不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉品质的影响

符 群，钟明旭，王 萍

（1.东北林业大学 林学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.黑龙江省森林食品资源利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150040）

黑果腺肋花楸Aronia melanocarpa(Michx.)Elliott 是一种蔷薇科腺肋花楸，属落叶灌木，产于美国东北部的一种浆果，之后被苏联以及欧洲引进[1]。我国于20世纪90年代开始引进黑果腺肋花楸进行种植栽培，先后从国外引进8 个黑果腺肋花楸品种，其中果用型品种6 个，观赏型品种2个[2]。国家卫生健康委员会于2018年9月评审通过黑果腺肋花楸果实为新资源食品[3]。研究表明，黑果腺肋花楸果实中最多的功能成分是总酚、黄酮、花色苷，具有非凡的抗氧化性能。与蓝莓、红树莓、草莓等小浆果相比，黑果腺肋花楸中的总酚含量是最高的[4]；在黑果腺肋花楸果实中，花色苷是活性物质的第二大组成部分，约占干质量的0.6%～2.0%，花色苷约占总酚含量的25%[5]。黑果腺肋花楸中还含有维生素B1、B2、B6、维生素C、烟酸、泛酸、叶酸和类胡萝卜素成分[6]。Hirci 等[7]利用气质联用的方法，分析出跟苯甲酸的衍生物含量有关的黑果腺肋花楸特殊香气的成分。

鉴于该果实具有超强抗氧化活性成分和营养成分，其加工方式的研究相继展开。Gawałek 等[8]研究了喷雾干燥条件对于黑果腺肋花楸果粉理化性质的影响，探究了喷雾干燥黑果腺肋花楸汁的工艺；Ángel Calín-Sánchez 等[9]研究了真空-微波联合干燥和冷冻干燥对黑果腺肋花楸果粉干燥动力学，微观结构和感官特性的影响；Oszmiański等[10]利用高效液相色谱结合蒸发光散射检测仪研究了黑果腺肋花楸果粉和果汁的成分含量。国外将黑果腺肋花楸果实开发为保健性果茶、果汁、保健性胶囊、果浆和片剂等系列深加工产品，并在市场上已有销售[11]。在我国，果汁、果酒刚刚起步，黑果腺肋花楸系列深加工产品尚为空白。果粉既可直接调配为固体饮料又可以作为基础性全果原料加工为其他产品形式，易贮运，易加工。本研究以黑果腺肋花楸为对象，分别采用热风干燥、喷雾干燥以及真空冷冻干燥对黑果腺肋花楸果实制粉，探究不同干燥方式下的果粉物理性质、生物活性物质含量和体外抗氧化的影响，通过差异性分析比较品质指标，为其加工工艺提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 实验材料

黑果腺肋花楸果：2018年采集于大兴安岭，低温贮藏。

没食子酸（≥98%），上海源叶生物科技有限公司；1,1-二苯基-2-苦肼基，天津市致远化学试剂有限公司；TPTZ，上海源叶生物科技有限公司；CaCl2、FeSO4等均为国产分析纯。

1.1.2 实验仪器

酶标分析仪（EPOCH12）：BioTek Instruments，Inc.；BILON-6000Y 试验型喷雾干燥机，上海比朗仪器有限公司；FD-1A-80 型真空冷冻干燥机，上海比朗仪器有限公司；CM-5 全自动色差仪；DHG-9240 型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；T6 型紫外可见分光光度计，上海普析通用仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 黑果腺肋花楸果的预处理

挑选新鲜、成熟、无物理损伤的黑果腺肋花楸果清洗、打浆，至果实完全破碎，制成均一果浆。

1.2.2 黑果腺肋花楸果的干燥方式

1）热风干燥法。将黑果腺肋花楸果浆平铺于托盘中，置于电热鼓风干燥箱中。在60℃下干燥18 h，收集干燥样品混匀粉碎后过80 目筛。

2）喷雾干燥法。将预处理好的黑果腺肋花楸果浆进行喷雾干燥。进风温度200℃，出风温度80℃，风机频率60 Hz，蠕动泵转速3 r/min，通针间隔1 s。干燥样品粉碎后过80 目筛。

3）真空冷冻干燥法。先将黑果腺肋花楸果浆在-80℃的温度下预冷冻10 h，而后以真空冷冻干燥机进行干燥。冷阱温度为-60℃，真空度为10 Pa，干燥37 h，干燥样品粉碎过80 目筛。

1.3 黑果腺肋花楸果粉物理性质的测定

1.3.1 色泽的测定

采用全自动色差仪进行测定[12]。用L、a、b值来表示黑果腺肋花楸的果粉色泽。ΔE 表示被测物体的色泽与标准白板色泽（L*、a*、b*）的差值。

1.3.2 溶解性（WSI）的测定

精密称取1.00 g黑果腺肋花楸果粉于烧杯中，加入100 mL 蒸馏水高速搅拌5 min。搅拌后用离心机离心。采用3 000 r/min 的速度离心5 min。量取25 mL 的上层清液于预先恒质量的烧杯中在105℃条件下干燥至恒质量，并称取干燥后烧杯的质量[13]。

式（1）中：WSI 为水溶性指数，%；M2为干燥至恒质量后果粉和烧杯的质量，g；M1为预先恒质量的烧杯质量，g；M0为果粉初始质量，g。

1.3.3 堆积密度的测定

将黑果腺肋花楸果粉装于10 mL 量筒内，填充至10 mL 刻度处，振实。称量黑果腺肋花楸果粉的质量[14]。黑果腺肋花楸果粉的堆积密度（ρb）的计算方法如下：

式（2）中：ρb为堆积密度，g/mL；M1为果粉和量筒的总质量，g；M2为量筒的质量，g。

1.3.4 流动性的测定

流动性的测定采用休止角注入法[15]并略作修改。将漏斗固定在铁架台上，漏斗下端距离坐标纸8 cm，取10 g 黑果腺肋花楸果粉使其自由下落成圆锥状。测定堆积圆锥的半径r与圆锥的高度h，以h与r的比值作正切值来表征果粉的流动性，计算公式如下：

1.3.5 黑果腺肋花楸果粉的得率

参考张丽华等[16]的方法。黑果腺肋花楸干燥前的质量（M1）与粉碎后的果粉质量（M2）的比率作为计算依据。

式（4）中：yi为得率，%。

1.3.6 含水率的测定

黑果腺肋花楸果粉的含水率采用直接干燥法进行测定[17]。计算公式如下：

式（5）中：m为含水率，%；M2为干燥后烧杯和果粉的质量，g；M1为烧杯的质量，g。

1.4 黑果腺肋花楸果粉活性成分的测定

1.4.1 总酚含量的测定

样品中总酚的含量采用Folin-Ciocalteau方法[18]测定并略作修改。称取1.00 g 黑果腺肋花楸果粉置于10 mL 离心管中，加入5 mL 80%的乙醇，微波超声提取30 min，离心取上层清液。准确量取0.1 mL适当稀释的提取液加入到试管中，加入7 mL 的蒸馏水，摇匀，再加入0.5 mL 的福林试剂，充分摇匀，加入1.5 mL 20%的Na2CO3及0.9 mL 蒸馏水。25℃温度条件下避光水浴反应1 h。在765 nm 的波长下测定吸光值。重复测定3 次取平均值作为可用值[19]。标准曲线以没食子酸标准品溶液绘制，回归方程为y=0.001 3x+0.022 4，R2=0.999 2。

1.4.2 黄酮含量的测定

样品中黄酮的含量采用李晓英等[20]的方法测定并略作修改。如1.4.1 中将果粉超声提取后，准确量取0.5 mL 适当稀释的样品加入到试管中，在试管中加入30%的乙醇至5 mL，充分摇匀，再加入0.3 mL 5%的NaNO2溶液。6 min 后加入0.3 mL 10%的Al（NO3）3溶液，充分摇匀，静止放置6 min 后加入4 mL 1.0 mol/L 的NaOH 溶液，静止反应15 min。测定在510 nm 处的吸光值。用芦丁作为标准品，在510 nm 处测定吸光值。绘制标准曲线为y=1.480 9x+0.013 3，R2=0.999。

1.4.3 花色苷含量的测定

样品中的花色苷的含量采用pH值示差法测定。称取1.00 g 果粉放入烧杯内，加入5 mL 70%乙醇，调节pH 值至3.0。于36℃条件下浸提2 h，过滤，离心。准确量取1 mL 适当稀释的滤液于试管中，以pH 值1.0 的缓冲溶液定容至10 mL 置于暗处反应50 min。准确量取1 mL 适当稀释的样品于试管中，以pH 值4.5 的缓冲溶液定容到10 mL，暗处反应80 min。分别在510、700 nm波长下测定吸光值[19]，重复测定3 次取平均值。花色苷的计算公式如下：

式（6）中：a为花色苷含量，mg/L；A为吸光度，A=（A1-A2）-（A3-A4）；A1为pH 值1.0 溶液定容的样液在510 nm波长下的吸光值，A2为pH值1.0溶液定容的样液在700 nm 波长下的吸光值，A3为pH 值4.5 溶液定容的样液在510 nm 波长下的吸光值，A4为pH 值4.5 溶液定容的样液在700 nm波长下的吸光值；ε为矢车菊素-3-葡萄糖苷的消光系数，26 900；DF 为稀释因子；M为矢车菊素-3-葡萄糖苷的分子量，449.2。

1.5 黑果腺肋花楸果粉体外抗氧化活性的测定

1.5.1 清除DPPH 自由基能力的测定

参考符群等测定清除DPPH 自由基能力的方法[21]。在试管中加入2 mL 适当稀释的样品液，加入2×10-4mol/L 的DPPH 乙醇溶液2 mL，充分混匀。室温下避光反应30 min，以乙醇作为参比，测量517 nm 波长下的吸光度（A1）。同样操作，用等体积的无水乙醇代替样品液，测定517 nm 波长出的吸光度（A0）。最后不加DPPH 乙醇溶液，用等体积的乙醇代替DPPH 乙醇溶液，加入2 mL的适当稀释的样品液。同样的方法测定吸光度（A2）。DPPH 自由基清除率的计算方法如下：

式（7）中：c为清除率，%。

1.5.2 果粉总抗氧化能力的测定

1）FRAP 工作液的配制：配制0.3 mol/L醋酸缓冲溶液、20 mmol/L 三氯化铁溶液、10 mmol/LTPTZ 溶液。按照醋酸缓冲溶液∶三氯化铁溶液∶TPTZ 溶液=10∶1∶1 的比例量取混匀，现用现配于37℃保温30 min，得到FRAP 溶液[22]。

2）FeSO4标准曲线的绘制：依次配制0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 mmol/L 的FeSO4·7H2O 标准溶液，在593 nm 处测定吸光度值，绘制标准曲线：y=0.662 1x-0.066 2，R2=0.999 6。

3）抗氧化能力的测定：在96 孔反应板中加入20 μL 的适当稀释的待测液。然后加入FRAP 工作液180 μL。37℃恒温水浴5 min。以全波长酶标仪测定593 nm 波长处吸光度。根据标准曲线计算提取物的还原能力，以FeSO4浓度来表示。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉物理特性的影响

表1数据显示，3 种干燥方式制备的果粉物理性状均呈现显著差异（P＜0.05）。果粉得率由大到小依次为：热风干燥＞真空冷冻干燥＞喷雾干燥。在3 种干燥方法中，由于热风干燥工艺简单，果粉含水高（15.98%），因此果粉得率最高；喷雾干燥法蒸发量大，水分及挥发性物质分离较为完全，果粉得率最低。

表1 不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉物理特性的影响†Table 1 Effects of different drying methods on physical characteristics of Aronia melanocarpa powder

休止角体现了果粉的摩擦性能，休止角越小流动性越好。热风干燥方式制得的果粉休止角为36.28°，其流动性最好，真空冷冻干燥方法次之。

溶解度和分散性是果粉在水溶液中的分散行为，是评价果粉物理性能的重要指标。喷雾干燥得到的果粉由于吸水性强且表面疏松，因此溶解性最好为99%，溶解度最差的是热风干燥果粉。真空冷冻干燥果粉分散性最强，喷雾干燥果粉粉体细、质地实、比表面积大，入水后表面迅速吸水而包围了内部的果粉，使得内部果粉无法溶解，从而造成了较多的结块，致使其分散性能最差，为90 s。

堆积密度影响商业成本，堆积密度越大运输包装的成本相应降低。3 种干燥方式果粉的堆积密度由大到小依次为：热风干燥＞喷雾干燥＞真空冷冻干燥。热风干燥法制得的果粉包装运输成本更低。

2.2 不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉色泽的影响

3种干燥方式制备的果粉色泽差异性显著（P＜0.01）。由表2可知，L值大小依次为喷雾干燥＞热风干燥＞真空冷冻干燥。通过喷雾干燥方式制得的果粉颜色最为明亮，L值最大为54.59，真空冷冻干燥的果粉颜色暗，L值最低为16.89；真空冷冻干燥果粉的a值显著小于其他样品，热风干燥次之，喷雾干燥的果粉偏红的程度最大；热风干燥果粉的b值最大为6.67，最小的是喷雾干燥的果粉。

表2 不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉色泽的影响Table 2 Effect of three drying methods on color of Aronia melanocarpa powder

新鲜的黑果腺肋花楸果皮紫黑，果肉呈暗红色。由于真空冷冻干燥过程中的温度较低，对黑果腺肋花楸果中花色苷等呈色物质的破坏较小，能最大程度保持黑果腺肋花楸果的原有色泽，优于其他干燥方式，经喷雾干燥处理的果实色泽变化最为严重。

2.3 不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉活性物质的影响

花色苷具有极强的抗氧化能力，具有预防心血管疾病、保护心脏等生理活性[23]。不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉花色苷的含量影响较大。

由图1可知，3 种干燥方式制得的黑果腺肋花楸果粉花色苷含量由高到低依次为：真空冷冻干燥＞热风干燥＞喷雾干燥。花色苷的结构不稳定，对温度条件也比较敏感，在加工过程中容易受到多种因素影响而降解。真空冷冻干燥温度较低能够在较大程度上保持果粉花色苷的含量。喷雾干燥方法由于干燥温度过高果粉中的花色苷大部分已经降解导致花色苷含量最低，仅为0.15 mg/g。热风干燥所得果粉中的花色苷含量略高于喷雾干燥。热风干燥的果粉已经发生非酶褐变，可能因为长时间处于过高温度使花色苷结构已经发生降解。

多酚类物质具有较强的抗氧化、抗辐射、抗衰老等[24]功能。在氧化过程中，可以通过酶活性来减弱氧化反应的产生。总酚是黑果腺肋花楸中含量最高的生物活性物质。由图1可知，3 种干燥方式中真空冷冻干燥制得的果粉总酚含量最多，多达42.29 mg/g。可能真空冷冻干燥中低温和真空环境抑制多酚氧化酶的活性，减少了多酚向醌类物质转化的发生,保留了大部分的多酚[25]。其次是热风干燥，果粉总酚含量最低的是喷雾干燥。秦丹丹等[26]研究表明在果蔬的加热干燥过程中，总酚含量受到加热时间长短的影响；邹容等[27]研究表明干燥过程氧气含量对金银花总酚含量的变化有着较大的影响。喷雾干燥方式由于加热温度、加热时间和氧气含量的影响，对黑果腺肋花楸果粉中总酚损失要高于真空冷冻干燥和热风干燥。

图1 不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉活性物质的影响Fig.1 Effects of different drying methods on the active substances of rowan fruit powder

黑果腺肋花楸中的黄酮类化合物对预防和治疗心脑血管疾病具有明显的效果[28]。由图1可知，3 种干燥方式中黄酮含量依次为真空冷冻干燥＞热风干燥＞喷雾干燥。真空冷冻干燥方式所制得的果粉黄酮含量为41.5 mg/g，黄酮含量大大超过其余两种干燥方式。与酚类物质类似，黑果腺肋花楸中黄酮对温度条件比较敏感。热风干燥和喷雾干燥在干燥黑果腺肋花楸样品时由于长时间处于较高温度中，致使黄酮含量相对减少。因此真空冷冻干燥能最大程度上减少黄酮的损失。

2.4 不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉体外抗氧化活性的影响

1，1-二苯基-2-苦肼基（DPPH）是一种稳定性强的自由基，如果受试物能将DPPH自由基清除，则提示受试物可以降低羟自由基、烷自由基或过氧化氢自由基的有效浓度[29]。

由图2可知，3 种干燥方式的黑果腺肋花楸果粉对DPPH 自由基清除能力大小依次为真空冷冻干燥＞热风干燥＞喷雾干燥。真空冷冻干燥方式制得的果粉花色苷、总酚和黄酮含量均超过其他两种方式，在抗氧化方面真空冷冻干燥具有明显优势。样品经过干燥处理后的DPPH 自由基清除能力大小的变化趋势与总酚和黄酮的含量变化趋势趋于一致。

图2 不同干燥方式对黑果腺肋花楸果粉体外抗氧化活性的影响Fig.2 Effects of different drying methods on antioxidant activity of rowan fruit powder in vitro

3 种干燥方式制得的果粉总抗氧化能力如图2所示。总抗氧化能力大小依次为真空冷冻干燥＞热风干燥＞喷雾干燥。真空冷冻干燥方式制得的总抗氧化能力最强FRAP 值为197.11 mmol/L。喷雾干燥方式总抗氧化能力FRAP值仅仅为53.49 mmol/L。由于喷雾干燥方式的干燥温度过高，果粉中具有抗氧化活性的物质降解致使果粉的总抗氧化能力减弱。

3 结论与讨论

通过实验比较了热风干燥、真空冷冻干燥和喷雾干燥对黑果腺肋花楸果粉物理特性、生物活性物质含量和体外抗氧化能力等品质的影响。3 种干燥方式对黑果腺肋花楸果粉品质存在显著性影响。喷雾干燥所制得的果粉流动性最好，亮度最高，含水率最低，溶解性最好，但是其测定的所有生物活性物质的保留量最低，花色苷的含量仅仅为0.15 mg/g，营养成分损失严重。真空冷冻干燥所制得的果粉分散性最好，溶解性较好，得率高，有效成分总酚、黄酮和花色苷的保留量均最高，具有最高的营养价值和抗氧化活性，综合品质最好。热风干燥所制得的果粉溶解性、流动性稍差，果粉得率最高，但生物活性物质及抗氧化性能均弱于真空冷冻干燥。从营养价值及产品品质的角度出发，真空冷冻干燥方式能够最大程度地保留黑果腺肋花楸的营养成分，并表现出良好的物理特性；真空冷冻干燥设备形式多样，标准化程度高，生产规模可控性强，综合品质最佳，适宜在黑果腺肋花楸果粉的加工产业推广。

本实验仅研究了单一的干燥方式对果粉品质的影响，红外-热风联合干燥、热风-真空分段联合干燥、微波-真空冷冻联合干燥等协同联合干燥方式也是未来应用于干燥领域的新型技术，对于优化果粉物理性能、生物活性物质含量及其活性均有待于进一步研究。李伟等[30]利用热风-微波干燥法缩短了杨梅果粉的干燥时间，具有较高的堆积密度；张明等[31]研究了微波真空干燥和变温压差膨化干燥对金针菇菇根粉物理性质的影响，制得的食用菌粉体粒度更均匀，跨度更小，粉体流动性及压片成型度优良，水溶性提高，整体优化了粉体的应用性质。黑果腺肋花楸果作为新一代药食同源原料，通过新型生产技术的运用，跟踪其营养成分、活性成分及应用性质的研究，必将推动该新资源食品向高附加值、长产业链的工业进程发展。