童帥霏，蔡木易，董哲

(中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京市蛋白功能肽工程技術(shù)研究中心，北京，100015)

粉體的混合操作，是將兩種或兩種以上純粉劑按照一定比例混合，依靠外力作用，使之成為均勻、一致的混合物。這一操作在食品、制藥、飼料加工等行業(yè)中非常普遍，是極為重要的單元操作之一。粉體原料混合不均，輕則影響食品口感、藥品療效、產(chǎn)品功效，重可破壞產(chǎn)品聲譽(yù)，造成人民經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失。因此，對(duì)混合操作的可靠檢驗(yàn)方法是產(chǎn)品質(zhì)量和安全的重要保障。

當(dāng)前，不同行業(yè)之間對(duì)不同粉料的混合均勻度有不同的檢驗(yàn)方法，大多數(shù)工廠根據(jù)自己產(chǎn)品特點(diǎn)制定了不同的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但在食品行業(yè)中尚無(wú)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?；旌暇鶆蚨鹊臏y(cè)定方法需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)條件:(1)變異系數(shù)應(yīng)盡可能低，達(dá)到質(zhì)量要求;(2)檢測(cè)方法簡(jiǎn)單易行;(3)檢測(cè)快速，成本低廉［1］。基于以上要求，其他行業(yè)如飼料行業(yè)中常用的方法有有色鐵粒子法［2］、沉淀法［3-4］、灰分測(cè)定法［5］、甲基紫法［6-7］和氯離子選擇電極法［7］等。有色鐵粒子法優(yōu)點(diǎn)是較為便捷，不受其他微量成分和樣品所含色素干擾，缺點(diǎn)是易受主觀性影響;沉淀法優(yōu)點(diǎn)是所需儀器較簡(jiǎn)單快捷，缺點(diǎn)是試劑昂貴，分析成分損失和誤差較大，對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重;灰分測(cè)定法所需儀器較少，易于操作，缺點(diǎn)是當(dāng)物料來(lái)源多而復(fù)雜，且各物料來(lái)源之間灰分差異較小時(shí)，難以證明物料已混合均勻;甲基紫色素示蹤法優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性與重現(xiàn)性較好，但有一定毒性，長(zhǎng)期使用對(duì)檢驗(yàn)人員有潛在的健康隱患，且色素本身對(duì)環(huán)境有污染;氯離子電極法的優(yōu)點(diǎn)是不破壞物料成分，測(cè)定結(jié)果較為準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是測(cè)定時(shí)對(duì)操作人員要求較高，操作時(shí)間較長(zhǎng)。

由中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院研制的肽餐系列是一款定位于中老年人群和白領(lǐng)人群，含有多種天然食物成分和食源性低聚肽的代餐功能性固體飲料。由于產(chǎn)品中使用原料種類(lèi)較多，成分復(fù)雜，如果物料混合不均，勢(shì)必會(huì)對(duì)產(chǎn)品的口感和預(yù)期效果造成較大的負(fù)面影響。而當(dāng)前對(duì)于固體粉末狀食品的混合均勻度測(cè)定，行業(yè)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與方法。針對(duì)肽餐粉體的特點(diǎn)，本研究參照其他行業(yè)制定的混合均勻度測(cè)定方法，分別用葉綠素銅鈉、亮藍(lán)、甲基紫為色素示蹤物的色素示蹤法和氯離子電極法對(duì)肽餐粉料的混合均勻度測(cè)定進(jìn)行了探索。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

60目金屬絲紡織網(wǎng)試驗(yàn)篩，中國(guó)航空工業(yè)第五四零廠;“成干”牌SYH-50三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)，江陰市干燥成套設(shè)備廠;萬(wàn)分之一級(jí)分析天平，METTLER TOLEDO公司;KQ-250E型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;UV-2100型PC紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)，UNICO公司;BTZ-G型窗口關(guān)閉式固體粉末取樣器，帶5個(gè)取樣窗口，中谷機(jī)械設(shè)備(鄭州)有限公司;實(shí)驗(yàn)室pH酸度計(jì)，配備12107080號(hào)氯離子參比電極，METTLER TOLEDO公司;3K15實(shí)驗(yàn)室通用離心機(jī)，德國(guó)SIGMA公司;Spectra MR酶標(biāo)儀，美國(guó)DYNEX公司;JB-1A磁力攪拌器，上海精密儀器科學(xué)有限公司。

1.2 試劑和材料

肽餐原料:小麥低聚肽粉、葡萄糖酸鋅、VB2、香菇粉、全脂奶粉、大豆分離蛋白粉、燕麥粉、麥精、玉米膨化粉、植脂末、赤蘚糖醇、食鹽，由廣東中食營(yíng)科公司提供。

無(wú)水乙醇(北京化工廠，分析純)，亮藍(lán)(上海染料研究所有限公司，食品級(jí))，甲基紫(西隴化工股份有限公司，分析純)，葉綠素銅鈉(瑞康生物科技有限公司，食品級(jí))。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 色素與樣品的全波長(zhǎng)掃描

1.3.1.1 色素的全波長(zhǎng)掃描

稱(chēng)取葉綠素銅鈉固體0.5 g(精確到0.001 g)溶于1 L無(wú)水乙醇中，配制成500 mg/L的溶液;稱(chēng)取亮藍(lán)固體0.2 g(精確到0.001 g)溶于1 L無(wú)水乙醇中，配制成200 mg/L的溶液;取甲基紫固體0.1 g(精確到0.001 g)溶于1 L無(wú)水乙醇中，配制成100 mg/L的溶液;分別吸取以上3種溶液各200 μL，用酶標(biāo)儀分別進(jìn)行400～700 nm全波長(zhǎng)掃描。

1.3.1.2 樣品成分的全波長(zhǎng)掃描

將1.2中原料以10 g為總量，按配方比例分別稱(chēng)取(分別精確到0.001 g)，用無(wú)水乙醇溶解并定容至100 mL，9 000 r/min離心5 min，上清液過(guò)濾后，吸取樣品溶液200 μL，用酶標(biāo)儀進(jìn)行400～700 nm全波長(zhǎng)掃描。

1.3.2 樣品成分對(duì)于不同色素的吸光值干擾性

將1.3.1.2中的樣品過(guò)濾液置于分光光度計(jì)的比色皿內(nèi)，測(cè)定580 nm與628 nm下的吸光度。

1.3.3 色素的自身穩(wěn)定性

分別吸取1.3.1.1中的葉綠素銅鈉溶液，亮藍(lán)溶液和甲基紫溶液，用分光光度計(jì)分別測(cè)定其吸光值1次，每間隔30 min重復(fù)以上步驟1次，每種色素各重復(fù)20次。

1.3.4 樣品對(duì)色素的穩(wěn)定性影響

按1.3.1.2的步驟配制40份樣品各10 g(精確到0.001 g)于50 mL燒杯中，分為2個(gè)部分，其中20份樣品每份加入1.3.1.1中所配亮藍(lán)溶液各25 mL，另外20份樣品每份加入1.3.1.1中所配甲基紫溶液各25 mL，分別攪拌均勻后超聲振蕩30 min，并用無(wú)水乙醇各自定容至100 mL后9 000 r/min離心5 min，最后分別將上清液過(guò)濾后，將含甲基紫濾液用分光光度計(jì)于580 nm處，含亮藍(lán)濾液于628 nm處測(cè)定吸光值。

1.3.5 氯離子電極檢驗(yàn)法標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

稱(chēng)取經(jīng)550℃灼燒1 h冷卻后的NaCl 5.844 0 g于燒杯中，加80%無(wú)水乙醇溶解，并定容至1 000 mL容量瓶中，得到含Cl-0.1 mol/L的溶液;以此溶液為母液進(jìn)行稀釋?zhuān)謩e得到含Cl-0.01，0.001，0.000 1 mol/L 的溶液;分別取 100 mL，0.1，0.01，0.001，0.000 1 mol/L的 Cl-標(biāo)準(zhǔn)溶液與2mL 5mol/L的NaNO3溶液混合，用磁力攪拌器攪拌均勻，然后將處理好的氯離子電極和參比電極插入溶液中，測(cè)定溶液的電位值(mV)值，由稀到濃依次測(cè)定;以所得電位值為y軸，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溶液Cl-濃度的負(fù)對(duì)數(shù)為x軸，作圖得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。

1.3.6 混合機(jī)混料與混合均勻度檢測(cè)

1.3.6.1 原料混合

將原料均過(guò)60目篩，根據(jù)配方混合30 kg，按1 kg原料添加0.025 g(精確到0.001 g)甲基紫的劑量加入已研細(xì)并過(guò)60目篩的甲基紫色素粉末，與原料一起放入混合機(jī)混勻并計(jì)時(shí)，在 10，12，14，16，18，20 min時(shí)分別取樣，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)用取樣器在混合機(jī)的4個(gè)不同位點(diǎn)進(jìn)行取樣，每個(gè)位點(diǎn)收集5個(gè)收集槽的樣品，在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)下各得到20個(gè)樣品。

1.3.6.2 甲基紫色素示蹤法檢測(cè)

準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g(精確到0.001 g)試樣，盛入50 mL燒杯中，用無(wú)水乙醇溶解，對(duì)試樣超聲處理30 min后定容至100 mL，用分光光度計(jì)測(cè)量580 nm下的吸光度，計(jì)算出變異系數(shù)CV。

1.3.6.3 氯離子電極法檢測(cè)

準(zhǔn)確稱(chēng)取樣品10 g(精確到0.001 g)，盛入50 mL燒杯中，用無(wú)水乙醇溶解，對(duì)試樣超聲處理30 min后定容至100 mL，9 000 r/min離心5 min，上清液過(guò)濾后再稀釋10倍，在酸度計(jì)上讀取電位值，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線方程換算為氯離子的濃度，再計(jì)算出變異系數(shù)CV。

1.3.6.4 變異系數(shù)CV值的計(jì)算設(shè) x1，x2，…，xn為測(cè)量值，則該組數(shù)據(jù)的平均值:

該組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差S:

該組數(shù)據(jù)的變異系數(shù)CV:

2 結(jié)果與討論

2.1 色素的選取

本研究是按照毒性、價(jià)格以及色調(diào)的區(qū)別度來(lái)進(jìn)行色素的選取的。甲基紫的紫色、亮藍(lán)的藍(lán)色和葉綠素銅鈉的綠色是食品中不常見(jiàn)的顏色，干擾較小。另外，葉綠素銅鈉的前體葉綠素穩(wěn)定性較低，經(jīng)加工處理后是一種穩(wěn)定性?xún)?yōu)于葉綠素、具有保健性的食用色素;亮藍(lán)是食品工業(yè)著色常用的食用色素之一，且價(jià)格低廉;甲基紫則在眾多行業(yè)物料混合均勻度檢測(cè)中都表現(xiàn)出良好的檢測(cè)效果。根據(jù)以上3種色素的優(yōu)點(diǎn)，本研究接下來(lái)便以這3種色素為核心進(jìn)行探索。

2.2 色素最大吸收峰的檢測(cè)

有色溶液的吸光度與濃度呈正比關(guān)系，而同一濃度溶液在不同光波長(zhǎng)下對(duì)光的吸收程度不同。對(duì)給定溶液進(jìn)行光波長(zhǎng)掃描，有助于確定最佳吸收光波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中使用了400～700 nm作為波長(zhǎng)掃描的范圍。圖1、圖2和圖3是肽餐樣品分別與甲基紫溶液，亮藍(lán)溶液和葉綠素銅鈉溶液的全波長(zhǎng)掃描數(shù)據(jù)圖，從圖中可看出是，甲基紫在580 nm波長(zhǎng)下，亮藍(lán)和葉綠素銅鈉在628 nm波長(zhǎng)下吸光值最高，肽餐樣品在這2個(gè)波長(zhǎng)下吸光值很低，因此選用580 nm波長(zhǎng)對(duì)甲基紫，628 nm波長(zhǎng)對(duì)亮藍(lán)和葉綠素銅鈉，肽餐樣品的吸光值影響可以忽略。

圖1 肽餐樣品與甲基紫全波長(zhǎng)掃描吸光值對(duì)比數(shù)據(jù)圖Fig.1 Comparison of absorption value of solid drink sample and methyl violet

2.3 樣品對(duì)色素測(cè)量的干擾

圖2 肽餐樣品與亮藍(lán)全波長(zhǎng)掃描吸光值對(duì)比數(shù)據(jù)圖Fig.2 Comparison of absorption value of solid drink sample and brilliant blue

圖3 肽餐樣品與葉綠素銅鈉全波長(zhǎng)掃描吸光值對(duì)比數(shù)據(jù)圖Fig.3 Comparison of absorption value of solid drink sample and sodium copper chlorophyllin

依據(jù)以上結(jié)果，用分光光度計(jì)對(duì)1.3.1.2的樣品濾液在580～628 nm的吸光值進(jìn)行了驗(yàn)證性檢測(cè)。結(jié)果顯示，該濃度的樣品濾液在這2個(gè)波長(zhǎng)下的光吸收值為0.000，因而在這2個(gè)波長(zhǎng)下，吸光值均由色素貢獻(xiàn)，樣品對(duì)吸光值完全沒(méi)有干擾。因此在這一樣品濃度成分下，用這2種波長(zhǎng)對(duì)色素進(jìn)行吸光值測(cè)定是合適的。

2.4 色素自身的穩(wěn)定性

表1是3種色素自身穩(wěn)定性試驗(yàn)的測(cè)定結(jié)果。將20份色素樣品每隔30 min測(cè)定1份樣品的吸光度，并求取標(biāo)準(zhǔn)差與平均值，通過(guò)變異系數(shù)的值檢驗(yàn)色素樣品的自身穩(wěn)定性。

表1 三種色素的自身穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果Table 1 Detection result of stability of methyl violet，brilliant blue and sodium copper chlorophyllin

從表1可以看出，葉綠素銅鈉溶液CV值較高，其自身穩(wěn)定性低于甲基紫與亮藍(lán)，雖然穩(wěn)定性達(dá)到了食品加工行業(yè)的需要，但是該色素不適合用于肽餐樣品混合均勻度的檢驗(yàn)，而甲基紫與亮藍(lán)的自身穩(wěn)定性滿(mǎn)足進(jìn)行下一步試驗(yàn)的要求。

2.5 樣品對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

將樣品的混合濾液與色素溶液均勻混合，檢驗(yàn)其吸光度并計(jì)算變異系數(shù)，以此來(lái)檢測(cè)樣品對(duì)色素穩(wěn)定性的影響。表2和表3是樣品對(duì)甲基紫和亮藍(lán)色素穩(wěn)定性的測(cè)定結(jié)果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甲基紫受樣品的影響很小，而亮藍(lán)出現(xiàn)了變異系數(shù)大幅升高的情況。本研究推測(cè)樣品對(duì)亮藍(lán)的光吸收有影響的可能原因是樣品中的肽鍵與亮藍(lán)發(fā)生了不穩(wěn)定結(jié)合，使變異系數(shù)增大，所以本研究認(rèn)為亮藍(lán)不適合用于肽餐樣品的混合均勻度檢驗(yàn)，甲基紫是較為滿(mǎn)足檢測(cè)肽餐樣品混合均勻度試驗(yàn)要求的色素試劑。

表2 甲基紫色素示蹤物法樣本穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果Table 2 Detection result of stability of samples of methyl violet tracing

表3 亮藍(lán)色素示蹤物法樣本穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果Table 3 Detection result of stability of samples of brilliant blue tracing

2.6 氯離子電極法的自身穩(wěn)定性

由于食鹽在無(wú)水乙醇中溶解度較低，本研究中采用了80%乙醇配制NaCl溶液，以使樣品中的Cl-得以快速溶解。為了考量氯離子電極法自身的穩(wěn)定性，本研究對(duì)配制好的0.001 mol/L與0.000 1 mol/L的NaCl溶液進(jìn)行了電位測(cè)定，結(jié)果如表4。在無(wú)樣品存在時(shí)，氯離子電極法的示數(shù)變化較小，可見(jiàn)氯離子電極法自身穩(wěn)定性較好。表5是根據(jù)圖4將表4的電位值換算為Cl-濃度值而得的結(jié)果。

表4 氯離子電極法方法本身穩(wěn)定性數(shù)據(jù)(電位值)Table 5 Detection result of stability of chloride electrode(potential value)

表5 氯離子電極法方法本身穩(wěn)定性數(shù)據(jù)(氯離子濃度)Table 6 Detection result of stability of chloride electrode(chloride ion concentration)

圖4 氯離子電極法Cl-濃度-電極電勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.4 Chloride ion concentration-electrode potential standard curve of chloride ion electrode method

2.7 甲基紫色素法和氯離子電極法對(duì)樣品的檢測(cè)效果

粉體在混合過(guò)程中，隨著時(shí)間的不斷推移，變異系數(shù)不斷變小，最終收斂于某一值并在該值附近上下波動(dòng)［8］。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室之前的經(jīng)驗(yàn)和摸索結(jié)果，本研究測(cè)定了10～20 min混合均勻度的變化。

物料混合越均勻，變異系數(shù)越趨近于零。但當(dāng)變異系數(shù)小于10%時(shí)，本研究認(rèn)為物料混合已較均勻。表6是采用甲基紫法對(duì)混合料進(jìn)行混合均勻度檢測(cè)的測(cè)定結(jié)果?？梢?jiàn)，數(shù)據(jù)整體變異系數(shù)較小，故甲基紫法適合對(duì)肽餐樣品進(jìn)行混合均勻度測(cè)定。

選用氯離子電極法是由于配方中含有食鹽這一成分較多，它能引入大量Cl-，其含量大大超過(guò)其他原料中Cl-的含量，因此可以運(yùn)用氯離子電極對(duì)食鹽中Cl-含量的測(cè)定來(lái)間接說(shuō)明物料是否混勻。表7是采用氯離子電極法測(cè)定肽餐樣品混合均勻度的結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示，變異系數(shù)波動(dòng)稍大，但經(jīng)過(guò)甲基紫法檢驗(yàn)，可以認(rèn)為物料基本混勻，采用氯離子檢測(cè)法的變異系數(shù)雖然略高于甲基紫法，但結(jié)果與甲基紫法基本一致。

表6 甲基紫法對(duì)混合料進(jìn)行混合均勻度測(cè)定結(jié)果Table 6 Detection result of mixing homogeneity of mixture by methyl violet tracing

表7 氯離子電極法對(duì)混合料進(jìn)行混合均勻度測(cè)定結(jié)果Table 7 detection result of mixing homogeneity of mixture by Chloride electrode detection

3 結(jié)論

葉綠素銅鈉作為具有保健作用的色素是初期測(cè)試的首選，但在進(jìn)行自身穩(wěn)定性檢測(cè)時(shí)就出現(xiàn)了系統(tǒng)變異系數(shù)較高的情況;亮藍(lán)是食品工業(yè)中最常用的食用色素，且價(jià)格便宜，自身穩(wěn)定性良好，但在與物料混合后，出現(xiàn)了系統(tǒng)變異系數(shù)升高的現(xiàn)象，推測(cè)是由于亮藍(lán)與樣品中的肽鍵發(fā)生不穩(wěn)定結(jié)合，使樣品的吸光值出現(xiàn)持續(xù)變動(dòng);甲基紫在單獨(dú)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)及與物料混合時(shí)均呈現(xiàn)出較低的變異系數(shù)，可以認(rèn)為甲基紫的檢測(cè)效果較好，且物料基本混勻;氯離子電極檢測(cè)法的系統(tǒng)變異系數(shù)比甲基紫法稍高，但它具有不破壞樣品的優(yōu)勢(shì)。綜上所述，甲基紫法僅限在模擬實(shí)際混合工藝條件中確定物料量、轉(zhuǎn)速、時(shí)間的條件下使用，以確定混合機(jī)的工藝條件;因?yàn)楫a(chǎn)品引入額外Cl-較多，且不破壞樣品，所以氯離子電極法適合用于實(shí)際大規(guī)模生產(chǎn)中肽餐物料混合均勻度的測(cè)定。

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