高压均质对小米糠不溶性膳食纤维及其水纤维分散体结构性质的影响

徐 婵, 裴 华, 王 安, 陆兆新, 赵海珍

(1. 南京农业大学食品科学与技术学院, 江苏 南京 210095;2. 绿城农科检测技术有限公司, 浙江 杭州 310052)

近年来, 膳食纤维(dietary fiber, DF) 作为第七大营养素, 具有丰富的营养价值并对一些慢性疾病的预防和治疗有重要意义[1]. DF 按照溶解性分为可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber, SDF) 和不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber, IDF), 其中SDF 的主要功能是预防心血管疾病、降低血脂等, 而IDF 主要促进人体内的废物快速通过肠道, 减少有害物质的吸收[2].小米糠是小米的副产物, 主要由种皮、糊粉层、果皮、胚和淀粉质胚乳组成. 目前, 小米糠多被用作动物饲料或直接丢弃, 利用率低, 存在巨大的资源浪费. 小米糠中富含纤维素、半纤维素及木质素等, 是DF 较好的来源之一. 为了提高小米糠的利用率, 杨多等[3]采用发酵法对小米糠进行处理, 发现发酵法可以显著提高小米糠SDF 的得率和纯度, 同时小米糠IDF 的得率和纯度也很高, 但颗粒度相对较大, 在食品加工中的使用场景受限. 为了进一步拓宽IDF 的开发利用, 其改性研究受到了普遍关注.

IDF 的改性方式主要有生物法、化学法及物理法, 其中物理法工艺简单、效果显著, 同时能够最大限度保留IDF 的生物活性[4]. 高压均质(high-pressure homogenization, HPH) 是一种常见的物理改性方法, 该方法通过高压使悬浊液状态的物料高速通过均质腔, 物料在高速剪切、高频震荡、对流撞击等机械力的作用下粉碎细化, 高压均质技术已经在食品、化妆品领域得到了广泛应用[5]. 丁莎莎等[6]对油橄榄果渣IDF 进行高压均质改性, 发现改性后的IDF 结构疏松、平均粒径减小, 与未处理的IDF 相比, 其持水力、膨胀力及持油力都明显提升, 具有更好的理化性质和生理功能. Yin 等[7]对大豆IDF 进行高压均质改性, 改性后IDF 粒径减小,形成的多孔状结构使其具有更高的水合能力, 同时改性大豆IDF 所制备的水分散体具有更高的乳化稳定性和悬浮稳定性. He 等[8]对金针菇IDF 进行高压均质改性, 均质化导致金针菇IDF 粒径减小, 除具有更高的持水性和稳定性外, 还具有改善界面稳定性的性质, 表现出优异的乳化性能, 该研究对于开发一种食品级纳米粒子作为优异的Pickering 乳液稳定剂具有重要意义.

本研究利用解淀粉芽孢杆菌发酵小米糠得到高纯度小米糠IDF, 采用高压均质进行物理改性, 比较改性前后小米糠IDF 的理化性质、官能团组成及晶体结构, 并对改性前后小米糠IDF 水纤维分散体的粒度分布、黏度及稳定性等进行探究, 以拓宽小米糠IDF 的开发利用, 并为其他谷物IDF 的改性利用提供新方法.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小米糠, 产自中国河北省邢台市的内蒙黄金谷(Setaria italic)的副产物;解淀粉芽孢杆菌,南京农业大学酶工程实验室分离、保存; 正己烷购自国药集团化学试剂有限公司; 大豆油(三级、浸出、非转基因) 购自山东鲁花集团有限公司.

1.2 仪器与设备

离心机(Eppendorf Centrifuge 5804R) 购自德国Eppendorf 公司; 高压均质机(D-3L) 购自美国PhD-Tech 公司; 红外光谱仪(NEXUS870) 购自美国NICOLET 公司; X 射线粉末衍射仪(D8) 购自德国Bruker 公司; Nano ZS90 纳米粒度及Zeta 电位仪购自英国马尔文仪器有限公司; 流变仪(Physica MCR301) 购自澳大利亚Anton Paar 公司; Turbiscan AGS 分析仪购自法国Formulaction 公司.

1.3 试验方法

1.3.1 改性IDF 的制备

小米糠研磨后过筛(200 目), 按料液比1.0∶2.5 (g/mL) 加入正己烷, 55°C 水浴振荡2 h,重复3 次; 将脱脂后的小米糠置于通风橱中, 待正己烷完全挥发即得到脱脂小米糠. 称取10.0g 脱脂小米糠、0.1 g 葡萄糖、0.5 g 氯化钠, 加入100 mL 蒸馏水灭菌后为小米糠基础培养基.将解淀粉芽孢杆菌进行活化, 挑取单菌落接入100 mL 的LB (Luria-Bertani) 培养基, 置于空气摇床扩培24 h (30°C, 200 r/min) 制备种子液. 在小米糠基础培养基中接入种子液, 接种量为(体积分数3%), 放入恒温摇床(30°C, 200 r/min) 培养48 h, 发酵结束后将发酵产物灭菌(沸水浴10 min). 将发酵产物离心得到沉淀和上清液, 沉淀用75°C 热水洗涤3 次, 离心(8 000 r/min, 8 min) 后冷冻干燥记作IDF. 发酵小米糠IDF 的纯度为90.7%. 将IDF 进行高压均质改性, IDF 的质量分数为1%, 压力为10 MPa, 均质次数分别为0、5、10、15、20、25,均质完成后离心(8 000 r/min, 8 min) 并冷冻干燥(-260°C, 12 h), 得到改性后IDF 分别命名为HPH-0、HPH-5、HPH-10、HPH-15、HPH-20、HPH-25, 置于干燥器内待用.

1.3.2 水纤维分散体的制备

制备IDF 质量分数为1% 的水纤维分散体, 将其进行高压均质改性, 在10 MPa 的压力下循环均质0、5、10、15、20、25 次, 分别命名为HPH-0t、HPH-5t、HPH-10t、HPH-15t、HPH-20t、HPH-25t. 制备IDF 质量分数分别为0.8%、1.0%、1.2%、1.6%、2.0%的水纤维分散体,经高压均质(均质次数为20 次)后分别命名为0.8%IDF、1.0%IDF、1.2%IDF、1.6%IDF、2.0%IDF,放置于4°C 冰箱保存备用.

1.3.3 理化特性测定

(1) 持水性分析. 取HPH-0、HPH-5、HPH-10、HPH-15、HPH-20、HPH-25 的IDF 各0.5 g, 加入5 mL 蒸馏水在37°C 下浸润2 h, 8 000 r/min 离心5 min, 倒掉上清液称重; 然后置于烘箱中烘干, 称重; 最后取出离心管中的样品残渣并称重.

(2) 持油性分析. 取HPH-0、HPH-5、HPH-10、HPH-15、HPH-20、HPH-25 的IDF 各0.5 g, 加入5 mL 大豆油, 用涡旋仪混匀, 37°C 静置2 h, 8 000 r/min 离心5 min 去除多余油样, 最后称重离心后的沉淀.

(3) 膨胀力分析. 取HPH-0、HPH-5、HPH-10、HPH-15、HPH-20、HPH-25 的IDF 各0.5 g 放置到10 mL 量筒中(封口), 记录样品的干品体积; 然后加入5 mL 蒸馏水, 室温下静置2 h, 记录样品的膨胀体积.

1.3.4 傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR) 分析

首先采用KBr (溴化钾) 片采集空白背景, 再将100 mg 的KBr 与1 mg 的改性IDF 混匀,用玛瑙研钵充分研磨, 随后放入压片机中进行压片, 用NEXUS870 光谱仪拍摄试样的傅里叶变换及红外频谱曲线. 设置扫描波长为400～4 000, 分辨率为4, 平均扫描64 次, 通过Origin软件进行图像处理.

1.3.5 X 射线衍射(X-rays diffraction, XRD) 测量

X 射线衍射仪被用于测试改性IDF 的晶体情况, 测量条件为[9]: 测试电压为40 kV, 扫描范围为5°～70°(2θ), 测试电流为40 mA, 步长为0.02°, 扫描速率为2(°)/min, 并计算其结晶度.

式中:Crl为样品的结晶度;I200为21.39°(2θ) 时衍射峰值;Iam代表26.88°(2θ) 时的衍射峰值.

1.3.6 粒径分布

将高压均质所得的水纤维分散体稀释100 倍, 采用纳米粒度及Zeta 电位分析仪测定水纤维分散体的粒径分布, 颗粒折射率参数为1.46, 分散剂为水, 折射率参数设置为1.33.

1.3.7 黏度分析

采用MCR301 流变仪在25°C 条件下测定高压均质水纤维分散体的表观黏度随剪切速率的变化曲线. 设置条件为[10]: 剪切速率0.01～150 s-1, 板间距1 mm, 加样量1 mL.

1.3.8 Zeta 电位分析

将高压均质的水纤维分散体稀释100 倍, 采用纳米粒度及Zeta 电位分析仪测定水纤维分散体的电位值, 测试温度为25°C, 平衡时间120 s. 每个样品测量3 次后取平均值.

1.3.9 物理稳定性指数(Turbiscan stability index, TSI) 分析

采用Turbiscan AGS 分析仪(多重散射仪) 测定高压均质水纤维分散体的物理稳定性. 取20 mL 新鲜的水纤维分散体加入玻璃样品瓶中进行测定, 测定时长为2 h.

1.4 数据统计与分析

每个样品进行3 次试验, 试验数值用(平均值±标准差) 的形式表示; 绘图及数据拟合采用绘图软件Origin 2021; 单因素方差分析采用统计分析应用软件SAS V8.

2 结果与分析

2.1 理化性质

IDF 良好的持水力、持油力、膨胀力能提高食品体系的黏度, 有效降低食品收缩, 改善乳化稳定性[11]. 不同高压均质次数处理下发酵小米糠IDF 的持水力、持油力及膨胀力如表1 所示. 由表1 可知, 与未经高压均质的发酵小米糠IDF 相比, 处理后的发酵小米糠IDF 持水力显著上升, 随着均质次数增加到25 次, 发酵小米糠IDF 的持水力达到(5.47±0.03) g·g-1, 提高了80.5%. 持油力通常反映IDF 稳定高油脂含量食品的能力. 由表1 可知, 均质次数的增加对发酵小米糠IDF 的持油力没有显著影响. 另外, 膨胀力随均质次数的增加而增加, 经25 次高压均质处理后发酵小米糠IDF 的膨胀力达到了最大值(5.91±0.02) mL·g-1, 比未处理样品提高了81.84%. 膨胀力与发酵小米糠IDF 的持水力变化情况一致, 可能是因为粒径的减小及孔隙率的增加更易于包裹水分, 使发酵小米糠IDF 容易吸水膨胀.

表1 高压均质前后发酵小米糠不溶性膳食纤维的理化性质变化Table 1 Changes in the physicochemical properties of insoluble dietary fiber from fermented millet bran before and after high-pressure homogenization

2.2 官能团结构

发酵小米糠IDF 高压均质前后的傅里叶红外光谱分析如图1 所示, 可以直观地反映发酵小米糠IDF 内部的官能团结构变化. 由图1 可知, 高压均质处理后的发酵小米糠IDF与未处理样品有相似的红外光谱图, 峰型位置基本相同, 所有样品在3 278、2 923、2 853、1 731、1 627、1 532、1 374、1 233、1 154 和1 031 cm-1附近均有吸收峰出现, 但是在相应波数下不同改性发酵小米糠IDF 的吸收峰强度发生变化. 3 278 cm-1处的宽吸收峰是纤维素与半纤维素的O—H 伸缩振动峰, 峰强度随均质次数的增多略有减弱, 这说明高压均质后纤维素与半纤维素之间部分氢键发生断裂. 2 923 和2 853 cm-1处的小尖峰[12]是甲基和亚甲基处的C—H 拉伸振动, 峰强度经25 次高压均质后略有减弱. 1 731 cm-1处是纤维素与水分子之间的氢键. 1 627 cm-1处为半纤维素或木质素中的阿魏酸和香豆酸包含的羰基伸缩振动峰.1 532 cm-1处为木质素中存在的C==C 双键的伸缩振动[13]. 1 154～1 374 cm-1处是纤维素、木质素和残余半纤维素的C—O 拉伸带[14]. 1 031 cm-1处的尖峰是糖环中C—O—C 的伸缩振动峰[15], 高压均质后峰强度减弱, 这说明高压均质破坏了发酵小米糠IDF 中的木质素及半纤维素等, 将其降解为小分子.

图1 高压均质前后发酵小米糠不溶性膳食纤维的官能团结构变化Fig.1 Functional group changes of insoluble dietary fiber from fermented millet bran before and after high-pressure homogenization

2.3 晶体结构

XRD 可以用来获取发酵小米糠IDF 高压均质前后晶体结构特性方面的信息. 图2 为发酵小米糠IDF 高压均质前后的X 射线衍射图谱. 由图2 可知, 所有样品均在相同位置出现相似的峰型, 这说明高压均质处理没有改变发酵小米糠IDF 的主要晶体结构. 21.39°附近出现主衍射峰, 26.88°和35.12°处有2 个次衍射峰, 呈现典型的天然Ⅰ型纤维素晶形结构.21.39°和26.88°处的衍射峰分别代表了纤维素Ⅰ型的(101) 和(002) 晶面[16], 为结晶区和非结晶区共存的状态. 但与未经高压均质处理的样品相比, 高压均质后发酵小米糠IDF 的主衍射峰强度降低, 且随着均质次数的增加, 一些不规则的弱峰也逐渐减少, 这可能是因为高压均质破坏了发酵小米糠IDF 的部分晶态区域[17]. 采用Segal 方法计算HPH-0、HPH-5、HPH-10、HPH-15、HPH-20 和HPH-25 的结晶度分别为58.31%、55.25%、49.60%、43.87%、40.52%和34.88%. 改性后的发酵小米糠IDF 结晶度降低, 有序结构向无定形结构转变, 纤维素之间的氢键及部分亚基结构遭到破坏, 这与红外光谱测定的结果一致.

图2 高压均质前后发酵小米糠不溶性膳食纤维的晶体结构变化Fig.2 Crystal structure changes of insoluble dietary fiber from fermented millet bran before and after high-pressure homogenization

2.4 水纤维分散体粒度分布

图3 为高压均质次数和发酵小米糠IDF 质量分数对水纤维分散体粒度分布的影响. 由图3(a) 可知, 未经高压均质处理的发酵小米糠IDF 粒径主峰的峰值分别为1 750 和1 400 nm,随着均质次数的增加, 各水纤维分散体处理组由双峰逐渐变成单峰, 且主峰逐渐向左移[18], 说明粒径分布更加集中. HPH-5t、HPH-10t、HPH-15t、HPH-20t、HPH-25t 的平均粒径分别为(1 400±73)、(996±53)、(950±76)、(825±47) 和(780±51) nm, 由此可见, 高压均质能显著减小发酵小米糠IDF 的平均粒径[19]. 在均质次数为20 和25 次时, 两组水纤维分散体的粒度分布差异较小, 说明此时水纤维分散体的平均粒径几乎达到最小值. 由图3(b) 可知, 同一均质条件下, 随着水纤维分散体中发酵小米糠IDF 质量分数的升高, 粒径分布由单峰逐渐变成双峰;发酵小米糠IDF 质量分数为0.8%～1.2% 时, 粒径分布呈现单峰且平均粒径大小没有明显差异; 当发酵小米糠IDF 质量分数为1.6% 时, 水纤维分散体的粒径分布出现双峰, 并且主峰的峰值有向大粒径分布的趋势, 这说明同一均质条件下均质的效果变差.

图3 水纤维分散体的粒度分布情况Fig.3 Particle size distribution of water fiber dispersions

2.5 水纤维分散体黏度

图4 为高压均质次数和发酵小米糠IDF 质量分数对水纤维分散体黏度的影响. 由图4(a)可知随均质次数的增多, 水纤维分散体的整体黏度增大. 图4(b) 中显示, 随发酵小米糠IDF质量分数的增加, 水纤维分散体的黏度值在不断增大, 所有水纤维分散体处理组的黏度随剪切速率的增大均逐渐下降, 呈现出典型的剪切稀化行为[20], 这主要是因为随剪切速率升高, 水纤维分散体中发酵小米糠IDF 所形成的网络结构遭到破坏, 导致黏度下降.

图4 水纤维分散体黏度随剪切速率的变化Fig.4 Variation of viscosity of water fiber dispersions with shear rate

2.6 水纤维分散体Zeta 电位绝对值

Zeta 电位绝对值能够反映分散体系的稳定情况. 图5 为高压均质次数和发酵小米糠IDF浓度对水纤维分散体Zeta 电位绝对值的影响. 本实验中所测定的水纤维分散体Zeta 电位均为负值, 这主要是因为发酵小米糠IDF 带有阴离子电荷—COO—[21], 此时采用Zeta 电位绝对值来表示. 由图5(a) 可知, 水纤维分散体的电位绝对值变化趋势是先增大后趋于平缓, 当均质次数从0 增加到20 次时, 水纤维分散体的电位绝对值显著增大, 说明体系的稳定性显著升高; 当均质次数达到20 次时, Zeta 电位绝对值超过30, 说明体系具有较好的稳定性, 此时水纤维分散体的IDF 之间的静电斥力达到最大, 不易于分子之间相互聚集, 分散体的稳定性最好;均质次数继续增加, 水纤维分散体的Zeta 电位绝对值变化不明显. 由图5(b) 可知, 随发酵小米糠IDF 浓度的升高, 水纤维分散体的Zeta 电位绝对值同样呈现出先增高后趋于平缓的趋势, 发酵小米糠IDF 质量分数为0.8%～1.6% 时, Zeta 电位绝对值随IDF 浓度的升高而增大;当IDF 质量分数达到2.0% 时, Zeta 电位变化不显著.

2.7 水纤维分散体物理稳定性

Turbiscan 多重光散射技术在测试样品的稳定性时, 无需对样品进行前处理, 能够实时监测样品的TSI 值, 因此是评价流体稳定性的有效手段[22]. TSI 值是对体系不稳定过程的定量分析, TSI 值越大, 样品越不稳定[23]. 图6 为高压均质次数和发酵小米糠IDF 质量分数对水纤维分散体TSI 值的影响. 由图6(a) 可知, 所有处理组的TSI 值随时间的延长呈先上升再趋于平缓的趋势, 这说明随着时间的增长, 水纤维分散体逐渐发生聚集和沉淀. 均质次数为5 或10 次时的TSI 值远大于其他样品, 说明此时均质不完全, 发酵小米糠IDF 的颗粒较大, 水纤维分散体较容易发生聚集和沉淀. 均质次数为15、20 或25 时, 同一时间水纤维分散体TSI 值的差异不显著, 说明此时样品的稳定性较好, 分层程度最低. 由图6(b) 可知, 随着发酵小米糠IDF 质量分数的升高, 水纤维分散体的TSI 值不断减小, 这说明其稳定性随发酵小米糠IDF质量分数的升高而增大, 主要是因为体系中发酵小米糠IDF 颗粒较多, 彼此之间的作用力增强, 体系的抗聚集能力提升; 而当发酵小米糠质量分数达到2.0% 时, 水纤维分散体的稳定性反而略有下降, 这主要与IDF 的部分颗粒较大有关, 高压均质在此时的效果变差, 较大的发酵小米糠IDF 颗粒在体系中容易发生聚集沉淀.

图6 水纤维分散体的稳定性变化Fig.6 Changes in the stability of water fiber dispersions

图7 为高压均质次数及发酵小米糠IDF 质量分数对水纤维分散体分层情况的影响. 在不同高压均质次数下, 样品在刚均质完成时没有分层情况(见图7(a)); 静置12 h 时, 除均质次数为20 和25 的处理组外, 其他处理组均开始出现分层; 24 h 后, 所有处理组完全分层. 因此, 均质次数的增多可以显著改善水纤维分散体的分层情况. 在发酵小米糠IDF 质量分数不同的情况下, 对所有水纤维分散体进行20 次高压均质. 0 及12 h 时, 所有水纤维分散体未出现分层情况(见图7(b)); 而静置24 h 后, 均出现轻微的分层情况, 且随着发酵小米糠IDF 质量分数的升高, 其分层情况略有改善. 这与水纤维分散体的TSI 值变化情况结果一致.

图7 水纤维分散体的分层情况Fig.7 Delamination of water fiber dispersions

3 讨论与结论

对发酵小米糠IDF 进行高压均质物理改性, 测定发酵小米糠IDF 改性前后的理化性质,通过傅里叶变换红外光谱和X 射线衍射进行表征; 同时测定水纤维分散体的粒度分布情况、黏度值变化、Zeta 电位值及物理稳定性, 探究高压均质次数对发酵小米糠IDF 及其水纤维分散体结构和性质的影响.

从改性的发酵小米糠IDF 的结构性质来看. 经高压均质改性后的发酵小米糠IDF 持水力与膨胀力显著提升主要有2 个原因: ①高压均质处理后的发酵小米糠IDF 粒径减小, 比表面积和孔隙率增大[24], 增大了与水分子的接触面积; ②处理后发酵小米糠IDF 紧密的大分子结构变得松散, 较多亲水基团暴露, 结合水分子的能力提升[25]. 持油力仅在未高压均质和高压均质组之间出现差异, 而高压均质次数的增多对发酵小米糠IDF 持油力没有显著影响, 这可能是由于随着均质次数的上升, 在其比表面积增加的同时粒径进一步减小, 体系中发生了颗粒的重聚集现象, 从而影响了持油力. Xie 等[26]对米糠DF 分别进行纤维素酶水解和高压均质处理, 结果表明酶解与高压均质都未能提升DF 的持油能力. Yang 等[27]对比了亚临界水和高压均质对竹笋DF 结构性质的影响, 其中高压均质处理后DF 的粒径明显减小而持油力没有明显上升也佐证了这一点. FT-IR 光谱图显示高压均质处理并未使发酵小米糠IDF 产生新的官能团, 但相应波数下特征吸收峰的强度有变化, 其中3 278、2 923 和2 853 cm-1处的宽吸收峰及小尖峰略有减弱. 这是因为发酵小米糠IDF 经高压均质处理后, 部分纤维素之间氢键断裂及部分亚基被破坏, 这有利于发酵小米糠IDF 形成多孔结构, 对水分子的包裹能力变强, 与改性后发酵小米糠IDF 的持水力、膨胀力明显上升结果一致. XRD 图谱显示, 高压均质次数影响了发酵小米糠IDF 的结晶度, 作用于IDF 的结晶区并促使IDF 内部的有序结构向无定形结构转变, 使得非结晶区的占比增加, 从而降低了结晶度. 刘玉凌[28]对竹笋DF 进行研究,研究表明水分子无法进入DF 的结晶区内部, 物理改性后的竹笋DF 结晶度下降, 这有利于改善竹笋DF 的水合性质. Kanwar 等[29]采用化学改性法(羟丙基化、羧甲基化) 对高粱DF 进行处理, 处理后的DF 结晶度反而升高, 这主要是因为羟丙基化过程中破坏的是高粱DF 的非晶态区, 导致结晶区的占比增加. 由此可见, 高压均质能作用于发酵小米糠IDF 的结晶区域,破坏纤维素之间的氢键和部分亚基形成多孔结构, 对于改性的发酵小米糠IDF 的持水力及膨胀力有积极的影响.

从水纤维分散体的宏观性质来看. 高压均质后水纤维分散体的平均粒径显著减小, 当均质次数达到25 时, 平均粒径减小了44.29%, 这主要是因为水纤维分散体在经过均质腔时, 受到高速剪切与高频振动等机械力的作用促使发酵小米糠IDF 的结构被破坏, 颗粒发生断裂, 并且这种破坏作用与高压均质的次数成正比. 而随着水纤维分散体中发酵小米糠IDF 质量分数的升高, 水纤维分散体的分布由单峰逐渐变为双峰, 均质效果变差, 这一现象主要是因为随着发酵小米糠IDF 质量分数的增加, 颗粒在高压均质腔中的相互作用增强, 从而使高压均质腔中的压力增大. 腔体内压力增大时, 高压均质处理比较容易使DF 发生聚集现象[30], 因此高质量分数的发酵小米糠IDF 会影响高压均质作用效果, 从而影响水纤维分散体的粒径分布. 在流变学分析中, 高压均质次数的增多显著提高了水纤维分散体的表观黏度, 这主要是因为经过高压均质的发酵小米糠IDF 粒径显著减小, 相互作用力增强[31], 大大增大了水纤维分散体流动的阻力. 同时, 发酵小米糠IDF 浓度的升高也会使水纤维分散体的黏度值增大, 这与高压均质在此时的效果变差有关. 在较高质量分数的水纤维分散体中, 还存在许多较大的、未被破坏的IDF 颗粒[32], 会导致平均粒径增加以及体系的颗粒尺寸分布不均, 从而减小了水纤维分散体的流动性, 增加了分散体的黏度.

高压均质后水纤维分散体的总体稳定性得到提升, 其Zeta 电位绝对值逐渐增大. 刘鹏等[33]的研究表明, IDF 沿高压均质高速剪切方向的重排作用可能是导致体系Zeta 电位绝对值增大的主要原因. 但当发酵小米糠IDF 的质量分数达到1.6% 时, Zeta 电位绝对值的变化不显著, 这可能是因为随着体系内固体粒子数量的增多, 高压均质的效果逐渐饱和, 体系的稳定性得不到进一步提升. 水纤维分散体体系的稳定性还与高压均质显著减小了发酵小米糠IDF的平均粒径密切相关, IDF 颗粒在体系中完全分散, 彼此之间相互作用力增强, 分散体的抗聚结能力提升, 不容易发生沉淀, 水纤维分散体的TSI 值也会减小. 这与Santos 等[34]研究结果一致, 高压均质减小了玉米醇溶蛋白微流化乳液的液滴尺寸, 提升了其物理稳定性.

综上所述, 高压均质处理破坏了发酵小米糠IDF 的部分氢键及亚基形成多孔结构, 暴露部分亲水基团, 提高了发酵小米糠IDF 的持水力及膨胀力; 作用于发酵小米糠IDF 的结晶区,使改性后发酵小米糠IDF 的结晶度下降. 同时高压均质后的发酵小米糠IDF 平均粒径显著减小, 颗粒之间的抗聚集能力提高, 改善了其水纤维分散体的稳定性. 目前IDF 在乳液及乳液凝胶中的应用较为广泛, 本实验为改性后的发酵小米糠IDF 在乳液及乳液凝胶制备中的应用奠定了理论和技术基础.