TOPSIS法綜合評價不同助干劑對刺梨汁噴霧干燥粉品質的影響

張 廳 ，陳思奇 ，丁筑紅 ，2，趙旭海成 ，宋煜婷 ，王 翼 ，余奕宏

（1.貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴陽 550025；2.國家林業草原局刺梨工程技術研究中心，貴陽 550025；3.貴州省疾病預防控制中心，貴陽 550025））

0 引言

刺梨（RosaroxburghiiTratt.）又名文先果、茨梨、送春歸，為薔薇科多年生落葉叢生灌木繅絲花的果實。刺梨果實中富含VC、黃酮、三萜、多糖、氨基酸和超氧化物歧化酶（SOD）等多種營養物質［1-2］。作為地方扶貧開發重點推進的生態特色產業，刺梨已成為食品加工行業的研究熱點。采用噴霧干燥進行制粉，除提高原料穩定性與耐貯藏性外，可進一步為刺梨下游產品如刺梨含片、刺梨固體飲料、刺梨口服液等提供原料基礎，對刺梨產品加工及生產具有重要意義。但由于刺梨汁富含果糖、葡萄糖與有機酸，不添加助干劑直接進行噴霧干燥粘壁嚴重，無法收集果粉［3］，使用助干劑可提高物料Tg（玻璃化轉變溫度）、降低料液粘性并減小粉末吸濕性，進而提高干燥效率和改善產品質量［4］。常見的助干劑有 β-環糊精、麥芽糊精、可溶性淀粉等［5］。目前在刺梨噴霧干燥過程中使用助干劑的研究較少，僅有蔣緯等［6］研究了麥芽糊精、可溶性淀粉以及 β-環糊精3種助干劑對刺梨果粉產率的影響。本文以刺梨果汁為原料，選擇不同DE值麥芽糊精及 β-環糊精添加量作為助干劑；以果粉集粉率、VC含量、黃酮含量和感官值為指標，采用模糊數學評分法結合逼近理想解排序法（Technique for Order Preference By Similarity to Ideal Solution，TOPSIS）詳盡闡述各助干劑對刺梨果粉的綜合品質影響，為優化刺梨果汁噴霧干燥技術，進一步開發具有價值的新型刺梨產品提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

刺梨汁：由盤州宏財聚農投資有限公司提供，可溶性固形物含量（7±0.5）%；DE10麥芽糊精（食品級）、DE20麥芽糊精（食品級，河南圣斯德實業有限公司）；β-環糊精（食品級，英博生物科技有限公司）；還原型抗壞血酸含量測定試劑盒（分光法，蘇州格銳思生物科技有限公司）；植物類黃酮試劑盒（微板法，蘇州格銳思生物科技有限公司）；無水乙醇（分析純，天津市富宇精細化工有限公司）。

1.2 主要儀器設備

B-290型噴霧干燥機（瑞士BUCHI儀器有限公司）；FA2004型分析天平（上海良平儀器儀表有限公司）；RHB80型手持折光儀（石家莊泰斯特儀器設備有限公司）；H1-16KR型高速冷凍離心機（湖南可成儀器設備有限公司）；L5S型紫外分光光度計（上海儀電分析儀器有限公司）；SpectraMax190型酶標儀（美國Molecular Devices公司）；XHF-D型高速分散器（寧波新芝生物科技服務有限公司）；JP-031/S型超聲波清洗機（深圳市潔盟清洗設備有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

刺梨果汁→添加助干劑→調配→均質→噴霧干燥→收集包裝

1.3.2 試驗設計

以維生素C含量、黃酮含量、集粉率、感官評價為指標，以控制進風溫度180 ℃、進料濃度6%、進料流量0.3 L/h、進風流量30 m3/h為基本條件研究不同添加量的低DE值麥芽糊精（DE10）、高DE值麥芽糊精（DE20）、β-環糊精對刺梨果汁噴霧干燥粉的影響，并通過TOPSIS綜合評分法選取最佳助干劑與添加量。試驗設計如表1所示。

表1 噴霧干燥助干劑選取因素水平表Tab.1 Table of levels of factors selected for spray drying aids 單位：%

1.3.3 指標測定方法

1.3.3.1 維生素C含量測定

采用2，4-二硝基苯肼法。

1.3.3.2 黃酮含量測定

采用 NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 顯色法。

1.3.3.3 集粉率

噴霧干燥集粉率計算公式：

1.3.3.4 感官評定方法

感官評定人員由20位食品專業研究生組成，評定人員對添加不同助干劑處理后刺梨果粉的外觀形態、香氣、色澤、口感滋味4個感官指標進行評分。

感官評定標準如表2所示，采用模糊數學綜合評價法對結果進行評價并統計各指標各等級的得分［7-9］。

表2 感官評價Tab.2 Sensory evaluation form 單位：分

建立模糊數學綜合評價法，即因素集U=｛U1，U2，U3，U4｝；評語集V=｛V1，V2，V3，V4｝；采用強制決定法［10］，確定刺梨果粉的權重集A=｛a1，a2，a3，a4｝=｛0.3，0.2，0.2，0.3｝，其中，確定評判矩陣Y=A·X。

1.3.3.5 TOPSIS綜合評價法

TOPSIS法能夠很好地區分不同樣品間的綜合品質差異，能夠在試驗次數較少的情況下更加全面考察每種助干劑對果粉綜合品質的影響，減少由于主觀因素產生的評價差異性，結果更加可靠、準確［10-12］。TOPSIS法具體步驟如下：

（1）確立數據矩陣：

X=（Xij）n×m

（2）歸一化處理得到矩陣，Z=（Zij）n×m歸一化公式：

（3）最優向量Z+=（z1+，z2+，…，zm+）和最劣向量Z-=（z1-，z2-，…，zm-）的確立：

（4）最優值與各評價對象各評價指標的歐式距離向量和最劣值與各評價對象各評價指標的歐式距離向量的計算，分別為D+=（d1+，d2+，…，dm+）和D-=（d1-，d2-，…，dm-）：

1.4 數據處理

采用SPSS22.0試驗數據處理軟件對數據進行統計分析，試驗重復3次，Duncan檢驗法進行差異顯著性分析，P<0.05表示差異顯著，Origin2019制圖。

2 結果與分析

2.1 不同助干劑對刺梨果粉集粉率的影響

由圖1可知，隨著2種麥芽糊精添加量的增加，刺梨果粉集粉率呈現先增加后穩定的趨勢，且均在添加量為60%時達到最高，添加量為80%和100%時差異不顯著（P＞0.05），但添加低DE值麥芽糊精做助干劑集粉率較高，可能是由于麥芽糊精DE值越低，Tg越高［13-14］，在相同添加量下，高Tg能有效減少熱熔性粘壁，從而使得集粉率增加。該結論與FANG等［15］在楊梅汁噴霧干燥的結論相似。隨著 β-環糊精添加量的增加，集粉率出現先增加后減少的趨勢。不同添加量間差異顯著（P＜0.05），添加量為60%時，果粉得率最高，為26.10%；相較于2種麥芽糊精，β-環糊精果粉得率更高，這可能是因為 β-環糊精呈圓筒狀結構［16］，將果汁中的低分子糖進行有效包裹而提高了集粉率。

圖1 不同助干劑對刺梨果粉集粉率的影響Fig.1 Effect of different drying aids on the collection rate of Rosa roxburghii Tratt powder

2.2 不同助干劑對刺梨果粉VC含量的影響

由圖2可以看出，刺梨果粉VC含量隨助干劑的添加整體呈下降趨勢，這是由于VC極不穩定容易流失［17］。當2種不同DE值麥芽糊精添加量為60%時，果粉中VC含量變化曲線出現拐點，且添加量為60%和80%時差異不顯著（P＞0.05），可能是由于麥芽糊精對于果粉VC的保護作用與稀釋作用達到平衡，因此果粉VC含量趨于穩定。低DE值麥芽糊精刺梨果粉整體VC含量更高，這是由于低DE值麥芽糊精含較少的長鏈和較多的親水基團，對活性物質保護更好［18］。相較于麥芽糊精，添加 β-環糊精體系中果粉的VC含量整體更高，添加量為40%時VC含量最高，為819.04 mg/100g，這可能是由于 β-環糊精分子內部有疏水空腔并呈網狀結構，能夠很好的包埋刺梨汁中的活性成分［19］。

圖2 不同助干劑對刺梨果粉VC含量的影響Fig.2 The effect of different drying aids on the VC content of Rosa roxburghii Tratt powder

2.3 不同助干劑對刺梨果粉黃酮含量的影響

隨著高DE值麥芽糊精和 β-環糊精添加量的增加，果粉黃酮的含量呈現先下降后穩定再下降的趨勢（見圖3）。果粉中黃酮含量隨著低DE值麥芽糊精增加逐漸下降，且不同添加量間差異顯著（P＜0.05），相較于高DE值麥芽糊精，低DE值麥芽糊精體系中的果粉黃酮含量整體更高，這是由于低DE值麥芽糊精支化程度高，親水基團較多，更容易與活性物質結合起到保護作用，從而整體含量較高。當 β-環糊精作助干劑時，對黃酮的保護作用最好；且添加量為20%時，果粉黃酮含量最高，為290.87 mg/100g，原因是 β-環糊精的網狀中空結構對活性物質的包埋作用。

圖3 不同助干劑對刺梨果粉黃酮含量的影響Fig.3 The effect of different drying aids on the flavonoid content of Rosa roxburghii Tratt powder

2.4 不同助干劑對刺梨果粉的模糊數學綜合評價

2.4.1 感官評定結果分析

建立4個單因素模糊評價矩陣，得到15組刺梨噴霧干燥粉的感官評定結果（見表3）。

表3 刺梨果粉感官評定標準Tab.3 Sensory evaluation criteria for Rosa roxburghii Tratt powder

以處理組1號刺梨果粉為例，可建立外觀形態、香氣、色澤和口感滋味4個單因素的模糊評價矩陣：

W外觀形態=［0.00，0.15，0.25，0.60］

W香氣=［0.20，0.20，0.35，0.25］

W色澤=［0.00，0.00，0.10，0.90］

W口感滋味=［0.00，0.00，0.35，0.65］

則得到模糊評判矩陣，即：

同理，也可以得到X2～X15不同刺梨噴霧干燥粉的模糊評判矩陣。

經過模糊線性轉換得到模糊綜合評判矩陣：

同理，可得Y2～Y15的模糊綜合評判矩陣。

2.4.2 模糊綜合評判總分

根據設定的各評判等級的特殊分值，優（100分），良（80分），中（60分），差（40分），可建立感官特殊性數集B=（100，80，60，40），則樣品的模糊綜合評判總分：T=Y·B。以1號處理組為例，其總分：

T1=（0.04，0.085，0.27，0.605）×（100，80，60，40）=51.2

同理，可以得到T2～T15刺梨果粉的的模糊綜合評判總分見表4。由表4可知，15個處理組的噴霧干燥粉的感官評分按組號排序由高到低依次為13＞14＞3＞4＞12＞8＞2＞7＞15＞9＞10＞5＞11＞1＞6，其中13號、14號、3號和4號4個處理組的感官評價總分都是80分以上，即評判等級為良以上，其余條件下皆為中和差，評分最高的處理組合為13號，即添加60% β-環糊精；其次為14號，添加80% β-環糊精；評分最低的為6號，即添加20%高DE值麥芽糊精。感官值均隨著3種助干劑的增加呈現先增加后減少的趨勢，助干劑的增加可以明顯減少果汁在噴霧干燥過程中的熱熔性粘壁，增加料液從霧化器噴出的比表面積，使水分更容易蒸發，從而提高粉質的感官品質［20-21］。然而高濃度助干劑因添加比例過大導致刺梨粉顏色變淡，喪失了原本刺梨的特征香氣與口感，導致感官值降低。高DE值麥芽糊精組整體感觀評分低于其他組，是由于高DE值麥芽糊精水解程度高，體系中含有更多還原糖，高溫處理易發生褐變，導致果粉顏色不佳［22］。

表4 刺梨噴霧干燥粉的模糊綜合評判結果Tab.4 Fuzzy comprehensive evaluation results of Rosa roxburghii Tratt powder

2.5 不同助干劑刺梨果粉綜合品質分析

不同助干劑添加量對果粉品質影響不一，根據不同助干劑添加量果粉綜合品質，采用TOPSIS綜合評定法確定刺梨粉噴霧干燥最佳助干劑種類與添加量，并將不同處理條件下得到的刺梨噴霧干燥粉各個指標都量化成可比較的規范化標準值，得到規范化決策矩陣（表5）。

根據規范化決策矩陣，得到指標的最優值向量和最劣值向量。

指標的最優值向量（正理想解）：

X+=（0.347 2，0.318 3，0.311 3，0.306 4）

指標的最劣值向量（負理想解）：

X－=（0.107 3，0.182 9，0.190 7，0.176 3）

從表6可以看出，Ci前三的助干劑分別為60%β-環糊精、60%低DE值麥芽糊精、80%低DE值麥芽糊精。添加60%β-環糊精的刺梨果粉Ci值為0.857 9，相較于其他試驗組最接近理想解，說明了該添加量下刺梨果粉綜合品質最優。因此，選取60% β-環糊精作為刺梨汁噴霧干燥的助干劑。

3 結語

不同DE值的麥芽糊精及β-環糊精均能提高刺梨果粉的集粉率，并對果粉中的活性物質具有一定的保護作用，其中β-環糊精效果最好。TOPSIS法分析結果表明添加60%β-環糊精作助干劑得到的刺梨果粉集粉率和感官值最高，綜合品質最佳。在多指標分析模型中，模糊數學-TOPSIS法能更加全面考察每種助干劑對果粉綜合品質的影響，減少由于主觀因素產生的評價差異性，使結果更加可靠、準確，為刺梨汁噴霧干燥工藝篩選提供理論依據和技術參考。