干燥方式和溫度對草莓果粉性質及多酚含量的影響

程安瑋,解紅霞,齊 巖,王月明,孫金月,郭 溆,劉 超

(山東省農業科學院農產品研究所/山東省農產品精深加工技術重點實驗室，山東濟南 250100)

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干燥方式和溫度對草莓果粉性質及多酚含量的影響

程安瑋,解紅霞,齊 巖,王月明,孫金月*,郭 溆,劉 超

(山東省農業科學院農產品研究所/山東省農產品精深加工技術重點實驗室，山東濟南 250100)

本文主要研究了冷凍干燥、熱風干燥、真空干燥方式及干燥溫度對草莓果粉性質及多酚含量的影響。用50%甲醇和70%丙酮兩步法提取可萃取多酚(EPP);甲醇/H2SO4水解殘渣獲得不可萃取多酚(NEPP)。Folin-phenol試劑法測定多酚的含量;用色差計測定草莓果粉的L*、a*、b*值;在665 nm處測定其上清液的透光率。結果表明冷凍干燥草莓果粉的EPP和原花青素含量最高,隨著干燥溫度的升高,草莓果粉中EPP的含量降低,而干燥溫度對NEPP的含量影響與EPP相反,各處理中TPP的含量變化不顯著。干燥方式和溫度對草莓果粉的溶解指數影響不明顯。干燥溫度升高,果粉上清液的透光率以及草莓果粉的L*、a*和b*值明顯降低。總之,冷凍干燥方式可很好地保留草莓中EPP和原花青素含量以及原料本身的色澤。

草莓,干燥方式,多酚,特性

Key Laboratory of Agro-Products Processing Technology of Shandong,Jinan 250100,China)

草莓屬多年生草本植物,是世界七大水果之一[1]。我國草莓種植面積較大,但是草莓加工產業發展較慢,產品主要以速凍果的形式出口海外市場,從長遠發展來看,應該增加草毒加工產品,延長產業鏈條,提升其附加值[2]。草莓由于含水量高,外皮脆弱易擠壓,非常容易腐爛。將新鮮的果蔬干燥成粉,使其含水量降到6%以下可達到長期保存的目的。王偉對草莓粉的冷凍干燥工藝以及儲藏過程中的穩定性進行了研究[3]。干燥的草莓果粉可作為固體飲料,保留了新鮮草莓多粉風味,或作為食品調配料用于方便、休閑食品等,可改善制品的營養結構,并使色、香、味于一體。在嬰幼兒等人群食物中添加草莓粉,可以提高食欲,均衡膳食。多酚是指分子結構中有若干個酚性羥基植物成分的總稱,根據其結合和萃取方法的不同,可分為可萃取多酚(EPP)和不可萃取多酚(NEPP)。可萃取多酚(EPP)主要是指通過有機溶劑萃取的游離狀態多酚,而不可萃取多酚(NEPP)主要是指結合于細胞壁上的一些水合單寧酸和原花青素[4-5]。總多酚(TPP)是指EPP和NEPP的加和[4]。Arranz等研究證明NEPP可用酸加熱法,將其從細胞壁分離出來[4]。Madhujith等采用堿水解的方法研究了大麥中的EPP和NEPP[6]。本文主要采用真空冷凍,不同溫度的熱風干燥和真空熱干燥方式,研究干燥方式對草莓中EPP、NEPP、TPP以及原花青素含量的影響,并結合草莓果粉體色差以及溶解指數、清液透光率幾個指標選出合適的干燥方式,延長其貯藏期,以期為草莓加工業的發展提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試草莓品種 為4月份從市場購買的新鮮天寶,產地為山東省濟南市章丘。

JM-80型膠體磨 北京廊坊通用機械廠;組織勻漿機 飛利浦公司;FD-1C-50型冷凍干燥機 北京博醫康實驗儀器有限公司;RF-5301PC型可見分光光度計 日本島津公司;DHG-92435-Ш型電熱恒溫熱風干燥箱 上海新苗醫療器械制造有限公司;SHZ-D(Ш)型循環水式真空泵 河南省予華儀器有限公司;D2F-6050型真空干燥箱 精宏實驗設備有限公司;SB25-12DTD型超聲波清洗機 寧波新芝生物科技有限公司;DK-S24型點電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司;SC-80C型全自動色差計 北京康光光學儀器有限公司。

2N福林試劑(Folin reagent)和標準品沒食子酸(gallic acid) 來自Sigma公司;Na2CO3、HCl、甲醇、丙酮、丁醇、H2SO4均為分析純 來自上海國藥集團化學試劑公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 草莓果粉的制備 將草莓切小塊均質打漿,分別采用60、90、120 ℃熱風干燥,60、90、120 ℃真空干燥及冷凍干燥的不同方法對草莓漿進行干燥成粉,使含水量為5%(濕基比),即得到不同干燥方式的草莓果粉。

1.2.2 草莓可萃取多酚(EPP)的制備 稱取500 mg干燥的草莓果粉放于50 mL的離心管中,向離心管中加入40 mL的甲醇/水(50/50,v/v)溶液,常溫400 W下超聲提取1 h,然后3000 r/min離心15 min,取出上清液,剩余的殘渣繼續加40 mL的丙酮/水(70/30,v/v)溶液,常溫400 W下超聲提取1 h,然后3000 r/min離心15 min,收集上清液,分別測定兩上清液中可萃取多酚的含量,兩者相加即為總可萃取多酚的含量[7]。

1.2.3 原花青素的制備與測定 可萃取多酚提取后的草莓殘渣,并向離心管中加入40 mL鹽酸/丁醇(5/95,v/v)溶劑,于100 ℃沸水中水浴3 h,然后2500 r/min離心15 min,取出全部上清液于50 mL容量瓶中,定容到50 mL,測定555 nm處的吸光度值[7]。

1.2.4 不可萃取多酚(NEPP)的制備 可萃取多酚提取后的剩余殘渣,加入10 mL甲醇/H2SO4(90/10,v/v),于85 ℃水浴鍋中水浴20 h,然后2500 r/min離心15 min,測定上清液中NEPP的含量[4]。

1.2.5 溶解指數的測定 稱取400 mg的草莓果粉于離心管中,加入40 mL的蒸餾水,高速攪拌5 min后,再超聲10 min,然后3000 r/min離心5 min,分離上清液和殘渣,然后將殘渣于105 ℃烘干,稱重,計算溶解指數。上清液用于色差和透光率的測定。

針對以上因素導致的路面塵土污染，施工單位、綠化部門應在作業期間，按照規范作業，作業后將路面恢復到原狀或加強與道路清掃管理部門的溝通，由作業部門加強道路清掃，盡快將路面污染恢復到作業前的狀況。交通部門在設置隔離護欄時應加強與道路清掃管理部門的溝通，合理設置護欄，盡量降低設置護欄對道路清掃的影響。

1.2.6 草莓果粉及其上清液的色差測定 用色差計分別測定干燥的草莓果粉的L*、a*、b*值。

1.2.7 透光度的測定 運用1.4.5中的上清液,用分光光度計在665 nm處測定其透光率。

1.2.8 多酚含量的測定 采用福林-酚法測定多酚含量[8]。取100 μL草莓多酚提取液,加2 mL蒸餾水和200 μL福林-酚試劑混勻,放置3 min,后加900 μL 20%的Na2CO3,混勻,在暗處放2 h,測定765 nm處的吸光度值。以沒食子酸為標準物,根據標準曲線(y=0.003x+0.029,R2=0.9992)計算多酚含量。

1.3 統計分析

所有測定指標做3份平行處理,數據結果用均值±標準差表示,用SPSS 17.0對數據進行多重比較。

表1 不同干燥方式和溫度對草莓中EPP和NEPP含量的影響

Table 1 Effect of drying method and temperature on the EPP and NEPP contents in strawberries

干燥方式EPP(mg/gDW)NEPP(mg/gDW)TPP(mg/gDW)冷凍干燥2011±035a498±019ab2509±041a熱風干燥60℃1880±102ab549±037b2429±093a90℃1533±065ce794±049d2319±056a120℃1354±072e890±070e2244±071a真空干燥60℃1928±106a432±042a2360±098a90℃1766±086abc553±015b2319±068a120℃1603±193abc679±029c2282±112a

注:同個指標相同字母表示無顯著差異性(p>0.05),字母完全不同表示差異性顯著(p<0.05),表2～表4同。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式和溫度對草莓中EPP和NEPP含量的影響

將天寶草莓打漿后采用不同的干燥方式干燥成粉,研究不同干燥方式對草莓果粉中EPP、NEPP及TPP的影響。由表1可知,在冷凍干燥、熱風干燥和真空干燥三種方式下草莓果粉中EPP含量都存在顯著性差異(p<0.05)。熱風干燥實驗組中,隨著干燥溫度的升高,EPP的含量呈明顯降低(p<0.05),真空干燥組也表現出降低的趨勢,但真空各組之間沒有明顯的差異(p>0.05)。從降低幅度來看,熱風干燥處理組EPP含量隨著溫度的升高降低趨勢更加明顯。說明相同的加熱溫度,與空氣長時間接觸更容易降低EPP的含量。從數值上看,冷凍干燥處理組中EPP的含量最高為(20.11±0.35) mg/g DW。

表2 不同干燥方式和溫度對草莓中原花青素含量的影響

Table 2 Effect of drying method and temperature on the proanthocyanidin contents in strawberries

干燥方式冷凍干燥熱風干燥真空干燥60℃90℃120℃60℃90℃120℃原花青素(mg/gDW)109±008e071±002bc060±004cd052±014d092±010a084±015ab081±006ab

草莓提取EPP后的殘渣,用甲醇/H2SO4加熱水解得到NEPP,并測定其含量,見表1。結果表明,在冷凍干燥、熱風干燥和真空干燥三種方式下,草莓中NEPP含量存在顯著性差異(p<0.05),處理組中NEPP的變化趨勢與EPP的變化趨勢相反,熱風和真空干燥處理組中,隨著干燥溫度的升高,EPP呈降低趨勢,而NEPP呈上升趨勢。草莓中NEPP的含量遠低于EPP的含量,最高含量只有(8.90±0.70) mg/g DW。

將EPP和NEPP相加,得到TPP的含量。從得到的數據看,冷凍干燥、熱風干燥、真空干燥三種方式及不同的干燥溫度對TPP的含量沒有顯著性影響(p>0.05),數值在22.44～25.09 mg/g DW范圍內,這說明了不同的干燥方式及溫度對總多酚的含量影響不大,但會影響其中EPP或NEPP的含量。從草莓果粉中EPP和TPP的含量來看,冷凍干燥方式最好。原因是高溫加熱過程中,物質分子結構處于活躍狀態,分子間發生劇烈的碰撞變化,再水分干燥過程中,成分含量發生變化。而真空冷凍干燥過程中,真空度和升華溫度在在零水平附近,對原料的結構特性不會發生劇烈的變化,因此有效成分的含量影響相對較小[9]。

2.2 不同干燥方式和溫度對草莓中原花青素含量的影響

將提取EPP后的殘渣烘干,用HCl/丁醇加熱水解得到原花青素,并測定其含量。由表2可知,在冷凍干燥、熱風干燥、和真空干燥三種方式下草莓果粉中原花青素含量存在顯著性差異,冷凍干燥方式草莓果粉中原花青素含量最高為(1.09±0.08) mg/g DW。在熱風干燥組中,隨著干燥溫度的升高,原花青素的含量呈降低趨勢。在真空干燥組中,干燥溫度對原花青素含量沒有顯著性影響(p>0.05)。但真空干燥組原花青素的含量明顯高于熱風干燥組,而且二者存在顯著性差異(p<0.05)。從草莓果粉中原花青素的含量來看,冷凍干燥方式的保持率最好,原因同對多酚的影響。

2.3 不同干燥方式和溫度對草莓果粉溶解指數和透光率的影響

由表3可知,在冷凍干燥、熱風干燥、和真空干燥三種干燥方式下草莓果粉溶解指數不存在顯著性差異(p>0.05)。在熱風干燥組中,干燥溫度對草莓果粉溶解指數沒有明顯的影響,但有下升的趨勢。在真空干燥組中,干燥溫度對草莓果粉溶解指數影響不顯著,但也有下降的趨勢。120 ℃的熱風高溫處理組相比冷凍干燥組,其溶解指數明顯降低。

表3 不同干燥方式和溫度對草莓果粉溶解指數和透光率的影響

Table 3 Effect of drying method and temperature on the solubility index and transmittance in strawberries

干燥方式溶解指數T(透光率)冷凍干燥083±001a074±003c熱風干燥60℃078±025ab085±001b90℃077±003ab074±003c120℃063±004b059±002e真空干燥60℃089±003a097±0a90℃082±002ab069±002d120℃074±002ab051±002f

草莓溶解后的上清液,在665 nm測定其透光率。結果表明,在冷凍干燥、熱風干燥、和真空干燥三種方式下草莓果粉透光度有顯著性差異(p<0.05)。在熱風干燥組中,升高干燥溫度,草莓果粉上清液的透光率呈下降趨勢,真空干燥組也呈現同樣的趨勢。冷凍干燥方式草莓果粉上清液的透光率與熱風干燥組和真空干燥組相比沒有明顯的優勢,三組的透光率介于0.51～0.97之間,其中真空60 ℃干燥的草莓果粉清液透光率最大,達到0.97。分析來看,溶解指數和透光率隨著溫度的升高基本上呈現相同的變化趨勢。

2.4 不同干燥方式和溫度對草莓果粉色差的影響

L*值表示測定樣品的亮暗,值越大表示越亮,值越小表示越暗。a*值表示測定樣品的紅綠值,值越大顏色越紅,值越小顏色偏向綠色。b*值表示測定樣品的黃藍值,值越大顏色越黃,值越小偏向于藍色。不同干燥方法、干燥溫度、干燥時間、貯藏方式、貯藏溫度和時間等對草莓果粉的色澤及其溶液液的色度值都有一定的影響,相對來說紅色度(a*值)對熱和氧的破壞耐受性更強[15]。

由表4可知,采用冷凍干燥、熱風干燥和真空干燥三種方式對草莓果粉色差具有明顯的影響(p<0.05),改變干燥溫度可以明顯改變草莓果粉的L*、a*和b*。熱風干燥和真空干燥組中,隨著干燥溫度的升高,草莓果粉L*值明顯降低,表明低溫更容易保持粉體的色澤明亮。冷凍干燥草莓果粉的a*值最高,隨著干燥溫度的升高,a*值呈降低的趨勢,說明較低的干燥溫度有利于花青素成分的保持,較大程度上保留了原料本身的紅色,干燥溫度升高,草莓果粉中紅色素耐受性下降,色澤由紅色也逐漸變淡。隨著干燥溫度的升高,草莓果粉的b*值有降低的趨勢。在各處理組中冷凍干燥果粉的b*值最低。綜合表4,冷凍干燥方式可以保持草莓原有的色澤。范雯謖等也研究證明低于60 ℃的熱風干燥,隨著溫度的升高,a*值逐漸降低,b*值呈上升趨勢[14],與本實驗的結果在a*值變化趨勢上是一致的。冷凍干燥方式由于溫度低,對產品中有效成分及風味化合物產生的影響較小。實驗結果中冷凍干燥草莓果粉的色澤保持較好,原因是水分子直接通過升華過程逐漸由表面向外移出,不破壞組織結構,較好保持了色澤和營養成分[16];同時,由于低溫、真空條件下,干燥過程中酶褐變和非酶褐變的程度都很低,所以冷凍干燥產品幾乎保持了原來的色澤[17]。熱風干燥過程中則由于水分和酶的作用、氧化和較高溫度引起的酶褐變、氧化性褐變、熱對色素的分解等導致樣品色澤變化較大,發生典型的美拉德反應[18]。

表4 不同干燥方式和溫度對草莓果粉色差的影響

Table 4 Effect of drying method and temperature on the color of strawberry powder

干燥方式L?a?b?冷凍干燥4816±014b3127±049a1083±066d熱風干燥60℃5719±029a2094±106b2475±031ab90℃4786±004b1349±072c2419±032b120℃4291±016d1238±065c2204±133c真空干燥60℃4884±027b1316±099c2582±105ac90℃4639±013c1264±083c2224±036c120℃4312±027d1171±162c2075±146c

3 結論

冷凍干燥、熱風干燥、真空干燥方式及干燥溫度對草莓中EPP、NEPP及原花青素的含量具有明顯的影響。冷凍干燥方式中EPP和原花青素的含量最高,隨著干燥溫度的升高,EPP的含量明顯降低。NEPP的變化趨勢與EPP的相反。各處理組中TPP的含量變化不明顯。冷凍干燥和60 ℃低溫干燥方式中果粉的溶解指數較高,隨著干燥溫度的升高,溶解指數降低,干燥溫度越低透光率越高。隨著干燥溫度的升高,草莓果粉的L*值呈下降趨勢。冷凍干燥草莓果粉的a*值最大,a*值隨著干燥溫度的升高而降低。冷凍干燥果粉b*值最小,經過熱風和真空干燥,果粉b*明顯升高,說明冷凍干燥方式可以保持草莓原有的色澤。總之,冷凍干燥方式可以較好的保持草莓果粉中的多酚、原花青素含量,并且果粉的色澤和亮度也保持的較好。

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Effect of drying method and temperature on powder characteristics and polyphenol content of Strawberries

CHENG An-wei,XIE Hong-xia,QI Yan,WANG Yue-ming,SUN Jin-yue*,GUO Xu,LIU Chao

(Institute of Agro-Food Science and Technology,Shandong Academy of Agricultural Science;

Theeffectofthefreeze-drying,blast-drying,vacuum-dryinganddryingtemperatureonpowdercharacteristicsandpolyphenolcontentofstrawberrieswasstudiedinthispaper.Extractablepolyphenols(EPP)wereobtainedwith50%methanoland70%acetone,andnon-extractablepolyphenols(NEPP)werehydrolyzedbymethanol/H2SO4.PolyphenolcontentwasdeterminedbytheFolin-phenolreagentmethod.ThevaluesofL*,a*,b*ofthestrawberrypowderweremeasuredbyusingacolormeter.Andthetransmittanceofthesupernatantwasobservedat665nm.TheresultsshowedthatthehighestyieldsofEPPandproanthocyaninswereobtainedinthefreeze-diredstrawberry,andEPPinthestrawberrypowderwassignificantlydecreasedwiththeincreasingofdryingtemperatureandtheNEPPshowedtheoppositetrend.ButtherewasnosignificanteffectofthedryingtreatmentontheTPPyield.Therewasnoobviouschangeofindexofthestrawberrypowderamongdifferentdryingmethodandtemperature.Butthetransmittanceofthesupernatant,thevaluesofL*,a*andb*ofstrawberrypowderdecreasedwiththeincreasingofthedryingtemperature.Inall,freeze-driedretainedtheEPPandoriginalcolorinstrawberries.

Strawberry;dryingmethod;polyphenols;characteristics

2015-12-10

程安瑋(1975-)，女，博士，副研究員，研究方向：活性物質的提取及功能性研究，E-mail：anweich@126.com。

*通訊作者:孫金月(1967-)，男，博士，研究員，研究方向：活性物質及功能食品，E-mail：moon_s731@hotmail.com。

公益性行業(農業)科研專項經費(201303073-2);山東省農業科學院青年英才培養計劃專項資金聯合資助。

TS255

A

1002-0306(2016)19-0132-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.017