TOPSIS法綜合評(píng)價(jià)不同助干劑對(duì)刺梨汁噴霧干燥粉品質(zhì)的影響

張 廳 ，陳思奇 ，丁筑紅 ，2，趙旭海成 ，宋煜婷 ，王 翼 ，余奕宏

（1.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院，貴陽 550025；2.國(guó)家林業(yè)草原局刺梨工程技術(shù)研究中心，貴陽 550025；3.貴州省疾病預(yù)防控制中心，貴陽 550025））

0 引言

刺梨（RosaroxburghiiTratt.）又名文先果、茨梨、送春歸，為薔薇科多年生落葉叢生灌木繅絲花的果實(shí)。刺梨果實(shí)中富含VC、黃酮、三萜、多糖、氨基酸和超氧化物歧化酶（SOD）等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)［1-2］。作為地方扶貧開發(fā)重點(diǎn)推進(jìn)的生態(tài)特色產(chǎn)業(yè)，刺梨已成為食品加工行業(yè)的研究熱點(diǎn)。采用噴霧干燥進(jìn)行制粉，除提高原料穩(wěn)定性與耐貯藏性外，可進(jìn)一步為刺梨下游產(chǎn)品如刺梨含片、刺梨固體飲料、刺梨口服液等提供原料基礎(chǔ)，對(duì)刺梨產(chǎn)品加工及生產(chǎn)具有重要意義。但由于刺梨汁富含果糖、葡萄糖與有機(jī)酸，不添加助干劑直接進(jìn)行噴霧干燥粘壁嚴(yán)重，無法收集果粉［3］，使用助干劑可提高物料Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）、降低料液粘性并減小粉末吸濕性，進(jìn)而提高干燥效率和改善產(chǎn)品質(zhì)量［4］。常見的助干劑有 β-環(huán)糊精、麥芽糊精、可溶性淀粉等［5］。目前在刺梨噴霧干燥過程中使用助干劑的研究較少，僅有蔣緯等［6］研究了麥芽糊精、可溶性淀粉以及 β-環(huán)糊精3種助干劑對(duì)刺梨果粉產(chǎn)率的影響。本文以刺梨果汁為原料，選擇不同DE值麥芽糊精及 β-環(huán)糊精添加量作為助干劑；以果粉集粉率、VC含量、黃酮含量和感官值為指標(biāo)，采用模糊數(shù)學(xué)評(píng)分法結(jié)合逼近理想解排序法（Technique for Order Preference By Similarity to Ideal Solution，TOPSIS）詳盡闡述各助干劑對(duì)刺梨果粉的綜合品質(zhì)影響，為優(yōu)化刺梨果汁噴霧干燥技術(shù)，進(jìn)一步開發(fā)具有價(jià)值的新型刺梨產(chǎn)品提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

刺梨汁：由盤州宏財(cái)聚農(nóng)投資有限公司提供，可溶性固形物含量（7±0.5）%；DE10麥芽糊精（食品級(jí)）、DE20麥芽糊精（食品級(jí)，河南圣斯德實(shí)業(yè)有限公司）；β-環(huán)糊精（食品級(jí)，英博生物科技有限公司）；還原型抗壞血酸含量測(cè)定試劑盒（分光法，蘇州格銳思生物科技有限公司）；植物類黃酮試劑盒（微板法，蘇州格銳思生物科技有限公司）；無水乙醇（分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司）。

1.2 主要儀器設(shè)備

B-290型噴霧干燥機(jī)（瑞士BUCHI儀器有限公司）；FA2004型分析天平（上海良平儀器儀表有限公司）；RHB80型手持折光儀（石家莊泰斯特儀器設(shè)備有限公司）；H1-16KR型高速冷凍離心機(jī)（湖南可成儀器設(shè)備有限公司）；L5S型紫外分光光度計(jì)（上海儀電分析儀器有限公司）；SpectraMax190型酶標(biāo)儀（美國(guó)Molecular Devices公司）；XHF-D型高速分散器（寧波新芝生物科技服務(wù)有限公司）；JP-031/S型超聲波清洗機(jī)（深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

刺梨果汁→添加助干劑→調(diào)配→均質(zhì)→噴霧干燥→收集包裝

1.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以維生素C含量、黃酮含量、集粉率、感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，以控制進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃、進(jìn)料濃度6%、進(jìn)料流量0.3 L/h、進(jìn)風(fēng)流量30 m3/h為基本條件研究不同添加量的低DE值麥芽糊精（DE10）、高DE值麥芽糊精（DE20）、β-環(huán)糊精對(duì)刺梨果汁噴霧干燥粉的影響，并通過TOPSIS綜合評(píng)分法選取最佳助干劑與添加量。試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 噴霧干燥助干劑選取因素水平表Tab.1 Table of levels of factors selected for spray drying aids 單位：%

1.3.3 指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.3.1 維生素C含量測(cè)定

采用2，4-二硝基苯肼法。

1.3.3.2 黃酮含量測(cè)定

采用 NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 顯色法。

1.3.3.3 集粉率

噴霧干燥集粉率計(jì)算公式：

1.3.3.4 感官評(píng)定方法

感官評(píng)定人員由20位食品專業(yè)研究生組成，評(píng)定人員對(duì)添加不同助干劑處理后刺梨果粉的外觀形態(tài)、香氣、色澤、口感滋味4個(gè)感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。

感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)并統(tǒng)計(jì)各指標(biāo)各等級(jí)的得分［7-9］。

表2 感官評(píng)價(jià)Tab.2 Sensory evaluation form 單位：分

建立模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法，即因素集U=｛U1，U2，U3，U4｝；評(píng)語集V=｛V1，V2，V3，V4｝；采用強(qiáng)制決定法［10］，確定刺梨果粉的權(quán)重集A=｛a1，a2，a3，a4｝=｛0.3，0.2，0.2，0.3｝，其中，確定評(píng)判矩陣Y=A·X。

1.3.3.5 TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法

TOPSIS法能夠很好地區(qū)分不同樣品間的綜合品質(zhì)差異，能夠在試驗(yàn)次數(shù)較少的情況下更加全面考察每種助干劑對(duì)果粉綜合品質(zhì)的影響，減少由于主觀因素產(chǎn)生的評(píng)價(jià)差異性，結(jié)果更加可靠、準(zhǔn)確［10-12］。TOPSIS法具體步驟如下：

（1）確立數(shù)據(jù)矩陣：

X=（Xij）n×m

（2）歸一化處理得到矩陣，Z=（Zij）n×m歸一化公式：

（3）最優(yōu)向量Z+=（z1+，z2+，…，zm+）和最劣向量Z-=（z1-，z2-，…，zm-）的確立：

（4）最優(yōu)值與各評(píng)價(jià)對(duì)象各評(píng)價(jià)指標(biāo)的歐式距離向量和最劣值與各評(píng)價(jià)對(duì)象各評(píng)價(jià)指標(biāo)的歐式距離向量的計(jì)算，分別為D+=（d1+，d2+，…，dm+）和D-=（d1-，d2-，…，dm-）：

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS22.0試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，試驗(yàn)重復(fù)3次，Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行差異顯著性分析，P<0.05表示差異顯著，Origin2019制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同助干劑對(duì)刺梨果粉集粉率的影響

由圖1可知，隨著2種麥芽糊精添加量的增加，刺梨果粉集粉率呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì)，且均在添加量為60%時(shí)達(dá)到最高，添加量為80%和100%時(shí)差異不顯著（P＞0.05），但添加低DE值麥芽糊精做助干劑集粉率較高，可能是由于麥芽糊精DE值越低，Tg越高［13-14］，在相同添加量下，高Tg能有效減少熱熔性粘壁，從而使得集粉率增加。該結(jié)論與FANG等［15］在楊梅汁噴霧干燥的結(jié)論相似。隨著 β-環(huán)糊精添加量的增加，集粉率出現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。不同添加量間差異顯著（P＜0.05），添加量為60%時(shí)，果粉得率最高，為26.10%；相較于2種麥芽糊精，β-環(huán)糊精果粉得率更高，這可能是因?yàn)?β-環(huán)糊精呈圓筒狀結(jié)構(gòu)［16］，將果汁中的低分子糖進(jìn)行有效包裹而提高了集粉率。

圖1 不同助干劑對(duì)刺梨果粉集粉率的影響Fig.1 Effect of different drying aids on the collection rate of Rosa roxburghii Tratt powder

2.2 不同助干劑對(duì)刺梨果粉VC含量的影響

由圖2可以看出，刺梨果粉VC含量隨助干劑的添加整體呈下降趨勢(shì)，這是由于VC極不穩(wěn)定容易流失［17］。當(dāng)2種不同DE值麥芽糊精添加量為60%時(shí)，果粉中VC含量變化曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，且添加量為60%和80%時(shí)差異不顯著（P＞0.05），可能是由于麥芽糊精對(duì)于果粉VC的保護(hù)作用與稀釋作用達(dá)到平衡，因此果粉VC含量趨于穩(wěn)定。低DE值麥芽糊精刺梨果粉整體VC含量更高，這是由于低DE值麥芽糊精含較少的長(zhǎng)鏈和較多的親水基團(tuán)，對(duì)活性物質(zhì)保護(hù)更好［18］。相較于麥芽糊精，添加 β-環(huán)糊精體系中果粉的VC含量整體更高，添加量為40%時(shí)VC含量最高，為819.04 mg/100g，這可能是由于 β-環(huán)糊精分子內(nèi)部有疏水空腔并呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠很好的包埋刺梨汁中的活性成分［19］。

圖2 不同助干劑對(duì)刺梨果粉VC含量的影響Fig.2 The effect of different drying aids on the VC content of Rosa roxburghii Tratt powder

2.3 不同助干劑對(duì)刺梨果粉黃酮含量的影響

隨著高DE值麥芽糊精和 β-環(huán)糊精添加量的增加，果粉黃酮的含量呈現(xiàn)先下降后穩(wěn)定再下降的趨勢(shì)（見圖3）。果粉中黃酮含量隨著低DE值麥芽糊精增加逐漸下降，且不同添加量間差異顯著（P＜0.05），相較于高DE值麥芽糊精，低DE值麥芽糊精體系中的果粉黃酮含量整體更高，這是由于低DE值麥芽糊精支化程度高，親水基團(tuán)較多，更容易與活性物質(zhì)結(jié)合起到保護(hù)作用，從而整體含量較高。當(dāng) β-環(huán)糊精作助干劑時(shí)，對(duì)黃酮的保護(hù)作用最好；且添加量為20%時(shí)，果粉黃酮含量最高，為290.87 mg/100g，原因是 β-環(huán)糊精的網(wǎng)狀中空結(jié)構(gòu)對(duì)活性物質(zhì)的包埋作用。

圖3 不同助干劑對(duì)刺梨果粉黃酮含量的影響Fig.3 The effect of different drying aids on the flavonoid content of Rosa roxburghii Tratt powder

2.4 不同助干劑對(duì)刺梨果粉的模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)

2.4.1 感官評(píng)定結(jié)果分析

建立4個(gè)單因素模糊評(píng)價(jià)矩陣，得到15組刺梨噴霧干燥粉的感官評(píng)定結(jié)果（見表3）。

表3 刺梨果粉感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Sensory evaluation criteria for Rosa roxburghii Tratt powder

以處理組1號(hào)刺梨果粉為例，可建立外觀形態(tài)、香氣、色澤和口感滋味4個(gè)單因素的模糊評(píng)價(jià)矩陣：

W外觀形態(tài)=［0.00，0.15，0.25，0.60］

W香氣=［0.20，0.20，0.35，0.25］

W色澤=［0.00，0.00，0.10，0.90］

W口感滋味=［0.00，0.00，0.35，0.65］

則得到模糊評(píng)判矩陣，即：

同理，也可以得到X2～X15不同刺梨噴霧干燥粉的模糊評(píng)判矩陣。

經(jīng)過模糊線性轉(zhuǎn)換得到模糊綜合評(píng)判矩陣：

同理，可得Y2～Y15的模糊綜合評(píng)判矩陣。

2.4.2 模糊綜合評(píng)判總分

根據(jù)設(shè)定的各評(píng)判等級(jí)的特殊分值，優(yōu)（100分），良（80分），中（60分），差（40分），可建立感官特殊性數(shù)集B=（100，80，60，40），則樣品的模糊綜合評(píng)判總分：T=Y·B。以1號(hào)處理組為例，其總分：

T1=（0.04，0.085，0.27，0.605）×（100，80，60，40）=51.2

同理，可以得到T2～T15刺梨果粉的的模糊綜合評(píng)判總分見表4。由表4可知，15個(gè)處理組的噴霧干燥粉的感官評(píng)分按組號(hào)排序由高到低依次為13＞14＞3＞4＞12＞8＞2＞7＞15＞9＞10＞5＞11＞1＞6，其中13號(hào)、14號(hào)、3號(hào)和4號(hào)4個(gè)處理組的感官評(píng)價(jià)總分都是80分以上，即評(píng)判等級(jí)為良以上，其余條件下皆為中和差，評(píng)分最高的處理組合為13號(hào)，即添加60% β-環(huán)糊精；其次為14號(hào)，添加80% β-環(huán)糊精；評(píng)分最低的為6號(hào)，即添加20%高DE值麥芽糊精。感官值均隨著3種助干劑的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，助干劑的增加可以明顯減少果汁在噴霧干燥過程中的熱熔性粘壁，增加料液從霧化器噴出的比表面積，使水分更容易蒸發(fā)，從而提高粉質(zhì)的感官品質(zhì)［20-21］。然而高濃度助干劑因添加比例過大導(dǎo)致刺梨粉顏色變淡，喪失了原本刺梨的特征香氣與口感，導(dǎo)致感官值降低。高DE值麥芽糊精組整體感觀評(píng)分低于其他組，是由于高DE值麥芽糊精水解程度高，體系中含有更多還原糖，高溫處理易發(fā)生褐變，導(dǎo)致果粉顏色不佳［22］。

表4 刺梨噴霧干燥粉的模糊綜合評(píng)判結(jié)果Tab.4 Fuzzy comprehensive evaluation results of Rosa roxburghii Tratt powder

2.5 不同助干劑刺梨果粉綜合品質(zhì)分析

不同助干劑添加量對(duì)果粉品質(zhì)影響不一，根據(jù)不同助干劑添加量果粉綜合品質(zhì)，采用TOPSIS綜合評(píng)定法確定刺梨粉噴霧干燥最佳助干劑種類與添加量，并將不同處理?xiàng)l件下得到的刺梨噴霧干燥粉各個(gè)指標(biāo)都量化成可比較的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)值，得到規(guī)范化決策矩陣（表5）。

根據(jù)規(guī)范化決策矩陣，得到指標(biāo)的最優(yōu)值向量和最劣值向量。

指標(biāo)的最優(yōu)值向量（正理想解）：

X+=（0.347 2，0.318 3，0.311 3，0.306 4）

指標(biāo)的最劣值向量（負(fù)理想解）：

X－=（0.107 3，0.182 9，0.190 7，0.176 3）

從表6可以看出，Ci前三的助干劑分別為60%β-環(huán)糊精、60%低DE值麥芽糊精、80%低DE值麥芽糊精。添加60%β-環(huán)糊精的刺梨果粉Ci值為0.857 9，相較于其他試驗(yàn)組最接近理想解，說明了該添加量下刺梨果粉綜合品質(zhì)最優(yōu)。因此，選取60% β-環(huán)糊精作為刺梨汁噴霧干燥的助干劑。

3 結(jié)語

不同DE值的麥芽糊精及β-環(huán)糊精均能提高刺梨果粉的集粉率，并對(duì)果粉中的活性物質(zhì)具有一定的保護(hù)作用，其中β-環(huán)糊精效果最好。TOPSIS法分析結(jié)果表明添加60%β-環(huán)糊精作助干劑得到的刺梨果粉集粉率和感官值最高，綜合品質(zhì)最佳。在多指標(biāo)分析模型中，模糊數(shù)學(xué)-TOPSIS法能更加全面考察每種助干劑對(duì)果粉綜合品質(zhì)的影響，減少由于主觀因素產(chǎn)生的評(píng)價(jià)差異性，使結(jié)果更加可靠、準(zhǔn)確，為刺梨汁噴霧干燥工藝篩選提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。