牡丹花蕊超微粉體制備工藝及理化特性

王崇隊，張明，楊立風，范祺，張博華，馬超

中華全國供銷合作總社濟南果品研究院（濟南 250014）

牡丹（Peaonia rockii）是芍藥屬植物，毛茛科植物，是多年生落葉灌木，有“花中之王”之稱。它不僅是我國最重要的觀賞花卉之一，而且具有較高的食用價值與藥用價值，能調(diào)經(jīng)活血，治月經(jīng)不調(diào)和經(jīng)期腹痛，牡丹花還是清熱解毒的傳統(tǒng)藥材，主治血中伏火、除煩熱[1]，自古就有牡丹花茶、牡丹花酒和牡丹花脯等產(chǎn)品[1-4]。

牡丹花蕊被認為是牡丹花的精華，富含氨基酸、活性多糖、維B3、多酚和黃酮類化合物、花青素等多種成分[5-8]，具有促進消化、滋陰補腎、清火明目、潤腸靜心等功效[9-10]。牡丹花蕊中含有多種礦物質(zhì)元素，蛋白質(zhì)、粗纖維和各種維生素的含量高，適用于高能量食品的開發(fā)[11]。目前，牡丹花蕊類產(chǎn)品多以袋泡茶類為主，粉碎復配形成的功能性食品相對較少。超微粉碎技術作為一種新型的粉碎手段，因具有改善物料口感以及增大其營養(yǎng)物質(zhì)溶出量等優(yōu)點而成為研究熱點[12-13]。張雪等[14]通過對小米、懷山藥進行超微粉碎處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小米中胡蘿卜素及懷山藥中山藥多糖等主要營養(yǎng)成分含量有所提高。目前牡丹花蕊以袋泡茶類產(chǎn)品為主，超微粉碎方面的研究比較少，超微粉碎可以使牡丹花蕊的應用范圍擴大，可作為一種配料應用于烘焙類、復配類產(chǎn)品。研究以牡丹花蕊為原料，通過超微粉碎技術制備超微粉體，優(yōu)化物料的物化特性，提高抗氧化性，為牡丹花蕊超微粉體的制備及相關產(chǎn)品開發(fā)提供一定的參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

牡丹花蕊，菏澤龍池生物科技有限公司。

異丁醇，天津市大茂化學試劑有限公司；DPPH標準品，國藥集團化學試劑有限公司；磷酸二氫鈉，天津市廣成化學試劑有限公司；磷酸氫二鈉，天津市廣成化學試劑有限公司；鐵氰化鉀，上海廣諾化學科技有限公司；氯化亞鐵，天津市大茂化學試劑有限公司；硫酸鐵，國藥集團化學試劑有限公司、水楊酸，國藥集團化學試劑有限公司；雙氧水，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

倍力超微粉碎機，濟南倍力技術有限公司；DE-100 g多功能粉碎機，浙江紅景天工貿(mào)有限公司；T050002電子天平，天津天馬衡基儀器有限公司；BT-9300H激光粒度分析儀，丹東市百特儀器有限公司；MA160-1CN水分測定儀，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；DGG-9070B電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；ME104電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；SHA-B雙功能水浴恒溫振蕩器，江蘇杰瑞爾電器有限公司；UV1000紫外分光光度計，上海天美科學儀器有限公司；TDL-5-A離心機低速大容量多管離心機，上海安亭科學儀器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 單因素試驗

1.2.1.1 初破碎時間對超微粉體中位徑的影響

分別采取破碎時間0，10，20，30，40和50 s對50 g物料進行初破碎，將粉體進行超微粉碎，采用磨介填充率80%、超微粉碎時間5 min進行試驗，對得到的超微粉體測定中位徑。

1.2.1.2 磨介填充率對超微粉體中位徑的影響

分別采取磨介填充率40%，60%，80%和100%[15]，初破碎時間10 s，對50 g物料進行超微粉碎，超微時間5 min，對得到的超微粉體測定中位徑。

1.2.1.3 超微粉碎時間對超微粉體中位徑的影響

分別采取超微粉碎時間1，5，9，13，17，21和25 min，初破碎時間10 s，磨介填充率80%，對50 g物料進行超微粉碎，得到的超微粉體進行中位徑測定。

1.2.2 正交優(yōu)化試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇初破碎時間、磨介填充率、超微粉碎時間三個單因素，采用L9(33)正交試驗設計進行試驗，優(yōu)化超微粉碎條件。

表1 正交試驗設計

通過初破碎+超微粉碎結(jié)合的方法制備超微粉體，通過BT-9300H激光粒度分析儀，操作儀器進行自動攪拌、超聲波分散，將一定濃度的粉體加入到裝有異丁醇的樣品池中測定，通過測定中位徑大小確定最佳制備工藝。測定最佳工藝下的超微粉體與普通粉碎粉體的物化特性及抗養(yǎng)化活性。

1.2.3 分析方法

1.2.3.1 水分含量測定

直接干燥法，按照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的測定》。

1.2.3.2 休止角、滑動角、堆積密度測定

分別參照文獻[16-18]所述方法測定。

1.2.3.3 膨脹力測定

分別稱取兩種粉體各1.000 g（m，以純品計），于50 mL具塞刻度試管中，鋪平，讀取干物料的體積（V1）。準確加入20 mL純化水，振蕩均勻后，室溫過夜。讀取試管中物料體積（V2）[19]。膨脹力（mL/g）按式（1）計算。

1.2.3.4 持水力測定

分別稱取兩種樣品各1.000 g（m1），置于離心管中，加入30 mL純化水，室溫過夜，隨后以5000 r/min離心20 min，棄去上清液，稱量沉淀質(zhì)量（m2）[20]。持水力（g/g）按式（2）計算。

1.2.3.5 持油力測定

分別稱取兩種樣品各3.000 g（m，以純品計），置于50 mL離心管中，邊振蕩邊緩慢加入30 g花生調(diào)和油，充分混勻后靜置30 min，隨后以5000 r/min離心20 min，稱取上清油質(zhì)量m2[21]。持油力（g/g）按式（3）計算。

1.2.3.6 抗氧化活性

樣品溶液的制備[22]：各取樣品2.000 g（以純品計），以1∶50（g/mL）的比例加入70%的乙醇溶液，在70 ℃恒溫水浴鍋中振蕩提取3 h，提取后的樣液以3000 r/min離心5 min，取上清液待用，質(zhì)量濃度為40 mg/mL。

1.2.3.6.1 DPPH·自由基清除能力測定[23]

取2 mL樣品溶液和2 mL DPPH溶液（0.2 mmol/L）放入試管中，充分混勻后避光靜置30 min，在517 nm處測定其吸光度A1。同法測定2 mL樣品溶液和2 mL無水乙醇混合后的吸光度A2和2 mL DPPH溶液加入2 mL純化水的吸光度A0。DPPH·自由基清除率按式（4）計算。

1.2.3.6.2 羥基自由基清除能力測定[24]

取1 mL樣品溶液加入到試管中，依次加入1 mL 8 mmol/L FeSO4溶液、1 mL 8 mmol/L水楊酸-乙醇溶液和1 mL 8 mmol/L H2O2。充分混勻后靜置1 h，在510 nm測定吸光度A2。同樣方法，用純化水替代樣品測得吸光度A0；用純化水替代H2O2測得吸光度A1。羥基自由基清除率按式（5）計算。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均采用Microcal Origin 8.0軟件進行作圖，采用SPSS進行分析。

2 結(jié)果分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 磨介填充率對超微粉體中位徑的影響

從圖1可以看出：在一定范圍內(nèi)，隨著磨介填充率的增加，粉體的中位徑減小，在80%處趨于穩(wěn)定；隨著振磨介質(zhì)的增加，物料的研磨面積與研磨次數(shù)增加，使得物料的中位徑更?。辉谔畛渎蔬_到80%左右，物料振磨充分，中位徑達到最小，此后再增加磨介填充率，物料中位徑趨于穩(wěn)定[15]。

圖1 磨介填充率對超微粉體中位徑的影響

2.1.2 初粉碎時間對超微粉體中位徑的影響

從圖2可以看出：在一定范圍內(nèi)，隨著初破碎時間的增加，總體呈現(xiàn)先下降，后上升的趨勢，在30 s時，中位徑達到最小；而后隨著初破碎時間的增加，物料中位徑逐漸變大。這可能是因為初破碎減小了物料體積，使之更易于填充于振磨棒之間進行超微粉碎；初破碎時間變長時，物料沉積于振磨腔底部，不能充分振磨，使中位徑變大[25]。

圖2 初破碎時間對超微粉體中位徑的影響

2.1.3 超微時間對超微粉體中位徑的影響

從圖3可以看出：在一定的超微時間范圍內(nèi)，隨著超微時間的增加，中位徑呈現(xiàn)下降趨勢，在21 min時，中位徑最小，為9.489 μm；而后超微時間增加，中位徑上升。這可能是因為隨著超微時間的增加，物料振磨充分，中位徑持續(xù)降低；而超微時間過長時，物料由于水分的存在，形成餅狀，影響超微效果，使中位徑增加[26]。

圖3 超微時間對超微粉體中位徑的影響

2.2 正交試驗

根據(jù)單因素的試驗結(jié)果，設計正交試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2 超微粉體制備正交試驗結(jié)果

根據(jù)表2的極差分析可知：試驗因素對超微粉體中位徑的影響的主次順序為B＞C＞A，即初破碎時間＞超微時間＞磨介填充率；由K值大小可知，優(yōu)化組合為A3B1C1，即磨介填充率90%，初破碎時間25 s，超微時間19 min，在此條件下，物料的中位徑為9.23 μm。最優(yōu)工藝下超微粉體的中位徑分布如圖4所示。

圖4 最優(yōu)工藝下超微粉體的中位徑分布

2.3 超微粉體與普通粉體的物化特性對比

超微粉體與普通粉體的理化指標對標見表3。

由表3可以看出，超微粉體與普通粉體相比，休止角和滑動角有明顯的降低。休止角和滑動角反映粉體的流動性，角度越小，摩擦力越小，粉體的流動性越好，超微粉體較普通粉體流動性好。堆積密度代表著粉體成型的難易程度，堆積密度越大，越有利于成型，超微粉體由于流動性增加，因此其成型難度增大，堆積密度減小。超微粉體的持水力減小，這可能是因為超微處理破壞了牡丹花蕊的膳食纖維結(jié)構(gòu)，雖然表面接觸面積變大，但其個體結(jié)合水的能力降低，導致持水力較差[27]。超微粉體持油力增加，超微粉碎使粉體的接觸面增大，與油更好地接觸吸附，使得其持油力增加。超微粉體的膨脹力無明顯變化。

表3 超微粉體與普通粉體的理化指標

2.4 超微粉體與普通粉體的抗氧化研究

超微粉體與普通粉體的抗氧化研究見表4。

表4 超微粉體與普通粉體的抗氧化研究 單位：%

大多數(shù)自由基反應活性較強而壽命短暫，DPPH·是為數(shù)不多的即使在室溫條件下也能保持穩(wěn)定的自由基，與抗氧化劑或供氫體存在時，穩(wěn)定的自由基變成DPPH-H，顏色深度下降。上表中，超微粉體的DPPH·自由基清除能力較普通粉體提升了71.14%。羥基自由基被認為毒性最強的活性氧化基，輻射損傷等物理、化學因子都會促進它的形成，是造成生物有機體過氧化損傷的主要原因[28]。上表中，超微粉體的羥基自由基清除能力為26.47%，較普通粉體有所提高。

2.5 普通粉體與超微粉體的掃描電子顯微鑒別

分別取兩種粉體適量進行掃描電子顯微鑒別（見圖5）。

圖5 普通粉體與超微粉體的電子掃描顯微圖片

由圖5可以看出：普通粉體的電子掃描顯微中可見結(jié)構(gòu)完整，體積大，在5000倍電鏡下，結(jié)構(gòu)表面平坦，可見完整的結(jié)構(gòu)；而超微粉體的電子掃描顯微中出現(xiàn)較多的結(jié)構(gòu)碎片，體積較小，在5000倍電鏡下，組織結(jié)構(gòu)撕裂破損，出現(xiàn)明顯的裂紋和孔洞。研究采用的超微粉碎處理比普通機械處理更激烈，對牡丹花蕊的表面特性改變的程度也更深，裂紋與孔洞的大量出現(xiàn)，使粉體的表面暴露得更為徹底[29]。

3 結(jié)論

通過對牡丹花蕊超微粉體制備工藝及理化特性的研究，以中位徑為考核標準，通過工藝優(yōu)化確定最佳制備工藝為初破碎時間25 s、磨介填充率90%、超微粉碎時間19 min。在此工藝條件下，物料的中位徑為9.23 μm。此工藝下的超微粉體，其休止角和滑動角均有所下降；持油力較普通粉體提高了9.03%，為1.135 g/g；持水力為2.027 g/g，較普通粉體下降了41.47%；膨脹力無明顯提升，為4.061 g/g、；堆積密度為0.448 g/mL，較普通粉體下降了36.45%。超微粉體的抗氧化研究中，DPPH自由基清除能力與羥基自由基清除能力提升，分別為89.90%和26.47%。掃面電鏡圖中，超微粉體的結(jié)構(gòu)破碎，出現(xiàn)大量裂紋和孔洞。復合制備超微粉體的工藝方法為超微粉體的制備提供了一定的理論依據(jù)與借鑒。