功能食品的超微粉碎技術

張 霞，李 琳，李 冰

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

功能食品的超微粉碎技術

張 霞，李 琳，李 冰*

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

超微粉碎技術是一種新型的加工技術，已被逐漸運用到功能食品的加工中。本文介紹了超微粉碎技術的特點、常用設備及超微粉碎技術應用于功能食品的研究進展。

功能食品，超微粉碎

功能性食品是具有增強肌體防御功能，調節人體機理，預防疾病和促進康復等有生理調節功能的食品，通常具有減輕疲勞、改善記憶、益智健腦、排毒養顏、延緩衰老、增強肌體免疫力、預防疾病等多種保健功能，因而越來越受到人們的青睞［1］。當前功能性食品已成為世界食品發展的新潮流，各國正投入大量人力、物力和科技力量加以研究、開發。為使我國的功能性食品走向科學化、系列化、標準化和國際化發展道路，應加強研究開發。大多數的功能因子存在于動植物細胞內，由于細胞壁或細胞膜的作用，阻礙了功能因子向溶媒或人體消化液擴散，降低了功能因子的利用度。如果能破壞細胞結構，將有助于功能因子的溶出。超微粉碎技術可使動植物細胞達到95%以上破壁的細度，從而能大大提高有效成分的溶出和釋放。隨著功能食品的不斷發展，普通的粉碎手段已越來越不適應生產需要，作為一種高新技術加工方法，超微粉碎技術已運用到許多功能食品（因子）的加工生產中。超微粉體具有許多獨特的性能，它使物料利用率得以提高，加工性能得到改善，并賦予產品優良的品質。運用超微粉碎技術對功能食品原料進行處理，從中分離、提取功能因子，最大限度地保留其活性，提高其穩定性，使得到的微粉具有優良的營養、功能特性。本文將介紹超微粉碎的技術特點和常用的超微粉碎設備，概述超微粉碎技術在功能食品加工中的應用現狀。

1 超微粉碎技術及特點

超微粉碎技術是近20年迅速發展起來的一項高新技術，可以把原材料加工到微米甚至納米級，已經在各行各業得到了廣泛的應用。它是利用各種特殊的粉碎設備，通過一定的加工工藝流程，對物料進行碾磨、沖擊、剪切等，將粒徑在3mm以上的物料粉碎至粒徑為10～25μm以下的微細顆粒［2］的過程。由于顆粒的微細化，從而使物料具有高溶解性、高吸附性、高流動性等多方面的活性和物理化學方面的新特性。與傳統的粉碎技術相比，超微粉碎技術得到的粉體粒徑更小。

目前超微粉碎技術包括化學法與機械法，化學法制備的超微粉體粒徑小、粒度分布窄，但是工藝復雜、成本高、產量低；機械法制備的超微粉體工藝簡單、成本低、產量大，但產品細度、形貌和純度均不及化學法制備的超微粉體［3］。機械法通過機械力作用于物體使其達到被粉碎的效果。物體在受機械力的研磨作用后，顆粒粒徑變小，相應的比表面積增大。在粉碎的過程中，隨著粒度的不斷減小，物料將會產生機械力化學效應，從而使得物料的結構及物理化學性質變化，使超微粉體的分散度、溶解度、密度、吸附性、催化性、表面自由能等發生改變［4］。

超微粉碎技術具有粉體粒徑細，粒徑分布均勻，對物料的活性和營養特性破壞小，能提高原料的利用率等優點。

2 超微粉碎設備［3，5］

目前，超微粉碎設備主要有氣流粉碎機、高頻振動式超微粉碎機、旋轉球（棒）磨式超微粉碎設備、沖擊式超微粉碎設備、超聲波粉碎機和膠體磨等。

2.1 氣流式超微粉碎設備

氣流式超微粉碎是氣體通過壓力噴嘴的噴射而產生劇烈的沖擊、碰撞等作用來對物料進行超微粉碎。它可將產品粉碎得很細且粒度均勻，粉碎過程不產生熱量，這一特點對于保持功能因子的生物活性很重要。但是氣流粉碎能耗相對較大，高于其它粉碎方法，且其存在粉碎極限，粉碎粒度與產量成線性關系，若要求高的產量，那么只能得到粒度較大的顆粒。

2.2 高頻振動式超微粉碎設備

高頻振動式超微粉碎的原理是利用棒形或球形的磨介作高頻振動而產生的沖擊、摩擦、剪切等作用力來實現對物料進行粉碎。振動磨的效率和粉磨速度比普通磨要高，但能耗卻比普通球磨機低數倍。

2.3 旋轉球（棒）磨式超微粉碎設備

常規球磨機是主要的細磨加工設備，它主要靠沖擊進行破碎，所以當物料粒度較大時（ ＞20μm），球磨機的效果很好。而當物料粒度小于20μm時，就存在效率低、耗能大、加工時間長等缺點。攪拌球磨機是利用研磨介質對物料的摩擦和少量的沖擊實現物料粉碎的，它主要由攪拌器、筒體、傳動裝置和機架組成，是超微粉碎機中能量利用率最高的。

2.4 沖擊式超微粉碎設備

沖擊式粉碎機是利用轉子圍繞水平軸或垂直軸高速旋轉對物料產生強烈沖擊、碰撞和剪切等作用力對物料進行超微粉碎。具有結構簡單、粉碎能力強、運轉穩定、能耗低的特點，適合于中等硬度物料粉碎。

2.5 超聲波粉碎機

超聲波在處理物料時，會產生空化效應，從而使物料震碎；同時，超聲在液體中傳播時會產生劇烈的擾動作用，使顆粒產生很大的速度，發生碰撞而擊碎液體中的固體顆粒或生物組織。超聲波粉碎機就是根據超聲波這些特性設計的。

2.6 膠體磨

膠體磨主要由兩個表面組成，一個固定表面和一個旋轉表面，兩個表面間隙可微調。當物料通過間隙時，轉動體高速旋轉（3000～15000r/min），與固定體之間產生很大的速度梯度，物料受到強烈的剪切而被粉碎。膠體磨是一種較理想的超微粉碎設備，可使物料的粒度達到2～50μm。

3 超微粉碎技術在功能食品（功能因子）中的應用

超微粉碎的產品的分散度、溶解度、溶解速率、吸附性等性能優于常規的粉碎方法，因此，將超微粉碎技術用于功能食品（功能因子）的生產中具有巨大的優勢。

3.1 多糖

多糖是一種天然大分子物質，存在于動植物和微生物中，為生命物質的組成成分之一，是一種重要的功能因子，對于人體的健康十分重要。近年來很多研究者將超微粉碎技術應用于多糖提取或改性，收到了良好的效果。

食用菌多糖具有增強免疫力、抗衰老、抗癌等功效，是功能食品主要的功能因子。但是，食用菌的細胞結構致密，多糖的提取率往往不高，采用超微粉碎技術可有效緩解此問題。楊春瑜等［6］通過酸法提取黑木耳多糖，并比較粗粉和超微粉多糖的提取率，結果表明粗粉和超微粉多糖經過純化凍干后得率分別為12.12%和15.78%，超微粉的多糖提取率明顯高于粗粉的多糖提取率。尉小慧等［7］采用超微粉碎技術對松茸菌、雞樅菌進行超微粉加工，結果表明經超微粉碎后再經提取 0.5h，松茸菌多糖提取率高達41.77%，雞樅菌多糖提取率數高達33.54%，較普通粉碎法高10～20倍。王曉煒等［8］將超微粉碎應用于柳松菇多糖的提取和分離，研究表明，柳松菇多糖提取的總量、得率和含量均隨著粉碎程度的加大有明顯的增加，多糖含量達50%，高于已報道的幾種食用菌多糖得率。黃建城等［9］比較了靈芝超微粉與普通粉薄層色譜及多糖含量差異，超微靈芝粉多糖含量為2.97%，普通靈芝粉多糖含量為0.71%，超微粉較普通粉的多糖提取量提高到4倍以上。

超微粉碎技術可用于植物性多糖的提取，如黃芪多糖［10］、淫羊藿多糖［11］、芪苓制劑總多糖［12］，提高多糖的提取率與多糖的純度。

由于超微粉碎過程有可能產生機械力化學效應，可改善粉體的一些化學與物理性能，從而影響其功能性。Li等人［13］利用高頻振動式超微粉碎制得了微細化的魔芋葡甘聚糖，然后研究了超微粉碎對其結構以及減肥功能的影響。發現微細化的魔芋葡甘聚糖晶體結構和溶脹特性都發生了改變，而球磨4h的樣品顯著地降低了肥胖小鼠的體重，并且血液中甘油三酯酸、葡萄糖和高密度脂蛋白的含量也均有顯著降低，說明微細化魔芋葡甘聚糖可以用于減肥產品的開發。梅光明等［14］利用超微粉碎技術對茯苓多糖和茯苓粉進行微細化處理，比較處理前后其理化性質的變化，經紅外掃描圖譜鑒定，超微粉碎后的茯苓多糖紅外吸收圖譜發生變化，多糖溶出率增加，這有利于提高茯苓在食品中的加工性能。

3.2 膳食纖維

水溶性膳食纖維對人體生理健康有很多作用，增加膳食纖維的攝入是一項提高人體健康的有效措施。而自然界99%的膳食纖維屬于非水溶性膳食纖維。對膳食纖維進行改性處理，使非水溶性膳食纖維在某種程度上能夠發揮水溶性膳食纖維的作用，更好地發揮膳食纖維的生理功能。

超微粉碎可使大豆豆皮膳食纖維與陽離子的交換能力大大增強，且隨顆粒粒度減小，交換能力增強；吸水膨脹率與吸油率也大大增大［15］。采用膠體磨對大豆膳食纖維素進行超微粉碎可獲得粒度為4～20μm的細小顆粒。物料在濕狀態下呈硬脆特性，在外力作用下一般發生剛性斷裂。超微粉碎使大豆膳食纖維素微粒的結構發生整體性破壞，但聚合物的結晶狀態未發生改變。可見，濕法超微粉碎在明顯改變大豆非水溶性膳食纖維物性的同時，還可改變其口感［16］。

胡蘿卜不溶纖維經過微細化后可顯著降低血清甘油三酯、血清總膽固醇、肝脂；可以降低盲腸中的氨濃度，增加排便量以及糞便中的水分含量，同時β-D-葡萄糖苷酶和 β-D-葡萄糖苷酸酶均降低［17］。苦瓜膳食纖維經過超微粉碎后，粒度分布在12～15μm之間，表面吸附親和力、溶脹性和持水性均增加［18］。Wu等［19］研究了超微粉碎的橙子不溶纖維對倉鼠腸的健康的影響，發現經過微細化后的不溶纖維物理化學性質發生了改變，且對倉鼠腸的健康產生了正面的影響。Hso等［20］將微細化的楊桃不溶纖維和纖維素作為維生素E的載體，研究了它們對維生素E的緩釋作用。結果表明楊桃不溶纖維具有良好的緩釋作用，說明超微粉碎后的楊桃不溶纖維可以用于功能因子的載體。

采用超微粉碎技術，對花生殼、麥麩、米糠等廢棄原料進行加工，獲得膳食纖維已成為一種國際發展趨勢。劉彩兵等［21］對小麥麩的超微細化工藝進行了優化，在工藝為球料比20∶1、球磨加工4h的條件下，獲得了平均粒徑約8μm的超微麥麩。超微粉碎有助于增大麥胚膳食纖維的持水力和膨脹力以及麥胚全粉水溶性，卻降低了陽離子交換能力［22］。

3.3 黃酮類

近年來大量的研究表明，黃酮類化合物有抗血栓、抗氧化、抗衰老、抑制HIV等作用，應用超微粉碎技術可以提高黃酮類物質的提取率，增大其利用率。

張蕾等［23］以經超微粉碎后的荷葉為原料，研究了超微粉碎對荷葉中黃酮類物質提取的影響。隨著粉碎程度的增加，黃酮提取率也增加。楊春瑜等［24］對比研究了經過干、濕法超微粉碎后綠茶粉和原料綠茶中黃酮類物質提取率和風味物質含量的變化。在最優條件下對比綠茶中黃酮類物質提取率，結果表明干法（球磨法）超微粉碎效果最好，其次是濕法（膠體磨），制冷粗粉碎法效果最差。茶葉中的風味物質在粉碎后沒有發生明顯的變化。張加梅等［25］研究了超微粉碎對提取葛根藥材中總黃酮的影響。粗粉的總黃酮含量為6.70%，而超微粉碎的總黃酮含量為 7.54%。劉建成等［26］應用高效液相色譜法（HPLC）比較了普通粉碎和超微粉碎對魚腥草中主要功能性成分金絲桃苷和槲皮苷溶出量的影響。經超微粉碎后金絲桃苷溶出量提高了34.45%；槲皮苷的溶出量提高了40.21%。超微粉碎能將魚腥草粉末的中心粒徑從75～100μm降低到20μm以下，比表面積有不同程度的提高。

3.4 多酚

多酚物質具有特殊的生物活性，在醫療、保健等方面有重要的作用和利用價值［27］。郝征紅等［28］研究了超微粉碎技術對綠茶主要功能成分溶出特性的影響。結果發現，用20℃低溫水浸提，超細綠茶粉中茶多酚的浸出速度大于普通綠茶粉與原茶。用80℃熱水浸提時，超細綠茶粉和普通綠茶粉中茶多酚的浸出速度差別不顯著，但高于原茶。利用膠體磨粉碎時，可制得粒度小于25μm的細小顆粒，隨著磨齒間隙減小，茶粉的持水力、茶漿的黏度、茶多酚的溶出量都增加［29］。司南等［30］比較了六味地黃處方飲片和不同粉碎條件下微粉水提物中丹皮酚含量。微粉化條件不同對六味地黃飲片水浸出物量無顯著影響，而經過粉碎后的微粉樣品中丹皮酚提取率則高于飲片。李曉明［31］對比研究了超微粉碎前后決明子大黃酚溶出量，超微粉碎可提高總大黃酚的溶出量，明顯縮短時間。

3.5 其他

葡萄皮含有多種微量元素及多酚等生物活性物質，如白藜蘆醇、單寧、花青素。范毅強等［32］采用超微粉碎技術將葡萄皮加工成超微粉，葡萄皮超微粉產品的顆粒直徑為2.1～25.6μm，平均為7.8μm，細胞破壁率達到100%，粉體具有很好的流動性，達到了超微粉體生產的要求。葡萄籽作為葡萄酒產業的副產品，其提取物具有清除自由基、抗氧化、抗癌、降血脂等作用。李華等人［33］對葡萄籽超微粉碎過程中的主要工藝參數進行了系統的研究，加入微晶纖維素作為抗結劑，得到了葡萄籽超微粉的最佳工藝條件；獲得的葡萄籽超微粉產品的顆粒直徑為 2.5～22.5μm，平均為6.2μm，細胞破壁率達到100%。

茶樹菇是一種珍稀食用菌，具有利尿、潤胃、健脾、抗癌、降血壓等藥效。張彩菊等［34］用超微粉碎技術處理茶樹菇，研究表明經過超微粉碎，粒度為7.35μm，粉體的溶出度最大，在120min時的溶出率為97.24%。說明茶樹菇粉體經過超微粉碎以后，顯著地提高了水溶性蛋白質的溶出度。楊春瑜等［35］采用F型高速萬能粉碎機和JM-50膠體磨機械法結合真空冷凍干燥技術制備了黑木耳超微粉，結果表明超微粉碎后的黑木耳氨基酸含量明顯增加，其中色氨酸增量最明顯，但是維生素B2受到很大破壞。

對紅茶葉超微茶粉可溶性固形物含量的萃取動力學過程的研究表明，超微茶粉的等級常數是紅茶葉的1.22～2.22倍［36］。比較甘草飲片中甘草酸普通粉碎和超微粉碎前后的溶出行為，研究結果表明：超微粉碎后甘草酸的溶出量顯著提高，粉碎時間越長，粒度降低，甘草酸溶出得越多，但是也存在最適宜的粒度范圍；甘草飲片粉碎至300目并浸泡30min，甘草酸可充分溶出，再延長浸泡時間或增加細度，已無實際意義［37］。

4 展望

運用超微粉碎技術對功能食品原料進行處理，從中分離、提取功能因子，可以最大限度地保留其活性，提高其穩定性，使得到的微粉具有優良的營養、功能特性。超微粉碎加工技術操作工藝簡單、產品附加值高、適用范圍廣、經濟效益顯著，是食品加工業的一種新技術、新思路，對于傳統工藝的改進，新產品的開發，尤其是保健食品（功能食品）的開發將產生巨大推動作用。

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Ultra-fine pulverization technology of functional food

ZHANG Xia，LI Lin，LI Bing*
（College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Ultra-fine pulverization technology as a novel food processing technique has been employed to functional food processing.The characteristics and equipments of ultra-fine pulverization technolgy were introduced.The application of ultra-fine pulverization on functional foods was discussed.

functional food；ultra-fine pulverization

TS218

A

1002-0306（2010）11-0375-04

2009-10-20 *通訊聯系人

張霞（1985-），女，碩士研究生，研究方向：糖類物質及其藥物的制備與生物利用。

“十一五”國家科技支撐計劃（2006BAD27B04）；廣東省教育廳產學研基地科技成果轉化重大項目（cgzhzd0704）；廣東省科技攻關項目（2007B020801001）。