超微粉碎對蘋果全粉物化性質的影響

陳 如，何 玲*（西北農林科技大學園藝學院，陜西 楊凌 712100）

超微粉碎對蘋果全粉物化性質的影響

陳 如，何 玲*
（西北農林科技大學園藝學院，陜西 楊凌 712100）

以蘋果為原料，經粗粉碎后超微粉碎不同時間（1、3、5、10、20、30 min），共得到蘋果粗粉和6 種不同粒徑蘋果全粉，通過測定其物化性質，并且利用激光粒度儀和掃描電子顯微鏡對不同的蘋果全粉進行粒徑測定和結構觀察，探究不同時間的超微粉碎對蘋果全粉物化性質及微觀結構的影響。結果表明：超微粉碎后，粉體粒徑逐漸減小，粒徑分布越來越均勻。與粗粉碎蘋果全粉相比，不同時間超微粉碎后蘋果粉體的溶脹性、水溶性、持水力、陽離子交換能力均增大，容積密度減?。≒＜0.05）；隨著超微粉碎時間的延長，持水力逐漸增大（P＜0.05），容積密度、溶脹性未發生顯著變化（P＞0.05）；各處理組間水溶性、陽離子交換能力先增大后未發生顯著變化。本實驗為蘋果深加工提供了參考依據。

蘋果全粉；超微粉碎；粗粉碎；粒徑；物化性質

蘋果（Malus pumila Mill.）為薔薇科蘋果屬果樹。蘋果含有豐富的營養物質，是飲食類黃酮和抗氧化劑的主要來源，富含VC和各種酚類化合物，蘋果具有降低心血管疾病、哮喘、糖尿病發病率，降低脂質氧化、膽固醇含量等多種保健功效[1-4]。蘋果是我國第一大水果，栽培面積和產量均居世界第一。目前我國蘋果加工產品以濃縮果汁為主，產能過剩，嚴重制約中國蘋果加工產業的健康發展[5-8]。因此，需要大力開展蘋果深加工的應用與推廣。蘋果加工成粉可以較好地保留蘋果原有的營養成分，不僅可以減少貯藏、運輸的空間和能耗，還可以應用到食品加工的許多領域，有助于豐富產品類型、提高產品的營養成分、改善產品的風味色澤[9-10]。

超微粉碎技術是指利用機器或流體動力的途徑將物料顆粒粉碎至微米級甚至納米級的過程[11]，相比較于傳統的常規粗粉碎，能夠有效改善物料的物理化學性質，從而使物料具有較高的溶解性、持水性、保水力、流動性等多方面有利的新特性，能最大限度地保留粉體的生物活性及各種營養成分，減少有效成分的損失，有利于高品質產品的開發和制備[12-14]。因此，將超微粉碎技術應用到蘋果粉加工中是極具前景的。本實驗將干燥后的蘋果經粗粉碎后，在不同粉碎時間（1、3、5、10、20、30 min）條件下經冷凍機械式超微粉碎機粉碎，得到蘋果粗粉和6 種不同粒徑分布的蘋果超微粉，探討不同粒徑蘋果全粉的物理化學特性，以期為蘋果的深加工利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋果選用澳洲青蘋，購于陜西恒通農業科技發展有限公司。以無病蟲害及機械損傷、腐爛的原料作為實驗材料。

NaOH、NaCl、HCl、乙醇、95%酚酞等均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

2000型激光粒度分析儀 英國馬爾文儀器有限公司；S-4800場發射掃描電子顯微鏡 日立高新技術公司；高速萬能粉碎機 天津泰斯特儀器有限公司；LWF6型貝利微粉機 濟南龍微制藥設備有限公司；3K15型高速冷凍離心機 美國Sigma公司。

1.3 方法

1.3.1 蘋果全粉的制備

新鮮蘋果清洗切片，100 ℃條件下進行熱燙護色4 min，60 ℃條件下熱風干燥10 h，用高速萬能粉碎機進行粗粉碎40 s后過50 目篩獲得蘋果粗粉，以蘋果粗粉為對照（CK），然后利用低溫超微粉碎機將過篩后的蘋果粗粉進行不同時間的超微粉碎，分別設定粉碎時間為1、3、5、10、20、30 min，獲得蘋果粗粉和6 種不同粒徑分布的蘋果超微粉，密封保存備用，然后分別測定7 種粉體的物化指標，實驗重復3 次。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 粒徑測定

用2000型激光粒度分析儀測定粉體的粒徑及其粒徑分布。

1.3.2.2 掃描電子顯微鏡觀察

將待測樣品進行固定，再用離子濺射儀對樣品表面進行鍍金，將其置于掃描電子顯微鏡下放大200 倍觀測全粉形態。

1.3.2.3 容積密度的測定

各樣品分別被填充在10 mL的量筒（m1/g）中，稱樣品和量筒質量（m2/g）。容積密度如式（1）計算。

1.3.2.4 溶脹性的測定

準確稱取1.00 g（m）樣品，放入帶有刻度的試管中，記錄體積V1/mL，加入10 mL蒸餾水，振蕩搖勻靜置24 h后，記錄體積V2/mL。溶脹性如式（2）計算。

1.3.2.5 水溶性的測定

各樣品稱質量m1/g，然后將樣品和水以0.02∶1的質量比混合，放在80 ℃水浴鍋中水浴30 min，取出冷卻、離心（10 min、6 000 r/min），取其上清液在105 ℃條件下烘干、稱質量m2/g。水溶性如式（3）計算。

1.3.2.6 持水力的測定

持水力的測定參照文獻[15]。稱取離心管質量m/g和各樣品質量m1/g，然后樣品和水以0.02∶1的質量比混合，放在60 ℃水浴鍋中水浴30 min，取出冷卻、離心（20 min、5 000 r/min），傾去上清液，稱質量m2/g。持水力如式（4）計算。

1.3.2.7 陽離子交換能力的測定

陽離子交換能力的測定參照文獻[16]。稱取0.5 g樣品，加0.1 mol/L鹽酸10 mL，搖勻，室溫條件下放置24 h后用濾紙過濾，用蒸餾水反復清洗除去多余的鹽酸，將殘渣轉移到三角瓶中，加入100 mL 15% NaCl溶液，磁力攪拌30 min，0.5%酚酞乙醇溶液為指示劑，用0.1 mol/L NaOH溶液進行滴定。用蒸餾水代替HCl，測定空白消耗的NaOH的量。

1.4 數據統計與分析

采用Excel軟件進行數據計算和作圖，采用SPSS軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 蘋果粉體的粒徑分布

由表1可以看出，粗粉和超微粉體的平均粒徑有顯著性差異（P＜0.05），并且隨著粉碎時間的延長，粉體平均粒徑顯著減?。≒＜0.05）；粗粉粒徑68.92%集中分布在大于100 μm，超微粉碎后隨著粉碎時間的延長，小于100 μm的顆粒體積分布逐漸減少，粉體粒徑分布趨向于粒徑更小的方向。超微粉碎時間為1、3、5 min時，粒徑主要集中在小于100 μm的區域，隨著超微粉碎處理時間延長，粒徑在小于100 μm的分布區域逐漸增大，超微粉碎時間為10、20、30 min時，粒徑主要集中在小于50 μm的區域，隨著超微粉碎處理時間延長，粒徑在小于50 μm的分布區域逐漸增大。說明超微粉碎可以顯著改善粉體的粒徑分布，有效提高蘋果粉體的粉碎程度，得到更為細膩的粉體。

表1 不同粉碎時間的蘋果粉體的粒徑分布Table 1 Particle size distribution of apple powder subjected to superfine grinding for different times

2.2 蘋果粉體的掃描電子顯微鏡觀察

圖1 不同超微粉碎時間的蘋果粉體微觀結構掃描電子顯微鏡圖Fig. 1 Scanning electron microscopic images of apple powder subjected to superfine grinding for different times

由圖1可以看出，蘋果粗粉的顆粒粒徑較大、不均勻，形狀不規則。經過超微粉碎后，粉體的粒徑減小，粒徑分布較為均勻，但是超微粉碎10 min，粉體開始出現團聚現象，超微粉碎時間越長，團聚現象越嚴重，呈現出表觀粒徑增大的現象。這是因為粉體粒徑減小至一定程度后，粉體表面的吸附性增強，相互之間的作用力加大，更容易發生分子間聚集[17-18]，呈現出分布密集的現象。

2.3 蘋果粉體的容積密度

圖2 不同超微粉碎時間蘋果粉體的容積密度Fig. 2 Bulk density of apple powder subjected to superfine grinding for different times

容積密度是反映粉體充填物性的重要指標之一，粉體容積密度越大，說明粉體充填物性越好。由圖2可知，粗粉對照組的容積密度顯著大于不同超微粉碎時間的粉體（P＜0.05），超微粉碎不同處理之間隨著粉碎時間的延長，蘋果粉體的容積密度下降，各處理之間差異不顯著（P＞0.05）。超微粉碎1 min后，蘋果粉體的容積密度從粗粉的0.81 g/mL降低至0.78 g/mL，超微粉碎30 min時降低至0.70 g/mL，超微粉碎降低了蘋果粉體的容積密度，這與楊磊磊[19]、王萍[20]等的實驗結果一致，但是與范明月等[21]的實驗結果相反，這可能是因為粉末的容積密度不僅取決于顆粒大小，也與顆粒彼此之間的黏附趨勢有關，實驗材料不同，不同粉體顆粒之間的引力和黏附趨勢有區別，所以會影響其容積密度值。超微粉碎后，蘋果粉體顆粒變小，顆粒比表面積增大，表面聚合能增加，顆粒流動性變差，更容易團聚成假的大顆粒使得粉體之間空隙率增大[20]，從而導致容積密度減小。

2.4 蘋果粉體的溶脹性

圖3 不同超微粉碎時間蘋果粉體的溶脹性Fig. 3 Swelling capacity of apple powder subjected to superfine grinding for different times

溶脹性是反映粉體水結合能力的重要指標之一，溶脹性值越高，粉體溶于水后的懸浮性、穩定性越好。由圖3可知，粗粉對照組的溶脹性顯著小于不同超微粉碎時間的粉體（P＜0.05），超微粉碎不同處理之間隨著粉碎時間的延長，粉體溶脹性逐漸上升，各處理之間差異不

顯著（P＞0.05）。蘋果粗粉對照組經超微粉碎1 min后，溶脹性從7.99 mL/g上升至9.72 mL/g，說明超微粉碎可明顯改善粉體的溶脹性。超微粉碎后粉體粒徑減小，相同條件下顆粒數目相對增多，更多親水基團暴露出來，顆粒與水的接觸面積和接觸部位增多，溶于水后各自膨脹伸展產生更大的容積，從而提高其溶脹性[22]。

圖4 不同超微粉碎時間蘋果粉體的水溶性Fig. 4 Water solubility of apple powder subjected to superfine grinding for different times

2.5 蘋果粉體的水溶性由圖4可以看出，粗粉對照組的水溶性顯著小于不同超微粉碎時間的粉體（P＜0.05），超微粉碎不同處理之間隨著粉碎時間的延長，蘋果粉體的水溶性先增大后未發生顯著變化。超微粉碎使得更多細胞被破碎，粉體粒徑減小，親水性基團暴露增多，顆粒與水的接觸面積和接觸點增多，水溶性增大。蘋果粉體超微粉碎時間為1、

3、5、10 min時，各組水溶性值差異顯著（P＜0.05），超微粉碎20、30 min，與超微粉碎10 min相比水溶性有輕微下降但差異不顯著（P＞0.05）。這與王萍[20]、范明月[21]等的研究中超微粉水溶性逐漸上升的現象有差異，但賈牛群等[23]的研究中超微粉也呈現出水溶性下降的現象，這可能是因為，粒徑的減小使得粉體與水的結合力增大，但同時粉體之間分子的相互作用力也增大，分子之間團聚現象嚴重，造成水溶性下降。

2.6 蘋果粉體的持水力

圖5 不同超微粉碎時間蘋果粉體的持水力Fig. 5 Water holding capacity of apple powder subjected to superfine grinding for different times

持水力是粉體親水性能的重要指標之一，超微粉碎過程中的機械力增加了粉體顆粒的表面能，空隙率增加，活性點增多，可極大促進顆粒表面的羥基等基團與水分子的結合。由圖5可知，粗粉對照組的持水力顯著小于不同超微粉碎時間的粉體（P＜0.05），超微粉碎不同處理之間隨著粉碎時間的延長，蘋果粉體的持水力逐漸增大，各處理之間差異顯著（P＜0.05）。這和Zhao Xiaoyan[24]、代紅飛[25]等的實驗結果一致，和Arpathsra[26]、張珍林[27]等的結果完全相反，Arpathsra[26]、張珍林[27]等研究中出現持水力下降的現象可能是因為攪拌磨碎等機械行為都容易改變粉體膳食纖維的物理結構構型，致密結構遭強剪切力破壞，即使比表面積增大也無法抵消其破壞作用引起的持水力下降，并且與實驗材料、實驗條件等有著密切關系。

2.7 蘋果粉體的陽離子交換能力

圖6 不同超微粉碎時間蘋果粉體的陽離子交換能力Fig. 6 Cation exchange capacity of apple powder subjected to superfine grinding for different times

粉體的陽離子交換能力越高，說明其營養價值越高，粉體與胃腸道中的陽離子Na＋、K＋進行交換，降低血液中的Na＋/K＋比值，從而產生降血壓等作用[28-30]。由圖6可以看出，粗粉對照組的陽離子交換能力顯著小于不同超微粉碎時間的粉體（P＜0.05），超微粉碎不同處理之間隨著粉碎時間的延長，陽離子交換能力先增大后未發生顯著變化。超微粉碎時間為1、3、5 min時，粉體之間的陽離子交換能力顯著增加（P＜0.05），超微粉碎10 min以后，粉體之間的陽離子交換能力差異不顯著（P＞0.05）。蘋果粉體結構中包含一些羧基和羥基側鏈基團，這些基團具有弱酸性陽離子交換的能力。超微粉碎后，粉體粒徑減小，比表面積增大，分子中的羧基和羥基側鏈基團的暴露率增大，所以呈現出陽離子交換能力增大的現象。

3 結 論

超微粉碎可顯著改善粉體粒徑大小，顆粒更加細小均勻，但通過掃描電子顯微鏡觀察，超微粉碎10 min后開始出現團聚現象，超微粉碎時間越長，團聚現象越嚴重。超微粉碎對蘋果全粉的理化性質產生較大影響，可明顯改善粉體的理化性質。超微粉碎可使粉體的溶脹性、水溶性、持水力、陽離子交換能力顯著優于粗粉。綜合各項物化指標，超微粉碎10 min的粉體總體效果最好。

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Effect of Superfine Grinding on Physicochemical Properties of Apple Powder

CHEN Ru, HE Ling*
(College of Horticulture, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

Superfine grinding of dried apple slices was conducted for different times (1, 3, 5, 10, 20 and 30 min) after rough grinding. The effect of superfine grinding time on physicochemical properties and microstructure of apple powder was determined. For this purpose, the particle size and structure of apple powder were determined by laser particle size analyzer and scanning electron microscope. The results showed that after superfine grinding, the particle size of apple powder became smaller, and the size distribution became more uniform. Compared with rough grinding, the swelling capacity, water solubility, water-holding capacity and cation exchange capacity of superfine apple powder increased, and the bulk density decreased (P ＜ 0.05). With the increase in superfine grinding time, the water-holding capacity increased gradually (P ＜ 0.05), the bulk density and swelling capacity did not significantly change (P ＞ 0.05), and the water solubility and cation exchange capacity first increased and then remained almost unchanged. This experiment may provide useful data for the utilization and deep processing of apple.

apple powder; superfine grinding; coarse grinding; particle size; physicochemical properties

10.7506/spkx1002-6630-201713025

TS255.2

A

1002-6630（2017）13-0150-05

陳如, 何玲. 超微粉碎對蘋果全粉物化性質的影響[J]. 食品科學, 2017, 38(13): 150-154. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201713025. http://www.spkx.net.cn

CHEN Ru, HE Ling. Effect of superfine grinding on physicochemical properties of apple powder[J]. Food Science, 2017, 38(13): 150-154. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201713025. http://www.spkx.net.cn

2016-06-17

西北農林科技大學2015年度試驗示范站（基地）科技成果推廣專項（Z222021528）

陳如（1992—），女，碩士研究生，研究方向為園藝產品貯藏與加工。E-mail：1556081550@qq.com

*通信作者：何玲（1965—），女，副教授，博士，研究方向為園藝產品貯藏與加工。E-mail：heliurui@nwsuaf.edu.cn