氣流超微粉碎對綠豆芽物理特性與抗氧化活性的影響

梁雪梅 林欣梅 魏美霞 曹龍奎 李志江,3,4 鹿保鑫,4

(1. 黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江 大慶 163319；2. 國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江 大慶 163319；3. 黑龍江省農產品加工與質量安全重點實驗室，黑龍江 大慶 163319；4. 黑龍江省雜糧加工及質量安全工程技術研究中心，黑龍江 大慶 163319)

綠豆又名青小豆，是中國傳統農作物之一。綠豆中除含有基本營養物質外，還含有多種生物活性物質[1-2]。綠豆中的多酚具有抗氧化、延緩衰老、降血脂、軟化血管、提高大腦記憶力、調節機體內分泌、抑制腫瘤繁殖、緩解糖尿病并發癥等功效[3]。

近年來，隨著人們飲食觀念的改變和對營養健康生活的追求，綠豆及其芽苗產物因具備豐富的營養價值備受關注[4]。研究[5-6]表明，綠豆經發芽處理后，其抗營養成分含量明顯減少，酚類和膳食纖維類化合物含量顯著提高。但鮮食綠豆芽水分含量高、莖葉質地較脆，易腐爛變質，不易貯藏和運輸。因此對綠豆芽進行干燥粉碎處理后可為綠豆芽的應用價值和商業價值提供更多可能性。

氣流超微粉碎[7]是食品初加工過程中常用的一種新型粉碎方法，主要通過高速氣流對被粉碎物料進行沖擊實現粉碎的目的[8]。其優勢主要在于減小粉碎粒徑，通過破碎植物中細小的細胞壁，使原料中的營養活性物質更好地溶出，已被廣泛應用于香菇多酚[9]、苦蕎多酚[10]、香菇柄粉多酚[7]等的加工中，但是超微氣流粉碎對綠豆芽多酚活性及物理性質的影響還未見報道。試驗擬以綠豆芽為原料，利用氣流超微粉碎和常規粉碎對其進行粉碎處理，研究氣流超微粉碎對綠豆芽多酚提取量、抗氧化活性及物理特性的影響，為綠豆芽多酚在加工過程中活性的保持提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

綠豆：選擇顆粒飽滿、色澤深綠、營養價值高的山西大同小明綠豆，市售；

福林酚試劑、沒食子酸標準品、DPPH、ABTS、過硫酸鉀：分析純，美國Sigma公司；

無水乙醇、甲醇、Na2CO3、FeSO4、水楊酸：分析純，遼寧泉瑞試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

高速多功能粉碎機：YB-1000A型，永康市速鋒工貿有限公司；

流化床式氣流粉碎機：LHL型，山東濰坊正遠粉體工程設備有限公司；

超聲—微波協同萃取儀：CW-2000型，上海新拓分析儀器科技有限公司；

紫外—可見分光光度計：TU-1810型，北京普析通用儀器有限責任公司；

水分活度測定儀：NovasinaLabMaster-aw控溫型，大昌華嘉商業有限公司；

水分測定儀：MB45型，濟南匯銘儀器設備有限公司；

激光粒度分布儀：BT-9300Z型，丹東百特儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 超微綠豆芽粉的制備 綠豆經清水漂洗3～4次，平鋪于綠豆芽機中，設置溫度25 ℃，每隔2～3 h自動淋水，篩選出芽相近(±1 cm)的綠豆芽，于45 ℃鼓風干燥箱中烘干，經高速粉碎機粉碎后過80目篩制成常規粉碎綠豆芽粉，真空包裝后貯藏于0～4 ℃冰箱備用。

稱取9組300 g常規粉碎處理后的綠豆芽粉，采用氣流超微粉碎機對綠豆芽粉進行氣流粉碎處理。固定進料量300 g，進料頻率5 Hz，粉碎時間30 min，按表1進行氣

表1 氣流超微粉粉碎試驗參數

流超微粉粉碎試驗，制備得到9組微細化綠豆芽粉，真空包裝后貯藏于0～4 ℃冰箱中備用。

1.2.2 多酚的提取 根據Zhang等[11]的方法稍作修改，準確稱取2.0 g綠豆芽粉，按料液比1∶30 (g/mL)加入70%的乙醇溶液，混勻后置于超聲—微波萃取儀中，設置超聲時間1 000 s、超聲溫度35 ℃、超聲功率400 W，萃取結束后， 4 000 r/min離心10 min，收集上清溶液。向沉淀物中再次加入70%乙醇溶液，重復提取，合并兩次離心后得到的上清液，45 ℃下旋蒸至無水狀態，殘余物用70%甲醇洗出定容至10 mL，得待測多酚提取液，分裝后凍藏于-20 ℃冰箱中備用。

1.2.3 多酚含量的測定 根據Folin-Ciocalteu法[12]稍作修改，得線性方程為y=0.117 7x+0.004 8，R2=0.999 8，線性關系良好。多酚含量測定結果以干基1 g綠豆芽粉樣品中所含沒食子酸當量表示，簡寫為mg GAE/g·DW。

1.2.4 粒徑大小的測定 以去離子水作為分散溶劑，利用激光粒度分析儀測定不同加工方式下綠豆芽粉的粒徑大小，平行測定3次。

1.2.5 水分活度的測定 利用水分活度測定儀[6]進行測定。

1.2.6 水分含量的測定 采用水分測定儀進行測定，每次稱取的樣品質量需>0.5 g，平行測定3次。

1.2.7 堆積密度的測定 根據茍小菊等[13]的方法稍作修改，取粉碎處理后的綠豆芽粉于10 mL量筒中，充分振搖至綠豆芽粉與刻度線水平。按式(1)計算綠豆芽粉堆積密度。

(1)

式中：

Dw——堆積密度，g/mL；

m2——量筒的質量，g；

m1——量筒與綠豆芽粉的質量，g；

V——綠豆芽粉的體積，mL。

1.2.8 溶解度的測定 參照顧煒等[14]的方法稍作修改，配制質量分數為2%的綠豆芽粉溶液，25 ℃下攪拌30 min，4 000 r/min離心10 min，取1 mL上清液于105 ℃ 下干燥至恒重，按式(2)計算其溶解度，平行測定3次。

(2)

式中：

S——溶解度，%；

M——上清液烘干至恒重后的殘留物重量，g；

W——樣品干基重量，g。

1.2.9 多酚抗氧化活性

(1) DPPH自由基清除能力的測定：根據Guroy等[15]的方法稍作修改，以無水乙醇作為對照，平行3次。按式(3)計算DPPH自由基清除率。

(3)

式中：

X——自由基清除率，%；

A0——空白對照液的吸光度值；

A1——樣品測定組的吸光度值；

A2——對照組的吸光度值。

(2) ABTS+自由基清除能力的測定：根據Adom等[16]的方法稍作修改，稱取0.1 g ABTS和0.029 g過硫酸鉀粉末，用蒸餾水定容至100 mL，于4 ℃冰箱中備用，使用前稀釋至734 nm處吸光度為(0.700±0.020)。將不同加工方式下多酚提取液稀釋成濃度為40%樣液，取0.2 mL 綠豆芽多酚提取稀釋液，加入5.8 mL ABTS溶液，混勻，避光反應6 min，于734 nm處測定吸光度，平行3次。按式(3)計算ABTS+自由基清除率。

(3) 羥自由基清除能力的測定：根據水楊酸法[17]并稍作修改，依次取1 mL FeSO4溶液，1 mL水楊酸—乙醇溶液，0.3 mL樣液，0.7 mL水，1 mL H2O2于試管，37 ℃水浴30 min，用水做空白對照，于510 nm處測定吸光值，平行3次試驗。按式(3)計算羥自由基清除率。

1.2.10 數據處理 采用SPSS 17.0、Excel 2013進行數據統計分析和處理，顯著性分析采用ANOVA單因素方差分析。試驗數據均為3次平行測定，結果用平均值±標準偏差表示，字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 對綠豆芽粉多酚含量的影響

由圖1可知，相比于常規粉碎，綠豆芽經氣流超微粉碎后(除壓力0.7 MPa，轉速3 000 r/min外)，其多酚提取量均顯著增加。氣流超微粉碎時，多酚提取量隨轉速的增加整體呈上升趨勢，且差異性顯著。當轉速為5 000 r/min，壓力為0.5 MPa時，多酚提取量最高，為31.65 mg GAE/g·DW，比常規粉碎提升了10.7%；當轉速為5 000 r/min，壓力為0.7 MPa時，多酚提取量與壓力為0.5 MPa時相近，為31.52 mg GAE/g·DW，與前人[18-19]的研究結果相似。其原因可能是，一方面綠豆芽經氣流超微粉碎處理后，有效地破壞了綠豆芽的細胞壁，使細胞內的活性物質更容易溶出，轉速的增加使綠豆芽粉顆粒的碰撞速度升高，進而加大了綠豆芽多酚的溶出率[20]；另一方面氣流超微粉碎細化了綠豆芽粉顆粒大小，增加其比表面積及溶解度，使多酚化合物更易溶解于乙醇，從而提高了多酚提取量[21]。

2.2 對綠豆芽粉物理特性的影響

2.2.1 水含量及水活度 由表2可知，綠豆芽粉經氣流超微粉碎處理后，水含量明顯減少，水分活度降低，當壓力為0.7 MPa，轉速為4 000 r/min時，水含量達到最低值，比常規粉碎減少了21.88%；水活度隨壓力的增加而降低，當壓力為0.7 MPa，轉速為3 000 r/min時，水活度最低，比常規粉碎減少了76.87%。水活度和水含量較高的食物易發生化學變化且促進微生物的生長繁殖，從而導致食物腐敗變質，因此氣流超微粉碎有助于延長綠豆芽的貯藏期。

圖1 氣流粉碎對綠豆芽粉多酚提取量的影響

表2 氣流超微粉碎對綠豆芽粉水含量及水活度的影響

2.2.2 對表面積、溶解度及堆積密度的影響 由表3可知，經氣流超微粉碎后，綠豆芽粉比表面積隨粒徑的減小顯著增加(P<0.05)，當壓力為0.6 MPa，轉速為3 000 r/min時，比表面積最大，比常規粉碎提高了20%，可能是由于隨著粒度的減小，相同質量下氣流超微粉碎后的綠豆芽粉顆粒數遠高于常規粉碎，與張麗媛等[22]、王立東等[8]的研究結果相似。氣流超微粉碎后綠豆芽多酚溶解度也有一定的提高，當壓力為0.5 MPa，轉速為5 000 r/min時，溶解度比常規粉碎提高了43.38%，可能是因為綠豆芽粉在經超微粉碎后粒徑減小，比表面積增加，綠豆芽粉顆粒數目增加，與水接觸面積增加，因此溶解度增大；此外氣流超微粉碎后綠豆中的不溶性結構破碎，使可溶性分子析出，從而增加了溶解度[23]。經氣流超微粉碎后，綠豆芽粉堆積密度顯著減小(P<0.05)，最高減小了56.1%，比常規粉碎的綠豆芽粉更疏松。

2.2.3 對綠豆芽粉粒徑的影響 由圖2可知，相比于常規粉碎，經過氣流超微粉碎綠豆芽粉的中位徑D50明顯減小，說明氣流粉碎能夠減小綠豆芽粉顆粒大小，與王立東等[8]、楊健等[24]的結果一致。綠豆芽粉中位徑D50隨轉速的增加而減小，說明轉速的增加有助于綠豆芽顆粒的減小；而綠豆芽粉中位徑D50隨壓力的增加而變大，分析可能是0.5 MPa已達到了綠豆芽粉的最佳粉碎臨界粒徑壓力，因此當壓力增加時，綠豆芽粉中位徑D50因發生團聚現象而增大[25]。所以當壓力為0.5 MPa，轉速為5 000 r/min 時，綠豆芽粉中位徑D50減小至11.36 μm，此時粒徑大小為氣流粉碎條件下的最小值即最佳粉碎顆粒大小，比常規粉碎減小了37.24%。

表3 氣流粉碎對綠豆芽粉比表面積、溶解度及堆積密度的影響

圖2 氣流超微粉碎對綠豆芽粉粒徑的影響

2.3 綠豆芽粉多酚的抗氧化活性

2.3.1 對DPPH自由基清除能力的影響 經氣流粉碎后，綠豆芽粉多酚對DPPH自由基的清除能力顯著下降，當壓力為0.7 MPa，轉速為4 000 r/min時，DPPH清除能力最佳，為64.91%，比常規粉碎減少了18.09%。可能是氣流粉碎時，高速的壓縮氣流與物料發生摩擦產生一定熱量(瞬間溫度最高可達150 ℃以上)，雖然機械內的溫度會被后續不斷進入的氣流帶走，但瞬間的高溫還是會使部分熱敏感多酚物質失活，從而使其對DPPH自由基的清除能力減弱[26]。

2.3.2 對ABTS+自由基清除能力的影響 由圖4可知，當氣流粉碎壓力為0.5 MPa，轉速為5 000 r/min時，ABTS+自由基清除率最高，達89.06%，相比于常規粉碎提高了2.8%。其他氣流粉碎工藝處理后，綠豆芽粉多酚對ABTS+自由基的清除能力均下降，可能是氣流超微粉碎時，溫度影響了一部分綠豆芽多酚的活性，其對ABTS+自由基的清除能力減弱。

2.3.3 對羥自由基清除能力的影響 由圖5可知，相比于常規粉碎，經氣流超微粉碎后，綠豆芽粉多酚的羥自由基清除能力顯著提高(P<0.05)，當壓力為0.5 MPa，轉速為5 000 r/min時，羥自由基清除能力達95.95%，比常規粉碎提高了13.2%。說明在一定的粉碎條件下，超微粉碎有助于多酚化合物的溶出，并顯著提高了其對羥自由基的清除能力[27]，與劉金福等[28]的結果一致。

圖3 氣流超微粉碎對綠豆芽多酚DPPH清除能力的影響

圖4 氣流超微粉碎對綠豆芽多酚ABTS+自由基清除能力的影響

圖5 氣流超微粉碎對綠豆芽多酚羥自由基清除能力的影響

2.4 相關性分析

由表4可知，綠豆芽粉水含量與轉速呈極顯著負相關(P<0.01)，與水活度、堆積密度、粒徑大小呈極顯著相關(P<0.01)；綠豆芽粉水活度與工質壓力呈極顯著負相關(P<0.01)，與轉速呈顯著負相關(P<0.05)，與堆積密度、粒徑大小呈極顯著相關(P<0.01)，與比表面積呈極顯著負相關(P<0.01)；綠豆芽粉比表面積與轉速呈極顯著相關(P<0.01)，與工質壓力呈顯著負相關(P<0.05)；綠豆芽粉溶解度與水含量、水活度、堆積密度、溶解度呈極顯著相關(P<0.01)，與轉速、比表面積呈極顯著負相關(P<0.01)；綠豆芽粉堆積密度與轉速、比表面積呈極顯著負相關(P<0.01)，與粒徑大小呈極顯著相關(P<0.01)；綠豆芽粉粒徑大小與轉速、水含量、水活度、比表面積、溶解度、堆積密度呈極顯著相關(P<0.01)，與工質壓力呈顯著正相關(P<0.05)。

由表4還可知，綠豆芽粉多酚提取量與轉速、堆積密度、粒徑大小呈顯著負相關(P<0.05)；綠豆芽粉多酚DPPH自由基清除能力與轉速、多酚提取量呈顯著相關(P<0.05)；綠豆芽粉多酚ABTS+自由基清除能力與多酚提取量、DPPH自由基清除率呈極顯著相關(P<0.01)；綠豆芽粉多酚羥自由基清除能力與多酚提取量、轉速呈顯著相關(P<0.05)。

3 結論

利用氣流超微粉碎技術對綠豆芽進行超微粉碎處理，與常規粉碎進行對比，分析氣流超微粉碎工藝對綠豆芽多酚含量、抗氧化性及物理特性的影響。結果表明，當氣流超微粉碎壓力為0.5 MPa，轉速為5 000 r/min時，綠豆芽粉多酚提取量達最高，從28.58 mg GAE/g·DW增至31.65 mg GAE/g·DW；與常規粉碎相比，除DPPH自由基清除能力減小外，氣流超微粉碎后綠豆芽粉多酚對ABTS+自由基、羥自由基的清除率分別提高了2.8%，13.2%。后續可將氣流粉碎與其他新興粉碎方式進行更加系統的對比分析，從而為綠豆芽多酚活性的保持找到一種最佳粉碎方法。

表4 不同氣流條件下各指標間的相關系數?