不同干燥方式對黃刺玫果粉品質的影響

張文琴，王曉燕，宋高林

(山西省醫藥與生命科學研究院，山西 太原，030006)

黃刺玫果為薔薇科薔薇屬野生落葉叢狀灌木黃刺玫(RosaxanthinaLindl)的成熟果實，廣泛分布于我國北方各省的山區和丘陵地帶[1]。黃刺玫野生資源豐富，僅山西省年產鮮果約24～40 t。黃刺玫果在民間食用歷史悠久，果中含有脂肪、蛋白質、糖類、含量高達83～97 mg/100g的VC、VE、18種氨基酸、17種微量元素，以及多肽、花青素、多酚、鞣質、黃酮類[2-3]等活性成分，且安全無毒[4]。

成熟的黃刺玫果呈紅紫色，酸甜可口。但籽多肉少并覆蓋絨毛，食用不便。經提取后制成果粉不僅可以使其營養成分得以保留，還可擴大應用范圍，延長保質期。另外黃刺玫果色澤紅紫鮮艷，花色苷含量較高，果粉也可以作為一種天然的水溶性紅色素，應用到食品、化妝品中。目前，果蔬粉制備技術主要有噴霧干燥、熱風干燥、真空冷凍干燥、微波干燥等方式[5]，其加熱方式、脫水原理的不同會導致果蔬粉理化性質、營養成分等的差異。現已有火龍果[6]、桑葚果[7]、楊梅果[8]、棗[9]等多種果蔬不同干燥方式制得的果粉進行了分析比較，但黃刺玫果干燥制粉未見相關報道。另外一般對果蔬粉的品質評價多用單個指標的直觀評價，鮮有對果蔬粉考察的多指標的客觀綜合評價。而綜合指數法可以對同組或不同組指標值進行統計學處理，使不同計量單位、性質的指標值標準化，最后轉化成一個綜合指數，以準確地評價干燥方式的綜合水平。綜合指數值越大，綜合水平越好。

本研究對果粉加工中最常見的方式：熱風干燥(hot air drying，HA)、噴霧干燥(spray drying，SD)、真空冷凍干燥(vacuum freeze-drying，VF)等3種不同干燥方式獲得的黃刺玫果粉理化性質和有效成分進行分析和比較，并采用綜合指數法：變異系數法確定各指標權重，極差標準化法對各指標進行無量綱化處理，對3種果粉品質的17項指標進行了綜合評價。

1 材料與方法

1.1 材料

黃刺玫鮮果，采摘于山西省左權縣大堡巖。

1.2 儀器與設備

GZX-9140MBE型電熱鼓風干燥箱，上海博訊；SD-06型噴霧干燥器英國Labplant公司，Pilo FD8-15.6V型中試型真空冷凍干燥箱，西盟國際公司；Winner2308激光粒度分析儀，濟南微鈉顆粒儀器股份有限公司，FW100高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；UV757CRT型紫外可見分光光度計，上海精密科學儀器公司；FA1004型電子分析天平，上海捷徽電子科技公司；LYNX6000型離心機，美國Thermo公司；RE52CS-1型旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠；LABONCE-120型藥用穩定試驗箱，北京蘭貝石恒溫技術有限公司；CR-400型手持色差儀，日本SEMSING。

1.3 實驗方法

1.3.1 黃刺玫果粉的制備工藝流程

黃刺玫鮮果→清洗→破碎→體積分數70%乙醇提取1.0 h→濃縮至料液比為60%→6 000 r/min離心15 min→添加助干劑(與固形物質量比1∶1的DE 8-10麥芽糊精)→干燥→粉碎(高速萬能粉碎機中粉碎制粉，過80目篩備用)

1.3.2 黃刺玫果粉的不同干燥工藝

HA：溫度60 ℃，干燥時間20 h；VF：冷肼溫度為-45 ℃，真空度為0.1 kPa，干燥時間34 h；SD：進口溫度150 ℃，進樣速度8.1 mL/min，風扇速度4.3 m/s。

1.4 黃刺玫果粉理化性質分析測定方法

1.4.1 黃刺玫果粉得率的計算

(1)

式中：m1干燥前可溶性固形物質量(包括可溶性固形物和加入的輔料)，g；m2干燥后果粉質量，g。

1.4.2 溶解性的測定

稱取1.0 g果粉于燒杯中，加入100 mL的蒸餾水，高速攪拌5 min，3 000 r/min離心5 min，取上清液25 mL于105 ℃烘箱中烘干至恒重，計算上清液中干物質含量所占的比例。

1.4.3 色澤的測定

色澤：采用全自動色差儀測定[10]，用L、a、b值來表示，L代表明度指數，L值從0到100表示從黑暗到明亮的變化；a值從(-a)到(+a)代表顏色從綠色到紅色的變化；b值從(-b)到(+b)代表顏色從藍色到黃色的變化。ΔE表示被測物體的色澤(L、a、b)與標準白板色澤(L*、a*、b*)的色差值。ΔE計算方法如式(2)所示。

(2)

1.4.4 水分含量的測定，105℃干燥法。

1.4.5 吸濕率

在相對濕度為75%，溫度為25 ℃的恒溫恒濕箱中保存24 h，測定果粉吸濕增重百分率[11]。

1.4.6 臨界相對濕度

精密稱取2.0 g三種干燥方式所得的黃刺玫果粉，平鋪于72個已恒重的扁型稱量瓶(每組3個)中，然后置于8個相對濕度分別為11%、23%、33%、40%、50%、60%、70%和80%的試驗箱或飽和溶液的干燥器中進行試驗，于25 ℃保存24 h，測定吸濕百分率，以吸濕百分率為縱坐標，相對濕度為橫坐標作圖，得出果粉的臨界相對濕度(critical relative humidity，CRH)[12]。

1.4.7 粒度分布和比表面積

利用激光粒度分析儀測定[13]。用體積分數70%乙醇做分散介質。

1.4.8 堆積密度的測定

稱取20 g黃刺玫果粉，置于100 mL的量筒中，振實至量筒內果粉體積不再發生變化[14]，讀取果粉體積。

(3)

式中：m2：果粉和量筒的質量，g；m1：量筒的質量，g；V：果粉振實后的體積，mL。

1.4.9 流動性的測定

休止角注入法：將漏斗固定在試管架上，漏斗下端距桌面距離為8 cm，取150 mL黃刺玫果粉置于漏斗中使其自由下落形成錐形[15]。測定果粉堆積圓錐的半徑r與圓錐的高度h，以h與r的比值作為正切值來計算休止角：

(4)

1.5 黃刺玫果粉有效成分的測定

1.5.1 黃刺玫果粉中花色苷含量的測定

(1)精密稱取矢車菊-3-O-葡萄糖苷標準品，溶解于pH值為1.5的甲醇溶液中(HCl)，定容到10 mL容量瓶中。測定不同濃度的矢車菊-3-O-葡萄糖苷標準品溶液在530 nm[16]處的吸光值，所得標準曲線為：Y=0.052 7X+0.004 1，r2=0.999 9。

(2)取1.0 g果粉，加入5.0 mL蒸餾水，超聲溶解10 min，再加入15 mL甲醇和乙醇的混合溶液超聲10 min，離心，取上清液進行含量測定。

1.5.2 黃刺玫果粉中多酚含量的測定

果粉中多酚含量的測定，采用FOLIN-CIOCALTEU法[17]。用沒食子酸為標準品，在748 nm處測定吸光度值，測得的標準曲線為：Y=0.004 9X+0.012 2，r2=0.999 6。果粉測定前處理方法同1.5.1中的(2)。

1.5.3 黃刺玫果粉中黃酮含量的測定

果粉中黃酮含量的測定，采用NaNO2-AlCl3法[18]，用蘆丁為標準品，在510 nm處測定吸光度值，測得的標準曲線為：Y=0.012 2X-0.006 6，r2=0.998 1。果粉測定前處理方法同1.5.1中的(2)。

1.5.4 黃刺玫果粉中蛋白質含量的測定

果粉中蛋白含量的測定，采用考馬斯亮藍法[19]，用牛血清蛋白為標準品，在595 nm處測定吸光度值，測得的標準曲線為：Y=0.006 3X+0.041 4，r2=0.997 5。果粉測定前處理方法同1.5.1中的(2)。

1.6 黃刺玫鮮果中有效成分的測定

黃刺玫鮮果的體積分數70%乙醇提取液進行過濾，所得濾液按照1.5中有關花色苷、多酚、黃酮及蛋白質的測定方法進行含量的測定，以黃刺玫鮮果的重量進行含量計算。

1.7 綜合評分

綜合指數法采用變異系數法確定上述各項指標的權重系數，將數據利用極值標準化法處理后，采用加權平均的方法確定不同干燥方式制得黃刺玫果粉的綜合評分。

研究3種不同干燥方式所得果粉，每種果粉評價指標17個，Xij表示第i種干燥方式所得果粉第j個評價指標的測定值，i=1，2，3…n，n=3；j=1，2，3……m，m=17。

第j個指標的權重為：

(5)

為消除不同數據水平和變量單位對結果的影響，采用極值標準化法將各項指標的數據進行標準化處理，

(6)

(7)

由于b值、ΔE值、水分含量、吸濕率、粒徑、休止角的數據為越小越好，因此為逆指標，標準化后將正負號對調[9]。將各指標權重分別與標準化后的數值相乘后，計算總和，得到3種干燥方式果粉的綜合評分。

1.8 數據處理與分析

指標測定均重復3次，結果取平均值。采用Orgin 9.0作圖，SPSS 20.0進行ANOVA單因素方差分析和Ducan’s多重檢驗，圖中相同小寫字母表示無顯著差異，不同小寫字母表示存在顯著差異(p<0.05)。

2 結果與討論

2.1 不同干燥方式對黃刺玫果粉理化性質的影響

2.1.1 不同干燥方式對黃刺玫果粉得率、溶解性的影響

如圖1所示，HA、VF黃刺玫果粉得率高達96%以上，SD所得果粉得率為77.5%；3種不同干燥方式的黃刺玫果粉溶解性良好，大小順序為SD>HA>VF，且3種果粉溶解性沒有顯著性差異(p>0.05)。

圖1 不同干燥方式對黃刺玫果粉得率、溶解性的影響Fig.1 Yield and solubility of powder prepared by different drying methods

2.1.2 不同干燥方式對黃刺玫果粉色澤的影響

如圖2所示，干燥方式對果粉色澤有顯著影響(p<0.05)，其色差值為：VF>HA>SD。HA方式所得果粉的L、a值最小，b值最大，果粉顏色偏褐黃，不同于其他2種干燥方式，是因為果粉中的還原糖、氨基酸等成分因加熱時間過長、溫度過高發生了美拉德反應[20]；VF、SD兩種方式所得的果粉b值均很小，L、a值較大，所以果粉色澤紅紫，鮮亮。

圖2 不同干燥方式對黃刺玫果粉色澤的影響Fig.2 Color parameters of fruit powder prepared by different drying methods

2.1.3 不同干燥方式對黃刺玫果粉水分含量、吸濕率、CRH的影響

如圖3果粉水分含量的大小依次為SD>HA>VF，無顯著性差異，但含水量均小于5.0%。3種果粉的CRH由圖4的吸濕曲線可得。吸濕率和CRH大小順序相反，即吸濕率小的，CRH較大。VF和SD所得果粉較HA更容易吸潮，故需要密封保存。可能與果粉表面存在空隙且顆粒間疏散，易吸附水分有關，也可能與果粉中糖類[21]有關，還需要進一步的驗證。

圖3 不同干燥方式對黃刺玫果粉含水率、吸濕率、CRH的影響Fig.3 Moisture content, hygroscopicity and CRH of powder prepared by different drying methods

圖4 果粉的吸濕曲線(25℃)Fig.4 The moisture absorption curve of powder

2.1.4 不同干燥方式對黃刺玫果粉粒徑、堆積密度、休止角的影響

由表1可知，不同干燥方式的果粉粒徑大小順序為VF>HA>SD，因為HA、VF兩種方式的果粉是通過粉碎方式所得，且HA方式處理溫度較高，時間較長，物料表面急劇收縮，組織緊密，所以果粉的粒徑遠大于SD。果粉的流動性主要取決于粉末粒徑的大小和粉末表面特性。休止角越小，果粉的流動性越好。休止角的大小順序為SD>VF>HA，SD所得果粉流動性較差，是因為SD所得果粉粒徑小，顆粒比表面積大，表面聚合力和黏著力也相應增大，顆粒發生團聚致使流動性變差[22]。SD果粉比表面積為0.771 m2/g顯著大于HA、VF。另外，顆粒比表面積越大，粉體表面聚合力也越大，亦可作為功能性原料吸附在食品表面[23]。3種干燥方式所得果粉堆積密度存在顯著差異，大小順序為HA>VF>SD。干燥溫度和干燥時間對果粉堆積密度影響較大，HA加熱溫度最高且時間久，堆積密度為0.99 g/mL；VF加熱溫度較低，堆積密度為0.79 g/mL，低于HA方式。另外，粉的堆積密度越大，越有利于制成壓片產品。SD所得果粉堆積密度為0.37 g/mL，是因為SD方式為瞬時受熱，果粉顆粒粒徑小、比表面積大，表面疏松多孔，且顆粒間含有大量的空隙[24]，導致其堆積密度較低。

表1 不同干燥方式對果粉粒徑、堆積密度、休止角及比表面積的影響Table 1 Particle size, bulk density, angle of repose andspecific surface area of powder prepared by differentdrying methods

2.2 不同干燥方式對黃刺玫果粉有效成分含量的影響

2.2.1 不同干燥方式對黃刺玫果粉花色苷含量的影響

花色苷具有強抗氧化、保護肝臟、預防心血管疾病等[25]生理活性。不同干燥方式對果粉花色苷的含量影響較大，如圖5所示。

圖5 不同干燥方式對果粉花色苷含量的影響Fig.5 Anthocyanin of powder prepared by different drying methods

HA的果粉發生非酶褐變，可能因為長時間高溫使花色苷結構已經發生降解[26]，果粉中已檢測不到花色苷。鮮果中的花色苷含量最高，是因為黃刺玫果提取液未經過濃縮及干燥過程中的加熱，花色苷結構降解有限。SD所得果粉中的花色苷含量略高于VF，可能是因為SD加熱屬于瞬時受熱，果粉受熱均一[27]，溫度對果粉的色澤影響較小。

2.2.2 不同干燥方式對黃刺玫果粉多酚含量的影響

多酚類物質具有較強的抗氧化、抗輻射、抗衰老等[28]功能。如圖6所示，3種不同干燥方式所得的果粉中多酚含量都遠高于鮮果中多酚含量，多達28 mg/g以上，是因為黃刺玫果70%乙醇提取物的浸膏率為10%～11%，通過提取、過濾、干燥等的制備對黃刺玫鮮果中的多酚進行了富集。多酚在多酚氧化酶的作用下發生氧化反應，會導致多酚含量的減少[29]，VF方式由于加熱溫度和加熱時間的影響，對黃刺玫果粉中多酚損失要高于HA、SD。

圖6 不同干燥方式對果粉多酚含量的影響Fig.6 Polyphenol of powder prepared by different drying methods

2.2.3 不同干燥方式對黃刺玫果粉黃酮含量的影響

黃刺玫中黃酮類化合物對預防和治療高血壓、血栓引起的心腦血管疾病有顯著療效[18]。如圖7所示，3種干燥方式所得的果粉中黃酮含量遠遠高于鮮果中的黃酮含量，是因為通過對黃刺玫果的提取、干燥，對黃刺玫果中所含的有效成分進行了富集。但黃酮類物質受熱時易發生酚類氧化反應而分解[9]，所以HA方式可能因為加熱溫度較高所得果粉黃酮較低，SD方式對黃酮損失最少，含量大小順序為SD>VF>HA>鮮果。SD所得果粉中黃酮含量顯著高于其他兩種干燥方式。

圖7 不同干燥方式對果粉黃酮含量的影響Fig.7 Flavonoids of powder prepared by different drying methods

2.2.4 不同干燥方式對黃刺玫果粉蛋白質含量的影響

如圖8所示，3種干燥方式所得果粉中蛋白質含量高于鮮果中蛋白含量，可能是因為黃刺玫提取液很好的保留了刺玫果中的蛋白質，通過干燥對蛋白質進行了富集。另外加熱溫度較低時，蛋白結構比較穩定[30]，HA方式對蛋白質保留最好，大小依次為HA>SD>VF，差異顯著。

圖8 不同干燥方式對果粉蛋白質含量的影響Fig.8 Protein of powder prepared by different drying methods

2.3 不同干燥方式制得黃刺玫果粉的品質綜合評分

計算3種干燥方式獲得的黃刺玫果粉的17項指標所占的權重，以及與各種干燥方式果粉檢測指標極值標準化數值乘積，最后可得各種干燥方式的綜合評分，見表2。

表2 黃刺玫果粉品質評價Table 2 Quality evaluation of of Rosa xanthina Lindlpowder

由表2可知，通過比較HA、VF、SD三種方式所制得果粉的品質指標，根據各種干燥方式的綜合評分可得，果粉品質的由高到低的順序為SD>VF>HA。

3 結論

3種干燥方式對黃刺玫果粉的理化性質及有效成分有顯著影響。HA所得果粉溶解性好、得率高、流動性較好、堆積密度大，但是色澤褐黃，果粉中已檢測不到花色苷這一有效成分。VF所得果粉溶解性好、得率高、色澤鮮亮、有效成分花色苷、黃酮、多酚、蛋白質含量保留較高，但是粉的粒徑較大、流動性較差、易吸潮。SD所得果粉雖然得率較低77.51%，流動性也較差；但果粉色澤粉紫鮮亮，水溶性良好，粒徑微小僅約7.71 μm，花色苷、多酚、黃酮含量基本最高。綜合指數法對果粉3種干燥方式的17項指標進行了綜合評分，得出VF、SD均優于HA，SD所得果粉評分最高。

就實際工業生產，雖然VF方式對果粉品質影響較小，但因成本過高、耗時長及處理量有限等因素，目前不適合工業化生產。SD對果粉品質影響最小，果粉中有效成分含量最高，同時噴霧干燥技術在食品、醫療領域的大范圍的應用，因此噴霧干燥是制備黃刺玫果粉的最好選擇。