenologiaMeccanica公司;S3500激光粒度分析儀 美國Microtrac公司;TM3000掃描電鏡 日本Hitachi公司;TENSOR27傅立葉紅外光譜儀 德國Bruker公司;CM－5色差儀 日本 KonicaMinolta公司;FreeZone 4.5Plus冷凍干燥儀 美國Labconco公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的制備 將組織搗碎機粗粉碎后的竹筍殼置于烘箱中60℃ 烘干24 h，采用普通磨粉機粉碎得到竹筍殼粉，并過80目篩。其中部分竹筍殼粉再采用氣流粉碎機進行超微粉碎(最低轉速143 r/min)，得到竹筍殼超微粉。將竹筍殼粉和竹筍殼超微粉置于室溫干燥器中待用。

1.2.2 竹筍殼粉基本組成的測定 水分含量:采用GB/T 5009.3－2016《食品中水分的測定》中的直接干燥法測定;灰分含量:采用GB/T5009.4－2016《食品中灰分的測定》中的高溫灼燒法測定;蛋白質(zhì)含量:采用GB/T5009.5－2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》中的凱氏定氮法測定;膳食纖維含量:根據(jù)AOAC 991.43用膳食纖維試劑盒測定膳食纖維含量;以上所有指標均測定三次。

1.2.3 竹筍殼超微粉物理性質(zhì)的測定

1.2.3.1 竹筍殼粉粒度的測定 用蒸餾水將竹筍殼粉和超微粉配制成適宜濃度(可通過機器自檢)的懸濁液，由激光粒度分析儀分析兩種粉體的粒度。

1.2.3.2 竹筍殼粉色度的測定 以白板作為標準，采用色差儀測量樣品的反射光，記錄L*值、a*值、b*值和ΔE。其中L*表示明度差;a*為正時偏紅、為負時偏綠;b*為正時偏黃、為負時偏藍;ΔE表示總色差。每個樣品重復測量3次。

1.2.3.3 持水性的測定 持水性(Water retention capacity，WRC)根據(jù) Sowbhagya 等［8］的方法進行測定并稍作改動，準確稱取竹筍殼粉0.5 g(記為W1)于50 mL離心管內(nèi)與20 mL蒸溜水振蕩混合均勻。室溫放置24 h后將混合物4000 r/min離心10 min，棄去上清液，用濾紙吸干管壁殘留水分后稱重(記為W2)。105℃烘至恒重(記為W3)，按公式(1)計算竹筍殼粉的持水力:

1.2.3.4 溶脹性 溶脹性(Water swelling capacity，WSC)根據(jù)Sowbhagya等［8］的方法進行測定并稍作改動，準確稱取0.5 g的樣品(記為W4)置于25 mL量筒內(nèi)，其體積記為V1，然后加入10.0 mL蒸餾水。充分振蕩后室溫靜置24 h，讀取液體中樣品的體積V2，溶脹力的計算公式:

1.2.3.5 持油性 持油性(Oil absorption capacity，OAC)根據(jù) Abdul－h(huán)amid 等［9］的方法進行測定并稍作改動，準確稱取0.5 g竹筍殼粉(計為W5)置于50 mL離心管中，并加20 mL食用玉米油，37℃下浸泡1 h(每10 min攪拌一次)。然后4000 r/min離心15 min，棄上層油后用濾紙吸去管壁殘留油，稱重并記作W6，持油力的計算公式如下:

1.2.4 竹筍殼超微粉吸附性能的測定

1.2.4.1 亞硝酸根離子吸附能力 亞硝酸根離子吸附能力(Nitrite ion adsorption capacity，NIAC)根據(jù)Zhu等［10］的方法進行測定并稍作改動。將0.5 g筍殼粉與30 mL NaNO2(100μmol/L)溶液在50 mL離心管中混合，一組用6 mol/L鹽酸將混合物調(diào)至pH2.0，模擬人體胃酸環(huán)境;另一組相同的樣品則將體系用6 mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至pH7.0，模擬腸道環(huán)境。然后將混合物在37℃水浴內(nèi)振蕩75 min。測量亞硝酸根離子的殘留量。NIAC表示如下:

其中:C1是原始溶液的亞硝酸根離子濃度(μg/mL)，C2是當吸附達到平衡時的上清液的亞硝酸根離子含量(μg/mL)，W7是竹筍殼粉的重量(g)，V3是NaNO2溶液的體積(mL)。

1.2.4.2 膽固醇吸附能力 膽固醇吸附能力(Cholesterol adsorption capacity，CAC) 根據(jù) Luo 等［3］的方法測定，并稍作改動。取新鮮雞蛋蛋黃，每克蛋黃中加入9 mL的蒸餾水進行稀釋然后攪拌均勻形成乳化液。將0.5 g竹筍殼粉樣品與30 mL稀釋的蛋黃乳化液在離心管中混合，一組用6 mol/L鹽酸將混合物調(diào)至pH2.0，模擬人體胃酸環(huán)境;另一組相同的樣品則將體系用6 mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至pH7.0，模擬腸道環(huán)境。將混合物在37℃水浴內(nèi)振蕩2 h后冷卻到室溫，5000 r/min離心15 min。收集上清液，在波長550 nm下測量吸光度。膽固醇結合能力表示為每克竹筍殼粉樣品吸收的膽固醇量。

其中:C3是原始蛋黃溶液的膽固醇濃度(μg/mL)，C4是吸附達到平衡時上清液的膽固醇含量(μg/mL)，W6是樣品(g)的重量，V5是原蛋黃溶液的體積(mL)，V4是上清液的體積。

1.2.5 竹筍殼超微粉的結構表征

1.2.5.1 超微粉碎對竹筍殼粉基團的影響 根據(jù)Chen等［11］的方法，將樣品與干燥的 KBr(1∶200，w/w)置于瑪瑙研缽中混合研磨，然后用壓片機壓成片狀。采用傅立葉紅外光譜儀在掃描波長為400～4000 cm－1之間測定樣品的紅外吸收光譜。

1.2.5.2 超微粉碎對竹筍殼粉微觀結構的影響 參考Wang等［12］的方法，取少量過80目篩的竹筍殼粉和超微粉，將樣品平鋪在雙面粘有導電膠的載物臺上，置于真空鍍膜機中，鍍膜噴金10 nm，然后置于掃描電鏡下觀察樣品的微觀結構。

1.3 數(shù)據(jù)分析

每個實驗進行三次(n=3)，數(shù)據(jù)顯示為平均值±標準偏差。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析包括方差分析和SPSS 20.0版的Duncan’s檢驗。不同組之間的差異顯著性水平為p＜0.05。

2 結果與分析

2.1 竹筍殼超微粉的基本成分分析

由表1可知，超微粉碎與常規(guī)粉碎對竹筍殼粉的基本組成沒有發(fā)生顯著影響(p＞0.05)。竹筍殼超微粉的水分含量為7.42 g/100 g，竹筍殼粉的水分含量為7.67 g/100 g，這可能是超微粉碎過程中的摩擦升溫促使水分蒸發(fā)的結果。超微竹筍殼粉含膳食纖維59.34 g/100 g，高膳食纖維含量是超微竹筍殼粉具有較好吸附力的基礎。竹筍殼粉含蛋白質(zhì)12.25 g/100 g，說明竹筍殼中蛋白質(zhì)含量也較為豐富。超微粉碎是物理加工工藝，因此超微粉碎后竹筍殼粉基本組成和含量基本保持穩(wěn)定。

表1 竹筍殼粉及超微粉的基本成分分析(g/100 g)Table 1 The composition of powder and ultrafine powder from bamboo shell(g/100 g)

2.2 超微粉碎對竹筍殼粉粒度的影響

氣流超微粉碎利用高壓氣流反復碰撞、磨擦以及剪切等作用使物料粉碎，使物料的顆粒尺寸顯著減小。由圖1可知，超微粉碎降低了竹筍殼粉的顆粒大小。經(jīng)超微粉碎后竹筍殼粉的粒徑在5.17～135.09μm之間，平均粒徑為12.69μm。而竹筍殼粉的平均粒徑為383.90μm，且顆粒粒度分布寬，有25%以上顆粒直徑大于500μm。由此可見，超微粉碎不僅有效降低了竹筍殼粉粒度，還使竹筍殼粉更為均勻，說明超微粉碎提高了粉碎程度，達到了預期的目的。

圖1 超微粉碎對竹筍殼粉粒度分布的影響Fig.1 Effect of ultrafine grinding on particle size distribution of bamboo shell powder注:a:竹筍殼粉;b.竹筍殼超微粉。

2.3 超微粉碎對竹筍殼粉色度的影響

色度是衡量食物感官品質(zhì)的重要因素，竹筍殼粉呈現(xiàn)黃棕色，限制其在食品加工中的應用。本實驗考察了超微粉碎對竹筍殼粉色度的影響。根據(jù)色差儀檢測結果可以得出(見表2)，超微粉碎可以顯著改變竹筍殼粉的色度(p＜0.05)，其中總色差ΔE提高了4.42，具體來說，超微粉碎后，竹筍殼粉的亮度從71.70提高至80.47，提高了12.23%。而表征紅色度和黃色度的a*值和b*值均出現(xiàn)了顯著的下降(p＜0.05)。由此可見，超微粉碎能顯著改善竹筍殼粉的色澤，經(jīng)過超微粉碎后，竹筍殼粉由黃棕色變成淺黃白色。

表2 超微粉碎對竹筍殼粉色度的影響Table 2 Effect of ultrafine grinding on the color of bamboo shell

2.4 超微粉碎對竹筍殼粉持水性、溶脹性與持油性的影響

從竹筍殼粉和竹筍殼超微粉的主要成分來看，其主要成分為膳食纖維(表1)。研究表明，纖維具有較好的持水性、溶脹性和持油性［9］。本實驗考察了超微粉碎對竹筍殼粉上述性質(zhì)的影響。由表3可知，超微粉碎后竹筍殼粉的持水性、持油性沒有顯著性變化(p＞0.05)，溶脹性顯著降低(p＜0.05)。本文認為機械摩擦力和剪切力改變竹筍殼粉體的物理結構構型導致溶脹性有所下降。超微粉碎后，一方面，超微粉碎造成多糖分子部分化學鍵斷裂，降低了纖維的保水能力;另一方面，顆粒粒徑越小則相互聚集力越強，阻礙了水分子的進入，竹筍粉的吸水膨脹能力降低［13］。另外，原料的持水性、溶脹性和持油性還與其 總 體 電 荷 密 度、表 面 特 性 等 有 關［14］。 與Kethireddipalli等［13］研究結果相似，認為精細研磨纖維材料可能會對其持水性產(chǎn)生不利影響，這種效應不僅因顆粒尺寸減小，還與纖維的結構改變有關。陳如等［15］則研究發(fā)現(xiàn)超微粉碎能夠提高蘋果全粉的持水性和溶脹性，認為超微粉碎使蘋果粉粉體粒徑減小，與水的接觸面積和接觸點增多，吸水性提高。由于實驗材料差異較大，可溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維組成比例不同，其受超微粉碎的影響也不相同。

表3 超微粉碎對竹筍殼粉物理性質(zhì)的影響Table 3 Effect of ultrafine grinding on physicochemical properties of bamboo shell powder

常見的加工副產(chǎn)物如果蔬皮、果蔬渣已經(jīng)被廣泛利用，竹筍殼作為加工副產(chǎn)物，超微粉碎處理較好的保持了竹筍殼粉的持水性、溶脹性和持油性。其持水性(3.4 g/g)高于其他加工副產(chǎn)物，如芒果皮超微粉(2.11 g/g)［16］，溶脹性高于野刺梨果渣超微粉(3.22 mL/g)［17］，持 油 性 優(yōu) 于 芒 果 皮 超 微 粉(0.98 g/g)［16］和菠蘿皮超微粉(1.7 g/g)［18］。由此可見，竹筍殼超微粉擁有良好的吸水性、溶脹性和吸油性，具有較高的利用價值。

2.5 超微粉碎對竹筍殼粉吸附能力的影響

2.5.1 超微粉碎竹筍殼粉的亞硝酸根離子吸附能力亞硝酸鹽在腸道微生物作用下會轉化為致癌物質(zhì)N－亞硝基化合物，竹筍殼中的膳食纖維有助于吸附，從而達到預防癌癥的作用。竹筍殼粉具有吸附的作用，消化吸收過程主要發(fā)生在胃腸當中，在p H2.0(模擬胃酸環(huán)境)和pH7.0(模擬腸道環(huán)境)時，竹筍殼粉吸附的量分別為447.98和424.14μg/g;超微粉碎處理后，對的吸附量分別達到558.26和547.97μg/g，吸附能力分別提高了 24.6%和29.2%，因此超微粉碎顯著提升了竹筍殼粉對的吸附力(p＜0.05)。尤其在胃酸模擬的條件下，吸附能力強。該結果與Du等［19］研究超微粉碎青稞麩皮纖維的結果一致。膳食纖維對的吸附包括物理吸附和化學吸附［20］。超微粉碎后，竹筍殼粉體粒徑減小，比表面積增大，對吸附能力增強。紅外光譜分析顯示，竹筍殼粉含有纖維素和木質(zhì)素的特征峰，這些基團吸附的能力強，因此超微竹筍殼粉吸附能力增加。實驗數(shù)據(jù)還顯示，pH2.0時竹筍殼粉對的吸附能力更佳，可能因為pH7.0時羧基解離增加了膳食纖維表面上的負電荷密度，同種電荷間排斥力增大，最終導致竹筍殼粉吸附能力下降［20］。

2.5.2 超微粉碎竹筍殼粉的膽固醇吸附能力 由表4可知，超微粉碎提高了竹筍殼粉吸附膽固醇的能力。若人體攝入竹筍殼超微粉，可以間接降低餐后血液中膽固醇水平，從而預防肥胖癥。p H2.0(模擬胃酸環(huán)境)時竹筍殼粉吸附膽固醇量由291.62μg/g升至324.81μg/g，吸附能力提高了11.4%;pH7.0(模擬腸道環(huán)境)時對膽固醇的吸附量由317.34μg/g增加到346.19μg/g，吸附能力提高9.1%。超微粉碎后，竹筍殼粉粒徑減小，均勻度提高，使其聚合力增加，有利于竹筍殼粉與膽固醇接觸［21］。p H7.0時竹筍殼粉吸附膽固醇能力更高，利于膳食纖維在腸道內(nèi)吸附更多的膽固醇，減少腸道對膽固醇的吸收量。

表4 超微粉碎對竹筍殼粉亞硝酸根離子和膽固醇吸附能力的影響(μg/g)Table 4 Effect of ultrafine grinding on nitrite ions adsorption and cholesterol capacity of bamboo shell powder(μg/g)

2.6 超微粉碎對竹筍殼粉基團的影響

在波長400～4000 cm－1之間竹筍殼粉的紅外光譜見圖2。由圖2可知，在波長3300～3400 cm－1處，超微竹筍殼粉與竹筍殼粉均出現(xiàn)強烈的吸收峰，這是O－H的拉伸峰，來自于纖維素或半纖維素［22］，但超微竹筍殼粉的吸收峰較寬;在1040 cm－1左右是表征纖維素的特征吸收峰［23］，2923.02 和 2926.47 cm－1的吸收峰源于糖類亞甲基上C－H的收縮振動。1510～1520 cm－1處的峰代表木質(zhì)素芳族化合物中苯環(huán)的特征彎曲或拉伸，表明兩種樣品中均存在木質(zhì)素［24］。由圖2還可看出，超微粉的紅外色譜中與纖維素和木質(zhì)素相關的吸收峰強度均高于竹筍殼粉，這是由于超微粉碎產(chǎn)生的壓力和剪切應力使長鏈斷裂，粉體粒徑變小，更多基團暴露的結果。由圖2可知，超微粉碎前后樣品的峰值相似，均出現(xiàn)了纖維素、半纖維素中的羥基峰，糖類亞甲基峰以及木質(zhì)素中芳香族化合物的苯環(huán)峰，說明超微粉碎對竹筍殼粉中官能團的種類沒有明顯影響。

圖2 竹筍殼粉和超微粉的傅立葉紅外光譜圖Fig.2 FTIR images of bamboo shell and ultrafine powder

2.7 超微粉碎對竹筍殼粉微觀結構的影響

采用掃描電鏡觀察超微竹筍殼粉的微觀結構，結果見圖3。觀察圖3發(fā)現(xiàn)，超微粉碎大幅度降低了竹筍殼粉的粒度。放大500倍觀察發(fā)現(xiàn)，竹筍殼粉(圖3A)顆粒較大且均勻度差，多呈細長片狀，表面較光滑;超微竹筍殼粉(圖3B)則由細小的片狀物構成，顆粒大小均勻，該結果與粒度分布測定結果一致。將樣品放大1000倍觀察發(fā)現(xiàn)，超微粉(圖3D)顆粒表面分布著眾多不規(guī)則突起，并存在蜂窩狀孔隙。而竹筍殼粉(圖3C)表面凸凹不平，但比超微粉顆粒平滑，說明高壓氣流對樣品顆粒產(chǎn)生強大的沖擊作用。大顆粒物料被高壓氣流反復沖擊，最終粉體顆粒變小，表面凹凸不平。超微竹筍殼粉顯微結構表明，超微粉碎產(chǎn)生的均質(zhì)壓力、剪切應力、沖擊和溫度變化等使筍殼超微粉結構顯著變化［25］，進一步影響竹筍殼粉的功能特性［26］。

圖3 竹筍殼粉和超微粉的掃描電子顯微鏡圖Fig.3 SEM images of bamboo shell and ultrafine powder

3 結論

超微粉碎后竹筍殼粉的基本組成如水分、灰分、蛋白質(zhì)和膳食纖維含量保持穩(wěn)定;粉體粒徑顯著降低;竹筍殼粉亮度提高，紅色度降低，黃色度降低。超微粉碎的竹筍殼粉持水性和持油性沒有發(fā)生顯著性變化(p＞0.05)，而溶脹性降低。但其亞硝酸根離子吸附能力和膽固醇吸附能力顯著提升(p＜0.05)。傅立葉紅外光譜顯示，超微粉碎對竹筍殼的主要基團沒有顯著影響;掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，竹筍殼超微粉粒度降低，顆粒表面存在蜂窩狀孔隙。由此可見，超微粉碎生產(chǎn)的竹筍殼粉，粒度降低，粉體細膩均勻，色度得到改善，NO2－和膽固醇吸附能力提高，有利于其在食品工業(yè)中的應用。