不同粉碎条件对葡萄籽超微粉破壁率的影响

马　婧，袁春龙，杨　丽，马　涛，杨晓雁，张世杰，杨　健，闫小宇，苏鹏飞，庞建美，吴晟萌

（西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨凌712100）

不同粉碎条件对葡萄籽超微粉破壁率的影响

马婧，袁春龙*，杨丽，马涛，杨晓雁，张世杰，杨健，闫小宇，苏鹏飞，庞建美，吴晟萌

（西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨凌712100）

以赤霞珠葡萄籽为原料，研究不同的冷冻温度和粉碎时间对葡萄籽超微粉细胞破壁率的影响。借鉴理想破碎模型单元破碎率计算法，测定葡萄籽的细胞直径以及葡萄籽超微粉的粒径，并统计粒径的分布概率研究破壁率。结果表明：同一冷冻温度下，除个别条件下存在例外，葡萄籽细胞破壁率随着粉碎时间的延长有明显的升高趋势，且在-15和-25℃时破壁率与粉碎时间具有线性关系；在同一粉碎时间下，随着温度的降低破壁率有升高的趋势但不呈线性，在粉碎时间延长至75min时破壁率已达到较高水平，温度对其影响微弱。超微粉粒径小于葡萄籽细胞平均直径时，破壁率为100%；超微粉粒径大于葡萄籽细胞平均直径时，破壁率随着粒径的增大而减小。推荐较好的葡萄籽超微粉破碎条件为：冷冻温度-15℃、粉碎时间75min。

葡萄籽，超微粉，粉碎条件，细胞破壁率，理想破碎模型

葡萄籽是葡萄酒和其他产品生产中的副产物，占整粒葡萄质量的7%～10%[1]。近年来，随着对葡萄籽研究的不断深入，发现葡萄籽中多种成分具有极高的营养和保健价值。葡萄籽中含有丰富的蛋白质、氨基酸、矿物质、脂肪和膳食纤维等多种营养素[2-3]。此外还含有多种功能性成分，包括原花青素、葡萄籽油、白藜芦醇、维生素、多酚化合物等，这些成分均具有一定的营养价值和美容保健作用[4-9]。

超微粉碎技术是一种将各种固体物质粉碎成直径小于10μm粉体的加工技术[10]。目前在国内外的食品加工，以及中药和花粉的加工中得到了良好的应用[11-16]。葡萄籽本身很难被消化，所以其中的营养功能性成分无法被吸收，将葡萄籽进行超微粉碎并加以应用，属于纯物理加工，可充分发挥葡萄籽中功能性成分的功效，生物利用率更高，同时避免葡萄籽功能性成分提取过程中的二次污染[17-18]。细胞破壁率是超微粉的重要衡量指标，破壁率越高，其功能性成分的溶出可能性就越大[19]。葡萄籽通常在低温下进行超微粉碎，因天然植物在低温下其韧性出现均匀地降低，虽没有明确的脆性转变点，但随着温度降低其脆性增加的规律是存在的，并可找出一个脆性最大的低温范围。同时，物料在快速降温情况下，各部位由于不均匀收缩而产生内应力，极易引起薄弱部位破裂和龟裂，导致物料内部组织结合力降低，当受到一定的冲击时，极易破碎成细粉[20]。此外，低温下进行超微粉碎不仅可以避免功能性成分的氧化，也可以使葡萄籽中的油脂类物质冷冻凝结，避免粉体结块。

葡萄籽在进行超微粉碎时，需要消耗大量的能源。在中药和蔬菜等方面，已进行过相关破壁率的研究[21-23]。本文旨在探索冷冻温度和粉碎时间对葡萄籽超微粉破壁率的影响，并为实际生产选择一个合适的粉碎条件，在节约人力和物力的条件下，也能获得较高的破壁率。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

葡萄籽2007年新天酒业赤霞珠（Cabernet Sauvignon）葡萄籽，自然风干保存；微晶纤维素（microcrystalline cellulose，MCC）西安惠安集团纤维素化工厂。

6B-Ⅰ型贝利微粉机济南倍力粉体技术工程有限公司；SP-2102UV型紫外-可见光分光光度计上海光谱仪器有限公司；XSP-18S型生物显微镜国营江南光学仪器厂；Mastersizer2000型激光粒度仪英国马尔文仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1葡萄籽细胞直径测定方法葡萄籽经筛选除杂和清洗之后，在烘箱内进行常压干燥，为防止高温将原花青素的成分氧化，鼓风温度＜50℃，最终含水量为8%～10%。取干化的葡萄籽用刀片横向切开，在截面上切取平整薄片。立即将薄片放入载玻片的水滴中，盖上盖玻片制片。在显微镜下随机测定视野中的100个细胞直径，并求出平均值D。

1.2.2葡萄籽超微粉碎方法在葡萄籽中加入微晶纤维素，添加量为30～35g/kg，放入粉碎机分别在-30、-25、-20、-15℃四个冷冻温度下进行粉碎，每个温度梯度下分别粉碎15、30、45、60、75min。

1.2.3葡萄籽超微粉直径测定方法利用激光粒度分析仪，对每组样品不同粒径的概率分布进行测定，导出数据[17]。

1.2.4葡萄籽超微粉破壁率计算方法借鉴理想破碎模型计算法[21]，破壁率η：

η1=[1-（1-1/n）3]×100%（n＞1）；

η2=100%（n≤1）；

η=η1+η2；

其中，n为颗粒直径与细胞直径之比。

2　结果与分析

2.1葡萄籽细胞直径的大小

经过镜检计算得出：葡萄籽细胞直径D为15.0～32.5μm，平均24.9μm。

2.2粉碎条件对葡萄籽细胞破壁率的影响

2.2.1破壁率与粉碎时间的关系由图1可以看出，随着粉碎时间的增加，相同冷冻温度下葡萄籽细胞的破壁率基本呈上升趋势。在同温度处理组内做方差分析，各组内p值均小于0.01，说明在相同温度条件下，不同粉碎时间之间的葡萄籽细胞破壁率差异极显著。在-15、-20、-25℃的处理组内，不同粉碎时间下的破壁率之间存在显著差异。而在-30℃的处理组内，不同粉碎时间下的破壁率间差异变小，在α= 0.01水平下，15min处理下的破壁率与其他时间处理之间存在显著差异；在α=0.05水平下，除15min处理外，其他不同的时间处理间破壁率虽存在差异但不显著，有些处理两两之间无差异，具体见图1中标识。

图1　不同粉碎时间下葡萄籽细胞的破壁率Fig.1　Broken grape seed cell rate of different crush time

进行一元线性回归分析，在-15℃和-25℃时可分别得出回归方程y=2.510x+68.49（R2=0.987）和y= 3.024x+68.06（R2=0.976），表明在此两组温度下，破壁率与粉碎时间存在良好的线性关系。-20℃和-30℃处理的条件下，破壁率与粉碎时间没有明显的线性关系（y=2.7923x+68.582，R2=0.8707；y=1.9583x+73.91，R2=0.7997）。

图1显示，无论冷冻温度多高，随着粉碎时间的延长，葡萄籽细胞破壁率也在增加，说明研磨时间的延长在一定程度上可以增加细胞的破壁率[24]。

2.2.2破壁率与冷冻温度的关系由图2可以看出，在研磨时间为15min的条件下，随着冷冻温度的降低，葡萄籽细胞破壁率的变化并没有明显规律。经方差分析，在冷冻温度为-30℃时，粉碎15min的破壁率与其他温度处理间存在显著差异（p=0.0016＜0.01），而其他的温度处理之间不存在差异。图2说明在粉碎时间较短的情况下，因研磨不够充分，最终破壁率的预估较难把握，不适合应用于实际生产。

在粉碎时间为30min的条件下，随着冷冻温度的降低，葡萄籽细胞破壁率逐渐上升。经方差分析，不同冷冻温度下的葡萄籽细胞破壁率存在显著差异（p=0.0001＜0.01）。在冷冻温度为-30℃时，粉碎30min的破壁率与其他温度处理间存在显著差异，而其他的温度处理之间不存在差异。在15min和30min的曲线中，-30℃处理的破壁率都明显高于其他组，表明在该温度下，葡萄籽细胞因脆性明显提高，更容易破碎。

图2　不同冷冻温度下葡萄籽细胞的破壁率Fig.2　Broken grape seed cell rate of different crush temperature

在粉碎时间为45min的条件下，随着冷冻温度的降低，葡萄籽细胞破壁率存在上升趋势，但是-25℃处理时细胞破壁率低于-20℃处理时细胞破壁率。经方差分析，不同冷冻温度下的葡萄籽细胞破壁率存在显著差异（p=0.0003＜0.01）。在该时间下，-20℃的处理分别与-25℃和-30℃处理间的差异性不显著。

在粉碎时间为60min的条件下，随着冷冻温度的降低，葡萄籽细胞破壁率存在上升趋势，但是-20℃低于-15℃处理下的破壁率。经方差分析，不同冷冻温度下的葡萄籽细胞破壁率存在显著差异（p＜0.0001）。

当粉碎时间延长到75min时，不同温度下葡萄籽细胞破壁率都达到80%以上。经方差分析，不同冷冻温度下的葡萄籽细胞破壁率存在差异，但不显著（0.01＜p=0.0107＜0.05）。在α=0.05水平下，-15℃与-25℃、-20℃与-30℃、-25℃与-30℃之间差异不显著；在α=0.01水平下，不同温度处理下的差异性更小，具体见图2中标注。图2表明，当粉碎时间延长到75min时，冷冻温度对破壁率的影响较小，破壁率已达到较高水平。

图2说明，在粉碎时间较短时，低温可以明显增加细胞壁脆性，从而显著提高破壁率，但是破壁率的升高与温度的降低并无明显的线性关系。延长粉碎时间，可以减小冷冻温度造成的差异。为达到较高的破碎率，在实际生产中粉碎时间宜选择75min。

2.2.3冷冻温度和粉碎时间对破壁率的综合影响对实验数据进行无重复双因素方差分析，对于因素粉碎时间，p值为0.0000011；对于因素冷冻温度，p值为0.0053，可以看出粉碎时间和冷冻温度对破壁率均有极显著影响，随着温度的降低和粉碎时间的增加，破壁率不断提高，而且粉碎时间对破壁率的影响更为明显。

2.3粒径分布与细胞破壁率

葡萄籽细胞被粉碎之后，其有效成分得以溶出，才能充分发挥其保健作用，而细胞的破壁率与葡萄籽粉的粒径分布直接相关。

2.3.1超微粉粒径分布统计葡萄籽超微粉粒径分布在0.01～2000μm之间。为方便观察，以冷冻温度为-15℃，粉碎时间为75min的粒径分布为例作图，其他不同粉碎条件下的情况与之相似。粒径为50μm的超微粉所占比例最大，粒径分布在20～120μm之间所占比例为85.01%。粒径过大或过小的葡萄籽细胞所占比例较小，为了方便观察，图3中只标示了粒径为0～400μm之间的分布状况。

图3　葡萄籽超微粉粒径的概率分布Fig.3　Probability distribution of partical size of grape seed superfine powder

2.3.2细胞破壁率与粒径的相关性由表1可以看出，-15℃粉碎15min，d（0.9）为（141.22±3.70）μm，即90%的颗粒粒径不超过（141.22±3.70）μm，细胞破壁率为71.29%±0.21%，；粉碎时间增加至75min，d（0.9）为（121.32±3.37）μm，破壁率为81.62%±0.55%。d（0.9）与破壁率之间，虽然无良好的线性关系（y=-4.1449x+ 436.47；R2=0.8674），但是随着d（0.9）的降低，破壁率逐渐升高。图4可以看出，当超微粉粒径小于细胞平均直径时，破壁率为100%；在理想的计算条件下，当超微粉粒径大于葡萄籽细胞平均直径时，破壁率随着粒径的增大而降低。当粒径为120μm时，葡萄籽细胞破壁率为50.22%；当粒径大于400μm时，破壁率小于20%。

图4　葡萄籽超微粉粒径与破壁率的关系Fig.4　Relationship between partical size of grape seed superfine powder and broken rate

表1　不同粉碎条件下葡萄籽细胞的破壁率和粒径分布d（0.9）Table.1　Broken grape seed cell rate and d（0.9）of different crush conditions

3　结论

3.1同一冷冻温度下，破壁率随着粉碎时间的延长而升高，趋势明显，且在-15℃和-25℃时破壁率与粉碎时间均具有良好的线性关系。而在同一粉碎时间下，破壁率随着温度降低而升高的规律存在，但不显著。

3.2超微粉粒径小于葡萄籽细胞平均直径时，破壁率为100%；根据理想破碎模型单元破碎率计算法，超微粉粒径大于葡萄籽细胞平均直径时，破壁率随着粒径的增大而减小。

3.3根据实验结果，并综合考虑人力和物力的消耗，推荐较好的葡萄籽超微粉破碎条件为：冷冻温度-15℃、粉碎时间75min。

[1]高德艳，胡文效.葡萄籽多酚及葡萄籽利用现状[J].中外葡萄与葡萄酒，2013（1）：53-56.

[2]李银平，薛雪萍，袁春龙，等.葡萄籽成分与营养评价[J].食品与发酵工业，2006（12）：108-113.

[3]JAYAPRAKASHA G K，SINGH R P，SAKARIAH K K. Antioxidant activity of grape seed（Vitis vinifera）extracts on peroxidation models in vitro[J].Food Chemistry，2001，73（3）：285-290.

[4]张宏丽，马海军，张军翔.葡萄籽油的研究进展[J].中国酿造，2013（4）：20-23.

[5]杨玉喜，李伟年，李向阳.科学技术向化妆品迈进[J].日用化学品科学，2013（6）：10-15.

[6]刘霞，李华，杨继红，等.冷榨葡萄籽饼粕超微粉中主要营养物质的分析[J].中国粮油学报，2013（1）：117-121，128.

[7]郭金英，李松彪，刘开永，等.葡萄籽超微粉对高血脂金黄地鼠血浆NO、ET-1和C反应蛋白的影响[J].食品科学，2008（9）：598-600.

[8]BAGCHI D，BAGCHI M，STOHS S J，et al.Free radicals and grape seed proanthocyanidin extract：importance in human health and disease prevention[J].Toxicology，2000，148（2-3）：187-197.

[9]SANTOS-BUELGA C，SCALBERT A.Proanthocyanidins and tannin-like compounds-nature，occurrence，dietary intake and effects on nutrition and health[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2000，80（7）：1094-1117.

[10]谢瑞红，王顺喜，谢建新，等.超微粉碎技术的应用现状与发展趋势[J].中国粉体技术，2009（3）：64-67.

[11]张洁，于颖，徐桂花.超微粉碎技术在食品工业中的应用[J].农业科学研究，2010（1）：51-54.

[12]方邦江，陈浩，郭全，等.中药超微粉的优势及应用前景[J].中国中医药现代远程教育，2010（18）：208-209.

[13]赵国巍，张晓辉，廖正根，等.中药超微粉碎的影响因素研究概况[J].江西中医学院学报，2011（1）：98-100.

[14]HU J H，CHEN Y Q，NI D J.Effect of superfine grinding on quality and antioxidant property of fine green tea powders[J]. Lwt-Food Science and Technology，2012，45（1）：8-12.

[15]ZHANG M，ZHANG C J，SHRESTHA S.Study on the preparation technology of superfine ground powder of Agrocybe chaxingu Huang[J].Journal of Food Engineering，2005，67（3）：333-337.

[16]ZHAO X Y，YANG Z B，GAI G S，et al.Effect of superfine grinding on properties of ginger powder[J].Journal of Food Engineering，2009，91（2）：217-222.

[17]李华，袁春龙，沈洁.超微粉碎技术在葡萄籽加工中的应用[J].华南理工大学学报：自然科学版，2007（4）：123-126.

[18]王华，徐春雅，李倩倩，等.～（60）Co-γ射线对葡萄籽超微粉辐照灭菌及对其主要功能性成分的影响[J].食品科学，2009（13）：97-100.

[19]曹龙奎，黄威，王景会，等.玉米花粉超微粉碎破壁技术的实验研究[J].农业工程学报，2003（6）：209-211.

[20]杨再，陈俊平，陈佳铭.超微粉碎技术的原理和应用[J].饲料博览（技术版），2007（10）：36-38.

[21]何煜.细胞级微粉碎与细胞级微粉中药技术[C].2001中国药学会学术年会大会报告集，北京，2001：914-918.

[22]宫元娟，张本华，李成华.牛蒡微粉加工工艺参数实验研究[J].农业工程学报，2007（9）：256-259.

[23]张仲欣，郭秉印，周建华.芹菜超微粉工艺参数的优化[C]. 2010国际农业工程大会，上海，2010.

[24]高歌.纳米级灵芝粉末和破壁灵芝孢子粉的化学成分及体外药理活性研究[D].长春：吉林农业大学，2012.

Effect on broken grape seed cell rate under different crush conditions

MA Jing，YUAN Chun-long*，YANG Li，MA Tao，YANG Xiao-yan，ZHANG Shi-jie，YANG Jian，YAN Xiao-yu，SU Peng-fei，PANG Jian-mei，WU Sheng-meng
（College of Viticulture and Enology，Northwest Agriculture and Forestry University，Yangling 712100，China）

Seeds of Cabernet Sauvignon were crushed under the different conditions of temperature and time to find out the effect on broken grape seed cell rate.Using the method of calculation of ideal crush model for reference，broken grape seed cell rate was calculated by measuring the diagram of grape seed cell，particle size of grape seed superfine powder，and probability distribution of particle size.Our data demonstrate broken grape seed cell rate rised obviously during the extending of crush time at the same crush temperature，with a linear relation under-15℃and-25℃.While the rate rised slowly with the decrease of crush temperature in the same crush time.When the crush time extended to 75 min，the broken cell rate was high and influence of temperature was low.The broken cell rate of the superfine powder whose particle size was smaller than the diagram of grape seed cell was 100%，while the broken cell rate of whose particle size was bigger than the diagram of grape seed cell diminished with the increase of particle size.The better crush condition recommended was-15℃with 75 min.

grape seed；superfine powder；crush condition；cell broken rate；ideal crush model

TS261.9

B

1002-0306（2015）04-0247-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.045

2014－05－23

马婧（1989－），女，硕士研究生，研究方向：葡萄酒化学。

袁春龙（1969-），男，博士，副教授，研究方向：葡萄与葡萄酒功能性成分与酿酒葡萄副产物综合利用。

西北农林科技大学科技创新重点项目（ZD2013017）。