不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉品質(zhì)的影響

張文琴，王曉燕，宋高林

(山西省醫(yī)藥與生命科學(xué)研究院，山西 太原，030006)

黃刺玫果為薔薇科薔薇屬野生落葉叢狀灌木黃刺玫(RosaxanthinaLindl)的成熟果實(shí)，廣泛分布于我國(guó)北方各省的山區(qū)和丘陵地帶[1]。黃刺玫野生資源豐富，僅山西省年產(chǎn)鮮果約24～40 t。黃刺玫果在民間食用歷史悠久，果中含有脂肪、蛋白質(zhì)、糖類、含量高達(dá)83～97 mg/100g的VC、VE、18種氨基酸、17種微量元素，以及多肽、花青素、多酚、鞣質(zhì)、黃酮類[2-3]等活性成分，且安全無(wú)毒[4]。

成熟的黃刺玫果呈紅紫色，酸甜可口。但籽多肉少并覆蓋絨毛，食用不便。經(jīng)提取后制成果粉不僅可以使其營(yíng)養(yǎng)成分得以保留，還可擴(kuò)大應(yīng)用范圍，延長(zhǎng)保質(zhì)期。另外黃刺玫果色澤紅紫鮮艷，花色苷含量較高，果粉也可以作為一種天然的水溶性紅色素，應(yīng)用到食品、化妝品中。目前，果蔬粉制備技術(shù)主要有噴霧干燥、熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、微波干燥等方式[5]，其加熱方式、脫水原理的不同會(huì)導(dǎo)致果蔬粉理化性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分等的差異。現(xiàn)已有火龍果[6]、桑葚果[7]、楊梅果[8]、棗[9]等多種果蔬不同干燥方式制得的果粉進(jìn)行了分析比較，但黃刺玫果干燥制粉未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。另外一般對(duì)果蔬粉的品質(zhì)評(píng)價(jià)多用單個(gè)指標(biāo)的直觀評(píng)價(jià)，鮮有對(duì)果蔬粉考察的多指標(biāo)的客觀綜合評(píng)價(jià)。而綜合指數(shù)法可以對(duì)同組或不同組指標(biāo)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，使不同計(jì)量單位、性質(zhì)的指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化，最后轉(zhuǎn)化成一個(gè)綜合指數(shù)，以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)干燥方式的綜合水平。綜合指數(shù)值越大，綜合水平越好。

本研究對(duì)果粉加工中最常見(jiàn)的方式：熱風(fēng)干燥(hot air drying，HA)、噴霧干燥(spray drying，SD)、真空冷凍干燥(vacuum freeze-drying，VF)等3種不同干燥方式獲得的黃刺玫果粉理化性質(zhì)和有效成分進(jìn)行分析和比較，并采用綜合指數(shù)法：變異系數(shù)法確定各指標(biāo)權(quán)重，極差標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，對(duì)3種果粉品質(zhì)的17項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 材料

黃刺玫鮮果，采摘于山西省左權(quán)縣大堡巖。

1.2 儀器與設(shè)備

GZX-9140MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊；SD-06型噴霧干燥器英國(guó)Labplant公司，Pilo FD8-15.6V型中試型真空冷凍干燥箱，西盟國(guó)際公司；Winner2308激光粒度分析儀，濟(jì)南微鈉顆粒儀器股份有限公司，F(xiàn)W100高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司；UV757CRT型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器公司；FA1004型電子分析天平，上海捷徽電子科技公司；LYNX6000型離心機(jī)，美國(guó)Thermo公司；RE52CS-1型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；LABONCE-120型藥用穩(wěn)定試驗(yàn)箱，北京蘭貝石恒溫技術(shù)有限公司；CR-400型手持色差儀，日本SEMSING。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 黃刺玫果粉的制備工藝流程

黃刺玫鮮果→清洗→破碎→體積分?jǐn)?shù)70%乙醇提取1.0 h→濃縮至料液比為60%→6 000 r/min離心15 min→添加助干劑(與固形物質(zhì)量比1∶1的DE 8-10麥芽糊精)→干燥→粉碎(高速萬(wàn)能粉碎機(jī)中粉碎制粉，過(guò)80目篩備用)

1.3.2 黃刺玫果粉的不同干燥工藝

HA：溫度60 ℃，干燥時(shí)間20 h；VF：冷肼溫度為-45 ℃，真空度為0.1 kPa，干燥時(shí)間34 h；SD：進(jìn)口溫度150 ℃，進(jìn)樣速度8.1 mL/min，風(fēng)扇速度4.3 m/s。

1.4 黃刺玫果粉理化性質(zhì)分析測(cè)定方法

1.4.1 黃刺玫果粉得率的計(jì)算

(1)

式中：m1干燥前可溶性固形物質(zhì)量(包括可溶性固形物和加入的輔料)，g；m2干燥后果粉質(zhì)量，g。

1.4.2 溶解性的測(cè)定

稱取1.0 g果粉于燒杯中，加入100 mL的蒸餾水，高速攪拌5 min，3 000 r/min離心5 min，取上清液25 mL于105 ℃烘箱中烘干至恒重，計(jì)算上清液中干物質(zhì)含量所占的比例。

1.4.3 色澤的測(cè)定

色澤：采用全自動(dòng)色差儀測(cè)定[10]，用L、a、b值來(lái)表示，L代表明度指數(shù)，L值從0到100表示從黑暗到明亮的變化；a值從(-a)到(+a)代表顏色從綠色到紅色的變化；b值從(-b)到(+b)代表顏色從藍(lán)色到黃色的變化。ΔE表示被測(cè)物體的色澤(L、a、b)與標(biāo)準(zhǔn)白板色澤(L*、a*、b*)的色差值。ΔE計(jì)算方法如式(2)所示。

(2)

1.4.4 水分含量的測(cè)定，105℃干燥法。

1.4.5 吸濕率

在相對(duì)濕度為75%，溫度為25 ℃的恒溫恒濕箱中保存24 h，測(cè)定果粉吸濕增重百分率[11]。

1.4.6 臨界相對(duì)濕度

精密稱取2.0 g三種干燥方式所得的黃刺玫果粉，平鋪于72個(gè)已恒重的扁型稱量瓶(每組3個(gè))中，然后置于8個(gè)相對(duì)濕度分別為11%、23%、33%、40%、50%、60%、70%和80%的試驗(yàn)箱或飽和溶液的干燥器中進(jìn)行試驗(yàn)，于25 ℃保存24 h，測(cè)定吸濕百分率，以吸濕百分率為縱坐標(biāo)，相對(duì)濕度為橫坐標(biāo)作圖，得出果粉的臨界相對(duì)濕度(critical relative humidity，CRH)[12]。

1.4.7 粒度分布和比表面積

利用激光粒度分析儀測(cè)定[13]。用體積分?jǐn)?shù)70%乙醇做分散介質(zhì)。

1.4.8 堆積密度的測(cè)定

稱取20 g黃刺玫果粉，置于100 mL的量筒中，振實(shí)至量筒內(nèi)果粉體積不再發(fā)生變化[14]，讀取果粉體積。

(3)

式中：m2：果粉和量筒的質(zhì)量，g；m1：量筒的質(zhì)量，g；V：果粉振實(shí)后的體積，mL。

1.4.9 流動(dòng)性的測(cè)定

休止角注入法：將漏斗固定在試管架上，漏斗下端距桌面距離為8 cm，取150 mL黃刺玫果粉置于漏斗中使其自由下落形成錐形[15]。測(cè)定果粉堆積圓錐的半徑r與圓錐的高度h，以h與r的比值作為正切值來(lái)計(jì)算休止角：

(4)

1.5 黃刺玫果粉有效成分的測(cè)定

1.5.1 黃刺玫果粉中花色苷含量的測(cè)定

(1)精密稱取矢車菊-3-O-葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)品，溶解于pH值為1.5的甲醇溶液中(HCl)，定容到10 mL容量瓶中。測(cè)定不同濃度的矢車菊-3-O-葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)品溶液在530 nm[16]處的吸光值，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線為：Y=0.052 7X+0.004 1，r2=0.999 9。

(2)取1.0 g果粉，加入5.0 mL蒸餾水，超聲溶解10 min，再加入15 mL甲醇和乙醇的混合溶液超聲10 min，離心，取上清液進(jìn)行含量測(cè)定。

1.5.2 黃刺玫果粉中多酚含量的測(cè)定

果粉中多酚含量的測(cè)定，采用FOLIN-CIOCALTEU法[17]。用沒(méi)食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品，在748 nm處測(cè)定吸光度值，測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)曲線為：Y=0.004 9X+0.012 2，r2=0.999 6。果粉測(cè)定前處理方法同1.5.1中的(2)。

1.5.3 黃刺玫果粉中黃酮含量的測(cè)定

果粉中黃酮含量的測(cè)定，采用NaNO2-AlCl3法[18]，用蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品，在510 nm處測(cè)定吸光度值，測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)曲線為：Y=0.012 2X-0.006 6，r2=0.998 1。果粉測(cè)定前處理方法同1.5.1中的(2)。

1.5.4 黃刺玫果粉中蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

果粉中蛋白含量的測(cè)定，采用考馬斯亮藍(lán)法[19]，用牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)品，在595 nm處測(cè)定吸光度值，測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)曲線為：Y=0.006 3X+0.041 4，r2=0.997 5。果粉測(cè)定前處理方法同1.5.1中的(2)。

1.6 黃刺玫鮮果中有效成分的測(cè)定

黃刺玫鮮果的體積分?jǐn)?shù)70%乙醇提取液進(jìn)行過(guò)濾，所得濾液按照1.5中有關(guān)花色苷、多酚、黃酮及蛋白質(zhì)的測(cè)定方法進(jìn)行含量的測(cè)定，以黃刺玫鮮果的重量進(jìn)行含量計(jì)算。

1.7 綜合評(píng)分

綜合指數(shù)法采用變異系數(shù)法確定上述各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，將數(shù)據(jù)利用極值標(biāo)準(zhǔn)化法處理后，采用加權(quán)平均的方法確定不同干燥方式制得黃刺玫果粉的綜合評(píng)分。

研究3種不同干燥方式所得果粉，每種果粉評(píng)價(jià)指標(biāo)17個(gè)，Xij表示第i種干燥方式所得果粉第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)定值，i=1，2，3…n，n=3；j=1，2，3……m，m=17。

第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重為：

(5)

為消除不同數(shù)據(jù)水平和變量單位對(duì)結(jié)果的影響，采用極值標(biāo)準(zhǔn)化法將各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，

(6)

(7)

由于b值、ΔE值、水分含量、吸濕率、粒徑、休止角的數(shù)據(jù)為越小越好，因此為逆指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)化后將正負(fù)號(hào)對(duì)調(diào)[9]。將各指標(biāo)權(quán)重分別與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值相乘后，計(jì)算總和，得到3種干燥方式果粉的綜合評(píng)分。

1.8 數(shù)據(jù)處理與分析

指標(biāo)測(cè)定均重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。采用Orgin 9.0作圖，SPSS 20.0進(jìn)行ANOVA單因素方差分析和Ducan’s多重檢驗(yàn)，圖中相同小寫(xiě)字母表示無(wú)顯著差異，不同小寫(xiě)字母表示存在顯著差異(p<0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉理化性質(zhì)的影響

2.1.1 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉得率、溶解性的影響

如圖1所示，HA、VF黃刺玫果粉得率高達(dá)96%以上，SD所得果粉得率為77.5%；3種不同干燥方式的黃刺玫果粉溶解性良好，大小順序?yàn)镾D>HA>VF，且3種果粉溶解性沒(méi)有顯著性差異(p>0.05)。

圖1 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉得率、溶解性的影響Fig.1 Yield and solubility of powder prepared by different drying methods

2.1.2 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉色澤的影響

如圖2所示，干燥方式對(duì)果粉色澤有顯著影響(p<0.05)，其色差值為：VF>HA>SD。HA方式所得果粉的L、a值最小，b值最大，果粉顏色偏褐黃，不同于其他2種干燥方式，是因?yàn)楣壑械倪€原糖、氨基酸等成分因加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、溫度過(guò)高發(fā)生了美拉德反應(yīng)[20]；VF、SD兩種方式所得的果粉b值均很小，L、a值較大，所以果粉色澤紅紫，鮮亮。

圖2 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉色澤的影響Fig.2 Color parameters of fruit powder prepared by different drying methods

2.1.3 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉水分含量、吸濕率、CRH的影響

如圖3果粉水分含量的大小依次為SD>HA>VF，無(wú)顯著性差異，但含水量均小于5.0%。3種果粉的CRH由圖4的吸濕曲線可得。吸濕率和CRH大小順序相反，即吸濕率小的，CRH較大。VF和SD所得果粉較HA更容易吸潮，故需要密封保存。可能與果粉表面存在空隙且顆粒間疏散，易吸附水分有關(guān)，也可能與果粉中糖類[21]有關(guān)，還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

圖3 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉含水率、吸濕率、CRH的影響Fig.3 Moisture content, hygroscopicity and CRH of powder prepared by different drying methods

圖4 果粉的吸濕曲線(25℃)Fig.4 The moisture absorption curve of powder

2.1.4 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉粒徑、堆積密度、休止角的影響

由表1可知，不同干燥方式的果粉粒徑大小順序?yàn)閂F>HA>SD，因?yàn)镠A、VF兩種方式的果粉是通過(guò)粉碎方式所得，且HA方式處理溫度較高，時(shí)間較長(zhǎng)，物料表面急劇收縮，組織緊密，所以果粉的粒徑遠(yuǎn)大于SD。果粉的流動(dòng)性主要取決于粉末粒徑的大小和粉末表面特性。休止角越小，果粉的流動(dòng)性越好。休止角的大小順序?yàn)镾D>VF>HA，SD所得果粉流動(dòng)性較差，是因?yàn)镾D所得果粉粒徑小，顆粒比表面積大，表面聚合力和黏著力也相應(yīng)增大，顆粒發(fā)生團(tuán)聚致使流動(dòng)性變差[22]。SD果粉比表面積為0.771 m2/g顯著大于HA、VF。另外，顆粒比表面積越大，粉體表面聚合力也越大，亦可作為功能性原料吸附在食品表面[23]。3種干燥方式所得果粉堆積密度存在顯著差異，大小順序?yàn)镠A>VF>SD。干燥溫度和干燥時(shí)間對(duì)果粉堆積密度影響較大，HA加熱溫度最高且時(shí)間久，堆積密度為0.99 g/mL；VF加熱溫度較低，堆積密度為0.79 g/mL，低于HA方式。另外，粉的堆積密度越大，越有利于制成壓片產(chǎn)品。SD所得果粉堆積密度為0.37 g/mL，是因?yàn)镾D方式為瞬時(shí)受熱，果粉顆粒粒徑小、比表面積大，表面疏松多孔，且顆粒間含有大量的空隙[24]，導(dǎo)致其堆積密度較低。

表1 不同干燥方式對(duì)果粉粒徑、堆積密度、休止角及比表面積的影響Table 1 Particle size, bulk density, angle of repose andspecific surface area of powder prepared by differentdrying methods

2.2 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉有效成分含量的影響

2.2.1 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉花色苷含量的影響

花色苷具有強(qiáng)抗氧化、保護(hù)肝臟、預(yù)防心血管疾病等[25]生理活性。不同干燥方式對(duì)果粉花色苷的含量影響較大，如圖5所示。

圖5 不同干燥方式對(duì)果粉花色苷含量的影響Fig.5 Anthocyanin of powder prepared by different drying methods

HA的果粉發(fā)生非酶褐變，可能因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間高溫使花色苷結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生降解[26]，果粉中已檢測(cè)不到花色苷。鮮果中的花色苷含量最高，是因?yàn)辄S刺玫果提取液未經(jīng)過(guò)濃縮及干燥過(guò)程中的加熱，花色苷結(jié)構(gòu)降解有限。SD所得果粉中的花色苷含量略高于VF，可能是因?yàn)镾D加熱屬于瞬時(shí)受熱，果粉受熱均一[27]，溫度對(duì)果粉的色澤影響較小。

2.2.2 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉多酚含量的影響

多酚類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗氧化、抗輻射、抗衰老等[28]功能。如圖6所示，3種不同干燥方式所得的果粉中多酚含量都遠(yuǎn)高于鮮果中多酚含量，多達(dá)28 mg/g以上，是因?yàn)辄S刺玫果70%乙醇提取物的浸膏率為10%～11%，通過(guò)提取、過(guò)濾、干燥等的制備對(duì)黃刺玫鮮果中的多酚進(jìn)行了富集。多酚在多酚氧化酶的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致多酚含量的減少[29]，VF方式由于加熱溫度和加熱時(shí)間的影響，對(duì)黃刺玫果粉中多酚損失要高于HA、SD。

圖6 不同干燥方式對(duì)果粉多酚含量的影響Fig.6 Polyphenol of powder prepared by different drying methods

2.2.3 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉黃酮含量的影響

黃刺玫中黃酮類化合物對(duì)預(yù)防和治療高血壓、血栓引起的心腦血管疾病有顯著療效[18]。如圖7所示，3種干燥方式所得的果粉中黃酮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鮮果中的黃酮含量，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)黃刺玫果的提取、干燥，對(duì)黃刺玫果中所含的有效成分進(jìn)行了富集。但黃酮類物質(zhì)受熱時(shí)易發(fā)生酚類氧化反應(yīng)而分解[9]，所以HA方式可能因?yàn)榧訜釡囟容^高所得果粉黃酮較低，SD方式對(duì)黃酮損失最少，含量大小順序?yàn)镾D>VF>HA>鮮果。SD所得果粉中黃酮含量顯著高于其他兩種干燥方式。

圖7 不同干燥方式對(duì)果粉黃酮含量的影響Fig.7 Flavonoids of powder prepared by different drying methods

2.2.4 不同干燥方式對(duì)黃刺玫果粉蛋白質(zhì)含量的影響

如圖8所示，3種干燥方式所得果粉中蛋白質(zhì)含量高于鮮果中蛋白含量，可能是因?yàn)辄S刺玫提取液很好的保留了刺玫果中的蛋白質(zhì)，通過(guò)干燥對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了富集。另外加熱溫度較低時(shí)，蛋白結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定[30]，HA方式對(duì)蛋白質(zhì)保留最好，大小依次為HA>SD>VF，差異顯著。

圖8 不同干燥方式對(duì)果粉蛋白質(zhì)含量的影響Fig.8 Protein of powder prepared by different drying methods

2.3 不同干燥方式制得黃刺玫果粉的品質(zhì)綜合評(píng)分

計(jì)算3種干燥方式獲得的黃刺玫果粉的17項(xiàng)指標(biāo)所占的權(quán)重，以及與各種干燥方式果粉檢測(cè)指標(biāo)極值標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值乘積，最后可得各種干燥方式的綜合評(píng)分，見(jiàn)表2。

表2 黃刺玫果粉品質(zhì)評(píng)價(jià)Table 2 Quality evaluation of of Rosa xanthina Lindlpowder

由表2可知，通過(guò)比較HA、VF、SD三種方式所制得果粉的品質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)各種干燥方式的綜合評(píng)分可得，果粉品質(zhì)的由高到低的順序?yàn)镾D>VF>HA。

3 結(jié)論

3種干燥方式對(duì)黃刺玫果粉的理化性質(zhì)及有效成分有顯著影響。HA所得果粉溶解性好、得率高、流動(dòng)性較好、堆積密度大，但是色澤褐黃，果粉中已檢測(cè)不到花色苷這一有效成分。VF所得果粉溶解性好、得率高、色澤鮮亮、有效成分花色苷、黃酮、多酚、蛋白質(zhì)含量保留較高，但是粉的粒徑較大、流動(dòng)性較差、易吸潮。SD所得果粉雖然得率較低77.51%，流動(dòng)性也較差；但果粉色澤粉紫鮮亮，水溶性良好，粒徑微小僅約7.71 μm，花色苷、多酚、黃酮含量基本最高。綜合指數(shù)法對(duì)果粉3種干燥方式的17項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)分，得出VF、SD均優(yōu)于HA，SD所得果粉評(píng)分最高。

就實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，雖然VF方式對(duì)果粉品質(zhì)影響較小，但因成本過(guò)高、耗時(shí)長(zhǎng)及處理量有限等因素，目前不適合工業(yè)化生產(chǎn)。SD對(duì)果粉品質(zhì)影響最小，果粉中有效成分含量最高，同時(shí)噴霧干燥技術(shù)在食品、醫(yī)療領(lǐng)域的大范圍的應(yīng)用，因此噴霧干燥是制備黃刺玫果粉的最好選擇。