湿法超细粉碎大蒜浆工艺优化及品质分析

张一鸣，葛邦国，高玲，和法涛

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014）

大蒜（Allium sativumL.）又称蒜头、独蒜、胡蒜等，为百合科葱属多年生宿根草本植物的地下鳞茎部分，具有强烈辛辣的蒜臭味[1-4]。大蒜具有多种生物活性及药理活性，如广谱抗菌，降低血液中的胆固醇、甘油三酯含量，抑制肿瘤等作用[5-9]。目前我国大蒜种植面积约为600万hm2，产量占全球总产量的70%以上。大蒜粉是大蒜主要加工产物之一，传统方式加工的大蒜粉存在出粉率低、品质较差等问题，主要原因是加工过程中大蒜粉碎不均匀，致使大蒜浆稳定性较差、沉淀较多[1,2]。湿法超细粉碎技术（Wet superfine grinding technology）是粉碎流动性或半流动性物料、粉碎过程有水或其他液体参与的粉碎技术，可将物料粒径磨碎至微米级[10,11]。该技术处理的物料具有粒度细、分布窄、质量均匀等优点[10-12]。近年来食品行业中超细粉碎技术的应用愈发广泛，根据原理不同，超细粉碎设备分为磨介式、冲击式、转辊式等[12-14]。

本研究通过对比超细粉碎机和胶体磨两种超细粉碎机型的效果，确定大蒜的最佳粉碎方式，并通过对比不同刀头型号及粉碎次数对大蒜打浆的影响，确定最优超细粉碎大蒜工艺，为大蒜深加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大蒜，购自山东金乡成功果蔬有限公司，蒜体完整无机械损伤。

1.2 仪器与设备

超细粉碎机，COMITROL-500，美国URSCHEL公司提供；胶体磨，JMS-80，廊坊通用机械制造有限公司提供；离心机，LXJ-IIB，上海安亭科学仪器厂提供；激光粒度分布仪，BT -9300H，辽宁丹东百特仪器有限公司提供；TURBISCANLAB稳定分析仪，LAB，法国FORMULACTION公司提供。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

大蒜→清洗→拣选→破碎打浆→冷却→粉碎→大蒜浆

1.3.2 不同粉碎工艺处理对大蒜浆的影响

采用同批次处理的大蒜浆，分别采用胶体磨粉碎处理2次、超细粉碎机（静刀片为212齿）处理2次，比较大蒜浆粒径、粘度、持水力、稳定性数量的区别。

1.3.3 超细粉碎机粉碎大蒜浆最优工艺确定

分别采用数目为200、206、212齿的静刀片对大蒜浆进行超细粉碎，测定大蒜浆粒径、粘度、持水力及沉淀量等指标，确定最优静刀片数。

在相同的静刀片数目下，分别进行超细粉碎1、2次，测定大蒜浆粒径、粘度、持水力及沉淀量等指标，确定最佳粉碎次数。

1.3.4 理化指标测定方法

（1）粒径

采用粒度分析仪测定。以纯净水作为流动相，待设备运转正常后，缓慢倒入被测样品，经超声分散均匀3 min后，检测其粒径分布。

（2）稳定性

采用TURBISCAN LAB稳定性分析仪测定。将待测样品放置于玻璃测试室中，样品的添加量为20.0 mL。采用多次扫描模式进行测量，扫描时间40 min，扫描间隔5 min，样品室温度30 ℃。

（3）持水力

采用离心法测定持水力。大蒜浆处理后在25 ℃保持4 h，以3 000 r/min离心后，去上清，取大蒜浆测量质量，再将大蒜浆放于105 ℃烘箱中，烘干水分，测量干大蒜浆的质量，持水力的计算公式见式（1）。

（4）沉淀量

在离心杯中加入定量的大蒜浆，保证离心杯内液面的高度为65 mm，离心速度3 000 r/min，离心时间15 min，称量沉淀高度和质量。

1.3.5 数据处理

通过SPSS22.0进行数据差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同粉碎处理对大蒜浆品质的影响

2.1.1 不同粉碎处理对大蒜浆粘度、粘径、持水力的影响

大蒜经破碎打浆后进行粉碎处理，以同批次大蒜浆产品为试验对象，分别对比了胶体磨、超细粉碎机、未超细粉碎三种不同粉碎处理对大蒜浆粘度、粒径、稳定性等品质的影响，具体见表1（见下页）。

由表1中可以看出，与对照相比，经过胶体磨、超细粉碎机粉碎后，大蒜浆的粘度显著提升，超细粉碎机粉碎后大蒜浆粘度更高。这可能是由于粉碎后，大蒜浆中部分原果胶等成分溶出，增加了体系的黏度。粉碎后，大蒜浆的粒径显著下降（P＜0.05）。根据stock沉降公式，大蒜浆粒径直接影响大蒜浆的稳定性，粒径越小，产品越稳定。跨度表示粒度分布的宽度，跨度越大，粒度越分散。跨度和比表面积越小，粒度分布越均匀，产品越稳定。由表1中可以看出，经胶体磨和超细粉碎机粉碎后，跨度和比表面积均降低，稳定性较好。与未粉碎的大蒜浆相比，经过超细粉碎后大蒜的持水力有显著提高，这是由于粉碎后，大蒜紧密的结构被粉碎过程中的多种作用力击散。同时，由于粒度减小，颗粒的表面积越大，从而增大了持水力。与胶体磨对比，超细粉碎机粉碎后大蒜浆的粒径、跨度和比表面积更低，其中粒径降低41%，持水力提高了114%，大蒜浆的稳定性更佳。对比赵龙等[15-17]的研究成果，分析得出，可能是由于超细粉碎刀片之间的间隙更小，对大蒜浆颗粒的摩擦和剪切作用更强，因此大蒜浆颗粒更细、品质更优。

表1 不同粉碎工艺处理对大蒜浆品质的影响Table 1 Effect of different crushing treatments on the quality of garlic pulp

2.1.2 不同粉碎处理对大蒜浆稳定性的影响

采用稳定性分析仪测定未粉碎、胶体磨粉碎和超细粉碎机粉碎的大蒜浆的稳定性，结果见图1。由图可知，未处理和经胶体磨处理后，大蒜浆体系的扫描曲线波动较剧烈，不同时段扫描曲线有变化，重合性差，说明大蒜浆不稳定，极易发生颗粒上浮或沉淀现象。与未处理相比，胶体磨处理后大蒜浆曲线变化相对平缓。而经超细粉碎机粉碎后大蒜浆体系的扫描曲线波动幅度更小，且不同时段的扫描曲线基本重合，说明超细粉碎后大蒜浆较稳定。根据斯托克斯定律，沉降速度与颗粒直径的平方成正比，粒子直径越大，沉降越快，反之越慢。通过超细粉碎机粉碎可以减小大蒜浆的平均粒径，提高产品稳定性。

图1 不同粉碎工艺处理的大蒜浆稳定性Fig.1 Stability of garlic pulp treated by different grinding processes

通过沉淀情况判断大蒜浆稳定性。将不同粉碎处理后的大蒜浆在常温（20～25 ℃）下静置，观察沉淀情况，结果见表2。由表2可以看出，大蒜浆样品在2 d内均有明显的沉淀，这是因为在粉碎的过程中有部分物料没有经过完全粉碎，静置一段时间后必然会有上清和沉淀的分层出现。经胶体磨粉碎后，大蒜浆中有部分上清析出，大分子的大蒜浆颗粒沉淀下去。超细粉碎机粉碎后的大蒜浆样品上清析出较少，样品的稳定性较好。未粉碎的大蒜浆为悬浊液状态，放置一段时间后分层现象明显，必须不断搅拌才能维持悬浮状态。而经过胶体磨粉碎后，分层现象不明显，上层有少量清液析出。经超微粉碎机粉碎后基本无分层现象，这与稳定性分析仪预测结果相同。

表2 不同处理方式大蒜浆稳定性对比Table 2 Comparison of stability of garlic pulp with different treatment methods

通过对比常用的胶体磨粉碎和超细粉碎对大蒜浆粘度、粒径、持水力、稳定性的影响，发现经超细粉碎机粉碎后大蒜浆的粒径、跨度和比表面积更小，持水力更强，稳定性更好，因此选择超细粉碎机粉碎大蒜浆。

2.2 超细粉碎机粉碎大蒜最优工艺确定

2.2.1 不同静刀片对大蒜浆粘度和持水力的影响

分别采用不同静刀片200、206、212齿对大蒜浆进行超细处理1～2次，比较大蒜的浆粒径、粘度和沉淀量，结果见表3。从表3中数据可以看出，随着静刀片数目的增加，大蒜浆粘度不断升高，持水力也相应提高。相同刀片数不同的粉碎次数对粘度和持水力影响不显著。当静刀片数达到206齿后，再提高刀片数目，持水力增加不大，这是由于颗粒粉碎到一定程度后，再增加表面积，由于可结合水的毛细管已经被充分吸水，所以持水力不再有较大增加。同时静刀片数212齿的粘度要明显高于206齿，粘度太高不利于后续的浓缩效率和料液的输送。因此选择静刀片数为206齿。

表3 不同静刀片对大蒜浆粘度和持水力的影响Table 3 Effect of different static blades on viscosity and water holding capacity of garlic

2.2.2 不同静刀片对大蒜浆粒径的影响

由表4可知，随着静刀片数目的不断提高，大蒜浆粒径D50、跨度和比表面积不断减少，稳定性不断提高。可能是由于静刀片数目直接影响磨齿之间的间隙，间隙越小，对大蒜浆的剪切力和摩擦力等作用会增强，进而减小大蒜浆的粒径、跨度和比表面积。但相同的刀片数下不同的粉碎次数对粒径、跨度和比表面积影响不大。

2.2.3 不同静刀片对大蒜浆沉淀量的影响

由表5（见下页）可知，在安装不同数目的静刀片粉碎后，沉淀量有微量的变化。随着齿数的增加，沉淀量不断减少。但安装相同数目的静刀片时，不同粉碎次数的沉淀量基本不变，这再次证明齿数对大蒜浆品质的影响要明显大于粉碎次数。此外，静刀片数206齿和212齿大蒜浆的沉淀量差别不大。

表4 不同静刀片对大蒜浆粒径的影响Table 4 Effect of different static blades on the particle size of garlic pulp

表5 不同静刀片对大蒜浆沉淀量的影响Table 5 Effect of different static blades on precipitation of garlic pulp

3 结论

综合考虑大蒜浆粘度、持水力、粒径D50、跨度和比表面积等理化性质，选择粉碎方式为超细粉碎机粉碎，静刀片数目为206齿，粉碎次数1次。该工艺下大蒜浆粘度为(51.2±0.1) MPa·s、持水力为(11.49±0.01) g/g、粒径D50为(38.76±0.02) μm、跨度为(1.985±0.007) μm、比表面积为(0.088±0.001) m2/g。与未粉碎和胶体磨粉碎的大蒜浆相比，湿法超细粉碎机粉碎大蒜浆粒径明显下降，粘度、持水力和稳定性显著提高。尽管超细粉碎大蒜浆具有粉碎效率高、产品品质较好等优点，但超细粉碎相关微观机理仍不明确，特别是大蒜浆特性与粉碎后颗粒尺寸的关系有待深入研究。