铁皮石斛超微粉碎:越细越好?外文翻译资料

铁皮石斛超微粉碎:越细越好?

Qingran Meng,^1,2,3 Feng Chen,⁴ Tiancun Xiao⁵ amp; Lianfu Zhang^{1,2,3,6 *}

1江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡 214122，中国

2江南大学食品科学与技术学院，江苏无锡 214122，中国

3北京工商大学北京食品营养与人类健康高级创新中心，北京 100048，中国

4美国克莱姆森大学食品、营养和包装科学系，克莱姆森，SC 29634，美国

5牛津大学无机化学实验室，牛津，OX1 3QR，英国

6江南大学江苏省食品安全与质量控制协同创新中心，江苏无锡 214122，中国

(2018年10月25日收到；2019年1月26日接受修订表格)

摘要：本研究制备了不同粒径的铁皮石斛粉末，测定了其功能组分的溶解度、酚类物质含量及抗氧化活性并进行比较分析。结果表明，粒度较小的粉体比粒度较大的粉体具有更好的理化性能；然而，更细的颗粒并不一定更好。营养成分的溶解度、抗氧化成分的含量、抗氧化活性均随着粒径的减小而增大，且随着粒径的减小而趋于稳定，说明合理的加工可以使其达到目的。结果表明，从营养成分的溶解度和抗氧化剂的含量考虑，铁皮石斛粉末加工的合适粒径为30mu;m；而从抗氧化活性来看，20mu;m才可以达到要求。了解微粉化对铁皮石斛理化性质的影响，有望为微粉化食品的实际开发提供新的思路。

关键词：铁皮石斛；理化性质；合理加工；超微粉碎

前言

在食品工业中，粉末状食品占了很大一部分比例，从原材料和配料到加工产品，这是最常见的食品材料(Bhandari, 2013)。粉末状食品具有许多优点和经济优势，包括延长货架寿命、减少食品体积和重量、减少包装成本、更容易处理和运输、提高生物附着性，并且具有更高的营养价值(BarbosaCanovas et al., 2005)。全球范围内，包括生产预混合粉在内的粉末状食品工业发展迅速。此外，由于食品制造工程概念的发展和人们对食品多样化的需求，食品配料的市场大幅度增长(Fitzpatrick amp; Ahrneacute;, 2005)，而食品配料大部分都是粉末状的，因此粉碎技术对于食品配料制造商和食品生产商来说都是很重要的一步。

植物材料含有多种有价值的促进健康的天然功能成分，如多糖、黄酮类、酚类和蛋白质，可用于生产丰富多样的功能食品或医疗补充剂(Wu et al., 2017)。为了满足顾客对易储存和易使用的产品的期望，又由于许多食用植物可以提供多种多样的原料，所以在市场上可以找到一些食用植物粉末(Jiang et al., 2013)。食用植物粉末可以作为重要的必需维生素、矿物质来源，从而给人类的饮食提供健康和营养(Karam et al., 2016)。人们健康意识的提高推动了众多含有可食用植物粉末的产品的市场，旨在促进健康和提高抵抗力，并且许多类型的可食用植物粉末已经以膳食补充剂和“功能食品”或“保健品”的形式进入食品市场(Zhu et al., 2010)。

在历史上，人们已经开发和采用了各种单元操作来生产和处理不同的食品粉末(BarbosaCanovas et al., 2005)。超细粉碎技术是一种新兴粉碎技术,可以生产出微米和亚微米级的粉体(100mu;m～1nm粒径)(Zhao et al., 2009a)，这种类型的微粉化在生物医学和食品制造业领域的巨大潜力，使这种技术在世界范围内引起了人们广泛的关注(Sanguansri amp; Augustin, 2006; Muttakin et al., 2015)。各种材料的微纳米颗粒在结构和表面积上发生了一定的变化，并出现了微尺度效应、量子效应、光学性质、磁性能、化学性质和催化性质等有前途的新特性(Hu et al., 2012; Niu et al., 2014)。与传统机械方法粉碎的样品相比，超微粉体还表现出良好的理化性质，如增强水化和流动性，提高体内或体外的生物利用度和生物活性(Meng et al., 2017)，更强的自由基清除活性，更低的面间张力(Hu et al., 2012; Zhong et al., 2016)，以及更好的风味和口感(Muttakin et al., 2015)。微纳米粉体可能会在学术界和工业界找到新的应用，特别是在食品工业中开发新的功能材料领域(Zhang et al., 2012; Zhao et al., 2015b; Zhong et al., 2016)。

到目前为止,超微粉碎已经应用于生物技术和食品加工行业的生产超微茶粉(6.9mu;m)(Xiao et al., 2017)、超微蘑菇粉(8.82mu;m和3.28mu;m)(Wang et al., 2016)、超微姜粉(8.34mu;m)(Zhao et al., 2009b)、超微麦麸膳食纤维粉(343.5nm)(Zhu et al., 2010)、超微铁皮石斛粉(5.59 mu;m)(Meng et al., 2017)等。之前的研究表明，粒径较小的粉体通常具有更好的理化性质，特别是在溶解性、分散性、吸附性、化学反应性和流动性方面(Meng et al., 2017)。这些结论虽然显而易见，但也有缺陷，因为他们只是从亚微尺度粉体(1-10mu;m）与较大粉体的比较中得出的，而不是通过系统的比较得出的。此外，他们并没有提及是否有一个合适的使用超细粉碎加工水平的材料，以及颗粒大小在何种程度上影响食品粉末的理化性质。

铁皮石斛(Dendrobium officinale)，是我国传统医学中珍贵的中草药。迄今为止，国家食品药品监督管理局已经批准了50多种以石斛为基础的保健食品(Cui et al., 2014)。当今,由于野生资源极度稀缺，需求却不断增加，铁皮石斛已经成为全球草药市场上最昂贵的茶叶原料之一(Wei et al., 2016)。在认识到这一趋势之后，人们发现使铁皮石斛价值最大化是非常重要的。传统上，特别是在中国，铁皮石斛通常以螺旋形或弹簧的形状出售，通常被称为铁皮枫斗(Meng et al., 2018b)。然而，根据我们之前的研究，铁皮枫斗的特征营养素(蛋白质和多糖)的溶解效率和抗氧化活性比超细铁皮石斛粉末(5.59mu;m)低很多(Meng et al., 2017)。因此，研制和开发具有实用价值的新型铁皮石斛产品，特别是超微粉体，可用于其它产品的进一步研究，如颗粒剂、片剂等。

在本研究中，我们系统地研究了不同粒径的铁皮石斛粉末与其理化性质之间的关系，特别是营养物质的释放、酚类化合物的含量和抗氧化活性。了解微粉化对铁皮石斛功能和物理特性的影响，有望指导微粉化食品的实际开发和营养保健品、功能食品的工业化生产。

材料和方法

材料和化学物质

新鲜铁皮石斛，初始含水率87.32% (w/w)，购于中国江苏省红景堂生物科技有限公司。本研究中使用的铁皮石斛均来自同一批次。2016年10月，在大别山区采收了2年生长期的茎秆（安徽省国家地理标志产品目录）。凭证样本存放在中国无锡江南大学食品科学与技术学院。

抗坏血酸、芦丁、鞣酸、DPPH (1,1-二苯基苦基苯肼) 自由基、2,4,6-三(2-吡啶基)三嗪、福林-西奥卡德试剂购自Sigma-Aldrich公司(St. Louis, MO, USA)。其他化学药品和试剂均购自中国药品和生物制品控制所。

预处理和研磨

新鲜的铁皮石斛经过分选，用自来水清洗。将多余的水分抽干，再将样品切成小块(大小：1cm)。然后，在FD240风干烘箱(Binder GmbH, Tuttlingen, Germany)(Meng et al., 2018a)中60℃干燥，直到含水率低于9%。干铁皮石斛碎片磨成粗粉——各级使用Retsch ZM200离心研磨机(Retsch GmbH, Haan, Germany)通过孔径大小为1.00、0.75、0.50、0.25、0.2、0.12和0.08mm，转速12 转/分。获得的不同粒径的粗粉分别表示为CG1.00、 CG0.75、 CG0.50 、CG0.25、 CG0.2、 CG0.12、 SG0.08。采用Emax型微粉化剂(Retsch GmbH)，通过控制研磨时间，获得粒径lt;80mu;m的超细样品(Meng et al., 2017)。在超细磨削过程中，我们使用Microtrac S3500粒度分析仪对试样进行内部采样，并测定其粒度，直至获得理想的粒度。粒度不同的超微样品分别记为SG0.06、SG0.04、SG0.03、SG0.02、SG0.01和SG0.005。磨缸内侧面为耐磨氧化锆，外侧面为不锈钢，磨球也是由氧化锆制成。样品主要是通过研磨球与震击器内底之间的压力、碰撞和磨损作用进行研磨的。在球磨过程中，使用回收的冷却液将容器冷却到30℃。所有样品在50℃、13.3 kPa条件下真空干燥48小时(VD 53, Binder GmbH)，然后装在铝箔袋里放在冰箱里等待进一步研究。所有样品的含水率为~6% (w/w)。

粒度测量

粒度分布使用Microtrac S3500粒度分析仪测量(Microtrac Inc., Montgomeryville, PA, USA)。并在空气中对干粉流进行衍射分析，利用平均直径d₅₀和翼展系数 (d₉₀ -d₁₀)/d₅₀来描述粒度分布, d₁₀、d₅₀和d₉₀值分别代表10% , 50%和90% (从0%到100%)的粒度分布(Xiao et al., 2017)。

蛋白质、水溶性多糖和水溶性固形物溶解度的测定方法

采用凯氏定氮法测定样品中总氮含量，蛋白质转换系数为6.25 (Gazi amp; Huppertz, 2015)。根据DuBois等人(1956)的方法测定了样品中总水溶性多糖的含量。

对Xiao等采用的测量方法做了一些修改用于测定蛋白质和多糖的溶解度(2017)。准确称量不同粒径样品(0.5 g)，置于螺旋盖试管中。然后在每根试管中加入50毫升蒸馏水(20°C)，然后密封，充分混合。将试管放置在一个水浴摇动仪 (多糖80°C和蛋白质60°C)不同时间间隔，分别为5、10、20、30、60、90和120分钟。然后将试管拿出，立即冰浴5分钟。将混合物过滤0.22mu;m薄膜。收集滤液进行蛋白质和水溶性多糖的分析。滤液中蛋白含量测定采用Bradford(1976)方法。多糖含量测定采用苯酚-硫酸法(DuBois et al., 1956)。以上清液中蛋白质和多糖的质量比为指标，分别测定蛋白溶解度(%)和多糖溶解度(%)。

同时，对80℃水浴中孵育的平行样品溶液进行过滤，收集待测的水溶性固体(WSS)。根据Xiao等人(2017)报告的步骤，将水溶性固体放置105°C烘干至恒重，结果用铁皮石斛粉末样品在干燥条件下的质量百分比表示。

总酚类化合物的提取和测定

总酚类化合物提取如前所述(Meng et al., 2017)，有些许修改。样品(0.5 g)用25mL 80%甲醇(v/v)在25℃条件下萃取(20 min，恒搅拌)。随后，将萃取物取出，与在剩余的球团上重复该步骤两次得到的萃取物相结合。混合后的提取物连续用氮气冲洗至干燥，然后溶解在10mL甲醇中进一步分析。采用Folin—Ciocalteu试剂测定提取物中总多酚含量(Dubost et al.，2007)。以鞣酸为标准品。结果以鞣酸当量表示，单位为mg/100g d.w。

总黄酮类化合物的提取与测定

总黄酮的提取如前所述(Adom et al., 2003)，有细微的修改。每个样品(0.5 g)称重并与50mg碳酸镁混合于松闭的螺旋盖试管。然后加入20mL 1:1 (v/v)甲醇/四氢呋喃，于75℃水浴提取10min。然后将提取液在冰浴中冷却5分钟，以2500转的速度离心5分钟。除去上清液，并与在残留的颗粒上重复上述步骤2次得到的提取液相结合。混合物连续用氮气冲洗(35°C)并用10mL甲醇/四氢呋喃溶解，-18°C储存和进一步分析(两周之内）。采用Meng等人(2017)的方法进行了一定的修改对总黄酮含量进行估算。以芦丁为标准品。结果是根据以mg/100为单位的芦丁标准曲线计算。

抗氧化活性分析

DPPH自由基清除实验

根据Wang et al.(2013)报道的方法测定了铁皮石斛粉末提取物对DPPH自由基的清除能力。将准备好的2毫升新鲜DPPH (0.2 mg/mL溶于甲醇)和准备好的不同浓度的2mL提取物(0.15625–20 mg/mL^-1)（如“总酚类化合物的提取和测定”一节所述），充分混合。然后将混合物在黑暗中放置30分钟。用Shimadzu UVmini-1240 UV-VIS分光光度计(岛津(中国)有限公司，苏州)测定吸光度(517 nm)。空白对照为2mL的DPPH溶液和2mL的甲醇。以半抑制浓度(IC50)为样本浓度，计算其对自由基的清除率为50%。DPPH自由基清除效应计算如下：

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