不同干燥方式对黄刺玫果粉品质的影响

张文琴，王晓燕，宋高林

(山西省医药与生命科学研究院，山西 太原，030006)

黄刺玫果为蔷薇科蔷薇属野生落叶丛状灌木黄刺玫(RosaxanthinaLindl)的成熟果实，广泛分布于我国北方各省的山区和丘陵地带[1]。黄刺玫野生资源丰富，仅山西省年产鲜果约24～40 t。黄刺玫果在民间食用历史悠久，果中含有脂肪、蛋白质、糖类、含量高达83～97 mg/100g的VC、VE、18种氨基酸、17种微量元素，以及多肽、花青素、多酚、鞣质、黄酮类[2-3]等活性成分，且安全无毒[4]。

成熟的黄刺玫果呈红紫色，酸甜可口。但籽多肉少并覆盖绒毛，食用不便。经提取后制成果粉不仅可以使其营养成分得以保留，还可扩大应用范围，延长保质期。另外黄刺玫果色泽红紫鲜艳，花色苷含量较高，果粉也可以作为一种天然的水溶性红色素，应用到食品、化妆品中。目前，果蔬粉制备技术主要有喷雾干燥、热风干燥、真空冷冻干燥、微波干燥等方式[5]，其加热方式、脱水原理的不同会导致果蔬粉理化性质、营养成分等的差异。现已有火龙果[6]、桑葚果[7]、杨梅果[8]、枣[9]等多种果蔬不同干燥方式制得的果粉进行了分析比较，但黄刺玫果干燥制粉未见相关报道。另外一般对果蔬粉的品质评价多用单个指标的直观评价，鲜有对果蔬粉考察的多指标的客观综合评价。而综合指数法可以对同组或不同组指标值进行统计学处理，使不同计量单位、性质的指标值标准化，最后转化成一个综合指数，以准确地评价干燥方式的综合水平。综合指数值越大，综合水平越好。

本研究对果粉加工中最常见的方式：热风干燥(hot air drying，HA)、喷雾干燥(spray drying，SD)、真空冷冻干燥(vacuum freeze-drying，VF)等3种不同干燥方式获得的黄刺玫果粉理化性质和有效成分进行分析和比较，并采用综合指数法：变异系数法确定各指标权重，极差标准化法对各指标进行无量纲化处理，对3种果粉品质的17项指标进行了综合评价。

1 材料与方法

1.1 材料

黄刺玫鲜果，采摘于山西省左权县大堡岩。

1.2 仪器与设备

GZX-9140MBE型电热鼓风干燥箱，上海博讯；SD-06型喷雾干燥器英国Labplant公司，Pilo FD8-15.6V型中试型真空冷冻干燥箱，西盟国际公司；Winner2308激光粒度分析仪，济南微钠颗粒仪器股份有限公司，FW100高速万能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；UV757CRT型紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器公司；FA1004型电子分析天平，上海捷徽电子科技公司；LYNX6000型离心机，美国Thermo公司；RE52CS-1型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂；LABONCE-120型药用稳定试验箱，北京兰贝石恒温技术有限公司；CR-400型手持色差仪，日本SEMSING。

1.3 实验方法

1.3.1 黄刺玫果粉的制备工艺流程

黄刺玫鲜果→清洗→破碎→体积分数70%乙醇提取1.0 h→浓缩至料液比为60%→6 000 r/min离心15 min→添加助干剂(与固形物质量比1∶1的DE 8-10麦芽糊精)→干燥→粉碎(高速万能粉碎机中粉碎制粉，过80目筛备用)

1.3.2 黄刺玫果粉的不同干燥工艺

HA：温度60 ℃，干燥时间20 h；VF：冷肼温度为-45 ℃，真空度为0.1 kPa，干燥时间34 h；SD：进口温度150 ℃，进样速度8.1 mL/min，风扇速度4.3 m/s。

1.4 黄刺玫果粉理化性质分析测定方法

1.4.1 黄刺玫果粉得率的计算

(1)

式中：m1干燥前可溶性固形物质量(包括可溶性固形物和加入的辅料)，g；m2干燥后果粉质量，g。

1.4.2 溶解性的测定

称取1.0 g果粉于烧杯中，加入100 mL的蒸馏水，高速搅拌5 min，3 000 r/min离心5 min，取上清液25 mL于105 ℃烘箱中烘干至恒重，计算上清液中干物质含量所占的比例。

1.4.3 色泽的测定

色泽：采用全自动色差仪测定[10]，用L、a、b值来表示，L代表明度指数，L值从0到100表示从黑暗到明亮的变化；a值从(-a)到(+a)代表颜色从绿色到红色的变化；b值从(-b)到(+b)代表颜色从蓝色到黄色的变化。ΔE表示被测物体的色泽(L、a、b)与标准白板色泽(L*、a*、b*)的色差值。ΔE计算方法如式(2)所示。

(2)

1.4.4 水分含量的测定，105℃干燥法。

1.4.5 吸湿率

在相对湿度为75%，温度为25 ℃的恒温恒湿箱中保存24 h，测定果粉吸湿增重百分率[11]。

1.4.6 临界相对湿度

精密称取2.0 g三种干燥方式所得的黄刺玫果粉，平铺于72个已恒重的扁型称量瓶(每组3个)中，然后置于8个相对湿度分别为11%、23%、33%、40%、50%、60%、70%和80%的试验箱或饱和溶液的干燥器中进行试验，于25 ℃保存24 h，测定吸湿百分率，以吸湿百分率为纵坐标，相对湿度为横坐标作图，得出果粉的临界相对湿度(critical relative humidity，CRH)[12]。

1.4.7 粒度分布和比表面积

利用激光粒度分析仪测定[13]。用体积分数70%乙醇做分散介质。

1.4.8 堆积密度的测定

称取20 g黄刺玫果粉，置于100 mL的量筒中，振实至量筒内果粉体积不再发生变化[14]，读取果粉体积。

(3)

式中：m2：果粉和量筒的质量，g；m1：量筒的质量，g；V：果粉振实后的体积，mL。

1.4.9 流动性的测定

休止角注入法：将漏斗固定在试管架上，漏斗下端距桌面距离为8 cm，取150 mL黄刺玫果粉置于漏斗中使其自由下落形成锥形[15]。测定果粉堆积圆锥的半径r与圆锥的高度h，以h与r的比值作为正切值来计算休止角：

(4)

1.5 黄刺玫果粉有效成分的测定

1.5.1 黄刺玫果粉中花色苷含量的测定

(1)精密称取矢车菊-3-O-葡萄糖苷标准品，溶解于pH值为1.5的甲醇溶液中(HCl)，定容到10 mL容量瓶中。测定不同浓度的矢车菊-3-O-葡萄糖苷标准品溶液在530 nm[16]处的吸光值，所得标准曲线为：Y=0.052 7X+0.004 1，r2=0.999 9。

(2)取1.0 g果粉，加入5.0 mL蒸馏水，超声溶解10 min，再加入15 mL甲醇和乙醇的混合溶液超声10 min，离心，取上清液进行含量测定。

1.5.2 黄刺玫果粉中多酚含量的测定

果粉中多酚含量的测定，采用FOLIN-CIOCALTEU法[17]。用没食子酸为标准品，在748 nm处测定吸光度值，测得的标准曲线为：Y=0.004 9X+0.012 2，r2=0.999 6。果粉测定前处理方法同1.5.1中的(2)。

1.5.3 黄刺玫果粉中黄酮含量的测定

果粉中黄酮含量的测定，采用NaNO2-AlCl3法[18]，用芦丁为标准品，在510 nm处测定吸光度值，测得的标准曲线为：Y=0.012 2X-0.006 6，r2=0.998 1。果粉测定前处理方法同1.5.1中的(2)。

1.5.4 黄刺玫果粉中蛋白质含量的测定

果粉中蛋白含量的测定，采用考马斯亮蓝法[19]，用牛血清蛋白为标准品，在595 nm处测定吸光度值，测得的标准曲线为：Y=0.006 3X+0.041 4，r2=0.997 5。果粉测定前处理方法同1.5.1中的(2)。

1.6 黄刺玫鲜果中有效成分的测定

黄刺玫鲜果的体积分数70%乙醇提取液进行过滤，所得滤液按照1.5中有关花色苷、多酚、黄酮及蛋白质的测定方法进行含量的测定，以黄刺玫鲜果的重量进行含量计算。

1.7 综合评分

综合指数法采用变异系数法确定上述各项指标的权重系数，将数据利用极值标准化法处理后，采用加权平均的方法确定不同干燥方式制得黄刺玫果粉的综合评分。

研究3种不同干燥方式所得果粉，每种果粉评价指标17个，Xij表示第i种干燥方式所得果粉第j个评价指标的测定值，i=1，2，3…n，n=3；j=1，2，3……m，m=17。

第j个指标的权重为：

(5)

为消除不同数据水平和变量单位对结果的影响，采用极值标准化法将各项指标的数据进行标准化处理，

(6)

(7)

由于b值、ΔE值、水分含量、吸湿率、粒径、休止角的数据为越小越好，因此为逆指标，标准化后将正负号对调[9]。将各指标权重分别与标准化后的数值相乘后，计算总和，得到3种干燥方式果粉的综合评分。

1.8 数据处理与分析

指标测定均重复3次，结果取平均值。采用Orgin 9.0作图，SPSS 20.0进行ANOVA单因素方差分析和Ducan’s多重检验，图中相同小写字母表示无显著差异，不同小写字母表示存在显著差异(p<0.05)。

2 结果与讨论

2.1 不同干燥方式对黄刺玫果粉理化性质的影响

2.1.1 不同干燥方式对黄刺玫果粉得率、溶解性的影响

如图1所示，HA、VF黄刺玫果粉得率高达96%以上，SD所得果粉得率为77.5%；3种不同干燥方式的黄刺玫果粉溶解性良好，大小顺序为SD>HA>VF，且3种果粉溶解性没有显著性差异(p>0.05)。

图1 不同干燥方式对黄刺玫果粉得率、溶解性的影响Fig.1 Yield and solubility of powder prepared by different drying methods

2.1.2 不同干燥方式对黄刺玫果粉色泽的影响

如图2所示，干燥方式对果粉色泽有显著影响(p<0.05)，其色差值为：VF>HA>SD。HA方式所得果粉的L、a值最小，b值最大，果粉颜色偏褐黄，不同于其他2种干燥方式，是因为果粉中的还原糖、氨基酸等成分因加热时间过长、温度过高发生了美拉德反应[20]；VF、SD两种方式所得的果粉b值均很小，L、a值较大，所以果粉色泽红紫，鲜亮。

图2 不同干燥方式对黄刺玫果粉色泽的影响Fig.2 Color parameters of fruit powder prepared by different drying methods

2.1.3 不同干燥方式对黄刺玫果粉水分含量、吸湿率、CRH的影响

如图3果粉水分含量的大小依次为SD>HA>VF，无显著性差异，但含水量均小于5.0%。3种果粉的CRH由图4的吸湿曲线可得。吸湿率和CRH大小顺序相反，即吸湿率小的，CRH较大。VF和SD所得果粉较HA更容易吸潮，故需要密封保存。可能与果粉表面存在空隙且颗粒间疏散，易吸附水分有关，也可能与果粉中糖类[21]有关，还需要进一步的验证。

图3 不同干燥方式对黄刺玫果粉含水率、吸湿率、CRH的影响Fig.3 Moisture content, hygroscopicity and CRH of powder prepared by different drying methods

图4 果粉的吸湿曲线(25℃)Fig.4 The moisture absorption curve of powder

2.1.4 不同干燥方式对黄刺玫果粉粒径、堆积密度、休止角的影响

由表1可知，不同干燥方式的果粉粒径大小顺序为VF>HA>SD，因为HA、VF两种方式的果粉是通过粉碎方式所得，且HA方式处理温度较高，时间较长，物料表面急剧收缩，组织紧密，所以果粉的粒径远大于SD。果粉的流动性主要取决于粉末粒径的大小和粉末表面特性。休止角越小，果粉的流动性越好。休止角的大小顺序为SD>VF>HA，SD所得果粉流动性较差，是因为SD所得果粉粒径小，颗粒比表面积大，表面聚合力和黏着力也相应增大，颗粒发生团聚致使流动性变差[22]。SD果粉比表面积为0.771 m2/g显著大于HA、VF。另外，颗粒比表面积越大，粉体表面聚合力也越大，亦可作为功能性原料吸附在食品表面[23]。3种干燥方式所得果粉堆积密度存在显著差异，大小顺序为HA>VF>SD。干燥温度和干燥时间对果粉堆积密度影响较大，HA加热温度最高且时间久，堆积密度为0.99 g/mL；VF加热温度较低，堆积密度为0.79 g/mL，低于HA方式。另外，粉的堆积密度越大，越有利于制成压片产品。SD所得果粉堆积密度为0.37 g/mL，是因为SD方式为瞬时受热，果粉颗粒粒径小、比表面积大，表面疏松多孔，且颗粒间含有大量的空隙[24]，导致其堆积密度较低。

表1 不同干燥方式对果粉粒径、堆积密度、休止角及比表面积的影响Table 1 Particle size, bulk density, angle of repose andspecific surface area of powder prepared by differentdrying methods

2.2 不同干燥方式对黄刺玫果粉有效成分含量的影响

2.2.1 不同干燥方式对黄刺玫果粉花色苷含量的影响

花色苷具有强抗氧化、保护肝脏、预防心血管疾病等[25]生理活性。不同干燥方式对果粉花色苷的含量影响较大，如图5所示。

图5 不同干燥方式对果粉花色苷含量的影响Fig.5 Anthocyanin of powder prepared by different drying methods

HA的果粉发生非酶褐变，可能因为长时间高温使花色苷结构已经发生降解[26]，果粉中已检测不到花色苷。鲜果中的花色苷含量最高，是因为黄刺玫果提取液未经过浓缩及干燥过程中的加热，花色苷结构降解有限。SD所得果粉中的花色苷含量略高于VF，可能是因为SD加热属于瞬时受热，果粉受热均一[27]，温度对果粉的色泽影响较小。

2.2.2 不同干燥方式对黄刺玫果粉多酚含量的影响

多酚类物质具有较强的抗氧化、抗辐射、抗衰老等[28]功能。如图6所示，3种不同干燥方式所得的果粉中多酚含量都远高于鲜果中多酚含量，多达28 mg/g以上，是因为黄刺玫果70%乙醇提取物的浸膏率为10%～11%，通过提取、过滤、干燥等的制备对黄刺玫鲜果中的多酚进行了富集。多酚在多酚氧化酶的作用下发生氧化反应，会导致多酚含量的减少[29]，VF方式由于加热温度和加热时间的影响，对黄刺玫果粉中多酚损失要高于HA、SD。

图6 不同干燥方式对果粉多酚含量的影响Fig.6 Polyphenol of powder prepared by different drying methods

2.2.3 不同干燥方式对黄刺玫果粉黄酮含量的影响

黄刺玫中黄酮类化合物对预防和治疗高血压、血栓引起的心脑血管疾病有显著疗效[18]。如图7所示，3种干燥方式所得的果粉中黄酮含量远远高于鲜果中的黄酮含量，是因为通过对黄刺玫果的提取、干燥，对黄刺玫果中所含的有效成分进行了富集。但黄酮类物质受热时易发生酚类氧化反应而分解[9]，所以HA方式可能因为加热温度较高所得果粉黄酮较低，SD方式对黄酮损失最少，含量大小顺序为SD>VF>HA>鲜果。SD所得果粉中黄酮含量显著高于其他两种干燥方式。

图7 不同干燥方式对果粉黄酮含量的影响Fig.7 Flavonoids of powder prepared by different drying methods

2.2.4 不同干燥方式对黄刺玫果粉蛋白质含量的影响

如图8所示，3种干燥方式所得果粉中蛋白质含量高于鲜果中蛋白含量，可能是因为黄刺玫提取液很好的保留了刺玫果中的蛋白质，通过干燥对蛋白质进行了富集。另外加热温度较低时，蛋白结构比较稳定[30]，HA方式对蛋白质保留最好，大小依次为HA>SD>VF，差异显著。

图8 不同干燥方式对果粉蛋白质含量的影响Fig.8 Protein of powder prepared by different drying methods

2.3 不同干燥方式制得黄刺玫果粉的品质综合评分

计算3种干燥方式获得的黄刺玫果粉的17项指标所占的权重，以及与各种干燥方式果粉检测指标极值标准化数值乘积，最后可得各种干燥方式的综合评分，见表2。

表2 黄刺玫果粉品质评价Table 2 Quality evaluation of of Rosa xanthina Lindlpowder

由表2可知，通过比较HA、VF、SD三种方式所制得果粉的品质指标，根据各种干燥方式的综合评分可得，果粉品质的由高到低的顺序为SD>VF>HA。

3 结论

3种干燥方式对黄刺玫果粉的理化性质及有效成分有显著影响。HA所得果粉溶解性好、得率高、流动性较好、堆积密度大，但是色泽褐黄，果粉中已检测不到花色苷这一有效成分。VF所得果粉溶解性好、得率高、色泽鲜亮、有效成分花色苷、黄酮、多酚、蛋白质含量保留较高，但是粉的粒径较大、流动性较差、易吸潮。SD所得果粉虽然得率较低77.51%，流动性也较差；但果粉色泽粉紫鲜亮，水溶性良好，粒径微小仅约7.71 μm，花色苷、多酚、黄酮含量基本最高。综合指数法对果粉3种干燥方式的17项指标进行了综合评分，得出VF、SD均优于HA，SD所得果粉评分最高。

就实际工业生产，虽然VF方式对果粉品质影响较小，但因成本过高、耗时长及处理量有限等因素，目前不适合工业化生产。SD对果粉品质影响最小，果粉中有效成分含量最高，同时喷雾干燥技术在食品、医疗领域的大范围的应用，因此喷雾干燥是制备黄刺玫果粉的最好选择。