不同干燥方式对香露兜叶粉理化特性和功能性物质的影响

张映萍1,2,张丹1,3,宗迎1,4,5,吉训志1,4,5,贺书珍1,4,5,鱼欢1,4,5,张昂1,4,5,秦晓威1,4,5 *

(1.中国热带农业科学院香料饮料研究所,海南 万宁 571533;2.怒江绿色香料产业研究院,云南 怒江 673299;3.云南农业大学 热带作物学院,云南 普洱 665099;4.海南省热带香辛饮料作物遗传改良与品质调控重点实验室,海南 万宁 571533;5.农业农村部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室,海南 万宁 571533)

摘 要: 以新鲜香露兜叶为原料,采用自然干燥(natural drying,ND)、热风干燥(hot air drying,HAD)、真空冷冻干燥(vacuum freeze drying,FD)、微波干燥(microwave drying,MWD)4 种干燥方式对香露兜叶进行干燥加工,并分析不同干燥方式获得香露兜叶粉的理化特性和功能性物质。结果表明:不同干燥方式对香露兜叶粉的复水比、堆积密度、休止角、滑动角、粒径分布均有明显影响;MWD、FD 很好地保持香露兜叶原有的a*值,与鲜叶的a*值相比无显著差异;FD 香露兜叶粉的表面微观结构最为平滑和完整,不同干燥处理后香露兜叶粉的表面微观结构存在明显差异;FD、MWD 香露兜叶粉的总酚含量较高。总体上来说,不同干燥方式处理的香露兜叶粉在色泽、粉质特性及总酚含量方面整体上均存在明显差异。FD 在色泽、粉质特性、表面微观结构及总酚含量方面均优于其他干燥方式,FD 是最适宜用于香露兜叶粉的干燥加工技术。而FD 干燥时间较长、耗能高,MWD 香露兜叶粉的色泽、总酚等指标优于ND和HAD,也可将MWD 作为香露兜叶粉干燥加工中一种较好的备选干燥方式。

关键词: 香露兜叶粉;干燥方式;色泽;粉质特性;总酚

香露兜(Pandanus amaryllifolius Roxb.)又称斑兰叶,为露兜树科,露兜树属,多年生热带草本园艺植物,原产于印度尼西亚的马古鲁群岛。香露兜主要栽培于世界热带地区,我国主要在海南、云南、广东、福建等地引种栽培[1]。香露兜叶通常被作为天然色素和香料在食品和饮料加工中应用广泛。香露兜叶中含有特征成分2-乙酰-1-吡咯啉(2-acetyl-1-pyrroline,2-AP),而具有典型的“粽香”香味,深受消费者喜爱[2]。香露兜叶呈天然翠绿色,含有丰富的叶绿素,其色泽品质是影响香露兜产品品质的重要因素之一[3]。此外,香露兜叶中还富含酚类物质,也含有黄酮、生物碱、β-谷甾醇、类胡萝卜素等生物活性物质,具有抗氧化、抗炎、缓解疲劳等作用[4]。在保健食品和化妆品行业中具有潜在的应用价值。

采收后的香露兜叶水分含量在80%以上,因叶片发生变质与褪色发黄,造成叶绿素的分解破坏,色泽变差,营养和风味物质流失,人们通常将新鲜香露兜叶干燥成香露兜叶粉,以方便贮运和延长货架期,在保持品质的同时,也方便加工使用。但新鲜香露兜叶干燥过程中长时间暴露在高温下,易导致色泽、香气、叶绿素和总酚等功能性物质受损,高温干燥也会对其干制品复水特性、粉质特性等产生不同程度影响[5]。目前,香露兜叶常用的干燥方式主要有自然干燥、热风干燥、真空冷冻干燥、微波干燥4 种,其干燥方式、干燥条件等对香露兜干制品的品质都产生不同程度的影响。因此,探究不同干燥方式对香露兜叶粉理化品质及香气成分的影响,挑选出最适香露兜叶的干燥技术,是香露兜干燥加工过程中亟需解决的重要问题。目前,关于不同干燥方法对香露兜叶香气成分方面的影响已有研究,郭培培[5]研究了不同干制香露兜粉的挥发性香气成分,结果发现真空冷冻干燥香露兜粉能最大程度地保留香露兜的挥发性成分,并在挥发性成分的种类个数、种类含量、关键挥发性成分含量方面均优于其他干燥样品,且风味品质最佳。除香气成分以外,色泽、功能性物质(总酚)含量也是评价香露兜叶粉质量品质的重要指标之一,粉质特性、粉体粒径分布情况则影响着香露兜叶粉的包装贮运性及其在冰淇淋、糕点、蛋糕、薄饼、饮品等食品加工产品中的应用效果。相关研究表明,不同干燥香露兜叶粉中含有较多酚类物质,总酚含量达到48.87~96.34 mg/g,其中幼嫩香露兜叶粉的总酚含量低于老叶香露兜叶粉[6]。但对于不同干燥方式干制香露兜叶粉的色泽、总酚、粉质特性、粒径分布方面的对比研究还较少,而且何种干燥方式能有效保持香露兜叶原有色泽品质、功能性物质(总酚)含量尚未可知。

因此,本研究以新鲜香露兜叶为原料,采用自然干燥(natural drying,ND)、热风干燥(hot air drying,HAD)、真空冷冻干燥(vacuum freeze drying,FD)、微波干燥(microwave drying,MWD)4 种干燥方式对新鲜香露兜叶进行干燥加工,对所获得的香露兜叶粉进行复水比、色差、叶绿素、粉质特性、粒径分析、微观结构及总酚等指标的分析评价,探究4 种干燥方式对香露兜叶粉理化特性及功能性物质的影响,以期获得香露兜叶的最佳干燥方式,为香露兜叶粉的干燥加工生产提供理论参考,为香露兜叶粉功能性物质(总酚)的研究提供初步理论基础,也为提高香露兜叶粉粉体品质,更好地应用于饮品、蛋糕等食品加工中提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 试剂材料

新鲜香露兜叶,采自兴隆热带植物园香露兜种植基地。

角鲨烯标准品(GC≥98%)、没食子酸(分析纯)、福林酚(分析纯):上海源叶生物科技有限公司;石英砂、碳酸钙、无水乙醇(均为分析纯):西陇科学股份有限公司。

1.1.2 仪器设备

电子天平(AR2140):梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;电热恒温鼓风干燥箱(DGX-9243BC-1):宁波海曙赛福实验仪器厂;真空冷冻干燥机(TFDX5-TSR50):烟台中孚制冷科技有限公司;微波干燥灭菌机(QW-12HM4):广州科伟微波能源有限公司;高速中药粉碎机(YF-1000):浙江瑞安市永历制药机械有限公司;双光束紫外可见分光光度计(UV2310Ⅱ):上海天美科学仪器有限公司;精密色差仪(WF32 型):深圳市威孚光电科技有限公司;激光粒度仪(Mastersizer 3000):英国马尔文仪器公司;扫描电子显微镜(Phenom ProX):荷兰飞纳电子显微镜有限公司。

1.2 方法

1.2.1 原料处理

采集翠绿色或墨绿色,健康无病虫害、无斑点和无机械损伤的倒5、倒6、倒7、倒8 叶位,叶片长度20~60 cm 的新鲜香露兜叶片,采摘后用水清洗叶面杂质、尘土,用吸水纸将水吸干后于室内静置10~15 min,晾干表面水分,将其剪切成宽度为0.5~1.5 cm,长度为0.5~1.5 cm 的丝状叶片,获得剪碎的香露兜叶片样品。

1.2.2 干燥处理

自然干燥(ND):将香露兜叶样品均匀平铺于托盘中,通过前期预试验,在室内条件下干燥5 d,干燥后用高速中药粉碎机粉碎成粉末,过40 目筛,装入铝箔袋中,备用。

热风干燥(HAD):将香露兜叶样品均匀平铺于托盘中,置于电热恒温鼓风干燥箱中,根据前期预试验,设置温度为50 ℃,干燥时间5 h,干燥后样品立即用高速中药粉碎机粉碎成粉末,过40 目筛,装入铝箔袋中,备用。

真空冷冻干燥(FD):将香露兜叶样品均匀平铺于物料盘中,在-25 ℃超低温冰箱中预冻2 h,然后将样品转入真空冷冻干燥机的物料仓,根据前期预试验,设置真空冷冻干燥机真空度为40 Pa,舱内温度-25 ℃,真空冷冻干燥曲线为以1 ℃/min 的升温速率从-25 ℃升至60 ℃,60 ℃恒温维持1.0 h,55 ℃恒温维持2.5 h,50 ℃恒温维持1.5 h。干燥完成后,用高速中药粉碎机打粉,过40 目筛,置于铝箔袋中,备用。

微波干燥(MWD):将香露兜叶样品均匀平铺在传送带上,通过前期预试验,采用微波功率12 kW,微波频率(2.45×109±50) Hz,传输速度1 m/min,连续干燥3 次(15 min),干燥完成后,用高速中药粉碎机打粉,过40 目筛,置于铝箔袋中,备用。

1.3 检测方法

1.3.1 复水比测定

复水比测定参考宿时等[7]的方法稍作修改,准确称取0.50 g 干燥香露兜叶样品置于100 mL 锥形瓶中,加入100 mL 蒸馏水,在30 ℃水浴锅中复水60 min,用吸水纸吸干叶片表面的水分后,称其质量并记录。重复3 次取平均值。复水比计算公式如下。

式中:R 为干燥样品复水比,g/g;M 为干燥后的香露兜叶样品的质量,g;M 湿为复水后香露兜叶样品的质量,g。

1.3.2 色差测定

采用精密色差仪分别测定不同干燥方式制备的香露兜叶样品的L*(亮度)、a*(红绿度)、b*(黄蓝度)、C(饱和度)、H(色调)值,ΔE 值代表被测粉体的色泽(L*、a*、b*)与鲜新叶片(L0a0b0)的色差。每个样品重复测定3 次取平均值,根据下式计算ΔE[8]

式中:L0a0b0 分别为鲜新叶片的亮度、红绿度、黄蓝度;L*、a*、b*分别为被测样品的亮度、红绿度、黄蓝度。

1.3.3 叶绿素含量测定

参考张辉等[9]的方法略有修改,准确称取0.30 g 香露兜粉样品,置于研钵中,加入适量石英砂和碳酸钙以及5 mL 95%乙醇,充分研磨直至组织完全变白,静置5 min 后滤纸过滤至50 mL 容量瓶中,以95% 乙醇定容至刻度线,摇匀,在波长为665、649 nm 下测定吸光度。重复3 次取平均值。叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量的计算公式分别如下。

式中:a 为叶绿素a 含量,mg/g;b 为叶绿素b 含量,mg/g;T 为总叶绿素含量,mg/g;V 为提取液体积,mL;W 为样品质量,g;N 为稀释倍数。

1.3.4 粉质特性测定

1.3.4.1 堆积密度测定

参考任爱清等[10]的方法,准确称取2.0 g 的干燥香露兜粉缓慢倒入10 mL 量筒中,边倒入边振实物料,直至量筒内的物料体积不再变化后,记录物料体积,每个样品重复测定3 次取平均值,计算堆积密度。

式中:ρ 为堆积密度,g/mL;m 为物料质量,g;V 为物料体积,mL。

1.3.4.2 休止角测定

休止角测定参考任爱清等[10]的方法,将漏斗垂直固定在坐标纸上方,取5 g 粉末从漏斗中自由下落,形成圆锥体。记录锥体高度和半径,按下式计算干粉休止角(θ,° )。重复3 次取平均值。

式中:H 为锥体高度,cm;R 为锥体半径,cm。

1.3.4.3 滑动角测定

滑动角参照任爱清等[10]的测定方法。将长15 cm(H,cm)、宽10 cm 的玻璃板水平置于桌面上,并将其一端固定。然后准确称取0.50 g 香露兜叶粉置于玻璃板非固定端,然后缓慢抬起非固定端直至粉体开始滑动。记下此时玻璃板非固定端升高的高度(L,cm),滑动角(θ,°)计算公式如下。重复3 次取平均值。

1.3.5 粒径测定

采用激光粒度仪测定香露兜粉样品的粒径和比表面积,并通过计算跨度来评价香露兜粉样品的粒径分布情况。跨度(S)计算公式如下。

式中:D10D50D90 表示样品的累计粒度分布数达到10%、50%、90%时所对应的粒径,μm。

1.3.6 微观结构测定

采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对香露兜粉样品进行表观形貌观察,取少量香露兜粉样品均匀平铺于贴有双面胶的铝载物台上,吹去多余样品并进行喷金处理,置于扫描电子显微镜下观察香露兜粉放大5 000 倍的微观结构。

1.3.7 总酚含量测定

参考孙海龙等[11]的方法,采用紫外分光光度法测定香露兜叶粉中的总酚含量。称取10.0 mg 香露兜叶干燥粉末,放入100 mL 三角瓶中,加入40 mL 60% 乙醇,摇匀,40 ℃超声水浴40 min,最后以8 000 r/min 离心15 min,取上清液定容至50 mL。取1 mL 结果液加入0.5 mL 10% 福林酚,振摇1 min,再加入2 mL 20%Na2CO3,摇匀,定容至刻度线,室温下避光2 h。在750 nm 处测定吸光度。以没食子酸为标准品,梯度稀释处理后在750 nm 处测定吸光度,以为没食子酸溶液标准质量浓度横坐标,A750 为纵坐标绘制标准曲线,得到回归方程为y=2.263 5x+0.038 1,相关系数R2=0.995,计算样品总酚含量。重复3 次取平均值。

1.4 数据分析

采用 Microsoft Excel 软件统计试验数据的标准差、平均值,采用SPSS 25.0 软件进行方差分析,采用Origin 2019 进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式对香露兜叶干制品复水比的影响

干制品的复水性是指干制品复水后恢复原来新鲜状态的程度,是衡量干制品品质的一项基础性指标,其能反映干燥过程中受不同干燥方法、工艺条件影响而发生的物理和化学变化[12]。不同干燥方式处理后的香露兜叶干制品复水比见图1。

图1 不同干燥方式处理后的香露兜叶干制品复水比
Fig.1 Rehydration ratios of P. amaryllifolius leaves processed by different drying methods

由图1 可知,4 种干燥方式得到的香露兜叶干制品复水比差异显著(P<0.05),从大到小依次为FD>MWD>HAD>ND。其中,FD 干燥香露兜叶复水比最高,为5.11 g/g,MWD 次之,ND 干燥香露兜叶的复水比最小。可见,不同干燥方法对干燥香露兜叶复水比有一定的影响,这可能与其干燥时间、温度等因素有关。FD 干燥香露兜叶复水比最高,原因可能是FD 干燥温度低,避免了高温对香露兜叶的损坏,样品组织结构保持完整,复水能力较优[13]。MWD 干燥时间短,样品干燥过程中受热均匀,组织结构受损的程度相对较小,复水比低于FD。而HAD 干燥过程中干燥时间长、温度高,会使香露兜叶片样品显著皱缩,形成致密结构,样品再复水时无法保持水分,导致复水比较低[14]。ND 干燥香露兜叶的复水比最小,可能的原因是ND 过程中干燥时间长,样品处于自然室内条件下,温湿度不可控,易受不可控因素干扰,导致其干燥品质受损[15]

2.2 不同干燥方式对香露兜叶粉色差的影响

外观颜色是评价干制品品质的重要指标之一,颜色直接影响着消费者对产品的直观印象,良好的色泽也能提高产品的市场价值,对于香露兜叶粉来说,颜色越接近新鲜样品其色泽越理想。几种不同干燥方式处理香露兜叶粉色差见表1。

表1 不同干燥方式处理香露兜叶粉色差
Table 1 Color difference of drying P. amaryllifolius powder processed by different drying methods

注:XY 表示香露兜鲜叶样品,同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

组别XY ND HAD FD MWD色差L*值49.70±2.42d 57.19±0.41c 59.69±0.32b 65.18±0.18a 59.92±0.42b a*值-14.35±0.16ab-6.69±0.02d-13.46±0.09c-14.22±0.04b-14.48±0.06a b*值32.78±2.90b 22.95±0.03c 37.58±0.15a 36.91±0.01a 37.11±0.12a C 值34.58±3.03b 23.91±0.03c 39.92±0.16a 39.56±0.01a 39.84±0.14a H 值109.22±1.09b 106.25±0.02c 109.71±0.05b 111.07±0.06a 111.32±0.02a△E 值14.54±0.23b 11.12±0.29c 16.02±0.17a 11.10±0.39c

由表1 可知,干燥方法对香露兜叶粉色泽有明显影响,4 种干燥方式下香露兜叶粉的L*值、a*值、b*值、C 值、H 值,分别介于49.70~65.18,-14.48~-6.69,22.95~37.58,23.91~39.92 及106.25~111.32 之间,△E值为11.10~16.02 范围内,其中FD 样品的L*值最高,HAD、FD、MWD 样品b*值、C 值间无显著差异,且相对高于ND。MWD 样品的a*值最小(-14.48),其次是FD 样品(-14.22),且MWD 与FD 样品分别与鲜叶的a*值不存在显著差异,说明MWD、FD 很好地保持了香露兜叶原有的色泽。干燥方法对干燥香露兜叶粉的△E 值有显著影响,依次为MWD<HAD<ND<FD。总的来说,FD 能较好地保持样品颜色,MWD 次之,这与Polat 等[16]的研究结果相似。

Chen 等[17]的研究发现,相比真空干燥、微波干燥、红外干燥、热风干燥,冷冻干燥的样品L*值、a*值和b*值最高,冷冻干燥可以保持样品原有的鲜艳颜色,原因可能是真空冷冻干燥的预冻处理过程保持了样品原有的鲜艳色泽,并且真空冷冻干燥的低温和真空干燥环境有效避免了样品中的天然绿色素分解。本研究中微波干燥样品的a*值最小,保持样品颜色的效果仅次于FD,原因可能是MWD 的干燥时间短,样品中叶绿素分解相对较少。Valadez-Carmona 等[18]的研究也同样发现,与热风干燥相比,微波干燥处理能更好地保留椰壳的色泽。

2.3 不同干燥方式对香露兜叶粉叶绿素含量的影响

香露兜叶片中含有丰富的叶绿素,叶绿素含量是评价其干制品品质的重要参数。不同干燥方式处理的香露兜叶叶绿素含量情况如图2 所示。

图2 不同干燥方式处理的香露兜叶叶绿素含量
Fig.2 Chlorophyll content of P. amaryllifolius leaves processed by different drying methods

由图2 可知,不同干燥方式干燥香露兜叶的叶绿素含量为4.31~5.15 mg/g,其中FD、MWD 和HAD 样品的叶绿素含量无显著差异(P>0.05),ND 样品的叶绿素含量低于其他组。其原因可能是室内自然干燥干燥时间长,样品干燥过程中受室内光源、温度、湿度等许多不可控因素干扰,导致叶绿素分解[19]。相关研究报道,FD 通常能够较好地保持产品的原有品质特性,但本试验结果显示FD 样品与MWD 和HAD 样品的叶绿素含量差异并不显著,这可能与叶绿素容易受不稳定性因素影响有关。Gu 等[13]的研究表明,冷冻干燥虽然冻干温度较低,但解冻和升华过程较长,样品叶片细胞中的叶绿素酶活性受低温抑制后逐渐升高,也可能导致部分叶绿素分解,从而造成叶绿素损失。而MWD 样品与FD 样品无显著差异,其原因可能是微波干燥虽一定程度上造成叶绿素分解,但干燥过程中的短时间热处理也有效抑制了叶绿素酶活性,避免了干燥过程中更多叶绿素的分解。

2.4 不同干燥方式对香露兜叶粉粉质特性的影响

堆积密度是粉体样品自然地填充规定容器时,单位体积粉体的质量[10]。通常堆积密度高的干燥产品可以存储在比低密度产品更小的容器中。休止角和滑动角是反映粉末流动性的指标,休止角和滑动角越小,粉体流动性越好,反之则流动性越差[10]。不同干燥方式处理的香露兜叶粉末粉质特性见表2。

表2 不同干燥方式处理的香露兜叶粉末粉质特性
Table 2 Powder characteristics of P. amaryllifolius powder processed by different drying methods

注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

组别ND HAD FD MWD堆积密度/(g/mL)0.21±0.01c 0.40±0.01a 0.26±0.01b 0.40±0.01a休止角/°51.26±1.46a 47.94±4.67ab 42.66±3.79b 43.90±2.37b滑动角/°35.33±3.06a 28.07±1.00b 21.67±4.16c 26.67±1.15bc

由表2 可知,不同干燥处理的香露兜叶粉堆积密度为0.21~0.40 g/mL,MWD、HAD 样品的堆积密度显著高于其他2 种干燥方式,ND 样品的堆积密度最小,FD 样品次之。由此说明,不同干燥方式对香露兜叶粉的堆积密度具有显著影响,结果与Akther 等[20]的研究结果相似。推测可能是FD 干燥温度较低,脱水效果好,使得粉体表面呈现疏松多孔结构,堆积时产生一定空隙,所以其堆积密度较低。MWD、HAD 样品的堆积密度较高,原因可能是较高的脱水温度会降低粉体的堆积密度[21]。此外,有研究表明经过不同干燥处理后粉碎的粉体堆积密度与原料特性有一定关系。

如表2 所示,不同干燥方式干燥香露兜叶粉的休止角和滑动角从小到大依次是FD<MWD<HAD<ND,其中FD、MWD 样品的休止角、滑动角无显著差异,说明FD、MWD 香露兜叶粉的流动性相近,且均优于HAD、ND 香露兜叶粉。Zhang 等[22]研究结果表明,粉末的流动性受多种因素影响,香菇粉末的颗粒越小,流动性越好,这与本研究结果相一致。

2.5 不同干燥方式对香露兜叶粉粒径分布的影响

干燥方法可能会一定程度地影响产品粉体粒径大小差异。粒径大小(D10D50D90)、比表面积和跨度是反映粉体粒径分布的直接指标。一般D50 为平均粒径;比表面积表征粉体粒径,比表面积越大,表明粉体颗粒越小;跨度越小,粒径分布越窄,表示粒径越均匀[23]。不同干燥香露兜叶粉末样品的粒径及粒径分布如表3 和图3 所示。

表3 不同干燥香露兜叶粉末样品的粒径
Table 3 Particle size of P. amaryllifolius powder processed by different drying methods

注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

组别ND HAD FD MWD粒径大小D10/μm 13.00±0.92a 9.93±0.06b 8.96±0.22c 9.44±0.04bc D50 /μm 141.00±6.24a 100.60±0.69b 77.80±0.60d 92.73±0.49c D90/μm 665.00±7.55a 256.00±5.57c 361.00±5.57b 252.00±10.58c比表面积/(m2/kg)168.37±6.89d 196.60±0.69c 218.70±0.35a 205.70±0.72b跨度4.63±0.26a 2.45±0.06b 4.52±0.04a 2.61±0.10b

图3 不同干燥香露兜叶粉末的粒径分布
Fig.3 Particle size distribution of P. amaryllifolius powder processed by different drying methods

由表3 可知,平均粒径D50 从大到小为ND>HAD>MWD>FD;比表面积从大到小依次为FD>MWD>HAD>ND;FD、ND 样品间的跨度无显著差异(P>0.05),整体上均较大,MWD、HAD 样品间的跨度无显著差异(P>0.05),整体上偏小。说明,FD 样品整体上比其他几组样品粉体颗粒更小,但是MWD 和HAD 样品粒径分布整体上更加均匀。4 种干燥方式干燥的香露兜叶粉末样品的粒径分布见图3,ND 的粒径分布范围为1.65~1 260.00 μm,HAD 的 粒 径 分 布 范 围 为1.80~454.00 μm,FD 的 粒 径 分 布 范 围1.80~756.00 μm,MWD 的 粒 径 分 布 范 围1.80~454.00 μm。HAD 和MWD 呈现单峰型峰态,且整体上粒径分布相对较窄,这与跨度数据相呼应,ND 和FD 的峰态呈现双峰型,分别在163.00、127.00 μm 出现最高频峰。ND 和FD粒径分布为双峰型,且粒径分布范围较大,说明粉体颗粒之间的空隙大,粉体均匀度相对较差,这与Ferrari等[24]的研究结果相似。原因可能是冷冻干燥在预冻和干燥过程中香露兜叶均处于静止状态,料液随意组合,粒体颗粒较小。而HAD 和MWD 干燥强度大,干燥样品严重收缩硬化、组织紧密,所以粒径分布更均匀。此外,粉碎研磨时间和原料特性也可能是导致样品粒度分布不均匀的潜在原因[25]

2.6 不同干燥方式对香露兜叶粉微观结构的影响

由于干燥方式不同,其干燥原理不同,干燥过程中水分子迁移和分布不同,可能会对干燥后香露兜叶粉的表面结构产生一定影响。采用扫描电子显微镜对不同干燥方式的香露兜叶粉进行SEM 表面微观结构观察,放大倍数为5 000 倍,不同干燥处理后香露兜叶粉的表面微观结构图见图4。

图4 不同干燥香露兜叶粉的表面微观结构图
Fig.4 Surface microstructure of P. amaryllifolius powder processed by different drying methods

如图4 所示,不同干燥处理后香露兜叶粉的表面微观结构存在明显差异。与其他几种干制方式相比,FD 香露兜叶粉的表面微观结构平整光滑,微观结构保持得最为完整;ND 香露兜叶粉的表面微观结构比MWD 和HAD 更为平整光滑,而HAD 香露兜叶粉的表面褶皱较多。该结果与An 等[26]的研究结果相似,FD 是保持干姜完整细胞结构的最佳方法。相比之下,ND 香露兜叶粉的表面微观结构较为完整,其原因可能是ND 干燥温度低,干燥强度相对较小,对保存完整细胞结构有一定的益处。MWD 香露兜叶粉的微观结构比HAD 更为完整光滑,这可能是微波干燥干燥速度较快,能一定程度保持原貌[27]

2.7 不同干燥方式对香露兜叶粉总酚含量的影响

总酚指植物样品中的所有酚类物质,具有清除自由基、抗氧化、抗衰老的作用,多酚类化合物在食品和医药领域应用广泛[28]。不同干燥方式处理的香露兜叶粉总酚含量情况见图5。

图5 不同干燥方式处理的香露兜粉总酚含量
Fig.5 Total phenolic content of P. amaryllifolius powder processed by different drying methods

由图5 可知,不同干燥方式干燥香露兜叶粉的总酚含量为48.68~67.92 mg/g。其中FD、MWD 样品总酚含量显著高于其他两种干燥方式样品,且FD、MWD 样品间无显著差异。与其他3 种干燥方式样品相比,ND样品中总酚含量最低。说明不同干燥方式对香露兜叶粉的总酚含量具有明显影响。此结果与Adhamatika等[6]的研究结果相似。研究表明,冷冻干燥是在加工干燥过程中能够最大限度地保持产品原有品质。该结论在本研究中也同样得到了证实,FD 很好地保持了样品中总酚不受破坏,总酚含量为67.92 mg/g,高于其他几种干燥样品。此外,MWD 样品中总酚含量,与FD样品间无显著差异,且显著高于HAD、ND。这可能是因为微波干燥干燥时间较短,有效地防止了香露兜叶中总酚受破坏。多酚类物质热稳定性较差,干燥温度超过50 ℃就会导致植物的总酚含量下降,长时间干燥更容易使酚类物质发生降解[29]。HAD 干燥时间长、温度高造成了酚类物质降解,总酚含量低于FD、MWD样品。

3 结论

通过对不同干燥方式获得香露兜叶粉的复水比、色差、叶绿素、粉质特性、粒径分析、微观结构、总酚等指标进行比较研究,发现不同干燥方式处理的香露兜叶粉在复水比、色泽、粉质特性、粒径分析、微观结构、总酚方面整体上均存在明显差异。其中4 种干燥方式得到的香露兜叶干制品的复水比从大到小依次为FD>MWD>HAD>ND;MWD、FD 很好地保持了香露兜叶原有的色泽,与鲜叶的a*值相比无显著差异;不同干燥方式干燥香露兜叶粉的叶绿素含量为4.31~5.15 mg/g,FD、MD 和HAD 样品的叶绿素含量高于ND;不同干燥处理的香露兜叶粉堆密度在0.21~0.40 g/mL 之间,MWD、HAD 样品的堆积密度显著高于其他2 种干燥方式;不同干燥方式干燥香露兜叶粉的休止角和滑动角从小到大依次是FD<MWD<HAD<ND;不同干燥方式香露兜叶粉的粒径分布存在显著差异,其平均粒径D50 从大到小为ND>HAD>MWD>FD;比表面积从大到小依次为FD>MWD>HAD>ND;FD、ND 样品间的跨度无显著差异,整体上均较大,MWD、HAD 样品间的跨度无显著差异,整体上偏小;微观结构方面,FD 香露兜叶粉的表面微观结构最为平整光滑,微观结构保持得最为完整,不同干燥处理后香露兜叶粉的表面微观结构存在明显差异。功能性物质方面,FD、MWD 香露兜叶粉的总酚含量显著高于其他两种干香露兜叶粉。总体而言,不同干燥方式处理的香露兜叶粉在色泽、粉质特性、总酚方面均存在一定差异。其中FD 在复水比、色泽、粉体粉质特性、粒径分布、表面微观结构及总酚含量方面均优于其他干燥方式,FD 是最适宜用于香露兜叶粉的干燥加工技术。而FD 干燥时间较长、耗能高,本研究结果显示MWD 香露兜叶粉的色泽、总酚等指标优于ND 和HAD 处理,也可将MWD 作为香露兜叶粉干燥加工中一种较好的备选干燥方式。

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Effects of Different Drying Methods on Physicochemical Properties and Functional Material of Pandanus amaryllifolius Powder

ZHANG Yingping1,2,ZHANG Dan1,3,ZONG Ying1,4,5,JI Xunzhi1,4,5,HE Shuzhen1,4,5,YU Huan1,4,5,ZHANG Ang1,4,5,QIN Xiaowei1,4,5 *
(1. Spice and Beverage Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Wanning 571533,Hainan,China;2. Nujiang Green Spice Industry Research Institute,Nujiang 673299,Yunnan,China;3. College of Tropical Crops,Yunnan Agricultural University,Puer 665099,Yunnan,China;4. Key Laboratory of Genetic Improvement and Quality Regulation for Tropical Spice and Beverage Crops of Hainan Province,Wanning 571533,Hainan,China;5. Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage Crops,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Wanning 571533,Hainan,China)

Abstract: This study used fresh Pandanus amaryllifolius leaves as raw materials,and dried P. amaryllifolius leaves by four drying methods:natural drying(ND),hot air drying (HAD),vacuum freeze drying (FD),and microwave drying (MWD). The physicochemical properties and functional material of P. amaryllifolius leaves obtained by different drying methods were studied and analyzed. The results showed that the rehydration ratio,bulk density,angle of repose,slip angle,and particle size distribution of P. amaryllifolius powder by the different drying methods were significantly different. Specifically,MWD and FD effectively maintained the original a* value of P. amaryllifolius leaves,and there was no significant difference compared to the a* value of fresh leaves. The surface microstructure of FD samples was the smoothest and most intact,and there were significant differences in the surface microstructure of FD samples across different drying treatments. The total phenolic content of FD and MWD P. amaryllifolius powder was higher. In general,there were significant differences in color,powder properties,and total phenolic content of P. amaryllifolius powder treated with different drying methods. FD is superior to other drying methods in terms of color,powder properties,surface microstructure,and total phenolic content. FD was the most suitable drying technology for P. amaryllifolius powder,despite its longer drying time and higher energy consumption. The results of this study showed that the color,total phenols,and other indicators of MWD P. amaryllifolius powder were favorable than ND and HAD treatment,and MWD could also be used as a viable alternative drying method in the drying process of P. amaryllifolius powder.

Key words:Pandanus amaryllifolius powder;drying method;color;powder property;total phenols

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.16.010

基金项目:海南省重点研发计划(ZDYF2022XDNY151);海南省自然科学基金面上项目(320MS109);科技部、财政部国家科技资源共享服务平台(NTPGRC2023-014)

作者简介:张映萍(1996—),女(汉),助理农艺师,硕士,研究方向:香料加工。

*通信作者:秦晓威(1982—),男,研究员,博士,研究方向:种质资源与遗传育种。

引文格式:

张映萍,张丹,宗迎,等. 不同干燥方式对香露兜叶粉理化特性和功能性物质的影响[J]. 食品研究与开发,2024,45(16):73-80,112.

ZHANG Yingping,ZHANG Dan,ZONG Ying,et al. Effects of Different Drying Methods on Physicochemical Properties and Functional Material of Pandanus amaryllifolius Powder[J]. Food Research and Development,2024,45(16):73-80,112.

责任编辑:王艳

收稿日期:2023-08-24