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

鄭州輕工業大學食品與生物工程學院（鄭州 450001）

近幾年，中國的蔬菜加工業取得較大發展，但也存在諸多問題，如資源利用不充分和環境污染等。蔬菜汁加工廠將芹菜榨汁后，副產物芹菜渣主要用作飼料或廢棄物處理，不但經濟效益低而且造成環境污染。芹菜渣具有極高的營養價值和保健功能價值，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品，而且還能解決環境污染問題[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，它是近年來迅速發展的一項食品加工高新技術[3]。超微粉碎技術的優點是：速度快，可低溫粉碎；粒徑細，分布均勻；節省原料，提高資源利用率；減少污染；提高發酵、酶解過程的化學反應速度；利于生物機體對食品營養成分的吸收[4-5]。因此運用超微粉碎的方法對蔬菜渣膳食纖維進行開發應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 試驗材料

1.1.1 試驗材料與試劑

芹菜（市售）；去離子水（自制）。

1.1.2 主要儀器與設備

LZ-1.5型螺旋榨汁機（溫州市長宏輕工機械有限公司）；101-2型電熱鼓風干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；550型多功能超微粉碎機（許昌市豫邦機械制造有限公司）；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（安徽中科中佳科學儀器有限公司）；78HW-1型恒溫磁力攪拌器（金壇市醫療器械廠）；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 試驗方法

1.2.1 原料預處理階段

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，在電熱鼓風干燥箱80 ℃下干燥，干燥后取一部分用普通植物粉碎機粉碎成粉末狀，過0.250 mm孔徑篩，取篩下的芹菜粉作為細粉A；取一部分細粉A用超微粉碎機粉碎1次，過0.150 mm孔徑篩作為微粉B；取一部分細粉A用超微粉碎機粉碎2次，過0.150 mm孔徑篩作為微粉C；取一部分細粉A用超微粉碎機粉碎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，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，將芹菜微粉和細粉與適量的純KBr研磨后壓片，置于壓片磨具中，在油壓機上壓成透明的薄片，4種樣品的比例為1∶100（V/V），利用傅里葉紅外光譜儀Vertex 70進行分析。

1.2.4 微粉與細粉的掃描電鏡觀察

使用鑷子將樣本緩慢放入JFC-1600離子濺射儀設備后，樣品的噴炭鍍金處理時間設置在30 min左右，噴金完畢，取出載有樣品載物臺放在掃描電子顯微鏡的樣品支架上，設置電壓，抽真空達到要求后，觀察樣品顆粒的表面形態和結構。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，緩緩向上推動玻璃板的一端，測定樣品滑落90%時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）計算膨脹力[8-9,11-12]。

2 結果與分析

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分布見圖1，4種芹菜渣粉的粒徑分布測定結果見表1?？梢钥闯?，隨著超微粉碎次數增加，芹菜渣粉的粒徑越來越小，細粉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分布

表1 4種芹菜渣粉的粒徑分布測定結果

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果如圖2所示。不同超微粉碎次數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個吸收較強的吸收峰，這是羥基（—OH）的特征峰。說明芹菜粉末中存在處于締合狀態的氫鍵。2925 cm-1附近的吸收峰是亞甲基（CH2-）的伸縮振動峰，1739 cm-1附近的吸收峰為半纖維素羰基（C＝O）的伸縮振動峰，1197 cm-1處為纖維素、半纖維素（C—O—C）伸縮振動峰，1076～1024 cm-1附近為纖維素、半纖維素（C—O）的伸縮振動峰，這與纖維素的結構相符合，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，說明經超微粉碎處理的芹菜粉末，其主要成分的官能基團并沒有發生變化，即主要成分未發生變化或變化較小，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，結果如圖3所示。芹菜渣細粉A粒徑大小不一，形狀多呈現橢球形、桿狀形和束形，表面粗糙，細粉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、摩擦等機械作用力下，稍大一點的顆粒發生碎解，大多數顆粒逐漸變成表面略微粗糙的不規則多面體。芹菜渣粉末顆粒隨著超微粉碎次數的增加，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。圖4是芹菜渣粉的休止角和滑角的變化曲線。芹菜渣經超微粉碎以后，休止角和滑角都有所增大。這可能是由于芹菜渣經超微粉碎以后組織結構發生了一定變化，形成松散無序的疏松結構，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，導致物料休止角和滑角都增大，芹菜渣粉體的流動性變差[8]。

圖4 芹菜渣粉的休止角和滑角隨超微粉碎次數變化曲線

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。芹菜渣經超微粉碎以后，隨著粉碎次數增加，其水溶性逐漸增強。造成這種現象的原因可能是在超微粉碎機內各種強作用力下，部分不溶性的半纖維素及不溶性果膠類化合物會發生熔融現象或部分鏈接鍵斷裂，轉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%，隨著粉碎次數的增加，其水溶性增加減慢，超微粉碎3次時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好壞的重要指標。芹菜渣粉的膨脹力變隨超微粉碎次數化曲線見圖6。芹菜渣經超微粉碎以后，隨著粉碎次數增加，其膨脹力呈現減小趨勢，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，但超微粉碎同時也會破壞非水溶性膳食纖維空間網狀結構，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變化曲線

3 結論

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