大麥苗粉的超微粉碎及其特性研究

王麗萍， 張 慜*， 黃少波， 何玲飛

（1.食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，江南大學(xué)，江蘇 無錫 214122；2.海通食品集團(tuán)股份有限公司，浙江 慈溪315300）

超微粉碎技術(shù)是近年來國際上發(fā)展起來的一項應(yīng)用現(xiàn)代物理或化學(xué)方法對材料進(jìn)行微粉化的新技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥、化妝品、染料、涂料、電子和航空航天等許多技術(shù)領(lǐng)域[1]。目前，工業(yè)上制備超微粉的方法包括化學(xué)法和機(jī)械法。機(jī)械超微粉碎是一項比較容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的實(shí)用技術(shù)，也是食品加工中應(yīng)用最廣泛的制備超微粉體的手段[2]。超微粉碎技術(shù)在食品工業(yè)中擁有廣闊的發(fā)展前景，它為富含纖維功能性食品的發(fā)展構(gòu)想帶來了新的機(jī)遇[3]。近年來，伴隨著納米技術(shù)的興起，超微粉碎技術(shù)的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。超微粉碎技術(shù)被用于生產(chǎn)產(chǎn)品，以此探索食品、藥品的新特性。研究發(fā)現(xiàn)，一些中藥的物理和功能性質(zhì)在超微粉碎期間會隨著粒徑的變化而發(fā)生改變[4]。超微粉碎技術(shù)具有的特點(diǎn)是速度快、時間短，可低溫粉碎，粒徑細(xì)且分布均勻，節(jié)省原料、提高利用率，減少污染，提高發(fā)酵、酶解過程的化學(xué)反應(yīng)速度，利于機(jī)體對營養(yǎng)成分的吸收[5]。

據(jù)研究，麥嫩苗汁液是世界上單項資源中營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富、分布均衡、適合人體細(xì)胞需要的保健品資源，是營養(yǎng)細(xì)胞、修復(fù)細(xì)胞創(chuàng)傷的最佳選擇[6]。麥苗粉是以小麥或大麥嫩葉加工而成，富含蛋白質(zhì)、氨基酸、活性酶、葉綠素、維生素、礦物質(zhì)等[7]。尤其，麥苗是超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的豐富來源[8]。日常口服適量麥苗粉對維護(hù)人體健康有明確效果，且長期期服用未發(fā)現(xiàn)不良的毒副作用[9]。隨著麥苗保健功能的研究，對麥苗干燥、殺菌的研究也取得了明顯的進(jìn)展[10]。但是目前關(guān)于麥苗粉超微粉碎對麥苗粉特性影響的研究還較少。作者旨在考察麥苗粉的超微粉碎及粉碎程度對麥苗粉一些特性的影響，通過對其主要參數(shù)的統(tǒng)計分析，為麥苗粉在食品加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗原料

大麥麥苗粗粉：海通食品集團(tuán)提供。

1.2 主要儀器與設(shè)備

Q-250A3型高速多功能粉碎機(jī)：上海冰都電器有限公司產(chǎn)品；PM100型行星式球磨儀：德國RETSCH公司產(chǎn)品；ZM200型超離心研磨儀：德國RETSCH公司產(chǎn)品；S3500型激光粒度分析儀：美國Microtrac公司產(chǎn)品；Cryomill型全自動低溫冷凍球磨儀：德國RETSCH公司產(chǎn)品；TGA/SDTA851e型熱分析系統(tǒng)：瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；CR-400型色度計：日本KONICA MINOLTA公司產(chǎn)品；SHB-ⅢA型循環(huán)水式多用真空泵：上海豫康科教儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；102-2-BS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠產(chǎn)品。

1.3 實(shí)驗方法

1.3.1 麥苗粉的粉碎及粒徑分析 取一定量的大麥苗粗粉進(jìn)行微粉化。粉碎過程參數(shù)如下：Q-250A3型高速多功能粉碎機(jī)粉碎5 mins，PM100型行星式球磨儀采用6個3 cm的研磨球和250 mL的不銹鋼罐在600 r/min下粉碎10mins，ZM200型超離心研磨儀采用12齒轉(zhuǎn)刀16 000 r/min條件下粉碎，分別過250 μm和500 μm的篩子。取以上條件得到的樣品進(jìn)行粒徑分析。

1.3.2 粒徑大小對熱敏性成分的影響 待測試樣為PM100型球磨儀粉碎的微粉和Cryomill全自動冷凍球磨儀粉碎的微粉，坩堝恒重，取待測試樣大約10 mg置于坩堝中，設(shè)置程序，初始溫度30℃，升溫速率10℃/min，終止溫度300℃。

1.3.3 粒徑大小對休止角和堆密度的影響 漏斗固定于鐵架臺上，鐵架臺水平放置于固定好的坐標(biāo)紙上，其下口距離坐標(biāo)紙的高度為H，整個操作過程中H不變（由于H不同，休止角也會有所不同，從而減少系統(tǒng)誤差），將樣品緩緩倒入漏斗中，一直到漏斗下形成的圓錐體的尖端接觸到漏斗的下口為止，測量圓錐底部的直徑D，由tgα=2H/D，可得休止角[11]。堆密度是指粉體的質(zhì)量除以該粉體所占容器的體積V求得的密度。將粉體裝入容器中所測得的體積包括粉體真體積、粒子內(nèi)空隙、粒子間空隙等，因此測量容器的形狀、大小、物料的裝填速度及裝填的方式等影響粉體體積。

1.3.4 粒徑大小對色澤的影響 色澤的測定是通過感官測定和色差測定共同完成的。

1.3.5 粒徑大小對浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響[11]實(shí)驗共測定了5個粒度分布的4種方式浸出物的含量，分別為冷水浸法、熱水浸法、冷醇浸法和熱醇浸法。冷水浸法：分別取粒度為d≦180 μm原樣和d＞180 μm、106 μm＜d≤180 μm、75 μm≤d＜106 μm、d≤75 μm麥苗微粉供試品各4 g，分別置于編號A、B、C、D、E的250 mL的錐形瓶中，各加入100 g冷蒸餾水，密閉、冷浸。前6 h內(nèi)震搖，再靜置18 h，用真空抽濾器迅速抽濾，精密量取濾液20 mL，置已經(jīng)干燥至恒重的蒸發(fā)皿中，在水浴上蒸干后，于105℃干燥3 h，移至干燥器中，冷卻30 min，迅速精密稱定，以干燥品計算供試品中水溶性浸出物的含量 （%）。熱水浸法：分別取粒度d≦180 μm原樣和d＞180 μm、106 μm＜d≤180 μm、75 μm≤d＜106 μm、d≤75 μm麥苗微粉供試品各4 g，分別置編號為A、B、C、D、E的250 mL的錐形瓶中，各加入100 g蒸餾水，密閉，稱定，靜置1 h后，連接回流冷凝管，加熱至沸騰，并保持微沸1 h。放冷后，取下錐形瓶，密塞，稱定，用水補(bǔ)足減失的重量，搖勻，用真空抽濾機(jī)抽濾。精密量取濾液20 mL，置已經(jīng)干燥至恒重的蒸發(fā)皿中，在水浴上蒸干后，于105℃干燥3 h，移至干燥器中，冷卻30 min，迅速精密稱定，以干燥樣品計算供試品中水溶性浸出物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）。冷醇浸法：按照水溶性浸出物的測定方法冷水浸法測定。以同體積體積分?jǐn)?shù)95%乙醇代替水為溶劑。熱醇浸法：按照水溶性浸出物的測定方法熱水浸法測定。以同體積體積分?jǐn)?shù)95%乙醇代替水為溶劑。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥苗粉的粉碎及其粒徑分析

麥苗粉的粒度分布參數(shù)圖如表1所示，粒徑分布圖如圖1所示。統(tǒng)計分析表明，經(jīng)過處理的微粉存在的共同點(diǎn)是，一類微粉趨向小于50 μm，達(dá)到破壁的范圍，另一部分微粉大于100 μm。隨著不斷的處理，較粗的粉體不斷的細(xì)化，有達(dá)到融合的趨勢。同時反映出麥苗粉經(jīng)過普通粉碎存在著大量的微細(xì)顆粒和少量的大顆粒，其存在方式是大量的微細(xì)顆粒吸附在少量的大顆粒上，這是造成麥苗粉不均勻的主要原因，也是過篩之后會有一部分粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于篩孔的原因。分析可知，選擇PM100對麥苗粉進(jìn)行超微粉碎的效果是最好的。超微粉體與麥苗細(xì)粉在粒度分布方面有很大不同，超微粉體粒度分布窄，均勻度高，質(zhì)量易控；麥苗細(xì)粉粒度分布寬，均勻度差，難以控制其質(zhì)量。從團(tuán)聚機(jī)理方面來看，超微粉體由于表面積急劇增大，其微細(xì)顆粒間相互作用力也增大，其主要作用力為微細(xì)顆粒分子間作用力，靜電作用力及毛細(xì)作用力，其中又以分子間作用力起最主要作用，這些相互作用力的存在，使粒度大小均勻的超微粉體原級顆粒組合成凝聚體和復(fù)聚體的形式，因此，超微粉體在外觀上常常呈團(tuán)聚狀。而麥苗細(xì)粉存在大量微細(xì)顆粒和少量較大顆粒，其團(tuán)聚原因是由較大顆粒的重力、靜電力在內(nèi)的所有質(zhì)量力對其周圍的微細(xì)顆粒產(chǎn)生吸附作用。因此，從外觀上可以看到麥苗細(xì)粉呈粉末與顆粒相互夾雜狀[11]。

表1 麥苗粉的粒度分布參數(shù)Table 1 Grain size distribution parameters of the Barley Plant Powders

圖1 麥苗微粉的粒徑分布圖Fig.1 Cumulative distribution of the Barley Plant Powders

2.2 粒徑大小對熱敏性成分的影響

圖3曲折線中顯示的細(xì)微折線最多，也就是說隨著溫度的變化不同的熱敏性成分在逐漸發(fā)生一些變化，圖3比圖2的細(xì)微折線少，也就是說一部分熱敏性成分在超微粉碎過程中損失了，PM100粉碎后的樣品測試僅有幾個小的折線和兩個較大凹陷，因此Cryo-mill全自動低溫冷凍研磨儀的效果最理想，可以用作基準(zhǔn)物質(zhì)；每個圖中第一條線表示的是質(zhì)量隨著溫度或時間的變化情況，第二條線表示的是質(zhì)量的變化率隨著溫度或時間的變化，第三條線表示的是樣品的升溫速率隨著溫度或時間的變化，從圖上觀測到在大于40℃時，麥苗粉的質(zhì)量就會開始減少，在110℃時完成第一次大的質(zhì)量變化，這個過程中Cryo-mill低溫冷凍研磨儀處理麥苗粉的損失率大約為4.8957%，相對于PM100是多的，但是具體是哪些物質(zhì)損失了，還需要結(jié)合其他分析手段進(jìn)一步分析，這個過程相對于較復(fù)雜，因為不但有熱敏性成分的損失，還有水分的損失；從圖中的第三條曲線中可以看到都有一個樣品升溫速率突然增大又下降的的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，猜想首先是麥苗粉在坩堝內(nèi)表面易吸熱導(dǎo)致升溫速率突然提高，樣品內(nèi)部的吸熱需要一個過程，因此溫度又下降，最終又升溫，達(dá)到內(nèi)外溫度一致。

圖3 PM100處理的麥苗微粉的TGA圖Fig.3 TGA graph of Barley Plant for PM100

2.3 粒徑大小對休止角和堆密度的影響

休止角 （θ）是評價粉末流動性的一個重要參數(shù)，θ≦30°流動性好，θ≦40°可以滿足生產(chǎn)過程中流動性的需求，θ＞40°流動性不好。 堆密度（ρb）是反應(yīng)粉體充填性的指標(biāo)之一，在片劑、膠囊劑的裝填過程中具有重要的意義，堆密度大有利于粉末的充填。由表2看出，d＞180 μm粉體的流動性最差，且堆密度最小；5個樣品中有3個樣品的休止角小于40 度，其中 106 μm＜d≤180 μm 和 75 μm≤d＜106 μm 粉體的休止角比較接近；75 μm≤d＜106 μm 粉體的堆密度最大，充填性最好。實(shí)驗說明，麥苗粉粉碎的粒度對產(chǎn)品的加工有一定的影響。

表2 不同粒徑麥苗粉的休止角和堆密度Table 2 Repose angle and bulk density for the different particle size of barley plant powder

2.4 粒徑大小對色澤的影響

粒徑的大小對感官指標(biāo)有一定的影響，結(jié)果如表3所示。不同的粒徑范圍對外觀、色澤和觸感有不同的效果，由結(jié)果分析可知，粒徑在d＜106 μm時麥苗粉的外觀、色澤和觸感是較好的。同樣，不同粒徑對色差也有一定的影響，結(jié)果如表4所示。+ΔL表示明亮，-ΔL表示較暗的；+Δa表示較紅的的 （少綠的），-Δa表示較綠的 （少紅的）；+Δb表示較黃的（少藍(lán)的）；-Δb表示較藍(lán)的（少黃的）。在表4中，可看到隨著顆粒的減小，亮度有增加的趨勢，色澤也有明顯的提高。 其中 75 μm＜d＜106 μm 和 d＜75 μm麥苗粉的色澤較為理想。

表3 不同粒徑麥苗粉的感官指標(biāo)Table 3 Sensory index for the different particle size of Barley Plant Powders

表4 不同粒徑麥苗粉的色度Table 4 Chroma for the different particle size of Barley Plant Powders

2.5 粒徑大小對浸出物含量的影響

粒徑大小對浸出物含量的影響結(jié)果如圖4和5所示。由圖4可知，麥苗微粉的水溶性浸出物含量均大于醇溶性浸出物的含量，因此選擇以水為溶劑；隨著麥苗微粉粒徑的減小，水溶性浸出物的含量增加，醇溶性浸出物的含量沒有發(fā)生很大的變化，粒徑在75～106 μm較為合適，此時水溶性浸出物的含量最大；熱水浸出物含量和冷水浸出物的含量差異不是很大，考慮到經(jīng)濟(jì)性和對熱敏性成分的影響，選擇冷水為溶劑。由圖5可知，4種處理方式對浸出物的含量的影響中，前兩組水溶性浸出物的含量明顯高于后兩組醇溶性浸出物的含量；有3組隨著麥苗微粉粒徑的減小而增大，在達(dá)到75 μm左右浸出物的含量不再發(fā)生改變，因此微粉的粒徑確定為 75～106 μm 較為合適；在小于 180 μm 的原始樣品中，浸出物的含量明顯高于經(jīng)過粉碎后的微粉，因此，選擇使用全麥苗微粉的營養(yǎng)價值較高，在粉碎過程可以采取粉碎一段時間后過106 μm的篩子，殘渣繼續(xù)進(jìn)行粉碎。

3 結(jié)語

1）麥苗微粉的粒度分布窄，均勻度高，質(zhì)量易控；麥苗細(xì)粉粒度分布寬，均勻度差，難以控制其質(zhì)量。兩者相比較，麥苗微粉更適合于加工纖維功能性食品。其中，選擇PM100型行星式球磨儀粉碎效果較好。

圖4 粒徑變化對麥苗粉浸提方法的浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響Fig.4 Particle size on the extract contents from different methods for the Barley Plant Powders

2）通過TGA分析，麥苗粗粉在制備超微粉的過程中會對其中的熱敏性成分造成一定的損失。但是這些熱敏性成分還有待于進(jìn)一步研究和分析，從而降低在制備超微粉過程中營養(yǎng)成分的損失。

圖5 不同浸提方法對不同粒徑麥苗粉的浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響Fig.5 Different methods on the extract contents from different particle size Barely Plant Powders

3）通過研究麥苗微粉休止角、堆密度及其粒徑大小對色澤以及浸出物含量的影響，確定麥苗微粉粒度在80～90 μm綜合品質(zhì)較好，利于產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用。

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