牡丹花蕊超微粉体制备工艺及理化特性

王崇队，张明，杨立风，范祺，张博华，马超

中华全国供销合作总社济南果品研究院（济南 250014）

牡丹（Peaonia rockii）是芍药属植物，毛茛科植物，是多年生落叶灌木，有“花中之王”之称。它不仅是我国最重要的观赏花卉之一，而且具有较高的食用价值与药用价值，能调经活血，治月经不调和经期腹痛，牡丹花还是清热解毒的传统药材，主治血中伏火、除烦热[1]，自古就有牡丹花茶、牡丹花酒和牡丹花脯等产品[1-4]。

牡丹花蕊被认为是牡丹花的精华，富含氨基酸、活性多糖、维B3、多酚和黄酮类化合物、花青素等多种成分[5-8]，具有促进消化、滋阴补肾、清火明目、润肠静心等功效[9-10]。牡丹花蕊中含有多种矿物质元素，蛋白质、粗纤维和各种维生素的含量高，适用于高能量食品的开发[11]。目前，牡丹花蕊类产品多以袋泡茶类为主，粉碎复配形成的功能性食品相对较少。超微粉碎技术作为一种新型的粉碎手段，因具有改善物料口感以及增大其营养物质溶出量等优点而成为研究热点[12-13]。张雪等[14]通过对小米、怀山药进行超微粉碎处理，结果发现小米中胡萝卜素及怀山药中山药多糖等主要营养成分含量有所提高。目前牡丹花蕊以袋泡茶类产品为主，超微粉碎方面的研究比较少，超微粉碎可以使牡丹花蕊的应用范围扩大，可作为一种配料应用于烘焙类、复配类产品。研究以牡丹花蕊为原料，通过超微粉碎技术制备超微粉体，优化物料的物化特性，提高抗氧化性，为牡丹花蕊超微粉体的制备及相关产品开发提供一定的参考和借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

牡丹花蕊，菏泽龙池生物科技有限公司。

异丁醇，天津市大茂化学试剂有限公司；DPPH标准品，国药集团化学试剂有限公司；磷酸二氢钠，天津市广成化学试剂有限公司；磷酸氢二钠，天津市广成化学试剂有限公司；铁氰化钾，上海广诺化学科技有限公司；氯化亚铁，天津市大茂化学试剂有限公司；硫酸铁，国药集团化学试剂有限公司、水杨酸，国药集团化学试剂有限公司；双氧水，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备

倍力超微粉碎机，济南倍力技术有限公司；DE-100 g多功能粉碎机，浙江红景天工贸有限公司；T050002电子天平，天津天马衡基仪器有限公司；BT-9300H激光粒度分析仪，丹东市百特仪器有限公司；MA160-1CN水分测定仪，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；DGG-9070B电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司；ME104电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；SHA-B双功能水浴恒温振荡器，江苏杰瑞尔电器有限公司；UV1000紫外分光光度计，上海天美科学仪器有限公司；TDL-5-A离心机低速大容量多管离心机，上海安亭科学仪器厂。

1.2 试验方法

1.2.1 单因素试验

1.2.1.1 初破碎时间对超微粉体中位径的影响

分别采取破碎时间0，10，20，30，40和50 s对50 g物料进行初破碎，将粉体进行超微粉碎，采用磨介填充率80%、超微粉碎时间5 min进行试验，对得到的超微粉体测定中位径。

1.2.1.2 磨介填充率对超微粉体中位径的影响

分别采取磨介填充率40%，60%，80%和100%[15]，初破碎时间10 s，对50 g物料进行超微粉碎，超微时间5 min，对得到的超微粉体测定中位径。

1.2.1.3 超微粉碎时间对超微粉体中位径的影响

分别采取超微粉碎时间1，5，9，13，17，21和25 min，初破碎时间10 s，磨介填充率80%，对50 g物料进行超微粉碎，得到的超微粉体进行中位径测定。

1.2.2 正交优化试验

在单因素试验的基础上，选择初破碎时间、磨介填充率、超微粉碎时间三个单因素，采用L9(33)正交试验设计进行试验，优化超微粉碎条件。

表1 正交试验设计

通过初破碎+超微粉碎结合的方法制备超微粉体，通过BT-9300H激光粒度分析仪，操作仪器进行自动搅拌、超声波分散，将一定浓度的粉体加入到装有异丁醇的样品池中测定，通过测定中位径大小确定最佳制备工艺。测定最佳工艺下的超微粉体与普通粉碎粉体的物化特性及抗养化活性。

1.2.3 分析方法

1.2.3.1 水分含量测定

直接干燥法，按照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的测定》。

1.2.3.2 休止角、滑动角、堆积密度测定

分别参照文献[16-18]所述方法测定。

1.2.3.3 膨胀力测定

分别称取两种粉体各1.000 g（m，以纯品计），于50 mL具塞刻度试管中，铺平，读取干物料的体积（V1）。准确加入20 mL纯化水，振荡均匀后，室温过夜。读取试管中物料体积（V2）[19]。膨胀力（mL/g）按式（1）计算。

1.2.3.4 持水力测定

分别称取两种样品各1.000 g（m1），置于离心管中，加入30 mL纯化水，室温过夜，随后以5000 r/min离心20 min，弃去上清液，称量沉淀质量（m2）[20]。持水力（g/g）按式（2）计算。

1.2.3.5 持油力测定

分别称取两种样品各3.000 g（m，以纯品计），置于50 mL离心管中，边振荡边缓慢加入30 g花生调和油，充分混匀后静置30 min，随后以5000 r/min离心20 min，称取上清油质量m2[21]。持油力（g/g）按式（3）计算。

1.2.3.6 抗氧化活性

样品溶液的制备[22]：各取样品2.000 g（以纯品计），以1∶50（g/mL）的比例加入70%的乙醇溶液，在70 ℃恒温水浴锅中振荡提取3 h，提取后的样液以3000 r/min离心5 min，取上清液待用，质量浓度为40 mg/mL。

1.2.3.6.1 DPPH·自由基清除能力测定[23]

取2 mL样品溶液和2 mL DPPH溶液（0.2 mmol/L）放入试管中，充分混匀后避光静置30 min，在517 nm处测定其吸光度A1。同法测定2 mL样品溶液和2 mL无水乙醇混合后的吸光度A2和2 mL DPPH溶液加入2 mL纯化水的吸光度A0。DPPH·自由基清除率按式（4）计算。

1.2.3.6.2 羟基自由基清除能力测定[24]

取1 mL样品溶液加入到试管中，依次加入1 mL 8 mmol/L FeSO4溶液、1 mL 8 mmol/L水杨酸-乙醇溶液和1 mL 8 mmol/L H2O2。充分混匀后静置1 h，在510 nm测定吸光度A2。同样方法，用纯化水替代样品测得吸光度A0；用纯化水替代H2O2测得吸光度A1。羟基自由基清除率按式（5）计算。

1.3 数据处理

数据均采用Microcal Origin 8.0软件进行作图，采用SPSS进行分析。

2 结果分析

2.1 单因素试验

2.1.1 磨介填充率对超微粉体中位径的影响

从图1可以看出：在一定范围内，随着磨介填充率的增加，粉体的中位径减小，在80%处趋于稳定；随着振磨介质的增加，物料的研磨面积与研磨次数增加，使得物料的中位径更小；在填充率达到80%左右，物料振磨充分，中位径达到最小，此后再增加磨介填充率，物料中位径趋于稳定[15]。

图1 磨介填充率对超微粉体中位径的影响

2.1.2 初粉碎时间对超微粉体中位径的影响

从图2可以看出：在一定范围内，随着初破碎时间的增加，总体呈现先下降，后上升的趋势，在30 s时，中位径达到最小；而后随着初破碎时间的增加，物料中位径逐渐变大。这可能是因为初破碎减小了物料体积，使之更易于填充于振磨棒之间进行超微粉碎；初破碎时间变长时，物料沉积于振磨腔底部，不能充分振磨，使中位径变大[25]。

图2 初破碎时间对超微粉体中位径的影响

2.1.3 超微时间对超微粉体中位径的影响

从图3可以看出：在一定的超微时间范围内，随着超微时间的增加，中位径呈现下降趋势，在21 min时，中位径最小，为9.489 μm；而后超微时间增加，中位径上升。这可能是因为随着超微时间的增加，物料振磨充分，中位径持续降低；而超微时间过长时，物料由于水分的存在，形成饼状，影响超微效果，使中位径增加[26]。

图3 超微时间对超微粉体中位径的影响

2.2 正交试验

根据单因素的试验结果，设计正交试验，试验结果见表2。

表2 超微粉体制备正交试验结果

根据表2的极差分析可知：试验因素对超微粉体中位径的影响的主次顺序为B＞C＞A，即初破碎时间＞超微时间＞磨介填充率；由K值大小可知，优化组合为A3B1C1，即磨介填充率90%，初破碎时间25 s，超微时间19 min，在此条件下，物料的中位径为9.23 μm。最优工艺下超微粉体的中位径分布如图4所示。

图4 最优工艺下超微粉体的中位径分布

2.3 超微粉体与普通粉体的物化特性对比

超微粉体与普通粉体的理化指标对标见表3。

由表3可以看出，超微粉体与普通粉体相比，休止角和滑动角有明显的降低。休止角和滑动角反映粉体的流动性，角度越小，摩擦力越小，粉体的流动性越好，超微粉体较普通粉体流动性好。堆积密度代表着粉体成型的难易程度，堆积密度越大，越有利于成型，超微粉体由于流动性增加，因此其成型难度增大，堆积密度减小。超微粉体的持水力减小，这可能是因为超微处理破坏了牡丹花蕊的膳食纤维结构，虽然表面接触面积变大，但其个体结合水的能力降低，导致持水力较差[27]。超微粉体持油力增加，超微粉碎使粉体的接触面增大，与油更好地接触吸附，使得其持油力增加。超微粉体的膨胀力无明显变化。

表3 超微粉体与普通粉体的理化指标

2.4 超微粉体与普通粉体的抗氧化研究

超微粉体与普通粉体的抗氧化研究见表4。

表4 超微粉体与普通粉体的抗氧化研究 单位：%

大多数自由基反应活性较强而寿命短暂，DPPH·是为数不多的即使在室温条件下也能保持稳定的自由基，与抗氧化剂或供氢体存在时，稳定的自由基变成DPPH-H，颜色深度下降。上表中，超微粉体的DPPH·自由基清除能力较普通粉体提升了71.14%。羟基自由基被认为毒性最强的活性氧化基，辐射损伤等物理、化学因子都会促进它的形成，是造成生物有机体过氧化损伤的主要原因[28]。上表中，超微粉体的羟基自由基清除能力为26.47%，较普通粉体有所提高。

2.5 普通粉体与超微粉体的扫描电子显微鉴别

分别取两种粉体适量进行扫描电子显微鉴别（见图5）。

图5 普通粉体与超微粉体的电子扫描显微图片

由图5可以看出：普通粉体的电子扫描显微中可见结构完整，体积大，在5000倍电镜下，结构表面平坦，可见完整的结构；而超微粉体的电子扫描显微中出现较多的结构碎片，体积较小，在5000倍电镜下，组织结构撕裂破损，出现明显的裂纹和孔洞。研究采用的超微粉碎处理比普通机械处理更激烈，对牡丹花蕊的表面特性改变的程度也更深，裂纹与孔洞的大量出现，使粉体的表面暴露得更为彻底[29]。

3 结论

通过对牡丹花蕊超微粉体制备工艺及理化特性的研究，以中位径为考核标准，通过工艺优化确定最佳制备工艺为初破碎时间25 s、磨介填充率90%、超微粉碎时间19 min。在此工艺条件下，物料的中位径为9.23 μm。此工艺下的超微粉体，其休止角和滑动角均有所下降；持油力较普通粉体提高了9.03%，为1.135 g/g；持水力为2.027 g/g，较普通粉体下降了41.47%；膨胀力无明显提升，为4.061 g/g、；堆积密度为0.448 g/mL，较普通粉体下降了36.45%。超微粉体的抗氧化研究中，DPPH自由基清除能力与羟基自由基清除能力提升，分别为89.90%和26.47%。扫面电镜图中，超微粉体的结构破碎，出现大量裂纹和孔洞。复合制备超微粉体的工艺方法为超微粉体的制备提供了一定的理论依据与借鉴。