桑葚果粉的制備工藝 及其穩(wěn)定性研究

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(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430070)

桑葚是?？坡淙~喬木桑樹的聚花果,桑葚又被稱為桑果、桑棗[1]。研究發(fā)現(xiàn)桑葚中含有大量的花色苷類物質(zhì)[2-4],具有抗氧化、抗炎、抗血栓等活性作用[5-6]。由于新鮮桑葚果實皮薄、多汁的特點,尤其不耐貯藏,極易腐敗,影響食用品質(zhì)與商品價值[7-8]。通常被加工成果汁、果醬、果凍、果酒、果醋等產(chǎn)品[9]外,還通過干制加工成果粉[10]。新鮮桑葚加工成桑葚果粉,不僅延長了桑葚的貯藏期,降低了貯運、包裝等費用,而且拓寬了應(yīng)用范圍。

目前研究干燥果粉有兩個重要問題:活性成分的損失、不易干燥、易結(jié)塊粘結(jié)等。果粉加工時采用的干燥方式主要有噴霧干燥、熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、微波干燥、變溫壓差膨化干燥等[11]。噴霧干燥使用較多,但溫度較高,熱敏性物質(zhì)易被破壞,營養(yǎng)易損失,且噴霧干燥常采用果汁進行干燥,濾渣部分利用率低。熱風(fēng)干燥比較廉價易得,但對營養(yǎng)成分損失較大,真空冷凍干燥使物質(zhì)中的活性物質(zhì)能夠有效保存,是一種比較好的干燥方式。葉磊等[12]報道真空冷凍干燥對果粉 VC、總酚、花色苷的保留率可達到95%以上。Sablani等[13]表示,經(jīng)過冷凍干燥后,紅樹莓的花色苷含量較新鮮樣品提高7%～26%、藍莓提高6%～32%。桑葚中的花色苷不穩(wěn)定,可受到自身細胞中的酶、糖和其他酚酸等影響[14],從而發(fā)生降解,冷凍干燥比其他干燥方式能更好的解決這個問題。由于果蔬中富含葡萄糖、果糖、蔗糖、蘋果酸等有機酸成分,這些物質(zhì)玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)低,吸水性好,會導(dǎo)致干燥果蔬粉易結(jié)塊,發(fā)生粘結(jié),有研究通過添加麥芽糊精、淀粉等Tg較高的物質(zhì),結(jié)塊現(xiàn)象和粘結(jié)狀態(tài)可以得到有效改善[15-16]。常用的凍干助劑有麥芽糊精、環(huán)糊精、阿拉伯樹膠、果膠等大分子物質(zhì)[16-17],這類物質(zhì)的Tg高,加入后可以提高果蔬粉的Tg,在凍干及貯藏期防止其結(jié)塊和粘結(jié)。Mosquera等[16]通過添加麥芽糊精和阿拉伯樹膠增加了凍干草莓粉的穩(wěn)定性,減少了果粉的粘結(jié),降低了Tg,果粉結(jié)構(gòu)不易塌陷,凍干后吸濕性低,貯藏更加穩(wěn)定[18]。目前將麥芽糊精作為凍干助劑運用到凍干桑葚果粉中還未見報道。

本實驗以速凍桑葚為原料,采用濕法粉碎工藝將整果制得果漿,然后果漿經(jīng)真空冷凍干燥制得桑葚果粉,并通過正交試驗優(yōu)化桑葚粉制備工藝,以期制備花色苷含量高和水溶性好的桑葚果粉;并研究pH、溫度、糖、氯化鈉、防腐劑等外界條件對桑葚果粉中花色苷穩(wěn)定性的影響,為后期桑葚果粉在面食制品、膨化食品、肉制品、乳制品、糖果制品、培烤制品等食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桑葚 采自湖北武漢黃陂區(qū),鄂桑1號;麥芽糊精、氯化鉀、鹽酸、醋酸、無水醋酸鈉、葡萄糖、蔗糖、氯化鈉、苯甲酸鈉、山梨酸鉀(分析純) 國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

LGJ-10真空冷凍干燥機 北京松源華興科技有限公司;GZX-9240MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;UV-1700型紫外可見分光光度計 日本Shimpack公司;AL204型電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司;Seven Easy pH計 梅特勒-托利多儀器有限公司;HH-S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市醫(yī)療儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 桑葚果粉的制備 速凍桑葚室溫解凍,按照一定的料液比、一定的麥芽糊精添加量和一定的勻漿時間，使用九陽料理機進行濕法粉碎勻漿,桑葚果漿平鋪于平底容器中,厚度為1 cm,在-18 ℃冰箱中預(yù)凍12 h,再放入真空凍干機中(-53 ℃,10 Pa)干燥48 h,凍干后桑葚餅狀物使用粉碎機粉碎1 min,得到桑葚果粉,果粉以花色苷含量和溶解度為指標(biāo),優(yōu)化桑葚果粉的最佳制備條件。

1.2.2 單因素實驗 固定麥芽糊精添加量3%,勻漿時間3 min,考察液料比(0.5∶1、1.0∶1、1.5∶1、2.0∶1、2.5∶1 (mL/g))對桑葚果粉花色苷和溶解度的影響;固定液料比2.0∶1 (mL/g),勻漿時間3 min,考察麥芽糊精添加量(1%、3%、5%、7%、9%)對桑葚果粉花色苷和溶解度的影響;固定液料比2.0∶1 (mL/g),麥芽糊精添加量3%,考察勻漿時間(1、3、5、7、9 min)對桑葚果粉花色苷和溶解度的影響。

1.2.3 正交試驗 以花色苷含量和溶解度為指標(biāo),在單因素的基礎(chǔ)上選擇適合的水平進行正交優(yōu)化試驗,采用L9(34)正交表安排實驗,以花色苷含量和溶解度為指標(biāo),優(yōu)化得到最佳工藝。

表1 L9(34)正交試驗因素水平表Table 1 Levels and factors of orthogonal test

1.2.4 花色苷含量的測定 采用pH示差法測定,參照Chen等[19]的方法稍作修改,準(zhǔn)確稱取0.1 g 桑葚果粉加入10 mL 60%乙醇(鹽酸酸化,pH3.0)提取液于25 mL容器中40 ℃水浴避光浸提2 h,6000 r/min,室溫,離心15 min,收集上清液,沉淀物再次加入5 mL上述提取液提取2 h,合并上清液,定容至15 mL。取0.2 mL濾液分別用 0. 2 mol/L KCl-HCl 緩沖液(pH1.0)和0. 2 mol/L醋酸-醋酸鈉(pH4.5)稀釋至5 mL,混勻后靜置20 min,分別用相應(yīng)緩沖溶液做空白對照,在510和700 nm處測定吸光值。根據(jù)下述公式計算測定樣品中花色苷含量,為方便比較,本研究果粉中花色苷含量(mg/g干重)為原料果干重花色苷含量,即去除添加的麥芽糊精的量,并以此計算比較干重原料果中花色苷保留率:

花色苷含量(mg/g)=(ΔA×DF×V×1000×449.2)/(26900×m)

式(1)

式(2)

1.2.5 桑葚果粉的溶解度測定 溶解度參照Abbasi等[20]的方法。1 g桑葚果粉加入到100 mL水中,室溫下使用恒溫磁力攪拌器在1500 r/min攪拌15 min,裝入離心管中在室溫4000 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min,取25 mL上清液,在105 ℃條件下干燥至恒重,稱量重量。

式(3)

式中：S-表示溶解度;m2-干燥后重量，g;m1-干燥前空盤重量，g;0.25-測定樣品占取樣比例。

式(4)

1.2.7 桑葚果粉花色苷穩(wěn)定性的研究

1.2.7.1 不同pH對桑葚果粉花色苷含量的影響 參考田密霞等[22]的方法,稍作修改,配制不同pH(1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0)的緩沖液,分別加入0.1 g桑葚果粉,室溫下溶解,平衡靜置2 h,取試樣在400～800 nm波長范圍掃描的吸光值的變化,并測定溶液花色苷含量。

1.2.7.2 溫度對桑葚果粉花色苷含量的影響 取2.0 g桑葚果粉溶解于100 mL水中,6500 r/min室溫離心10 min取上清液,分別取適量溶液于10 mL的具塞試管中,分別于4、25、40、60、80、90 ℃的恒溫水浴鍋中靜置,每隔1 h取出立即冰浴,測定花色苷含量[22]。

1.2.7.3 葡萄糖和蔗糖對桑葚果粉花色苷含量的影響 分別配制2%、4%、6%、8%、10%濃度的葡萄糖和蔗糖溶液,分別加入0.1 g的桑葚果粉溶解,放置2 h,測定花色苷含量。

1.2.7.4 氯化鈉對桑葚果粉花色苷含量的影響 分別配制1%、2%、3%、4%、5%濃度的氯化鈉溶液分別加入0.1 g桑葚果粉溶解,放置2 h,測定花色苷含量。

1.2.7.5 防腐劑對桑葚果粉花色苷含量的影響 分別配制不同濃度0.2、0.4、0.6、0.8、1 g/L的山梨酸鉀和苯甲酸鈉溶液,加入0.1 g桑葚果粉溶解,放置2 h,離心取上清,測定花色苷含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0對數(shù)據(jù)進行處理和Excel進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 液料比對花色苷含量和溶解度的影響 由圖1可知,隨液料比增加,花色苷含量增加。溶解度也隨液料比的增加有不同程度增加?？赡苁怯捎诩铀?桑葚果漿流動性變大,更有利于粉碎的進行。加水勻漿能夠促使桑葚固體結(jié)構(gòu)變得更加疏松,有利于干燥的進行?？紤]花色苷含量作為功能營養(yǎng)因子,選擇液料比為2∶1,花色苷含量較高。而溶解度在1.5∶1時達到最大,綜合考慮液料比為1.5∶1～2.5∶1較合適。

圖1 液料比對花色苷含量和溶解度的影響Fig.1 Effect of liquid ratio on anthocyanin content and solubility

2.1.2 麥芽糊精添加量對花色苷含量和溶解度的影響 由圖2可知,隨著麥芽糊精添加量的增加,花色苷含量有一定的增加,在3%時達到最大值。麥芽糊精的添加在一定程度上能夠改善干燥后粉體的性質(zhì),可能是在勻漿過程中麥芽糊精作為一種包埋劑,能夠?qū)ㄉ掌鸬奖Ｗo作用,從而使得花色苷含量有明顯增加。另外,Lim等[23]研究噴霧干燥過程隨著麥芽糊精的增加花色苷含量增加,這表明麥芽糊精對花色苷確實具有一定的保護作用。Ferrari等[24]研究了通過加入麥芽糖糊精進行快速干燥獲得的花青素保留率為69%～80%。麥芽糖糊精可以形成更密集的保護系統(tǒng)以隔離氧氣并保護花青素。從圖2中看出,溶解度隨麥芽糊精添加量增大而增大,是由于麥芽糊精本身的溶解性和麥芽糊精在濕法粉碎過程充當(dāng)粉碎的介質(zhì)。而麥芽糊精添加過多導(dǎo)致桑葚粉產(chǎn)品單位質(zhì)量花色苷含量偏少,溶解度隨著麥芽糊精的添加,逐漸增大,綜合考慮選擇麥芽糊精的添加量在1%～5%比較合適。

圖2 麥芽糊精添加量對花色苷含量和溶解度的影響Fig.2 Effect of maltodextrin on anthocyanin content and solubility

2.1.3 勻漿時間對花色苷含量和溶解度的影響 由圖3可知,隨著勻漿時間的增加,花色苷的含量是呈現(xiàn)下降趨勢,在時間小于5 min,花色苷的含量較高。從溶解度的角度來說,麥芽糊精的添加增加了桑葚果粉的溶解度,可能是添加麥芽糊精后勻漿使得粉末的空隙率增加從而導(dǎo)致溶解度增加,與Abbasi等[20]研究相似,麥芽糊精具有大量的羥基基團,具有更好的溶解性,當(dāng)勻漿時間達到3 min以上時,由于勻漿時間增加,勻漿液溫度相對升高,產(chǎn)生的這兩種變化可能導(dǎo)致在之前形成的疏松結(jié)構(gòu)塌陷,從而溶解度略微降低。勻漿時間作為濕法粉碎的必要因素,考慮到勻漿時間對花色苷含量的影響,選擇勻漿時間1～5 min較合適。

圖3 勻漿時間對花色苷含量和溶解度的影響Fig.3 Effect of time on anthocyanin content and solubility

2.2 正交試驗結(jié)果

在單因素的結(jié)果上,根據(jù)正交表L9(34)安排試驗,選擇液料比、麥芽糊精添加量、勻漿時間三個因素進行濕法粉碎工藝研究,結(jié)果如表2。

表2 正交試驗結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

各因素對綜合評分影響大小依次是:麥芽糊精添加量>液料比>勻漿時間,桑葚濕法粉碎冷凍干燥工藝的最佳工藝參數(shù)為A2B3C2,即麥芽糊精添加量3%,液料比2.5∶1 (mL/g),勻漿時間 3 min。

根據(jù)正交實驗結(jié)果得到最優(yōu)工藝條件不在正交表中,按照最優(yōu)工藝(A3B2C2),即麥芽糊精添加量3%,液料比2.5∶1 (mL/g),勻漿時間 3 min進行驗證,進行三次重復(fù)實驗,驗證所得結(jié)果為平均花色苷含量為14.90 mg/g,溶解度為41.27 g/100 g,按照上述綜合評分法計算,綜合分為0.91,結(jié)果優(yōu)于正交表中最高分0.89。驗證實驗證明優(yōu)化的工藝穩(wěn)定可行。

2.3 桑葚果粉花色苷穩(wěn)定性研究

2.3.1 不同pH對桑葚果粉花色苷的最大吸收波長的影響 如圖4所示。最大吸收波長的吸光值隨著pH的增加而減少,pH為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0的最大吸收波長分別為511、512、513、515、517 nm,pH1.0～5.0時最大吸收波長發(fā)生輕微紅移。pH達到6及以上,花色苷的特征吸收峰消失。有研究表明[14]在較低的 pH<2時,花色苷主要以紅色的陽離子形式存在,pH在3～6時,花色苷主要以無色的甲醇假堿和查爾酮形式存在,在中性時以醌式堿的形式存在。結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致最大吸收波長的變化。這些結(jié)構(gòu)之間在一定條件下又可以相互轉(zhuǎn)化,但后者轉(zhuǎn)化為前者較難,所以在食品加工中應(yīng)盡量保證較低pH,才能保證花色苷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

圖4 不同pH下全波長掃描Fig.4 Full-wavelength scanning at different pH

2.3.2 不同pH對桑葚果粉花色苷含量的影響 如圖5，隨著pH增大,花色苷的含量下降。pH為3時,花色苷的含量為0.127 mg/mL,而在pH1.0溶液的花色苷含量為0.137 mg/mL,所以在pH3.0條件下,花色苷比較穩(wěn)定,桑葚花色苷溶液在pH為7.0的溶液保存2 h后,花色苷含量為0.058 mg/mL,所以pH7.0時花色苷不如pH1.0穩(wěn)定。所以桑葚果粉應(yīng)盡量保持在酸性條件下使用。

圖5 pH對桑葚果粉花色苷含量的影響Fig.5 Effect of different pH on anthocyanin content of mulberry

2.3.3 溫度對桑葚果粉花色苷含量的影響 如圖6，當(dāng)溫度在40 ℃及以下時花色苷含量無明顯變化,當(dāng)溫度增加到60 ℃,花色苷含量略有減小,溫度達到80、90 ℃時,花色苷含量急劇下降,隨著時間的增加,花色苷含量下降明顯增多。在0 h時,60和90 ℃的花色苷含量分別為0.156和0.153 mg/mL,在4 h 60與90 ℃的花色苷含量分別為0.145和0.098 mg/mL。可見桑葚花色苷在60 ℃及以下是比較穩(wěn)定的,在生產(chǎn)中應(yīng)盡可能降低使用的溫度或者減少高溫使用時間。

圖6 溫度對桑葚果粉花色苷含量的影響Fig.6 Effect of temperature on anthocyanin content of mulberry

2.3.4 糖對桑葚果粉花色苷含量的影響 如圖7，葡萄糖或蔗糖添加量低于10%時對果粉花色苷的含量影響不明顯(p>0.05)。因此,在桑葚果粉加工中可添加低于10%的葡萄糖或蔗糖。

圖7 糖濃度對桑葚果粉花色苷含量的影響Fig.7 Effects of different sugar concentrations on anthocyanin content of mulberry

2.3.5 氯化鈉對桑葚果粉花色苷的含量影響 如圖8，氯化鈉的添加使得桑葚花色苷的含量均比未添加時有所增加。在氯化鈉濃度為0%～5%,氯化鈉對花色苷含量的影響在2%時達到最大,增幅為9.2%,可能是隨濃度增加,氯化鈉具有輔色效果,楊穎等[25]的研究表明氯化鈉對紫薯花色苷具有輔色效果?？傮w來說,氯化鈉對花色苷沒有破壞作用,在生產(chǎn)中可在小于5%范圍內(nèi)適當(dāng)添加。

圖8 氯化鈉濃度對桑葚果粉花色苷含量的影響Fig.8 Effect of sodium chloride concentration on anthocyanin content of mulberry

2.3.6 防腐劑對桑葚果粉花色苷的含量影響 不同濃度山梨酸鉀和苯甲酸鈉對桑葚花色苷的影響,結(jié)果見圖9和圖10。苯甲酸鈉和山梨酸鉀的添加對桑葚花色苷含量有降低作用,苯甲酸鈉添加0.2～1 g/L時,隨著濃度的增加,花色苷含量減少,所以在加工中應(yīng)當(dāng)盡量減少苯甲酸鈉的使用。山梨酸鉀添加量在0.2～1 g/L時,會導(dǎo)致果粉的花色苷含量下降。所以在桑葚果粉加工時,應(yīng)盡量減少或不添加防腐劑。

圖9 苯甲酸鈉對桑葚果粉花色苷含量的影響Fig.9 Effect of sodium benzoate on anthocyanin content of mulberry

圖10 山梨酸鉀對桑葚果粉花色苷的影響Fig.10 Effect of potassium sorbate on mulberry anthocyanin

3 結(jié)論

本研究在單因素實驗的基礎(chǔ)上,對桑葚果粉的制備的工藝條件進行正交試驗優(yōu)化,得到各因素對桑葚果粉綜合評價指標(biāo)的影響主次為:麥芽糊精添加量>液料比>勻漿時間。桑葚果粉的最優(yōu)制備工藝為麥芽糊精添加量3%,液料比2.5∶1,勻漿時間3 min。此條件下制備的桑葚果粉中花色苷含量為14.90 mg/g,果粉的溶解度為41.27 g/100 g。該技術(shù)制備桑葚果粉采用桑葚整果,無廢棄物,營養(yǎng)成分損失小,營養(yǎng)價值豐富,耐貯藏,具有較好的實用價值。穩(wěn)定性試驗證明,桑葚果粉中的花色苷在pH小于4的酸性條件下穩(wěn)定;溫度在60 ℃及以下較穩(wěn)定;食品添加劑葡萄糖和蔗糖在8%以下對桑葚花色苷含量無顯著影響(p>0.05);在濃度為5%及以下,氯化鈉對桑葚粉花色苷含量有顯著增加的作用(p<0.05);添加量在1 g/L以下,隨防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀的增加均會導(dǎo)致桑葚花色苷含量下降。桑葚果粉的應(yīng)用應(yīng)盡量保持低pH、低溫環(huán)境進行,不宜添加防腐劑使用,糖和鹽的添加應(yīng)適量。