淺析超微粉碎對食品理化性質影響范文

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摘要：超微粉碎技術可以明顯增大食品原料的比表面積和表面能，同時小尺寸效應會賦予食品原料特異的理化特性、分子量分布及功能特性。近年來國內外學者對食品超微粉碎技術研究的理論深度逐漸加強，其在水產、糧油、軟飲料、調味品加工等方面也更加廣泛應用。該文對近年來超微粉碎對食品理化性質的影響進行綜述，以期為此技術在食品加工中的應用提供參考。

關鍵詞：超微粉碎技術；理化性質；結構功能；食品；研究進展

超微粉碎技術是指將直徑3mm的物料粉碎至10μm~25μm的過程[1]，超微粉體粉碎程度較普通粉體大，因此具有一定界面活性和較大的比表面積并且可以明顯提高生物利用率。超微粉碎技術按其材料干濕程度可分為干法和濕法粉碎。對于固體顆粒材料，主要采用氣流粉碎、球磨和膠體磨。對于液體材料，主要采用高壓均質化、超聲波均質化和微流化技術。由于超微粉碎顆粒尺寸的減小，微米和納米技術大大提高了食品材料的物理化學性質和功能特性，使其具有優異的吸水性、溶脹度、吸附性等理化性質，從而提高了食品質量，在冶金、石油、化工、電子、輕工、食品、醫藥、國防、核技術、航空航天、環境、能源、新材料、信息等諸多生產加工領域得到了廣泛應用。

1超微粉碎原理、特點及其分類

超微粉碎可達到細胞級粉碎，可對物料進行破壁粉碎。超微粉碎的時間，粉碎機的功率都對粉碎物料的粒度產生影響。當保持功率不變，粉碎時間延長時，物料的粒度逐漸減小。當物料粉碎達到一定程度后，其顆粒將很難再減小。同理時間不變粉碎機功率增加時，物料的粒度逐漸減小，當物料粉碎達到一定程度后其顆粒將很難再減小，直至達到平衡[2]。超微粉碎技術是機械力化學領域的一項高新技術，發展迅速。它廣泛應用于超微粉體的制備中。超微粉碎技術是利用機械或流體力學方法克服固體的凝聚力，使其破碎的粉碎技術。材料的粒度可達到10μm以下，甚至達到1μm的超微粒級[3]。將顆粒尺寸減小到微米或超微米水平將導致材料的結構和表面積產生一些變化，這將產生散裝材料所不具有的新優點，例如表面效應、體積效應、量子效應、宏觀量子效應、光學效應、磁學效應、力學效應、化學和催化效應等[4-5]。經過超微粉碎的物料的理化性質和結構功能都有一定的改善，營養物質、微量元素等的溶出率也大大增加，有利于人體的消化吸收，提高產品的利用率。超微粉碎技術一般可以分為兩大類：粒度在微米級的制備多采用物理粉碎法-顆粒從大到小的粉碎過程；對于納米級粉體多采用化學合成法-顆粒從小到大的生成過程。對于超微粉體處理是提高超微粉體使用性能的關鍵，其中主要涉及分級、改性、包覆、干燥、提純等過程。

2超微粉碎對食品理化性質的影響

2.1超微粉碎對食品有效成分溶出率的影響2016年ChunhuaDa[6]采用超微粉碎技術和脈沖效應（pulsedmagneticfield，PMF）對棉籽中的棉籽酚（freegossypol，FG）進行提取處理，采用超微粉碎后棉籽FG溶出增加，進一步對棉籽進行PMF處理，其FG溶出率進一步增加，可達到83.39%。2017年LiJiang[7]通過超微粉碎，實現烏飯樹樹葉（V.bracteatumThunbleaves，VBTL）的均勻粒度分布。將VBTL粉碎成4種不同粒徑的粉末，分別為：300μm~125μm、125μm~75μm、75μm~40μm和40μm。據觀察，VBTL粉末的體積越小，體積密度越大，表面積越大，密度越大，休止角度也越大。水溶度指數、持水能力和總類黃酮素提取量隨顆粒的減小而略有增加。差示掃描量熱法顯示，VBTL粒度為40μm時峰值溫度最低；顆粒大小為125μm~300μm的粉末顯示出最大的吸熱焓。對VBTL超微粉性能的研究為烏飯樹樹葉在食品工業中的應用提供了依據。2018年AbuzarSM[8]利用超臨界抗溶劑（supercriti－calcarbondioxideanti-solvent，SAS）工藝提高水溶性藥物的溶解度和生物利用率。通過超微粉碎增加表面積來克服許多藥物存在的水溶解度和生物利用率都很低的問題，超臨界流體（supercriticalfluid，SCF）輔助粒子的形成，能在相對溫和的條件下產生無溶劑的產品，與傳統方法相比有許多優點。可以精確地控制其形態分布和水解能力。SAS技術的特點使其成為提高水溶性藥物溶解度和生物利用率的理想技術。2018年CiccorittiR[9]研究超微粉碎加工谷物，以生產具有高營養價值的硬質小麥面粉。通過對4個硬質小麥品種進行監測，并對其中膳食纖維和酚類化合物的生物活性價值的差異進行監測，經超微粉碎后的小麥活性成分溶出率均增加。

2.2超微粉碎對食品堆積密度、休止角、滑角、流動性、持水性的影響按不同干燥方法干燥的板栗粗粉經超微粉碎后，其堆積密度不同。板栗粗粉經超微粉碎后，隨著粉碎機功率的增大，材料的顆粒尺寸減小，密度不斷增加。這是由物料經超微粉碎后具有良好的均勻性，顆粒間隙小，物料之間接觸面積更大造成的[10]。休止角和滑角是粉體流動性的重要指標。劉戰永[11]對玫瑰進行超微粉碎，超微粉碎后材料的休止角和滑動角減小，說明超微粉碎后材料的流動性提高。超微粉體的靜置角和滑移角隨著超微粉碎功率的增加而減小。結果表明，超微粉體的流動性隨粒徑的減小而增大。這可能是由于超微粉體的吸附和凝聚特性使表面聚合和吸附性能提高，從而使粉體更加均勻，難以分離。從工業生產的角度考慮，超微粉磨功率為25Hz，超微粉體的休止角降低到40°以下，可以滿足生產和加工的流動性要求。陳如[12]對蘋果粉進行超微粉碎后，蘋果粉的粒徑逐漸減小，粒徑分布越來越均勻。與粗粉相比，蘋果粉經不同時間超微粉碎后，其溶脹能力、水溶性、持水性和陽離子交換能力均增加，而體積密度降低。陽離子交換能力先增加，研磨時間超過10min后無明顯變化。超微粉碎10min后開始出現團聚現象，隨著超微粉碎時間的延長，團聚現象越來越嚴重。表明超微粉碎10min效果最好。經超微粉碎后糙米粉的水化特性是研究糙米粉理化特性的重要指標,能夠反映淀粉在米粉中的糊化特性。不同超微粉碎強度處理的糙米粉，水溶性先升高后降低。糙米粉的吸水性和溶脹度隨著超微粉碎強度的增加而增加，這可能與破損淀粉含量的增加和淀粉顆粒尺寸的減小有關。受損淀粉能顯著改善糙米的保水能力。粒徑越小，糙米顆粒的表面積越大，與水分子的接觸更為完整，淀粉顆粒結合得更緊密。糙米水溶性的變化可能與糙米中粗脂肪和粗纖維含量有關，淀粉和脂類在糊化過程中易形成復合物，易老化，影響糙米粉的水溶性[13]。超微粉碎后，茶粉的保水能力發生較大變化，與非超微粉碎的茶粉相比，茶粉的持水力經超微粉碎后有所改善，顆粒尺寸的減小，增加了顆粒面積，增加了持水力。但當齒輪磨間隙達到10μm后，持水力上升的幅度并不大，這是由于前者物料已經完全吸收了水分，水分達到飽和狀態不再吸收水分[14]。采用膠體磨濕磨紅棗得到紅棗超微粉，與粗粉相比，紅棗超微粉的持水力顯著提高，由于顆粒尺寸的減小，顆粒的表面積大大增加，增加了持水能力。當超微粉碎機齒輪磨間隙達到10μm時，精制齒間隙減小，持水力增加的幅度并不大，這是因為磨粒在磨削到一定程度后，增加了表面積，由于毛細管已經完全吸收水分，所以持水力不再增大[15]。對甜杏仁進行超微粉碎，其吸濕率增加，隨著粉碎時間的延長，吸濕率逐漸趨于平穩直至不變，隨著顆粒尺寸的繼續增加而吸濕率略有降低，這是由于粉末顆粒尺寸與比表面積成反比，當顆粒尺寸減小時，粉末與環境的接觸面積增大，吸濕能力增強，更易受周圍環境水分含量的影響，可見超微粉碎粉對粉末吸濕性能的影響是非常明顯的[16]。

3超微粉碎對食品結構和功能的影響

目前，超微粉碎技術在國內外越來越多的運用于功能食品的生產中，如膳食纖維、脂肪代替品、多糖、黃酮類、多酚等。

3.1超微粉碎對食品抗氧化活性的影響2017年RamachandraiahK[17]研究干燥和超微粉碎對芹菜莖的理化性質和抗氧化活性的影響，在50、75、100℃下，芹菜桿的超微粉碎平均粒徑分別為48.8、10.5、7.2μm。體積密度隨著粉體粒徑的減小而增加。酚類化合物的提取率隨著溫度的升高而增加。鐵螯合能力不受溫度升高或顆粒大小的影響。在最高溫度下，芹菜莖的微粉化具有最好的抗氧化活性。干燥和超微粉碎對主要的酚類結構沒有很大的影響。鄭慧[18]采用行星球磨機對苦蕎麥麩皮進行超微粉碎，苦蕎麥麩皮具有一定的陽離子交換、吸附重金屬、清除NO2-、清除自由基等能力。超微粉碎后，其功能得到改善。與苦蕎麥麩皮粗粉相比，苦蕎麥粉的陽離子交換容量有所提高。

3.2超微粉碎對食品蛋白質結構和功能的影響ChanchanSun[19]研究超微粉碎對濃縮乳清蛋白（wheyproteinconcentrate，WPC）的結構和物理化性質的影響，并對微粉蛋白（microparticulatedwheyprotein，MWP）的應用進行研究。WPC和MWP粒子的大小在超微粉碎后（p<0.05存在顯著差異），與對照組相比，分別從62μm和15μm下降到15μm和9μm。經過超微粉碎后，乳清蛋白溶解度、蛋白質表面疏水性、含油率、發泡能力、發泡穩定性均有所提高并改變了物料熱力學性質。周志峰[20]以脫脂蠶蛹為原料，利用磨球超微粉碎和超聲波的物理作用對蠶蛹蛋白基本特性進行改良。經過超微粉碎處理后的蠶蛹蛋白巰基含量提高，導致肽鏈的伸展和親水基團的暴露，這些變化可以提高蠶蛹蛋白的溶解性、起泡性、起泡穩定性和乳化穩定性。高云中等[21]研究超微粉碎對花生分離蛋白功能性質的影響，花生經超微粉碎后其分離蛋白的溶解性明顯降低，主要原因是由于在超微粉碎的過程中，機器功率過大及剪切過程發熱造成蛋白質變性，導致溶解性變差。吸水性及吸油性都呈現出先上升后下降的趨勢，乳化穩定性有所提高。

3.3超微粉碎對食品膳食纖維結構和功能的影響令博[22]對葡萄皮渣進行超微粉碎和擠壓超微粉碎后，可溶性膳食纖維增加，不可溶性膳食纖維顯著減少，其中采用擠壓超微粉碎技術的可溶性膳食纖維含量增加較多。物料經過超微粉碎后其膨脹力、持水力和持油力明顯降低，但其陽離子交換能力提高顯著，對金屬離子吸附能力無顯著變化。陳紅菊[23]采用濕法超微粉碎法對馬鈴薯渣進行粉碎。超微粉碎后，馬鈴薯渣膳食纖維顆粒之間孔隙明顯增加，纖維顆粒的比表面積增大。水溶性纖維素的水溶性明顯提高，不溶性纖維素可轉化為可溶性組分。王安建等[24]對玉米皮進行了超微粉碎，對玉米皮中水不溶性膳食纖維改性進行研究。超微粉碎后的不可溶性膳食纖維的水溶性變化不明顯，但其陽離子交換能力大大增加，將其粉碎粒度控制在160目~200目時，其持水力、吸水膨脹率、持油力均有明顯改善，表明超微粉碎工藝完全可應用于玉米皮膳食纖維的理化性質改良。

3.4超微粉碎對食品藥用功能的影響BartolucciML等[25]對微粉化棕櫚醇酰胺減少關節疼痛和膠質細胞活化進行了研究，評估超微粉碎棕櫚醇酰胺（micronizedpalmitoylethanolamide，m-PEA）對膠質細胞活化和三叉神經超敏性的影響。完全弗式佐劑（completeFreund'sadjuvant，CFA）注射后，動物表現出顳頜關節（temporomandibularjoint，TMJ）水腫和外側機械異位癥，伴隨著膠質纖維酸性蛋白（glialfibrillaryacidicprotein，GFAP）陽性的神經膠質細胞的強勁增長，以及在甘油三酯（triglyceride，TG）中激活的吞噬細胞，表明m-PEA具有抗高血脂癥的功能。此外，m-PEA大大降低了TMJ損傷和疼痛的程度，并且通過調節TG的上升能夠激活吞噬細胞。研究結果證實，m-PEA可以作為一種新的方法來治療三叉神經敏感癥的疼痛。BertoncelloKT[26]研究超微粉碎姜黃素的抗癲癇作用，將姜黃素進行超微粉碎處理，對姜黃素進行改性。超微粉碎的姜黃素表現出對癲癇發作抑制作用，減緩了幼蟲和成年動物的癲癇發作。和未加工的姜黃素相比，微粉的姜黃素無論是對幼蟲還是成年斑馬魚都減少了癲癇的發作頻率，超微粉碎的姜黃素表現出類似于一種典型的抗癲癇藥物的效果，減少了癲癇發作的發生率，減緩了癲癇發作的進程。

4超微粉碎在食品加工方面的應用

在果蔬加工過程中，會產生大量的果殼、果蔬渣，大部分廢棄物被丟棄，造成農副產品的巨大浪費。通過超微粉碎將果皮和果核轉化為食物，作為動物飼料、發酵檸檬酸和果膠的提取物，來保護環境，增加食物資源。低溫下蔬菜粉碎成微糊粉，可以保存所有的營養物質，膳食纖維因超微粉碎而增加水溶性，使蔬菜的口感更好[27-28]。超微粉碎后，小麥粉、大豆粉、米粉的口感明顯改善，更有利于人體吸收。小麥麩皮粉和大豆粉可以添加到面粉中制成高纖維或高蛋白面粉。它含有大量的纖維素和黃酮化合物。但普通的豆皮中含有大量的粗纖維無法直接被人體吸收利用，經過超微粉碎后，其性質發生了改變，不可溶纖維素（不能被人體吸收利用的膳食纖維）變為可溶性膳食纖維（可被人類體消化利用），增加了可食用的食物資源[26]。貝殼富含鈣，例如含有90%以上鈣的牡蠣殼。牡蠣殼通過超微粉碎技術粉碎后，其中的鈣更容易被人體吸收。還可用超微粉碎技術對蝦皮、蟹殼、魚骨等進行粉碎，用于鈣或鈣制品的加工。中國茶文化源遠流長，喝茶的傳統方法是用開水泡茶，人體不能充分吸收和利用茶葉中的營養成分。茶渣中殘留著一些不溶性或不溶性成分（如維生素A、維生素K、維生素E、大多數蛋白質、碳水化合物、胡蘿卜素、某些礦物質等）。它極大地削弱了茶葉的營養保健功能。如果茶葉在常溫和干燥條件下制成粉末，且粉末的粒度小于5μm，則全部營養物將直接被腸胃吸收[29-34]。對茶葉進行濕式粉碎，隨著粉碎的力度加大，茶粉的顆粒越小，其茶多酚的溶出率逐漸增大。超微粉碎技術作為一種新的食品加工方法，能夠使傳統工藝加工的香料和調味品更加優質。將香料和調味品超微粉碎形成聚集腔，可以固定香料原有風味，使其風味不易揮發。同時，傳統的調味品經過超微粉碎后，其顆粒均勻、細膩、分散性好，使其香味更加濃郁，僅需少量便能起到的良好調味作用。當香料在材料中均勻分布時，肉眼無法觀察到顆粒的存在，從而消除了產品中的黑斑。結果表明，隨著香料粒徑的減小，香料顆粒的流動性、溶解速率和吸收速率增加，風味效果提高[35]。

5結語

綜上所述，超微粉碎技術在各個領域中應用廣泛，具有廣闊的應用前景。從新型食品資源開發來講，利用超微粉碎技術可以開發新的食物資源：從環境保護方面來講，食品加工過程中的果殼殘渣等廢棄物經過超微粉碎再加工，變為可食用的資源，更加節約環保。超微粉碎技術因涉及面廣，技術成果實用性和普遍性較強，從而具有廣泛的課題來源和轉移成果的技術市場。但是目前超微粉碎技術仍待完善，需要在更高層次上和更大范圍內與相關學科不斷綜合，共同提高。

作者：楊春瑜 柳雙雙 梁佳鈺 車丹 王瑩 王雨晴 單位：哈爾濱商業大學