张 霞，李 琳，李 冰

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

功能食品的超微粉碎技术

张 霞，李 琳，李 冰*

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

超微粉碎技术是一种新型的加工技术，已被逐渐运用到功能食品的加工中。本文介绍了超微粉碎技术的特点、常用设备及超微粉碎技术应用于功能食品的研究进展。

功能食品，超微粉碎

功能性食品是具有增强肌体防御功能，调节人体机理，预防疾病和促进康复等有生理调节功能的食品，通常具有减轻疲劳、改善记忆、益智健脑、排毒养颜、延缓衰老、增强肌体免疫力、预防疾病等多种保健功能，因而越来越受到人们的青睐［1］。当前功能性食品已成为世界食品发展的新潮流，各国正投入大量人力、物力和科技力量加以研究、开发。为使我国的功能性食品走向科学化、系列化、标准化和国际化发展道路，应加强研究开发。大多数的功能因子存在于动植物细胞内，由于细胞壁或细胞膜的作用，阻碍了功能因子向溶媒或人体消化液扩散，降低了功能因子的利用度。如果能破坏细胞结构，将有助于功能因子的溶出。超微粉碎技术可使动植物细胞达到95%以上破壁的细度，从而能大大提高有效成分的溶出和释放。随着功能食品的不断发展，普通的粉碎手段已越来越不适应生产需要，作为一种高新技术加工方法，超微粉碎技术已运用到许多功能食品（因子）的加工生产中。超微粉体具有许多独特的性能，它使物料利用率得以提高，加工性能得到改善，并赋予产品优良的品质。运用超微粉碎技术对功能食品原料进行处理，从中分离、提取功能因子，最大限度地保留其活性，提高其稳定性，使得到的微粉具有优良的营养、功能特性。本文将介绍超微粉碎的技术特点和常用的超微粉碎设备，概述超微粉碎技术在功能食品加工中的应用现状。

1 超微粉碎技术及特点

超微粉碎技术是近20年迅速发展起来的一项高新技术，可以把原材料加工到微米甚至纳米级，已经在各行各业得到了广泛的应用。它是利用各种特殊的粉碎设备，通过一定的加工工艺流程，对物料进行碾磨、冲击、剪切等，将粒径在3mm以上的物料粉碎至粒径为10～25μm以下的微细颗粒［2］的过程。由于颗粒的微细化，从而使物料具有高溶解性、高吸附性、高流动性等多方面的活性和物理化学方面的新特性。与传统的粉碎技术相比，超微粉碎技术得到的粉体粒径更小。

目前超微粉碎技术包括化学法与机械法，化学法制备的超微粉体粒径小、粒度分布窄，但是工艺复杂、成本高、产量低；机械法制备的超微粉体工艺简单、成本低、产量大，但产品细度、形貌和纯度均不及化学法制备的超微粉体［3］。机械法通过机械力作用于物体使其达到被粉碎的效果。物体在受机械力的研磨作用后，颗粒粒径变小，相应的比表面积增大。在粉碎的过程中，随着粒度的不断减小，物料将会产生机械力化学效应，从而使得物料的结构及物理化学性质变化，使超微粉体的分散度、溶解度、密度、吸附性、催化性、表面自由能等发生改变［4］。

超微粉碎技术具有粉体粒径细，粒径分布均匀，对物料的活性和营养特性破坏小，能提高原料的利用率等优点。

2 超微粉碎设备［3，5］

目前，超微粉碎设备主要有气流粉碎机、高频振动式超微粉碎机、旋转球（棒）磨式超微粉碎设备、冲击式超微粉碎设备、超声波粉碎机和胶体磨等。

2.1 气流式超微粉碎设备

气流式超微粉碎是气体通过压力喷嘴的喷射而产生剧烈的冲击、碰撞等作用来对物料进行超微粉碎。它可将产品粉碎得很细且粒度均匀，粉碎过程不产生热量，这一特点对于保持功能因子的生物活性很重要。但是气流粉碎能耗相对较大，高于其它粉碎方法，且其存在粉碎极限，粉碎粒度与产量成线性关系，若要求高的产量，那么只能得到粒度较大的颗粒。

2.2 高频振动式超微粉碎设备

高频振动式超微粉碎的原理是利用棒形或球形的磨介作高频振动而产生的冲击、摩擦、剪切等作用力来实现对物料进行粉碎。振动磨的效率和粉磨速度比普通磨要高，但能耗却比普通球磨机低数倍。

2.3 旋转球（棒）磨式超微粉碎设备

常规球磨机是主要的细磨加工设备，它主要靠冲击进行破碎，所以当物料粒度较大时（ ＞20μm），球磨机的效果很好。而当物料粒度小于20μm时，就存在效率低、耗能大、加工时间长等缺点。搅拌球磨机是利用研磨介质对物料的摩擦和少量的冲击实现物料粉碎的，它主要由搅拌器、筒体、传动装置和机架组成，是超微粉碎机中能量利用率最高的。

2.4 冲击式超微粉碎设备

冲击式粉碎机是利用转子围绕水平轴或垂直轴高速旋转对物料产生强烈冲击、碰撞和剪切等作用力对物料进行超微粉碎。具有结构简单、粉碎能力强、运转稳定、能耗低的特点，适合于中等硬度物料粉碎。

2.5 超声波粉碎机

超声波在处理物料时，会产生空化效应，从而使物料震碎；同时，超声在液体中传播时会产生剧烈的扰动作用，使颗粒产生很大的速度，发生碰撞而击碎液体中的固体颗粒或生物组织。超声波粉碎机就是根据超声波这些特性设计的。

2.6 胶体磨

胶体磨主要由两个表面组成，一个固定表面和一个旋转表面，两个表面间隙可微调。当物料通过间隙时，转动体高速旋转（3000～15000r/min），与固定体之间产生很大的速度梯度，物料受到强烈的剪切而被粉碎。胶体磨是一种较理想的超微粉碎设备，可使物料的粒度达到2～50μm。

3 超微粉碎技术在功能食品（功能因子）中的应用

超微粉碎的产品的分散度、溶解度、溶解速率、吸附性等性能优于常规的粉碎方法，因此，将超微粉碎技术用于功能食品（功能因子）的生产中具有巨大的优势。

3.1 多糖

多糖是一种天然大分子物质，存在于动植物和微生物中，为生命物质的组成成分之一，是一种重要的功能因子，对于人体的健康十分重要。近年来很多研究者将超微粉碎技术应用于多糖提取或改性，收到了良好的效果。

食用菌多糖具有增强免疫力、抗衰老、抗癌等功效，是功能食品主要的功能因子。但是，食用菌的细胞结构致密，多糖的提取率往往不高，采用超微粉碎技术可有效缓解此问题。杨春瑜等［6］通过酸法提取黑木耳多糖，并比较粗粉和超微粉多糖的提取率，结果表明粗粉和超微粉多糖经过纯化冻干后得率分别为12.12%和15.78%，超微粉的多糖提取率明显高于粗粉的多糖提取率。尉小慧等［7］采用超微粉碎技术对松茸菌、鸡枞菌进行超微粉加工，结果表明经超微粉碎后再经提取 0.5h，松茸菌多糖提取率高达41.77%，鸡枞菌多糖提取率数高达33.54%，较普通粉碎法高10～20倍。王晓炜等［8］将超微粉碎应用于柳松菇多糖的提取和分离，研究表明，柳松菇多糖提取的总量、得率和含量均随着粉碎程度的加大有明显的增加，多糖含量达50%，高于已报道的几种食用菌多糖得率。黄建城等［9］比较了灵芝超微粉与普通粉薄层色谱及多糖含量差异，超微灵芝粉多糖含量为2.97%，普通灵芝粉多糖含量为0.71%，超微粉较普通粉的多糖提取量提高到4倍以上。

超微粉碎技术可用于植物性多糖的提取，如黄芪多糖［10］、淫羊藿多糖［11］、芪苓制剂总多糖［12］，提高多糖的提取率与多糖的纯度。

由于超微粉碎过程有可能产生机械力化学效应，可改善粉体的一些化学与物理性能，从而影响其功能性。Li等人［13］利用高频振动式超微粉碎制得了微细化的魔芋葡甘聚糖，然后研究了超微粉碎对其结构以及减肥功能的影响。发现微细化的魔芋葡甘聚糖晶体结构和溶胀特性都发生了改变，而球磨4h的样品显著地降低了肥胖小鼠的体重，并且血液中甘油三酯酸、葡萄糖和高密度脂蛋白的含量也均有显著降低，说明微细化魔芋葡甘聚糖可以用于减肥产品的开发。梅光明等［14］利用超微粉碎技术对茯苓多糖和茯苓粉进行微细化处理，比较处理前后其理化性质的变化，经红外扫描图谱鉴定，超微粉碎后的茯苓多糖红外吸收图谱发生变化，多糖溶出率增加，这有利于提高茯苓在食品中的加工性能。

3.2 膳食纤维

水溶性膳食纤维对人体生理健康有很多作用，增加膳食纤维的摄入是一项提高人体健康的有效措施。而自然界99%的膳食纤维属于非水溶性膳食纤维。对膳食纤维进行改性处理，使非水溶性膳食纤维在某种程度上能够发挥水溶性膳食纤维的作用，更好地发挥膳食纤维的生理功能。

超微粉碎可使大豆豆皮膳食纤维与阳离子的交换能力大大增强，且随颗粒粒度减小，交换能力增强；吸水膨胀率与吸油率也大大增大［15］。采用胶体磨对大豆膳食纤维素进行超微粉碎可获得粒度为4～20μm的细小颗粒。物料在湿状态下呈硬脆特性，在外力作用下一般发生刚性断裂。超微粉碎使大豆膳食纤维素微粒的结构发生整体性破坏，但聚合物的结晶状态未发生改变。可见，湿法超微粉碎在明显改变大豆非水溶性膳食纤维物性的同时，还可改变其口感［16］。

胡萝卜不溶纤维经过微细化后可显著降低血清甘油三酯、血清总胆固醇、肝脂；可以降低盲肠中的氨浓度，增加排便量以及粪便中的水分含量，同时β-D-葡萄糖苷酶和 β-D-葡萄糖苷酸酶均降低［17］。苦瓜膳食纤维经过超微粉碎后，粒度分布在12～15μm之间，表面吸附亲和力、溶胀性和持水性均增加［18］。Wu等［19］研究了超微粉碎的橙子不溶纤维对仓鼠肠的健康的影响，发现经过微细化后的不溶纤维物理化学性质发生了改变，且对仓鼠肠的健康产生了正面的影响。Hso等［20］将微细化的杨桃不溶纤维和纤维素作为维生素E的载体，研究了它们对维生素E的缓释作用。结果表明杨桃不溶纤维具有良好的缓释作用，说明超微粉碎后的杨桃不溶纤维可以用于功能因子的载体。

采用超微粉碎技术，对花生壳、麦麸、米糠等废弃原料进行加工，获得膳食纤维已成为一种国际发展趋势。刘彩兵等［21］对小麦麸的超微细化工艺进行了优化，在工艺为球料比20∶1、球磨加工4h的条件下，获得了平均粒径约8μm的超微麦麸。超微粉碎有助于增大麦胚膳食纤维的持水力和膨胀力以及麦胚全粉水溶性，却降低了阳离子交换能力［22］。

3.3 黄酮类

近年来大量的研究表明，黄酮类化合物有抗血栓、抗氧化、抗衰老、抑制HIV等作用，应用超微粉碎技术可以提高黄酮类物质的提取率，增大其利用率。

张蕾等［23］以经超微粉碎后的荷叶为原料，研究了超微粉碎对荷叶中黄酮类物质提取的影响。随着粉碎程度的增加，黄酮提取率也增加。杨春瑜等［24］对比研究了经过干、湿法超微粉碎后绿茶粉和原料绿茶中黄酮类物质提取率和风味物质含量的变化。在最优条件下对比绿茶中黄酮类物质提取率，结果表明干法（球磨法）超微粉碎效果最好，其次是湿法（胶体磨），制冷粗粉碎法效果最差。茶叶中的风味物质在粉碎后没有发生明显的变化。张加梅等［25］研究了超微粉碎对提取葛根药材中总黄酮的影响。粗粉的总黄酮含量为6.70%，而超微粉碎的总黄酮含量为 7.54%。刘建成等［26］应用高效液相色谱法（HPLC）比较了普通粉碎和超微粉碎对鱼腥草中主要功能性成分金丝桃苷和槲皮苷溶出量的影响。经超微粉碎后金丝桃苷溶出量提高了34.45%；槲皮苷的溶出量提高了40.21%。超微粉碎能将鱼腥草粉末的中心粒径从75～100μm降低到20μm以下，比表面积有不同程度的提高。

3.4 多酚

多酚物质具有特殊的生物活性，在医疗、保健等方面有重要的作用和利用价值［27］。郝征红等［28］研究了超微粉碎技术对绿茶主要功能成分溶出特性的影响。结果发现，用20℃低温水浸提，超细绿茶粉中茶多酚的浸出速度大于普通绿茶粉与原茶。用80℃热水浸提时，超细绿茶粉和普通绿茶粉中茶多酚的浸出速度差别不显著，但高于原茶。利用胶体磨粉碎时，可制得粒度小于25μm的细小颗粒，随着磨齿间隙减小，茶粉的持水力、茶浆的黏度、茶多酚的溶出量都增加［29］。司南等［30］比较了六味地黄处方饮片和不同粉碎条件下微粉水提物中丹皮酚含量。微粉化条件不同对六味地黄饮片水浸出物量无显著影响，而经过粉碎后的微粉样品中丹皮酚提取率则高于饮片。李晓明［31］对比研究了超微粉碎前后决明子大黄酚溶出量，超微粉碎可提高总大黄酚的溶出量，明显缩短时间。

3.5 其他

葡萄皮含有多种微量元素及多酚等生物活性物质，如白藜芦醇、单宁、花青素。范毅强等［32］采用超微粉碎技术将葡萄皮加工成超微粉，葡萄皮超微粉产品的颗粒直径为2.1～25.6μm，平均为7.8μm，细胞破壁率达到100%，粉体具有很好的流动性，达到了超微粉体生产的要求。葡萄籽作为葡萄酒产业的副产品，其提取物具有清除自由基、抗氧化、抗癌、降血脂等作用。李华等人［33］对葡萄籽超微粉碎过程中的主要工艺参数进行了系统的研究，加入微晶纤维素作为抗结剂，得到了葡萄籽超微粉的最佳工艺条件；获得的葡萄籽超微粉产品的颗粒直径为 2.5～22.5μm，平均为6.2μm，细胞破壁率达到100%。

茶树菇是一种珍稀食用菌，具有利尿、润胃、健脾、抗癌、降血压等药效。张彩菊等［34］用超微粉碎技术处理茶树菇，研究表明经过超微粉碎，粒度为7.35μm，粉体的溶出度最大，在120min时的溶出率为97.24%。说明茶树菇粉体经过超微粉碎以后，显著地提高了水溶性蛋白质的溶出度。杨春瑜等［35］采用F型高速万能粉碎机和JM-50胶体磨机械法结合真空冷冻干燥技术制备了黑木耳超微粉，结果表明超微粉碎后的黑木耳氨基酸含量明显增加，其中色氨酸增量最明显，但是维生素B2受到很大破坏。

对红茶叶超微茶粉可溶性固形物含量的萃取动力学过程的研究表明，超微茶粉的等级常数是红茶叶的1.22～2.22倍［36］。比较甘草饮片中甘草酸普通粉碎和超微粉碎前后的溶出行为，研究结果表明：超微粉碎后甘草酸的溶出量显著提高，粉碎时间越长，粒度降低，甘草酸溶出得越多，但是也存在最适宜的粒度范围；甘草饮片粉碎至300目并浸泡30min，甘草酸可充分溶出，再延长浸泡时间或增加细度，已无实际意义［37］。

4 展望

运用超微粉碎技术对功能食品原料进行处理，从中分离、提取功能因子，可以最大限度地保留其活性，提高其稳定性，使得到的微粉具有优良的营养、功能特性。超微粉碎加工技术操作工艺简单、产品附加值高、适用范围广、经济效益显著，是食品加工业的一种新技术、新思路，对于传统工艺的改进，新产品的开发，尤其是保健食品（功能食品）的开发将产生巨大推动作用。

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Ultra-fine pulverization technology of functional food

ZHANG Xia，LI Lin，LI Bing*
（College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Ultra-fine pulverization technology as a novel food processing technique has been employed to functional food processing.The characteristics and equipments of ultra-fine pulverization technolgy were introduced.The application of ultra-fine pulverization on functional foods was discussed.

functional food；ultra-fine pulverization

TS218

A

1002-0306（2010）11-0375-04

2009-10-20 *通讯联系人

张霞（1985-），女，硕士研究生，研究方向：糖类物质及其药物的制备与生物利用。

“十一五”国家科技支撑计划（2006BAD27B04）；广东省教育厅产学研基地科技成果转化重大项目（cgzhzd0704）；广东省科技攻关项目（2007B020801001）。