振动式超微粉碎对番薯全粉物化特性的影响

王 军，程晶晶，韩胜男

（许昌学院食品与生物工程学院，河南许昌 461000）

振动式超微粉碎对番薯全粉物化特性的影响

王 军，程晶晶，韩胜男

（许昌学院食品与生物工程学院，河南许昌 461000）

以番薯粗粉为研究对象，通过高频振动超微粉碎处理，研究振动式超微粉碎技术对番薯全粉物化特性的影响。结果表明，番薯粗粉经过超微粉碎处理5 min后，平均粒径减小到28.58±2.84 μm，比表面积和离散度分别为0.57± 0.08 m2/g，2.96±0.37，达到超微粉级别。随着超微粉碎时间的延长，番薯微粉的平均粒径进一步减小，微粉颗粒大小更均匀，颜色更为白亮、更均匀。与粗粉相比，番薯微粉的休止角和滑角均增大，松装密度和振实密度均小于粗粉。当超微粉碎处理时间为15 min时，所得番薯微粉持水力、持油力、吸湿性、溶胀度和溶解性分别为1.15±0.01 g/g，0.71±0.03 g/g，3.20±0.15%，2.88±0.30 mL/g，45.17±0.70%，加工特性最佳。超微粉碎处理可以显著改善番薯全粉的颗粒均匀性、颜色均匀性、吸湿性、溶胀度、溶解性等物化特性。

振动式超微粉碎；番薯全粉；物化特性

番薯（Ipomoea batatas Lam.），又名红薯等，在整个热带和亚热带地区均有种植。我国番薯常年种植面积、总产量均居世界首位。近年来的研究表明，番薯不仅营养丰富，而且具有多种食疗保健作用及药用价值［1-2］。新鲜番薯含水量高，易腐烂，生产又具有季节性，因此可以采取干燥制粉的方式加工、贮藏。番薯粉保留了番薯所有的营养成分，除了直接食用外，还能作为添加剂应用于方便食品、冷冻食品、调理食品等加工工艺［3］。目前，番薯粉的生产多是去皮后再进行干燥制粉，番薯皮等副产物作为生产废料而抛弃掉，造成环境污染和资源浪费，特别是番薯皮中的纤维素、果胶、色素等活性成分未得到充分利用［4］。番薯全粉是将番薯干燥后带皮粉碎得到的一种食品原料，既能实现番薯营养成分的完全利用，又能减少环境污染，降低加工难度，具有广阔的市场开发前景。但由于番薯皮中的粗纤维机械强度较大、吸水膨胀等原因，传统的粉碎技术较难将其细化到口感较好的程度。

超微粉碎是利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎，从而将3 mm以上的物料颗粒粉碎到10～25 μm以下的操作技术［5-7］。超微细粉末是超微粉碎的最终产品，具有一般颗粒所没有的特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等［8］。超微粉碎技术广泛用于软饮料、果蔬、粮食、水产品、功能性食品、调味品、畜禽制品、冷食制品等领域。在食品加工中的应用可以改善口感，有利于营养物质的吸收，另外还可以将原来不能充分吸收或利用的原料重新利用，开发新型食品材料，提高资源利用率，减少环境污染［9］。因此，本研究利用高频振动超微粉碎技术对番薯全粉进行处理，分析该粉碎工艺下番薯全粉的物料特性，通过对粉体粒径、色泽、吸湿性、持水力、持油力、溶解性、溶胀度等物化特性的研究，为番薯全粉在食品加工中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

新鲜番薯，购于当地某大型超市。

JYL-C022E型料理机，九阳股份有限公司产品；DHG-9073BS-Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱，上海新苗医疗器械制造有限公司产品；NLD-6DI型振动式超微粉碎机及冷冻循环设备，济南纳力德超微粉碎技术有限公司产品；GSL-2000型激光粒度仪，辽宁仪表研究所有限责任公司产品；NR200型色差仪，深圳市三恩驰科技有限公司产品；TDL-4型低速台式离心机，上海安亭科学仪器厂产品；YP30002型电子天平，上海佑科仪器仪表有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 微粉制备

（1）干燥。选择无病害、无损伤的番薯，用清水将表面洗净，晾干后切成厚度为3～4 mm的薄片，进行热风干燥。热风温度60℃，干燥至水分含量6%以下。

（2）粗粉制备。采用九阳料理机对干燥样品进行粗粉碎，每次打粉时间15 s，每次间隔2 min，粉碎时间45 s。

（3）微粉制备。将粗粉放入超微粉碎机中进行超微粉碎，每次投样量600 g，温度设为5℃，粉碎时间分别为5，10，15 min，得到3种微粉，分别命名为微粉Ⅰ，微粉Ⅱ和微粉Ⅲ。

1.2.2 粒径、比表面积测定

通过激光粒度仪对制得的粉体进行粒径和比表面积测定。取适量粉体置于容器内，分散剂为蒸馏水，分散粉体使用超声波。Dn（μm）表示有占总质量n%的颗粒粒径小于该数值，平均粒径取D50，并计算粒径分布的离散度［7］。计算公式如下：

1.2.3 色泽测定

将粉末装于透明比色皿中，采用色差仪对样品进行测定，获得L*值，a*值，b*值。其中，L*值表示样品的亮度，L*值越大，表明样品表面越亮；a*值，正值表示偏红，负值表示偏绿；b*值，正值表示偏黄，负值表示偏蓝。

1.2.4 粉体综合特性测定

休止角：通过粉体振动筛落到下方试验台，不断堆积形成近似锥形体，堆面崩塌2～3次后重新形成较稳定锥体时，测量粉体堆积层与水平面形成的夹角，测量时从3个不同位置测定休止角，然后取平均值。

滑角：将平板伸入托盘中，将样品撒落在托盘中，直到埋没平板，然后将托盘缓缓降低，平板与式样托盘完全分离，此时用测角器测定留在平板上粉体所形成的角度，测量3次，取平均值。

松装密度ρa：也称堆积密度，参考GB/T20316.2—2006中堆积密度测定［10］。

振实密度ρp：参考GB/T 21354—2008中振实密度测量通用方法测定［11］。

1.2.5 持水力测定

准确称取1.000 g微粉样品置于100 mL烧杯中，加蒸馏水40 mL，振荡24 h，然后以转速3 500 r/min离心30 min，弃去上清液，擦干管壁附着的水分，称其质量［12］。持水力计算公式如下：

式中：m1——干样品质量，g；

m2——湿样品质量，g。

1.2.6 持油力测定

持油力测定方法与持水力测定方法相同，仅将40 mL蒸馏水改为40 mL大豆油。

1.2.7 吸湿性测定

精确称取1.000 g微粉放置于已称质量的干燥铝盒中，将铝盒放置在盛有饱和NaCL溶液（环境相对湿度75.5%）的玻璃干燥器中，室温保存7 d［13］。吸湿性计算公式如下：

式中：Δm——样品质量的变化，g；

m——样品中干物质质量，g。

1.2.8 溶解性测定

称取一定质量的样品，均匀地分散在水溶液中，样品和水的比例为0.02∶1（1 g溶于50 mL的蒸馏水中），将样品移入离心管，在80℃下水浴震荡30 min。混合物在转速3 500 r/min下离心15 min，然后将上清液放在105℃下烘至恒质量［14］。计算公式如下：

式中：m1——样品的质量，g；

m2——上清液烘干后的质量，g。

1.2.9 溶胀度测定

准确称取约1.000 g样品于25 mL量筒中，记录样品体积，加入蒸馏水20 mL，振摇使其均匀分散，置于25℃的水浴锅恒温，24 h后记录充分溶胀后物料的体积，计算溶胀度［15］。溶胀度计算公式如下：

式中：m——样品的质量，g；

V1——加水前样品的体积，mL，

V2——充分溶胀后样品的体积，mL。

1.3 数据分析

不同样品各项物化特性分析结果均采用SPSS软件进行分析，多重检验p＜0.05，数值以“均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 番薯全粉粒径、比表面积分析

番薯全粉粒径相关参数见表1。

表1 番薯全粉粒径相关参数

由表1可知，番薯粗粉经过5 min超微粉碎后，平均粒径减小到28.58±2.84 μm，已达到超微粉级别，表明物料所受的机械作用非常剧烈，对番薯全粉有较好的破碎作用［12］。随着番薯全粉粒径的减小，物料的比表面积增大，比表面积的变化则可能影响到物料与水等物质的相互作用，从而影响物料的各种物化特性。根据计算的离散度值可知，超微粉碎5 min时，粒径的离散度较大，表明超微粉碎尚不完全，粒径分布还不均匀；到粉碎至15 min时，离散度显著减小，超微粉碎程度较高，颗粒更均匀。

2.2 番薯全粉色泽分析

番薯全粉色泽分析见表2。

表2 番薯全粉色泽分析

由表2可知，与粗粉相比，随着粉碎时间的延长，番薯微粉的L*值增大，a*值和b*值均呈现先增大后减小的变化趋势。番薯块根皮部分因含有花青素类色素而呈紫色，块根肉质部分因含有胡萝卜素而显黄色［2］。番薯皮因纤维素含量高，是最不易粉碎的部位。当超微粉碎时间为5 min时，主要是番薯皮颗粒粒径在减小，红绿值a*值和黄蓝值b*值均有所增加；随着样品粒径进一步减小，样品内部的主要成分淀粉显露出来，颗粒间混合更均匀，微粉颜色更为白亮，彩色变浅，微粉颜色更均匀［12］。

2.3 番薯全粉综合特性分析

番薯全粉综合特性见表3。

表3 番薯全粉综合特性

由表3可知，番薯微粉的休止角、滑角均显著大于粗粉，这表明随着样品粒径减小，颗粒的比表面积增大，颗粒间的相互作用力增加，使番薯微粉的粉体流动性减弱［16］。随着超微粉碎时间的延长，番薯微粉的松装密度和振实密度均逐渐减小。番薯微粉粒径减小，颗粒间的空间更大，能够夹带和吸附更多的空气，密度变小，与番薯粗粉相比更为膨松，松装密度和振实密度均小于粗粉［12］。

2.4 番薯全粉加工特性分析

番薯全粉加工特性见表4。

Influence of Vibration Type Superfine Grinding on Physicochemical Properties of Whole Sweet Potato Powder

WANG Jun，CHENG Jingjing，HAN Shengnan
（College of Food and Bioengineering，Xuchang University，Xuchang，He'nan 461000，China）

The coarse powder of whole sweet potato is processed by vibration type superfine grinding and the effect of micronization on the physicochemical properties of whole sweet potato powder is investigated.The results show that the average particle size，specific surface area and dispersion of coarse powder become 28.58±2.84 μm，0.57±0.08 m2/g，2.96±0.37，respectively，after micronizing for 5 min and the micro power can be called superfine power.With the increase of grinding time，the average particle size of sweet potato micro power decrease and the color of the micronized powder look more uniform and brighter.Compare with coarse powder，the angle of repose and slip angle of micro power increase and the bulk density and tap density decrease.The water holding capacity，oil holding capacity，hygroscopicity，swelling degree and solubility of micro power obtained after micronizing for 15 min are 1.15±0.01 g/g，0.71±0.03 g/g，3.20±0.15%，2.88±0.30 mL/g，

vibration type superfine grinding；whole sweet potato powder；physicochemical properties

表4 番薯全粉加工特性

TS255.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.005

2015-11-25

河南省高等学校重点科研项目（15B550006）；许昌市科技发展计划项目（1502080）。

王 军（1978— ），男，博士，讲师，研究方向为农产品加工。

45.17±0.70%，respectively，the processing properties of the powder are best.This research suggests that the vibration type superfine grinding is an effective technology to improve particles uniformity，color and other main physicochemical properties of whole sweet potato powder.