豆?jié){機破壁率的測試方法研究

章為華 苗帥 鄒坡 汪杰強

杭州九陽歐南多小家電有限公司 浙江杭州 310000

1 引言

破壁技術是近二十年發(fā)展起來的一種新型加工技術，主要通過物理、化學、生物等方法[1]將細胞壁打破，使細胞內各種有效成分得到充分的釋放。關于破壁的研究，最早源于花粉、靈芝孢子粉等營養(yǎng)保健品，其中以靈芝孢子粉的研究最為成熟。靈芝孢子粉富含多糖、生物堿、萜類等多種藥理活性成分，具有增強免疫、抗病毒、抗腫瘤等作用[1]。然而靈芝孢子粉有兩層質地堅硬且耐酸堿的細胞壁，極大地阻礙了人體對孢子內活性成分的消化吸收。為提高靈芝孢子粉的利用率，人們進行了很多的探索，研究表明靈芝孢子粉經破壁處理后，有利于多糖、萜類等活性成分的提取[2]，這引起了科研工作者的重視，破壁相關的研究隨后成為行業(yè)熱點。隨著破壁方法的不斷發(fā)展，破壁技術在藥物[3]、食品[4]等領域也得到了廣泛的應用。

破壁豆?jié){機是在傳統(tǒng)豆?jié){機基礎上發(fā)展起來的新一代產品，該類產品利用超高速電機帶動不銹鋼刀片，直接打破食材的細胞壁，使營養(yǎng)成分得到更好的釋放和吸收。破壁處理后的豆?jié){口感細膩順滑，營養(yǎng)成分的利用率也得到了提升。市面上目前存在大量的破壁產品，價格差異較大。至于破壁效果如何，消費者不得而知，行業(yè)內也未建立統(tǒng)一的測試方法。因此，本文主要目的在于建立一個適用于各類豆?jié){機的破壁率檢測方法，以期為制造商、消費者以及監(jiān)管部門在評價豆?jié){機的破壁性能時提供參考。

2 現有破壁率測試方法及其在豆?jié){機上應用的可行性研究

文獻報道的破壁率測試方法中，根據測試使用技術的不同，可分為顯微觀察計數法和化學分析法[5,6]。顯微觀察計數法是將破壁前后的樣品，如靈芝孢子粉、花粉等，加入到合適的溶劑中制成濃度相同的均勻懸浮液，然后取樣、制片，在顯微鏡下觀察，記錄破壁前后懸浮液中完整孢子或花粉的數量并以此計算細胞破壁率。由于花粉和孢子大多屬于單細胞，在顯微鏡下易于觀察計數，加上操作簡便，該方法得到了較好的應用。對于一些復雜的樣品，如超細粉碎后的中草藥，可以通過觀察一些顯微特征物來計算破壁率[7]。化學分析法則通過測定破壁處理后樣品中特征化學物質的釋放量，并與該特征物質的總量進行對比來計算破壁率。在雨生紅球藻孢子粉破壁率的測定中，李夜光等[8]發(fā)現二氯甲烷-正己烷混合溶劑可以提取破壁孢子的蝦青素，卻不能提取完整孢子的蝦青素，而二甲亞砜可以將破壁孢子和完整孢子中的蝦青素全部提取。利用這兩種方法分別對同一個樣品的蝦青素進行提取、測定含量，即可計算出雨生紅球藻孢子粉的破壁率。

參考這兩種方法對豆?jié){機破壁率的測試進行了嘗試。由于豆?jié){機在干打狀態(tài)下不能工作，無法制備破壁樣品，只能嘗試從制備好的豆?jié){中直接取樣觀察。在顯微鏡的視野中確實可以看到完整的大豆細胞，但由于無法將破壁處理前大豆的單個細胞分離且分離過程中細胞不能受到損傷，也就無法計算一定質量或者一定體積中未破壁大豆的完整細胞數量，因而無法計算破壁率。我們對實驗方案進行了調整，使用松花粉代替大豆，并加入一定量的水，在豆?jié){機上選擇相應的功能鍵制備樣品，破壁率測試結果如表1所示。

松花粉的細胞較小，直徑約為30～40μm，受水的影響，高速旋轉的刀片對松花粉的作用力有限，導致測試得出的破壁率小于10%，結果與豆?jié){機實際情況不符，因此該方法不適用于豆?jié){機破壁率的測試。

豆?jié){機工作時大豆子葉細胞在刀片作用下細胞壁被破壞，導致整個液體分散體系的平均粒徑降低以及細胞內營養(yǎng)物質的釋放。因此以蛋白質等物質的釋放率作為參考，對豆?jié){機的破壁率進行評價有一定的可行性。選取多款豆?jié){機，按說明書要求制備豆?jié){樣品，并參照Nik等[9]報道的方法，分別測試豆?jié){樣品中可溶性蛋白和總蛋白的含量，并計算可溶性蛋白占總蛋白的比例，結果如表2所示。

理論上豆?jié){中的顆粒越小，說明粉碎效果越好，平均體積粒徑的數值就低。從表2中可知，粒徑越小時，可溶性蛋白含量并不是最高，可溶性蛋白的含量及占比與粒徑數據沒有相關性。原因在于可溶性蛋白含量受豆?jié){機制漿工藝影響較大，因此僅以可溶性蛋白的釋放來評價豆?jié){機破壁率也不可行。

3 豆?jié){機破壁率測試新方法

通過上述分析，發(fā)現現有的破壁率測試方法都不適用于豆?jié){機破壁性能評價，需要建立新的評價方法。激光粒度儀通常用來測試顆粒的大小和分布，對豆?jié){進行粒度測試可以大致了解大豆的粉碎情況，如圖1所示。大豆子葉細胞的直徑約為70μm左右，對于粒度測試中平均直徑小于70μm的顆粒定義為全破壁，顆粒中的營養(yǎng)物質全部釋放；平均直徑大于70μm的顆粒，其外部細胞被打破而內部細胞完好，定義為部分破壁，顆粒中的營養(yǎng)物質部分釋放。

制漿過程中大豆被刀片粉碎成小顆粒分散在水中，充分浸泡后，可以近似地認為這些小顆粒在水中的密度是相同的。結合粒徑分布圖中的體積比，得出顆粒的質量比，再對部分破壁的顆粒進行蛋白質含量的測試，最終計算出大豆蛋白質的釋放率，如式（1）、（2）、（3）所示，能較好地評價豆?jié){機破壁效果。

表1 松花粉作為實驗負載時豆?jié){機的破壁率

表2 不同豆?jié){機制備豆?jié){的理化測試結果

表3 不同豆?jié){機的破壁率測試結果

表4 破壁率測試的穩(wěn)定性

圖1 豆?jié){粒徑分布圖

其中：

R——蛋白釋放率（%）；

M——實驗使用大豆中總的干物質質量（g）；

m——豆?jié){中所有顆粒的總質量（g）；

m0——豆?jié){中所有顆粒的總干物質質量（g）；

m1——部分破壁顆粒的總質量（g）；

m2——部分破壁顆粒的總干物質質量（g）；

A——部分破壁顆粒所占的體積比（%）；

w——豆?jié){中顆粒的平均含水率（%）；

w0——部分破壁顆粒的含水率（g/100g）；

P0——實驗使用大豆的干基蛋白含量（g/100g）；

P——部分破壁顆粒的干基蛋白含量（g/100g）。

3.1 破壁率測試的具體步驟

式（1）、（2）、（3）推導出蛋白質釋放率的近似計算公式，實際操作中引入微積分的思維方式，將部分破壁顆粒按粒徑分成多個區(qū)間段，區(qū)間越多，數據的準確度越高。考慮到測試操作的便利性及工作量，共分為五個區(qū)間，蛋白質的釋放率即為豆?jié){機的破壁率，具體操作過程如下：

（1）制漿：稱取一定質量的干大豆，加水至刻度線，按說明書的要求制備豆?jié){樣品；

（2）粒徑測試：將制好的豆?jié){樣品混勻后取樣，按激光粒度儀的要求進行操作測試其粒徑，得到豆?jié){樣品的粒徑分布圖；

（3）篩網過濾：將80目（孔徑約為200μm）、120目（孔徑約為125μm）、150目（孔徑約為100μm）、180目（孔徑約為88μm）、200目（孔徑約為74μm）這5個篩網依次疊在一起（80目在上，200目在下），并放置在三維正弦波振動篩分儀上。然后取500mL混合均勻的豆?jié){樣品，通過振動篩分儀對豆?jié){樣品進行過濾；

（4）濾渣的干基蛋白質含量測試：收集各個篩網上的濾渣，分別取1～5g樣品，測試濾渣的含水率以及蛋白質含量，計算得出干基蛋白質含量，分別為P1、P2、P3、P4、P5；

（5）破壁率計算：根據所使用篩網的孔徑大小，從激光粒度儀的操作軟件上導出每個篩網上濾渣所占的體積比，計為A1、A2、A3、A4、A5。豆?jié){機的破壁率按公式（4）進行。

其中：

P0——實驗使用大豆的干基蛋白質含量（g/100g）；

Ai——篩網i上濾渣所占的體積比（%）；

Pi——篩網i上濾渣的干基蛋白質含量（g/100g）。

3.2 破壁率測試可行性驗證

按上述步驟對多款豆?jié){機進行測試，以驗證方法的可行性。每款豆?jié){機均使用80g干大豆，加水至1100g，按說明書進行制漿，粒徑和破壁率的測試結果如表3所示。

由表3數據可知，隨著豆?jié){平均粒徑的降低，破壁率升高，二者存在顯著的相關性，線性相關系數為0.97。實驗結果符合預期且具有區(qū)分性，說明該方法可以用來評價豆?jié){機的破壁率。

3.3 破壁率測試的穩(wěn)定性

選取一款豆?jié){機，對其進行多次破壁率的測試，考察破壁率測試的穩(wěn)定性，結果如表4所示。

在相同條件下不同時間進行的4次獨立破壁實驗，破壁率數據集中在70%附近，測試結果的相對標準偏差為0.47%，說明測試方法人為因素影響小，結果穩(wěn)定性高。

4 結論

為解決豆?jié){機的破壁率測試問題，使用現有的破壁評價方法對其進行了可行性研究，結果表明文獻所述的方法不適用于豆?jié){機。通過進一步的研究發(fā)現，豆?jié){粒徑測試結合濾渣蛋白質測試，可以有效地解決該問題。

本文提出了一種測試豆?jié){機破壁率的方法，該方法對于市面上各式豆?jié){機均可使用，適用范圍廣；操作過程簡單，人為因素影響小，結果的穩(wěn)定性高。破壁率的測試結果與豆?jié){粒徑有顯著的相關性，且對于不同檔次的豆?jié){機也有著明顯的區(qū)分性。本研究結果不僅解決了破壁豆?jié){機破壁率的評價問題，對于引導消費、推進行業(yè)健康發(fā)展具有重要的現實意義。