擠壓制備的花生殼顆粒的性質(zhì)研究

陳洪興，崔剛，房健，邢曉平

（鹽城工學(xué)院食品科學(xué)與工程系，江蘇鹽城 224051）

我國是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，也是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家，每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物產(chǎn)量約為6.5 億t。農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用的問題，已成為迫切需要解決的大課題。

近年來我國花生種植面積逐年遞增，年產(chǎn)量已達(dá)1450 萬t 以上[1]，位居世界第一位。花生的開發(fā)利用主要是花生仁、花生紅衣、花生的根以及用來制造天然安眠藥的花生葉?；ㄉ庸み^程中，每年產(chǎn)生約500 萬t花生殼，其中僅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）生產(chǎn)，絕大部分被當(dāng)作廢棄物，造成自然資源的極大浪費。

花生殼中含有3.34%～7.13%的多酚類物質(zhì)，主要包括黃酮（以木犀草素為主）、二氫黃酮（以圣草酚為主）、色原酮（以5，7-二羥基色原酮為主），其中以黃酮類化合物為主[2]。黃酮類化合物具有抗菌、抗病毒、抗氧化、降血壓及降血脂的作用[3]?；ㄉ鷼ぶ泻屑s15%的活性多糖和66%的膳食纖維，國內(nèi)外的研究證實植物多糖具有抗氧化、抗疲勞、降血糖、抗腫瘤、抗病毒、降血脂、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫能力等功能；膳食纖維能增加飽腹感，并有助于腸蠕動，具有疏通便秘、化解結(jié)石、減輕體重、防治腸癌的功能[4]?；ㄉ鷼S酮、多糖和膳食纖維可用作保健食品的原料。

目前，花生殼沒有得到大規(guī)模的開發(fā)利用，其主要原因是：由于花生殼的容積密度較輕，不能有效和經(jīng)濟(jì)地將較遠(yuǎn)地區(qū)的原料運送到目的地進(jìn)行加工。為了降低運輸成本，需將花生殼壓縮成塊或制?！，F(xiàn)有的花生殼成型機(jī)通過加壓加濕加熱手段將其制成花生殼炭塊（用作燃料），破壞了花生殼中有效成分的活性。本研究應(yīng)用擠壓制粒技術(shù)制備花生殼顆粒，觀察擠壓前后的花生殼容積密度和主要活性成分的變化，分析花生殼顆粒的水分吸附情況，為確定花生殼顆粒的貯運條件提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

花生殼，鹽城地區(qū)的干花生經(jīng)手工剝殼而得。

蘆?。兌龋?8%），上海融禾醫(yī)藥科技有限公司；乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉及其他試劑均為分析純。

1.1.2 主要儀器

XA-1 固體樣品粉碎機(jī)：江蘇金壇億通電子有限公司；單螺桿擠壓機(jī)：螺桿直徑55 mm，螺桿長度220 mm，模頭孔徑5 mm；HS-50 恒溫恒濕試驗箱：常州賽維思環(huán)境試驗設(shè)備有限公司；Msl AW 水分活度儀：瑞士Novasina 公司；SH10A 水分快速測定儀：上海平軒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 擠壓制粒

花生殼用粉碎機(jī)粉碎，調(diào)節(jié)一定含水量，在螺桿轉(zhuǎn)速100 r/min 的條件下擠壓，利用模頭處的切刀將擠出物切成小段，制成花生殼顆粒。

1.2.2 容積密度的測定

將樣品放入容器中，排好裝滿，測量容器中樣品質(zhì)量和容器體積。

容積密度=樣品質(zhì)量/容器體積

1.2.3 水分吸附率的測定

根據(jù)花生殼顆粒的一般貯存環(huán)境，分別調(diào)節(jié)恒溫恒濕箱的三種空氣溫度（15、25、40 ℃）和三種空氣相對濕度（50%、60%、80%）的組合，將一定含水量的花生殼顆粒放入在恒溫恒濕箱中，24 h 后間隔1 h 稱量1次，至恒重時停止實驗，測量花生殼顆粒的質(zhì)量。

水分吸附率（/%，w.b.）=[（吸水后顆粒質(zhì)量-吸水前顆粒質(zhì)量）/吸水前顆粒質(zhì)量]×100%

1.2.4 黃酮含量的測定[5]

取3 g 樣品，加入70%的乙醇60 mL，50 ℃浸提2 h，經(jīng)抽濾，取濾液，用70%乙醇定容至100 mL，得到待測液。取1.5 mL 待測液于50 mL 容量瓶中，同蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液依次加入5%亞硝酸鈉溶液1.0 mL，搖勻、靜置5 min；再加入10%硝酸鋁1 mL，搖勻、靜置5 min；再加入4%氫氧化鈉10 mL，搖勻、靜置10 min，用70%的乙醇定容，在510 nm 下測定吸光值。根據(jù)蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線、吸光值，計算出花生殼黃酮提取率。

式中：m1為依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算出被測液中黃酮含量，mg；m2為稱取的花生殼樣品的質(zhì)量，g；V1為待測液分取的體積，mL；V2為待測液的總體積，mL。

1.2.5 可溶性膳食纖維含量的測定

取10 g 樣品，加入200 mL 水，85 ℃浸提2 h，抽濾，取濾液，將其濃縮，濃縮液中加入4 倍體積的無水乙醇，沉淀過夜后再抽濾，濾渣于60 ℃干燥，粉碎，得可溶性膳食纖維。

可溶性膳食纖維提取率/%=（可溶性膳食纖維的質(zhì)量/樣品的質(zhì)量）×100

2 結(jié)果與分析

2.1 花生殼含水量與顆粒容積密度

在花生殼粉中噴灑水分，使其水分含量分別達(dá)到8.6%、12.7%、16.1%、20.5%和23.3%，（w.b.），然后按1.2.1 的方法擠壓制粒，測量花生殼顆粒容積密度結(jié)果見圖1。

圖1 花生殼含水量對顆粒容積密度的影響Fig.1 Effect of moisture content on bulk density of peanut hull pellets

容積密度對花生殼的運輸成本和儲存空間的影響很大。未經(jīng)擠壓的花生殼的容積密度較小，為159 kg/m3；而經(jīng)過擠壓的花生殼顆粒的容積密度達(dá)到706 kg/m3（花生殼含水量為8.6%w.b.），是未經(jīng)擠壓的花生殼容積密度的4.44 倍，大大減少了花生殼的運輸成本和儲存空間。圖1 還顯示，在含水量的實驗范圍內(nèi)，花生殼含水量對擠壓出的顆粒的容積密度有影響，隨著含水量增加，花生殼顆粒容積密度逐漸減少。這是由于增加物料含水量，可以減小物料與螺桿和模頭之間的摩擦，降低扭矩和模頭處的壓力，從而減少了擠出物的容積密度。

2.2 水分吸附率

將含水量為8.6%w.b.的花生殼擠壓制備的顆粒放入在恒溫恒濕箱中，按1.2.3 的方法測定水分吸附率，觀察花生殼顆粒的水分吸附性能結(jié)果見表1。

在15 ℃、25 ℃和40 ℃條件下，暴露在相對濕度為60%和80%的空氣中時，花生殼顆粒吸收水分，且隨著空氣溫度或相對濕度升高，花生殼顆粒的水分吸附率有增大的趨勢；當(dāng)空氣的相對濕度為50%時，花生殼顆粒失去水分。

表1 花生殼顆粒的水分吸附率Table 1 Moisture sorption rate of peanut hull pellets in contact with the conditioned air

2.3 水分吸著等溫線

在恒定溫度下，樣品含水量對相對蒸汽壓（p/p0）作圖得到水分吸著等溫線[6]，水分吸著等溫線可以反映怎樣的含水量能抑制微生物生長。

觀察25 ℃時花生殼顆粒的水分平衡關(guān)系。調(diào)節(jié)花生殼顆粒的含水量，將其放在一定環(huán)境條件下，并達(dá)到平衡狀態(tài)。由于花生殼的水分活度近似于相對蒸汽壓，因此用水分活度儀測定樣品的水分活度，用水分測定儀測定樣品的含水量，作出樣品含水量與水分活度的關(guān)系曲線，得到花生殼顆粒的水分吸著等溫線結(jié)果見圖2。

圖2 花生殼顆粒在25 ℃時的水分吸附等溫線Fig.2 Moisture sorption isotherm of peanut hull pellets at temperature of 25 ℃

圖2 顯示，花生殼顆粒在25 ℃的水分吸著等溫線為S 形曲線形狀，屬于II 型等溫線。這是典型的生物材料的水分吸著等溫線。通過水分活度的大小，可判斷花生殼顆粒對微生物、酶和化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定性。水分活度大于0.8（對應(yīng)的花生殼顆粒含水量13.7%w.b.），會有霉菌生長；而0.9（對應(yīng)的花生殼顆粒含水量20.9 %w.b.）以上的水分活度允許細(xì)菌和酵母生長。當(dāng)花生殼顆粒含水量高于13.7%w.b.時不易貯存。

2.4 黃酮和可溶性膳食纖維含量

黃酮和可溶性膳食纖維含量的比較見表2。

表2 黃酮和可溶性膳食纖維含量的比較Table 2 Comparison of flavonoids and water soluble dietary fiber yield

由于擠壓機(jī)具有剪切作用，可將部分大分子物質(zhì)剪斷，使得從擠壓制備的花生殼顆粒中提取的可溶性膳食纖維多于未經(jīng)擠壓的花生殼，而兩者黃酮的提取率相近?？梢姂?yīng)用擠壓制粒技術(shù)，不但沒有破壞花生殼中的有效成分，還能提高可溶性膳食纖維的含量。

3 結(jié)論

應(yīng)用擠壓制粒技術(shù)，使花生殼顆粒容積密度提高4.44 倍，有效地減少了花生殼的運輸成本和儲存空間?；ㄉ鷼ゎw粒暴露在相對濕度為60%和80%的空氣中時，顆粒吸收水分，當(dāng)空氣的相對濕度為50%時顆粒失去水分?；ㄉ鷼ゎw粒在25 ℃的水分吸附等溫線為S形曲線形狀，花生殼顆粒含水量高于13.7%w.b.時不易貯存。制備的花生殼顆粒，不但沒有破壞其中的有效成分，還能提高可溶性膳食纖維的含量。

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[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]孫蘭萍,馬龍,張斌.花生殼中黃酮物質(zhì)提取工藝優(yōu)化研究[J].食品科學(xué),2009,30(6)：97-101

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