茶树菇，又名茶薪菇或柱状田头菇[1]，野生于油茶树的枯干上，主要产地为江西省广昌县及福建省古田县，经过人工驯化及逐步选育，目前已有多个品种被大量种植销售。茶树菇是一种高蛋白低脂肪的食用菌，含有17种人体所需的氨基酸[2]，具有抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、抑菌、免疫调节等功效[3]，营养价值及药用价值都优于其他食用菌[4]。但新鲜茶树菇不易贮藏运输，以干制品居多，深加工产品很少，营养成分的利用率不够高。
超微粉碎是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎的新型粉碎方法[5]，它可以根据需求将被处理样品打成不同粒径的粉末。在粉碎过程中不会造成局部过热，且可在低温状态运作，因而可以将原料的生物活性成分最大程度地保留。与传统的普通机械粗粉碎方法相比，超微粉碎具有粉碎均匀性好、物料营养物质留存性高、食用口感及加工性能良好等优点[6-7],被广泛应用于食品、药品、化妆品、化工等多个行业[8-9]。
本文研究了3个不同品种的茶树菇在普通粉碎与超微粉碎下粉体的加工物理特性，对粉体粒径、表面结构、填充性、流动性、水合能力及水溶性进行测定，并利用红外光谱法分析粉体化合物及官能团结构，为茶树菇深加工提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
干制3号茶树菇(Ac-3)、干制5号茶树菇(Ac-5)、干制6号茶树菇(Ac-6)，均购自江西省抚州市广昌县君志食品有限公司，产地同为江西省抚州市广昌县，干制原料的初始含水率为13%～15%。
1.2 仪器与设备
GPX—9248A干燥箱、DZF-6090 Z电热恒温真空干燥箱，上海跃进医疗器械有限公司；Q-500B高速多功能粉碎机，上海冰都电器有限公司；LNIST-66A型机械粉碎分级机，绵阳流能粉体设备有限公司；MS3000激光粒度分析仪，英国马尔文仪器有限公司；Quanta-200F扫描电子显微镜，荷兰FEI公司；AR1140分析天平，奥豪斯仪器(上海)公司；DK-80恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司；TGL-20B高速离心机，上海安亭仪器公司；85-1A磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限公司；Nicolet-5700FTIR红外光谱仪，美国Thermo公司。
1.3 实验方法
1.3.1 茶树菇粗粉的制备
挑选无病虫害的Ac-3、Ac-5、Ac-6，将根部杂物修剪干净，用水冲洗后置于通风处使表面干燥，于60 ℃干燥箱中烘干。用高速多功能粉碎机分别将烘干后的3个不同品种茶树菇粉碎相同时间，得到Ac-3粗粉、Ac-5粗粉、Ac-6粗粉，密封于干燥阴凉处保存备用。
1.3.2 茶树菇超微粉的制备
使用机械粉碎分级机分别对Ac-3粗粉、Ac-5粗粉、Ac-6粗粉各2.5 kg进行碾磨，转子转速为30 Hz，分级机转速为20 Hz，在旋风分离器出口收集茶树菇超微粉，得到Ac-3超微粉、Ac-5超微粉、Ac-6超微粉，密封于干燥阴凉处保存备用。
1.3.3 粒度的测定
采用激光粒度分析仪测定茶树菇粉体的粒度。将样品悬浮于蒸馏水中，以3 500 r/min搅拌，粒子折射率为1.53，所有测量结果的遮光率均为10%～20%，粒度由第10百分位Dx(10)、第50百分位Dx(50)、第90百分位Dx(90)、平均体积直径D[4,3]和比表面积表示[10]。
1.3.4 扫描电子显微镜观察
将扫描电子显微镜的载物台擦拭干净，平整地贴好双面胶，用牙签沾取少量Ac-3粗粉、超微粉,Ac-5粗粉、超微粉,Ac-6粗粉、超微粉均匀涂抹在双面胶上，用洗耳球将多余的样品吹除，喷金后分别放大2 000倍观察。
1.3.5 堆密度的测定
准确称取10.00 g不同品种茶树菇粗粉和超微粉，质量记为m，分别将其装入100 mL量筒中，每间隔2 s将量筒从2.5 cm高处多次振落在实验台上，直到量筒内粉体容积几乎不再变化时停止，此时粉体的体积记为V [11]，按公式(1)计算堆密度:
堆密度
(1)
1.3.6 滑角、休止角的测定
准确称取3.00 g不同品种茶树菇粗粉和超微粉，轻轻振摇并均匀分布在一块平滑玻璃板上[12]，缓缓向上提起玻璃板的一侧，待茶树菇粉开始向下滑动，测定玻璃板和水平面的夹角即为滑角[13]。
将漏斗固定于距离测试台面3 cm的铁架台上，下端放置一张空白的绘图纸，先堵住漏斗的下端开口，分别取10.00 g不同品种茶树菇粗粉和超微粉倒入漏斗，将漏斗下端塞子打开，使待测样品自然落下并形成圆锥形，测量圆锥底部直径记为2R，圆锥体高度记为H，休止角的角度为α[14]，按公式(2)计算休止角:
(2)
1.3.7 膨胀力、持水力的测定
参考文献[15]的方法，略有修改，准确称1.00 g不同品种茶树菇粗粉和超微粉记为m0，放入20 mL刻度试管中，干燥的粉体体积记为V1，分别加入10 mL蒸馏水，振荡至均匀，于室温下静置24 h，粉体膨胀后的体积记为V2，按公式(3)计算样品的膨胀力:
膨胀力
(3)
参考文献[12]的方法略有修改，准确称取1.00 g不同品种茶树菇粗粉和超微粉记为m1，放入100 mL烧杯中，分别加入50 mL蒸馏水，用磁力搅拌器搅拌30 min，在转速为2 000 r/min下离心30 min，除去上层的水分后样品质量记为m2，按公式(4)计算样品的持水力:
持水力
(4)
1.3.8 水溶性指数的测定
准确称取0.50 g不同品种茶树菇粗粉和超微粉记为m3，放入200 mL烧杯中，分别加入50 mL蒸馏水，搅拌均匀，在恒温水浴锅中静置30 min，分别测定在30、45、60、75、90 ℃下样品水溶性指数的变化，于5 000 r/min下离心15 min，将上清液用真空干燥箱烘干至恒重，干燥后残留物质量记为m4，得出相同时间内水溶性指数随温度升高的变化趋势[16]，按公式(5)计算水溶性指数:
水溶性指数
(5)
1.3.9 红外光谱测定
分别取不同品种茶树菇粗粉和超微粉，加入适量KBr混合，压成片剂，用红外光谱仪进行分析检测。
1.4 数据处理
每组实验重复3次，数据采用平均值±标准差的方式表示，使用DPS进行统计及显著性分析，显著水平为P<0.05，利用Origin 2018 64Bit绘图。
2 结果与分析
2.1 粗粉和超微粉粒度的比较
粒径大小和分布的变化可以衡量超微粉碎对粉体的作用能力[17]。对不同品种茶树菇经过普通粉碎得到的粗粉和超微粉碎得到的超微粉进行粒度的比较，结果如表1所示。
表1 粉体粒度的测定结果
Table 1 Determination results of powder size
样品种类Dx(10)/μmDx(50)/μmDx(90)/μmD[4,3]/μm比表面积/(m2·kg-1)Ac-3粗粉10.41±0.22 b79.78±3.08 b227.00±17.93b101.42±6.39 b216.06±5.51dAc-3超微粉6.00±0.16 e21.91±0.08 d48.05±3.51 c24.72±0.97 c447.96±6.12 aAc-5粗粉8.88±0.54 c79.26±5.53 b221.75±22.36 b98.98±8.84 b243.81±14.70 cAc-5超微粉6.64±0.02 d26.02±0.36 c61.28±2.22 c30.39±0.76 c396.32±3.21 bAc-6粗粉11.38±0.23 a93.01±5.02 a265.12±21.09 a118.62±8.30 a195.98±4.67 eAc-6超微粉6.59±0.09 d25.78±0.13 c59.89±0.63 c29.96±0.23 c399.50±3.15 b
注：同列小写字母不同表示差异显著(P<0.05)
以Dx(50)平均粒度显示的结果为：Ac-6粗粉>Ac-3粗粉>Ac-5粗粉，3号与5号茶树菇粗粉的平均粒度差异不显著(P>0.05)，6号茶树菇粗粉与以上两者差异显著(P<0.05)；Ac-5超微粉>Ac-6超微粉>Ac-3超微粉，5号与6号茶树菇超微粉的平均粒度差异不显著(P>0.05)，3号茶树菇超微粉与以上两者差异显著(P<0.05)。
普通粉碎与超微粉碎后，不同品种粒度间存在差异可能是品种间膳食纤维含量不同,造成的打粉效率差异所致。经过粉碎加工的茶树菇粉粒径大小均匀，粗粉的平均粒度为84.03 μm，超微粉的平均粒度为24.57 μm，说明超微粉碎可以根据需要减小粉体的粒度，可满足更多加工需求。
2.2 粗粉和超微粉扫描电子显微镜观察结果
不同品种茶树菇粗粉与超微粉在2 000倍扫描电子显微镜下观察到的结果如图1所示。可以很清晰地看到粗粉的表面比较光滑完整，粒径大小不均一，存在较大的块状颗粒，表面的片层结构层次分明，这与普通粉碎作用力不均匀有一定关系，作用于样品的力度有限，只能使之达到初步破碎，均匀程度有待改善[18]。超微粉的表面与粗粉差别很大，表面片层结构几乎消失，原有的组织结构被破坏，变成了絮绒状结构，表面积增大，表面变得疏松多孔，内部结构暴露，分子间吸附性增强，出现团聚现象[19]。
图1 粉体扫描电子显微镜观察结果
Fig.1 Scanning electron microscope observation of powder
2.3 粗粉和超微粉堆密度的比较
堆密度可以反映粉体加工过程中的填充性，堆密度越大，粉体填充性越好。由图2可以看出，随着粒径减小，粉体的堆密度减小，茶树菇超微粉的堆密度均小于茶树菇粗粉，粉体填充性变差，且差异显著(P<0.05)。3个品种茶树菇超微粉间堆密度大小无显著差异(P>0.05)，Ac-5粗粉与Ac-3粗粉、Ac-6粗粉差异显著(P<0.05)，这可能由于不同品种某些成分(如膳食纤维含量)存在差异造成的。粗粉的堆密度大于超微粉，可能因为粉体粒径减小，比表面积增大，颗粒间接触面积变大，表面聚合能增大，颗粒容易团聚成假的大颗粒，使空隙增大，导致堆密度变小[20]。要填充片剂或胶囊产品时，需参考粉体的堆密度，且与颗粒大小和表面黏附趋势有关[10]。
图2 粉体堆密度的测定结果
Fig.2 Measurement results of powder heap density
注：不同小写字母表示具有显著性差异(P<0.05)(下同)
2.4 粗粉和超微粉滑角、休止角的比较
滑角又称滑动角，通常滑角越小，粉体流动性越好。休止角指颗粒堆积层的自由表面在静止状态下可以形成的最大夹角，休止角越小，粉体流动性越好。两者均可以较好地反映粉体的流动加工特性。由图3可知，粗粉与超微粉的滑角、休止角均存在显著性差异(P<0.05)，随着粉体粒径的减小，滑角、休止角变小，可能因为内部黏性基团暴露，从而增加了颗粒间的吸引力，导致颗粒聚集，更易滑落[12]，粉体流动性变得更好，且超微粉的休止角都<40°，可适应生产需求。粗粉间、超微粉间差异不显著(P>0.05)，说明品种的不同不会对粉体流动性产生很大的影响[21]。流动性差的粉体容易在外界温度、湿度、压力等因素改变时出现稳定性和有效性降低的现象，因此超微粉碎提高了粉体的加工性能。
图3 粉体滑角、休止角的测定结果
Fig.3 Slip angle and repose angle of powder
2.5 粗粉和超微粉膨胀力、持水力的比较
膨胀力是反映样品水合能力的重要参数，膨胀力大的食品可在肠道内占据较大的体积，更具有饱腹感，适合肥胖人群及正在减肥的人群食用[22]。由图4可知，对茶树菇粉体进行超微粉碎后，粉体的膨胀力变小，粗粉中Ac-5的膨胀力最高，超微粉中Ac-6的膨胀力最高。粉体粒径减小，会使粉体水合能力降低，不易吸水膨胀[23]。持水力是粉体对水分的束缚能力，茶树菇粉的持水力略低于粗粉，可能未经超微粉碎的粉体中富含吸水溶胀的膳食纤维，超微粉碎后易吸水溶胀的纤维和基团被打断，表面性质发生了变化[3]，对水分的束缚能力降低，持水力有所下降，粉体的状态更加稳定[24-25]。
图4 粉体膨胀力、持水力的测定结果
Fig.4 Determination results of expansive force and water holding capacity of powder
2.6 不同温度下粗粉和超微粉水溶性指数的比较
水溶性指数是反映粉体食用品质的重要指标。由图5综合分析，3个品种的茶树菇超微粉的水溶性指数均大于粗粉水溶性指数，通过超微粉碎使粉体的表面积增大，粉体在水中的分散性和溶解性提高[8]，细胞破碎程度增大，可溶性物质更易溶出[26]，说明超微粉碎可以提高粉体的水溶性指数，为开发水溶性产品提供良好的理论支持。3个品种的茶树菇粉体在不同温度下水溶性指数大小不一，可能是不同品种间可溶性膳食纤维含量不同造成的，水溶性指数相对较大的品种更适合加工可溶性食品或作为食品添加剂使用。随着温度的升高，粉体水溶性指数呈先升高再降低，之后趋于平缓的趋势，在60 ℃时茶树菇粉的水溶性最好，可为加工提供一定的理论依据。
图5 粉体水溶性指数的测定结果
Fig.5 Determination of water-solubility index of powder
2.7 粗粉和超微粉红外光谱分析结果
红外光谱是鉴定化合物、确定物质结构的一种常用的非破坏性方法[27-28]。由图6可知，每种粉体在3 402.64 cm-1处均有特征吸收峰，是天然纤维素类多糖中O—H的伸缩振动峰[29]；在2 932.06 cm-1附近的吸收峰源于半纤维素多糖化合物中的—CH2或—CH3上C—H的伸缩振动[30]；在1 626.08 cm-1处有吸收峰，可归类为木质素芳香族化合物苯环上的C—H，糖醛酸和多酚中C
O和—COOH伸缩振动；在1 399.00 cm-1处的吸收峰是O—H变形振动引起的；1 041.50 cm-1处为木质素和纤维素中C—O的振动；530.78 cm-1附近是卤代烃中C—Br伸缩振动峰，由研磨压片过程中KBr与粉体中某些物质发生取代反应生成卤化物所致。以上结果表明，不同品种的茶树菇粉主要结构是相似的，都含有纤维素、半纤维素多糖和木质素[19]，而且普通粉碎和超微粉碎并没有改变其基团结构，主要成分也没有发生改变。
图6 粉体红外光谱图
Fig.6 Infrared spectrum of powder
3 结论
研究结果表明，超微粉碎对茶树菇粉体的加工起到了提质增效的作用，但并不意味着它适用于所有的原料，并且粉碎程度也并不一定是越细越好。超微粉碎改善了茶树菇粉体的加工物理特性，此种方法可根据终端产品的需求提供不同粒径的原料，是一种新型且能适应生产的物理加工方法，能提高茶树菇的有效利用率，具有较好的开发前景。
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