超微粉碎對芹菜渣理化特性的影響

李昌文，張麗華，胡少帥，郭莉軍，縱偉

鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院（鄭州 450001）

近幾年，中國的蔬菜加工業(yè)取得較大發(fā)展，但也存在諸多問題，如資源利用不充分和環(huán)境污染等。蔬菜汁加工廠將芹菜榨汁后，副產(chǎn)物芹菜渣主要用作飼料或廢棄物處理，不但經(jīng)濟(jì)效益低而且造成環(huán)境污染。芹菜渣具有極高的營養(yǎng)價(jià)值和保健功能價(jià)值，芹菜渣中含有大量果膠、低聚糖、纖維素、半纖維素等膳食纖維。深加工利用這些廢棄物所含的膳食纖維，不但能得到高附加值的產(chǎn)品，而且還能解決環(huán)境污染問題[1-2]。超微粉碎是指3 mm以上的物料顆粒被粉碎到10～25 μm以下的過程，它是近年來迅速發(fā)展的一項(xiàng)食品加工高新技術(shù)[3]。超微粉碎技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：速度快，可低溫粉碎；粒徑細(xì)，分布均勻；節(jié)省原料，提高資源利用率；減少污染；提高發(fā)酵、酶解過程的化學(xué)反應(yīng)速度；利于生物機(jī)體對食品營養(yǎng)成分的吸收[4-5]。因此運(yùn)用超微粉碎的方法對蔬菜渣膳食纖維進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用具有重要的意義和廣闊的市場前景[6-7]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)材料與試劑

芹菜（市售）；去離子水（自制）。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備

LZ-1.5型螺旋榨汁機(jī)（溫州市長宏輕工機(jī)械有限公司）；101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；550型多功能超微粉碎機(jī)（許昌市豫邦機(jī)械制造有限公司）；AL204型電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）；HC-3618R型高速冷凍離心機(jī)（安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司）；78HW-1型恒溫磁力攪拌器（金壇市醫(yī)療器械廠）；MICROTAC S3500型激光粒度分析儀；JSM-6490LV型掃描電子顯微鏡；Vertex 70型傅里葉變換紅外光譜儀。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理階段

挑選無腐爛、無蛀蟲的芹菜，用清水洗凈，將芹菜榨汁，取芹菜渣，在電熱鼓風(fēng)干燥箱80 ℃下干燥，干燥后取一部分用普通植物粉碎機(jī)粉碎成粉末狀，過0.250 mm孔徑篩，取篩下的芹菜粉作為細(xì)粉A；取一部分細(xì)粉A用超微粉碎機(jī)粉碎1次，過0.150 mm孔徑篩作為微粉B；取一部分細(xì)粉A用超微粉碎機(jī)粉碎2次，過0.150 mm孔徑篩作為微粉C；取一部分細(xì)粉A用超微粉碎機(jī)粉碎3次，過0.150 mm孔徑篩作為微粉D。

1.2.2 芹菜渣粉的粒徑分布分析

選用濕法分散技術(shù)，樣品溶解超聲波震蕩過后，采用麥奇克MICROTAC S3500激光粒度分析儀測定。

1.2.3 紅外光譜測定比較

采用KBr壓片法，將芹菜微粉和細(xì)粉與適量的純KBr研磨后壓片，置于壓片磨具中，在油壓機(jī)上壓成透明的薄片，4種樣品的比例為1∶100（V/V），利用傅里葉紅外光譜儀Vertex 70進(jìn)行分析。

1.2.4 微粉與細(xì)粉的掃描電鏡觀察

使用鑷子將樣本緩慢放入JFC-1600離子濺射儀設(shè)備后，樣品的噴炭鍍金處理時(shí)間設(shè)置在30 min左右，噴金完畢，取出載有樣品載物臺(tái)放在掃描電子顯微鏡的樣品支架上，設(shè)置電壓，抽真空達(dá)到要求后，觀察樣品顆粒的表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)。其電子槍加速電壓20 kV，分別放大500，1000和1500倍[8]。

1.2.5 休止角和滑角的測定

將一定量的4種不同樣品經(jīng)玻璃漏斗垂直流至玻璃平板上，漏斗尾端距玻璃平板垂直距離3 cm，流下的物體在玻璃平板上形成圓錐體，測定圓錐表面和水平面的夾角，即為樣品的休止角，平行3次。將一定量的4種不同樣品，鋪在一塊光滑玻璃板中部，緩緩向上推動(dòng)玻璃板的一端，測定樣品滑落90%時(shí)玻璃板與水平面的夾角，即為樣品的滑角，平行3次[9-10]。

1.2.6 水溶性的測定

精確稱取1.00 g（m1）樣品，溶于50 mL去離子水中，磁力攪拌1 h，按4000 r/min離心15 min，取上清液于105 ℃烘干至恒重（m2）。按式（1）計(jì)算樣品的水溶性[8-10]。

1.2.7 膨脹力的測定

精確稱取1.00 g（m1）樣品，置于10 mL帶刻度試管中，測干粉體積V1，加水至10 mL處，振蕩搖勻后在室溫條件下放置24 h（自然沉降），讀取膨脹后體積V2。用式（2）計(jì)算膨脹力[8-9,11-12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 芹菜渣粉的粒徑分布分析

4種不同粒徑的芹菜粉末的正態(tài)分布見圖1，4種芹菜渣粉的粒徑分布測定結(jié)果見表1?？梢钥闯觯S著超微粉碎次數(shù)增加，芹菜渣粉的粒徑越來越小，細(xì)粉A的粒徑與微粉B、C、D相比，在d0.1，d0.5和d0.9上均存在較大的差異，經(jīng)超微粉碎后芹菜渣粉體顆粒更加均勻。

圖1 4種不同粒徑的芹菜粉末的粒徑正態(tài)分布

表1 4種芹菜渣粉的粒徑分布測定結(jié)果

2.2 芹菜渣粉紅外光譜測定比較

4種不同粒徑的芹菜渣粉的紅外光譜測定結(jié)果如圖2所示。不同超微粉碎次數(shù)處理的芹菜粉末的粒徑紅外光譜圖相似，在2995～3743 cm-1處均有1個(gè)吸收較強(qiáng)的吸收峰，這是羥基（—OH）的特征峰。說明芹菜粉末中存在處于締合狀態(tài)的氫鍵。2925 cm-1附近的吸收峰是亞甲基（CH2-）的伸縮振動(dòng)峰，1739 cm-1附近的吸收峰為半纖維素羰基（C＝O）的伸縮振動(dòng)峰，1197 cm-1處為纖維素、半纖維素（C—O—C）伸縮振動(dòng)峰，1076～1024 cm-1附近為纖維素、半纖維素（C—O）的伸縮振動(dòng)峰，這與纖維素的結(jié)構(gòu)相符合，4種粒徑粉末的光譜圖無論峰的位置還是峰的形狀都比較相似，說明經(jīng)超微粉碎處理的芹菜粉末，其主要成分的官能基團(tuán)并沒有發(fā)生變化，即主要成分未發(fā)生變化或變化較小，能保持芹菜渣粉的原有生理功能[8,13]。

圖2 4種不同粉碎粒度的芹菜粉末的紅外光譜圖

2.3 芹菜渣粉的掃描電鏡觀察

取適量細(xì)粉A、微粉B、微粉C、微粉D在掃描電子顯微鏡下觀察其外觀形狀特征，結(jié)果如圖3所示。芹菜渣細(xì)粉A粒徑大小不一，形狀多呈現(xiàn)橢球形、桿狀形和束形，表面粗糙，細(xì)粉A顆粒溝壑較微粉B、微粉C、微粉D為清晰。在超微粉碎的作用下，芹菜粉顆粒在沖擊、剪切、摩擦等機(jī)械作用力下，稍大一點(diǎn)的顆粒發(fā)生碎解，大多數(shù)顆粒逐漸變成表面略微粗糙的不規(guī)則多面體。芹菜渣粉末顆粒隨著超微粉碎次數(shù)的增加，其粒徑明顯減小[14]。

圖3 4種芹菜渣粉體的掃描電鏡圖

2.4 芹菜渣粉的休止角和滑角的測定

休止角和滑角都是反映芹菜渣粉體性能的重要指標(biāo)。圖4是芹菜渣粉的休止角和滑角的變化曲線。芹菜渣經(jīng)超微粉碎以后，休止角和滑角都有所增大。這可能是由于芹菜渣經(jīng)超微粉碎以后組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定變化，形成松散無序的疏松結(jié)構(gòu)，表面凹凸不平，使得表面聚合力增大，芹菜渣顆粒間的引力和黏著力增加，使得物料與光滑玻璃之間的摩擦力相對增大，導(dǎo)致物料休止角和滑角都增大，芹菜渣粉體的流動(dòng)性變差[8]。

圖4 芹菜渣粉的休止角和滑角隨超微粉碎次數(shù)變化曲線

2.5 芹菜渣粉的水溶性的測定

芹菜渣粉的水溶性變化曲線見圖5。芹菜渣經(jīng)超微粉碎以后，隨著粉碎次數(shù)增加，其水溶性逐漸增強(qiáng)。造成這種現(xiàn)象的原因可能是在超微粉碎機(jī)內(nèi)各種強(qiáng)作用力下，部分不溶性的半纖維素及不溶性果膠類化合物會(huì)發(fā)生熔融現(xiàn)象或部分鏈接鍵斷裂，轉(zhuǎn)化成水溶性聚合物成分[8-9]。從圖5還可以看出，超微粉碎能明顯提高芹菜渣粉的水溶性，微粉碎1次后，溶解度從粗粉碎的25.97%提高至35.86%，隨著粉碎次數(shù)的增加，其水溶性增加減慢，超微粉碎3次時(shí)芹菜渣粉體水溶性為37.3%。

圖5 芹菜渣粉的水溶性隨粉碎時(shí)間變化變化曲線

2.6 芹菜渣粉的膨脹力的測定

膳食纖維的膨脹力是衡量纖維品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)。芹菜渣粉的膨脹力變隨超微粉碎次數(shù)化曲線見圖6。芹菜渣經(jīng)超微粉碎以后，隨著粉碎次數(shù)增加，其膨脹力呈現(xiàn)減小趨勢，原因可能是隨粉體粒徑逐漸減小，雖然粉體的比表面積的增大有助于提高其水合性質(zhì)，但超微粉碎同時(shí)也會(huì)破壞非水溶性膳食纖維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，阻礙芹菜渣粉的膨脹，最終膨脹力下降[9,15]。

圖6 芹菜渣粉的膨脹力隨超微粉碎次數(shù)變化曲線

3 結(jié)論

與普通粉碎相比，隨著超微粉碎處理次數(shù)增加，芹菜渣粉的粒徑變小；紅外光譜圖相似，主要化學(xué)成分未發(fā)生變化；大多數(shù)芹菜渣顆粒都變成表面略微粗糙的不規(guī)則多面體，休止角、滑角和水溶性增大；膨脹力減小。試驗(yàn)結(jié)果說明超微粉碎對芹菜渣粉體性質(zhì)和加工特性產(chǎn)生一定影響，為芹菜渣粉的綜合利用提供參考依據(jù)。