超微粉碎对芹菜渣理化特性的影响

李昌文，张丽华，胡少帅，郭莉军，纵伟

郑州轻工业大学食品与生物工程学院（郑州 450001）

近几年，中国的蔬菜加工业取得较大发展，但也存在诸多问题，如资源利用不充分和环境污染等。蔬菜汁加工厂将芹菜榨汁后，副产物芹菜渣主要用作饲料或废弃物处理，不但经济效益低而且造成环境污染。芹菜渣具有极高的营养价值和保健功能价值，芹菜渣中含有大量果胶、低聚糖、纤维素、半纤维素等膳食纤维。深加工利用这些废弃物所含的膳食纤维，不但能得到高附加值的产品，而且还能解决环境污染问题[1-2]。超微粉碎是指3 mm以上的物料颗粒被粉碎到10～25 μm以下的过程，它是近年来迅速发展的一项食品加工高新技术[3]。超微粉碎技术的优点是：速度快，可低温粉碎；粒径细，分布均匀；节省原料，提高资源利用率；减少污染；提高发酵、酶解过程的化学反应速度；利于生物机体对食品营养成分的吸收[4-5]。因此运用超微粉碎的方法对蔬菜渣膳食纤维进行开发应用具有重要的意义和广阔的市场前景[6-7]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验材料与试剂

芹菜（市售）；去离子水（自制）。

1.1.2 主要仪器与设备

LZ-1.5型螺旋榨汁机（温州市长宏轻工机械有限公司）；101-2型电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；550型多功能超微粉碎机（许昌市豫邦机械制造有限公司）；AL204型电子天平（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）；HC-3618R型高速冷冻离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司）；78HW-1型恒温磁力搅拌器（金坛市医疗器械厂）；MICROTAC S3500型激光粒度分析仪；JSM-6490LV型扫描电子显微镜；Vertex 70型傅里叶变换红外光谱仪。

1.2 试验方法

1.2.1 原料预处理阶段

挑选无腐烂、无蛀虫的芹菜，用清水洗净，将芹菜榨汁，取芹菜渣，在电热鼓风干燥箱80 ℃下干燥，干燥后取一部分用普通植物粉碎机粉碎成粉末状，过0.250 mm孔径筛，取筛下的芹菜粉作为细粉A；取一部分细粉A用超微粉碎机粉碎1次，过0.150 mm孔径筛作为微粉B；取一部分细粉A用超微粉碎机粉碎2次，过0.150 mm孔径筛作为微粉C；取一部分细粉A用超微粉碎机粉碎3次，过0.150 mm孔径筛作为微粉D。

1.2.2 芹菜渣粉的粒径分布分析

选用湿法分散技术，样品溶解超声波震荡过后，采用麦奇克MICROTAC S3500激光粒度分析仪测定。

1.2.3 红外光谱测定比较

采用KBr压片法，将芹菜微粉和细粉与适量的纯KBr研磨后压片，置于压片磨具中，在油压机上压成透明的薄片，4种样品的比例为1∶100（V/V），利用傅里叶红外光谱仪Vertex 70进行分析。

1.2.4 微粉与细粉的扫描电镜观察

使用镊子将样本缓慢放入JFC-1600离子溅射仪设备后，样品的喷炭镀金处理时间设置在30 min左右，喷金完毕，取出载有样品载物台放在扫描电子显微镜的样品支架上，设置电压，抽真空达到要求后，观察样品颗粒的表面形态和结构。其电子枪加速电压20 kV，分别放大500，1000和1500倍[8]。

1.2.5 休止角和滑角的测定

将一定量的4种不同样品经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离3 cm，流下的物体在玻璃平板上形成圆锥体，测定圆锥表面和水平面的夹角，即为样品的休止角，平行3次。将一定量的4种不同样品，铺在一块光滑玻璃板中部，缓缓向上推动玻璃板的一端，测定样品滑落90%时玻璃板与水平面的夹角，即为样品的滑角，平行3次[9-10]。

1.2.6 水溶性的测定

精确称取1.00 g（m1）样品，溶于50 mL去离子水中，磁力搅拌1 h，按4000 r/min离心15 min，取上清液于105 ℃烘干至恒重（m2）。按式（1）计算样品的水溶性[8-10]。

1.2.7 膨胀力的测定

精确称取1.00 g（m1）样品，置于10 mL带刻度试管中，测干粉体积V1，加水至10 mL处，振荡摇匀后在室温条件下放置24 h（自然沉降），读取膨胀后体积V2。用式（2）计算膨胀力[8-9,11-12]。

2 结果与分析

2.1 芹菜渣粉的粒径分布分析

4种不同粒径的芹菜粉末的正态分布见图1，4种芹菜渣粉的粒径分布测定结果见表1。可以看出，随着超微粉碎次数增加，芹菜渣粉的粒径越来越小，细粉A的粒径与微粉B、C、D相比，在d0.1，d0.5和d0.9上均存在较大的差异，经超微粉碎后芹菜渣粉体颗粒更加均匀。

图1 4种不同粒径的芹菜粉末的粒径正态分布

表1 4种芹菜渣粉的粒径分布测定结果

2.2 芹菜渣粉红外光谱测定比较

4种不同粒径的芹菜渣粉的红外光谱测定结果如图2所示。不同超微粉碎次数处理的芹菜粉末的粒径红外光谱图相似，在2995～3743 cm-1处均有1个吸收较强的吸收峰，这是羟基（—OH）的特征峰。说明芹菜粉末中存在处于缔合状态的氢键。2925 cm-1附近的吸收峰是亚甲基（CH2-）的伸缩振动峰，1739 cm-1附近的吸收峰为半纤维素羰基（C＝O）的伸缩振动峰，1197 cm-1处为纤维素、半纤维素（C—O—C）伸缩振动峰，1076～1024 cm-1附近为纤维素、半纤维素（C—O）的伸缩振动峰，这与纤维素的结构相符合，4种粒径粉末的光谱图无论峰的位置还是峰的形状都比较相似，说明经超微粉碎处理的芹菜粉末，其主要成分的官能基团并没有发生变化，即主要成分未发生变化或变化较小，能保持芹菜渣粉的原有生理功能[8,13]。

图2 4种不同粉碎粒度的芹菜粉末的红外光谱图

2.3 芹菜渣粉的扫描电镜观察

取适量细粉A、微粉B、微粉C、微粉D在扫描电子显微镜下观察其外观形状特征，结果如图3所示。芹菜渣细粉A粒径大小不一，形状多呈现椭球形、杆状形和束形，表面粗糙，细粉A颗粒沟壑较微粉B、微粉C、微粉D为清晰。在超微粉碎的作用下，芹菜粉颗粒在冲击、剪切、摩擦等机械作用力下，稍大一点的颗粒发生碎解，大多数颗粒逐渐变成表面略微粗糙的不规则多面体。芹菜渣粉末颗粒随着超微粉碎次数的增加，其粒径明显减小[14]。

图3 4种芹菜渣粉体的扫描电镜图

2.4 芹菜渣粉的休止角和滑角的测定

休止角和滑角都是反映芹菜渣粉体性能的重要指标。图4是芹菜渣粉的休止角和滑角的变化曲线。芹菜渣经超微粉碎以后，休止角和滑角都有所增大。这可能是由于芹菜渣经超微粉碎以后组织结构发生了一定变化，形成松散无序的疏松结构，表面凹凸不平，使得表面聚合力增大，芹菜渣颗粒间的引力和黏着力增加，使得物料与光滑玻璃之间的摩擦力相对增大，导致物料休止角和滑角都增大，芹菜渣粉体的流动性变差[8]。

图4 芹菜渣粉的休止角和滑角随超微粉碎次数变化曲线

2.5 芹菜渣粉的水溶性的测定

芹菜渣粉的水溶性变化曲线见图5。芹菜渣经超微粉碎以后，随着粉碎次数增加，其水溶性逐渐增强。造成这种现象的原因可能是在超微粉碎机内各种强作用力下，部分不溶性的半纤维素及不溶性果胶类化合物会发生熔融现象或部分链接键断裂，转化成水溶性聚合物成分[8-9]。从图5还可以看出，超微粉碎能明显提高芹菜渣粉的水溶性，微粉碎1次后，溶解度从粗粉碎的25.97%提高至35.86%，随着粉碎次数的增加，其水溶性增加减慢，超微粉碎3次时芹菜渣粉体水溶性为37.3%。

图5 芹菜渣粉的水溶性随粉碎时间变化变化曲线

2.6 芹菜渣粉的膨胀力的测定

膳食纤维的膨胀力是衡量纤维品质好坏的重要指标。芹菜渣粉的膨胀力变随超微粉碎次数化曲线见图6。芹菜渣经超微粉碎以后，随着粉碎次数增加，其膨胀力呈现减小趋势，原因可能是随粉体粒径逐渐减小，虽然粉体的比表面积的增大有助于提高其水合性质，但超微粉碎同时也会破坏非水溶性膳食纤维空间网状结构，阻碍芹菜渣粉的膨胀，最终膨胀力下降[9,15]。

图6 芹菜渣粉的膨胀力随超微粉碎次数变化曲线

3 结论

与普通粉碎相比，随着超微粉碎处理次数增加，芹菜渣粉的粒径变小；红外光谱图相似，主要化学成分未发生变化；大多数芹菜渣颗粒都变成表面略微粗糙的不规则多面体，休止角、滑角和水溶性增大；膨胀力减小。试验结果说明超微粉碎对芹菜渣粉体性质和加工特性产生一定影响，为芹菜渣粉的综合利用提供参考依据。