噴霧干燥法制備藍靛果花色苷粉末工藝

黃延年，劉 嬋，馮 波，王超智，林 藝，馬鳳鳴

（東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040）

噴霧干燥法制備藍靛果花色苷粉末工藝

黃延年，劉 嬋，馮 波，王超智，林 藝，馬鳳鳴*

（東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040）

以藍靛果為原料，提取其中的花色苷，再采用噴霧干燥法制備花色苷粉末。以花色苷粉末含水量、降解率為指標，進料濃度、進料流量和進風(fēng)溫度為影響因素進行單因素干燥工藝研究，并在單因素基礎(chǔ)上，以含水量為指標進行正交實驗研究，得出最佳工藝條件。在此基礎(chǔ)上，以花色苷粉末含水量、花色苷降解率、抗氧化性為指標，對噴霧干燥和真空冷凍干燥工藝進行對比實驗研究。結(jié)果表明，噴霧干燥最佳工藝條件為：進風(fēng)溫度160℃、進料流量18mL/min、進料濃度18%，在該條件下花色苷粉末中花色苷降解率為15.21%、含水量為3.98%、ABTS+自由基清除率為49%。以上結(jié)果與真空冷凍干燥相比，花色苷粉末降解率相差4.98%，含水量相差1.23%，ABTS+自由基清除率相差21%。因此，噴霧干燥法用于花色苷粉末制備工藝是可行的。

花色苷，噴霧干燥，抗氧化，干燥

藍靛果是一種藍黑色漿果，含有豐富的天然綠色無毒的花色苷色素，是天然色素的良好來源。馬自超[1]鑒定了藍靛果色素中主要成分是花青定-3-葡萄糖，其他少量成分是花青定-3，5-雙葡萄糖，花青定-3-蕓香糖、花青定-3-龍膽二糖、芍藥定-3-葡萄糖；花色苷是一類具有苯并吡喃結(jié)構(gòu)的類黃酮化合物，具有預(yù)防心臟病、抗大腦炎癥、抗癌、延緩衰老、抗輻射、清除自由基、抗氧化等多種功效[2-4]。

目前花色苷干燥方法主要采取凍干工藝，對保留其結(jié)構(gòu)性質(zhì)有重要作用，并且對花色苷這類熱敏性物質(zhì)特別適用，但是凍干工藝存在設(shè)備要求高、干燥速率低、干燥周期長，要進行連續(xù)化生產(chǎn)要求投資高等缺點；而噴霧干燥工藝簡單、生產(chǎn)成本低、工作效率高，能夠大大延長保質(zhì)期且制品顆粒度小而均勻，有很好的分散性和速溶性[5-7]。

因此，本文采用噴霧干燥法制備花色苷粉末，以花色苷粉末含水量、降解率為指標，進料濃度、進料流量和進風(fēng)溫度為影響因素進行干燥工藝研究，并在單因素基礎(chǔ)上進行正交實驗研究，得出最佳工藝條件，并與真空冷凍干燥工藝進行干燥工藝對花色苷物理化學(xué)性質(zhì)影響的對比實驗研究，研究該技術(shù)在花色苷生產(chǎn)中的可行性，從而為花色苷生產(chǎn)開發(fā)一種新型的干燥加工方法提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藍靛果 市售；無水乙醇、鹽酸、ABTS試劑、無水甲醇、鐵氰化鉀、氯化鐵等試劑 均為國產(chǎn)分析純。

JYL-C020型九陽打漿機 山東九陽小家電有限公司；KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；RE-5205型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；TDL-40B-W型離心機 湖南星科科學(xué)儀器有限公司；ALC-310.3型電子天平 北京賽多利斯；GZX-9240ME/3240ME型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊；SR-5型噴霧干燥機 無錫市東宇勝機械制造有限公司；722型-分光光度計 上海光譜等。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 藍靛果→破碎→超聲波提取→真空低溫濃縮→噴霧干燥→花色苷粉末。

1.2.2 藍靛果處理 采用打漿機對藍靛果分批進行打漿處理，打漿時間0.5min，打漿機的轉(zhuǎn)速為18000r/min，使細胞內(nèi)的色素類物質(zhì)充分溶出，將預(yù)處理的提取液和濾渣，按料液比1∶3加入60%酸化的乙醇溶液（含0.1%HCl）中，用超聲波萃取30min，超聲波頻率為40kHz，然后過濾，得到花色苷粗提液，將獲得的花色苷粗提液在4000r/min離心10min后真空抽濾，得到花色苷溶液，將其在40℃下真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，得到花色苷濃縮液，低溫避光儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3 噴霧干燥單因素實驗 以花色苷粉末含水量、降解率為指標，進料濃度、進料流量、進風(fēng)溫度為影響因素進行單因素實驗。

1.2.3.1 進料濃度的選擇 控制進料流量16mL/min、進風(fēng)溫度150℃、進料濃度分別為10%、15%、20%、25%、30%，進行進料濃度單因素實驗研究。

1.2.3.2 進料流量的選擇 控制進風(fēng)溫度為150℃、進料濃度15%、進料流量分別為12、15、18、21、24mL/min，進行進料流量單因素實驗研究。

1.2.3.3 進風(fēng)溫度的選擇 控制進料濃度15%，流量16mL/min、進風(fēng)溫度分別為140、150、160、170、180℃，進行進風(fēng)溫度單因素實驗研究。

1.2.4 噴霧干燥工藝優(yōu)化 以進料濃度、進口溫度、進料流量為影響因素，花色苷粉末含水量為指標，選擇L9（34）正交實驗對工藝參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，因素水平表見表1。

表1 L9（34）正交實驗選用因素及水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.2.5 真空冷凍干燥制備花色苷粉末 將花色苷濃縮液在低溫冷凍箱中進行冷凍處理22h，冷凍溫度為-40℃，然后在真空壓90Pa、加熱板溫度60℃、冷阱溫度設(shè)為-50℃的條件下進行真空冷凍干燥[8]。

1.3 噴霧干燥后花色苷粉末的指標測定

1.3.1 花色苷降解率的測定

1.3.1.1 花色苷含量的測定 參考文獻[9-10]。

pH4.5的緩沖液的制備：準確稱取1.64g乙酸鈉用蒸餾水定容100mL，用鹽酸調(diào)pH（4.5±0.1）。

pH1.0的緩沖液的制備：準確稱取1.49gKCl用蒸餾水定容至100mL。準確量取1.7mL鹽酸用蒸餾水定容至100mL，配制成0.2moL/L鹽酸溶液，將KCl溶液與鹽酸溶液以25∶67的比例混合。用KCl溶液調(diào)pH（1.0±0.1）。

將0.03g花色苷粉末溶于10mL蒸餾水中，配成花色苷溶液，分別移取2份2mL花色苷溶液，分別用pH1.0和pH4.5的緩沖溶液定容至50mL，在所選擇的測定波長[9]下測定吸光值，每隔30min測定一次吸光值，直至穩(wěn)定，根據(jù)穩(wěn)定的吸光值測定花色苷的含量。

花色苷含量（%，w/w）＝（A/εL）×MW×DF×V/Wt×1000

式中：A—吸光度，ApH1.0～ApH4.5；ε—矢車菊花素－3－葡萄糖苷的消光系數(shù)，26900；L—光程，1cm；MW—矢車菊花素-3-葡萄糖苷的分子量，449.2；DF—稀釋因子；V—最終體積，mL；Wt—產(chǎn)品重量，mg。1.3.1.2 花色苷降解率的計算 參考文獻[11]：

式中：C1—原溶液中花色苷含量（mg/mL）；C2—干燥后的花色苷含量（mg/mL）。

1.3.2 含水量的測定 稱取花色苷粉末0.5g于小燒杯中，放入溫度為60℃的干燥箱中，每隔30min，將花色苷放在干燥器中冷卻后稱量，直至兩次稱重差值小于等于2mg[7]。

花色苷粉末含水量（%）=（M1/M2）×100

式中：M1-花色苷粉末干燥前的質(zhì)量（g），M2-花色苷粉末干燥后質(zhì)量（g）。

1.3.3 抗氧化指標測定[9]采用ABTS+自由基清除能力衡量抗氧化性，測定方法為[12-13]：用2.6mmol/mL過硫酸鉀溶液溶解ABTS+甲醇溶液，配制成7.4mmol/mL ABTS+儲備液，室溫避光靜置12～24h后4℃保藏。現(xiàn)用時取1mL儲備液用甲醇稀釋54.7倍，在734nm吸光值為0.700±0.020，甲醇調(diào)零。在試管中加入2.850mL ABTS+測定液及0.150樣品溶液，混合均勻在室溫避光放置2h，于734nm波長下用甲醇調(diào)零，并測定吸光值A(chǔ)1；將ABTS+測定液用等體積的蒸餾水代替，其他操作相同，測定吸光值A(chǔ)2；將樣品溶液用等體積甲醇溶液代替，其他操作相同，測定吸光值A(chǔ)0。ABTS+自由基清除率（%）＝[1－（A1－A2）/A0]×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個實驗三次重復(fù)，數(shù)據(jù)以平均值±標準誤差顯示，數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行分析處理并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 進料濃度的選擇

由圖1可知，當(dāng)進料濃度在10%～15%時，花色苷粉末含水量隨濃度升高而降低；進料濃度達到15%時，花色苷粉末含水量為3.52%，此時料液流動性好，霧化效果較好，料液在干燥室內(nèi)被充分干燥，因此，含水量較低；當(dāng)進料濃度在15%～20%時，花色苷含水量隨著濃度的升高而上升；當(dāng)大于20%時，含水量有所下降。

花色苷降解率隨著進料濃度的升高先降低再上升，當(dāng)進料濃度在10%～15%時，花色苷降解率下降非常明顯，當(dāng)進料濃度為15%時，花色苷降解率為13.8%；當(dāng)進料濃度大于15%時，花色苷降解率迅速上升。當(dāng)進料濃度為15%時，花色苷粉末降解率和含水量均達到最低值，因此選擇進料濃度為15%。

圖1 進料濃度對花色苷粉末含水量和花色苷降解率的影響Fig.1 Anthocyanins powder feed concentration on water content and the influence of the anthocyanins degradation rate

2.2 進料流量的選擇

由圖2可知，花色苷粉末的含水量隨進料流量增大而逐漸增大，當(dāng)進料流量大于18mL/min時，含水量明顯增加，此時含水量為4.21%。花色苷降解率隨進料流量增大迅速下降，當(dāng)進料流量為18mL/min時，花色苷的降解率低達14.78%，之后隨進料流量增大而增大。綜合花色苷粉末降解率和含水量，選擇進料流量為18mL/min。

圖2 進料流量對花色苷粉末含水量和花色苷降解率的影響Fig.2 Anthocyanins powder feed flow rate on water content and the influence of the anthocyanins degradation rate

2.3 進風(fēng)溫度的選擇

由圖3可知，含水量隨進風(fēng)溫度升高呈下降趨勢，當(dāng)進風(fēng)溫度為150、180℃時，含水量為3.91%、3.02%。花色苷降解率隨進風(fēng)溫度升高呈先下降后升高趨勢，當(dāng)進風(fēng)溫度為150℃時，花色苷的降解率最低為23.8%；當(dāng)進風(fēng)溫度大于150℃時，花色苷降解率呈上升趨勢；當(dāng)進風(fēng)溫度為180℃時，花色苷降解率為31.20%。綜合花色苷粉末降解率和含水量，選擇進風(fēng)溫度為150℃。

2.4 正交實驗結(jié)果

正交實驗結(jié)果與方差分析如表2、表3所示。

由表2、表3可知，各影響因素對花色苷粉末含水量影響順序為：進料流量＞進風(fēng)溫度＞進料濃度，且對花色苷粉末含水量的影響均顯著（p＜0.05）。噴霧干燥工藝最優(yōu)組合條件為A3B2C3，即進料濃度為18%、進料流量為18mL/min、進風(fēng)溫度為160℃。

圖3 進風(fēng)溫度對花色苷粉末含水量和花色苷降解率的影響Fig.3 The anthocyanins powder inlet air temperature on the moisture content and the influence of the anthocyanins degradation rate

表2 花色苷提取液噴霧干燥正交實驗設(shè)計與結(jié)果Table 2 Anthocyanins extracted liquid spray drying orthogonal experimental design and results

表3 方差分析結(jié)果Table 3 The results of variance analysis

2.4.2 驗證實驗 以上述正交實驗的最優(yōu)組合為工藝參數(shù)進行驗證實驗，得到花色苷粉末噴霧干燥的含水量為3.98%，小于正交實驗中任意一組含水量，進一步證明了該最優(yōu)工藝穩(wěn)定可行。

2.5 噴霧干燥與凍干工藝比較

由表4可知，噴霧干燥法和真空冷凍干燥法制備所得花色苷粉末含水量分別為3.98%和5.21%、降解率分別為15.21%和10.23%、ABTS+自由基清除率分別為49%和70%。噴霧干燥法較真空冷凍干燥法制備的花色苷粉末降解率有所升高，而ABTS+·清除率和含水量下降，但是相差不大，因此，噴霧干燥法制備花色苷粉末是可行的。

表4 噴霧干燥與凍干工藝比較Table 4 Spray drying and freeze-drying process

3 結(jié)論

噴霧干燥制備藍靛果花色苷的最佳工藝參數(shù)為：進料濃度為18%、進口溫度為160℃、進料流量為18mL/min，在最佳工藝條件下得到的花色苷粉末含水量為3.98%、降解率為15.21%、ABTS+自由基清除率為49%。與真空冷凍干燥對比，噴霧干燥得到的花色苷粉末含水量、ABTS+·清除率較低，但相差較小；但是花色苷降解率較高，因此噴霧干燥法制備花色苷粉末工藝是可行的。

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Spray drying of indigo fruit anthocyanins powder prepared by the process

HUANG Yan-nian，LIU Chan，F(xiàn)ENG Bo，WANG Chao-zhi，LIN Yi，MA Feng-ming*
（School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China）

Edulis as raw material，prepared by spray drying anthocyanin powder.Anthocyanin powder in water content，degradation rate indicators，feed concentration，feed flow rate and inlet air temperature for the study of the single factor effected on drying process.And the single factor，based on a moisture content of indicators orthogonal experiment，optimum conditions.And on this basis to anthocyanin powder moisture content，the degradation rate of anthocyanins，antioxidant activity as an indicator study compared anthocyanins spray and vacuum freeze-drying process.Results showed that the best process conditions for spray drying were as followed：inlet air temperature 160℃，feed flow rate 18mL/min，feed concentration of 18%，under this condition，the powder anthocyanin degradation rate of 15.21%anthocyanins，a water content of 3.98%，ABTS+radical scavenging rate of 49%.Vacuum freeze-drying process similar effect，wherein the degradation rate of anthocyanin powder would plug 4.98%，moisture content difference 1.23%，ABTS+radical scavenging difference 21%.Therefore，the spray drying method being used anthocyanin powder preparation technology was feasible.

anthocyanins；spray drying；antioxidant；dry

TS243.4

B

1002-0306（2014）08-286-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.08.056

2013－06－04 *通訊聯(lián)系人

黃延年（1991-），女，大學(xué)本科，研究方向：物理技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用。

大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目。