红树莓酒渣结构、理化性质以及吸附性

齐云飞，张依瑶，田景玉，马铭鸿，李玫萱，王金玲,2,*

（1.东北林业大学林学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.黑龙江省森林食品资源利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150040）

红树莓富含生物活性物质且具有优良的感官特性，但果实成熟后极易腐烂，因此，近95%的红树莓果实被加工成保质期更长的产品（如果汁、果酒、果酱等）[1-2]。红树莓果酒的生产中，很大一部分化合物，尤其是膳食纤维、多酚类化合物被保留在酒渣中[3]。近年来国内外对红树莓酒渣的研究已有一些报道，但主要集中在总酚、黄酮、原花青素、花色苷等活性物质的提取[4]以及抗氧化、抑菌活性等功能研究方面[5]。食品原料经过粉碎后，不同粒径的原料不仅营养物质的释放和吸收速率不同，持水力、膨胀力、粉质特性等物化性质也不同。王玮[6]分别对超微粉碎处理麸皮（平均粒径40 μm）、大粒度麸皮（平均粒径349 μm）和中粒度麸皮（平均粒径138 μm）进行功能成分溶出、功能特性方面的研究，结果表明超微粉碎麸皮与大粒度麸皮、中粒度麸皮相比，总黄酮得率分别提高0.77%和0.39%，持水力、持油力和膨胀力分别下降0.32 g/g和0.5 g/g、0.34 g/g和0.61 g/g、0.35 mL/g和0.79 mL/g，对Pb2＋、Hg2＋、Cd2＋金属混合液的吸附能力分别增加30.1%和24.9%、31.6%和12.7%、9.6%和15.2%，对胆酸钠的吸附能力分别下降3.27 mg/g和1.21 mg/g。Zhao Xiaoyan等[7]研究发现超微粉碎后红葡萄渣粉与其他粒径红葡萄渣粉相比，容重和堆积密度降低，但溶解性增加，总多酚和总黄酮含量最高。国内外对于红树莓酒渣粉的研究较少，Fotschki等[3]的研究表明，酒渣细粉比粗粉调节盲肠细菌活性和降低次胆汁酸浓度的作用更强。为研究不同目数红树莓酒渣粉的理化性质和吸附性，拟通过扫描电子显微镜观察和X射线衍射分析探究红树莓酒渣粉的结构并对其理化性质进行表征，旨在发掘红树莓酒渣作为膳食纤维原料的应用潜力，为开发红树莓酒渣粉产品提供一定的理论依据，延伸树莓产业链。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红树莓酒渣：‘秋福’红树莓发酵后，两层无菌纱布过滤获得，经60 ℃热风干燥至水分质量分数低于6%后置于4 ℃保存备用。

盐酸、氯化钠、氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸、硫酸、硫酸铁铵、无水乙醇、三氟化硼、石油醚、冰醋酸、胆酸钠、糠醛、苯酚、硝酸银、硝酸铬 天津市天力化学试剂有限公司；胆固醇标准品、葡萄糖标准品天津市东丽区天大化学试剂厂；以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TDL-40B-W型台式低速大容量离心机 湖南星科科学仪器有限公司；DHG-9240电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司；TDL-40B-W型离心机 上海标仪仪器有限公司；ND7-2L行星球磨机 南京南大天尊电子有限公司；ZE-6000色差仪 上海首立实业有限公司；722S可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司；FEI Quanta200扫描电子显微镜 荷兰FEI公司；X’Pert3Powedr X射线衍射仪 荷兰帕纳科公司；Z-2000原子吸收分光光度计 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 红树莓酒渣粉制备

红树莓酒渣粉制备：脱脂：将红树莓酒渣粉碎过60 目筛得到粗粉，置于密封容器中用正己烷浸泡24 h过滤，将脱脂后的红树莓酒渣粗粉于60 ℃烘箱中烘干备用；粉碎：将脱脂后的红树莓酒渣粗粉加入ND7-2L行星球磨机内180 r/min粉碎60 min，过60、100、140、180、220、260 目筛分别得到不同目数红树莓酒渣粉。

1.3.2 基本营养成分的测定

水分质量分数参考GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法测定；总糖质量分数参考GB/T 12456—2008《食品中总糖的测定》中的直接滴定法测定；总酸质量分数参考GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》中的碱式滴定法测定，以柠檬酸为滴定标准；粗蛋白质量分数参考GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法测定；脂肪质量分数参考GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中的索氏提取法测定；灰分质量分数参考GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》中的灼烧质量法测定；膳食纤维质量分数参考GB 5009.88—2014《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》中的酶重量法测定。除水分质量分数以鲜质量计外，其他营养成分质量分数均以干质量计。

1.3.3 扫描电子显微镜观察微观结构

将不同目数的红树莓酒渣粉用导电胶带粘于样品台上，粘好的样品喷金之后，置于扫描电子显微镜样品仓中，在高真空条件下，对样品各个部位在1 000 倍率下分别观察并拍照记录其形貌特征。

1.3.4 X射线衍射分析

X射线衍射仪测定条件：扫描速率12°/min，扫描范围5°～90°，步长0.006 565°，管压40 kV，管流40 mA。

1.3.5 色泽测定

将不同目数的红树莓酒渣粉装于透明比色皿，采用色差仪对样品进行测定，获得L*、a*、b*值。其中L*值表示样品的亮度，L*值越大，表明样品表面越亮；a*值表示样品的红绿度，正值表示偏红，负值表示偏绿；b*值表示样品的黄蓝度，正值表示偏黄，负值表示偏蓝。

1.3.6 流动性测定

滑角：准确称取3.00 g样品于玻璃板中部，缓慢向上推动玻璃板的一端直至约90%红树莓酒渣粉移动，测定玻璃板和水平面的夹角即为粉体的滑角[8]。

休止角：将漏斗固定于坐标纸上方3 cm处，坐标纸垫在玻璃板下，取10.00 g待测粉体垂直流至玻璃板上，流下的粉体在玻璃平板上形成圆锥体，测定圆锥表面和水平面的夹角即为粉体的休止角[6]。

1.3.7 填充性测定

松密度：参照Chau等[9]方法略作修改。准确称取样品3 g（m），将其装入100 mL量筒中；每隔2 s，将量筒从距离硬台面2.5 cm的高度反复向下敲击，直到量筒内粉体体积基本不再变化为止，此时体积记为V/mL。按式（1）计算松密度。

1.3.8 溶解度测定

称取一定质量的粉体，均匀地分散在蒸馏水中，样品与蒸馏水质量体积比为1∶50，将样品转入离心管中，80 ℃水浴振荡30 min，混合物在3 000 r/min下离心20 min，弃去上清液，以蒸馏水洗涤沉淀两次，离心，弃去上清液，沉淀于105 ℃烘干至恒质量并称量。溶解度按式（2）计算。

1.3.9 膨胀力测定

参照Gouw等[10]方法略作修改。准确称取1.00 g样品，放入25 mL玻璃量筒中记录体积，加入10 mL蒸馏水，振荡均匀后，室温下放置24 h，记录样品在量筒中自由膨胀体积。膨胀力按公式（3）计算。

1.3.10 持水力、持油力测定

参照Chau等[9]方法略作修改。称取一定质量样品于离心管中，按料液比1∶40加入蒸馏水，电磁搅拌24 h，转移至离心管中，3 000 r/min离心20 min，倾去上清液，称量样品湿质量。持水力按式（4）计算。持油力测定方法同持水力，将蒸馏水改成食用花生油。

1.3.11 胆固醇吸附能力测定

按Hua Mei等[11]方法略作修改。准确称取1.00 g样品与30 mL稀释蛋黄溶液（新鲜蛋黄用9倍体积的蒸馏水稀释并均质），然后调节pH值至2（模拟胃环境）或7（模拟肠环境），在37 ℃下孵育180 min，以4 000 r/min离心20 min，在550 nm波长处测定上清液的吸光度。胆固醇吸附量按式（5）计算。

1.3.12 胆酸钠吸附能力测定

按Hua Mei等[11]方法并略作修改。准确称量样品0.50 g置于150 mL三角瓶中，加入含0.10 g胆酸钠的0.15 mol/L氯化钠溶液50 mL，调节pH值至7.0，电磁搅拌至分散完全，37 ℃振荡2 h，以4 000 r/min离心20 min，在620 nm波长处测定上清液的吸光度，胆酸钠吸附量按式（6）计算。

1.3.13 葡萄糖吸附能力测定

按Ma Mengmei等[12]方法并略作修改。准确称取粉体1.00 g，置于100 mL pH 7.0 100 mmol/L的葡萄糖溶液中，搅拌均匀，37 ℃孵育6 h后，3 000 r/min离心20 min，在490 nm波长处测定上清液吸光度。葡萄糖吸附量按式（7）计算。

1.3.14 重金属离子吸附能力测定

参照Hu Guohua等[13]方法略作修改。配制1 mg/mL硝酸铬溶液待用。准确称取1.00 g样品，加入1 mg/mL硝酸铬溶液100 mL，分别调节pH值至2.0和7.0，37 ℃恒温振荡3 h，4 000 r/min离心20 min，上清液用原子吸收分光光度计测定溶液中硝酸铬的质量浓度。重金属离子吸附量按式（8）计算。

1.4 数据处理与分析

2 结果与分析

2.1 红树莓酒渣的基本营养成分

由表1可见，水分、总膳食纤维是红树莓酒渣的主要成分，质量分数分别为71.05%和46.62%，在总膳食纤维中，可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的质量分数分别是5.87%和40.61%，其比例接近1∶8，可见红树莓酒渣是膳食纤维的良好来源，同时膳食纤维的含量及可溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维的比例是影响红树莓酒渣结构、理化性质和吸附性的重要因素。

表1 红树莓酒渣基本营养成分含量Table 1 Contents of major nutrient components in red raspberry pomace

2.2 不同目数红树莓酒渣的色度

表2 不同目数红树莓酒渣色度Table 2 Chroma measurements of red raspberry pomace powders with different particle sizes

色泽是红树莓酒渣粉的重要感官指标，良好的色泽可增加商品价值和加工适应性。由表2可知，随着目数的增加，L*值逐渐升高，a*值和b*值逐渐下降；说明随着红树莓酒渣粉粒径的减小、混合均匀度的提高和比表面积的增大，粉体的亮度逐渐增加，但红色逐渐减弱，不利于改善其呈色品质，在实际加工时应根据需要做适宜的处理。

2.3 不同目数红树莓酒渣粉的微观结构

图1 不同目数红树莓酒渣扫描电子显微镜图Fig. 1 Scanning electron micrographs of red raspberry pomace powders with different particle sizes

由图1可见，60～140 目时，随着目数的增大，粉体颗粒体积逐渐减小，呈不规则的碎片，大小不均匀，个别颗粒出现较大或较小的现象；180～260 目时，随着目数的增大，更多的细小粒子黏连在一起形成团聚物，且其团聚程度随目数增加而逐渐增加，260 目时团聚最严重。这种“假团”现象的出现，有以下两种可能原因：其一，随着粉体粒径的减小，比表面积增大，粉体的黏性增加，其表面引力增大使粉体团聚；其二，在粉碎加热的过程中，红树莓酒渣中损失了大量的水溶性物质，其膳食纤维的结构被破坏，表面出现带裂纹、松散的填充微观结构[11]。

2.4 不同目数红树莓酒渣粉的X射线衍射图谱分析结果

图2 不同目数红树莓酒渣X射线衍射图Fig. 2 X-ray diffraction patterns of red raspberry pomace powders with different particle sizes

由图2可见，X射线衍射图谱中主峰和次峰分别反映了红树莓酒渣中膳食纤维结晶区的衍射强度和无定形区的衍射强度，纤维所形成结晶区占纤维整体的比例即纤维的结晶度，反映了纤维的结晶程度[14]。红树莓酒渣粉2θ在20.35°～22.71°之间有一个明显的衍射峰，称为主峰，表明存在结晶纤维区；2θ在26.56°～26.93°之间有一个弱峰，称为次峰，表明红树莓酒渣在粉碎的过程中纤维素发生变形，存在非结晶区。100 目与60 目相比，其主峰强度明显减小，次峰强度明显增大，而100～220 目的红树莓酒渣粉的X射线衍射图谱基本相似，说明粉碎到220 目对红树莓酒渣中膳食纤维的结晶性破坏较小，粉碎时的剪切力、撞击力并没有使纤维素结构中的聚合物发生严重破坏，尽管纤维素颗粒粒径变小，但还不能破坏晶体间的连接关系。260 目时主峰的衍射强度略微减小，而次峰的衍射强度明显增加，说明粉碎到260 目使纤维素的结晶性发生破坏，结晶区纤维素氢键断裂，纤维素结构中的聚合物发生部分破坏，非结晶区结构也发生改变，出现红树莓酒渣水溶性膳食纤维溶出的现象[15]。这与后面红树莓酒渣在260 目时溶解性达到最大一致。

2.5 不同目数红树莓酒渣粉流动性、填充性和水合性质

由表3可知，随着目数的增加，红树莓酒渣粉的流动性和填充性均逐渐变差，其中60 目和100 目的松密度分别为0.52 g/mL和0.50 g/mL，达到了普通纤维素的水平（0.50 g/mL）[16]。随着目数增加，颗粒的比表面积增大，多糖聚合物之间的弱作用力被破坏，聚合物之间的糖苷键断裂，更多的亲水基团就会暴露出来，使颗粒表面聚合力增大，黏附性增强，结构也越紧密[17]，故红树莓酒渣粉的休止角和滑角增大，流动性变差。同时，颗粒的比表面积增大使颗粒间的摩擦力和相互作用力也增大[18]，故红树莓酒渣粉的松密度减小，填充性变差。

表3 不同目数红树莓酒渣的流动性、填充性和水合性质Table 3 Fluidity, filling property and hydration properties of red raspberry pomace powders with different particle sizes

膨胀力和持水力是开发保健功能食品时所关注的两个重要的指标，其值越大，表明原料吸附性越好，越有助于防止便秘和直肠癌的发生。由表3可知，随着红树莓酒渣粉目数的增加，膨胀力和持水力呈现先增大后减小的趋势，220 目时达到最大，虽然260 目有减小的趋势，但仍大于180 目。这与洪杰[19]、刘素稳[20]等的研究结果一致，与赵广河等[21]的研究结果不同，这可能与颗粒的吸水膨胀性、颗粒间的孔隙率等有关，膳食纤维中可消化糖（葡萄糖和果糖）含量的高低会对膨胀力和持水力产生影响。随着目数的增加，红树莓酒渣中纤维素颗粒数量增加，复水后膨胀伸展，食用后对胃肠道产生的容积作用更大，引起的饱腹感更强，同时使纤维类物质的空间结构遭到严重破坏，产生更多短链，使红树莓酒渣粉的膨胀力增加；同时降低了红树莓酒渣粉的表面张力[22]，暴露了更多的极性基团，其表面积增大，与周围水介质结合的几率增加；此外，多糖链通过氢键形成的多孔基质结构可吸附大量的水[23]，使红树莓酒渣粉的持水力增加。但当目数大于220 目时，红树莓酒渣粉中纤维素的粒径过小，严重破坏了纤维素的网状结构[24]，相互堆叠不能支撑起更大的网状结构，减弱了内部空隙间水分抵抗离心力的能力[19]，使膨胀力和持水力下降。

随着目数的增加，持油力和溶解度逐渐增加，红树莓酒渣中膳食纤维粒径减小、比表面积增大和比表面能量增高[25]，使红树莓酒渣粉吸附能力增强，同时膳食纤维的多孔性增加和毛细作用提升，增强了对油脂的束缚能力，使红树莓酒渣的持油力增加[26]。由于红树莓酒渣中部分不溶性物质在高剪切力、高撞击力等作用下发生长链、短链和部分纤维糖苷键断裂，出现与水溶融和可溶性成分溶出的现象，使红树莓酒渣的溶解度增加[27]。

2.6 胆固醇和胆酸钠吸附作用分析结果

图3 不同目数红树莓酒渣胆固醇和胆酸钠吸附能力Fig. 3 Cholesterol and sodium cholate adsorption capacities of red raspberry pomace powders with different particle sizes

由图3可见，在相同pH值条件下，随红树莓酒渣粉目数的增大，其吸附胆固醇的能力呈先增大后减小的趋势，无论pH 2还是pH 7时，220 目的红树莓酒渣粉胆固醇吸附能力最强，吸附量分别为（37.02±1.81）mg/g和（47.60±2.60）mg/g，分别是60 目时的3.76 倍和2.30 倍。适当粉碎对红树莓酒渣粉胆固醇的吸附能力有促进作用，原因是粉碎后酒渣粉的比表面积增强，这说明红树莓酒渣对胆固醇的吸附存在物理吸附。红树莓酒渣粉对胆固醇的吸附力受pH值的影响较大，pH 7时红树莓酒渣粉胆固醇吸附能力均高于pH 2，这与Zhu Yu等[28]的实验结果相似，与Zheng Yajun等[29]结果相反，可能是不同来源的膳食纤维组成成分与结构不同，其吸附胆固醇的部位也不同。与在胃酸环境中相比，在小肠环境中红树莓酒渣粉对膳食中胆固醇有更好的吸附性，且红树莓酒渣胆固醇吸附量显著高于苹果皮和小麦[30]。由此推断体系的酸碱度对红树莓酒渣吸附胆固醇的能力有较大的影响，这说明红树莓酒渣对胆固醇的吸附同时存在化学吸附，这与张江宁等[31]的结论相同。

由图3可见，当红树莓酒渣粉目数达到100 目时，胆酸钠的吸附量增大，60、100 目和140 目间胆酸钠吸附量差异显著，140 目和180 目间无显著性差异，220 目和260 目间无显著性差异。随着目数的增加，红树莓酒渣胆酸钠吸附能力逐渐增强，260 目时胆酸钠的吸附量最大，是60 目时的5.56 倍。当红树莓酒渣粉目数为100～260 目时，胆酸钠的吸附量线性增加，从（15.35±0.74）mg/g增加到（23.55±1.66）mg/g，说明100 目以上红树莓酒渣微粉均具有较好的胆酸钠吸附能力。这是因为粉碎粒径的减小使红树莓酒渣中的膳食纤维暴露出更多的亲水基团，更容易与胆汁酸螯合形成稳定物质，从而增强胆酸钠吸附能力[32]。

2.7 葡萄糖吸附作用分析结果

红树莓酒渣中含有大量膳食纤维，其中可溶性膳食纤维在胃肠道中吸水溶胀形成凝胶样物质即黏膜，通过吸附葡萄糖抑制机体对葡萄糖的吸收；不溶性膳食纤维具有特殊的网状结构，与葡萄糖接触的机会增大，使其对葡萄糖的束缚力增强[33]，增加肠道机械力，从而使得葡萄糖在小肠中消化吸收速度下降，起到降低餐后血糖水平的作用[34]。由图4可知，随着红树莓酒渣粉目数的增加，其吸附葡萄糖的量呈先增大后减小的趋势，220 目时达到最大，吸附量为（319.75±24.17）mg/g，260 目时吸附量减小，可能是当粒径减小到一定程度时，分子间作用力受到影响，形成的氢键使不溶性膳食纤维形成的网状结构吸附葡萄糖能力减弱。在开发红树莓酒渣降血糖产品时应选择适当的目数，节约成本。

图4 不同目数红树莓酒渣葡萄糖吸附能力Fig. 4 Glucose adsorption capacity of red raspberry pomace powders with different particle sizes

2.8 重金属吸附能力分析结果

图5 不同目数红树莓酒渣Cr2＋吸附能力Fig. 5 Cr2+ adsorption capacity of red raspberry pomace powders with different particle sizes

由图5可见，粒径对红树莓酒渣粉Cr2＋吸附性没有显著影响，红树莓酒渣粉对Cr2＋吸附能力很强，吸附率在90%左右。Zhao Xiaoyan等[35]研究表明，根据物质表面特性，pH值对化学吸附影响明显而对物理吸附影响不明显。pH 2时红树莓酒渣粉对重金属的吸附性要略弱于pH 7时，原因是膳食纤维具有吸附基团，即含有羧基的糖醛酸、酚酸等，其基团上的羧基质子解离度随着pH值的升高而增大，重金属的吸附能力也相应增加。60～260 目红树莓酒渣重金属吸附性相差不明显，表明其吸附主要依靠物理吸附，说明粉碎对红树莓酒渣吸附基团的影响较小，没有暴露出更多的吸附基团或者破坏吸附基团。

3 结 论

红树莓酒渣是开发膳食纤维产品的良好原料，适度粉碎有利于红树莓酒渣粉的理化性质和吸附性的改善和提高。随着红树莓酒渣粉粒径的减小，其亮度增加，但红度减弱，在加工时应做适当处理；流动性、填充性和溶解度是开发代餐粉、焙烤食品等产品时考虑的重要因素，红树莓酒渣粉粒径越小，产品口感越细腻，但其流动性和填充性随着粒径的减小而降低，加工时应综合考虑原料的性质和感官品质，选择适当的目数；红树莓酒渣220 目和260 目时具有较强的膨胀力、持水力和持油力，可利用这一特性将其添加到酸奶、冰淇淋和肉制品等产品中，从而提高了产品的持水能力、稳定性、黏度等理化性质；红树莓酒渣220 目时具有较强的胆固醇、胆酸钠和葡萄糖吸附能力，可将其为开发减肥产品、治疗便秘、肠癌等疾病的产品；红树莓酒渣对重金属离子吸附作用较强，具有开发解毒产品的市场前景。综合来看，220 目和260 目红树莓酒渣粉具有较为理想的理化性质和吸附性，在食品加工中具有广泛的应用潜力，其不仅能够提高产品的感官品质，也能够提高产品的营养品质，进一步优化人们的膳食结构。但红树莓酒渣是由果皮、果肉和树莓籽构成的多组分混合体系，红树莓酒渣粉中膳食纤维和其他物质的成分和含量是否受酒渣混合体系、红树莓产地、采摘季节、贮藏方式等影响，尚需进一步研究。