超微粉碎对青稞麸皮粉微观结构及功能特性的影响

赵萌萌，党 斌,2，张文刚,2，张 杰,2，杨希娟,2

超微粉碎对青稞麸皮粉微观结构及功能特性的影响

赵萌萌1，党 斌1,2，张文刚1,2，张 杰1,2，杨希娟1,2※

（1. 青海大学农林科学院，西宁 810016； 2. 青海省青藏高原农产品加工重点实验室，青海省农林科学院，西宁 810016）

为研究超微粉碎对青稞麸皮表观结构及物化特性的影响，探究青稞麸皮超微粉作为食品辅料的可行性。该研究以青稞麸皮为原料，通过气流超微粉碎处理得到青稞麸皮微粉，并比较青稞麸皮粗粉与微粉的微观结构及功能特性。结果表明，青稞麸皮粗粉经超微粉碎20、40 min后获得了平均粒径为72.52和22.69m的粉体。随着粉体粒径的减小，粉体更加细腻，分布更均匀，色泽更白亮；且对青稞麸皮的营养成分有较好的保留；但超微粉碎并未对粉体的微观结构产生较大影响。与青稞麸皮粗粉相比，2种微粉的休止角与滑角均变大；水溶性增加，持水力和持油力减小，膨胀力和振实密度、堆积密度显著降低（<0.05）；对阳离子交换能力减小，但胆酸盐的吸附能力增强；显著(<0.05)增加了青稞麸皮微粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值，降低了其回生值；青稞麸皮微粉（平均粒径72.52m）的膨胀力、持水力、持油力、阳离子交换能力、胆酸盐吸附能力均优于微粉（平均粒径22.69m）。研究为青稞麸皮的深加工利用提供一定的理论依据。

粒径；超微粉碎；青稞麸皮；微观结构；功能特性

0 引 言

青稞是藏区农牧民赖以生存的主要口粮，在藏区的种植面积大，年产量约100 万t，占青藏高原地区粮食作物面积的60%以上及粮食总产量的58%～60%[1-2]。因其生长环境的特殊性，青稞具有高蛋白质、高可溶性纤维、高维生素和低脂肪、低糖，营养构成全面独特，具有较高的营养和食疗价值[3]。随着对青稞营养保健化学成分的深入研究，青稞的健康价值被不断挖据。继而促进了青稞健康产业的发展，提升了青稞的加工利用，出现了越来越多以青稞为原料的加工食品。但由于青稞籽粒硬度大，口感粗糙，因此其作为食品原料时通常需要通过磨粉工艺去除青稞麸皮，青稞麸皮的年产量约2万t。

青稞麸皮是青稞粉碎加工过程中的主要副产物，其具有丰富的膳食纤维、蛋白质、矿物质和维生素等营养物质而受到人们的重视[4]。但因青稞麸皮感官不良，口感粗糙，不易消化等限制了其在食品中的加工应用，而大多用作动物饲料[5]。只有少部分作为高膳食纤维食品的加工，如焙烤食品[6]。

超微粉碎技术是近年来高科技食品加工利用技术，其具有加工速度快、产品粒径细且分布均匀，可改善物料的物理化学特性等优点[7-8]。该技术现已广泛用于米糠[9]、豆渣[10]、桑叶[11]、苦荞麸[12]、小麦麸[13-14]等富含纤维等原料的加工。但在青稞麸皮上的应用至今还未见研究报道。本研究采用超微粉碎技术制备不同粒度的青稞麸皮超微粉体，并研究超微粉碎技术对其粉体的表观结构、理化特性、功能性质的影响，为青稞麸皮产品开发提供理论依据，同时也拓展超微粉碎技术在粮食加工领域应用，以期提高青稞麸皮的加工利用率和附加值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青稞麸皮：由青海新绿康食品有限公司提供。青稞麸皮粗粉的含水率为11.81%、总膳食纤维质量分数为36.59%、粗脂肪质量分数为5.66%、总淀粉质量分数为21.25%、粗蛋白质量分数为13.09%、-葡聚糖质量分数为4.31%、灰分质量分数为0.59%。置于−18 ℃冰箱中贮存，备用。

粉体制备：参考文献[12]并根据预试验稍作修改。粗粉：用万能粉碎机对青稞麸皮进行粗粉碎，过60目筛后得到青稞麸皮粗粉。微粉：将青稞麸皮粗粉放入超微粉碎机中，不添加任何试剂，对其进行干法粉碎20和40 min得到微粉A、微粉B。

大豆油：（市售）；氯化钠、氢氧化钠、糠醛、乙醇、丙酮、重铬酸钾、硅藻土、MES-TRIS缓冲液：（分析纯），天津市津北精细化工有限公司；牛磺胆酸盐、甘氨胆酸盐，上海源叶生物科技有限公司；-葡聚糖含量检测试剂盒、TOTAL STARCH试剂盒，爱尔兰Megazyme公司；耐高温-淀粉酶（4.0×104U/g）、蛋白酶（5.0×104U/g）、淀粉葡糖苷酶（1.0×105U/g），江苏瑞阳生物科技有限公司。

1.2 主要仪器与设备

HK-04A万能粉碎机，广州市旭朗机械设备有限公司；气流式超微粉碎机，祐麒机械有限公司；S-3400N 扫描电子显微镜，日本HITACHI公司；X'Pert PRO X-射线衍射仪，荷兰帕纳科公司；Bettersize Nicolet 6700红外光谱仪，美国Thermo Fisher Scientific 公司；STA 449 F3型TG-DSC同步热分析仪，德国耐驰仪器制造有限公司；SHZ-D(Ⅲ）ABS型真空抽滤装置，上海力辰仪器科技有限公司；SRJX -4-9马弗炉，上海沪粤明科学仪器有限公司；WSC-S测色色差计，上海精科仪器有限公司；AL204电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；HH-4数显恒温水浴锅，国华电器有限公司；101A-2ET电热鼓风干燥箱，上海实验仪器厂有限公司；Microtrac S3500激光粒度仪，美国麦奇克公司。

1.3 试验方法

1.3.1 青稞麸皮粉营养成分及色度

1）麸皮主要营养成分

含水率测定：直接干燥法，参照GB5009.3-2010《食品中水分的测定》；脂肪含量的测定：索氏抽提法，参照GB/T5009.6-2003《食品中脂肪的测定》；总膳食纤维含量测定：参照GB 5009.88－2014；灰分含量的测定：高温灼烧法，参照GB5009.4-2010《食品中灰分的测定》；总淀粉含量的测定：采用TOTAL STARCH试剂盒（Megazyme，Ireland）测定；-葡聚糖含量的测定：MIXED-LINKAGEBETA-GLUCAN试剂盒（ZS21-K- BGLU，Ireland）测定；粗蛋白含量测定：半微量凯氏法，参照GB2905-82《谷类、豆类作物种子粗蛋白质测定法》。

2）色度

采用WSC-S自动型测色色差计进行检测，同一样品测定3次取平均值。以仪器白板为标准，测量青稞麸皮粉的亮度指数*值以及彩色指数*、*值，色差∆=((∆*)2+(∆*)2+(∆*)2)0.5。

1.3.2 青稞麸皮粉的粒度分析及结构表征

1）粒径的测定参考文献[14]的方法进行。表示有%的颗粒粒径小于该数值。

2）电子显微形态观察参考文献[14]的方法并稍作改动，取适量青稞麸皮粉样品置于样品台上，在真空喷镀仪内使样品喷金导电，之后在扫描电子显微镜上观察样品表观结构，电压15 kV，放大一定的倍数直至看清样品表观形态为止。

3）热分析准确称取3 mg样品和6 mg去离子水放置铝制坩埚中，加盖密封。在SDT-Q500同步热分析仪上进行热分析。采用热重（Thermal Gravimetric Analyzer，TG）法和差示扫描量热（Differential Scanning Calorimetry，DSC）法测定样品的热力学性质，试验在充N2的条件下进行，升温速率为10 ℃/min，测定范围为22至600 ℃[15-16]。

4）傅里叶变换红外光谱扫描参考曹龙奎等[17]的方法测定。

5）X射线衍射参考曹龙奎等[17]的方法进行测定。

1.3.3 青稞麸皮粉的粉体特性分析

1）休止角与滑角的测定均参考易甜等[18]的方法。

2）膨胀力的测定参考文献[19]的方法。

3）堆积密度与振实密度的测定[20-21]:在干燥的10 mL量筒中准确称取1.0 g样品，读取量筒读数，粉体质量与体积比值即为青稞麸皮的堆积密度。每个样品平行测定3次。

4）水溶性的测定参考文献[12]的方法。

1.3.4 青稞麸皮粉的功能特性分析

1）持水力和持油力2种特性的测定均参照文献[10]的方法进行测定。

2）黏度特性的测定根据Clement等[22]方法并略作改动。按照样品的含水率，根据水分校正公式，将一定量的样品和蒸馏水在专用的铝盒中混合，充分搅拌后，置于分析仪内。按照RVA-TCW3快速黏度分析仪的使用说明操作，根据GB/T24853-2010快速黏度分析仪法测定样品的黏度性质。

3）青稞麸皮粉对阳离子吸附能力测定参考郑慧[23]的方法并稍作改动，称取0.5 g不同粒径青稞麸皮样品分别置于150 mL干燥的锥形三角瓶中，加入100 mL 质量分数5%NaCl溶液，磁力搅拌5 min后用pH计测定溶液的pH值。再分别加入0.1 mL 0.01 mol/L NaOH，磁力搅拌5 min后测定各溶液的pH值，直到NaOH体积总量加到1.0 mL。用折线图表示NaOH体积NaOH与pH值的变化趋势。

4）青稞麸皮粉对胆酸盐的吸附

按照任顺成等[24]的方法并稍作修改，经试验数据绘制的胆酸盐（牛磺胆酸钠和甘氨胆酸钠）标准曲线方程分别是：牛磺胆酸钠：1=0.721+0.052，决定系数2=0.998 7；甘氨胆酸钠：2=0.8062+0.069 9，决定系数2=0.999 1。其中，为吸光度，为胆酸钠质量浓度（mg/mL）。

称取3种不同粒径的青稞麸皮粉0.5 g分别置于150 mL干燥的锥形三角瓶中，加入50 mL含0.1 g胆酸钠的0.15 mol/L NaCl溶液中，磁力搅拌使其完全分散后放置在37 ℃恒温振荡器中，调节pH值为6.0，中速振荡2 h，取出后离心，3 000 r/min离心10 min。准确吸取上清液1.0 mL，按标准曲线的绘制方法测定其中的胆酸钠含量，计算麸皮对胆酸钠的吸附量。

胆酸钠的吸附量（mg/g）=(2–2)×50/1

式中2为振摇前溶液中胆酸钠的质量浓度，mg/mL；2为振摇后溶液中胆酸钠的质量浓度，mg/mL；1为青稞麸皮粉用量，g。

1.4 数据处理与分析

数据处理均采用SPSS 18.0数据分析软件，使用最小显著差异法（LSD），进行差异显著性分析（<0.05）。采用 Excel软件进行绘图。所有样品均做3次重复试验，最终结果以平均值显示。

2 结果与分析

2.1 青稞麸皮粉营养成分

青稞麸皮是青稞面粉加工过程中的主要副产物，其仍含有丰富的营养成分。从表1可以看出，与青稞粗粉相比，青稞微粉A和B的营养成分呈现不同的变化规律。随着粒径的减小，粉体的脂肪含量逐渐增加，相较粗粉，微粉A、B分别增加了12.72%、23.85%，这可能是由于粉体粒径变小，有利于脂肪的溶出从而增加了粉体的脂肪含量。总膳食纤维、粗蛋白含量与粗粉相比均出现显著下降（<0.05），可能是由于粉体过筛过程中导致部分营养成分损失所致。其余成分含量均无显著变化（>0.05）。说明超微粉碎对青稞麸皮的营养成分有较好的保留，且发现青稞麸皮均含有丰富的淀粉、蛋白、膳食纤维、脂肪和-葡聚糖等营养成分，此外还含有少量的灰分。较高的淀粉、蛋白、膳食纤维及-葡聚糖含量为青稞麸皮加工成各类杂粮食品提供了可能。因此可将其作为开发杂粮食品的原材料。

表1 青稞麸皮粉的主要营养成分

注：不同小写字母表示同一指标数据差异显著（<0.05），下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant differences in the same indicator data (<0.05), the same as below.

2.2 青稞麸皮粉的粒度分布及结构表征

2.2.1 粒度及分布

粒径大小（10、50、90）是衡量超微粉碎效果的直接指标[25]。青稞麸皮粗粉和不同粉碎时间的青稞麸皮超微粉的粒径测定结果见表2。

表2 青稞麸皮粉的粒径分布

由表2中数据可以看出，经不同时间超微粉碎后的青稞麸皮粉粒径显著小于粗粉（<0.05），且随着粉碎时间的增加，青稞麸皮粉平均粒径逐渐减小。青稞麸皮粗粉在50水平上粒径是335.94m，微粉A、B在50水平上其粒径分别是72.52、22.69m。说明超微粉碎可以改变青稞麸皮粉的粒径，使粉体更加细腻均匀。

2.2.2 电子显微形态观察

青稞麸皮粗粉与微粉的扫描电镜形态如图1所示，将青稞麸皮粗粉与微粉在同等倍数（2 000倍）下放大，由图1可知，青稞麸皮粗粉（图1a）表现出紧密包裹的束状空间完整结构，经过超微粉碎后，青稞麸皮的束状网状结构消失，包裹在其中的淀粉及其他球状颗粒暴露出来，并且遭到超微粉碎的作用力呈现出不完整的碎片状，同时随着粉体粒径的减小，粉碎的小颗粒团聚粘附在保留的部分大颗粒表面（图1b、图1c）。已有研究报道超微粉碎会导致粉体颗粒的裸露、破碎、团聚，有效改变粉体的表面架构，进而影响其粉体的物理化学性质[26-27]。

图1 青稞麸皮粉的电镜扫描图（×2000倍）

2.2.3 热分析

青稞麸皮粉的热分解曲线如图2，由图2a TG曲线可知，3种不同粒径的青稞麸皮粉在30～280 ℃范围内热稳定性好，超过280 ℃开始发生热降解，说明3种青稞麸皮粉具有较好的热稳定性和相变特性。但不同粒度青稞麸皮的最大降解质量损失率和温度范围略有差异。其中青稞麸皮粗粉从281.6 ℃开始热解，到327.4 ℃结束，降解过程中质量损失达到50.47%,微粉A最大降解质量损失（53.74%）的温度范围为282.3～324.4 ℃，微粉B最大降解质量损失（57.41%）的温度范围为280.4～323.4 ℃。说明青稞麸皮粉的粒径越小，其受热分解的损失越多，热稳定性降低。

由图2b DSC曲线可知，3种不同粒度的青稞麸皮粉的起始放热温度和终止温度均变化不大，粉体的吸热峰值温度在106.3～109.8 ℃之间，此峰值温度间接反映了青稞麸皮粉体的淀粉糊化温度，其中青稞麸皮微粉A的吸热峰值温度最高为109.8 ℃。此外，粉体放热的起始温度与其质量热损失温度极为接近，但是吸热面积和放热面积存在显著差异（<0.05）。其中微粉B的吸热面积和放热面积均最大，分别为326、32.95 J/g，微粉A的吸热面积最小（173 J/g），粗粉的放热面积最小（23.89 J/g）。另外，微粉A在440 ℃后曲线呈现上升趋势，这可能是由于物料内部结构水脱水或吸热造成某些成分分解导致[18]。吸热或放热面积越大，说明其吸收热量或放出热量越多，在粉体含水率基本一致的条件下，说明微粉粒径越小，粉体更容易受热分解，热稳定性降低[18]。此结果与TG曲线分析结果一致。

图2 青稞麸皮粉的热分析

2.2.4 傅里叶变换红外光谱分析

红外光谱可表征粉体颗粒的分子特征，通过图谱可检测是否有新的基团生成[16]，而这些基团的存在与粉体的特性有密切关系。3种不同粒度的青稞麸皮粉的傅里叶变换红外光谱如图3所示。

图3 青稞麸皮粉的红外光谱扫描

青稞麸皮经过超微粉碎后，其红外扫描光谱图形状及峰的位置与粗粉相近，说明青稞麸皮经过超微粉碎后，其主要成分的官能团结构基本未见发生变化。3种不同粒度的青稞麸皮粉在3 385.47 cm-1处均出现一个较为圆滑的吸收峰是O-H羟基的伸缩振动产生的[16]，说明青稞麸皮中可能有较多的羟基以及结合水分子的存在[28-29]。在2 928.23 cm-1处出现一个吸收峰，此为多糖中-CH2或-CH3上C-H的伸缩振动[16]；在1 656.27 cm-1处有一个较大的吸收峰，此为H2O表征出的吸收峰，随样品中存在的水分含量不同而呈现无规律变化[30]。在1 537.54 cm-1左右处出现了仲酰胺基的酰胺Ⅱ吸收带，说明青稞麸皮中含有少量蛋白质[29]；1 419.45 cm-1处的吸收峰是O-H的变形振动引起[30]。1 381.60 cm-1处为羧酸的C-O伸缩振动，在1 200～1 350 cm-1吸收峰是由C-H的变角振动引起的，这些区域的吸收峰是糖类特征吸收峰[28]，1 000～1 200 cm-1是糖类C-O的收缩振动，其中1 156.54 cm-1是半纤维素和纤维素C-O-C伸缩振动所致[28]。1 022.86～1 080.51 cm-1处较宽的吸收峰是半纤维素糖环中C-O-C的特征吸收峰[31]；另外，1 242.67 cm-1处附近可能存在来自脂类的羰基、苯环、乙酰基的伸缩振动，这些结果均表明青稞麸皮具有纤维素类多糖的特征吸收峰，此外还含有蛋白质、脂类等成分[10]。与青稞麸皮粗粉相比，青稞麸皮微粉A和B的傅立叶红外图谱中特征吸收峰的强度大小发生了变化，可能是由于超微粉碎后青稞麸皮微粉中部分基团暴露、破坏或样品颗粒大小不同引起散射强度变化的结果[32]。

2.2.5 X射线衍射

X射线衍射（XRD，X-ray diffraction）可表征青稞麸皮粉纤维素晶体结构的变化[32]。如图4所示，3种青稞麸皮粉衍射峰的位置没有明显变化，但是强度发生了变化，随着粉体粒径的减小，其衍射峰的强度增强。3种青稞麸皮粉在衍射角2为16°、18.8°、22.9°处有较明显的结晶衍射峰，同时在20.18°和34.05°处有较弱的衍射峰，这些峰均表明青稞麸皮粉具有纤维素I型的X射线衍射曲线特征[28]，其中青稞麸皮微粉B在衍射角22.9°处的衍射峰明显变得平缓，这可能是由于超微粉的机械化破坏了青稞麸皮中的纤维晶体的有序化程度、晶体尺寸和结构[18]，破坏了青稞麸皮的表面结构。

图4 青稞麸皮粉的X射线衍射图像

2.3 青稞麸皮粉的粉体特性分析

2.3.1 休止角和滑角

坝址区各岩性承载力及开挖边坡地质值建议如下：变质二长花岗岩强风化层0.6～0.8 MPa，弱风化层 2.0～2.5 MPa，黑云角闪斜长片麻岩强风化层0.4～0.6 MPa，弱风化层 1.8～2.0 MPa。开挖边坡地质建议值：基岩1∶0.3～1∶0.5。

休止角和滑角是评价粉体流动性的重要指标[26]。休止角和滑角越小，流动性越好，其中休止角小于30°时，流动性较好，休止角大于45°时，流动性差[17]。如图5所示，青稞麸皮粗粉（21.5°）、微粉A（27.5°）和B（31.5°）的休止角均小于45°，且小于相同粒径苦荞麸皮超微粉[12]的休止角（52.38°）、滑角（51.04°）及超微香菇粉[26]的休止角（44.15°）、滑角（35.75°），说明本试验制备的3种青稞麸皮粉具有较好的流动性。随着青稞麸皮平均粒径的减小，其休止角和滑角显著增大（<0.05），微粉A的流动性优于微粉B，表明超微粉碎会降低青稞麸皮的流动性，粉碎粒度大小影响青稞麸皮粉的流动性。

2.3.2 膨胀力

膨胀力是表示粉体与水结合能力大小的重要参数，膨胀力越大，说明粉体悬浮于水中的稳定性越好[33-34]。粗粉、微粉A、微粉B的膨胀力分别为83.86%、50.58%、27.50%，随着青稞麸皮粒径的减小，粉体的膨胀力显著降低（<0.05），由粗粉的83.86%减小到微粉B的27.50%。青稞麸皮中含有大量的淀粉、蛋白和纤维，经过超微粉碎后的青稞麸皮中大分子长链减少，短链增加，使得其束缚水分的能力减小，进而膨胀力也随之减小[22]。此结果与现有研究报道的超微粉碎降低了苦荞麸皮[12]、米糠[35]的结果一致。

注：不同小写字母表示同一指标数据差异显著（P<0.05），下同。

2.3.3 堆积密度和振实密度

堆积密度和振实密度是反映粉体填充性的指标之一，密度越大，对粉末的填充越有利[19]。如图6所示，经过超微粉碎处理的青稞麸皮微粉A和B的堆积密度和振实密度跟粗粉相比显著下降（<0.05）。堆积密度由粗粉的0.46 g/mL下降为微粉B的0.28 g/mL，振实密度由粗粉的0.53 g/mL下降为微粉B的0.40 g/mL。说明微粉不易压缩，其疏松性、填充性和成形性相对较差。因此微粉在后续加工过程中，应适当加入抗结剂进行改善。此结果不同于李状等[36]通过超微粉碎制备毛竹笋微粉的报道，可能是由于样品及微粉化方式及程度的不同所致。

图6 青稞麸皮粉的堆积密度和振实密度

2.3.4 水溶性

2.4 青稞麸皮粉的功能特性分析

2.4.1 持水力与持油力

麸皮的持水力对于增加人体排便速度具有很好的效果，且可以减少痔疮和肠道癌的发病几率[18]。麸皮还能够吸附油脂从而减少人体的油脂吸收量，对减肥和降低人体胆固醇有特殊功效。因此麸皮的持水力、持油力是衡量麸皮品质的重要指标[13]。粗粉、微粉A、微粉B的持水力和持油力分别为4.31%和2.27%，3.85%和2.07%，3.64%和1.93%，随着青稞麸皮粉粒径的减小，持水力和持油力呈现不断下降趋势，相较粗粉，微粉B持水力和持油力分别下降了15.55%和14.98%。这可能由于超微粉碎的作用力破坏了青稞麸皮中的细胞结构，细胞破损比例增加，使其对水分和油脂的束缚变小，导致粉体的持水力和持油力下降。但本试验制备的青稞微粉A和B仍保持一定的持水和持油的能力，持水力和持油力分别为3.85%和2.07%、3.64%和1.93%，高于超微粉碎小麦麸皮的持水力（1.07%）和持油力（1.21%），且微粉A的持水力和持油力显著高于微粉B（<0.05），表明青稞麸皮超微粉依然具有高持水力和高持油力，粉碎颗粒大小对青稞麸皮的持水力和持油力有显著影响。

2.4.2 黏度特性

黏度特性是反映粉体中淀粉品质的重要指标，青稞麸皮粉中含有大量的淀粉，因此测定粉体黏度特性可以更好的评估其在面制品中的应用。由表3可知，随粉碎粒度减小，青稞麸皮超微粉的峰值黏度、谷值黏度和最终黏度显著增加（<0.05），相对粗粉，微粉A的3个黏度值分别增加了1 445.5、937、720.5 mPa/s，微粉B的3个黏度值分别增加了2 169.5，1 576，1 175.5 mPa/s。这说明青稞麸皮经超微粉碎后其结合水的能力增强。糊化温度是表征淀粉糊化难易程度的指标，青稞麸皮经超微粉碎后其糊化温度降低，微粉A、B相对粗粉分别减小了12.7 ℃，说明超微粉碎后青稞麸皮粉相对容易糊化。由此可知，超微粉碎青稞麸皮粉的峰值黏度较高，且达到峰值黏度的温度较低，这在食品加工中具有一定的优越性。

青稞麸皮微粉A和B的崩解值较粗粉分别增加了508.5、594 mPa/s，这说明超微粉碎青稞麸皮粉的热糊稳定性较差，在加工中不宜长时间搅拌、粉碎等机械处理，但较适宜加工黏度较高的食品，这与杜亚军等[37]的研究结果一致。青稞麸皮粉的回生值很低，呈现负值，不易老化。经超微粉碎后其回生值明显降低，相对粗粉分别显著减少了217.5、401.5 mPa/s，这说明超微粉碎处理后青稞麸皮粉的抗老化能力大幅度提高[38]。因此，青稞麸皮超微粉可以用于主食面制品中来改善产品的老化程度。

表3 青稞麸皮粉的黏度特性

2.4.3 色度

食品的色度是影响食品感官质量的一个重要因素。青稞麸皮色度的参数如表4所示。随着青稞麸皮粉体粒径的减小，粉体的色泽亮度值和总色差显著增高（<0.05），分别提高了14.71%和13.71%。肉眼观察粉体色泽可见从粗粉的黄棕色变为微粉B的米白色。经超微粉碎后青稞麸皮粉的色泽明显增亮。

表4 青稞麸皮粉的色度

注：*为亮度；*为红色深度；*为黄色深度；∆为色差。

Note:* is lightness;* is red depth;* is yellow depth; ∆is color difference.

2.4.4 阳离子交换能力

粉体可与人肠胃道中的阳离子Na+、K＋进行交换，降低血液中的Na+/K＋比值，起到降血压作用[37]。另一方面粉体中膳食纤维的羧基、羟基的侧链基团可结合阳离子，改变阳离子在消化道的瞬间浓度，在消化道产生更好的缓冲性环境，有利消化吸收[11]。从图7可以看出，青稞麸皮粗粉和微粉A、B都具有一定的阳离子交换能力，3种青稞麸皮微粉对阳离子交换能力大小有差异。一般来说，pH值越大，阳离子交换能力越小[13]，因此青稞麸皮经超微粉碎后阳离子交换能力有所降低，微粉A的阳离子交换能力强于微粉B，此结果与任顺成等[24]报道的小麦麸皮微粉的结果一致。这可能是由于不同粒径青稞麸皮粉结构中包含一些羧基和羟基侧链基团，以及暴露在外的侧链基团少导致。

2.4.5 胆酸盐吸附能力

食物中的膳食纤维可通过吸附胆酸盐来降低体内胆汁酸的浓度，能够促进体内胆固醇的分解及代谢，从而降低体内胆固醇的含量[24]。由图8可知，青稞麸皮粗粉和微粉A、B对胆酸盐均具有一定的吸附能力，且对牛磺胆酸钠和甘氨胆酸钠的吸附量均随着粒径的减小呈现先增加后减小的趋势，但是微粉A和B的胆酸盐吸附量均显著高于青稞麸皮粗粉（<0.05）。说明超微粉碎技术提高了青稞麸皮粉的胆酸盐吸附量，这可能是由于超微粉碎减小了青稞麸皮粉的粒径，导致麸皮粉的比表面积增加，增大了溶液与胆酸盐的接触面，从而增大了其对胆酸盐的吸附量；其中青稞麸皮微粉A的胆酸盐吸附能力强于微粉B，此结果与青稞麸皮微粉的阳离子交换能力结果一致。因此并不是粉体粒径越小越好，合适的粉碎粒径更有利于提高青稞麸皮粉的胆酸钠吸附量。

图7 青稞麸皮粉的阳离子交换能力

图8 青稞麸皮粉的胆酸盐吸附量

3 结 论

1）与青稞麸皮粗粉（平均粒径335.94m）相比，超微粉碎制备的青稞麸皮微粉粒径小（微粉A和B的平均粒径72.52、22.69m），粉体均匀，色泽较白，较好改善了青稞麸皮本身粒径大，颜色偏黄较暗的缺点。且对青稞麸皮的营养成分有较好的保留。超微粉碎技术对青稞麸皮微粉的基本结构影响不大，青稞麸皮微粉的基本结构未发生显著变化，只是结构表征中峰的强度发生了部分变化。

2）超微粉碎后的青稞麸皮微粉的休止角和滑角显著增加（<0.05），水溶性增加，胆酸盐吸附量提高；粉体的膨胀力减小、堆积密度和振实密度均减小，表明青稞麸皮微粉易受外力影响，但是其仍具有较好的流动性；超微粉碎显著降低了青稞麸皮粉的持水力、持油力及其对阳离子的交换能力（<0.05），显著增加了其粉体的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度崩解值，显著降低了其回生值（<0.05），使其粉体的结合水能力和抗老化能力增强，具有更好的加工优越性和生理活性。此外，青稞麸皮微粉A（平均粒径72.52m）的膨胀力、持水力、持油力、阳离子交换能力、胆酸盐吸附能力均优于微粉B，因此其具有更好的应用价值。超微粉碎技术显著影响了青稞麸皮粉的粉体特性和功能特性（<0.05）。

3）综上可见，超微粉碎技术可明显改善青稞麸皮的感官性能、加工与功能特性，其在青稞麸皮的加工改性中具有较强的可行性，同时青稞麸皮微粉可作为潜在的食品原辅料，具有广泛的开发应用前景。

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Effects of ultrafine crushing on microstructure and functional properties of highland barley bran powder

Zhao Mengmeng1, Dang Bin1,2, Zhang Wengang1,2, Zhang Jie1,2, Yang Xijuan1,2※

(1.,,810016,; 2.,810016,)

Superfine grinding is one of the effective techniques to change the microstructure and physicochemical properties of materials. In this study, the highland barley bran was selected as a raw material to prepare micropowder A and B, and then their microstructure and physicochemical properties were investigated to evaluate the processing feasibility of ultrafine powders for food supplements. Experimental methods, including laser particle size instrument (LPA), scanning electron microscope (SEM), thermogravimetric analysis (TG), differential scanning calorimetry (DSC), fourier transform infrared spectrometer (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and rapid viscosity analyzer (RVA), were adopted to characterize the morphology and physicochemical properties of ground powders after superfine grinding. Moreover, many functional indexes were also evaluated during materials characterization, including chroma, resting angle, sliding angle, swelling force, packing density, compaction density, water solubility, water/oil holding capacity, cation adsorption capacity and the cholic acid adsorption capacity. Results show that the particle size of obtained bran powders gradually decrease, and powder textures are refined than before. The average particle size of coarse powders, micropowder A and B are 335.94m, 72.52m and 22.69m, respectively. The maximum mass loss rates and temperature range of three types of barleybran powders indicate a slight difference in TG analysis. As the particle size decreases, the barley bran powders are more sensitive to thermal decomposition, while the thermal stability gradually decreases. FTIR confirmed that there was no new absorption peaks, and only relatively small changes in the intensity of the absorption peaks from two types of micropowders, when compared to the coarse highland barley bran powder. There was no position changes of main characteristic peaks, indicating that no chemical reaction occur in micropowder A and B. In XRD patterns, the diffraction peaks of 2at 16° and 18.8° show that the remained starch in the highland barley bran is A type crystalline, and the diffraction peaks of 2at20.18°, 34.05°, 22.9°, and 18.8° are ascribed to the cellulose type I starch. The peak characteristics weaken with the decrease of particle size, as well the width of half peaks and the intensity of peaks in the diffraction patterns. Furthermore, there are also some changes in the enthalpies and peak temperatures of different powders after superfine grinding treatment, indicating that the enthalpies of coarse powder, micropowder A and B increase from 23.89 J/g to 32.95 J/g. Gelatinization temperatures of slightly ground highland barley bran increase, whereas the initial temperature, peak temperature and the final temperature have a significant impact on the thermodynamic properties of the fine-powdered highland barley bran. As the grain size of highland barley bran decreases, the viscosity of obtained powders increases, including peak viscosity, valley viscosity, final viscosity and disintegration value. Superfine grinding treatment can reduce the regrowth value of highland barley bran. With the decrease of the grain size, the resting angle, sliding angle, adsorption water and oil holding capacity, expansion force, vibration density, accumulation density and cation exchange capacity of the fine powders also significantly reduce, indicating that superfine grinding can change the microstructure and physicochemical properties of residual starch in highland barley bran. This study can provide a theoretical basis and technical support to improve the full utilization of highland barley bran, and thereby to transfer micronized highland barley bran powders to serve as the food supplemental materials.

particle size; ultrafine crushing; highland barley bran; microstructure; functional properties

赵萌萌，党斌，张文刚，等. 超微粉碎对青稞麸皮粉微观结构及功能特性的影响[J]. 农业工程学报，2020，36(8)：278-286.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.08.034 http://www.tcsae.org

Zhao Mengmeng, Dang Bin, Zhang Wengang, et al.Effects of ultrafine crushing on microstructure and functional properties of highland barley bran powder[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(8): 378-286. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.08.034 http://www.tcsae.org

2020-01-16

2020-04-01

国家自然科学基金（31960454）；青海省青藏高原农产品加工重点实验室建设项目（2020-ZJ-Y14）。

赵萌萌，女，主要从事农产品精深加工理论与技术研究。Email：1364663893@qq.com。

杨希娟，女，研究员，主要从事农产品精深加工理论与技术。Email：156044169@qq.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.08.034

TS210.1

A

1002-6819(2020)-08-0278-09