基于中國大豆產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)大豆食品行業(yè)每年可產(chǎn)生上千萬噸濕豆渣，其中生物酶法制油產(chǎn)生的殘渣可達(dá)70%。豆渣膳食纖維主要由纖維素、半纖維素（干重含量40~60 g/100 g）和木質(zhì)素組成。豆渣多糖中的單體主要是葡萄糖、糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、巖藻糖、鼠李糖和甘露糖。但目前它主要用于動物飼料或作為廢棄物直接焚燒，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。另外，目前豆渣深加工生產(chǎn)的膳食纖維產(chǎn)品具有含水高、口感差、易腐敗變質(zhì)、可溶膳食纖維低等缺點(diǎn)，限制了生物酶解過程副產(chǎn)物加工工業(yè)的進(jìn)步，盡管豆渣的研究在不斷深入，但大多只停留在粗加工，對其更為精細(xì)的深加工研究相對較少�，F(xiàn)今微粉化技術(shù)的進(jìn)一步加工能有效提高豆渣膳食纖維的功能特性，既提高了大豆資源的利用率又保護(hù)了環(huán)境。不同的改性方法，如化學(xué)、酶學(xué)和物理方法已被用于改善豆渣膳食纖維的物理化學(xué)性質(zhì)。物理方法與其他方法相比具有優(yōu)勢，如技術(shù)簡單、成本低和可持續(xù)性好。高壓均質(zhì)、微流化及超細(xì)研磨等物理方法主要通過降低豆渣、燕麥、桃和小麥粒度改變膳食纖維的物理化學(xué)及功能特性。超微粉碎是指利用機(jī)械力或流體動力的方法克服固體內(nèi)部凝聚力，使之破碎，從而將3 mm以上的物料顆粒粉碎至10 μm的操作技術(shù)，是一種物料加工高新技術(shù)。超微細(xì)粉末是超微粉碎的最終產(chǎn)品，具有一般顆粒所沒有的特殊理化性質(zhì)，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化學(xué)反應(yīng)活性等。超微細(xì)粉末已廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥、化妝品農(nóng)藥、染料、涂料、電子及航空航天等許多領(lǐng)域�；谏锩阜ㄖ朴凸に囇芯浚\(yùn)用超微粉碎-復(fù)合酶法對生物酶法制油殘渣中膳食纖維改性處理，采用紅外光譜、X-衍射分析不同處理條件下豆渣膳食纖維的結(jié)構(gòu)變化，并通過豆渣膳食纖維持水性、持油性、膨脹性及粒度分析對其功能性進(jìn)行表征，通過低溫超微粉碎機(jī)這種簡單處理方式提高豆渣品質(zhì)，促進(jìn)生物酶法副產(chǎn)物二次利用，并填補(bǔ)該領(lǐng)域研究空缺，為豆渣的開發(fā)應(yīng)用提供技術(shù)支持。
一、材料與方法
1. 材料、儀器與設(shè)備
大豆生物酶法制油豆渣（實(shí)驗室自制）；α-淀粉酶（DA4251，酶活≥10 000 U/g）；纖維素酶（酶活≥10 000 U/g）；Lowry法測溶解度試劑盒。
S 22-2型恒溫磁力攪拌器；AL 204型分析天平；PHS-3 C雷磁pH計；WZJ-100超微粉碎機(jī)（濟(jì)南天方機(jī)械有限公司）；TDL-408臺式離心機(jī)；HH-4數(shù)顯攪拌水浴鍋；鼓風(fēng)干燥箱；S-3400 N電子掃描顯微鏡；激光粒度儀。
2. 低酶體系酶法制油豆渣膳食纖維制備
將市售大豆粉碎，過60目篩，取200 g過篩后的粉體，按料液比1︰6（g/mL）加入蒸餾水，待攪拌均勻后放入55 ℃水浴鍋內(nèi)進(jìn)行酶解，酶解條件為：酶解溫度55 ℃、酶解時間2 h、pH維持在9.0、堿性蛋白酶Protex6L（8 900 U/mL）添加量0.5%，邊攪拌邊酶解，酶解結(jié)束后，取出并用1 mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)水溶液pH 7，之后在100 ℃沸水中滅酶5 min，將滅酶后的溶液在4 500 r/min，20 min條件下離心操作，豆渣在平板鋪平后置入55 ℃鼓風(fēng)烘箱，待恒重后取出研磨即得所需酶法制油豆渣。由于豆渣中的脂肪氧化后會產(chǎn)生異味并影響提取率，因此在提取豆渣膳食纖維前按照楊夢曦等的處理方法除去脂肪。采用超微粉碎機(jī)在-4 ℃下超微粉碎酶法制油豆渣（水分≤4%），粉碎時間30 s，出料粒度分別為100，200和300目，烘干至質(zhì)量恒定。
3. 粒度測定
測定豆渣IDF的粒度大小。采用激光粒度分析儀對樣品顆粒的粒度進(jìn)行分析。進(jìn)樣器為Hydro 2000 MU（A），顆粒折射率1.460，顆粒吸收率0.1，以去離子水作為分散劑，分散劑折射率1.33，粒徑范圍0.02~2 000 μm。
4. 膨脹能力（SC）
將樣品（250 mg）稱重放入10 mL量筒（0.1 mL刻度）和5 mL蒸餾水中，加入0.02%疊氮化鈉。輕輕攪拌以消除截留的氣泡，并在室溫下放置在水平表面上過夜以使樣品沉降。測量樣品占據(jù)的體積（mL）。膨脹率（mL/g）=（膨脹后樣品體積-干樣品體積）/樣品干質(zhì)量
5. 保水能力（WRC）
將250 mg樣品及15 mL蒸餾水加入到50 mL離心管中。充分?jǐn)嚢韬笤谑覝叵路胖?span>1 h。在3 000×g離心20 min后，棄去上清液，稱殘留物質(zhì)量，并計算每克干樣品的水分質(zhì)量（g）。保水力（g/g）=（殘留物質(zhì)量-樣品干質(zhì)量）/樣品干質(zhì)量
6. 掃描電鏡觀測
將豆渣膳食纖維樣品干燥、粉碎和篩分，采用離子濺射的方法鍍金，通過掃描電子顯微鏡對制備好的樣品進(jìn)行1 000倍放大觀察、分析，得到相應(yīng)的掃描電鏡圖片。
7. 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）
將不同處理下的豆渣膳食纖維冷凍干燥后使用FTIR光譜儀測量分子結(jié)構(gòu)的變化，波數(shù)范圍400~4 000 cm-1，每個樣品掃描32次。
8. X射線衍射（XRD）
通過X-射線衍射儀分析樣品晶體結(jié)構(gòu)。設(shè)定發(fā)生器電壓40 kV，入射電流150 mA，防發(fā)散狹縫2/3，使用CuKa輻射（1 μ=0.15 nm），在衍射角5°~60°以1 π/min的掃描速度記錄數(shù)據(jù)。通過計算曲線的面積來計算X射線衍射圖上的結(jié)晶度。 Dc=Ac/（Ac+Aa）×100% 式中：Ac為結(jié)晶面積；Aa為無定形面積。
9. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析
所有試驗至少進(jìn)行3次重復(fù)，利用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA差異顯著性分析，p＜0.05為顯著性差異。
二、 結(jié)果與討論
1. 酶法制油豆渣基本成分
表為不同粉碎條件下豆渣基本成分及所占百分含量，其中，樣品A、B、C、D分別表示未處理、低溫超微粉碎處理100，200和300目的豆渣樣品。
2. 粒度分布分析
圖為不同粉碎條件下豆渣膳食纖維的粒徑分布情況。對比發(fā)現(xiàn)，低溫超微粉碎有效降低豆渣膳食纖維的粒徑分布，而未處理豆渣膳食纖維粒徑分布較廣，表明低溫粉碎處理下豆渣膳食纖維溶液體系更加穩(wěn)定。原因可能是超微粉碎的高剪切作用使豆渣膳食纖維粒徑顯著減小。另外，在低溫超微處理條件下，隨著粉碎程度的不斷增加，粒徑分布減小，但當(dāng)粉碎程度為300目時，膳食纖維粒徑反而增加。這可能是在粉碎過程產(chǎn)生的微細(xì)顆粒表面的范德華力和靜電吸引增加，促進(jìn)膳食纖維顆粒聚集。
3. 理化性質(zhì)分析
圖表示不同粉碎條件對膳食纖維持水力及膨脹性的影響。豆渣膳食纖維持水性、膨脹性隨粉碎程度的加深而增加，說明超微粉碎處理豆渣能有效改善豆渣膳食纖維的持水性、膨脹性。這可能是由于超微粉碎處理后機(jī)械作用使豆渣結(jié)構(gòu)變小且更加疏松多孔，
而豆渣比表面積也隨之增大，使其持水能力增強(qiáng)。同時，隨著豆渣的顆粒破壞程度加強(qiáng)，導(dǎo)致更多的親水基團(tuán)和部位暴露，顆粒粒徑逐漸減小，使豆渣在液體浸泡條件下徑向延展得更加充分，從而膨脹力增加。經(jīng)處理后具有更大比表面積的水溶性膳食纖維通過氫鍵或偶極形成的空間來儲存水分子，這種效果提高水溶性、保水能力和溶脹能力。
4. 紅外光譜分析
不同粉碎程度下豆渣膳食纖維的FT-IR光譜如圖所示。3 000~3 650 cm-1及2 922 cm-1范圍內(nèi)可觀測到分別由多羥基亞甲基上的O—H及C—H中的氫伸縮震動峰帶，證實(shí)有纖維素和半纖維素典型結(jié)構(gòu)的存在[17]；1 738 cm-1和1 592 cm-1附近觀察到糖醛酸和多酚中COOH及CO伸縮振動峰帶[20]；1 370 cm-1表示CH伸縮振動；1 147 cm-1和1 052 cm-1之間的顯著寬吸收帶是由脂肪族醚C—O—C和芳香族中的官能團(tuán)C—O的伸縮引起的，表明豆渣膳食纖維經(jīng)超微粉碎后分解為寡糖。通過對比發(fā)現(xiàn)，部分峰的波數(shù)和強(qiáng)度隨粉碎程度的加深而改變，這可能是由于纖維素和半纖維素的分子間氫鍵受剪切作用影響而重新分布并形成無定形及可溶性多糖引起的變化。另外，經(jīng)超微粉碎處理后豆渣膳食纖維譜帶透射率增大，表明纖維基質(zhì)中有水分吸附。
5. X-衍射分析
不同超微粉碎條件對生物酶法制油豆渣膳食纖維晶體結(jié)構(gòu)變化情況如圖所示，不同條件下豆渣膳食纖維在22°處顯示出強(qiáng)烈的2θ衍射角峰值，同時在34°處也有較弱的2θ衍射角峰值，其中主衍射峰2θ在22°左右處，說明豆渣膳食纖維的結(jié)晶區(qū)域存在且晶體結(jié)構(gòu)為纖維素Ⅰ型，并為結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)兩相共存的狀態(tài)。隨著粉碎程度的不斷加大，X-衍射峰的位置不變，然而衍射峰的強(qiáng)度隨粉碎程度的減小而減小且衍射峰寬增加。說明低溫超微粉碎使部分結(jié)晶區(qū)遭到破壞，隨著粉碎程度的加深，晶體結(jié)構(gòu)的破壞程度加大，通過結(jié)晶強(qiáng)度的變化也能證實(shí)晶體結(jié)構(gòu)的這種變化。另外，未處理豆渣膳食纖維結(jié)晶度指數(shù)35.2%在粉碎200目下降到26.1%，在粉碎300目顯著降低到21.5%。說明豆渣膳食纖維的結(jié)晶度指數(shù)（%）隨粉碎程度的加深而顯著下降（p＜0.05）。結(jié)果表明，膳食纖維的結(jié)晶區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)在高速剪切作用下，較大晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成小晶體，豆渣中纖維素結(jié)晶區(qū)的有序結(jié)構(gòu)受低溫超微粉碎影響部分結(jié)晶區(qū)域晶體結(jié)構(gòu)改變。高濕介質(zhì)研磨能降低
多糖的結(jié)晶度，證明物理改性未改變纖維多糖的晶體結(jié)構(gòu)，但其結(jié)晶區(qū)域在一定程度有所破壞，這與試驗結(jié)果變化趨勢一致。
6. 掃描電鏡顯微觀測
由圖可觀測豆渣膳食纖維處理前后結(jié)構(gòu)變化顯著，未處理樣品表面光滑，結(jié)構(gòu)致密，微粒多塊狀，表面孔隙較少；處理后的樣品粒徑減小，比表面積顯著增大，表面棱角明顯，形成較多群落，顆粒間黏性顯著降低，結(jié)構(gòu)疏松，棱角分明。這說明超微粉碎聯(lián)合復(fù)合酶解改性處理酶法制油殘渣能明顯改善豆渣中膳食纖維微觀結(jié)構(gòu)，大分子纖維斷裂，并提高膳食纖維的功能特性。這些變化與處理后豆渣膳食纖維持水力﹑膨脹力的變化情況相符。
http://www.www.riggosuavethestagegod.com
三、 結(jié)論
試驗以生物酶法（酶制劑含量≤0.5%）制油殘渣為原料，采用低溫超微粉碎機(jī)的技術(shù)處理豆渣，通過X-衍射分析發(fā)現(xiàn)豆渣膳食纖維結(jié)晶區(qū)存在且為纖維素Ⅰ型，結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)是兩相共存的狀態(tài)；紅外光譜分析證實(shí)有纖維素和半纖維素典型結(jié)構(gòu)的存在，譜帶伸縮振動表明豆渣膳食纖維經(jīng)超微粉碎后分解為寡糖；超微粉碎200目下豆渣膳食纖維持水性、膨脹性最佳，分別為1 520%，18.3 mL/g；通過掃描電鏡觀測發(fā)現(xiàn)低溫超微粉碎能明顯改善豆渣中膳食纖維微觀結(jié)構(gòu)。
