藍莓果干粉制備工藝中載體添加及干燥技術(shù)的影響

林 西，呂兆林 ，張柏林，3，郭弘璇，侯智霞

(1.北京林業(yè)大學生物學院，北京100083;2.北京林業(yè)大學分析測試中心，北京100083;3.林業(yè)食品加工與安全北京市重點實驗室，北京100083;4.北京林業(yè)大學教育部省部共建森林培育與保護重點實驗室，北京100083)

藍莓(Vaccinium spp.)營養(yǎng)豐富，具有抗氧化［1-2］、抗癌［3］、保護視力［4］等功效，在中國產(chǎn)量很大［5］。但是季節(jié)性強、貨架期短［6］，過剩的藍莓必須要冷凍或做其他處理，由于冷凍藍莓耗費高，因此人們越來越關(guān)注經(jīng)濟的保存方法。國內(nèi)市場上，藍莓的深加工產(chǎn)品主要為飲料，果醬等［7-9］，并且由于相關(guān)工藝研究缺乏，均存在產(chǎn)品營養(yǎng)成分含量低的問題。一種能夠既保留藍莓本身的營養(yǎng)價值，又方便儲存、方便食用的深加工產(chǎn)品非常需要。將藍莓鮮果加工成為粉末形式的食品，作為日常營養(yǎng)補充劑，鮮有研究，對這一類食品進行開發(fā)，將會有良好的市場前景。藍莓果內(nèi)含有較多低分子量的糖，在藍莓果干燥后期易導致產(chǎn)品粘稠、吸濕等問題，因此現(xiàn)階段藍莓粉末產(chǎn)品多以膠囊形式上市，而藍莓果干粉產(chǎn)品則很少見。在干燥過程中，由于酶降解、氧化、pH作用和熱處理等原因，藍莓中的活性成分(如花色苷)會流失。以往研究發(fā)現(xiàn)，麥芽糊精，玉米淀粉等大分子物質(zhì)，不僅具有保護有效營養(yǎng)物質(zhì)［10］的作用，還能通過提升玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度有效降低藍莓果干粉的吸濕性［11］。因此，本實驗分別選擇麥芽糊精與羧甲基纖維素鈉(CMC)作為載體進行對比，研究藍莓果干粉的最佳干燥工藝。常用的干燥方法有:噴霧干燥、冷凍干燥、烘箱干燥等。噴霧干燥［12］適合大量生產(chǎn)、營養(yǎng)成分不易被破壞，但成本消耗大，不適合糖含量高的產(chǎn)品，易導致粘壁;冷凍干燥［13］由于無需高溫處理，它亦具有保護產(chǎn)品營養(yǎng)成分的作用;烘箱干燥則具有成本低、干燥速率快的特點，特別適合一些熱穩(wěn)定性較好的物質(zhì)?；趯嶒灄l件的考慮和經(jīng)濟、效果方面的考慮，本實驗選擇了烘箱干燥和冷凍干燥兩種干燥方法進行對比研究藍莓果干粉工藝。為了評價藍莓果干粉，實驗以感官評價、含水率為指標評價藍莓果干粉外觀形態(tài)，以花色苷含量、抗氧化能力為指標評價藍莓中活性成分保留情況。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

6個種的藍莓果供試材料 愛國者(Patriot)、杜克(Duke)、藍豐(Bluecrop)、北藍(Northblue)、埃利奧克(Elliott)及北陸(Northland)等質(zhì)量混合;無水乙醇、甲醇、濃硫酸、氯化鉀、乙酸鈉、磷酸鈉、鉬酸銨及抗壞血酸(VC)、糊精、羧甲基纖維素鈉(CMC) 均為分析純試劑。

DHG-9420A型電熱恒溫干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司;冷凍干燥機 Heto PowerDry LL3000凍干機;KS-130小型搖床 德國IKA;島津紫外分光光度計(Shimadzu UV-120-02);EV311旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 北京萊伯泰科儀器公司;LXJⅡ離心機上海民用分析儀器廠;ZSD-2J智能自動水份滴定儀上海市安亭電子儀器廠;榨汁機 美的BM255C型榨汁機;萬分之一天平 Sartorious。

1.2 實驗方法

1.2.1 制備藍莓果干粉

1.2.1.1 添加不同載體 6個種的藍莓果等量混合，用榨汁機將藍莓果研磨成質(zhì)地均勻細密的果泥備用。

組A加糊精處理，添加量以干燥后樣品含水量低于5%、不易吸濕的最小量為準，經(jīng)實驗優(yōu)化確定添加量為樣品質(zhì)量的10%～15%;具體方法:稱量約120g樣品、15g糊精，糊精加少量水溶解后混合物再次研磨使其充分混合，分別倒入A-1、A-2、A-3三個培養(yǎng)皿中，產(chǎn)品厚度約為3～4mm，準確稱重。

組B加CMC處理，添加量以干燥后樣品含水量低于5%、不易吸濕的最小量為準，經(jīng)實驗優(yōu)化確定添加量為樣品質(zhì)量的4%～5%，具體方法:稱量約120g樣品、5g CMC，CMC加少量水溶解后混合物再次研磨使其充分混合，分別移入B-1、B-2、B-3三個培養(yǎng)皿中，厚度約為3～4mm，準確稱重。

組C樣品不做處理，準確稱量樣品120g分別倒入C-1、C-2、C-3三個培養(yǎng)皿中。A、B、C三組樣品均進行3組重復。

1.2.1.2 不同干燥技術(shù)干燥處理 烘箱干燥法處理:將A-1、B-1、C-1三個培養(yǎng)皿置于70℃烘箱中干燥，每小時翻動樣品1次，以免樣品粘在培養(yǎng)皿壁上不易取得。干燥5h后，所有樣品含水量低于5%，取出培養(yǎng)皿并冷卻至室溫，將樣品收集至研缽中進行研磨、研磨后的樣品過80目篩，分別密封收集，置于-4℃冰箱中冷藏備用。

冷凍干燥法處理:參考并優(yōu)化文獻［14］方法，將A-2、B-2、C-2三個培養(yǎng)皿置于-40℃冰箱中速凍，速凍時間為6h，在冷凍干燥機上冷凍干燥24h，真空度800Pa，冷阱溫度:-46℃。干燥完成后，用藥匙輕輕將藍莓粉末刮下，過80目篩。樣品分別密封收集，存放于-4℃冰箱中冷藏備用。

最后一組不干燥，A-3、B-3、C-3三個培養(yǎng)品直接用密封袋封口置于-4℃冰箱中冷藏備用。

1.2.2 藍莓果干粉質(zhì)量評價

1.2.2.1 含水量測定 采用卡爾·費休法測定，基本原理是碘氧化二氧化硫時，需要消耗定量的水，即I2+SO2+2H2O=2HI+H2SO4，通過顏色判斷終點，用消耗的卡爾·費休試劑的量判斷樣品中水的含量。

采用卡爾·費休儀測定9組樣品的含水量。在反應瓶中加一定體積(浸沒鉑電極)的甲醇，在攪拌下用卡爾·費休試劑滴定至終點;加10μL水，滴定至終點并記錄卡爾·費休試劑的用量;準確稱取試樣50mg，滴定至終點并記錄樣品含水量;以兩次平行結(jié)果之算術(shù)平均值為測定結(jié)果，兩次測定結(jié)果之差不得大于0.1%。

1.2.2.2 花色苷含量測定 藍莓果干粉中花色苷提取:本實驗綜合并改進文獻［11，15-17］中的提取方法;準確稱量0.5g的藍莓果粉末樣品，5g藍莓果泥樣品，加入100mL提取液進行提取(檸檬酸∶水 =1∶99);將樣品置于搖床上振蕩 5h，1500×g下離心10min，取上清液，該過程重復三次;合并上清液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在40℃下濃縮樣品，最后用提取液稀釋定容至100mL。

花色苷測定與計算:花色苷的定量采用pH示差分光光度法［17-20］。樣品稀釋至合適濃度，量取0.5mL分別與4.5mL的pH1的氯化鉀緩沖液及p H4.5乙酸鈉緩沖液按比例混合，使樣品的吸光值在線性范圍內(nèi)(＜1.2AU)，分別在515和700nm波長下測量吸光度，以純水為空白比色。以花色苷-3-糖配基為標準計算，結(jié)果以mg花色苷/100g藍莓鮮重計算。所有樣品稱重并分析3組?；ㄉ蘸坑檬?1)計算。

式中:ΔA=(A515nm-A700nm)pH1.0-(A515nm-A700nm)pH4.5;DV為稀釋倍數(shù);VF為藍莓果干粉提取液體積(L);M為花色苷3-糖配基的相對分子質(zhì)量449.2;ε為花色苷3-糖配基的摩爾吸光率26900;W為藍莓果干粉質(zhì)量(g)。

1.2.2.3 總抗氧化能力的測定 藍莓果干粉中活性物質(zhì)提取:準確稱量0.5g樣品，加入100mL提取液(檸檬酸∶甲醇∶水 =1∶49∶50)進行提取;將樣品置于搖床上振蕩5h，1500×g下離心10min，收集上清液，該過程重復三次;合并上清液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在40℃下濃縮樣品，最后用提取液定量至100mL。

表1 不同干燥條件及前處理下藍莓干粉的外觀結(jié)構(gòu)Table 1 Structure of blueberry powder in different drying method and pretreatment

繪制VC標準曲線:準確稱取干燥后的VC標準品0.4999g用50%甲醇溶解定容于100mL容量瓶中，得19.996mg/mL的VC標準溶液，用移液管分別精密量取 VC標準液 30、40、50、80、100μL 置于 10mL容量瓶中定容。分別量取梯度稀釋過的標準溶液0.5mL，加入到4.50mL反應溶劑中(0.60mol/L硫酸，28.00mmol/L磷酸鈉，4.00mmol/L鉬酸銨)。反應在95℃水浴中進行90min。反應物冷卻到室溫后，以試劑空白為參比，于695nm測定OD值。根據(jù)測定結(jié)果繪出標準曲線，得出線性回歸方程:A=4.6965C-0.0989(A為吸光值，C為濃度mg/mL)，R2=0.9988，線性范圍:0.05～0.25mg/mL。

藍莓果干粉總抗氧化能力測試:采用鉬酸銨還原法。該方法參照Prieto等人［20］的方法測定。其原理是藍莓粉末提取物可以使Mo(VI)還原為Mo(V)，并且在酸性條件下形成綠色的Mo(V)的磷酸鹽。取0.5mL藍莓干粉提取液加入到4.50mL反應溶劑中(0.60mol/L硫酸，28.00mmol/L磷酸鈉，4.00mmol/L鉬酸銨)。反應在95℃水浴90min。反應物冷卻到室溫后，于695nm測定OD值。不加樣品的空白試劑調(diào)零。被測物總抗氧化能力以相當于多少質(zhì)量的VC來表示。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 以SAS作統(tǒng)計學分析，實驗數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標準差(±S)表示，采用t檢驗，顯著性標準取p＜0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理條件下藍莓果干粉的外觀結(jié)構(gòu)評價

對各組干燥后的藍莓果干粉進行外觀結(jié)構(gòu)的評價，評價時保證光線充足，在相同的環(huán)境條件下進行觀察，包括顏色、結(jié)構(gòu)、干燥的難易程度、干燥粉末的粘稠程度、干燥粉末的吸濕難易程度等指標。觀察結(jié)果見表1。

由表1可以看出，冷凍干燥的干粉在結(jié)構(gòu)上更酥松，得到的干粉細膩，更適合商品化;而烘箱干燥的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅硬、較難收集、研磨，質(zhì)構(gòu)不好。添加了載體的干粉產(chǎn)品返潮速度降低，能更長時間地保持較好的干燥狀態(tài)，而未添加載體的樣品干燥后表面有粘稠的糖液，吸濕速度很快。兩種載體亦有不同的干燥效果，由于CMC比麥芽糊精的玻璃體轉(zhuǎn)變溫度高，因此添加少量即可表現(xiàn)出降低干燥后粉末粘度的作用，而麥芽糊精的添加量則需要多于CMC的添加量;添加CMC后，產(chǎn)品的干燥速率明顯降低，產(chǎn)品顏色也變?yōu)樽仙?，表現(xiàn)出藍莓在堿性環(huán)境下的顏色，對于產(chǎn)品的感官是不利的。綜合考慮以上外觀結(jié)構(gòu)，認為添加麥芽糊精的冷凍干燥工藝能夠得到外觀結(jié)構(gòu)較好的產(chǎn)品，由于麥芽糊精添加在食品中安全性較高，因而添加載體量的問題并不會造成嚴重的影響。

2.2 不同處理條件下藍莓果干粉的含水量

粉末產(chǎn)品的含水量低于5%時，得到的產(chǎn)品的品質(zhì)較好:外觀干燥、細膩，不易長菌，便于保存。因此，該研究檢測了不同干燥條件下干燥所得產(chǎn)品的含水量，結(jié)果見表2。

表2 不同干燥條件下干燥所得產(chǎn)品的含水量Table 2 Water quantity of the drying products in different drying method

由表2可知，未添加載體的空白組樣品含水量最高，分別為5.50%(烘箱干燥)，11.20%(冷凍干燥)。推測原因是未添加載體的樣品吸濕性強，干燥后處于空氣中含水量又會上升，因而較難達到合適的水分含量，這與外觀評價中觀察到的粘稠現(xiàn)象是一致的。

與烘箱干燥方法組相比，冷凍干燥組的產(chǎn)品普遍含水率較高，這是由于冷凍干燥需要消耗更高的能量、干燥速率也較慢，在同等的干燥條件及時間下，烘箱干燥得到的產(chǎn)品含水量更低。添加了載體的兩組樣品相比，添加麥芽糊精的樣品組明顯比添加了CMC的樣品組含水量低，推測雖然CMC與麥芽糊精都是大分子物質(zhì)，能有效降低單糖干燥過程中的粘稠;但二者的物理性質(zhì)不同，在干燥過程中所需的時間差別很大。由實驗結(jié)果看到，以麥芽糊精為載體，干燥產(chǎn)品的含水量更優(yōu)。因而，認為以麥芽糊精為載體更有利于干燥，其含水量低于2%，是比較合適的粉末產(chǎn)品含水量。

2.3 不同干燥方法對藍莓干粉中花色苷含量的影響

花色苷是藍莓中最重要的營養(yǎng)成分，采用不同的干燥方法后，藍莓中花色苷含量的變化是不同的，能夠很好地反映該方法對藍莓重要營養(yǎng)成分的保護效果?；ㄉ蘸孔兓叫?，該方法的營養(yǎng)損失越少。測定各組藍莓樣品的花色苷含量(mg/100g鮮果)，結(jié)果見圖1。

圖1 不同干燥處理后的藍莓花色苷含量Fig.1 Anthocyanin of the blueberry drying product

由圖1可知，未添加載體的樣品組，干燥后花色苷含量變化大，已經(jīng)超過了50%，非常不利于干燥;添加了載體的樣品組，營養(yǎng)的保存普遍較好，尤其是添加了CMC的樣品組，花色苷的保留達到最高。鼓風干燥與冷凍干燥組對比，鼓風干燥的樣品組花色苷含量變化均比冷凍干燥樣品組變化大，因而損失了更多的重要營養(yǎng)成分?？梢姡砑恿溯d體的冷凍干燥組得到的產(chǎn)品具有更好的營養(yǎng)保持，其中添加CMC的樣品營養(yǎng)保持較優(yōu)于添加糊精的結(jié)果，但差別不大。

2.4 不同干燥方法對藍莓干粉中總抗氧化能力變化的影響

此前，此方法用于評價植物多酚類物質(zhì)提取物的抗氧化能力，VC具有很強的抗氧化能力，常作為抗氧化能力的參照物。本實驗為了比較藍莓粉末提取物的抗氧化能力，首先測試了VC的抗氧化能力，即配制一系列不同濃度的VC水溶液，按照1.2.2.3方法程序測定不同濃度對應的OD值，繪制標準曲線，標準曲線中橫坐標為VC的濃度C(mg/g)，縱坐標為吸光度A值，即A=4.6965C+0.0989，相關(guān)系數(shù) R2=0.9988。配制適當濃度的提取物50%甲醇溶液，使得測定的吸光度A值在0.5～0.9之間，將A值代入標準曲線中，計算出每克提取物相當?shù)腣C的質(zhì)量。

圖2 干燥前后藍莓果干粉抗氧化能力Fig.2 Antioxidant ability before and after the drying

表3 干燥后藍莓果干粉抗氧化能力損失率Table 3 Loss ratio of antioxidant ability after the drying

分析圖2中結(jié)果，未添加載體的樣品組，干燥后抗氧化活性變化大，其中鼓風干燥方法組的變化明顯，損失率為42.29%，非常不利于干燥，冷凍干燥組的損失率為12.39%，略低于烘箱干燥方法組，但結(jié)果仍不理想;添加了載體的樣品組，不論干燥方法如何，營養(yǎng)的保存均超過了不添加載體的樣品組，特別是添加了糊精的冷凍干燥組和添加了CMC的冷凍干燥組，其抗氧化能力損失降到了最低，分別是3.55%和2.51%。我們發(fā)現(xiàn)，藍莓干燥前后抗氧化能力的變化與花青素含量的變化趨勢有一致性，但也存在著差別，這可能是因為花青素是提供藍莓抗氧化能力最主要的化合物之一。其變化上的差別可能是由一些多酚、黃酮類物質(zhì)組成上的產(chǎn)別而產(chǎn)生的。

3 結(jié)論

綜合分析各組樣品外觀及品質(zhì)，得到添加麥芽糊精、冷凍干燥法制備的藍莓果干粉為最佳工藝方法，經(jīng)驗證實驗得到:藍莓果干粉總花青素含量為132mg/100g鮮重，與鮮果花色苷154mg/100g鮮重相比僅下降了22mg/100g鮮重，營養(yǎng)價值保持良好;藍莓果干粉抗氧化能力為5.816mgVC/g鮮重，保持率為96.45%。該方法針對性地解決了藍莓中營養(yǎng)物質(zhì)易流失、藍莓中低分子糖含量高引起吸濕性強的問題;得到的藍莓果干粉外觀結(jié)構(gòu)酥松，含水量低，總花青素含有率高，抗氧化能力較強。為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)藍莓果干粉的工藝及進一步參數(shù)優(yōu)化提供了新思路，為合理利用生物量豐富的藍莓資源及制備高品質(zhì)藍莓干燥產(chǎn)品提供指導。

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