超微粉碎時間對香菇粉特性的影響

倪立穎，張 明，王崇隊，王 彬，馬 超*，吳茂玉，和法濤，任鵬飛

（1.中華全國供銷合作總社濟南果品研究所，山東 濟南 250014；2.山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，山東 濟南 250100）

香菇（Lentinus edodes）又名香覃、冬菇、花菇，為真菌門擔子菌綱傘菌目側(cè)耳科香菇屬食用菌，在我國已有800 多年的栽培歷史，被譽為“蘑菇皇后”。香菇不僅具有獨特的風味特征，還含有豐富的營養(yǎng)及藥用價值[1-2]。據(jù)測定，通常干香菇中含粗蛋白15%～30%，粗脂肪4%，粗纖維7%，灰分3%。此外，香菇中含有豐富的維生素D、鈣、磷、鐵、香菇多糖、香菇嘌呤等多種有利于身體健康的生物活性成分[3-4]。藥理學研究表明香菇具有多種保健功能，如降低膽固醇、抗病毒、抗氧化、調(diào)節(jié)腸道微生物及免疫調(diào)節(jié)等[5-6]。我國已成為世界上香菇生產(chǎn)的第一大國，香菇產(chǎn)量占世界香菇總產(chǎn)量的80%左右。然而，香菇采后不易保存，后熟作用較強，常溫下采后2～3 d 香菇就會喪失大量水分，嚴重影響香菇的食用價值及口感。因此，開展香菇產(chǎn)品加工可促進其在市場上的流通和消費，并有效提升香菇資源的利用率。

超微粉碎作為近年來發(fā)展的高新技術(shù)之一，是指利用特種粉碎設(shè)備，對物料進行研磨、沖擊、剪切等操作以得到具有良好溶解性、分散性和生物活性溶出率的超微粉[7-8]?？芨１萚9]研究表明，超微粉碎后的板栗粉細胞破碎程度顯著提高，營養(yǎng)物質(zhì)溶出率增加，溶解性及凍融穩(wěn)定性明顯改善。Chi 等[10]研究表明，超微粉碎后的番茄皮渣粒度明顯降低，細胞結(jié)構(gòu)被破壞，水溶液穩(wěn)定性和體外抗氧化能力均有顯著提高。此外，Hong 等[11]利用球磨超微粉碎水楊柳葉，隨著粉碎時間和次數(shù)的增加，水楊柳葉粉的游離酚類代謝物含量和抗氧化活性顯著提高，水楊柳葉粉的水溶性指數(shù)、色澤等理化特性明顯改善。目前，香菇的粉碎可分為常規(guī)粉碎和超微粉碎。與常規(guī)粉碎相比，超微粉碎后的樣品粉體加工性能更優(yōu)，營養(yǎng)成分的溶出率顯著提高[12]。劉麗娜等[13]采用機械碾軋和球磨粉碎兩種方法對香菇柄進行處理，對比分析發(fā)現(xiàn)兩種處理方法均能改善香菇柄的粉體性質(zhì)，其中球磨粉碎法處理得到的微粉粒度更小、更均一，持水力、持油力等理化性質(zhì)改善效果更好。本研究以香菇為原料，探究不同粉碎時間的香菇超微粉在物化特性、營養(yǎng)成分溶出等方面的變化，以期為挖掘香菇潛在利用價值、提高綜合利用率、開發(fā)滿足不同消費者需求的多元化產(chǎn)品提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香菇，重慶大隊長農(nóng)業(yè)開發(fā)有限責任公司；魯花花生調(diào)和油，市售。

TGL-10B 高速臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；BW-Z6L 低溫破壁超微粉碎機，山東百順機械有限公司；RH-600A 高速粉碎機，永康市榮浩工貿(mào)有限公司；BT-9300H 激光粒度分布儀，丹東百特儀器有限公司；WSC-S 測色色差計，上海儀電物理光學儀器有限公司；ZeissSupra55 掃描電子顯微鏡，上海翔研精密儀器有限公司。

1.2 樣品處理

常規(guī)粉的制備：取（200±5）g 香菇原料，在實驗室內(nèi)進行粗磨，研磨得到的粗粉，過60 目篩，作為對照。

超微粉的制備：分別?。?00±5）g 香菇原料置于超微粉碎機中，溫度設(shè)置為-4 ℃，超微粉碎時間為5、10、15、20 min，得到不同粉碎時間的香菇超微粉。

1.3 實驗方法

1.3.1 多糖和蛋白含量測定

按照NY/T 1676—2008《食用菌中粗多糖含量的測定》中所述方法進行多糖含量測定；按照GB 15673—2009《食用菌中粗蛋白含量的測定》中所述方法進行蛋白含量測定。

1.3.2 表觀指標測定

（1）色澤

具體測定方法參考文獻[14]。用CIELAB 表色系統(tǒng)測定香菇粉的L*、a*和b*值，其中L*代表明度指數(shù)，從黑暗（L*=0）到明亮（L*=100）的變化；a*代表顏色從綠色（-a*）到紅色（+a*）的變化，b*代表顏色從藍色（-b*）到黃色（+b*）的變化。

（2）粒度與比表面積

采用激光粒度分析儀，測定香菇粉粒度分布，確定代表粒度分布的D10、D50、D90值、跨度及比表面積[15]。

1.3.3 微觀指標測定

掃描電鏡：將少量樣品用導電膠固定在金屬樣品平臺上，噴金，放入掃描電鏡中觀察，拍照保存。測定條件：電壓10 kV，噴金90 s。

1.3.4 水合能力測定

（1）持水力

持水力測定參照王崇隊等[16]的方法。稱取樣品1.000g，置于離心管中，加入30 mL 純化水，室溫過夜，隨后以5 000 r/min 條件離心20 min，棄去上清液，稱量沉淀質(zhì)量，計算公式見式（1）。

式中，m1為樣品質(zhì)量，g；m2為沉淀質(zhì)量，g。

（2）膨脹力

稱取樣品1.000 g 于50 mL 具塞刻度試管中，鋪平，讀取干物料的體積。準確加入20 mL 純化水，震蕩均勻后，室溫過夜。讀取試管中物料體積[16]，膨脹力計算公式見式（2）。

式中，V1為干物料體積，mL；V2為吸水后體積，mL；m 為樣品質(zhì)量，g。

1.3.5 吸附能力測定

稱取樣品3.000 g，置于50 mL 離心管中，邊振蕩邊緩慢加入花生調(diào)和油30 g，充分混勻后靜置30 min，隨后以5 000 r/min 條件離心20 min，稱取上清油質(zhì)量[16]，持油力計算公式見式（3）。

式中，m1為樣品質(zhì)量，g；m2為上清油質(zhì)量，g。

1.3.6 流動性和壓縮成型性測定

（1）休止角

將一漏斗垂直固定于鐵架臺上，漏斗最下端與水平面保持一定距離，取適量粉體，使其均勻通過玻璃漏斗自由落在平面上，直到粉體堆成的圓錐體的最高點碰觸到漏斗最下端為止，測量此時圓錐體半徑，每個樣品重復測定3 次[17]，計算公式見式（4）。

式中，θ 為粉體的休止角，°；H 為漏斗最下端距離水平面的距離，cm；R 為粉體堆成的圓錐體的半徑，cm。

（2）堆積密度

稱取樣品15.0 g，轉(zhuǎn)入50 mL 量筒中，充分振實，直至量筒內(nèi)粉體體積不再變化，讀取振實粉體體積，重復測定3 次，取平均值[18]，計算公式見式（5）。

式中，V 為振實粉體體積，mL；m 為樣品質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計均采用SPSS 20.0 的ANOVA 單因素方差分析和Ducan’s 多重檢驗進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 超微粉碎時間對香菇粉色澤的影響

由表1（見上頁）可以看出，隨著粉碎時間的延長，香菇樣品L*（D65）值呈下降趨勢，a*（D65）值與b*（D65）值呈上升趨勢。結(jié)果表明，隨著超微粉碎時間的增加，超微粉碎樣品與常規(guī)粉碎樣品（超微粉碎時間為0 min）相比亮度降低，顏色有偏紅、偏黃趨勢（L*：73.92±0.06，a*：3.33±0.12，b*：17.55±0.05）。

表1 不同超微粉碎時間的香菇粉色差分析Table 1 Color difference analysis of L.edodes powder in different superfine grinding time

2.2 超微粉碎時間對香菇粉粒徑分布及微觀結(jié)構(gòu)的影響

由表2 可知，超微粉碎時間15 min 內(nèi)，香菇樣品的D10、D90、跨度數(shù)值隨時間的增加呈下降趨勢。D90數(shù)值變化尤為明顯，這表明經(jīng)不同超微粉碎時間后的香菇粉質(zhì)比常規(guī)粉碎樣品粉質(zhì)細膩，制成沖劑后更加利于沖泡均勻。經(jīng)超微粉碎10 min 的香菇樣品跨度數(shù)值最小，說明其顆粒最均勻。此外，經(jīng)不同超微粉碎時間后的香菇粉樣品的比表面積大于常規(guī)粉碎樣品（0.147±0.07 m2/g），比表面積越大，物料與其他物質(zhì)的接觸面積越廣，表面聚合力和黏著力越大，可以作為功能性原料吸附在食品表面[19]。

表2 不同超微粉碎時間的香菇粉粒度與比表面積分析Table 2 Analysis of particle size and specific surface area of L.edodes powder in different superfine grinding time

掃描電子顯微鏡的觀察結(jié)果如圖1 所示，香菇粉的微觀形態(tài)經(jīng)超微粉碎后發(fā)生顯著變化。與常規(guī)粉碎（圖A1、A2）相比，超微粉碎后的香菇粉（圖B1、B2～圖E1、E2）的顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，隨著粉碎時間的增加，較大顆粒的數(shù)量明顯減少，顆粒多呈碎片狀，粒徑逐漸減小。從圖中還觀察到，隨著粒徑的減小，香菇粉顆粒越均勻。此外，超微粉碎后的樣品，顆粒間會呈現(xiàn)聚集現(xiàn)象，這可能是在機械粉碎的作用下，香菇粉的顆粒表面性能被激活，粒徑較小的顆粒間交互面積增加，使其更容易團簇聚集[20]。

圖1 不同超微粉碎時間的香菇粉掃描電鏡圖Fig.1 SEM image of L.edodes powder treated with different superfine grinding times

2.3 超微粉碎時間對香菇粉流動性和壓縮成型性的影響

由表3 可知，經(jīng)不同時長超微粉碎后，香菇樣品的休止角比空白試樣降低，這說明香菇粉體的流動性增強。超微粉碎20 min 后，香菇粉的休止角顯著低于常規(guī)粉碎樣品，說明超微粉碎20 min，粉體顆粒間的吸附力較小，流動性最佳，更易于制成顆粒劑、膠囊劑、片劑等制劑。由堆積密度分析可知，與常規(guī)粉碎相比，超微粉碎后香菇粉的堆積密度明顯增加，由0.35 g/mL 上升至0.57 g/mL。這與王維濤等[21]報道的氣流超微粉碎使香菇柄粉體粒徑減小、堆積密度增大的結(jié)論類似。這可能是由于超微粉碎使香菇粉粒徑減小，振實后粉體之間空隙越小，故其堆積密度越大。隨著超微粉碎時間的增加，香菇樣品的堆積密度呈上升趨勢，優(yōu)于常規(guī)粉碎試樣。該結(jié)果與超微粉碎處理的水芹、黑豆、紫米和糙米中的結(jié)論一致[22-23]。

表3 不同超微粉碎時間的香菇粉休止角及堆積密度分析Table 3 Analysis of angle of repose and bulk density of L.edodes powder in different superfine grinding times

2.4 超微粉碎時間對香菇粉持水力的影響

持水力是反映粉體對水分束縛能力的重要參數(shù)[24]。研究表明，持水力不僅與比表面積有關(guān)，還與大分子物質(zhì)之間的氫鍵結(jié)合水的能力有關(guān)。由圖2 可知，常規(guī)粉碎的香菇粉持水力最差，經(jīng)不同超微粉碎時間的香菇粉持水力均提高，其中經(jīng)10 min 超微粉碎的香菇粉持水性能最佳，為3.06 g/g，與普通粉碎相比，提升了36%。該結(jié)果與高虹等[24]利用氣流粉碎處理香菇柄，香菇柄微粉的持水力提高37%的結(jié)論相似。這可能由于超微粉碎使得香菇粉的比表面積增大，導致水化作用增強，持水性增強[25]。

圖2 不同超微粉碎時間對香菇粉持水力的影響Fig.2 Effect of different superfine grinding times on water holding capacity of L.edodes powder

2.5 超微粉碎時間對香菇粉膨脹力的影響

膨脹力是反映樣品水合能力的重要參數(shù)。膨脹力的大小不僅與顆粒的吸水膨脹性有關(guān)，還與顆粒的粒徑密切相關(guān)[26]。如圖3 所示，不同超微粉碎時間對香菇粉的膨脹力均產(chǎn)生一定影響，數(shù)值均高于常規(guī)粉碎樣品，其中經(jīng)10 min 超微粉碎的香菇粉膨脹性能最佳，為6.31 mL/g，比常規(guī)粉碎樣品提升了86.7%，這可能是由于香菇粉粒徑降低，其比表面積增大，部分親水基團暴露，粉體顆粒與水的結(jié)合能力增加[19]，從而導致膨脹力顯著上升。

圖3 不同超微粉碎時間對香菇粉膨脹力的影響Fig.3 Effect of different superfine grinding times on swelling capacity of L.edodes powder

2.6 超微粉碎時間對香菇粉持油力的影響

樣品持油力與香菇超微粉的吸附能力相關(guān)，特別是與膽固醇和膽酸鈉的吸附密切相關(guān)[27]。在食物的消化吸收過程中，超微粉中的膳食纖維可吸附人體腸道中多余的油脂，減少腸道對油脂的吸收、利用和轉(zhuǎn)化[28]。由圖4（見下頁）可知，經(jīng)超微粉碎后香菇粉的持油力基本無變化，超微粉碎15 min 時，樣品對油脂的束縛能力降低，持油力下降?？赡芘c超微粉碎破壞樣品多糖鏈結(jié)構(gòu)，導致化學鍵斷裂，從而使持油力減弱有關(guān)[29]。

圖4 不同超微粉碎時間對香菇粉持油力的影響Fig.4 Effect of different superfine grinding times on oil-holding capacity of L.edodes powder

2.7 超微粉碎時間對香菇粉多糖含量的影響

從圖5 可以看出，與常規(guī)粉碎相比，超微粉碎后的樣品的多糖含量顯著提高，在一定范圍內(nèi)，隨著超微粉碎時間的延長，多糖含量不斷增加，超微粉碎時間10 min時，多糖含量為27.68%，粉碎時間為15 min 時，多糖含量達到最大值，為29.15%。這可能是因為粉碎時間延長，香菇粒度降低，粉碎程度增加，香菇在粉碎機中受到的剪切、碰撞等作用力越大，使香菇破壁程度越高，更有利于多糖的溶出，導致多糖提取率明顯提高[30]。Xu 等[31]采用超微粉碎處理草菇發(fā)現(xiàn)，多糖的溶出量較對照組提高了1.45 倍，多糖含量明顯提高。之后隨粉碎時間的增加，多糖得率略有減少。

圖5 超微粉碎時間對香菇粉多糖含量的影響Fig.5 Effect of superfine grinding times on the content of polysaccharides of L.edodes powder

2.8 超微粉碎時間對香菇粉蛋白含量的影響

由圖6 可知，經(jīng)超微粉碎后的樣品蛋白含量顯著增加（P＜0.05），但不同粒徑的樣品之間差異不大。造成這一結(jié)果的原因可能是顆粒中蛋白質(zhì)含量較高的部分被機械分解成更小的顆粒，蛋白質(zhì)多儲存在顆粒較小的香菇粉中，因此顆粒越小蛋白含量越高[30]。超微粉碎時間10 min 時，測得蛋白含量最高，為25.2%。

圖6 超微粉碎時間對香菇粉蛋白含量的影響Fig.6 Effect of superfine grinding time on the content of protein of L.edodes powder

3 結(jié)論

超微粉碎技術(shù)能大幅提升香菇中營養(yǎng)成分的利用率。與常規(guī)粉碎相比，隨著超微粉碎時間的增加，樣品粒徑降低，由25.42 μm 降至10.90 μm。顆粒更均勻，流動性更好。此外，超微粉碎使粉體顆粒比表面增大，比表面積越大，物料與其他物質(zhì)的接觸面積越廣，表面聚合力和黏著力越大，可作為功能性原料吸附在食品表面。超微粉碎后樣品的持水力和膨脹力明顯提高。粉碎10 min 后得到的超微粉與普通粉相比，持水力提高了36%，膨脹力提升了86.7%。此外，超微粉碎使樣品多糖和蛋白的溶出率明顯增加，其中超微粉碎時間10 min 時，多糖含量為27.68%，蛋白含量為25.2%，提取率最高。因此，確定香菇超微粉碎的最優(yōu)時間為10 min。本研究可為香菇的深度開發(fā)利用提供理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支持。