章為華 苗帥 鄒坡 汪杰強(qiáng)

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1 引言

破壁技術(shù)是近二十年發(fā)展起來的一種新型加工技術(shù)，主要通過物理、化學(xué)、生物等方法[1]將細(xì)胞壁打破，使細(xì)胞內(nèi)各種有效成分得到充分的釋放。關(guān)于破壁的研究，最早源于花粉、靈芝孢子粉等營養(yǎng)保健品，其中以靈芝孢子粉的研究最為成熟。靈芝孢子粉富含多糖、生物堿、萜類等多種藥理活性成分，具有增強(qiáng)免疫、抗病毒、抗腫瘤等作用[1]。然而靈芝孢子粉有兩層質(zhì)地堅(jiān)硬且耐酸堿的細(xì)胞壁，極大地阻礙了人體對孢子內(nèi)活性成分的消化吸收。為提高靈芝孢子粉的利用率，人們進(jìn)行了很多的探索，研究表明靈芝孢子粉經(jīng)破壁處理后，有利于多糖、萜類等活性成分的提取[2]，這引起了科研工作者的重視，破壁相關(guān)的研究隨后成為行業(yè)熱點(diǎn)。隨著破壁方法的不斷發(fā)展，破壁技術(shù)在藥物[3]、食品[4]等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。

破壁豆?jié){機(jī)是在傳統(tǒng)豆?jié){機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代產(chǎn)品，該類產(chǎn)品利用超高速電機(jī)帶動不銹鋼刀片，直接打破食材的細(xì)胞壁，使?fàn)I養(yǎng)成分得到更好的釋放和吸收。破壁處理后的豆?jié){口感細(xì)膩順滑，營養(yǎng)成分的利用率也得到了提升。市面上目前存在大量的破壁產(chǎn)品，價(jià)格差異較大。至于破壁效果如何，消費(fèi)者不得而知，行業(yè)內(nèi)也未建立統(tǒng)一的測試方法。因此，本文主要目的在于建立一個(gè)適用于各類豆?jié){機(jī)的破壁率檢測方法，以期為制造商、消費(fèi)者以及監(jiān)管部門在評價(jià)豆?jié){機(jī)的破壁性能時(shí)提供參考。

2 現(xiàn)有破壁率測試方法及其在豆?jié){機(jī)上應(yīng)用的可行性研究

文獻(xiàn)報(bào)道的破壁率測試方法中，根據(jù)測試使用技術(shù)的不同，可分為顯微觀察計(jì)數(shù)法和化學(xué)分析法[5,6]。顯微觀察計(jì)數(shù)法是將破壁前后的樣品，如靈芝孢子粉、花粉等，加入到合適的溶劑中制成濃度相同的均勻懸浮液，然后取樣、制片，在顯微鏡下觀察，記錄破壁前后懸浮液中完整孢子或花粉的數(shù)量并以此計(jì)算細(xì)胞破壁率。由于花粉和孢子大多屬于單細(xì)胞，在顯微鏡下易于觀察計(jì)數(shù)，加上操作簡便，該方法得到了較好的應(yīng)用。對于一些復(fù)雜的樣品，如超細(xì)粉碎后的中草藥，可以通過觀察一些顯微特征物來計(jì)算破壁率[7]?；瘜W(xué)分析法則通過測定破壁處理后樣品中特征化學(xué)物質(zhì)的釋放量，并與該特征物質(zhì)的總量進(jìn)行對比來計(jì)算破壁率。在雨生紅球藻孢子粉破壁率的測定中，李夜光等[8]發(fā)現(xiàn)二氯甲烷-正己烷混合溶劑可以提取破壁孢子的蝦青素，卻不能提取完整孢子的蝦青素，而二甲亞砜可以將破壁孢子和完整孢子中的蝦青素全部提取。利用這兩種方法分別對同一個(gè)樣品的蝦青素進(jìn)行提取、測定含量，即可計(jì)算出雨生紅球藻孢子粉的破壁率。

參考這兩種方法對豆?jié){機(jī)破壁率的測試進(jìn)行了嘗試。由于豆?jié){機(jī)在干打狀態(tài)下不能工作，無法制備破壁樣品，只能嘗試從制備好的豆?jié){中直接取樣觀察。在顯微鏡的視野中確實(shí)可以看到完整的大豆細(xì)胞，但由于無法將破壁處理前大豆的單個(gè)細(xì)胞分離且分離過程中細(xì)胞不能受到損傷，也就無法計(jì)算一定質(zhì)量或者一定體積中未破壁大豆的完整細(xì)胞數(shù)量，因而無法計(jì)算破壁率。我們對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了調(diào)整，使用松花粉代替大豆，并加入一定量的水，在豆?jié){機(jī)上選擇相應(yīng)的功能鍵制備樣品，破壁率測試結(jié)果如表1所示。

松花粉的細(xì)胞較小，直徑約為30～40μm，受水的影響，高速旋轉(zhuǎn)的刀片對松花粉的作用力有限，導(dǎo)致測試得出的破壁率小于10%，結(jié)果與豆?jié){機(jī)實(shí)際情況不符，因此該方法不適用于豆?jié){機(jī)破壁率的測試。

豆?jié){機(jī)工作時(shí)大豆子葉細(xì)胞在刀片作用下細(xì)胞壁被破壞，導(dǎo)致整個(gè)液體分散體系的平均粒徑降低以及細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的釋放。因此以蛋白質(zhì)等物質(zhì)的釋放率作為參考，對豆?jié){機(jī)的破壁率進(jìn)行評價(jià)有一定的可行性。選取多款豆?jié){機(jī)，按說明書要求制備豆?jié){樣品，并參照Nik等[9]報(bào)道的方法，分別測試豆?jié){樣品中可溶性蛋白和總蛋白的含量，并計(jì)算可溶性蛋白占總蛋白的比例，結(jié)果如表2所示。

理論上豆?jié){中的顆粒越小，說明粉碎效果越好，平均體積粒徑的數(shù)值就低。從表2中可知，粒徑越小時(shí)，可溶性蛋白含量并不是最高，可溶性蛋白的含量及占比與粒徑數(shù)據(jù)沒有相關(guān)性。原因在于可溶性蛋白含量受豆?jié){機(jī)制漿工藝影響較大，因此僅以可溶性蛋白的釋放來評價(jià)豆?jié){機(jī)破壁率也不可行。

3 豆?jié){機(jī)破壁率測試新方法

通過上述分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的破壁率測試方法都不適用于豆?jié){機(jī)破壁性能評價(jià)，需要建立新的評價(jià)方法。激光粒度儀通常用來測試顆粒的大小和分布，對豆?jié){進(jìn)行粒度測試可以大致了解大豆的粉碎情況，如圖1所示。大豆子葉細(xì)胞的直徑約為70μm左右，對于粒度測試中平均直徑小于70μm的顆粒定義為全破壁，顆粒中的營養(yǎng)物質(zhì)全部釋放；平均直徑大于70μm的顆粒，其外部細(xì)胞被打破而內(nèi)部細(xì)胞完好，定義為部分破壁，顆粒中的營養(yǎng)物質(zhì)部分釋放。

制漿過程中大豆被刀片粉碎成小顆粒分散在水中，充分浸泡后，可以近似地認(rèn)為這些小顆粒在水中的密度是相同的。結(jié)合粒徑分布圖中的體積比，得出顆粒的質(zhì)量比，再對部分破壁的顆粒進(jìn)行蛋白質(zhì)含量的測試，最終計(jì)算出大豆蛋白質(zhì)的釋放率，如式（1）、（2）、（3）所示，能較好地評價(jià)豆?jié){機(jī)破壁效果。

表1 松花粉作為實(shí)驗(yàn)負(fù)載時(shí)豆?jié){機(jī)的破壁率

表2 不同豆?jié){機(jī)制備豆?jié){的理化測試結(jié)果

表3 不同豆?jié){機(jī)的破壁率測試結(jié)果

表4 破壁率測試的穩(wěn)定性

圖1 豆?jié){粒徑分布圖

其中：

R——蛋白釋放率（%）；

M——實(shí)驗(yàn)使用大豆中總的干物質(zhì)質(zhì)量（g）；

m——豆?jié){中所有顆粒的總質(zhì)量（g）；

m0——豆?jié){中所有顆粒的總干物質(zhì)質(zhì)量（g）；

m1——部分破壁顆粒的總質(zhì)量（g）；

m2——部分破壁顆粒的總干物質(zhì)質(zhì)量（g）；

A——部分破壁顆粒所占的體積比（%）；

w——豆?jié){中顆粒的平均含水率（%）；

w0——部分破壁顆粒的含水率（g/100g）；

P0——實(shí)驗(yàn)使用大豆的干基蛋白含量（g/100g）；

P——部分破壁顆粒的干基蛋白含量（g/100g）。

3.1 破壁率測試的具體步驟

式（1）、（2）、（3）推導(dǎo)出蛋白質(zhì)釋放率的近似計(jì)算公式，實(shí)際操作中引入微積分的思維方式，將部分破壁顆粒按粒徑分成多個(gè)區(qū)間段，區(qū)間越多，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度越高。考慮到測試操作的便利性及工作量，共分為五個(gè)區(qū)間，蛋白質(zhì)的釋放率即為豆?jié){機(jī)的破壁率，具體操作過程如下：

（1）制漿：稱取一定質(zhì)量的干大豆，加水至刻度線，按說明書的要求制備豆?jié){樣品；

（2）粒徑測試：將制好的豆?jié){樣品混勻后取樣，按激光粒度儀的要求進(jìn)行操作測試其粒徑，得到豆?jié){樣品的粒徑分布圖；

（3）篩網(wǎng)過濾：將80目（孔徑約為200μm）、120目（孔徑約為125μm）、150目（孔徑約為100μm）、180目（孔徑約為88μm）、200目（孔徑約為74μm）這5個(gè)篩網(wǎng)依次疊在一起（80目在上，200目在下），并放置在三維正弦波振動篩分儀上。然后取500mL混合均勻的豆?jié){樣品，通過振動篩分儀對豆?jié){樣品進(jìn)行過濾；

（4）濾渣的干基蛋白質(zhì)含量測試：收集各個(gè)篩網(wǎng)上的濾渣，分別取1～5g樣品，測試濾渣的含水率以及蛋白質(zhì)含量，計(jì)算得出干基蛋白質(zhì)含量，分別為P1、P2、P3、P4、P5；

（5）破壁率計(jì)算：根據(jù)所使用篩網(wǎng)的孔徑大小，從激光粒度儀的操作軟件上導(dǎo)出每個(gè)篩網(wǎng)上濾渣所占的體積比，計(jì)為A1、A2、A3、A4、A5。豆?jié){機(jī)的破壁率按公式（4）進(jìn)行。

其中：

P0——實(shí)驗(yàn)使用大豆的干基蛋白質(zhì)含量（g/100g）；

Ai——篩網(wǎng)i上濾渣所占的體積比（%）；

Pi——篩網(wǎng)i上濾渣的干基蛋白質(zhì)含量（g/100g）。

3.2 破壁率測試可行性驗(yàn)證

按上述步驟對多款豆?jié){機(jī)進(jìn)行測試，以驗(yàn)證方法的可行性。每款豆?jié){機(jī)均使用80g干大豆，加水至1100g，按說明書進(jìn)行制漿，粒徑和破壁率的測試結(jié)果如表3所示。

由表3數(shù)據(jù)可知，隨著豆?jié){平均粒徑的降低，破壁率升高，二者存在顯著的相關(guān)性，線性相關(guān)系數(shù)為0.97。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期且具有區(qū)分性，說明該方法可以用來評價(jià)豆?jié){機(jī)的破壁率。

3.3 破壁率測試的穩(wěn)定性

選取一款豆?jié){機(jī)，對其進(jìn)行多次破壁率的測試，考察破壁率測試的穩(wěn)定性，結(jié)果如表4所示。

在相同條件下不同時(shí)間進(jìn)行的4次獨(dú)立破壁實(shí)驗(yàn)，破壁率數(shù)據(jù)集中在70%附近，測試結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.47%，說明測試方法人為因素影響小，結(jié)果穩(wěn)定性高。

4 結(jié)論

為解決豆?jié){機(jī)的破壁率測試問題，使用現(xiàn)有的破壁評價(jià)方法對其進(jìn)行了可行性研究，結(jié)果表明文獻(xiàn)所述的方法不適用于豆?jié){機(jī)。通過進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，豆?jié){粒徑測試結(jié)合濾渣蛋白質(zhì)測試，可以有效地解決該問題。

本文提出了一種測試豆?jié){機(jī)破壁率的方法，該方法對于市面上各式豆?jié){機(jī)均可使用，適用范圍廣；操作過程簡單，人為因素影響小，結(jié)果的穩(wěn)定性高。破壁率的測試結(jié)果與豆?jié){粒徑有顯著的相關(guān)性，且對于不同檔次的豆?jié){機(jī)也有著明顯的區(qū)分性。本研究結(jié)果不僅解決了破壁豆?jié){機(jī)破壁率的評價(jià)問題，對于引導(dǎo)消費(fèi)、推進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。