不同干燥方式對白熟期棗粉品質的影響

劉可昕，王勤，聶馨玙，劉可心，孟辰，趙智慧，敖常偉*

（1.河北農業(yè)大學食品科技學院，河北保定 071000；2.新疆生產建設兵團興新職業(yè)技術學院，新疆烏魯木齊 830000；3.河北農業(yè)大學中國棗研究中心，河北保定 071000）

棗是鼠李科棗屬（ZizyphusjujubaMill）植物，是我國重要的經濟樹種。根據棗果成熟度的不同可劃分為5 個階段：白熟期、初紅期、半紅期、全紅期和成熟期[1]，不同階段營養(yǎng)成分含量不同。白熟期婆棗果肉以青白顏色為主，口感脆而甜，汁多、果皮微薄。果實富含VC、黃酮、多酚、皂苷、三萜等營養(yǎng)物質，還具有抗氧化活性、抗炎、抗菌和抗癌特性[2]。

白熟期棗果的VC含量較高且可溶性糖、多糖物質含量較低，這表明白熟期棗果糖分積累不多，含糖量相對較低，吸濕性小，黏度低更適合作為制粉的原材料[3]。與正常成熟的棗果相比，過早收獲的棗果質地堅硬且風味較差，嚴重降低了商業(yè)價值和消費者的接受度[4]，因此白熟期棗果不適合鮮食。棗縮果病是一種嚴重危害棗樹的果實病害，在果實白熟期后發(fā)病，導致果實口感柴化、味苦、果肉顏色變褐，提前落果[5]。張朝紅等[6]指出婆棗是一種高感病型品種，為了避免棗縮果病造成的棗果損耗，在棗果發(fā)病前的白熟期進行采摘，可以較大程度上避免棗縮果病導致的損失。一些傳統(tǒng)種植的品種，如婆棗、贊皇大棗等均屬于高感病品種，對于這些品種的高效利用亟待解決。目前白熟期棗果主要用于加工成蜜棗或棗醋，產品較為單一。

目前制備棗粉主要分為棗干制后打粉或噴霧干燥制粉（棗加水打漿后添加助干劑）兩種方式。棗的干燥技術主要有日光干燥（sunlight drying，SD）法、熱風干燥（hot air drying，HAD）法、二流體噴霧干燥（two-fluid spray drying，TSD）法、真空冷凍干燥（vacuum freeze drying，VFD）法等。SD 法是干燥方式中最簡單、最直接的方法，其特點是干燥過程所需時間長且易受天氣氣候影響，在企業(yè)大規(guī)模加工中使用較少，但在傳統(tǒng)加工中依舊常見；HAD 法所需溫度較高、時間較長，并且在干燥過程中棗果會發(fā)生褐變，嚴重影響棗粉的品質；TSD法歷時短，速率快，適合連續(xù)化生產，但在噴霧干燥過程中，由于棗汁含糖量較高，容易出現粘壁現象；VFD法在低溫條件下干燥，可以有效保持棗果原有的風味和營養(yǎng)成分，干燥成品品質極好，但干燥時間較長，成本較高。棗粉不僅保留了棗果的營養(yǎng)成分，經過干燥可以延長其貯藏期。棗粉制備工藝流程簡單，成本也較為低廉，可直接沖泡飲用或作為食品添加劑應用到實際生產中，還可以制備成棗粉類加工產品。目前棗果主要消費方式是以成熟鮮棗和干制棗為主[7]，對于白熟期棗果的利用和開發(fā)較少。棗粉需求量大，應用廣，為了滿足市場對棗粉的需要，采用白熟期鮮棗制粉具有重要意義。

本研究以白熟期婆棗為原材料，研究SD、HAD、TSD、VFD 4 種方式對白熟期婆棗粉的物理性質、營養(yǎng)品質及抗氧化活性的影響，研究和評價制備棗粉的加工適應性，以期為白熟期婆棗粉加工提供理論依據，有效避免因棗縮果病造成的棗果損耗，提高白熟期婆棗的經濟利用價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

婆棗（白熟期）：2022年9月18日采摘自河北省阜平縣河北農業(yè)大學試驗園。檸檬酸（食品級）：正宏生物科技有限公司；麥芽糊精（食品級）：河南萬邦實業(yè)有限公司；抗壞血酸（分析純）：北京索萊寶科技有限公司；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）（色譜純）：東京化成工業(yè)株式會社。

1.2 儀器與設備

電熱恒溫鼓風干燥箱（DHJ-101-1A）：寧波東南儀器有限公司；真空冷凍干燥機（LG0.2）：沈陽航天新陽速凍設備制造有限公司；噴霧干燥機（SD-Basic）：嘉盛（香港）科技有限公司；破碎打漿機（SGJ-300）：廊坊市惠友機械有限公司；超微破壁振動磨（ZD-10）：廣州雷邁機械設備有限公司；分光測色儀（CM-5）：日本柯美能達公司；高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）儀（1200）：美國Agilent 公司。

1.3 方法

1.3.1 新鮮婆棗的干燥處理

將婆棗清洗瀝干后去核，去核后的婆棗浸泡在0.6%（質量分數）檸檬酸溶液中進行護色，防止棗果表面發(fā)生褐變。采用4種不同干燥方式進行處理。

1）日光干燥（SD）法：將去核后的婆棗均勻平鋪一層在盤子中，放置于室外日光通風處進行干燥，干燥至含水量為35%。

2）熱風干燥（HAD）法：將去核后的婆棗均勻平鋪在盤子中，放在電熱恒溫鼓風干燥箱內，溫度65 ℃，干燥至含水量為35%。

3）二流體噴霧干燥（TSD）法：去核后的婆棗進行打漿處理，100 目濾布過濾，棗漿中加入3%（質量分數）麥芽糊精，水浴60 ℃進行保溫處理。噴霧干燥機干燥參數為入口溫度140 ℃，進料速度為3 mL/min，出口溫度80 ℃。

4）真空冷凍干燥（VFD）法：去核后的婆棗先進行-35 ℃預凍處理，取出后迅速放入干燥室內，冷阱溫度-40 ℃，真空度20 Pa，干燥時間20 h。

1.3.2 干燥婆棗的粉碎處理

采用SD、HAD 及VFD 制備的干棗果，進行超微粉碎處理，過80 目篩后真空密封保存。TSD 制備的棗粉采用真空密封保存。

1.3.3 棗粉理化性質的測定

采用分光測色儀測定明亮度（L*）值、偏紅度（a*）值、偏黃度（b*）值，參考Huang 等[8]的方法計算色差（△E）值、白度（W）值，以及休止角、滑動角。

參考喬小全等[9]的方法加以改動測定溶解度、復水性。

參考夏曉霞等[10]的方法加以改動測定水溶性。

參照GB 5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》中的2，6-二氯靛酚滴定法測定VC含量。

采用紫外分光光度法測定總黃酮[11]、總皂苷[12]含量。

參照NY/T 3676—2020《靈芝中總三萜含量的測定分光光度法》測定總三萜含量。

采用高效液相色譜法測定葡萄糖、果糖、蔗糖含量。

采用紫外分光光度法測定DPPH 自由基清除能力[13]、羥基自由基清除能力。

1.4 數據統(tǒng)計及分析

數據均采用Microsoft Office Excel 2014 軟件進行分析，并用其繪制表格，采用Origin 2021 繪圖。所有數據表示為平均值±標準差，采用SPSS Statistics 26.0軟件進行顯著性分析、主成分分析及聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式對棗粉色澤的影響

不同干燥方式對棗粉色澤的影響見表1。

表1 不同干燥方式對棗粉色澤的影響Table 1 Effects of different drying methods on the color of jujube powder

色澤是最直接反應產品品質的感官指標，不同干燥方式對棗粉L*值、a*值、b*值、△E值和W值的影響均有顯著差異。由表1 可知，不同干燥方式棗粉色澤差異明顯，△E值大小依次為SD＞HAD＞TSD＞VFD?！鱁值代表干燥前后顏色變化程度。SD 棗粉△E值最高，這是由于SD 干燥時間較長、溫度較高，美拉德反應劇烈，造成棗粉非酶褐變[14]，L*值最低，干燥效果最差。VFD 棗粉△E值最低，表明VFD 棗粉的溫度低且時間短，對物料顏色影響較小，L*值最大說明顏色較淺，a*值最低，b*值偏高，呈現淺黃綠色，這是由于VFD預先將棗果中的水分凍結，在真空的狀態(tài)下將棗果里的冰直接升華成水蒸氣逸出，從而達到除去水分的目的，因此VFD 棗粉可以有效抑制褐變的發(fā)生，較好地保存棗果原有的顏色。TSD 棗粉L*值、a*值和b*值較低，表明TSD 棗粉褐變程度較小，這是由于TSD 是在高溫瞬時條件下進行，對棗粉顏色影響較小，TSD 棗粉△E值偏高，是由于干燥過程中添加的麥芽糊精為白色，使得棗粉整體顏色偏淺。HAD 棗粉L*值、a*值和b*值偏高，△E值較低，表明HAD 棗粉顏色偏紅，這是由于HAD 時間較長，溫度較高，造成棗粉褐變。W值越大、L*值越小表明棗粉顏色褐變越嚴重，色澤越暗[15]。VFD 棗粉W值最大，a*值最小，△E值最小說明VFD 棗粉褐變程度較輕，顏色較好。SD 棗粉L*值最小，a*值最大，△E值最大說明SD 棗粉褐變嚴重，色澤暗沉。

2.2 不同干燥方式對棗粉物理性質的影響

不同干燥方式對棗粉物理性質的影響見表2。

表2 不同干燥方式對棗粉物理性質的影響Table 2 Effects of different drying methods on the physical properties of jujube powder

由表2 可知，不同干燥方式棗粉物理性質均存在差異性，溶解度大小依次為TSD＞HAD＞VFD＞SD。溶解度是評價棗粉沖調性的指標之一。一般認為，溶解度越高越有利于人體對棗粉的消化吸收和棗粉的速溶、沖調和復配添加等多元化利用[16]。TSD 棗粉顆粒較小，與水接觸的表面積大，加快了棗粉的溶解速率。噴霧過程中添加適量的麥芽糊精改善了棗粉的外層形態(tài)，使棗粉之間的粘黏性降低，溶解度升高。SD 棗粉溶解度最差，其主要原因可能是曬干過程無法將水分完全蒸發(fā)，加之棗果中糖含量較高，打粉不徹底現象嚴重，棗粉在溶解時，容易結塊從而降低溶解度[9]。

休止角、滑動角大小依次為VFD＞HAD＞SD＞TSD。休止角（θ）和滑動角是描述粉末流動性的標志。休止角和滑動角大小與粉體流動性呈負相關關系，休止角和滑動角越小則流動性越好，反之則越差[8]。王念明等[17]認為，當θ＜30°，表示流動性好；當θ＜40°，可以滿足生產過程中的流動性需求；當θ＞40°，流動性差。TSD 棗粉休止角最小，為30.81°，表明其摩擦力較小，顆粒表面光滑，與其他干燥方式棗粉具有顯著差異（P＜0.05），主要原因是在干燥前向棗漿中加入了助干劑（麥芽糊精），可以有效避免因棗漿中含糖量過高在干燥過程中發(fā)生的粘結現象以及因干燥后粉粒細小發(fā)生的團簇現象[18]。VFD 流動性最差是由于在低溫真空狀態(tài)下可以最大程度保留棗果原有的組織結構，同時處理后的粉粒細小易發(fā)生團簇現象。

水溶性大小依次為TSD＞HAD＞VFD＞SD。水溶性指數直接反映了粉末是否能夠迅速完全地溶解[19]，是食用品質的重要指標之一。TSD 棗粉水溶性最好，因其顆粒細小且邊緣圓滑，結構較疏松，比表面積大，溶于水后其分散性增加，更易吸水，提高了棗粉在水中的溶解性和水溶性指數[10]。SD 棗粉水溶性最差是由于干燥后棗果含水量較高，粉碎后粉粒不夠細小，降低了水溶性指數。

復水性大小依次為SD＞VFD＞HAD＞TSD。復水性是現代研究中衡量干燥制品品質的重要指標，影響復水性的因素主要為原料及干燥方式[20]。棗粉的復水性可能與粒徑呈正相關，粒徑越大則復水性越大[10]。SD 棗粉由于粉碎前的干棗果含水量相對較高，粉碎后顆粒較大，質地疏松，所以復水性最佳。TSD 過程中溫度瞬間升高，組織結構被破壞后影響其復原能力，同時，TSD棗粉粒徑最小，因此顆粒間空隙也最小，導致棗粉在水中更易粘結，聚集成團后水分向內部滲透受到抑制[10]。

2.3 不同干燥方式對棗粉營養(yǎng)成分的影響

不同干燥方式對棗粉營養(yǎng)成分的影響見表3。

表3 不同干燥方式對棗粉基本營養(yǎng)成分的影響Table 3 Effects of different drying methods on the nutrient content of jujube powder

由表3 可知，不同干燥方式棗粉營養(yǎng)成分均存在差異性。VC含量依次為VFD＞HAD＞SD＞TSD。VC不穩(wěn)定，極易受外界因素的影響而發(fā)生分解[21]。VC對熱極敏感且見光易分解[22]，棗粉干燥過程中溫度過高、時間較長會造成VC大量損失。VFD 棗粉VC含量高達393.91 mg/100 g，說明在低溫和真空狀態(tài)下干燥處理能最大程度保留鮮棗中VC。TSD 棗粉VC含量最低，主要是棗漿在噴霧干燥時溫度較高且容易與氧氣接觸，同時干燥前預熱處理溫度過高會造成VC大量損失。

總黃酮含量為VFD＞TSD＞HAD＞SD。黃酮類物質是許多營養(yǎng)保健品的主要功效成分，具有抗氧化作用[23]。VFD 棗粉總黃酮含量最高，主要由于干燥環(huán)境為低溫真空狀態(tài)，能夠有效清除自由基，在這種條件下可以有效抑制黃酮、總酚類物質的氧化和降解[24]，同時黃酮含量高也表明其具有較好的抗氧化活性。黃酮屬于熱敏性物質[25]，SD 棗粉中總黃酮含量最低，是由于干燥過程溫度高且時間長，使得黃酮類物質損失過多。

總皂苷含量為VFD＞HAD＞SD＞TSD。皂苷是一類具有良好食用和保健價值的活性物質，可通過誘導腫瘤凋亡從而進一步抑制癌細胞的惡化達到抗腫瘤的作用[26]。VFD 棗粉屬于低溫干燥，總皂苷含量最高，干燥過程中有效成分損耗較少。張靜等[27]通過研究不同干燥方式對滇重樓總皂苷含量的影響發(fā)現，總皂苷含量隨著溫度的升高有降低的趨勢，TSD 過程中處理溫度為140 ℃，溫度過高造成皂苷損失過多。

總三萜含量為VFD＞TSD＞SD＞HAD。三萜類化合物具有一定的抗癌活性以及抑制艾滋病病毒的作用[28]。Guo 等[29]研究發(fā)現，干燥后的棗比新鮮大棗三萜酸含量要高，可能是因為結合在一起的三萜酸經歷了被酶分解的過程，造成三萜酸含量增加。VFD 是在低溫低氧的條件下進行干燥，棗果中的氧化酶活性較低，三萜類物質可更好地保留。HAD 屬于高溫密閉環(huán)境下進行干燥，導致三萜類物質被氧化分解。

葡萄糖含量為VFD＞HAD＞SD＞TSD，果糖含量為VFD＞HAD＞SD＞TSD，蔗糖含量為 VFD＞SD＞HAD＞TSD。VFD 棗粉中糖含量最高，VFD 方式是目前較好的食品干燥方式之一[9]，能夠最大程度保留鮮棗果中原有的營養(yǎng)成分。TSD 中糖含量最低，分析其原因是在棗果打漿過程中，蔗糖這種雙糖物質溶于水后分解成葡萄糖和果糖，在干燥處理前加入助干劑（麥芽糊精）起到了降糖作用?？偟膩碚f，果糖含量＞葡萄糖含量＞蔗糖含量，蔗糖含量最低，這可能是由于棗果在預處理時使用檸檬酸鈉溶液護色，使得蔗糖分解造成含量最低。

2.4 不同干燥方式對棗粉抗氧化能力的影響

不同干燥方式對棗粉抗氧化能力的影響見表4。

表4 不同干燥方式對棗粉抗氧化能力的影響Table 4 Effects of different drying methods on the antioxidant capacity of jujube powder

由表4 可知，不同干燥方式制備出的棗粉抗氧化能力差異明顯。DPPH 自由基清除能力依次為4 mg/mL VC對照＞VFD＞TSD＞SD＞HAD。羥基自由基清除能力依次為VFD＞TSD＞HAD＞SD＞4 mg/mL VC對照。VFD棗粉DPPH 自由基清除能力最強，為86.44%，與對照組DPPH 自由基清除能力接近，羥基自由基清除能力最強，為85.00%，結合前面測定的棗粉中抗氧化物質（總黃酮、總皂苷）也可以得知，VFD 最大程度地保留了棗粉的抗氧化活性。在干燥過程中，強烈的高溫以及長時間的熱處理通常會導致抗氧化活性成分的降解，進而導致抗氧化能力的嚴重損失[24]，TSD 經過高溫處理后，其DPPH 自由基清除能力及羥基自由基清除能力均低于VFD。HAD 與SD 棗粉的抗氧化能力較弱，主要是由于HAD 屬于高溫長時干燥，高氧和高氣流環(huán)境易造成棗粉抗氧化物質的降解。

2.5 主成分分析

主成分分析是一種多變量統(tǒng)計分析技術[30]。通過確定主成分來代表樣本中多復雜變量，根據主成分在不同樣本中的貢獻率來評估樣本之間的規(guī)律性和差異，結果如表5 和圖1所示。

圖1 碎石圖Fig.1 Scree plot

表5 主成分的特征值和方差貢獻率Table 5 Eigenvalues and variance contribution of principal components

由表5 可知，選取特征值大于1 作為主成分，得到3 個主成分，分別描述了50.125%、34.802%和15.073%的方差貢獻率，前3 個主成分累計方差貢獻率達100.000%，可以代表樣品的全部信息。由圖1 可知，提取的3 個主成分可代表不同干燥方式棗粉的19 個理化指標的全部信息。

主成分載荷矩陣不同干燥方式對棗粉物理性質的影響見表6 和圖2。

圖2 載荷圖Fig.2 Loading plot

表6 主成分載荷矩陣Table 6 Loading matrix of principal components

由表6 及圖2 可知，主成分1 中總皂苷、總黃酮、W值、L*值、a*值、總三萜、VC等指標具有較大載荷，主成分2 中溶解度、水溶性、復水性等指標具有較大載荷，主成分3 中b*值具有較大載荷。

根據主成分載荷、特征值及方差貢獻率得到綜合得分函數，計算不同干燥方式棗粉的綜合得分并進行排序，結果見表7。

表7 不同干燥方式棗粉的主成分得分及排序Table 7 Principal component scores and ranking of jujube powder prepared with different drying methods

綜合得分函數為F= 0.501 25F1+ 0.348 02F2+0.150 73F3。排序越靠前表明棗粉品質就越高，當F＞0時，表明棗粉品質高于平均水平；當F＜0 時，表明棗粉品質低于平均水平[16]。由表7 可知，不同干燥方式棗粉的主成分綜合得分結果為VFD＞HAD＞SD＞TSD。

2.6 聚類分析

以不同干燥方式棗粉的理化指標為變量，采用組間連接、平方歐氏距離進行聚類分析[31]，結果見圖3。

圖3 不同干燥方式聚類分析樹狀圖Fig.3 Dendrogram of different drying methods

由圖3 可知，當平方歐氏距離選為15 或20 時，可將4 種干燥方式棗粉聚成兩類，HAD、SD、TSD 聚為第一類，表明這3 種干燥方式粉體學性質趨于一致。VFD 處理棗果可以最大程度保留原有的外觀與營養(yǎng)成分，因此VFD 單獨聚為第二類，這說明VFD 與其他3 種干燥方式存在明顯差異。

3 結論

本研究結果表明，不同干燥方式棗粉的色澤、物理性質、營養(yǎng)成分和抗氧化能力均存在明顯差異。VFD棗粉的色澤、營養(yǎng)成分及抗氧化能力最強，TSD 棗粉物理性質最佳。主成分分析綜合得分中VFD 排名第一；聚類分析中，VFD 與其他3 種干燥方式存在顯著差異。綜上所述，從色澤、物理性質、營養(yǎng)成分及抗氧化能力上來看，VFD 法為制備白熟期棗粉的最佳干燥方式，但在實際生產中，VFD 法成本較高，因此VFD 法更適合制備高附加值產品，所制備棗粉具有更高的經濟價值。HAD 所需成本相對較低且操作簡單，適合大規(guī)模生產實踐中應用。