兩種不同工藝?yán)鋬龈稍锷臣燮焚|(zhì)對(duì)比研究

方貴平 李 旋 王 雅 劉春海 岳麗華 劉 佳 畢金峰

（1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050； 3承德宇航人高山植物應(yīng)用技術(shù)有限責(zé)任公司，河北 承德 068451）

沙棘（HippophaerhamnoidesL.）又名醋柳、黑刺，屬于胡頹子科沙棘屬的一類(lèi)多年生落葉灌木或小喬木，含有黃酮、多酚、多糖類(lèi)、蛋白、有機(jī)酸等多種生物活性物質(zhì)［1］。沙棘有多種生理調(diào)節(jié)作用，如抗氧化、調(diào)節(jié)免疫、治療心血管疾病和降血糖等［2］，同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)沙棘籽粕中含有多種對(duì)人體有益的物質(zhì)［3］。但目前沙棘的綜合利用率較低，其全果的營(yíng)養(yǎng)組分未得到全面利用；同時(shí)由于沙棘中有較高含量的油脂，導(dǎo)致沙棘制品穩(wěn)定性低，品質(zhì)不佳。

近年來(lái)，采用真空冷凍干燥技術(shù)將新鮮果蔬加工成果蔬粉成為一種新趨勢(shì)。果蔬粉具有營(yíng)養(yǎng)豐富、滿足特殊消費(fèi)需求、貯藏穩(wěn)定性好、運(yùn)輸成本低、利用率高和產(chǎn)品種類(lèi)豐富等優(yōu)點(diǎn)［4］。沙棘中的功能活性成分多具有熱敏性和光敏性，通常的制粉加工中會(huì)產(chǎn)生較大損失。真空冷凍干燥是利用升華的原理，將快速凍結(jié)的物料在真空環(huán)境中低于水的三相點(diǎn)的壓力下加熱，使其中的水分升華脫除的過(guò)程。真空冷凍干燥不僅可以最大限度保留沙棘中的活性成分，而且會(huì)大大提高沙棘的綜合利用效率和所得沙棘粉的功能性，但也存在果漿真空冷凍干燥耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、生產(chǎn)成本高的問(wèn)題。因此，通過(guò)調(diào)整和改變冷凍干燥的工藝參數(shù)，如提高升華溫度（20～70 ℃）、縮短真空時(shí)間，可以大大加速干燥進(jìn)程、提高干燥效率、降低干燥成本。但真空冷凍干燥升華溫度對(duì)沙棘粉綜合品質(zhì)的影響還不完全明確。

鑒于此，本研究采用真空冷凍干燥制備沙棘全果粉，明確真空冷凍干燥升華溫度高低對(duì)沙棘粉綜合品質(zhì)的影響，旨在為沙棘綜合利用和真空冷凍干燥沙棘粉新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙棘果采自山西右玉；采摘時(shí)同樹(shù)枝一起采摘，低溫貯藏（-40 ℃）；在冷凍條件下剔除枝條，得到冷凍沙棘果；經(jīng)工廠化清洗除雜打漿處理，-40 ℃冷凍貯藏待用。分別采用低溫升華（20 ℃）真空冷凍干燥（FD-1）和高溫升華（60 ℃）真空冷凍干燥制備沙棘粉（FD-2）。用市售真空冷凍干燥的沙棘粉（CP）作為對(duì)照。

4-辛醇，上海賢鼎生物科技有限公司；甲醇（色譜純），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑上海有限公司；氫氧化鈉、鹽、酸等均為國(guó)產(chǎn)分析純；維生素C測(cè)定試劑盒，南京建成生物工程研究所。

1.2 儀器與設(shè)備

差示掃描量熱儀（differential scanning calorimeter，DSC），美國(guó)TA Instruments 公司；UV-1800 紫外分光光度計(jì)，日本島津公司；FT4 粉質(zhì)分析儀，英國(guó)Freeman Technology 公司；ULT1386-3-V41 超低溫冰箱，上海賽默飛科技有限公司；LGJ-10BP 冷凍干燥機(jī)，北京八方中大科技發(fā)展有限公司；CPA-12 電子天平，德國(guó)Sartorius 公司；KQ-500Z 超聲波發(fā)生器（工作頻率40 kHz、功率500 W），昆山市超聲儀器有限公司；DK-S26電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；CM-5色澤測(cè)定儀，日本 Konica Minolta 公司；Zetasizer Nano ZS 電位分析儀，英國(guó)Malvvern 公司；氣相色譜軌道質(zhì)譜儀，美國(guó)Thermo Fisher Science 公司；超高效液相色譜（1290）飛行時(shí)間質(zhì)譜（6545），美國(guó)Agilent Technologies公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 共晶點(diǎn)和共熔點(diǎn)的確定 采用差示掃描量熱儀（DSC）對(duì)沙棘漿的共晶點(diǎn)和共熔點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定程序：以5 ℃·min-1的速度從25 ℃降至-40 ℃，保持5 min，然后以5 ℃·min-1的速度從-40 ℃升至30 ℃。

沙棘漿共晶點(diǎn)和共融點(diǎn)決定了沙棘冷凍干燥的解析溫度和升華溫度。如電子附圖1所示，通過(guò)測(cè)定沙棘共晶點(diǎn)和共熔點(diǎn)，可以判斷沙棘漿的結(jié)晶溫度和融化溫度，從而在凍干的過(guò)程中準(zhǔn)確設(shè)置溫度，減少能耗。

1.3.2 沙棘粉凍干曲線 取-40 ℃冷凍沙棘于0 ℃融化，平鋪1.5 cm于托盤(pán)中，置于-80 ℃條件下預(yù)凍24 h，采用兩種方法進(jìn)行干燥處理，兩種干燥工藝如電子附圖2所示（FD-1屬于低溫升華真空冷凍干燥，溫度低耗時(shí)長(zhǎng)；FD-2屬高溫升華真空冷凍干燥，溫度高時(shí)間短）。干燥完成以后，置于打粉機(jī)中打粉，過(guò)篩（40目），備用。

1.3.3 沙棘凍干粉特性分析 剪切性測(cè)定：將沙棘粉樣品置于25 mm×25 mL的容器中，利用FT-4粉體分析儀對(duì)樣品的質(zhì)量進(jìn)行記錄和預(yù)處理；按照儀器的提示更換壓縮頭；以0.5 mm·s-1速率向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)樣品進(jìn)行壓縮處理；按照操作流程和提示更換剪切頭，在預(yù)壓力3 kPa、旋轉(zhuǎn)速度18°·min-1條件下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，表征指標(biāo)流動(dòng)速率指數(shù)（flow function，ffc）計(jì)算公式如下：

式中，σc為固結(jié)應(yīng)力；σY為無(wú)約束屈服強(qiáng)度。ffc值越大，粉體流動(dòng)性越好。具體表現(xiàn)為：ffc＜1，不流動(dòng)；1＜ffc＜2，流不動(dòng)（非常粘）；2＜ffc＜4，不易流動(dòng)（粘）；4＜ffc＜10，容易流動(dòng)；10＞ffc，自由流動(dòng)。

壓縮性測(cè)定：將樣品粉置于25 mm×25 mL 的容器中，利用FT-4粉體分析儀對(duì)樣品粉的質(zhì)量進(jìn)行記錄和預(yù)處理；按照儀器的操作流程和提示更換壓縮頭，并在0.5～15 kPa條件下進(jìn)行壓縮性測(cè)定。

流動(dòng)性測(cè)定：首先對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，將樣品粉置于玻璃器皿（25 mm×25 mL）中，儀器自動(dòng)記錄樣品重量，并采用23.5 mm 螺旋槳（順時(shí)針?biāo)俣葹?0 mm·s-1）對(duì)粉體樣品預(yù)處理1 次，以消除測(cè)試前粉體顆粒間的殘余應(yīng)力和過(guò)量空氣，使堆積應(yīng)力在粉體樣品中均勻分布。基本流動(dòng)能（basic flow energy，BFE）測(cè)定時(shí)，設(shè)置相應(yīng)程序葉片逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)下降速度為100 mm·s-1，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)上升速度為40 mm·s-1，試驗(yàn)測(cè)定3 次，同時(shí)記錄特別流動(dòng)能（specific energy，SE）。當(dāng)螺旋槳下行穿過(guò)粉體，通過(guò)測(cè)量軸向阻力以及轉(zhuǎn)矩所做的功來(lái)計(jì)算不同高度下粉體的能量變化以及粉體流動(dòng)所需要的能量-能量變化曲線：

式中，Eflow為流動(dòng)能；Fbase為基本流動(dòng)能；R 為儀器的葉片半徑；α為螺旋角；H為穿入粉體深度。

同時(shí)計(jì)算容積密度（conditioned bulk density，CBD）和流動(dòng)速率指數(shù)（flow rate index，F(xiàn)RI）：

式中，v 為容器體積；m 為預(yù)處理后容器可容納粉體的質(zhì)量。

式中，F(xiàn)base4為葉片逆時(shí)針?biāo)俣葹?00 mm·s-1時(shí)，第4 次測(cè)定的基本流動(dòng)能；Fbasel為葉片逆時(shí)針?biāo)俣葹?00 mm·s-1時(shí)，第1次測(cè)定的基本流動(dòng)能。

1.3.4 色澤的測(cè)定 采用CM-5 色澤測(cè)定儀對(duì)沙棘粉的L、a、b值進(jìn)行測(cè)定，L值表示亮度變量，值越大表示樣品表面亮度越高；a值表示紅綠變量；b值表示黃藍(lán)變量。每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。

1.3.5 類(lèi)胡蘿卜素含量的測(cè)定 沙棘總類(lèi)胡蘿卜素含量測(cè)定參考宋慧慧等［5］的方法。

1.3.6 總酚含量的測(cè)定 參考張星等［6］的方法，以沒(méi)食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)定沙棘漿中總酚的含量。

1.3.7 抗壞血酸含量的測(cè)定 采用維生素C/抗壞血酸（ascorbic acid，ASA）測(cè)定試劑盒測(cè)定沙棘漿中維生素C的含量。

1.3.8 抗氧化性的測(cè)定 主要從1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl free radical，DPPH）自由基清除率、2，2′-聯(lián)氮-雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸［2，2′-azino-bis （3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS］自由基清除率、鐵離子還原能力（ferric ion reducing antioxidant power，F(xiàn)RAP）3個(gè)方面探究沙棘粉的抗氧化性能。樣液制備：稱取5 g沙棘漿于50 mL 帶蓋離心管中，再加入10 mL 80%甲醇，在室溫避光水浴（35 ℃）間歇超聲2 h（超聲20 min，靜置10 min）；9 500 r·min-1離心15 min，取上清液。重復(fù)上述提取2 次，合并上清液，放置在4 ℃條件下，24 h 內(nèi)測(cè)完［7-9］。

1.3.9 小分子活性組分分析 取1 g 沙棘粉，加入25 mL 純甲醇溶液，充分溶解，超聲提取2 h，在9 800 r·min-1的轉(zhuǎn)速下離心10 min，取上清液，備用。參考Guo 等［10］的方法，采用ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm； Waters Corp.，Milford，USA）進(jìn)行色譜分離，柱溫45 ℃，進(jìn)樣量5 μL，流速0.4 mL·min-1。負(fù)電離模式（ESI-）中的流動(dòng)相A（含0.1%甲酸的Milli-Q 水，v/v）和流動(dòng)相B（含0.1%甲酸的乙腈，v/v）梯度如下：7%～30% B 0～4.5 min、30%～100% B 4.5～6.5 min、100% B 6.5～7.5 min、100%～7% B 7.5～8 min 和7% B 8～10 min，后置時(shí)間為3 min。質(zhì)譜和儀器參數(shù)設(shè)置如下：質(zhì)譜（mass spectrum，MS）范圍（m/z）為50～1 700；MS 掃描速率為4 譜/秒；MS/MS掃描速率為6 譜/秒；氣體溫度為325 ℃；氣體流量為8 L·min-1；霧化器為45 psig，鞘氣溫度為350 ℃；鞘氣流量為11 L·min-1；噴嘴電壓為1 000 V。

利用AnalysisBaseFileConverter 和MS-DIAL 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3.10 香氣和揮發(fā)性成分的測(cè)定 參考Li 等［11］的方法對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行測(cè)定。取1 g沙棘粉，2 g NaCl，10 μL 25 μg·mL-1的4-辛醇溶液混勻于頂空瓶中，密封得到待測(cè)樣品，樣品在40 ℃孵化20 min，DVB/CAR/PDMS （30/50 μm，sulpeco）纖維頭40 ℃萃取40 min，進(jìn)樣口250 ℃脫附3 min。

氣相色譜及質(zhì)譜條件：儀器型號(hào)：TriPlus RSH 自動(dòng)進(jìn)樣器，Trace 1310GC，Q-Exactive靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜儀。

氣相條件：VF-WAX ms （60 m×0.25 mm×0.25 μm，Agilent，Santa Clara，CA，USA）；程序升溫條件：40 ℃保持2 min，4 ℃·min-1升至230 ℃，保持5 min；載氣：He（純度大于99.999%），流速1 mL·min-1，分流比5∶1；傳輸線溫度：250 ℃。

質(zhì)譜條件：離子源溫度280 ℃，電子轟擊電離源（electron impact ion source，EI）70 ev，掃描方式：全掃描，掃描范圍：30～400 m/z，分辨率60 000。

定性：tracefinder解卷積，峰提取和譜庫(kù)檢索（NIST、WEILY 和自建庫(kù)），相似度（similarity，SI）和相對(duì)強(qiáng)弱指數(shù)（relative strenth index，RSI）均大于750。定量分析：采用峰面積歸一化法計(jì)算各種成分的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 26.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用單因素（ANOVA）檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性和差異性檢驗(yàn)，使用Origin2021軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙棘粉色澤測(cè)定結(jié)果

沙棘粉色澤測(cè)定結(jié)果如圖3-A所示。低溫升華真空冷凍干燥沙棘粉FD-1 和高溫升華真空冷凍干燥沙棘粉FD-2 實(shí)物圖如圖3-B 所示。由圖3-A 可知，F(xiàn)D-1 的L值（54.91）、a值（34.07）和b值（65.83）均顯著高于CP 組（P＜0.05），而FD-2 的L值（45.82）和b值（47.00）均顯著小于CP 組，a值（25.06）顯著大于CP組，但小于FD-1 的a值（34.07）（P＜0.05）。表明FD-1的亮度高于FD-2，且比FD-2呈現(xiàn)更高色度的紅色，更接近標(biāo)準(zhǔn)黃色，這與實(shí)物情況相符。兩種凍干方式所得沙棘粉的色澤差異較明顯，這是由于低溫冷凍干燥（FD-1）過(guò)程中溫度一直處于較低的狀態(tài)（＜20℃），而FD-2 干燥過(guò)程中升華溫度較高（60℃），導(dǎo)致沙棘粉的顏色變淺。阮衛(wèi)紅等［12］的研究也證明了低溫真空冷凍干燥能很好地保護(hù)沙棘粉色澤，因此對(duì)于沙棘粉色澤品質(zhì)保持而言，低溫升華真空冷凍干燥優(yōu)于高溫升華真空冷凍干燥。

圖3 沙棘粉表觀色值對(duì)比Fig.3 Comparison of apparent color values of Sea buckthorn powder

2.2 沙棘粉粉體特性的測(cè)定結(jié)果

由圖4-A 可知，F(xiàn)D-1 和FD-2 兩種沙棘粉的總流動(dòng)能均高于CP組。其中，在100 mm·s-1的下降速率下，F(xiàn)D-1、FD-2 的總流動(dòng)能分別為159.60、196.78 mJ，兩者間差異顯著（P＜0.05）；在10～70 mm·s-1的下降速率下，F(xiàn)D-1 和FD-2 的總流動(dòng)能無(wú)顯著差異（P＞0.05）。說(shuō)明低溫升華真空冷凍干燥和高溫升華真空干燥對(duì)粉體的總流動(dòng)能無(wú)顯著影響。由圖4-B 可知，不同凍干方式沙棘粉的特別流動(dòng)能差異顯著，不同下降速率下的特別流動(dòng)能均表現(xiàn)為FD-2＞FD-1（P＜0.05），說(shuō)明在高溫升華冷凍干燥過(guò)程中，較高的溫度可以提高沙棘粉的特別流動(dòng)能。這與沙棘粉高溫升華中冰晶解析速率相對(duì)較快，導(dǎo)致固形物組分間形成較大相互作用力有關(guān)，劉苑琳等［13］的研究也表明加工處理溫度是影響粉體流動(dòng)性的因素之一。

圖4 沙棘粉流動(dòng)特性對(duì)比Fig.4 Comparison of flow characteristics of sea buckthorn powder

由表1 可知，F(xiàn)D-1 和FD-2 的CBD 和壓縮性均小于CP 組，且二者之間無(wú)顯著差異（P＞0.05），說(shuō)明在凍干過(guò)程中，溫度差異對(duì)沙棘粉體的壓縮性無(wú)顯著影響；FD-2 的剪切性遠(yuǎn)大于FD-1，說(shuō)明溫度對(duì)粉體剪切性有顯著影響。

表1 沙棘粉冷凍特性指標(biāo)對(duì)比Table 1 Comparison of freezing characteristics of sea buckthorn powder

2.3 沙棘粉活性成分對(duì)比

沙棘中有多種生物活性化合物，具有多種營(yíng)養(yǎng)功能特性［14］。由圖5-A 可知，不同工藝沙棘粉維生素C含量表現(xiàn)為FD-1＞FD-2＞CP。由于維生素C 具有較強(qiáng)熱敏性，在沙棘粉凍干過(guò)程中，F(xiàn)D-2 溫度高于FD-1，導(dǎo)致FD-2 沙棘粉維生素C 含量低于FD-1，這與鄒榮［15］的研究結(jié)果一致。由圖5-B可知，F(xiàn)D-1中類(lèi)胡蘿卜素含量顯著低于FD-2，且兩者均顯著高于CP（P＞0.05），表明高溫過(guò)程對(duì)沙棘類(lèi)胡蘿卜素的釋放和保持優(yōu)于全程低溫冷凍干燥過(guò)程。由圖5-C 可知，F(xiàn)D-1 和FD-2 總酚含量無(wú)顯著差異（P＞0.05），分別為43.49、41.04 mg·g-1，均顯著高于CP 中總酚含量（18.37 mg·g-1），表明真空冷凍干燥升華溫度對(duì)沙棘粉中多酚含量影響不顯著，但顯著高于市售凍干沙棘粉。

圖5 不同工藝沙棘粉中活性物質(zhì)含量對(duì)比Fig.5 Comparison of active substances content in sea buckthorn powder with different processes

2.4 抗氧化性能的測(cè)定結(jié)果

沙棘為藥食同源植物，果實(shí)中含有多種營(yíng)養(yǎng)成分和活性物質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗氧化活性［16-18］。由圖6 可知，F(xiàn)D-1 和FD-2 的DPPH 自由基清除能力均顯著高于CP 組；ABTS 自由基清除水平表現(xiàn)為FD-1＞FD-2＞CP；FD-1 和FD-2 的FRAP 活性均高于CP 組，且兩種沙棘粉差異顯著（P＜0.05），這與Makovics-Zsohár等［19］的研究結(jié)果一致。整體而言，F(xiàn)D-1 凍干粉的抗氧化活性高于FD-2凍干粉，說(shuō)明粉體制備的冷凍干燥工藝對(duì)抗氧化活性有明顯影響，F(xiàn)D-2在粉體凍干的過(guò)程中升華溫度高至60 ℃，從而導(dǎo)致粉體中抗氧化組分的失活和流失，F(xiàn)D-1 凍干過(guò)程中升華溫度在20℃以下，使大部分熱敏性活性成分得到最大程度的保留，因此FD-1 沙棘粉的抗氧化活性相對(duì)較高［20］，這與白梅［21］和羅志剛等［22］的研究結(jié)果一致。

圖6 不同處理沙棘凍干粉的抗氧化性能Fig.6 Antioxidant activity of freeze-dried sea buckthorn powder with different treatments

2.5 沙棘粉小分子活性組分分析

利用超高效液相飛行時(shí)間質(zhì)譜（ultra-high performance liquid time-of-flight mass spectrometry，UHPLC-QTOF-MS）對(duì)兩種冷凍干燥沙棘粉（FD-1 和FD-2）進(jìn)行分析，并與市售沙棘凍干粉（CP）做對(duì)比，經(jīng)過(guò)匹配篩選，確定了60 余個(gè)功能活性成分，如表2，其中包括多種有機(jī)酸：奎寧酸、蘋(píng)果酸、檸檬酸、抗壞血酸、異抗壞血酸、酒石酸等；大量的油酸、亞油酸及其衍生物；天冬氨酸、苯丙氨酸、精氨酸等氨基酸；豐富的多酚類(lèi)物質(zhì)：柚皮素、二氫楊梅酮、山奈酚及其衍生物、表沒(méi)食子兒茶素及其衍生物、異鼠李素新橘皮苷；此外還有黃芪甲苷、核黃素等［23］。

表2 沙棘關(guān)鍵代謝組分相對(duì)豐度Table 2 Relative abundance of metabolic components in key zone of sea bucthorn /%

兩種沙棘粉中各活性組分相對(duì)豐度差別較大，這與凍干加工中升華溫度工藝參數(shù)設(shè)置密切相關(guān)，F(xiàn)D-1的干燥方式為低溫升華真空冷凍干燥，在干燥的升華階段溫度低，因此凍干解析的時(shí)間較長(zhǎng)，F(xiàn)D-2 在凍干升華階段溫度較高，時(shí)間短，使得兩種沙棘粉中活性組分的含量因其熱敏性、光敏性及與其他物質(zhì)組分的結(jié)合特性不同而發(fā)生變化，導(dǎo)致兩者之間小分子物質(zhì)的水平和組成存在差異。

沙棘粉小分子組分的主成分分析（principal component analysis，PCA）獲得了3個(gè)主成分，解釋了兩種沙棘粉之間的差異，由得分圖（圖7-A）和載荷圖（圖7-B）可知，PC1可以有效區(qū)分FD-2與FD-1。其中奎寧酸、1-油酰-甘油-3-磷酸膽堿、1-油酰基-甘油-3-磷酸乙醇胺、2-［（2-乙基丁酰基）氨基］-4，5-二甲氧基苯甲酸、天冬酰胺等的含量在FD-1中遠(yuǎn)高于FD-2，為FD-1 沙棘粉的特征性代謝組分；同時(shí)，1，3-二羥基-12，24-二烯酸、2，3，16，20，25-五羥基葫蘆素-5-烯-11，2，2-二酮-3-氧葡萄糖苷、3，4，5，7-四羥基-3-甲氧基黃酮、十二烷基苯磺酸、洋桔梗酸、異鼠李素、原花青素B2 等的含量在FD-2 中遠(yuǎn)高于FD-1，說(shuō)明以上化合物為FD-2沙棘粉的特征性組分。

圖7 沙棘粉小分子組分主成分分析得分圖（A）和載荷圖（B）Fig.7 Score diagram （A）and load diagram（B） for PCA of small molecule components of sea buckthorn

圖8 沙棘粉香氣和揮發(fā)性成分PCA分析Fig.8 PCA analysis of aroma and volatile components of sea buckthorn powders

對(duì)兩種不同凍干工藝沙棘粉小分子活性組分進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，對(duì)其進(jìn)行因子分析和公因子分析，利用最大方差法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后得到公因子載荷矩陣。通過(guò)分析共得出2 個(gè)公因子，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到100%，第1公因子貢獻(xiàn)率為55.356%，特征根為21.604；第2 公因子貢獻(xiàn)率為44.644%，特征根為17.396。提取公因子，以公因子的貢獻(xiàn)率為權(quán)重，建立品質(zhì)綜合得分（fz）的數(shù)學(xué)模型：fz=55.356/100*f1+44.644/100*f2，通過(guò)模型計(jì)算獲得綜合得分。通過(guò)得分排序，得到FD-2 中特征性組分為［6］-姜酚、異鼠李素3-新橙皮苷、酒石酸、維生素C、槲皮苷、d-阿洛酮糖、3-羥基-3-甲基戊二酸、環(huán)己胺丙磺酸、戊酸等；FD-1中特征性組分為丹酚酸A、異抗壞血酸、異鼠李素、表沒(méi)食子兒茶素、原花青素B2、天冬酰胺、泛酸等。

2.6 沙棘粉香氣成分和揮發(fā)性成分的測(cè)定結(jié)果

表3 為不同凍干方式沙棘粉中揮發(fā)性成分含量對(duì)比表，共檢測(cè)篩選出153種化合物，其中主要為酯類(lèi)［24］（67 種），含量較多的為3-甲基丁酸2-甲基丁酯、己酸戊酯、苯甲酸異戊酯、己酸乙酯、苯甲酸乙酯等，宋菲紅等［25］也發(fā)現(xiàn)沙棘中存在己酸乙酯、苯甲酸乙酯等特征性物質(zhì)；醇類(lèi)（18 種）含量較多的為異丙醇、異戊醇、苯乙醇等；醛類(lèi)（14 種）含量較多的為壬醛、苯甲醛、苯乙醛、糠醛等；以及烴類(lèi)（15 種）和酮類(lèi)（13 種）等化合物。兩種真空冷凍干燥沙棘粉在成分含量上存在的差異與兩種沙棘粉凍干過(guò)程的工藝有關(guān)，F(xiàn)D-1干燥升華過(guò)程中溫度低（20 ℃），凍干的時(shí)間較長(zhǎng)，使得很大一部分香氣和揮發(fā)性成分得以保留，損失相對(duì)較少；而FD-2 在凍干過(guò)程中升華溫度較高（60 ℃），時(shí)間雖短，但揮發(fā)性成分含量的損失較嚴(yán)重，甚至有些物質(zhì)全部損失。進(jìn)一步采用主成分分析法和SPSS 因子分析對(duì)揮發(fā)性組分進(jìn)行分析，共提取出2 個(gè)公因子，解釋了沙棘粉99%的品質(zhì)信息差異。可見(jiàn)，沙棘粉揮發(fā)性成分的含量有明顯差異，其中FD-1 的特征性組分為壬醛、3-甲基丁酸2-甲基丁酯、異戊酸異戊酯、3-甲基丁酸乙酯、2-甲基丁酸異丁酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、甲基庚烯酮、苯甲酸仲丁酯、異戊酸；FD-2的特征性成分為異丙醇、二甲基二硫醚、苯乙醛、2-乙酰基呋喃、苯乙醇、糠醛、甲苯、苯甲酸異戊酯，表明冷凍干燥升溫工藝參數(shù)對(duì)沙棘粉揮發(fā)性物質(zhì)組成的影響較大。

表3 沙棘粉香氣成分和揮發(fā)性成分含量對(duì)比Table 3 Comparison of volatile components concentration of sea buckthorn powder/（μg·L-1）

2.7 沙棘粉品質(zhì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

對(duì)兩種不同凍干工藝的沙棘粉品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，對(duì)其進(jìn)行因子分析和公因子分析［26］，利用最大方差法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后得到公因子載荷矩陣，如表4所示。通過(guò)分析，共得出2個(gè)公因子，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到100%，同時(shí)其特征值均大于1，基本能反映沙棘粉品質(zhì)的大部分信息。第1 公因子的貢獻(xiàn)率達(dá)到61.561%，其特征根為14.743，包括沙棘粉下降速率為T(mén)-100 mm·s-1、T-70 mm·s-1、T-40 mm·s-1、T-10 mm·s-1

表4 兩種凍干工藝沙棘粉品質(zhì)公因子分析Table 4 Common factor analysis of sea buckthorn powder quality in two freeze-dried processes

時(shí)的特別流動(dòng)能及剪切性、類(lèi)胡蘿卜素、壓縮性，其因子載荷分別為0.987、0.969、0.999、0.993、0.999、0.998、-0.893，主要反映沙棘粉的粉體特性；第2 個(gè)公因子的貢獻(xiàn)率為38.439%，其特征根為6.257，包括色澤L、a、b、維生素C、FRI、DPPH、ABTS、FRAP，其因子載荷分別為0.837、0.949、0.968、0.870、0.966、0.603、0.943、0.882，主要反映沙棘粉的色澤和功能活性。

對(duì)兩種不同凍干工藝沙棘粉品質(zhì)進(jìn)行因子分析，提取公因子，以公因子的貢獻(xiàn)率為權(quán)重［27-28］，建立品質(zhì)綜合得分（fz）的數(shù)學(xué)模型：fz=61.561/100*f1+38.439/100*f2，通過(guò)模型計(jì)算獲得綜合得分，根據(jù)得分情況進(jìn)行排序。結(jié)果表明（表5），綜合得分依次為FD-1、FD-2、CP 組。其中FD-1 的第2 個(gè)公因子排在第1，說(shuō)明沙棘粉的顏色比較鮮艷，抗氧化活性較強(qiáng)；FD-2 的第1個(gè)公因子排在第1，第2個(gè)公因子排在第2，說(shuō)明沙棘粉粉體特性較好，總流動(dòng)能和特別流動(dòng)能較大，色澤較差，活性物質(zhì)含量較低，抗氧化能力較弱。

3 討論

作為“藥食同源”植物，沙棘果實(shí)中含有近200 種營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性成分，廣泛分布在我國(guó)西北部（新疆、內(nèi)蒙古、山西、河北、甘肅、青海等地）。沙棘營(yíng)養(yǎng)豐富，具有多種生物活性，因此沙棘類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成為研究熱點(diǎn)，其中最主要研究為沙棘飲料的開(kāi)發(fā)，但沙棘籽中含有大量的不飽和脂肪酸等酯類(lèi)化合物，會(huì)導(dǎo)致沙棘飲料變質(zhì)；此外，沙棘中維生素C含量和酸度較高，極易發(fā)酵。通過(guò)前期試驗(yàn)證明，沙棘粉可以很好地改善以上問(wèn)題，因此將沙棘漿進(jìn)行凍干，開(kāi)發(fā)沙棘粉系列產(chǎn)品成為沙棘行業(yè)的趨勢(shì)。

本研究發(fā)現(xiàn)，低溫真空冷凍干燥是沙棘凍干的最佳方法，此方法可有效提高沙棘活性物質(zhì)以及營(yíng)養(yǎng)成分的保留率。通過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)FD-1 的色澤品質(zhì)、總酚和維生素含量等指標(biāo)要優(yōu)于FD-2，這主要是由于FD-1 凍干過(guò)程中溫度較低，氧化褐變率低，而且始終處于真空狀態(tài)，避免了高溫對(duì)維生素的破壞［29］，但類(lèi)胡蘿卜素的保留率較低，對(duì)于抑制其含量的原因有待進(jìn)一步分析。此外，凍干方式對(duì)沙棘粉揮發(fā)性成分含量也有較大影響，Huang等［30］研究發(fā)現(xiàn)，沙棘中醇類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)等化合物含量相對(duì)較低，可能是由于超高壓及熱處理對(duì)沙棘中揮發(fā)性成分的含量產(chǎn)生了影響。綜上，低溫真空冷凍干燥在低溫真空的條件下可降低營(yíng)養(yǎng)成分損失，提高沙棘產(chǎn)品的品質(zhì)。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，真空冷凍干燥沙棘粉制備過(guò)程中，凍干方式對(duì)其品質(zhì)有較為顯著的影響。在色澤方面，20 ℃升華真空冷凍干燥（FD-1）沙棘粉色澤更加鮮艷，更接近標(biāo)準(zhǔn)黃色；在粉體特性方面，60 ℃升華真空冷凍干燥（FD-2）沙棘粉的特別流動(dòng)能高于FD-1，兩者剪切性和壓縮性差異不大；在活性成分和抗氧化方面，F(xiàn)D-1 的活性成分和抗氧化能力整體優(yōu)于FD-2。因子分析和公因子分析結(jié)果表明，F(xiàn)D-1在色澤和活性物質(zhì)含量、抗氧化活性方面優(yōu)于FD-2，而粉體特性則表現(xiàn)為FD-2優(yōu)于FD-1，說(shuō)明FD-1制備的沙棘粉適宜制造功能性產(chǎn)品和色澤比較鮮艷的沙棘系列產(chǎn)品。