濕法超細粉碎大蒜漿工藝優(yōu)化及品質分析

張一鳴，葛邦國，高玲，和法濤

（中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南 250014）

大蒜（Allium sativumL.）又稱蒜頭、獨蒜、胡蒜等，為百合科蔥屬多年生宿根草本植物的地下鱗莖部分，具有強烈辛辣的蒜臭味[1-4]。大蒜具有多種生物活性及藥理活性，如廣譜抗菌，降低血液中的膽固醇、甘油三酯含量，抑制腫瘤等作用[5-9]。目前我國大蒜種植面積約為600萬hm2，產量占全球總產量的70%以上。大蒜粉是大蒜主要加工產物之一，傳統(tǒng)方式加工的大蒜粉存在出粉率低、品質較差等問題，主要原因是加工過程中大蒜粉碎不均勻，致使大蒜漿穩(wěn)定性較差、沉淀較多[1,2]。濕法超細粉碎技術（Wet superfine grinding technology）是粉碎流動性或半流動性物料、粉碎過程有水或其他液體參與的粉碎技術，可將物料粒徑磨碎至微米級[10,11]。該技術處理的物料具有粒度細、分布窄、質量均勻等優(yōu)點[10-12]。近年來食品行業(yè)中超細粉碎技術的應用愈發(fā)廣泛，根據原理不同，超細粉碎設備分為磨介式、沖擊式、轉輥式等[12-14]。

本研究通過對比超細粉碎機和膠體磨兩種超細粉碎機型的效果，確定大蒜的最佳粉碎方式，并通過對比不同刀頭型號及粉碎次數對大蒜打漿的影響，確定最優(yōu)超細粉碎大蒜工藝，為大蒜深加工提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大蒜，購自山東金鄉(xiāng)成功果蔬有限公司，蒜體完整無機械損傷。

1.2 儀器與設備

超細粉碎機，COMITROL-500，美國URSCHEL公司提供；膠體磨，JMS-80，廊坊通用機械制造有限公司提供；離心機，LXJ-IIB，上海安亭科學儀器廠提供；激光粒度分布儀，BT -9300H，遼寧丹東百特儀器有限公司提供；TURBISCANLAB穩(wěn)定分析儀，LAB，法國FORMULACTION公司提供。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

大蒜→清洗→揀選→破碎打漿→冷卻→粉碎→大蒜漿

1.3.2 不同粉碎工藝處理對大蒜漿的影響

采用同批次處理的大蒜漿，分別采用膠體磨粉碎處理2次、超細粉碎機（靜刀片為212齒）處理2次，比較大蒜漿粒徑、粘度、持水力、穩(wěn)定性數量的區(qū)別。

1.3.3 超細粉碎機粉碎大蒜漿最優(yōu)工藝確定

分別采用數目為200、206、212齒的靜刀片對大蒜漿進行超細粉碎，測定大蒜漿粒徑、粘度、持水力及沉淀量等指標，確定最優(yōu)靜刀片數。

在相同的靜刀片數目下，分別進行超細粉碎1、2次，測定大蒜漿粒徑、粘度、持水力及沉淀量等指標，確定最佳粉碎次數。

1.3.4 理化指標測定方法

（1）粒徑

采用粒度分析儀測定。以純凈水作為流動相，待設備運轉正常后，緩慢倒入被測樣品，經超聲分散均勻3 min后，檢測其粒徑分布。

（2）穩(wěn)定性

采用TURBISCAN LAB穩(wěn)定性分析儀測定。將待測樣品放置于玻璃測試室中，樣品的添加量為20.0 mL。采用多次掃描模式進行測量，掃描時間40 min，掃描間隔5 min，樣品室溫度30 ℃。

（3）持水力

采用離心法測定持水力。大蒜漿處理后在25 ℃保持4 h，以3 000 r/min離心后，去上清，取大蒜漿測量質量，再將大蒜漿放于105 ℃烘箱中，烘干水分，測量干大蒜漿的質量，持水力的計算公式見式（1）。

（4）沉淀量

在離心杯中加入定量的大蒜漿，保證離心杯內液面的高度為65 mm，離心速度3 000 r/min，離心時間15 min，稱量沉淀高度和質量。

1.3.5 數據處理

通過SPSS22.0進行數據差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同粉碎處理對大蒜漿品質的影響

2.1.1 不同粉碎處理對大蒜漿粘度、粘徑、持水力的影響

大蒜經破碎打漿后進行粉碎處理，以同批次大蒜漿產品為試驗對象，分別對比了膠體磨、超細粉碎機、未超細粉碎三種不同粉碎處理對大蒜漿粘度、粒徑、穩(wěn)定性等品質的影響，具體見表1（見下頁）。

由表1中可以看出，與對照相比，經過膠體磨、超細粉碎機粉碎后，大蒜漿的粘度顯著提升，超細粉碎機粉碎后大蒜漿粘度更高。這可能是由于粉碎后，大蒜漿中部分原果膠等成分溶出，增加了體系的黏度。粉碎后，大蒜漿的粒徑顯著下降（P＜0.05）。根據stock沉降公式，大蒜漿粒徑直接影響大蒜漿的穩(wěn)定性，粒徑越小，產品越穩(wěn)定?？缍缺硎玖６确植嫉膶挾龋缍仍酱?，粒度越分散?？缍群捅缺砻娣e越小，粒度分布越均勻，產品越穩(wěn)定。由表1中可以看出，經膠體磨和超細粉碎機粉碎后，跨度和比表面積均降低，穩(wěn)定性較好。與未粉碎的大蒜漿相比，經過超細粉碎后大蒜的持水力有顯著提高，這是由于粉碎后，大蒜緊密的結構被粉碎過程中的多種作用力擊散。同時，由于粒度減小，顆粒的表面積越大，從而增大了持水力。與膠體磨對比，超細粉碎機粉碎后大蒜漿的粒徑、跨度和比表面積更低，其中粒徑降低41%，持水力提高了114%，大蒜漿的穩(wěn)定性更佳。對比趙龍等[15-17]的研究成果，分析得出，可能是由于超細粉碎刀片之間的間隙更小，對大蒜漿顆粒的摩擦和剪切作用更強，因此大蒜漿顆粒更細、品質更優(yōu)。

表1 不同粉碎工藝處理對大蒜漿品質的影響Table 1 Effect of different crushing treatments on the quality of garlic pulp

2.1.2 不同粉碎處理對大蒜漿穩(wěn)定性的影響

采用穩(wěn)定性分析儀測定未粉碎、膠體磨粉碎和超細粉碎機粉碎的大蒜漿的穩(wěn)定性，結果見圖1。由圖可知，未處理和經膠體磨處理后，大蒜漿體系的掃描曲線波動較劇烈，不同時段掃描曲線有變化，重合性差，說明大蒜漿不穩(wěn)定，極易發(fā)生顆粒上浮或沉淀現(xiàn)象。與未處理相比，膠體磨處理后大蒜漿曲線變化相對平緩。而經超細粉碎機粉碎后大蒜漿體系的掃描曲線波動幅度更小，且不同時段的掃描曲線基本重合，說明超細粉碎后大蒜漿較穩(wěn)定。根據斯托克斯定律，沉降速度與顆粒直徑的平方成正比，粒子直徑越大，沉降越快，反之越慢。通過超細粉碎機粉碎可以減小大蒜漿的平均粒徑，提高產品穩(wěn)定性。

圖1 不同粉碎工藝處理的大蒜漿穩(wěn)定性Fig.1 Stability of garlic pulp treated by different grinding processes

通過沉淀情況判斷大蒜漿穩(wěn)定性。將不同粉碎處理后的大蒜漿在常溫（20～25 ℃）下靜置，觀察沉淀情況，結果見表2。由表2可以看出，大蒜漿樣品在2 d內均有明顯的沉淀，這是因為在粉碎的過程中有部分物料沒有經過完全粉碎，靜置一段時間后必然會有上清和沉淀的分層出現(xiàn)。經膠體磨粉碎后，大蒜漿中有部分上清析出，大分子的大蒜漿顆粒沉淀下去。超細粉碎機粉碎后的大蒜漿樣品上清析出較少，樣品的穩(wěn)定性較好。未粉碎的大蒜漿為懸濁液狀態(tài)，放置一段時間后分層現(xiàn)象明顯，必須不斷攪拌才能維持懸浮狀態(tài)。而經過膠體磨粉碎后，分層現(xiàn)象不明顯，上層有少量清液析出。經超微粉碎機粉碎后基本無分層現(xiàn)象，這與穩(wěn)定性分析儀預測結果相同。

表2 不同處理方式大蒜漿穩(wěn)定性對比Table 2 Comparison of stability of garlic pulp with different treatment methods

通過對比常用的膠體磨粉碎和超細粉碎對大蒜漿粘度、粒徑、持水力、穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)經超細粉碎機粉碎后大蒜漿的粒徑、跨度和比表面積更小，持水力更強，穩(wěn)定性更好，因此選擇超細粉碎機粉碎大蒜漿。

2.2 超細粉碎機粉碎大蒜最優(yōu)工藝確定

2.2.1 不同靜刀片對大蒜漿粘度和持水力的影響

分別采用不同靜刀片200、206、212齒對大蒜漿進行超細處理1～2次，比較大蒜的漿粒徑、粘度和沉淀量，結果見表3。從表3中數據可以看出，隨著靜刀片數目的增加，大蒜漿粘度不斷升高，持水力也相應提高。相同刀片數不同的粉碎次數對粘度和持水力影響不顯著。當靜刀片數達到206齒后，再提高刀片數目，持水力增加不大，這是由于顆粒粉碎到一定程度后，再增加表面積，由于可結合水的毛細管已經被充分吸水，所以持水力不再有較大增加。同時靜刀片數212齒的粘度要明顯高于206齒，粘度太高不利于后續(xù)的濃縮效率和料液的輸送。因此選擇靜刀片數為206齒。

表3 不同靜刀片對大蒜漿粘度和持水力的影響Table 3 Effect of different static blades on viscosity and water holding capacity of garlic

2.2.2 不同靜刀片對大蒜漿粒徑的影響

由表4可知，隨著靜刀片數目的不斷提高，大蒜漿粒徑D50、跨度和比表面積不斷減少，穩(wěn)定性不斷提高?？赡苁怯捎陟o刀片數目直接影響磨齒之間的間隙，間隙越小，對大蒜漿的剪切力和摩擦力等作用會增強，進而減小大蒜漿的粒徑、跨度和比表面積。但相同的刀片數下不同的粉碎次數對粒徑、跨度和比表面積影響不大。

2.2.3 不同靜刀片對大蒜漿沉淀量的影響

由表5（見下頁）可知，在安裝不同數目的靜刀片粉碎后，沉淀量有微量的變化。隨著齒數的增加，沉淀量不斷減少。但安裝相同數目的靜刀片時，不同粉碎次數的沉淀量基本不變，這再次證明齒數對大蒜漿品質的影響要明顯大于粉碎次數。此外，靜刀片數206齒和212齒大蒜漿的沉淀量差別不大。

表4 不同靜刀片對大蒜漿粒徑的影響Table 4 Effect of different static blades on the particle size of garlic pulp

表5 不同靜刀片對大蒜漿沉淀量的影響Table 5 Effect of different static blades on precipitation of garlic pulp

3 結論

綜合考慮大蒜漿粘度、持水力、粒徑D50、跨度和比表面積等理化性質，選擇粉碎方式為超細粉碎機粉碎，靜刀片數目為206齒，粉碎次數1次。該工藝下大蒜漿粘度為(51.2±0.1) MPa·s、持水力為(11.49±0.01) g/g、粒徑D50為(38.76±0.02) μm、跨度為(1.985±0.007) μm、比表面積為(0.088±0.001) m2/g。與未粉碎和膠體磨粉碎的大蒜漿相比，濕法超細粉碎機粉碎大蒜漿粒徑明顯下降，粘度、持水力和穩(wěn)定性顯著提高。盡管超細粉碎大蒜漿具有粉碎效率高、產品品質較好等優(yōu)點，但超細粉碎相關微觀機理仍不明確，特別是大蒜漿特性與粉碎后顆粒尺寸的關系有待深入研究。