粉碎和干燥方法對藍莓渣營養成分和生理活性物質的影響

夏秀東， 王 英， 劉小莉， 李 瑩， 單成俊， 周劍忠

(江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京 210014)

藍莓果肉細膩，風味獨特，含有豐富的糖類、氨基酸、蛋白質等營養物質及花色苷、酚類、黃酮等功能性物質，其營養與保健價值遠高于其他水果，常被譽為“世界漿果之王”[1]。藍莓具有促進視紅素再合成、抗炎癥、改善循環、增強內臟功能、抗衰老、提高免疫力、抗癌等多種生理功能[2-3]。近年來，世界各國的藍莓產業發展迅速，藍莓產品層出不窮，涌現出大量的果汁類產品，同時也產生了大量藍莓廢棄果渣，最多可占鮮果質量的20%[4]。有研究指出，有超過15%的多酚和 71.8% 的花青素殘留于果渣中，而只有36%～39%的多酚和13%～23%的花青素存在于巴氏殺菌的藍莓果汁中[5]。因此，藍莓果渣的再利用不僅能減少環境污染，而且能大大提高藍莓中營養和功能成分的利用率。

食品經過粉碎后可加快營養物質的釋放，粒徑越小，營養物質的釋放速度越快。隨著粒徑的減小，顆粒也更容易吸附在小腸的內壁，使得營養物質更容易被小腸吸收[6]。粉體的物理化學特性與粒度大小、成粉工藝緊密相關，決定了其被綜合利用的程度。物料的粉碎工藝一般有普通粉碎和超微粉碎2種[7]，普通粉碎僅能將物料組織破碎，而超微粉碎可將物料粉碎至細胞水平以下。超微粉碎是指將直徑在3 mm以上的顆粒通過物理(機械、氣流、球磨)的方法粉碎到直徑為10～25 μm的過程。超微粉碎方法有氣流粉碎法、機械粉碎法(干法和濕法)2種，無論是氣流粉碎法還是機械粉碎法，其基本原理大致相同，都是物料通過擠壓、碰撞、摩擦和剪切的相互作用而達到粉碎的目的。與普通粉碎相比，物料經超微粉碎可有效改善粉體的粒度和結晶結構，因此超微粉體具有良好的溶解性、分散性、吸附性、化學活性等獨特的物理和化學性質，是一種理想的食品加工手段[8-9]。超微粉碎有利于食品中營養成分的釋放與吸收，可顯著地改善產品的食品品質及加工性能，同時強化了功能性成分的溶出，提高其吸收利用率[6]。

干燥處理可使食品脫水，能有效抑制食物的呼吸作用以及其他生理作用，減少營養物質的轉化和損失，抑制微生物的生長，可大大延長食物的保藏期。同時，食品原料經過干燥后方便運輸，大大提高了食品的流動性，為食品原料加工成多樣化的食品產品創造了條件。食品等加工行業常用的干燥方式主要有傳統的曬干、凍干、烘干、陰干及微波干燥和真空干燥等[10-11]。真空冷凍干燥技術是一項高新加工技術，該技術的原理是在真空狀態下，使預先凍結的物料中的水分不經過冰的融化直接通過氣態升華而被除去，使物料干燥而不破壞其中的營養成分[12-13]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

兔眼藍莓，購自溧陽市白露山生態農業發展有限公司；考馬斯亮藍G250、蒽酮、蕓香苷、一水合沒食子酸、α-淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖苷酶，購自上海阿拉丁生物科技股份有限公司。

1.2 試驗設備及儀器

QDGX-15型高速切割粉碎機，由江南大學食品裝備工程研究中心與無錫輕大食品裝備有限公司聯合研制；VK-600型破壁料理機，德國OROWA；WBL-MP301J型攪拌機，惠而浦(中國)股份有限公司；Mastersizer 2000型激光粒度分析儀，英國馬爾文儀器有限公司；TDL-40B型飛鴿型低速大容量離心機，上海安亭科學儀器廠；KH-75AS型電熱恒溫干燥箱鼓風機，廣州市康恒儀器有限公司；FC-12A型真空冷凍干燥機，河北國輝實驗儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 藍莓的粉碎 稱取10 kg左右藍莓于QDGX-15型高速切割粉碎機中進行超微粉碎，粉碎2次；稱取200 g藍莓于VK-600型破壁料理機中高速粉碎2 min(轉速 48 000 r/min)；稱取200 g藍莓于WBL-MP301J型攪拌機中低速粉碎2 min(轉速22 000 r/min)。粉碎后將樣品于 4 000 r/min 離心10 min，分離上清和藍莓渣，待測。

1.3.2 干燥 將得到的藍莓渣分為2份，1份于FC-12A型真空冷凍干燥機中干燥，溫度為-40 ℃，另1份于40 ℃ KH-75AS 型電熱恒溫干燥箱鼓風機中烘干至恒質量。

1.3.3 粒度測定 采用Mastersizer 2000激光粒度分析儀測定，將待測樣品置于粒度儀容器內，使用蒸餾水作為分散劑，用超聲波對粉體進行分散，測定其粒徑。

1.3.4 可溶性蛋白、可溶性總糖和還原糖含量的測定 參照王學奎的方法[14]采用考馬斯亮藍-G250法測定蛋白含量；用硫酸蒽酮比色法測定總糖含量；用3，5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量。

1.3.5 花色苷含量的測定 參照趙慧芳等的方法[15]，采用示差法測定總花色苷含量。

1.3.6 總酚含量的測定 參照李靜等的方法[16]，采用福林酚比色法測定總酚含量。

1.3.7 總黃酮含量的測定 參照宋元清等的方法[17]，采用硝酸鋁比色法測定總黃酮含量。

1.3.8 總膳食纖維、可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維含量的測定 參照汪紅等的方法[18]，采用酶質量法測定總膳食纖維(total dietary fiber，簡稱TDF)、可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber，簡稱SDF)和不可溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，簡稱IDF)含量。D10：一個樣品的累計粒度分布比例達到10%時所對應的粒徑，μm；D50：一個樣品的累計粒度分布比例達到50%時所對應的粒徑，也叫中位粒徑或中值粒徑，常用來表示平均粒度，μm；D90：一個樣品的累計粒度分布比例達到90%時所對應的粒徑，μm；(D90-D10)/D50：粒度分布情況，越大分布越寬，越小分布越窄；D(3，2)：表面積平均粒徑；D(4，3)：體積平均粒徑。

1.3.9 數據處理與統計分析 用Origin 8.0(OriginLab公司研發)作圖，試驗數據運用SPSS 10中的One-Way ANOVA進行分析，不同小寫字母代表處理間存在顯著差異(P<0.05)。每個處理重復3次。

2 結果與分析

2.1 粉碎方法對粒徑和藍莓渣得率的影響

經不同粉碎方式粉碎后的藍莓渣粒徑情況如表1所示，為更加準確地反映不同粉碎方式對藍莓的粉碎效果，筆者對D10、D50、D90、(D90-D10)/D50、D(3，2)、D(4，3)進行了統計分析。結果表明，超微粉碎使藍莓渣的粒徑、表面積平均粒徑、體積平均粒徑均顯著小于高速粉碎、低速粉碎的相應值，而且超微粉碎后的藍莓渣粒度分布更均勻。與低速粉碎相比，高速粉碎后的藍莓渣粒徑、表面積平均粒徑、體積平均粒徑均顯著小于低速粉碎的相應值，然而，經高速粉碎的藍莓渣在分布均勻度上與低速粉碎的并沒有顯著差異，這說明在傳統粉碎中，隨著粉碎機轉速的增加，物料的粒徑變小，但轉速的增加并未顯著改善物料的均勻度。

表1 不同粉碎方法對粒徑的影響

注：同列數據后標有不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

圖1表明，粉碎方法會顯著影響藍莓渣的得率。超微粉碎后，得到的藍莓渣為藍莓總量的34.83%；高速粉碎后得到的藍莓渣為藍莓總量的38.56%；低速粉碎后，藍莓渣占藍莓總量的比例則高達47.98%。這一結果結合表1結果表明，藍莓粉碎得越細，藍莓渣殘留量越少。

2.2 粉碎方法對藍莓汁和藍莓渣中營養成分、生理活性物質和膳食纖維含量的影響

藍莓含有豐富的營養成分和生理活性物質(含酚、酮和花色苷)，不同的粉碎方法可能會影響這些物質的釋放。超微粉碎、高速粉碎和低速粉碎對藍莓中營養物質和生理活性物質釋放的影響如表2所示，在藍莓汁中可溶性蛋白、可溶性總糖、還原糖、總黃酮和總酚含量排序均為超微粉碎>高速粉碎>低速粉碎，超微粉碎和高速粉碎藍莓汁中花色苷含量無顯著差異，但是顯著高于低速粉碎藍莓汁中花色苷含量；在藍莓渣中以上營養物質和生理活性物質的含量則與藍莓汁中的正好相反。結合表1、表2結果表明，隨著粒徑的減小，營養物質和生理活性物質有向藍莓汁中轉移的趨勢。此外，值得注意的是，無論使用何種粉碎方法，藍莓渣中均殘留大量的營養物質和生理活性物質，其中生理活性物質(黃酮、酚類、花色苷)在藍莓渣中的含量均遠遠高于藍莓果汁中的相應含量。

膳食纖維(dietary fiber，簡稱DF)主要是指不被人體消化吸收、對人體健康有重要意義的多糖類大分子物質[19]。膳食纖維具有多種有利于健康的理化性質，如吸水膨脹性、持水性、對有機成分的吸附性、填充作用和陽離子交換等。研究表

表2 不同粉碎方法對藍莓汁和藍莓渣營養和功能成分的影響

明，膳食纖維具有通便、降低血膽固醇含量、降低血糖含量、預防癌癥等諸多生理功效[20-23]，被稱為“第七大營養素”。表3結果顯示，隨著粒徑的減小(即粉碎方式從低速向超微變化)，藍莓汁和藍莓渣中的SDF含量均顯著增加，IDF含量則隨著粉碎粒度的減小有減少的趨勢。3種粉碎方法對藍莓汁、藍莓渣中的TDF含量沒有顯著影響。同時，表3結果表明，無論使用何種粉碎方式，藍莓渣中的SDF、IDF和TDF含量均顯著高于藍莓汁中的相應值。

2.3 烘干方法對藍莓渣中營養成分、生理活性物質和膳食纖維含量的影響

烘干方法對藍莓渣中的營養物質和生理活性物質的影響如表4所示，可以看出3種粉碎方式得到的藍莓渣經冷凍干燥后可溶性蛋白、可溶性總糖和還原糖含量均顯著高于烘干后的藍莓渣中的相應值。相比冷凍干燥，烘干能更好地保留經超微粉碎后得到的藍莓渣中的總黃酮， 而干燥方式對高速粉碎和低速粉碎得到的藍莓渣中的總黃酮含量沒有顯著影響。干燥方式對3種粉碎方法得到的藍莓渣的總酚和花色苷含量均無顯著影響。筆者同時分析了烘干和冷凍干燥對3種粉碎方式得到的藍莓渣中的膳食纖維含量的影響。表5結果顯示，干燥方式對藍莓渣中的可溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維和總膳食纖維含量均無顯著影響。

表3 粉碎方法對藍莓汁和藍莓渣膳食纖維含量的影響

表4 不同干燥方法對藍莓渣營養和功能成分的影響

表5 不同干燥方法對藍莓渣膳食纖維含量的影響

3 討論

植物類食品中的有效成分絕大部分存在于細胞液中，必須通過破壞其細胞壁和細胞膜將其釋放出來。普通的粉碎方式很難使細胞充分破碎，而超微粉碎則能充分破壞植物細胞的細胞壁、細胞膜，使細胞中的有效成分釋放出來[6]。劉榮華等對牛蒡子中牛蒡子苷與牛蒡子苷元的研究表明，隨著粉碎粒徑的減小，牛蒡子苷元、牛蒡子苷的溶出均有不同程度的增加[24]。胥佳等發現，經超微粉碎后的葡萄籽粉中的花色苷含量比普通粉碎的含量高28.5%[25]。李雅等發現，與普通飲片相比，經超微粉碎后的黃芪粉中黃芪甲苷含量提高了57%，總皂苷含量提高了62%，黃芪多糖含量提高了35%[26]。本研究結果與他們的結果相似：經不同方式粉碎后的藍莓渣粒徑、表面積平均粒徑、體積平均粒徑排序均為超微粉碎<高速粉碎<低速粉碎，同時藍莓經超細粉碎后藍莓汁中的營養成分和生理活性物質含量均顯著高于普通粉碎方法的相應結果，而藍莓渣中殘留的營養成分和生理活性物質減少。

超微粉碎可使藍莓中的可溶性膳食纖維含量比高速粉碎和低速粉碎的顯著增加。這可能是由于超微粉碎可使膳食纖維的粒徑減小、比表面積增大，破壞不溶性膳食纖維的結構，增大非水溶性膳食纖維中的親水集團的暴露率[27]。

烘干是干燥方式中最簡單、經濟的方法，因而成為食品干燥中最常用的方法，但是由于在烘干過程中往往因使用較高溫度而使食品中的一些營養物質、功能性成分變性或轉化，從而影響食品的營養價值、保健功能。冷凍干燥可最大程度地保留物料原來的化學組分和物理性質，但是由于其設備復雜、昂貴、能耗高而僅適用于抗生素、水果、蔬菜等要求較高的物料干燥。筆者在干燥藍莓渣時為最大程度地保留其中的營養物質和生理活性成分而使用了較低的烘干溫度(40 ℃)和冷凍干燥方式。結果表明，冷凍干燥的藍莓渣中的可溶性蛋白質、可溶性總糖和還原糖含量均顯著高于烘干藍莓渣中的相應值，這一結果與多數研究結果一致。然而，冷凍干燥和烘干后的藍莓渣中的總酚、總黃酮和花色苷含量并沒有顯著差異，這一結果與郭澤美等的研究結果有所不同[28]，他們的研究表明，60 ℃ 烘干后的葡萄果皮中的總酚、黃酮類物質和花色苷含量顯著高于冷凍干燥后的葡萄果皮中的相應值。筆者認為，出現這種現象的原因可能是，雖然冷凍干燥過程能抑制有關酶的活性，但是在凍干完成并恢復至室溫后部分酶仍能恢復活性而使酚、黃酮和花色苷降解，而60 ℃烘干可使相關酶發生不可逆轉的失活從而不再降解酚、黃酮和花色苷。然而，筆者所使用的 40 ℃ 烘干過程雖能在一定程度上抑制相關酶活性，但不能使相關酶發生不可逆的失活，所以導致酚、黃酮和花色苷的降解。

4 結論

超微粉碎可顯著增加藍莓汁中營養成分、生理活性物質和可溶性膳食纖維含量，同時減少其在藍莓渣中的殘留，提高藍莓的利用率。無論使用何種粉碎方法，藍莓渣中均殘留大量的營養物質和生理活性物質。與低溫烘干藍莓渣相比，冷凍干燥藍莓渣雖能更好地保留其中的營養成分，但是生理活性物質含量并無顯著差異。由于藍莓渣中生理活性物質的利用價值相對較高，所以在綜合考慮藍莓利用效率和藍莓渣加工成本后，筆者認為藍莓超微粉碎和藍莓渣低溫烘干更適合藍莓加工和藍莓渣的廢物利用。

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