超微粉碎處理對八寶粥粉理化特性及功能特性的影響

趙愉涵，秦暢，孫斐，韓聰，陳慶敏，岳鳳麗，崔波，杜雅珉,，傅茂潤,，李芳瑞

（1.齊魯工業大學（山東省科學院）食品科學與工程學院，山東濟南 250353；2.山東農業工程學院食品科學與工程學院，山東濟南 250100；3.濟南倍力粉體工程技術有限公司，山東濟南 250100）

八寶粥是以多種谷物為主要原料，經熬煮制得的一種中國傳統食品，具有滋養腸胃、補虛益氣等功效。在日常生活中，八寶粥的制作方式通常是不對原料本身進行處理，而直接采用壓力鍋熬煮的方式，造成原料中的營養物質及功能性成分不能被完全溶出及釋放。在工業生產中，八寶粥類產品多以罐裝的八寶粥成品進行銷售，極大的增加了包裝和運輸成本。此外，由于八寶粥選取的原料中，富含淀粉成分，在溫度波動較大的情況下，原料內大分子顆粒物質易析出，出現粥水分離等現象，嚴重影響其口感及商品價值。因此，改良八寶粥的制作方式，提高其穩定性及營養功能價值，對于八寶粥的加工及商品化銷售尤為重要。

超微粉碎是指利用機械或流體動力的方法，將物料粒徑粉碎至微米級的一種新型食品粉碎技術。它可以改善物料粉體的口感和理化特性，增大其比表面積和孔隙率，進而促進物料粉體中營養物質和功能性成分的釋放和溶出，加快其被人體吸收的速率，因而被廣泛應用于藥品、食品及材料工程等多個領域。在食品加工中，對于富含纖維的原料，超微粉碎技術可顯著降低物料粉體的粒徑值，使其具有更好的分散性、吸附性和溶解性，增強物料粉體的穩定性和黏度、凝膠強度。對于富含淀粉的原料，超微粉碎技術可破壞淀粉顆粒晶體，降低其相對結晶度、糊化溫度與熱吸收焓，增強物料的穩定性。

為了獲得高營養及功能性價值、高穩定性的八寶粥類產品，擴大八寶粥產品的應用范圍，提高其應用價值，本實驗以八寶粥原料作為研究對象，通過將其進行普通粉碎和超微粉碎處理，研究超微粉碎對八寶粥理化特性（粒徑分布、色差、水合特性、填充性、流動性和微觀結構）及功能特性（抗氧化活性和總酚、黃酮溶出量）的影響，以期為超微粉碎在八寶粥產業的深加工應用中提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

八寶粥原料 購自于長清大學城家家悅超市。其原料包括：大米（12%）、糯米（15%）、西米（8%）、紅豆（8%）、紅花蕓豆（8%）、綠豆（4%）、豇豆（3%）、大白扁豆（4%）、蓮子（6%）、花生（4%）、銀耳（4%）、桂圓（6%）、百合（5%）、大棗（5%）、蜜棗（3%）、干果仁（3%）、杏仁（2%）。KFe（CN）、NaHPO、NaHPO、NaNO、Al（NO）、NaOH、NaCO國藥集團化學試劑有限公司；DPPH 阿拉丁試劑（上海）有限公司；Folin 酚 上海麥克林生化科技有限公司；蘆丁北京索萊寶科技有限公司。

WZJ-6TB 超微粉碎機 濟南倍力粉體工程技術有限公司；LS-609 激光粒度分析儀 歐美克儀器公司；NR10QC 通用色差計 深圳三恩時科技有限公司；V-1100D 紫外可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；ZeissSupra55 掃描電子顯微鏡 上海翔研精密儀器有限公司。

1.2 樣品處理方法

1.2.1 原料處理 粗粉的制備：取（200±5）g 八寶粥原料采用小型打粉機（3000 r/min，1600 W）打粉3 min，粉碎得到的粗粉過30 目篩，將其命名為OG。

超微粉的制備：分別取（200±5）g 八寶粥原料置于超微粉碎機（960 r/min，1100 W）的物料罐內，經磨機的高頻震動流入粉碎室，于?20 ℃低溫條件下粉碎10 和20 min。粉碎后的樣品分別過150 和300目篩，以獲得兩種均一穩定且不同粒度的超微粉，將其命名為150 SG、300 SG。

1.3 指標的測定

1.3.1 色差的測定 取5 g 樣品置于透明平板中，使用NR10QC 通用色差計測定樣品的色澤。測定結果用、和表示。

1.3.2 微觀結構觀察 采用掃描電鏡對樣品的微觀形態進行觀察。

1.3.3 粒徑測定 采用激光粒度分析儀對八寶粥粉末樣品進行粒徑分析。取適量八寶粥粉末樣品溶于蒸餾水中，倒入盛有蒸餾水的進樣容器內進行分散，測定粉體的粒徑。其中，D、D、D和D分別表示粒度小于10%、50%、90%和100%的累積百分數。D和D分別表示表面積的平均直徑和體積的平均直徑。

1.3.4 溶解度的測定 參考唐明明等的方法，取1 g 八寶粥粉末樣品溶于30 mL 蒸餾水，于80 ℃下磁力攪拌30 min。樣品冷卻后，4500 r/min 離心20 min。取上清液于錐形瓶中，置于105 ℃烘箱中干燥至恒重后稱重。計算公式為：

式中：W為八寶粥粉的質量（g）；W為錐形瓶的質量（g）；W為錐形瓶和樣品的質量（g）。

1.3.5 持水力的測定 參考唐明明等的方法，取1 g八寶粥粉末樣品溶于30 mL 蒸餾水，于25 ℃下磁力攪拌30 min。4500 r/min 離心20 min，棄去上清液，精確稱量樣品沉淀與離心管的重量。計算公式為：

式中：W為八寶粥粉的質量（g）；W為空離心管的質量（g）；W為離心管和樣品的質量（g）。

1.3.6 膨脹度的測定 參考Meng 等方法，精確稱取2 g 的八寶粥粉末放到刻度試管中，記錄初始粉末的體積。加入15 mL 的蒸餾水溶解后，于室溫下放置24 h，記錄粉末占據的體積。計算公式為：

式中：m 為八寶粥粉末樣品的質量（g）；V為初始粉末的體積（mL）；V為24 h 后粉末的體積（mL）。

1.3.7 堆積密度和振實密度的測定

1.3.7.1 堆積密度 參考Zhao 等的方法，取2 g八寶粥粉末樣品放入25 mL 刻度試管中，記錄粉末占據的體積。計算公式為：

式中：m 為八寶粥粉末樣品的質量（g）；V 為粉末在刻度試管中占據的體積（mL）。

1.3.7.2 振實密度 將上述刻度試管在厚紗布上連續振蕩，直至樣品的體積不再變化為止，讀取此刻樣品的體積。計算公式為：

式中：m 為八寶粥粉末樣品重量（g）；V為振蕩前粉末的體積（mL）；V為振蕩后粉末的體積（mL）。

1.3.8 休止角和滑角的測定

1.3.8.1 休止角 參考傅茂潤等的方法，將玻璃漏斗垂直置于玻璃平板上方，持續穩定地倒入八寶粥粉末，直至落下的粉末形成的錐體尖部達到漏斗出口。待椎體穩定后，測量錐體的半徑及高度。計算公式為：

式中：R 為錐體的半徑；H 為漏斗尾端距玻璃平板的垂直距離。

1.3.8.2 滑角 將5 g 八寶粥粉末樣品置于潔凈的玻璃平板一側（長9 cm）上，緩慢調節平板的傾斜角度至樣品開始移動，通過測量平板距水平面高度來計算樣品的滑角。計算公式為：

式中：H 為玻璃平板距平面的高度；L 為玻璃平板的長度。

1.3.9 抗氧化活性的測定

1.3.9.1 還原力 參考Fu 等的方法，取0.75 mL 0.2 mol/L 的磷酸緩沖液、0.75 mL 0.03 mol/L 的KFe（CN）溶液和0.1 mL 八寶粥粉末乙醇提取液于試管中，充分混勻后經50 ℃水浴20 min，冷卻至室溫后加入0.75 mL 10%的三氯乙酸溶液、2.5 mL蒸餾水和0.5 mL 0.16%的FeCl，靜置10 min 后，于波長700 nm 下測定樣品的吸光值。

1.3.9.2 DPPH 自由基清除能力 參考閻然等的方法，取0.2 mL 八寶粥粉末乙醇提取液和3.8 mL 120 μmoL DPPH 溶液于試管中，在避光環境下經25 ℃保溫30 min 后，于525 nm 處測定吸光值。計算公式為：

式中：A為未加入被檢測物質的空白對照吸光值；A為加入不同劑量的被檢測物質的吸光值。

1.3.10 總酚含量的測定 參考Wei 等的方法，取0.2 mL 八寶粥粉末乙醇提取液、1 mL Folin 酚試劑和0.8 mL 7.5%的NaCO溶液于試管中，25 ℃避光保溫2 h 后，于765 nm 處測量樣品的吸光度。其中標準曲線為：y=0.0154x，=0.9993。

1.3.11 總黃酮含量的測定 參考Fu 等的方法，取1 mL 八寶粥粉末乙醇提取液、0.15 mL 5%的NaNO溶液、0.15 mL 10%的Al（NO）溶液和1 mL 4%的NaOH 溶液于試管中，充分反應后，于510 nm 處測量樣品的吸光度。其中標準曲線為：y=0.5069x+0.0006，=0.997。

1.4 數據處理

每種樣品設置3 個平行，實驗數據使用Excel 2010 軟件進行繪制圖表，用SPSS 25.0 軟件進行差異顯著性分析，結果以平均值±標準差表示，采用方差分析進行鄧肯氏檢驗，以<0.05 表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 超微粉碎對八寶粥粉色差的影響

八寶粥原料樣品、粗粉和超微粉的顏色如圖1所示。與粗粉相比，超微粉的顏色更白，亮度更高。圖2 展示了粗粉與超微粉的L、a、b值。經過超微粉碎處理，八寶粥粉體的L值顯著上升（<0.05），從81.94（OG）增加至91.79（150 SG）和91.57（300 SG），這與圖1 所示結果相同。a值和b值只出現了輕微的變化，粗粉與150 SG 相比無顯著差異（>0.05），而與300 SG 相比，a值和b值分別從2.97 增加到3.31，8.76 增加到9.82。先前的研究成果中也得到相同的結論，例如Ozdemir 等發現高剪切均質可以使得榛子皮粉末的亮度更高，顏色更紅更黃；同樣，Meng 等也發現超微粉碎也會使鐵皮石斛的顏色較亮，略帶黃色。這可能是因為原料經過高程度的粉碎后，原料中的有色成分得到充分暴露，同時粉末粒徑的減小，表面積的增大，也使得粉末亮度更亮。

圖1 不同粉碎粒度八寶粥粉末的色澤差異Fig.1 Color changes of mixed congee powders with different particle sizes

圖2 八寶粥粗粉及超微粉的色差Fig.2 Color parameters of mixed congee powders with different particle size

2.2 超微粉碎對八寶粥粉微觀結構的影響

八寶粥粗粉和超微粉的掃描電鏡圖（1000 和2000 倍）如圖3 可示，在相同的放大倍數下，八寶粥粗磨粉的顆粒較超微粉更為圓潤光滑，呈現出緊密包裹的完整球狀空間結構。而經超微粉碎后，隨著粉碎程度的增強，分子鍵的斷裂，八寶粥粉末顆粒從有序結構轉變為無序結構，球狀結構逐漸消失，顆粒呈現不完整的碎片狀。同時超微粉碎后的形成的小顆粒粉體，在分子作用力的影響下更易團聚附著在大顆粒的表面，300 SG 超微粉較150 SG 超微粉更易發生顆粒的團聚，導致粉體的尺寸增大。

圖3 八寶粥粗粉及超微粉的電鏡掃描圖Fig.3 Electron microscope scan of mixed congee powders with different particle size

2.3 超微粉碎對八寶粥粉粒徑分布的影響

粉體的粒徑大小是評價其品質的重要指標之一。八寶粥粗粉（OG）和超微粉（150 SG 和300 SG）的粒徑分布如圖4 所示。與粗粉相比，經過超微粉碎后，八寶粥粉體的粒徑明顯下降，并且150 SG 超微粉和300 SG 超微粉的粒度分布無明顯變化。表1總結了八寶粥粗粉與超微粉的粒徑分布與比表面積。粒徑分布由D、D、D、D、峰值粒徑、D和 D值表征。與粗粉相比，超微粉D、D、D、峰值粒徑和D和 D均發生了顯著下降（<0.05），但150 SG 超微粉和300 SG 超微粉之間沒有顯著差異（>0.05），這與上文中2.2 的現象相同，可能是由于300 SG 超微粉較150 SG 超微粉，粉體的破碎程度更強，分子間作用力也更明顯，更易發生顆粒的團聚，導致粉體的尺寸增大。跨度值（span）也是衡量粉體粒徑分布的重要指標，跨度值越小，則粒徑越均勻，粒徑分布越窄。表1 和圖1 均表明，超微粉的跨度值小于粗粉（<0.05），其粒徑比粗粉均勻，分布范圍更窄。此外，超微粉的比表面積約為粗粉的1.2 倍，表明經過超微粉碎后，八寶粥粉體更易與其他物質混勻。

表1 八寶粥粉的粒徑和比表面積Table 1 Particle size and specific surface area of mixed congee powders

圖4 八寶粥粗粉和超微粉的粒徑分布Fig.4 Particle size distribution of mixed congee powders

2.4 超微粉碎對八寶粥粉水合特性的影響

表2 比較了八寶粥粗粉（OG）和超微粉（150 SG和300 SG）的溶解度、持水力及膨脹度差異。300 SG 的超微粉其溶解度為0.30 g/g，高于150 SG 超微粉的溶解度（0.28 g/g），但三者無顯著差異（>0.05）。這可能是由于高溫（80 ℃）促進了粉體中不溶性物質向可溶性物質的轉變，且顆粒內部的可溶性物質在溫度較高時被完全釋放，從而造成了粗粉和超微粉之間差異不顯著。郝競霄等的研究也表明，在高溫條件下，不同品種茶樹菇的粗粉與超微粉溶解度無明顯差別。

表2 八寶粥粗粉及超微粉的水合特性Table 2 Hydration properties of mixed congee powders with different particle size

持水力能夠反映粉體對水分的束縛能力，超微粉碎后八寶粥150 SG 超微粉的持水力為9.43 g/g，略低于粗粉的持水力（9.69 g/g），但兩者并無顯著差異（>0.05）。而300 SG 超微粉的持水力為6.05 g/g，顯著低于粗粉和150 SG 超微粉（<0.05）。這可能是由于八寶粥原料中易吸水溶脹的膳食纖維含量較高，經超微粉碎后，破壞了部分纖維及基團結構，使其持水性下降。此外300 SG 進一步將原有的膳食纖維濾除，造成粉體束縛水分的能力降低。

膨脹度是表征粉體水合能力的重要參數，膨脹度與粉體在水中的穩定性正相關。由表2 可知，隨著八寶粥粉體粒徑的減小，其膨脹度顯著降低（<0.05）。超微粉碎后，300 SG 超微粉的膨脹度（0.18 mL/g），顯著低于150 SG 超微粉（0.58 mL/g）及粗粉（1.08 mL/g）。這是由于八寶粥粉體中含有大量的淀粉、蛋白和纖維等大分子長鏈結構，超微粉碎可使長鏈變短，降低其水合能力，造成粉體不易吸水膨脹。在苦蕎麩皮、茶樹菇粉體及青稞麩皮中也得到了同樣的結論。

2.5 超微粉碎對八寶粥粉填充性的影響

粉體的填充性受堆積密度和振實密度的影響，密度越大，粉體填充性能越佳。如表3 所示，八寶粥150 SG 和300 SG 超微粉的堆積密度分別為0.45和0.37 g/mL，均顯著低于粗粉的堆積密度0.61 g/mL，并且隨粒徑的減小而顯著下降（<0.05）。這可能是由于超微粉的比表面積大于粗粉，顆粒間的靜電吸引力易使顆粒發生團聚形成大的集團，從而造成顆粒間空隙增大，堆積密度減小。粗粉和150 SG 超微粉的振實密度無顯著差異（>0.05），而300 SG 的超微粉的振實密度為1.02 g/mL，顯著低于粗粉及150 SG超微粉（<0.05），表明經過300 目篩過濾后，超微粉更不宜壓縮。

表3 八寶粥粗粉及超微粉的填充性Table 3 Filling properties of mixed congee powders with different particle size

2.6 超微粉碎對八寶粥流動性的影響

休止角和滑角與粉體的流動性密切相關，休止角和滑角越小，粉體的流動性越好。如表4 所示，八寶粥150 SG 和300 SG 超微粉的休止角分別為44.27°和41.80°，均顯著小于粗磨粉的休止角，46.26°，并隨粉末粒徑的減小呈現下降的趨勢（<0.05）；八寶粥150 SG 超微粉的滑角為43.55°，與粗粉及300 SG 超微粉的滑角并無明顯差異，而300 SG 超微粉的滑角為42.24°，顯著小于粗粉的滑角45.03°（<0.05）。表明超微粉碎后的八寶粥粉末擁有更好的流動性。這可能是因為隨著粉碎程度的加強，粉體的粒徑減小，比表面積增大，顆粒間的分子間作用力增強，八寶粥粉末更易團聚形成大顆粒，在重力的作用下粉體易滑動，從而流動性增大。

表4 八寶粥粗粉及超微粉的流動性Table 4 Fluidity of mixed congee powders with different particle size

2.7 超微粉碎對八寶粥粉抗氧化活性的影響

還原力是評價粉體抗氧化活性的重要指標，還原力的高低與樣品的抗氧化活性呈正比。如圖5 所示，八寶粥粗粉的還原力最低，為0.59，經超微粉碎處理后，150 SG 超微粉和300 SG 超微粉的還原力顯著上升（<0.05），并隨著粒徑的減小而增加，分別為0.77 和0.80，但兩者差異不顯著（>0.05）。

圖5 八寶粥超微粉的還原力Fig.5 Reducing power of mixed congee superfine powder

DPPH 法已被廣泛應用于評價各種天然化合物的抗氧化活性。八寶粥粗粉及不同粒徑超微粉對DPPH 自由基的清除能力如圖6 所示。其中150 SG和300 SG 的超微粉對DPPH 自由基的清除能力無顯著差異，分別為55.83%和59.98%（>0.05），但其顯著高于粗粉對DPPH 自由基的清除能力44.28%（<0.05）。這是由于粗粉中原本僅有少量游離的抗氧化活性物質，所以其抗氧化活性較低，但經超微粉碎處理后，粉體顆粒中處于結合或包埋狀態的抗氧化活性物質被釋放，使其抗氧化活性增強。Zhang 等和Zhong 等的研究結果也表明超微粉碎有助于提高樣品的抗氧化性。

圖6 八寶粥超微粉的DPPH 自由基清除能力Fig.6 DPPH free radical scavenging ability of mixed congee superfine powder

2.8 超微粉碎對八寶粥粉主要活性物質溶出量的影響

不同粒徑八寶粥粉中主要活性成分的溶出量如圖7 和圖8 所示。粉體中總酚及總黃酮的溶出量均隨著粒徑的減小呈現出上升趨勢。尤其是300 SG的超微粉，其總酚及總黃酮的溶出量分別為2.14 和11.33 mg/g，均顯著高于粗粉的1.83 及8.99 mg/g（<0.05），是粗粉的1.16 和1.22 倍。這可能是由于高強度超微粉碎使原料的細胞壁破碎，粉體的粒徑減小，比表面積增大，同時粉末的孔隙率增大，使得細胞內物質可以迅速且充分的釋放在溶媒中，從而增加了粉體中主要活性物質的溶出量，提高了其生物利用率。

圖7 八寶粥超微粉的總酚含量Fig.7 Total phenol content of mixed congee superfine powder

圖8 八寶粥超微粉的總黃酮含量Fig.8 Total flavonoids content of mixed congee superfine powder

3 結論

本實驗對八寶粥原料進行超微粉碎及過篩處理，研究了超微粉碎處理對八寶粥理化特性及功能特性的影響。結果表明，經過超微粉碎處理后，八寶粥粉體的粒徑、持水力及膨脹度均顯著下降（<0.05），且300 SG 比150 SG 下降幅度更大。隨著粉碎程度的增加，粉體比表面積的增大，小分子顆粒更易附著在大分子顆粒的表面形成較大的顆粒，使超微粉碎后的粉體更難壓縮，色澤更鮮亮。同時較大的顆粒在重力的作用下更易滑下，使得粉體的流動性增大。與粗粉相比，超微粉粉體粒徑越小，其抗氧化活性及主要活性物質溶出量越高。綜上所述，超微粉碎提高了八寶粥產品的營養及功能性價值，改善了其穩定性，為超微粉碎技術在八寶粥的深加工產業的應用推廣提供了理論基礎。