挤压制备的花生壳颗粒的性质研究

陈洪兴，崔刚，房健，邢晓平

（盐城工学院食品科学与工程系，江苏盐城 224051）

我国是一个农业生产大国，也是世界上农业废弃物产出量最大的国家，每年农业生产废弃物产量约为6.5 亿t。农业废弃物综合利用的问题，已成为迫切需要解决的大课题。

近年来我国花生种植面积逐年递增，年产量已达1450 万t 以上[1]，位居世界第一位。花生的开发利用主要是花生仁、花生红衣、花生的根以及用来制造天然安眠药的花生叶。花生加工过程中，每年产生约500 万t花生壳，其中仅有少量被用于食用菌栽培和化工原料（如糠醛、菲丁、甲酸乙酯等）生产，绝大部分被当作废弃物，造成自然资源的极大浪费。

花生壳中含有3.34%～7.13%的多酚类物质，主要包括黄酮（以木犀草素为主）、二氢黄酮（以圣草酚为主）、色原酮（以5，7-二羟基色原酮为主），其中以黄酮类化合物为主[2]。黄酮类化合物具有抗菌、抗病毒、抗氧化、降血压及降血脂的作用[3]。花生壳中含有约15%的活性多糖和66%的膳食纤维，国内外的研究证实植物多糖具有抗氧化、抗疲劳、降血糖、抗肿瘤、抗病毒、降血脂、调节机体免疫能力等功能；膳食纤维能增加饱腹感，并有助于肠蠕动，具有疏通便秘、化解结石、减轻体重、防治肠癌的功能[4]。花生壳黄酮、多糖和膳食纤维可用作保健食品的原料。

目前，花生壳没有得到大规模的开发利用，其主要原因是：由于花生壳的容积密度较轻，不能有效和经济地将较远地区的原料运送到目的地进行加工。为了降低运输成本，需将花生壳压缩成块或制粒。现有的花生壳成型机通过加压加湿加热手段将其制成花生壳炭块（用作燃料），破坏了花生壳中有效成分的活性。本研究应用挤压制粒技术制备花生壳颗粒，观察挤压前后的花生壳容积密度和主要活性成分的变化，分析花生壳颗粒的水分吸附情况，为确定花生壳颗粒的贮运条件提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

花生壳，盐城地区的干花生经手工剥壳而得。

芦丁（纯度＞98%），上海融禾医药科技有限公司；乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠及其他试剂均为分析纯。

1.1.2 主要仪器

XA-1 固体样品粉碎机：江苏金坛亿通电子有限公司；单螺杆挤压机：螺杆直径55 mm，螺杆长度220 mm，模头孔径5 mm；HS-50 恒温恒湿试验箱：常州赛维思环境试验设备有限公司；Msl AW 水分活度仪：瑞士Novasina 公司；SH10A 水分快速测定仪：上海平轩科学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 挤压制粒

花生壳用粉碎机粉碎，调节一定含水量，在螺杆转速100 r/min 的条件下挤压，利用模头处的切刀将挤出物切成小段，制成花生壳颗粒。

1.2.2 容积密度的测定

将样品放入容器中，排好装满，测量容器中样品质量和容器体积。

容积密度=样品质量/容器体积

1.2.3 水分吸附率的测定

根据花生壳颗粒的一般贮存环境，分别调节恒温恒湿箱的三种空气温度（15、25、40 ℃）和三种空气相对湿度（50%、60%、80%）的组合，将一定含水量的花生壳颗粒放入在恒温恒湿箱中，24 h 后间隔1 h 称量1次，至恒重时停止实验，测量花生壳颗粒的质量。

水分吸附率（/%，w.b.）=[（吸水后颗粒质量-吸水前颗粒质量）/吸水前颗粒质量]×100%

1.2.4 黄酮含量的测定[5]

取3 g 样品，加入70%的乙醇60 mL，50 ℃浸提2 h，经抽滤，取滤液，用70%乙醇定容至100 mL，得到待测液。取1.5 mL 待测液于50 mL 容量瓶中，同芦丁标准溶液依次加入5%亚硝酸钠溶液1.0 mL，摇匀、静置5 min；再加入10%硝酸铝1 mL，摇匀、静置5 min；再加入4%氢氧化钠10 mL，摇匀、静置10 min，用70%的乙醇定容，在510 nm 下测定吸光值。根据芦丁标准曲线、吸光值，计算出花生壳黄酮提取率。

式中：m1为依据标准曲线计算出被测液中黄酮含量，mg；m2为称取的花生壳样品的质量，g；V1为待测液分取的体积，mL；V2为待测液的总体积，mL。

1.2.5 可溶性膳食纤维含量的测定

取10 g 样品，加入200 mL 水，85 ℃浸提2 h，抽滤，取滤液，将其浓缩，浓缩液中加入4 倍体积的无水乙醇，沉淀过夜后再抽滤，滤渣于60 ℃干燥，粉碎，得可溶性膳食纤维。

可溶性膳食纤维提取率/%=（可溶性膳食纤维的质量/样品的质量）×100

2 结果与分析

2.1 花生壳含水量与颗粒容积密度

在花生壳粉中喷洒水分，使其水分含量分别达到8.6%、12.7%、16.1%、20.5%和23.3%，（w.b.），然后按1.2.1 的方法挤压制粒，测量花生壳颗粒容积密度结果见图1。

图1 花生壳含水量对颗粒容积密度的影响Fig.1 Effect of moisture content on bulk density of peanut hull pellets

容积密度对花生壳的运输成本和储存空间的影响很大。未经挤压的花生壳的容积密度较小，为159 kg/m3；而经过挤压的花生壳颗粒的容积密度达到706 kg/m3（花生壳含水量为8.6%w.b.），是未经挤压的花生壳容积密度的4.44 倍，大大减少了花生壳的运输成本和储存空间。图1 还显示，在含水量的实验范围内，花生壳含水量对挤压出的颗粒的容积密度有影响，随着含水量增加，花生壳颗粒容积密度逐渐减少。这是由于增加物料含水量，可以减小物料与螺杆和模头之间的摩擦，降低扭矩和模头处的压力，从而减少了挤出物的容积密度。

2.2 水分吸附率

将含水量为8.6%w.b.的花生壳挤压制备的颗粒放入在恒温恒湿箱中，按1.2.3 的方法测定水分吸附率，观察花生壳颗粒的水分吸附性能结果见表1。

在15 ℃、25 ℃和40 ℃条件下，暴露在相对湿度为60%和80%的空气中时，花生壳颗粒吸收水分，且随着空气温度或相对湿度升高，花生壳颗粒的水分吸附率有增大的趋势；当空气的相对湿度为50%时，花生壳颗粒失去水分。

表1 花生壳颗粒的水分吸附率Table 1 Moisture sorption rate of peanut hull pellets in contact with the conditioned air

2.3 水分吸着等温线

在恒定温度下，样品含水量对相对蒸汽压（p/p0）作图得到水分吸着等温线[6]，水分吸着等温线可以反映怎样的含水量能抑制微生物生长。

观察25 ℃时花生壳颗粒的水分平衡关系。调节花生壳颗粒的含水量，将其放在一定环境条件下，并达到平衡状态。由于花生壳的水分活度近似于相对蒸汽压，因此用水分活度仪测定样品的水分活度，用水分测定仪测定样品的含水量，作出样品含水量与水分活度的关系曲线，得到花生壳颗粒的水分吸着等温线结果见图2。

图2 花生壳颗粒在25 ℃时的水分吸附等温线Fig.2 Moisture sorption isotherm of peanut hull pellets at temperature of 25 ℃

图2 显示，花生壳颗粒在25 ℃的水分吸着等温线为S 形曲线形状，属于II 型等温线。这是典型的生物材料的水分吸着等温线。通过水分活度的大小，可判断花生壳颗粒对微生物、酶和化学反应的稳定性。水分活度大于0.8（对应的花生壳颗粒含水量13.7%w.b.），会有霉菌生长；而0.9（对应的花生壳颗粒含水量20.9 %w.b.）以上的水分活度允许细菌和酵母生长。当花生壳颗粒含水量高于13.7%w.b.时不易贮存。

2.4 黄酮和可溶性膳食纤维含量

黄酮和可溶性膳食纤维含量的比较见表2。

表2 黄酮和可溶性膳食纤维含量的比较Table 2 Comparison of flavonoids and water soluble dietary fiber yield

由于挤压机具有剪切作用，可将部分大分子物质剪断，使得从挤压制备的花生壳颗粒中提取的可溶性膳食纤维多于未经挤压的花生壳，而两者黄酮的提取率相近。可见应用挤压制粒技术，不但没有破坏花生壳中的有效成分，还能提高可溶性膳食纤维的含量。

3 结论

应用挤压制粒技术，使花生壳颗粒容积密度提高4.44 倍，有效地减少了花生壳的运输成本和储存空间。花生壳颗粒暴露在相对湿度为60%和80%的空气中时，颗粒吸收水分，当空气的相对湿度为50%时颗粒失去水分。花生壳颗粒在25 ℃的水分吸附等温线为S形曲线形状，花生壳颗粒含水量高于13.7%w.b.时不易贮存。制备的花生壳颗粒，不但没有破坏其中的有效成分，还能提高可溶性膳食纤维的含量。

[1]王娣,许晖.花生壳生物活性物质的提取及功能的研究进展[J].中国食物与营养,2008(12)：23-25

[2]毕洁,杨庆利,朱凤,等.花生壳黄酮检测及活性的研究进展[J].食品科技,2009,34(12)：217-221

[3]曹纬国,刘志勤,邵云,等.黄酮类化合物药理作用的研究进展[J].西北植物学报,2003,23(12)：2241-2247

[4]Perez J J,Serrano J,Tabernero M,et al.Effects of grape antioxidant dietary fiber in cardiovascular disease risk factors[J].Nutrition,2008,24(7/8)：646-653

[5]孙兰萍,马龙,张斌.花生壳中黄酮物质提取工艺优化研究[J].食品科学,2009,30(6)：97-101

[6]Owen R F.食品化学[M].王璋,许时婴,江波,等,译.3 版.北京：中国轻工出版社,2003：36