黄梅华，吴儒华，何全光,*，杨泉光，潘 鸿，张娥珍，黄瑞斌，杨海娟，张 洪，潘子来
金花茶（Camellia chrysantha (Hu) Tuyama）属山茶科、山茶属、金花茶组、金花茶系植物，20世纪60年代初首次在广西发现[1]。金花茶茶花蜡质金黄、金瓣玉蕊、鲜丽俏致，被誉为“茶族皇后”和植物界的“大熊猫”，并于1984年被列为国家保护珍稀植物[2-4]。金花茶含有茶多酚、茶皂苷、黄酮类等多种生理活性成分，并含有机锗、硒、锌等微量元素，是壮族民间的一种传统中草药[5-7]，具有降血糖、降血脂、降胆固醇，抑制肿瘤生长，提高肌体免疫能力，抗氧化等多种生理功能[8]。而目前对金花茶的研究多在于其观赏性，少量关于其化学成分和药用价值[9]，对金花茶的加工利用则主要限于制茶，造成产品单一[10-11]；而且由于金花茶表面含有很厚的蜡质层，组织脆硬，长期以来都是采取先将其风干，再经过长时间的高温熬制，工序多、有效成分损失大[12]。因此，开发金花茶加工新工艺和新产品，加大其作为食品新资源的开发利用，对其产业发展具有极其重要的意义。
微粉碎技术是20世纪70年代以后为适应现代高新技术发展而产生的一种物料加工技术，主要是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，从而将物料粉碎至微米甚至纳米级的颗粒[13]。由于微粉化后颗粒大小呈现微细化，表面积、破碎程度及孔隙率大幅度增加，故粉体往往具有独特的物理及化学特性，如良好的分散性、吸附性、溶解性、有效物质溶出率及化学活性等，因此微粉碎技术在食品加工及中药制剂中得到了广泛应用[14-16]。
本实验旨在利用微粉碎技术对金花茶茶花进行深加工，将其粉碎至微米甚至纳米级，对粉碎后普通粉、超微粉、纳米粉的流动性、松密度、润湿性、溶解性等物理特性及活性成分皂苷的溶出量进行比较研究，并结合激光粒度分布仪、X射线小角散射及扫描电子显微镜结构扫描，对几种粒度粉体的微观结构进行比较研究，从而为超微粉碎技术在金花茶深加工及保健新产品的研制方面提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
金花茶（Camellia chrysantha (Hu) Tuyama）茶花，购于防城港金花茶保护区，于刚开花时采摘，迅速运回实验室。
盐酸、柠檬酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、无水乙醇、香草醛、冰醋酸、高氯酸等，均为国产分析纯；绞股蓝皂苷标准品 西安赛邦生物技术有限公司。
1.2 仪器与设备
JA2003型电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；AA-S2型电热恒温水浴锅 江苏省金坛市医疗仪器厂；101-2AB型电热鼓风干燥箱 天津市泰斯特仪器有限公司；RE-501型旋转蒸发仪 巩义市予华仪器有限责任公司；DF-20型小型中药粉碎机 吉首市中诚制药机械厂；CJM-SY-A KC-701型超微粉碎机 北京开创同和科技发展有限公司；TU-1810型紫外-可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司；BT-2001型激光粒度分布仪 丹东百特仪器有限公司；S4800扫描电子显微镜日本日立公司；XEUSS 2.0小角散射仪 法国Xenocs公司；DM2500生物光学显微镜 德国徕卡公司。
1.3 方法
1.3.1 金花茶茶花粉末的制备
将采摘的金花茶茶花用清水洗去杂质，并置于100 mg/L二氧化氯溶液1 min，捞出用清水再次冲洗，晾干表面水分后烘干至水分含量7%以下，烘干后的金花茶茶花先用DF-20中药粉碎机粉碎得到普通粉，再将普通粉入超微粉碎机碾磨，采用不同的风速和碾磨速率组合，得到的粉末采用激光粒度分布仪进行干法粒度测定，中位粒径在10～30 μm的粉末即为超微粉，中位粒径在0.2 μm以下的粉末为纳米粉。
1.3.2 流动性的测定
参照卜凡群[17]的方法，通过测定休止角和滑角对其流动性进行比较，将漏斗垂直固定在桌面，下放一块玻璃平板，使漏斗尾端距玻璃平板5 cm，分别使5.00 g样品经漏斗垂直流至玻璃平板上，形成圆锥体，测定圆锥体高度h和底面圆形半径r，通过反正切函数即可求出休止角α，α＝arctan h/r。另分别称取3.00 g样品置于玻璃平板上，将平板倾斜至90%粉末移动，测定此时平板和水平面的夹角θ即为粉末的滑角。重复操作3 次。
1.3.3 松密度的测定
参照李健等[18]的方法，取体积约为18 cm3的样品粉末，准确称量其质量m/g，装入50 cm3的量筒中，将量筒每隔2 s从2.5 cm高处反复敲击硬木表面，直到量筒中粉末体积基本不变，记录此时粉末的体积V/cm3，样品的松密度计算如式（1）。
1.3.4 润湿性的测定
在直径为10 cm的培养皿中，加入50 mL水，再加入0.1 g样品粉末，测定粉末被水完全润湿的时间，重复测定3 次。
1.3.5 膨胀力的测定
准确称取1.00 g样品粉末于量筒中，记录干品体积V1/cm3，再向量筒中加入50 mL蒸馏水，搅拌均匀后在室温下静置24 h，记录样品自然膨胀后体积V2/cm3，样品的膨胀力计算如式（2）。
1.3.6 持水力的测定
准确称取0.5 g样品粉末于离心管中，加入30 mL水，搅拌均匀，并于60 ℃恒温水浴中分别保持12、18、24、30 min，再用冷水冷却30 min，4 000 r/min离心15 min，小心倒去上清液，称量样品湿质量m/g，样品持水力计算如式（3）。
1.3.7 溶解性的测定
准确称取样品粉末0.50 g，加入100 mL去离子水，恒温水浴中500 r/min磁力搅拌10 min，纱布过滤，残渣烘干后称其质量/g，溶解率计算如式（4），各样品平行操作3次，取平均值。
1.3.8 金花茶皂苷溶出量的测定
绞股蓝皂苷标准曲线的绘制：配制质量浓度为0.2 mg/mL的绞股蓝皂苷标准溶液，分别准确吸取标准溶液0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL于不同试管中，再加入5%香草醛-冰醋酸溶液0.35 mL，1 min后加入1 mL高氯酸，摇匀，80 ℃水浴中加热25 min，用流动水冷却，再加入5 mL冰醋酸，摇匀，静置10 min后于539 nm波长处测定吸光度，以绞股蓝皂苷质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。
金花茶皂苷溶出量的测定：准确称取样品粉末2 g，加入100 mL水，磁力搅拌，每15 min取样一次，每次2 mL，取样液50 μL，加入5%香草醛-冰醋酸溶液0.35 mL，1 min后加入1 mL高氯酸，摇匀，80 ℃水浴中加热25 min，流动水冷却，再加入5 mL冰醋酸，摇匀，静置10 min后于539 nm波长处测定吸光度，由标准曲线即可计算出样品中皂苷质量浓度。
1.3.9 粒度分析
采用BT-2001型激光粒度分布仪对普通粉和超微粉进行粒度分析，采用XEUSS 2.0小角度散射仪对纳米粉进行小角衍射检测。
1.3.10 扫描电子显微镜观察
分别取适量金花茶茶花粉末铺于扫描电子显微镜铜台上，喷金镀膜后置扫描电子显微镜下观察。1.3.11 纳米粉分散团聚状态观察
取适量金花茶茶花纳米粉分散于单凹载玻片的凹槽内，置于光学显微镜下，观察粉末在气相介质中的分散或团聚状态；往凹槽中加入适量纯净水，混匀，观察粉末在液相介质中的分散或团聚状态。
1.4 数据处理与分析
每个实验做3 个平行，求平均值后代入相关公式中计算有关指标，运用Excel软件进行数据统计分析。
2 结果与分析
2.1 金花茶茶花普通粉、超微粉及纳米粉流动性比较
图1 金花茶茶花粉末流动性比较Fig. 1 Comparison of ぼowability of ぼower powders of Camellia chrysantha (Hu) Tuyama
通过测定休止角和滑角来比较粉末的流动性，一般休止角、滑角越小，流动性越好[19]。金花茶茶花3 种粉体的休止角及滑角变化如图1所示，金花茶茶花粉末的休止角和滑角随粉碎程度增加先增大后减小，即流动性先减小后增大。可能是由于超微粉颗粒间吸附和凝聚特性引起表面聚合力和吸附性能增大，流动性减小；但随粒度不断细化，颗粒间的摩擦力、团聚与黏附等增加，颗粒间形成假的大颗粒，在重力等的作用下成团滑下，导致纳米粉的流动性增大[20]。
2.2 金花茶茶花普通粉、超微粉及纳米粉松密度比较
图2 金花茶茶花粉末松密度比较Fig. 2 Comparison of bulk density of ぼower powders of Camellia chrysantha (Hu) Tuyama
粉末的松密度主要取决于颗粒的大小、形状、彼此间的黏附趋势、孔隙率等[21]。金花茶茶花不同粉末的松密度变化如图2所示，金花茶茶花普通粉的松密度最大，纳米粉次之，超微粉最小，随粉碎程度增加先减小后增大，分析其原因可能是随粉体粒度减小，总间隙增大，导致松密度减小；但当粉体颗粒达到一定细度时，颗粒间的摩擦力和颗粒表面静电荷等增大使得颗粒间的相互作用力和黏着力增大；并且由于细胞破碎，亲水性物质充分暴露，易与残存游离水形成颗粒间的液桥，产生团聚与黏附，使得颗粒之间形成假的大颗粒，在一定程度上降低了粉体的空隙率，导致松密度增大。
2.3 金花茶茶花普通粉、超微粉及纳米粉润湿性比较
图3 金花茶茶花粉末润湿性比较Fig. 3 Comparison of wettability for ぼower powder of Camellia chrysantha (Hu) Tuyama
润湿性反映粉末亲水性的强弱，润湿时间短即可缩短溶解时间。由图3可知，随粒径减小，样品完全润湿所需时间先延长后缩短，润湿性能先减小后增大，原因可能是一方面普通粉本身的粒径大、比重大、流动性好，较容易润湿下沉；另一方面随超微粉的细胞破碎程度增大，亲水性物质暴露并与水结合，在粉末外围形成一层黏液层，阻止了水分子的进一步浸入，导致润湿时间延长；而纳米粉粒径进一步减小，颗粒间的摩擦力、团聚与黏附等增加使得颗粒间形成假的大颗粒，导致比重增大，下沉加快，从而润湿性能增加。
2.4 金花茶茶花普通粉、超微粉及纳米粉膨胀力比较
图4 金花茶茶花粉末膨胀力比较Fig. 4 Comparison of expansibility of ぼower powders of Camellia chrysantha (Hu) Tuyama
膨胀力即吸水膨胀的能力，是反映样品水合能力的重要参数，其大小与颗粒的吸水膨胀性、颗粒间的孔隙率、颗粒对水的束缚能力等密切相关。由图4可知，金花茶茶花粉体的膨胀力随粒径的减小先减小后增大，这可能是当粉体粒径达到一定程度时，虽然比表面积、孔隙率等的增大有助于提高水合作用，但细小的粉体对水分的束缚能力变小，最终导致膨胀力下降；而当粉体颗粒进一步细化时，颗粒间由于团聚、黏附作用等形成假的大颗粒，使其对水的束缚能力加大，膨胀力上升[22]。
2.5 金花茶茶花普通粉、超微粉及纳米粉持水力比较
持水力反映样品与水的结合能力，单位质量的样品前后质量增加大则持水力强，不同粒度颗粒由于表观性质的变化，其持水力也会发生改变。由图5可以看出，3 种金花茶茶花粉都表现出了较强的持水力，以普通粉最大，持水力18 min后基本稳定，原因可能是当粉体粒径细化到一定程度时，细小的粉体对水分束缚能力变小，导致持水力下降；另外颗粒粒径越小，细胞破碎程度越大，可溶性物质更易溶出，也会导致持水力下降[23]。
图5 金花茶茶花粉末持水力比较Fig. 5 Comparison of water-holding capacity of ぼower powders of Camellia chrysantha (Hu) Tuyama
2.6 金花茶茶花普通粉、超微粉及纳米粉水溶性比较
图6 金花茶茶花粉末水溶性比较Fig. 6 Comparison of water solubility of ぼower powders of Camellia chrysantha (Hu) Tuyama
颗粒在溶解过程中，水分由水相主体传递到颗粒表面，进而扩散到颗粒内部，从颗粒内外表面溶解颗粒，被溶解的颗粒进入水相，直至颗粒完全溶解，这一过程的影响因素包括颗粒的内外表面积、粒径、扩散系数等。金花茶茶花不同粉体的水溶性变化如图6所示，在所测温度范围内，金花茶茶花普通粉、超微粉、纳米粉的溶解率随温度变化不大，超微粉及纳米粉的溶解率要明显高于普通粉，两者相差不大。这是因为随粉体的粒径减少，比表面积增大，表面能增大，单个颗粒性质十分活跃，同时细胞破碎程度加大，可溶性物质更易溶出，从而提高了水溶性；但当粒径减小到一定程度时，颗粒表面容易黏在一起，一定程度上阻止了水分向粉体内部迁移，故纳米粉的溶解率较超微粉反而略微减小[24]。
2.7 金花茶皂苷溶出量比较
金花茶皂苷是金花茶中天然存在的一类重要生理活性物质，具有很好的抗氧化、抗衰老、抗癌及保护心血管等作用[25]。3 种粒径金花茶茶花粉体的皂苷溶出量如图7所示，随时间的延长，3 种粉末溶液中皂苷质量浓度不断增大，75 min后基本达到平稳，同一时间超微粉和纳米粉溶液的皂苷质量浓度显着高于普通粉，60 min后超微粉溶液的皂苷质量浓度较纳米粉显着提高。原因一方面是随粉体粒径变小，细胞破碎程度加大，皂苷等可溶性物质更易溶出，另一方面还与粉末的水溶性相关，纳米粉的水溶性较超微粉有所减小，故而其溶液中皂苷质量浓度也相对减小。
图7 皂苷溶出量比较Fig. 7 Comparison of saponin dissolution rate of ぼower powders of Camellia chrysantha (Hu) Tuyama
2.8 金花茶茶花普通粉、超微粉及纳米粉粒度分析
金花茶茶花普通粉、超微粉经激光粒度分布仪进行粒度分析，普通粉体积平均直径为133.9 μm，超微粉体积平均直径为15.76 μm，纳米粉经X射线小角衍射检测，体积平均直径为201.5 nm。3 种粉末的粒度分布如图8所示，普通粉、超微粉、纳米粉总体积99%的颗粒粒径分别分布在1～700 μm、1～80 μm、1～300 nm之间，可见3 种粉末粉体的粒度大小差异显着。
图8 金花茶茶花粉体粒度分析Fig. 8 Particle size analysis of ぼower powders of Camellia chrysantha (Hu) Tuyama
2.9 金花茶茶花普通粉、超微粉及纳米粉微观结构
图9 金花茶茶花粉体扫描电子显微镜图Fig. 9 Scanning electron micrographs of ぼower powders ofCamellia chrysantha (Hu) Tuyama
金花茶茶花普通粉、超微粉及纳米粉在相同电子显微镜扫描倍数下的结果如图9所示。普通粉、超微粉、纳米粉的粒径依次减小，均匀度、细胞破碎程度、细胞表面粗糙度依次增大，故而颗粒间的摩擦力、粉末的团聚性依次增强，与之前的粒度及物理特性分析相一致。
2.10 金花茶茶花纳米粉分散团聚现象
金花茶茶花纳米粉在气相介质空气及液相介质水中的分散或团聚状态分别如图10A、B所示，图10A1、A2分别在气相介质中放大200 倍及400 倍，可观察到纳米粉有相互黏连、聚集成不规则团块及明显的桥接现象；图10B1、B2分别在液相介质中放大200 倍及400 倍，可见在水的分散、渗透及润湿作用下，纳米粉通过表面吸附及聚合等作用，无数细小颗粒聚集成相对规则的团块。与之前关于纳米粉颗粒间的相互作用力导致颗粒黏附、团聚形成假的大颗粒，进而导致其流变学及水合特性等发生改变的推论相吻合。
3 讨 论
物料的功能特性除与物料本身有关外，还与物料呈现的状态相关联，颗粒物质的破碎程度、粒度、形状不同，造成颗粒的比表面积、暴露的功能基团等不同，进而其流变学特性、水合特性等发生改变，最终导致功能上的差异[26]。
本实验对3 种不同粒径的金花茶茶花粉体的流动性、溶解性、功能成分皂苷溶出量等进行比较研究，并结合粒度和扫描电子显微镜分析进行直观说明。结果表明普通粉、超微粉、纳米粉的粒径依次减小，分别为133.9、15.76 μm、201.5 nm，细胞破碎程度、不规则度依次增大，差异明显；粉体的流动性、松密度、润湿性、膨胀力随粒径减小呈先减小后增大趋势，以普通粉的最大，超微粉最小，纳米粉居中，这都与颗粒的大小，颗粒间的摩擦力、吸附及凝聚特性等有关，当粒度细化到一定程度，颗粒的比表面积、表面能增大，颗粒处于能量不稳定状态，趋向于聚集在一起，发生黏附及团聚现象[27-28]，导致纳米粉的这些指标增大；持水力以普通粉最大，超微粉次之；水溶性、皂苷溶出量先增大后略微减小，主要随粉体的比表面积、表面能、细胞破碎程度、颗粒之间的空隙等增大而增大，但由于纳米粉的细胞破碎程度进一步增大，金花茶茶花中糖类等物质充分暴露，使得颗粒表面更容易粘黏，导致其溶解率有所下降，皂苷溶出量与溶解率有一定的相关性。
综上可知，金花茶茶花粉体在流动性、松密度、润湿性等方面，以普通粉最大，并随粒径的减小而下降，但当粒径细化到一定程度，反而有所上升；水溶性、皂苷溶出量随粒径减小先增大后略微减小，超微粉和纳米粉要显着优于普通粉，并以超微粉最优；故金花茶茶花粉体并不是越细越好，其特性是粉体颗粒大小、间隙，颗粒间摩擦力、吸附及凝聚特性等综合作用的结果，综合比较下超微粉具有较高的溶解率及皂苷溶出量，更容易被人体吸收，生物利用度高，故具有较好的开发前景。
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