沙棘(Hippophae rhamnoides L.)是胡颓子科沙棘属的落叶性灌木,主要分布在我国新疆、西藏和内蒙古等地,其中新疆阿勒泰大果沙棘已成为国家地理标志产品[1]。与其他水果相比,沙棘果实富含生物活性物质(总黄酮、总酚、脂肪酸以及各种维生素类化合物等)且具有抗氧化、抗菌、抗溃疡、抗肿瘤、抗高血压等功效[2]。现有沙棘主要加工为沙棘全果粉、沙棘汁和沙棘油等产品[3],其中沙棘全果粉因具有贮藏期长,运输和贮存成本低等优势而备受消费者青睐。
沙棘全果粉的品质受到加工方法与条件的影响,为了能更好地保留果粉中的营养物质,且同时满足果粉生产所需的物理特性[4],企业常采用包埋处理——即将果粉颗粒包裹在品质改良剂中实现产品保质。当前用于果粉品质改良剂主要有麦芽糊精、菊粉、阿拉伯树胶、果胶、乳清蛋白和酪蛋白等[5-6],但不同品质改良剂对果粉产品特性的影响较大。ADETORO等[7]通过添加麦芽糊精、阿拉伯树胶和蜡质淀粉3种品质改良剂生产冻干石榴粉末研究发现,添加麦芽糊精的粉末营养品质更高。现新疆沙棘加工企业在沙棘全果粉生产加工过程中一般选择麦芽糊精作为品质改良剂来提升产品品质,而研究团队基于前期研究,探明了沙棘全果粉加工过程中添加单一麦芽糊精的调配均质工段是影响产品品质的重要工段,但尚未见对该关键加工工段添加不同品质改良剂对产品品质影响的相关研究。
因此,本研究通过分析探究β-环糊精、菊粉、麦芽糊精(对照组)、阿拉伯树胶单一品质改良剂和麦芽糊精+阿拉伯树胶等二元复合品质改良剂在调配均质工段对沙棘全果粉营养指标、抗氧化活性和物理特性等多维品质指标的影响;并采用灰色关联度对添加不同品质改良剂的沙棘全果粉多维品质进行综合评价;进一步筛选出沙棘全果粉品质较佳的品质改良剂;旨为沙棘全果粉产品品质调控提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
本实验选择新疆阿勒泰青河县(85°31′E～44°59′N)生长的大果沙棘品种(‘深秋红’沙棘),由新疆新疆康元生物科技有限公司提供,经采摘后经液氮速冻后置于-40 ℃冰箱待测。
碳酸钠、亚硝酸钠、氢氧化钠、甲醇、硝酸铝(均为分析纯),天津市致远化学试剂有限公司;福林酚试剂、DPPH、ABTS,北京索莱宝科技有限公司;总抗氧化能力(FRAP法)试剂盒,苏州梦犀生物医药科技有限公司;甲酸铵、甲醇、乙腈(均为色谱纯),Sigma-Aldrich公司;甲酸(色谱纯),阿拉丁公司;所有分离用化学试剂均为国产分析纯;β-环糊精(β-cyclodextrin, β-CD)、菊粉(inulin, INU)、麦芽糊精(maltodextrin, MD)和阿拉伯树胶(gum arabic, GA)均为食品级改良剂,鼎力生物降解材料有限公司。
1.2 仪器与设备
SYNERGY多功能微孔板检测仪,科瑞恩特(北京)科技有限公司;Waters Acquity UPLC液相色谱、AB SCIEX 5500 QQQ-MS质谱,美国Agilent公司;Centrifge5810R型高速冷冻离心机,德国Eppendorf公司;IKA MS3漩涡混合器,德国IKA公司;JSM-7610FPLUS热场发射扫描电镜,深圳市蓝星宇电子科技有限公司;MasterSizer2000激光粒度仪,北京仪信网通科技有限公司;Nicolet Is5傅里叶变换红外光谱仪,美国Thermo Fisher Scientific有限公司;7000 S X射线衍射仪、UV-2600紫外可见分光光度计,日本岛津公司;雷磁pHS-3C test0205 pH计,上海仪电分析仪器有限公司;YS6060台式分光测色仪,深圳市三恩时科技有限公司;FW-100高速万能粉碎机、DZKW-S-4电热恒温水浴,北京市永光明医疗仪器有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 添加不同品质改良剂的沙棘全果粉制备
取新鲜大果沙棘并除去果梗,经清洗解冻[(60±2) ℃]、沥干、打浆初破碎、胶体磨中二次破碎后,将6%(质量分数)的品质改良剂添加至破碎均匀的大果沙棘果浆中进行调配均质,再将经真空干燥、粉碎过筛后的沙棘全果粉置于干燥器内待测。添加不同改良剂的沙棘果粉名称及图片分别如表1和图1所示。
图1 不同沙棘全果粉直观图
Fig.1 Visual comparison of different sea buckthorn whole fruit powders
表1 含不同改良剂沙棘全果粉的中文名称及缩写
Table 1 Chinese names and abbreviations of sea buckthorn whole fruit powder containing different improvers
序号名称缩写序号名称缩写1β-环糊精β-CD6β-环糊精+麦芽糊精(2∶1)β-CD+MD(2∶1)2菊粉INU7菊粉+麦芽糊精(1∶2)INU+MD(1∶2)3麦芽糊精MD8菊粉+麦芽糊精(2∶1)INU+MD(2∶1)4阿拉伯树胶GA9阿拉伯树胶+麦芽糊精(1∶2)GA+MD(1∶2)5β-环糊精+麦芽糊精(1∶2)β-CD+MD(1∶2)10阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶1)GA+MD(2∶1)
1.3.2 营养指标的测定
总酚的测定:采用福林酚比色法[8]测定;总黄酮的测定:参照连雅丽[9]总黄酮的测定方法进行检测和计算;维生素E的测定:采用维生素E试剂盒进行测定并计算;维生素C含量的测定:参照2,6-二氯酚靛酚滴定法进行测定;类胡萝卜素的测定:使用植物类胡萝卜素含量检测的试剂盒进行检测;超氧化物歧化酶(super oxide dismutase, SOD)活力的测定:采用SOD活力测试试剂盒进行测定并计算;DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除率的测定:根据GB/T 39100—2020《多肽抗氧化性测定 DPPH和ABTS法》测定;光脱色荧光恢复(fluorescence recovery after photobleaching, FRAP)自由基清除率的测定:采用总抗氧化能力(total antioxidant capacity, T-AOC)检测试剂盒(北京索莱宝科技有限公司)进行测定。
表儿茶素、(+)-儿茶素和原儿茶醛的测定:取10 mg样品加入1 mL 50%(体积分数)甲醇水,均匀混合后涡旋60 s,超声处理10 min后放入17 000×g的离心机中离心15 min,取上清液备用。流动相条件:柱温为40 ℃,上样量5 μL正离子模式:A:0.1%甲酸水溶,B:乙腈;流动相洗脱梯度表:0.00～4.00 min时A%为13%,B%为87%,流速为500 μL/min,>4.00 min后A%为25%,B%为75%。质谱条件:AB5600质谱仪基于MS1模式,进行一级质谱数据采集,采用正模式采集,ESI离子源参数设置如下:离子源干燥气温度(gas temp):500 ℃,气帘气(curtain gas):25 psi,碰撞气(collision gas):10 psi,喷雾电压(ionspray voltage):5 500 V,雾化温度(temperature):500 ℃。
1.3.3 理化指标的测定
水分含量的测定:参考ESTUPI
AN-AMAYA等[10]的方法进行沙棘全果粉样品的测定。出粉率的测定:准确称取干燥前原料的质量m1,将物料进行真空冷冻干燥制备沙棘全果粉,干燥结束后,称取沙棘果粉质量m2,每个样品测定3次取平均值。粉末流动性:参考KOU等[11]的方法进行测定。溶解度的测定:参考马慧敏[12]的方法进行沙棘全果粉样品的测定。分散性:准确称取10 g样品m1,加150 mL沸水冲调成均匀的液体,静置5 min后,过100目筛,筛网沥干水分后称重,与空筛网之差即为过滤物的重量m2(mL)。润湿性:将上述测定分散性所得滤液分为2份,其中一份置于沸水中加热20 min,冷却至常温后,取5 mL稀释5倍测其吸光度值作为基准值A0。另一份直接取5 mL稀释5倍后测其吸光度值A1,吸光度值A1与基准值A0的比值即为润湿性评价指标。褐变指数的测定:参考赵学旭[13]的方法进行测定。结块度的测定:吸湿性测定完成后,将盛有全果粉的干燥皿在102 ℃烘箱内烘干1 h,冷却后用40目筛振荡5 min,称量残留在筛网上粉的质量。结块度的计算如公式(1)所示:
结块度
(1)
式中:C为残留在筛网上全果粉质量,D为用于筛震全果粉的总质量。
色泽分析:将全果粉装于透明的比色皿中,利用标准黑板、白板进行校正,测定并记录L*、a*和b*的值,每个样品测定3次计算平均值。
1.3.4 灰色关联度法
灰色关联度通过构建参考序列(理想样本指标值)和比较序列(实际样本指标值)之间的关联程度来评估各指标之间的关联性。通过对品质指标进行标准化,后利用关联系数公式计算格对应点的关联系数,然后再进一步求出各样品的加权关联度,具体计算方法参照马文霞等[14]的方法。
1.3.5 主要沙棘全果粉的形态特性分析
粒径分布:样品前处理:取30 g沙棘粉于10 mL离心管中,加入5 mL异丙醇,4 ℃下放置1 h期间每隔15 min漩涡振荡1次制得粉悬浊液。当样品浓度达到8%～12%时开始在激光粒度仪上测定,直至读数连续恒定。样品测定:折光率和测试温度分别为1.52 ℃和25 ℃。粒径表示为体积加权平均直径(D)[11]。表观形貌和扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)分析:将少量沙棘全果粉固定在显像胶(1 cm×1 cm)上,采用离子溅射法进行喷金处理(10 nm金层),在加速15 kV,500×、3 000×等倍下观察其微观结构,同一样品重复3次,选择清晰且具有代表性的照片进行比较分析[5]。傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform infrared spectroscopy, FTIR)分析:取1～2 mg粉末试样、200 mg纯KBr研细均匀,置于模具中,在油压机上压成透明薄片,将样片放入红外光谱仪中测试,波数为4 000～400 cm-1,扫描次数32,分辨率4 cm-1,对每个样本进行平均[11]。:X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)测量:使用X射线衍射仪,扫描条件如下:2θ范围为5°～90°,步长为0.02°。最后整合收集粉末的XRD图谱[11]。
1.4 数据处理
采用SPSS 20.0进行差异性显著分析(P<0.05)和灰色关联度分析;Origin 21.0软件进行图的绘制。所有实验重复3次,结果表示为“平均值±标准差”。
2 结果与分析
2.1 不同沙棘全果粉的营养指标分析
2.1.1 不同品质改良剂对沙棘全果粉总酚、总黄酮及其特征标志物的影响
沙棘全果粉中活性化合物含量的测定对估算食品配方中达测定活性化合物水平所需的粉末量至关重要[15]。由图2-a可知,添加品质改良剂的沙棘全果粉总酚含量为1.03～1.43 mg/mL,其中添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(质量比1∶>2,以下均为质量比)的沙棘全果粉总酚含量最高,较对照组(添加麦芽糊精的沙棘全果粉)提高了30%,其次是添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉(总酚含量为1.42 mg/mL),且两者差异不显著(P>0.05)。添加一定复配比例的阿拉伯树胶和麦芽糊精得到的沙棘全果粉总酚含量显著高于对照组的总酚含量(1.1 mg/mL),这是由于阿拉伯树胶的多糖结构通过氢键、疏水作用等与酚类物质结合,阻止了加工过程中的酚类物质发生氧化等反应[16],从而使其总酚含量高于对照组。添加品质改良剂的沙棘全果粉总黄酮含量为4.49～5.3 mg/mL,其中添加β-环糊精+麦芽糊精(质量比2∶>1)的沙棘全果粉总黄酮含量最高(5.3 mg/mL),较对照组提高了9.5%,比赵学旭[13]研究制作的沙棘全果粉总黄酮含量提高了31.84%,较市面上的传统沙棘全果粉提高了57.27%;其次是添加菊粉的沙棘全果粉(总黄酮含量为5.24 mg/mL)。以上说明品质改良剂之间的相互作用也会对粉末样品中总酚和总黄酮的提取和含量测定产生干扰。
a-总酚、总黄酮含量;b-特征标志物含量
图2 沙棘全果粉中总酚、总黄酮及其特征标志物含量
Fig.2 Total phenols, total flavonoids, and their characteristic markers in sea buckthorn whole fruit powder
注:不同字母表示全果粉间差异显著(P<0.05)(下同)。
由图2-b可知,添加不同品质改良剂的沙棘全果粉之间的表儿茶素含量差异显著(P≤0.05),为47.62～69.2 μg/g。添加β-环糊精、阿拉伯树胶、β-环糊精+麦芽糊精(2∶>1)、菊粉+麦芽糊精(1∶>2)和阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉中的表儿茶素含量较对照组分别提高了25.60%、6.94%、17.17%、5.37%、3.78%。其中添加β-环糊精的沙棘全果粉中的表儿茶素含量最高,这与β-环糊精的锥形中空分子结构具有内部亲油外部亲水特性有关[17],其特性可以较好地将全果粉颗粒包裹,从而使表儿茶素更好地被保留。(+)-儿茶素含量为26.76～49.57 μg/g,添加菊粉和β-环糊+精麦芽糊精(1∶>2)的沙棘全果粉儿茶素含量较对照组的保留效果更好,分别提高了2.59%和14.79%。原儿茶醛的含量为0.63～4.19 μg/g,添加β-环糊精、β-环糊精+麦芽糊精(2∶>1)和阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉能更好地保留沙棘全果粉原儿茶醛含量,较对照组的原儿茶醛含量(3.11 μg/g)分别提高了34.54%、1.97%和7.87%。
2.1.2 不同品质改良剂对沙棘全果粉中主要维生素含量的影响
维生素E具有向自由基提供酚类氢并调节脂质氧化,从而保护细胞免受氧化损伤的作用[18]。图3中添加不同品质改良剂沙棘全果粉的维生素E含量为12.95～419.17 μg/g,差异显著(P<0.05)。添加一定复配比例阿拉伯树胶和麦芽糊精得到的沙棘全果粉中维生素E含量显著高于对照组,分别提高了75.65% 和59.17%。
图3 沙棘全果粉中主要维生素含量
Fig.3 Main vitamin content in sea buckthorn whole fruit powder
添加维生素C含量为17.18～22.62 mg/100 g,其中添加β-环糊精的沙棘全果粉维生素C含量最高,较对照组提高了7.97%。但本研究得到的沙棘全果粉均低于TAN等[19]测定的沙棘全果粉维生素C含量(53.94 mg/100 g),说明不同沙棘全果粉之间维生素C含量存在的差异与加工方式、干燥温度、载体剂种类和浓度有关。添加菊粉+麦芽糊精(1∶>2)的沙棘全果粉维生素C含量最低,这可能是由于菊粉作为一种天然的果聚糖,具有一定的亲水性和保水性,但因添加复配比例较低,无法形成足够有效的保护屏障,从而使外界的氧气、水分更易直接与维生素C接触导致维生素C含量降低。
添加不同品质改良剂的沙棘全果粉类胡萝卜素含量为77.94～105.4 μg/g。由图3可知,沙棘全果粉的类胡萝卜素含量最高和最低均来自不同复配比例的β-环糊精和麦芽糊精,说明添加β-环糊精可使沙棘全果粉发生不同程度的异构化反应。而类胡萝卜素含量较低是由于在混合添加的均质过程中的样品细胞破裂使类胡萝卜素与氧气直接接触加速营养成分损失[20]。其中添加β-环糊精+麦芽糊精(1∶>2)、菊粉和菊粉+麦芽糊精(1∶>2)的沙棘全果粉中类胡萝卜素含量分别较对照组含量高62.14%、53.34%、44.93%,也较连雅丽[9]研究的未添加改良剂的最优沙棘全果粉(60.3 μg/g)含量提高了74.79%,说明添加改良剂能有效保留沙棘全果粉中类胡萝卜素的含量。
2.1.3 不同品质改良剂对沙棘全果粉SOD活力的影响
沙棘浆果中富含具有辅助抗肿瘤作用的SOD[21]。图4中不同沙棘全果粉的SOD活力差异显著(P<0.05),活力为37.33～127.69 U/mL。其中添加阿拉伯树胶、菊粉+麦芽糊精(1∶>2)、阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)和菊粉的沙棘全果粉SOD活力分别较对照组提高了8.83%、8.3%、3.4%、1.71%,较连雅丽[13]研究的沙棘全果粉(89.82 U/mL)含量提高了42.16%。添加β-环糊精+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉SOD活力最低,这可能是由于β-环糊精具有吸湿性低的特点,与水分子之间具有很强的结合能力,因此在添加一定量的β-环糊精改良剂可与果粉中的SOD争夺水分子,从而导致SOD活力较低[22-23]。
图4 沙棘全果粉中SOD活力
Fig.4 SOD activity in sea buckthorn whole fruit powder
2.1.4 不同品质改良剂对沙棘全果粉的抗氧化活性的影响
由图5可知,添加不同品质改良剂的沙棘全果粉之间DPPH自由基清除率略有差异(P≤0.05),为96%～97%。ABTS阳离子自由基清除率为83.99%～94.12%。DPPH自由基清除率高于ABTS阳离子自由基清除率,这是由于ABTS在734 nm近红外区域测量,阻断了来自其他吸收成分(如糖)的干扰,使结果更精确[24]。添加不同品质改良剂的沙棘全果粉FRAP含量为56.83～135.05 μmol Trolox/mL,其中,添加菊粉的沙棘全果粉FRAP含量最高,添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(1∶>2)的沙棘全果粉FRAP含量最低。3种抗氧化活性在加工过程中的变化较大,这也说明抗氧化活性不仅是由某一特定化合物作用,而是生物活性化合物(黄酮、维生素C、类胡萝卜素等)共同作用的结果,它们在阻止自由基对生物大分子的破坏中具有协同作用。
图5 沙棘全果粉的抗氧化活性
Fig.5 Antioxidant activity of sea buckthorn whole fruit powder
2.2 不同品质改良剂对沙棘全果粉理化指标的影响
2.2.1 不同品质改良剂对沙棘全果粉的色泽分析
沙棘全果粉的颜色(电子版增强出版附表1,https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.039847,以下附表、附图同),在沙棘全果粉中L*为54.55(β-环糊精)～63.58[阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)]。添加复配改良剂的沙棘全果粉L*值相对于添加单一改良剂的沙棘全果粉较高,说明复配改良剂的沙棘全果粉能较好的提高沙棘全果粉的亮度。添加单一阿拉伯树胶的沙棘全果粉的a*值较高(23.47),这可能是因为阿拉伯树胶的还原糖与果肉的蛋白质部分之间发生非酶促反应[25]。总体而言,颜色属性的变化可归因于干燥过程中改良剂的添加。
2.2.2 不同品质改良剂对沙棘全果粉的基本理化指标分析
如附表2所示,不同沙棘全果粉均符合微生物安全且水分含量≤5%的标准[26],说明其所有沙棘全果粉均可长时间贮存和加工适用性。褐变度作为衡量果粉非酶促褐变的重要指标,受改良剂、干燥温度、贮存过程、糖类和粉体中具有游离氨基化合物含量的调节[25]。表中褐变度为1.18～2.46,其中添加阿拉伯树胶的沙棘全果粉褐变度最低,其次是添加β-环糊精的沙棘全果粉,两者差异不显著(P>0.05)。不同沙棘果粉的pH值均小于3.0,可抑制微生物生长[7]。
表2 四种沙棘全果粉的粒径对比
Table 2 Comparison of particle sizes of four types of sea buckthorn whole fruit powder
沙棘全果粉D90/μmD50/μmD10/μmD[3,2]D[4,3]离散度差值比表面积阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶1)145.2037.398.2918.4860.163.6641.670.33麦芽糊精157.4239.999.3019.9266.043.7046.120.30阿拉伯树胶+麦芽糊精(1∶2)157.9939.648.8419.4566.363.7646.910.31阿拉伯树胶139.2734.095.9615.1856.243.9141.060.40
2.2.3 不同品质改良剂对沙棘全果粉的粉体特性分析
附表3显示的是沙棘全果粉的粉体特性,得到添加不同品质改良剂沙棘全果粉的出粉率为18.98%～22.07%。其中添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉出粉率最高,这与其粉末颗粒在干燥室壁上的黏性和沉积物减少有关[25]。结块会显著增加粉体的流动阻力,这使粉体在加工过程中的流动性受到影响[24]。表中结块度为0.82%～0.9%,添加不同品质改良剂的沙棘全果粉之间差异不显著(P>0.05)。附表3中不同沙棘全果粉的休止角为30.97[β-环糊精+麦芽糊精(1∶>2)]～40.73[菊粉+麦芽糊精(2∶>1)],其中添加β-环糊精的沙棘全果粉具有较好的流动性。
不同沙棘全果粉的堆积密度具有差异,其中阿拉伯树胶+麦芽糊精(1∶>2)添加比例的沙棘全果粉堆积密度最大(0.25 g/cm3),说明其流动性较好,这菊粉中碳水化合物和全果粉之间的聚合物相互作用有关[27-28]。含单一菊粉的沙棘全果粉堆积密度最低,为0.21 g/cm3,这可能是因为其颗粒形状不均匀,使颗粒间存在较大的空隙,导致颗粒之间的摩擦力较大,从而影响了粉体的流动性。与堆积密度一样,振实密度值也影响了粉末的流动特性,其值越大,粉末的流动性越好。附表3中不同沙棘全果粉的振实密度之间差异显著(P≤0.05),说明品质改良剂对粉末颗粒的密度影响较大,而振实密度的差异也会影响堆积密度,从而影响最终产品包装所需的空间以及影响产品的氧化稳定性。豪斯纳比作为表征粉体流动性的重要参数之一,越接近1表明粉末流动性较高。添加菊粉+麦芽糊精(1∶>2)的沙棘全果粉豪斯纳比最佳(1.23),这可能与低水分含量有关。当豪斯纳比≥1.35时,则表明粉体流动性差。表中被阿拉伯树胶包埋的沙棘全果粉豪斯纳比为1.40,说明其流动性较差,这与GEORGE等[4]研究利用阿拉伯树胶包埋油茶叶粉得到的结果相似(1.41)。
不同沙棘全果粉的溶解度为55.75%～79.62%。而溶解度的差异取决于果粉的形态、粒径、粉末的颗粒间空隙以及果汁和改良剂的性质[29]。除β-环糊精+麦芽糊精(1∶>2)沙棘全果粉的溶解度低于单一沙棘全果粉外,其余沙棘全果粉的溶解度均较高,说明2种不同改良剂的复配导致分子间和化学相互作用[4],从而进一步提高果粉的溶解度。此外,HOA等[30]研究发现,溶解度的增加与无定形表面有关,无定形形式具有更高的热力学量,因此,要获得更高的溶解度则需要更少的能量来溶解。添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉润湿性最好(30.42),添加单一改良剂的沙棘全果粉润湿性较差,说明一定的混合比例可显著提高沙棘全果粉的溶解性。沙棘全果粉的冲调性是分散性和润湿性的总和,不同沙棘全果粉的冲调性差异显著(P<0.05),其中添加菊粉+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉冲调性最好(80.31分),其次是添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘果粉(79.66分)。
2.3 基于灰色关系度分析的不同沙棘全果粉品质评价
对不同沙棘全果粉进行灰色关联度分析得到各沙棘全果粉相应关键品质指标的关联系数(附表4),根据层次分析法确定的权重,计算各全果粉的加权灰色关联度,依据灰色关联度分析原则,灰色关联度系数越高,样品与“理想果粉”越接近[14]。由加权灰色关联度分析结果可知,添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉灰色关联度最大,为1.324 0,说明其品质优;添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(1∶>2)的沙棘全果粉灰色关联度次之(1.307 9),品质居中;添加阿拉伯树胶的沙棘全果粉灰色关联度较小(1.297 4),品质最低。总的来说,灰色关联系数较高的沙棘全果粉不但具有较好的溶解性,且在营养价值上也极具潜力。
在沙棘全果粉加工过程中添加品质改良剂会影响全果粉的营养和理化特性,而不同改良剂均存在一定差异[31]。由于不同沙棘全果粉的灰色关联系数差异微小,本研究依据关联系数的集群分布趋势,以及为深入了解不同品质改良剂对沙棘全果粉品质的影响,进一步对筛选出的优阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)、中阿拉伯树胶+麦芽糊精(1∶>2)、差组(阿拉伯树胶)沙棘全果粉微观结构特性进行了对比分析。
2.4 不同沙棘全果粉微观结构特性分析
2.4.1 四种沙棘全果粉粒径分析
粒度在粉末品质中起着重要作用,其直接影响了粉末的溶解速率、流动性、吸湿性和贮存稳定性等特性[29]。粒径图中的峰值越高、越尖锐,说明粉体颗粒越均匀[32]。由附图1可知,添加阿拉伯树胶的沙棘全果粉体积分布较低,说明其粉体分布不均匀。D50为平均粒径,是衡量粉体粒度的典型值之一。研究发现,D50可能与粉末堆积密度有关,D50颗粒较高则显示出较高的堆积密度值[33],这进一步解释了附表3中添加阿拉伯树胶的沙棘全果粉堆积密度较低的原因。离散度越小说明粒度的分布范围越窄,粒径越集中[9]。根据离散度值可知,添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉离散度较小,说明粉体颗粒较均匀。通常小颗粒每单位质量的比表面积相对较大,颗粒与颗粒之间则具有更多接触点[34],这也解释了添加单一阿拉伯树胶沙棘全果粉分散性较差的原因。
2.4.2 四种沙棘全果粉SEM表观形态分析
不同沙棘全果粉的表观形态如附图2所示。由附图2-a可知,4种全果粉之间的颗粒大小形态无法从直观图观察,因此,运用SEM进一步对其表观形态进行观察。如附图2-b和附图2-c所示,添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)沙棘全果粉的表面更光滑,其他沙棘全果粉表面均存在不同程度的凹痕,这可能是由于水分子难以通过较大的改良剂分子而导致全果粉结构破坏[25]。不同沙棘全果粉是由全果浆直接真空冷冻干燥所得,其含有较多的纤维状物使全果粉颗粒分布不规则,形成无定形、片状和玻璃状结构,同时由于在真空下细胞组织中的冰晶直接升华,使细胞组织发生不规则排列或分离,从而形成粗糙多孔结构[35]。尽管沙棘全果粉的无定形结构和不规则形状的外部形态可能会使全果粉更易氧化降解,从而影响其贮存稳定性,但也有研究发现其无定形结构外观增强了其释放和溶解特性[36]。冻干粉末的无定形表面形态可能会影响其流动行为,从而导致流动阻力,这与粒径分析中观察得到的沙棘全果粉表面积结果基本一致。
2.4.3 四种沙棘全果粉的FTIR分析
如附图3所示,不同沙棘全果粉之间的波长相同且无新的吸收峰产生,表明不同沙棘全果粉之间的结构均未发生变化。这表明沙棘全果粉与改良剂之间是通过物理作用相互包裹在一起,而各种改良剂和全果粉之间未发生化学相互作用[37]。添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)和阿拉伯树胶沙棘全果粉的波段相同,且在3 367、1 456和1 027 nm的峰值较高。3 367 cm-1处的宽峰代表—OH的伸缩振动,表明存在醇、酚和有机酸[38],1 456 cm-1处红外吸收峰归属于C—H变形振动,说明全果粉中含有烃类和酯类化合物[39]。不同沙棘全果粉在2 925 cm-1的峰值基本一致,说明不同改良剂对样品中的纤维素和半纤维素并未产生强降解,对其组内氢键无破坏[11]。
2.4.4 四种沙棘全果粉的XRD分析
由附图4可知,XRD图谱显示所有沙棘全果粉的结晶度均较低,并且扩散峰较宽。这表明所有样品均是无定形结构且周围有噪声。4种不同改良剂的沙棘全果粉在15°～24°处均显示出无定形结构。在15°～24°处具有宽峰,这是由于沙棘全果粉中含有大量的非晶态碳水化合物,如纤维素和半纤维素,使其在XRD图谱上表现为宽峰[11]。衍射图的密集、嘈杂的模式表明,粉末颗粒是无定形态,这可能是由于在冷冻干燥过程中缺乏确定结晶度的属性所致[25]。总之,通过XRD图谱显示出的所有沙棘全果粉均为无定形结构,这与SEM分析结果基本一致。无定形结晶特性有助于沙棘全果粉中活性化合物的释放并提高其水溶性,但同时也会影响沙棘全果粉的贮存稳定性[40]。
3 结论
本研究应用灰色关联度综合评价分析添加不同品质改良剂沙棘全果粉的多维品质指标,确定了添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)的沙棘全果粉品质最佳(关联系数为1.324 0);添加阿拉伯树胶+麦芽糊精(1∶>2)的沙棘全果粉品质居中(关联系数为1.307 9);添加阿拉伯树胶的沙棘全果粉品质最差(关联系数为1.297 4)。进一步对品质排名优、中、差组及对照组的全果粉微观形态特征差异分析发现,4种全果粉均表现为无定形结构。含阿拉伯树胶+麦芽糊精(1∶>2)的沙棘全果粉离散度较小,表现出的粉体较为均匀,这也进一步解释了其颗粒表面较为光滑的原因,说明其品质最优,具有产品有效性。研究得到的阿拉伯树胶+麦芽糊精(2∶>1)是沙棘全果粉生产中综合品质最佳的品质改良剂,为沙棘全果粉的品质调控提供了科学依据和技术支持。研究仅对比了一元和二元品质改良剂对沙棘全果粉品质的影响,后期可通过继续探究多元品质改良剂对沙棘全果粉品质特性的影响,阐明单一组分之间协同增效机制,以进一步提升产品的品质,为沙棘企业优化生产工艺、提升产品品质及延长货架期提供理论指导与实践参考。
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