不同粉碎條件對葡萄籽超微粉破壁率的影響

馬　婧，袁春龍，楊　麗，馬　濤，楊曉雁，張世杰，楊　健，閆小宇，蘇鵬飛，龐建美，吳晟萌

（西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西楊凌712100）

不同粉碎條件對葡萄籽超微粉破壁率的影響

馬婧，袁春龍*，楊麗，馬濤，楊曉雁，張世杰，楊健，閆小宇，蘇鵬飛，龐建美，吳晟萌

（西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西楊凌712100）

以赤霞珠葡萄籽為原料，研究不同的冷凍溫度和粉碎時間對葡萄籽超微粉細胞破壁率的影響。借鑒理想破碎模型單元破碎率計算法，測定葡萄籽的細胞直徑以及葡萄籽超微粉的粒徑，并統(tǒng)計粒徑的分布概率研究破壁率。結(jié)果表明：同一冷凍溫度下，除個別條件下存在例外，葡萄籽細胞破壁率隨著粉碎時間的延長有明顯的升高趨勢，且在-15和-25℃時破壁率與粉碎時間具有線性關(guān)系；在同一粉碎時間下，隨著溫度的降低破壁率有升高的趨勢但不呈線性，在粉碎時間延長至75min時破壁率已達到較高水平，溫度對其影響微弱。超微粉粒徑小于葡萄籽細胞平均直徑時，破壁率為100%；超微粉粒徑大于葡萄籽細胞平均直徑時，破壁率隨著粒徑的增大而減小。推薦較好的葡萄籽超微粉破碎條件為：冷凍溫度-15℃、粉碎時間75min。

葡萄籽，超微粉，粉碎條件，細胞破壁率，理想破碎模型

葡萄籽是葡萄酒和其他產(chǎn)品生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，占整粒葡萄質(zhì)量的7%～10%[1]。近年來，隨著對葡萄籽研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)葡萄籽中多種成分具有極高的營養(yǎng)和保健價值。葡萄籽中含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、礦物質(zhì)、脂肪和膳食纖維等多種營養(yǎng)素[2-3]。此外還含有多種功能性成分，包括原花青素、葡萄籽油、白藜蘆醇、維生素、多酚化合物等，這些成分均具有一定的營養(yǎng)價值和美容保健作用[4-9]。

超微粉碎技術(shù)是一種將各種固體物質(zhì)粉碎成直徑小于10μm粉體的加工技術(shù)[10]。目前在國內(nèi)外的食品加工，以及中藥和花粉的加工中得到了良好的應(yīng)用[11-16]。葡萄籽本身很難被消化，所以其中的營養(yǎng)功能性成分無法被吸收，將葡萄籽進行超微粉碎并加以應(yīng)用，屬于純物理加工，可充分發(fā)揮葡萄籽中功能性成分的功效，生物利用率更高，同時避免葡萄籽功能性成分提取過程中的二次污染[17-18]。細胞破壁率是超微粉的重要衡量指標，破壁率越高，其功能性成分的溶出可能性就越大[19]。葡萄籽通常在低溫下進行超微粉碎，因天然植物在低溫下其韌性出現(xiàn)均勻地降低，雖沒有明確的脆性轉(zhuǎn)變點，但隨著溫度降低其脆性增加的規(guī)律是存在的，并可找出一個脆性最大的低溫范圍。同時，物料在快速降溫情況下，各部位由于不均勻收縮而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，極易引起薄弱部位破裂和龜裂，導(dǎo)致物料內(nèi)部組織結(jié)合力降低，當受到一定的沖擊時，極易破碎成細粉[20]。此外，低溫下進行超微粉碎不僅可以避免功能性成分的氧化，也可以使葡萄籽中的油脂類物質(zhì)冷凍凝結(jié)，避免粉體結(jié)塊。

葡萄籽在進行超微粉碎時，需要消耗大量的能源。在中藥和蔬菜等方面，已進行過相關(guān)破壁率的研究[21-23]。本文旨在探索冷凍溫度和粉碎時間對葡萄籽超微粉破壁率的影響，并為實際生產(chǎn)選擇一個合適的粉碎條件，在節(jié)約人力和物力的條件下，也能獲得較高的破壁率。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

葡萄籽2007年新天酒業(yè)赤霞珠（Cabernet Sauvignon）葡萄籽，自然風(fēng)干保存；微晶纖維素（microcrystalline cellulose，MCC）西安惠安集團纖維素化工廠。

6B-Ⅰ型貝利微粉機濟南倍力粉體技術(shù)工程有限公司；SP-2102UV型紫外-可見光分光光度計上海光譜儀器有限公司；XSP-18S型生物顯微鏡國營江南光學(xué)儀器廠；Mastersizer2000型激光粒度儀英國馬爾文儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1葡萄籽細胞直徑測定方法葡萄籽經(jīng)篩選除雜和清洗之后，在烘箱內(nèi)進行常壓干燥，為防止高溫將原花青素的成分氧化，鼓風(fēng)溫度＜50℃，最終含水量為8%～10%。取干化的葡萄籽用刀片橫向切開，在截面上切取平整薄片。立即將薄片放入載玻片的水滴中，蓋上蓋玻片制片。在顯微鏡下隨機測定視野中的100個細胞直徑，并求出平均值D。

1.2.2葡萄籽超微粉碎方法在葡萄籽中加入微晶纖維素，添加量為30～35g/kg，放入粉碎機分別在-30、-25、-20、-15℃四個冷凍溫度下進行粉碎，每個溫度梯度下分別粉碎15、30、45、60、75min。

1.2.3葡萄籽超微粉直徑測定方法利用激光粒度分析儀，對每組樣品不同粒徑的概率分布進行測定，導(dǎo)出數(shù)據(jù)[17]。

1.2.4葡萄籽超微粉破壁率計算方法借鑒理想破碎模型計算法[21]，破壁率η：

η1=[1-（1-1/n）3]×100%（n＞1）；

η2=100%（n≤1）；

η=η1+η2；

其中，n為顆粒直徑與細胞直徑之比。

2　結(jié)果與分析

2.1葡萄籽細胞直徑的大小

經(jīng)過鏡檢計算得出：葡萄籽細胞直徑D為15.0～32.5μm，平均24.9μm。

2.2粉碎條件對葡萄籽細胞破壁率的影響

2.2.1破壁率與粉碎時間的關(guān)系由圖1可以看出，隨著粉碎時間的增加，相同冷凍溫度下葡萄籽細胞的破壁率基本呈上升趨勢。在同溫度處理組內(nèi)做方差分析，各組內(nèi)p值均小于0.01，說明在相同溫度條件下，不同粉碎時間之間的葡萄籽細胞破壁率差異極顯著。在-15、-20、-25℃的處理組內(nèi)，不同粉碎時間下的破壁率之間存在顯著差異。而在-30℃的處理組內(nèi)，不同粉碎時間下的破壁率間差異變小，在α= 0.01水平下，15min處理下的破壁率與其他時間處理之間存在顯著差異；在α=0.05水平下，除15min處理外，其他不同的時間處理間破壁率雖存在差異但不顯著，有些處理兩兩之間無差異，具體見圖1中標識。

圖1　不同粉碎時間下葡萄籽細胞的破壁率Fig.1　Broken grape seed cell rate of different crush time

進行一元線性回歸分析，在-15℃和-25℃時可分別得出回歸方程y=2.510x+68.49（R2=0.987）和y= 3.024x+68.06（R2=0.976），表明在此兩組溫度下，破壁率與粉碎時間存在良好的線性關(guān)系。-20℃和-30℃處理的條件下，破壁率與粉碎時間沒有明顯的線性關(guān)系（y=2.7923x+68.582，R2=0.8707；y=1.9583x+73.91，R2=0.7997）。

圖1顯示，無論冷凍溫度多高，隨著粉碎時間的延長，葡萄籽細胞破壁率也在增加，說明研磨時間的延長在一定程度上可以增加細胞的破壁率[24]。

2.2.2破壁率與冷凍溫度的關(guān)系由圖2可以看出，在研磨時間為15min的條件下，隨著冷凍溫度的降低，葡萄籽細胞破壁率的變化并沒有明顯規(guī)律。經(jīng)方差分析，在冷凍溫度為-30℃時，粉碎15min的破壁率與其他溫度處理間存在顯著差異（p=0.0016＜0.01），而其他的溫度處理之間不存在差異。圖2說明在粉碎時間較短的情況下，因研磨不夠充分，最終破壁率的預(yù)估較難把握，不適合應(yīng)用于實際生產(chǎn)。

在粉碎時間為30min的條件下，隨著冷凍溫度的降低，葡萄籽細胞破壁率逐漸上升。經(jīng)方差分析，不同冷凍溫度下的葡萄籽細胞破壁率存在顯著差異（p=0.0001＜0.01）。在冷凍溫度為-30℃時，粉碎30min的破壁率與其他溫度處理間存在顯著差異，而其他的溫度處理之間不存在差異。在15min和30min的曲線中，-30℃處理的破壁率都明顯高于其他組，表明在該溫度下，葡萄籽細胞因脆性明顯提高，更容易破碎。

圖2　不同冷凍溫度下葡萄籽細胞的破壁率Fig.2　Broken grape seed cell rate of different crush temperature

在粉碎時間為45min的條件下，隨著冷凍溫度的降低，葡萄籽細胞破壁率存在上升趨勢，但是-25℃處理時細胞破壁率低于-20℃處理時細胞破壁率。經(jīng)方差分析，不同冷凍溫度下的葡萄籽細胞破壁率存在顯著差異（p=0.0003＜0.01）。在該時間下，-20℃的處理分別與-25℃和-30℃處理間的差異性不顯著。

在粉碎時間為60min的條件下，隨著冷凍溫度的降低，葡萄籽細胞破壁率存在上升趨勢，但是-20℃低于-15℃處理下的破壁率。經(jīng)方差分析，不同冷凍溫度下的葡萄籽細胞破壁率存在顯著差異（p＜0.0001）。

當粉碎時間延長到75min時，不同溫度下葡萄籽細胞破壁率都達到80%以上。經(jīng)方差分析，不同冷凍溫度下的葡萄籽細胞破壁率存在差異，但不顯著（0.01＜p=0.0107＜0.05）。在α=0.05水平下，-15℃與-25℃、-20℃與-30℃、-25℃與-30℃之間差異不顯著；在α=0.01水平下，不同溫度處理下的差異性更小，具體見圖2中標注。圖2表明，當粉碎時間延長到75min時，冷凍溫度對破壁率的影響較小，破壁率已達到較高水平。

圖2說明，在粉碎時間較短時，低溫可以明顯增加細胞壁脆性，從而顯著提高破壁率，但是破壁率的升高與溫度的降低并無明顯的線性關(guān)系。延長粉碎時間，可以減小冷凍溫度造成的差異。為達到較高的破碎率，在實際生產(chǎn)中粉碎時間宜選擇75min。

2.2.3冷凍溫度和粉碎時間對破壁率的綜合影響對實驗數(shù)據(jù)進行無重復(fù)雙因素方差分析，對于因素粉碎時間，p值為0.0000011；對于因素冷凍溫度，p值為0.0053，可以看出粉碎時間和冷凍溫度對破壁率均有極顯著影響，隨著溫度的降低和粉碎時間的增加，破壁率不斷提高，而且粉碎時間對破壁率的影響更為明顯。

2.3粒徑分布與細胞破壁率

葡萄籽細胞被粉碎之后，其有效成分得以溶出，才能充分發(fā)揮其保健作用，而細胞的破壁率與葡萄籽粉的粒徑分布直接相關(guān)。

2.3.1超微粉粒徑分布統(tǒng)計葡萄籽超微粉粒徑分布在0.01～2000μm之間。為方便觀察，以冷凍溫度為-15℃，粉碎時間為75min的粒徑分布為例作圖，其他不同粉碎條件下的情況與之相似。粒徑為50μm的超微粉所占比例最大，粒徑分布在20～120μm之間所占比例為85.01%。粒徑過大或過小的葡萄籽細胞所占比例較小，為了方便觀察，圖3中只標示了粒徑為0～400μm之間的分布狀況。

圖3　葡萄籽超微粉粒徑的概率分布Fig.3　Probability distribution of partical size of grape seed superfine powder

2.3.2細胞破壁率與粒徑的相關(guān)性由表1可以看出，-15℃粉碎15min，d（0.9）為（141.22±3.70）μm，即90%的顆粒粒徑不超過（141.22±3.70）μm，細胞破壁率為71.29%±0.21%，；粉碎時間增加至75min，d（0.9）為（121.32±3.37）μm，破壁率為81.62%±0.55%。d（0.9）與破壁率之間，雖然無良好的線性關(guān)系（y=-4.1449x+ 436.47；R2=0.8674），但是隨著d（0.9）的降低，破壁率逐漸升高。圖4可以看出，當超微粉粒徑小于細胞平均直徑時，破壁率為100%；在理想的計算條件下，當超微粉粒徑大于葡萄籽細胞平均直徑時，破壁率隨著粒徑的增大而降低。當粒徑為120μm時，葡萄籽細胞破壁率為50.22%；當粒徑大于400μm時，破壁率小于20%。

圖4　葡萄籽超微粉粒徑與破壁率的關(guān)系Fig.4　Relationship between partical size of grape seed superfine powder and broken rate

表1　不同粉碎條件下葡萄籽細胞的破壁率和粒徑分布d（0.9）Table.1　Broken grape seed cell rate and d（0.9）of different crush conditions

3　結(jié)論

3.1同一冷凍溫度下，破壁率隨著粉碎時間的延長而升高，趨勢明顯，且在-15℃和-25℃時破壁率與粉碎時間均具有良好的線性關(guān)系。而在同一粉碎時間下，破壁率隨著溫度降低而升高的規(guī)律存在，但不顯著。

3.2超微粉粒徑小于葡萄籽細胞平均直徑時，破壁率為100%；根據(jù)理想破碎模型單元破碎率計算法，超微粉粒徑大于葡萄籽細胞平均直徑時，破壁率隨著粒徑的增大而減小。

3.3根據(jù)實驗結(jié)果，并綜合考慮人力和物力的消耗，推薦較好的葡萄籽超微粉破碎條件為：冷凍溫度-15℃、粉碎時間75min。

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Effect on broken grape seed cell rate under different crush conditions

MA Jing，YUAN Chun-long*，YANG Li，MA Tao，YANG Xiao-yan，ZHANG Shi-jie，YANG Jian，YAN Xiao-yu，SU Peng-fei，PANG Jian-mei，WU Sheng-meng
（College of Viticulture and Enology，Northwest Agriculture and Forestry University，Yangling 712100，China）

Seeds of Cabernet Sauvignon were crushed under the different conditions of temperature and time to find out the effect on broken grape seed cell rate.Using the method of calculation of ideal crush model for reference，broken grape seed cell rate was calculated by measuring the diagram of grape seed cell，particle size of grape seed superfine powder，and probability distribution of particle size.Our data demonstrate broken grape seed cell rate rised obviously during the extending of crush time at the same crush temperature，with a linear relation under-15℃and-25℃.While the rate rised slowly with the decrease of crush temperature in the same crush time.When the crush time extended to 75 min，the broken cell rate was high and influence of temperature was low.The broken cell rate of the superfine powder whose particle size was smaller than the diagram of grape seed cell was 100%，while the broken cell rate of whose particle size was bigger than the diagram of grape seed cell diminished with the increase of particle size.The better crush condition recommended was-15℃with 75 min.

grape seed；superfine powder；crush condition；cell broken rate；ideal crush model

TS261.9

B

1002-0306（2015）04-0247-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.045

2014－05－23

馬婧（1989－），女，碩士研究生，研究方向：葡萄酒化學(xué)。

袁春龍（1969-），男，博士，副教授，研究方向：葡萄與葡萄酒功能性成分與釀酒葡萄副產(chǎn)物綜合利用。

西北農(nóng)林科技大學(xué)科技創(chuàng)新重點項目（ZD2013017）。