振動(dòng)式超微粉碎對(duì)番薯全粉物化特性的影響

王 軍，程晶晶，韓勝男

（許昌學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南許昌 461000）

振動(dòng)式超微粉碎對(duì)番薯全粉物化特性的影響

王 軍，程晶晶，韓勝男

（許昌學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南許昌 461000）

以番薯粗粉為研究對(duì)象，通過高頻振動(dòng)超微粉碎處理，研究振動(dòng)式超微粉碎技術(shù)對(duì)番薯全粉物化特性的影響。結(jié)果表明，番薯粗粉經(jīng)過超微粉碎處理5 min后，平均粒徑減小到28.58±2.84 μm，比表面積和離散度分別為0.57± 0.08 m2/g，2.96±0.37，達(dá)到超微粉級(jí)別。隨著超微粉碎時(shí)間的延長，番薯微粉的平均粒徑進(jìn)一步減小，微粉顆粒大小更均勻，顏色更為白亮、更均勻。與粗粉相比，番薯微粉的休止角和滑角均增大，松裝密度和振實(shí)密度均小于粗粉。當(dāng)超微粉碎處理時(shí)間為15 min時(shí)，所得番薯微粉持水力、持油力、吸濕性、溶脹度和溶解性分別為1.15±0.01 g/g，0.71±0.03 g/g，3.20±0.15%，2.88±0.30 mL/g，45.17±0.70%，加工特性最佳。超微粉碎處理可以顯著改善番薯全粉的顆粒均勻性、顏色均勻性、吸濕性、溶脹度、溶解性等物化特性。

振動(dòng)式超微粉碎；番薯全粉；物化特性

番薯（Ipomoea batatas Lam.），又名紅薯等，在整個(gè)熱帶和亞熱帶地區(qū)均有種植。我國番薯常年種植面積、總產(chǎn)量均居世界首位。近年來的研究表明，番薯不僅營養(yǎng)豐富，而且具有多種食療保健作用及藥用價(jià)值［1-2］。新鮮番薯含水量高，易腐爛，生產(chǎn)又具有季節(jié)性，因此可以采取干燥制粉的方式加工、貯藏。番薯粉保留了番薯所有的營養(yǎng)成分，除了直接食用外，還能作為添加劑應(yīng)用于方便食品、冷凍食品、調(diào)理食品等加工工藝［3］。目前，番薯粉的生產(chǎn)多是去皮后再進(jìn)行干燥制粉，番薯皮等副產(chǎn)物作為生產(chǎn)廢料而拋棄掉，造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，特別是番薯皮中的纖維素、果膠、色素等活性成分未得到充分利用［4］。番薯全粉是將番薯干燥后帶皮粉碎得到的一種食品原料，既能實(shí)現(xiàn)番薯營養(yǎng)成分的完全利用，又能減少環(huán)境污染，降低加工難度，具有廣闊的市場(chǎng)開發(fā)前景。但由于番薯皮中的粗纖維機(jī)械強(qiáng)度較大、吸水膨脹等原因，傳統(tǒng)的粉碎技術(shù)較難將其細(xì)化到口感較好的程度。

超微粉碎是利用機(jī)械或流體動(dòng)力的方法克服固體內(nèi)部凝聚力使之破碎，從而將3 mm以上的物料顆粒粉碎到10～25 μm以下的操作技術(shù)［5-7］。超微細(xì)粉末是超微粉碎的最終產(chǎn)品，具有一般顆粒所沒有的特殊理化性質(zhì)，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化學(xué)反應(yīng)活性等［8］。超微粉碎技術(shù)廣泛用于軟飲料、果蔬、糧食、水產(chǎn)品、功能性食品、調(diào)味品、畜禽制品、冷食制品等領(lǐng)域。在食品加工中的應(yīng)用可以改善口感，有利于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，另外還可以將原來不能充分吸收或利用的原料重新利用，開發(fā)新型食品材料，提高資源利用率，減少環(huán)境污染［9］。因此，本研究利用高頻振動(dòng)超微粉碎技術(shù)對(duì)番薯全粉進(jìn)行處理，分析該粉碎工藝下番薯全粉的物料特性，通過對(duì)粉體粒徑、色澤、吸濕性、持水力、持油力、溶解性、溶脹度等物化特性的研究，為番薯全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 材料與設(shè)備

新鮮番薯，購于當(dāng)?shù)啬炒笮统小?/p>

JYL-C022E型料理機(jī)，九陽股份有限公司產(chǎn)品；DHG-9073BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司產(chǎn)品；NLD-6DI型振動(dòng)式超微粉碎機(jī)及冷凍循環(huán)設(shè)備，濟(jì)南納力德超微粉碎技術(shù)有限公司產(chǎn)品；GSL-2000型激光粒度儀，遼寧儀表研究所有限責(zé)任公司產(chǎn)品；NR200型色差儀，深圳市三恩馳科技有限公司產(chǎn)品；TDL-4型低速臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；YP30002型電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 微粉制備

（1）干燥。選擇無病害、無損傷的番薯，用清水將表面洗凈，晾干后切成厚度為3～4 mm的薄片，進(jìn)行熱風(fēng)干燥。熱風(fēng)溫度60℃，干燥至水分含量6%以下。

（2）粗粉制備。采用九陽料理機(jī)對(duì)干燥樣品進(jìn)行粗粉碎，每次打粉時(shí)間15 s，每次間隔2 min，粉碎時(shí)間45 s。

（3）微粉制備。將粗粉放入超微粉碎機(jī)中進(jìn)行超微粉碎，每次投樣量600 g，溫度設(shè)為5℃，粉碎時(shí)間分別為5，10，15 min，得到3種微粉，分別命名為微粉Ⅰ，微粉Ⅱ和微粉Ⅲ。

1.2.2 粒徑、比表面積測(cè)定

通過激光粒度儀對(duì)制得的粉體進(jìn)行粒徑和比表面積測(cè)定。取適量粉體置于容器內(nèi)，分散劑為蒸餾水，分散粉體使用超聲波。Dn（μm）表示有占總質(zhì)量n%的顆粒粒徑小于該數(shù)值，平均粒徑取D50，并計(jì)算粒徑分布的離散度［7］。計(jì)算公式如下：

1.2.3 色澤測(cè)定

將粉末裝于透明比色皿中，采用色差儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，獲得L*值，a*值，b*值。其中，L*值表示樣品的亮度，L*值越大，表明樣品表面越亮；a*值，正值表示偏紅，負(fù)值表示偏綠；b*值，正值表示偏黃，負(fù)值表示偏藍(lán)。

1.2.4 粉體綜合特性測(cè)定

休止角：通過粉體振動(dòng)篩落到下方試驗(yàn)臺(tái)，不斷堆積形成近似錐形體，堆面崩塌2～3次后重新形成較穩(wěn)定錐體時(shí)，測(cè)量粉體堆積層與水平面形成的夾角，測(cè)量時(shí)從3個(gè)不同位置測(cè)定休止角，然后取平均值。

滑角：將平板伸入托盤中，將樣品撒落在托盤中，直到埋沒平板，然后將托盤緩緩降低，平板與式樣托盤完全分離，此時(shí)用測(cè)角器測(cè)定留在平板上粉體所形成的角度，測(cè)量3次，取平均值。

松裝密度ρa(bǔ)：也稱堆積密度，參考GB/T20316.2—2006中堆積密度測(cè)定［10］。

振實(shí)密度ρp：參考GB/T 21354—2008中振實(shí)密度測(cè)量通用方法測(cè)定［11］。

1.2.5 持水力測(cè)定

準(zhǔn)確稱取1.000 g微粉樣品置于100 mL燒杯中，加蒸餾水40 mL，振蕩24 h，然后以轉(zhuǎn)速3 500 r/min離心30 min，棄去上清液，擦干管壁附著的水分，稱其質(zhì)量［12］。持水力計(jì)算公式如下：

式中：m1——干樣品質(zhì)量，g；

m2——濕樣品質(zhì)量，g。

1.2.6 持油力測(cè)定

持油力測(cè)定方法與持水力測(cè)定方法相同，僅將40 mL蒸餾水改為40 mL大豆油。

1.2.7 吸濕性測(cè)定

精確稱取1.000 g微粉放置于已稱質(zhì)量的干燥鋁盒中，將鋁盒放置在盛有飽和NaCL溶液（環(huán)境相對(duì)濕度75.5%）的玻璃干燥器中，室溫保存7 d［13］。吸濕性計(jì)算公式如下：

式中：Δm——樣品質(zhì)量的變化，g；

m——樣品中干物質(zhì)質(zhì)量，g。

1.2.8 溶解性測(cè)定

稱取一定質(zhì)量的樣品，均勻地分散在水溶液中，樣品和水的比例為0.02∶1（1 g溶于50 mL的蒸餾水中），將樣品移入離心管，在80℃下水浴震蕩30 min。混合物在轉(zhuǎn)速3 500 r/min下離心15 min，然后將上清液放在105℃下烘至恒質(zhì)量［14］。計(jì)算公式如下：

式中：m1——樣品的質(zhì)量，g；

m2——上清液烘干后的質(zhì)量，g。

1.2.9 溶脹度測(cè)定

準(zhǔn)確稱取約1.000 g樣品于25 mL量筒中，記錄樣品體積，加入蒸餾水20 mL，振搖使其均勻分散，置于25℃的水浴鍋恒溫，24 h后記錄充分溶脹后物料的體積，計(jì)算溶脹度［15］。溶脹度計(jì)算公式如下：

式中：m——樣品的質(zhì)量，g；

V1——加水前樣品的體積，mL，

V2——充分溶脹后樣品的體積，mL。

1.3 數(shù)據(jù)分析

不同樣品各項(xiàng)物化特性分析結(jié)果均采用SPSS軟件進(jìn)行分析，多重檢驗(yàn)p＜0.05，數(shù)值以“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 番薯全粉粒徑、比表面積分析

番薯全粉粒徑相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 番薯全粉粒徑相關(guān)參數(shù)

由表1可知，番薯粗粉經(jīng)過5 min超微粉碎后，平均粒徑減小到28.58±2.84 μm，已達(dá)到超微粉級(jí)別，表明物料所受的機(jī)械作用非常劇烈，對(duì)番薯全粉有較好的破碎作用［12］。隨著番薯全粉粒徑的減小，物料的比表面積增大，比表面積的變化則可能影響到物料與水等物質(zhì)的相互作用，從而影響物料的各種物化特性。根據(jù)計(jì)算的離散度值可知，超微粉碎5 min時(shí)，粒徑的離散度較大，表明超微粉碎尚不完全，粒徑分布還不均勻；到粉碎至15 min時(shí)，離散度顯著減小，超微粉碎程度較高，顆粒更均勻。

2.2 番薯全粉色澤分析

番薯全粉色澤分析見表2。

表2 番薯全粉色澤分析

由表2可知，與粗粉相比，隨著粉碎時(shí)間的延長，番薯微粉的L*值增大，a*值和b*值均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)。番薯塊根皮部分因含有花青素類色素而呈紫色，塊根肉質(zhì)部分因含有胡蘿卜素而顯黃色［2］。番薯皮因纖維素含量高，是最不易粉碎的部位。當(dāng)超微粉碎時(shí)間為5 min時(shí)，主要是番薯皮顆粒粒徑在減小，紅綠值a*值和黃藍(lán)值b*值均有所增加；隨著樣品粒徑進(jìn)一步減小，樣品內(nèi)部的主要成分淀粉顯露出來，顆粒間混合更均勻，微粉顏色更為白亮，彩色變淺，微粉顏色更均勻［12］。

2.3 番薯全粉綜合特性分析

番薯全粉綜合特性見表3。

表3 番薯全粉綜合特性

由表3可知，番薯微粉的休止角、滑角均顯著大于粗粉，這表明隨著樣品粒徑減小，顆粒的比表面積增大，顆粒間的相互作用力增加，使番薯微粉的粉體流動(dòng)性減弱［16］。隨著超微粉碎時(shí)間的延長，番薯微粉的松裝密度和振實(shí)密度均逐漸減小。番薯微粉粒徑減小，顆粒間的空間更大，能夠夾帶和吸附更多的空氣，密度變小，與番薯粗粉相比更為膨松，松裝密度和振實(shí)密度均小于粗粉［12］。

2.4 番薯全粉加工特性分析

番薯全粉加工特性見表4。

Influence of Vibration Type Superfine Grinding on Physicochemical Properties of Whole Sweet Potato Powder

WANG Jun，CHENG Jingjing，HAN Shengnan
（College of Food and Bioengineering，Xuchang University，Xuchang，He'nan 461000，China）

The coarse powder of whole sweet potato is processed by vibration type superfine grinding and the effect of micronization on the physicochemical properties of whole sweet potato powder is investigated.The results show that the average particle size，specific surface area and dispersion of coarse powder become 28.58±2.84 μm，0.57±0.08 m2/g，2.96±0.37，respectively，after micronizing for 5 min and the micro power can be called superfine power.With the increase of grinding time，the average particle size of sweet potato micro power decrease and the color of the micronized powder look more uniform and brighter.Compare with coarse powder，the angle of repose and slip angle of micro power increase and the bulk density and tap density decrease.The water holding capacity，oil holding capacity，hygroscopicity，swelling degree and solubility of micro power obtained after micronizing for 15 min are 1.15±0.01 g/g，0.71±0.03 g/g，3.20±0.15%，2.88±0.30 mL/g，

vibration type superfine grinding；whole sweet potato powder；physicochemical properties

表4 番薯全粉加工特性

TS255.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.005

2015-11-25

河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（15B550006）；許昌市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（1502080）。

王 軍（1978— ），男，博士，講師，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。

45.17±0.70%，respectively，the processing properties of the powder are best.This research suggests that the vibration type superfine grinding is an effective technology to improve particles uniformity，color and other main physicochemical properties of whole sweet potato powder.