气流超微粉碎对绿豆芽物理特性与抗氧化活性的影响

梁雪梅 林欣梅 魏美霞 曹龙奎 李志江,3,4 鹿保鑫,4

(1. 黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2. 国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319；3. 黑龙江省农产品加工与质量安全重点实验室，黑龙江 大庆 163319；4. 黑龙江省杂粮加工及质量安全工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319)

绿豆又名青小豆，是中国传统农作物之一。绿豆中除含有基本营养物质外，还含有多种生物活性物质[1-2]。绿豆中的多酚具有抗氧化、延缓衰老、降血脂、软化血管、提高大脑记忆力、调节机体内分泌、抑制肿瘤繁殖、缓解糖尿病并发症等功效[3]。

近年来，随着人们饮食观念的改变和对营养健康生活的追求，绿豆及其芽苗产物因具备丰富的营养价值备受关注[4]。研究[5-6]表明，绿豆经发芽处理后，其抗营养成分含量明显减少，酚类和膳食纤维类化合物含量显著提高。但鲜食绿豆芽水分含量高、茎叶质地较脆，易腐烂变质，不易贮藏和运输。因此对绿豆芽进行干燥粉碎处理后可为绿豆芽的应用价值和商业价值提供更多可能性。

气流超微粉碎[7]是食品初加工过程中常用的一种新型粉碎方法，主要通过高速气流对被粉碎物料进行冲击实现粉碎的目的[8]。其优势主要在于减小粉碎粒径，通过破碎植物中细小的细胞壁，使原料中的营养活性物质更好地溶出，已被广泛应用于香菇多酚[9]、苦荞多酚[10]、香菇柄粉多酚[7]等的加工中，但是超微气流粉碎对绿豆芽多酚活性及物理性质的影响还未见报道。试验拟以绿豆芽为原料，利用气流超微粉碎和常规粉碎对其进行粉碎处理，研究气流超微粉碎对绿豆芽多酚提取量、抗氧化活性及物理特性的影响，为绿豆芽多酚在加工过程中活性的保持提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

绿豆：选择颗粒饱满、色泽深绿、营养价值高的山西大同小明绿豆，市售；

福林酚试剂、没食子酸标准品、DPPH、ABTS、过硫酸钾：分析纯，美国Sigma公司；

无水乙醇、甲醇、Na2CO3、FeSO4、水杨酸：分析纯，辽宁泉瑞试剂有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

高速多功能粉碎机：YB-1000A型，永康市速锋工贸有限公司；

流化床式气流粉碎机：LHL型，山东潍坊正远粉体工程设备有限公司；

超声—微波协同萃取仪：CW-2000型，上海新拓分析仪器科技有限公司；

紫外—可见分光光度计：TU-1810型，北京普析通用仪器有限责任公司；

水分活度测定仪：NovasinaLabMaster-aw控温型，大昌华嘉商业有限公司；

水分测定仪：MB45型，济南汇铭仪器设备有限公司；

激光粒度分布仪：BT-9300Z型，丹东百特仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 超微绿豆芽粉的制备 绿豆经清水漂洗3～4次，平铺于绿豆芽机中，设置温度25 ℃，每隔2～3 h自动淋水，筛选出芽相近(±1 cm)的绿豆芽，于45 ℃鼓风干燥箱中烘干，经高速粉碎机粉碎后过80目筛制成常规粉碎绿豆芽粉，真空包装后贮藏于0～4 ℃冰箱备用。

称取9组300 g常规粉碎处理后的绿豆芽粉，采用气流超微粉碎机对绿豆芽粉进行气流粉碎处理。固定进料量300 g，进料频率5 Hz，粉碎时间30 min，按表1进行气

表1 气流超微粉粉碎试验参数

流超微粉粉碎试验，制备得到9组微细化绿豆芽粉，真空包装后贮藏于0～4 ℃冰箱中备用。

1.2.2 多酚的提取 根据Zhang等[11]的方法稍作修改，准确称取2.0 g绿豆芽粉，按料液比1∶30 (g/mL)加入70%的乙醇溶液，混匀后置于超声—微波萃取仪中，设置超声时间1 000 s、超声温度35 ℃、超声功率400 W，萃取结束后， 4 000 r/min离心10 min，收集上清溶液。向沉淀物中再次加入70%乙醇溶液，重复提取，合并两次离心后得到的上清液，45 ℃下旋蒸至无水状态，残余物用70%甲醇洗出定容至10 mL，得待测多酚提取液，分装后冻藏于-20 ℃冰箱中备用。

1.2.3 多酚含量的测定 根据Folin-Ciocalteu法[12]稍作修改，得线性方程为y=0.117 7x+0.004 8，R2=0.999 8，线性关系良好。多酚含量测定结果以干基1 g绿豆芽粉样品中所含没食子酸当量表示，简写为mg GAE/g·DW。

1.2.4 粒径大小的测定 以去离子水作为分散溶剂，利用激光粒度分析仪测定不同加工方式下绿豆芽粉的粒径大小，平行测定3次。

1.2.5 水分活度的测定 利用水分活度测定仪[6]进行测定。

1.2.6 水分含量的测定 采用水分测定仪进行测定，每次称取的样品质量需>0.5 g，平行测定3次。

1.2.7 堆积密度的测定 根据苟小菊等[13]的方法稍作修改，取粉碎处理后的绿豆芽粉于10 mL量筒中，充分振摇至绿豆芽粉与刻度线水平。按式(1)计算绿豆芽粉堆积密度。

(1)

式中：

Dw——堆积密度，g/mL；

m2——量筒的质量，g；

m1——量筒与绿豆芽粉的质量，g；

V——绿豆芽粉的体积，mL。

1.2.8 溶解度的测定 参照顾炜等[14]的方法稍作修改，配制质量分数为2%的绿豆芽粉溶液，25 ℃下搅拌30 min，4 000 r/min离心10 min，取1 mL上清液于105 ℃ 下干燥至恒重，按式(2)计算其溶解度，平行测定3次。

(2)

式中：

S——溶解度，%；

M——上清液烘干至恒重后的残留物重量，g；

W——样品干基重量，g。

1.2.9 多酚抗氧化活性

(1) DPPH自由基清除能力的测定：根据Guroy等[15]的方法稍作修改，以无水乙醇作为对照，平行3次。按式(3)计算DPPH自由基清除率。

(3)

式中：

X——自由基清除率，%；

A0——空白对照液的吸光度值；

A1——样品测定组的吸光度值；

A2——对照组的吸光度值。

(2) ABTS+自由基清除能力的测定：根据Adom等[16]的方法稍作修改，称取0.1 g ABTS和0.029 g过硫酸钾粉末，用蒸馏水定容至100 mL，于4 ℃冰箱中备用，使用前稀释至734 nm处吸光度为(0.700±0.020)。将不同加工方式下多酚提取液稀释成浓度为40%样液，取0.2 mL 绿豆芽多酚提取稀释液，加入5.8 mL ABTS溶液，混匀，避光反应6 min，于734 nm处测定吸光度，平行3次。按式(3)计算ABTS+自由基清除率。

(3) 羟自由基清除能力的测定：根据水杨酸法[17]并稍作修改，依次取1 mL FeSO4溶液，1 mL水杨酸—乙醇溶液，0.3 mL样液，0.7 mL水，1 mL H2O2于试管，37 ℃水浴30 min，用水做空白对照，于510 nm处测定吸光值，平行3次试验。按式(3)计算羟自由基清除率。

1.2.10 数据处理 采用SPSS 17.0、Excel 2013进行数据统计分析和处理，显著性分析采用ANOVA单因素方差分析。试验数据均为3次平行测定，结果用平均值±标准偏差表示，字母不同表示差异显著(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 对绿豆芽粉多酚含量的影响

由图1可知，相比于常规粉碎，绿豆芽经气流超微粉碎后(除压力0.7 MPa，转速3 000 r/min外)，其多酚提取量均显著增加。气流超微粉碎时，多酚提取量随转速的增加整体呈上升趋势，且差异性显著。当转速为5 000 r/min，压力为0.5 MPa时，多酚提取量最高，为31.65 mg GAE/g·DW，比常规粉碎提升了10.7%；当转速为5 000 r/min，压力为0.7 MPa时，多酚提取量与压力为0.5 MPa时相近，为31.52 mg GAE/g·DW，与前人[18-19]的研究结果相似。其原因可能是，一方面绿豆芽经气流超微粉碎处理后，有效地破坏了绿豆芽的细胞壁，使细胞内的活性物质更容易溶出，转速的增加使绿豆芽粉颗粒的碰撞速度升高，进而加大了绿豆芽多酚的溶出率[20]；另一方面气流超微粉碎细化了绿豆芽粉颗粒大小，增加其比表面积及溶解度，使多酚化合物更易溶解于乙醇，从而提高了多酚提取量[21]。

2.2 对绿豆芽粉物理特性的影响

2.2.1 水含量及水活度 由表2可知，绿豆芽粉经气流超微粉碎处理后，水含量明显减少，水分活度降低，当压力为0.7 MPa，转速为4 000 r/min时，水含量达到最低值，比常规粉碎减少了21.88%；水活度随压力的增加而降低，当压力为0.7 MPa，转速为3 000 r/min时，水活度最低，比常规粉碎减少了76.87%。水活度和水含量较高的食物易发生化学变化且促进微生物的生长繁殖，从而导致食物腐败变质，因此气流超微粉碎有助于延长绿豆芽的贮藏期。

图1 气流粉碎对绿豆芽粉多酚提取量的影响

表2 气流超微粉碎对绿豆芽粉水含量及水活度的影响

2.2.2 对表面积、溶解度及堆积密度的影响 由表3可知，经气流超微粉碎后，绿豆芽粉比表面积随粒径的减小显著增加(P<0.05)，当压力为0.6 MPa，转速为3 000 r/min时，比表面积最大，比常规粉碎提高了20%，可能是由于随着粒度的减小，相同质量下气流超微粉碎后的绿豆芽粉颗粒数远高于常规粉碎，与张丽媛等[22]、王立东等[8]的研究结果相似。气流超微粉碎后绿豆芽多酚溶解度也有一定的提高，当压力为0.5 MPa，转速为5 000 r/min时，溶解度比常规粉碎提高了43.38%，可能是因为绿豆芽粉在经超微粉碎后粒径减小，比表面积增加，绿豆芽粉颗粒数目增加，与水接触面积增加，因此溶解度增大；此外气流超微粉碎后绿豆中的不溶性结构破碎，使可溶性分子析出，从而增加了溶解度[23]。经气流超微粉碎后，绿豆芽粉堆积密度显著减小(P<0.05)，最高减小了56.1%，比常规粉碎的绿豆芽粉更疏松。

2.2.3 对绿豆芽粉粒径的影响 由图2可知，相比于常规粉碎，经过气流超微粉碎绿豆芽粉的中位径D50明显减小，说明气流粉碎能够减小绿豆芽粉颗粒大小，与王立东等[8]、杨健等[24]的结果一致。绿豆芽粉中位径D50随转速的增加而减小，说明转速的增加有助于绿豆芽颗粒的减小；而绿豆芽粉中位径D50随压力的增加而变大，分析可能是0.5 MPa已达到了绿豆芽粉的最佳粉碎临界粒径压力，因此当压力增加时，绿豆芽粉中位径D50因发生团聚现象而增大[25]。所以当压力为0.5 MPa，转速为5 000 r/min 时，绿豆芽粉中位径D50减小至11.36 μm，此时粒径大小为气流粉碎条件下的最小值即最佳粉碎颗粒大小，比常规粉碎减小了37.24%。

表3 气流粉碎对绿豆芽粉比表面积、溶解度及堆积密度的影响

图2 气流超微粉碎对绿豆芽粉粒径的影响

2.3 绿豆芽粉多酚的抗氧化活性

2.3.1 对DPPH自由基清除能力的影响 经气流粉碎后，绿豆芽粉多酚对DPPH自由基的清除能力显著下降，当压力为0.7 MPa，转速为4 000 r/min时，DPPH清除能力最佳，为64.91%，比常规粉碎减少了18.09%。可能是气流粉碎时，高速的压缩气流与物料发生摩擦产生一定热量(瞬间温度最高可达150 ℃以上)，虽然机械内的温度会被后续不断进入的气流带走，但瞬间的高温还是会使部分热敏感多酚物质失活，从而使其对DPPH自由基的清除能力减弱[26]。

2.3.2 对ABTS+自由基清除能力的影响 由图4可知，当气流粉碎压力为0.5 MPa，转速为5 000 r/min时，ABTS+自由基清除率最高，达89.06%，相比于常规粉碎提高了2.8%。其他气流粉碎工艺处理后，绿豆芽粉多酚对ABTS+自由基的清除能力均下降，可能是气流超微粉碎时，温度影响了一部分绿豆芽多酚的活性，其对ABTS+自由基的清除能力减弱。

2.3.3 对羟自由基清除能力的影响 由图5可知，相比于常规粉碎，经气流超微粉碎后，绿豆芽粉多酚的羟自由基清除能力显著提高(P<0.05)，当压力为0.5 MPa，转速为5 000 r/min时，羟自由基清除能力达95.95%，比常规粉碎提高了13.2%。说明在一定的粉碎条件下，超微粉碎有助于多酚化合物的溶出，并显著提高了其对羟自由基的清除能力[27]，与刘金福等[28]的结果一致。

图3 气流超微粉碎对绿豆芽多酚DPPH清除能力的影响

图4 气流超微粉碎对绿豆芽多酚ABTS+自由基清除能力的影响

图5 气流超微粉碎对绿豆芽多酚羟自由基清除能力的影响

2.4 相关性分析

由表4可知，绿豆芽粉水含量与转速呈极显著负相关(P<0.01)，与水活度、堆积密度、粒径大小呈极显著相关(P<0.01)；绿豆芽粉水活度与工质压力呈极显著负相关(P<0.01)，与转速呈显著负相关(P<0.05)，与堆积密度、粒径大小呈极显著相关(P<0.01)，与比表面积呈极显著负相关(P<0.01)；绿豆芽粉比表面积与转速呈极显著相关(P<0.01)，与工质压力呈显著负相关(P<0.05)；绿豆芽粉溶解度与水含量、水活度、堆积密度、溶解度呈极显著相关(P<0.01)，与转速、比表面积呈极显著负相关(P<0.01)；绿豆芽粉堆积密度与转速、比表面积呈极显著负相关(P<0.01)，与粒径大小呈极显著相关(P<0.01)；绿豆芽粉粒径大小与转速、水含量、水活度、比表面积、溶解度、堆积密度呈极显著相关(P<0.01)，与工质压力呈显著正相关(P<0.05)。

由表4还可知，绿豆芽粉多酚提取量与转速、堆积密度、粒径大小呈显著负相关(P<0.05)；绿豆芽粉多酚DPPH自由基清除能力与转速、多酚提取量呈显著相关(P<0.05)；绿豆芽粉多酚ABTS+自由基清除能力与多酚提取量、DPPH自由基清除率呈极显著相关(P<0.01)；绿豆芽粉多酚羟自由基清除能力与多酚提取量、转速呈显著相关(P<0.05)。

3 结论

利用气流超微粉碎技术对绿豆芽进行超微粉碎处理，与常规粉碎进行对比，分析气流超微粉碎工艺对绿豆芽多酚含量、抗氧化性及物理特性的影响。结果表明，当气流超微粉碎压力为0.5 MPa，转速为5 000 r/min时，绿豆芽粉多酚提取量达最高，从28.58 mg GAE/g·DW增至31.65 mg GAE/g·DW；与常规粉碎相比，除DPPH自由基清除能力减小外，气流超微粉碎后绿豆芽粉多酚对ABTS+自由基、羟自由基的清除率分别提高了2.8%，13.2%。后续可将气流粉碎与其他新兴粉碎方式进行更加系统的对比分析，从而为绿豆芽多酚活性的保持找到一种最佳粉碎方法。

表4 不同气流条件下各指标间的相关系数†