干制方式对紫淮山全粉的物理特性及其抗氧化能力的影响

张子琪，王锋，李清明，苏小军，郭时印，罗振海，游若晨

（1.湖南农业大学国际学院，湖南长沙410128；2.湖南农业大学食品科技学院，湖南长沙410128）

紫淮山（Dioscoreaalata L.）又被称为紫参薯、紫山药，因其肉质呈鲜红色而得名，是属薯蓣科（Dioscoreaceae）薯蓣属（Dioscorea）多年生草本蔓生植物的块根[1]。研究表明，紫淮山富含淀粉、蛋白质、多糖、多酚、皂甙等，具有很好的营养价值和药用价值，与普通淮山相比，紫淮山还有大量的花色苷，具有抗衰老、增强免疫力等保健功能[2]。

浙江、湖南、广西、江西等省紫淮山种植已经初具规模，但是由于紫淮山含水量高，容易腐烂，采后贮藏期短，严重影响了紫淮山产业的进一步发展[3]。将紫淮山干制成紫淮山粉能保存紫淮山中大部分营养成分，不仅可以作为食品原料添加其它食品中制成特色紫淮山食品，如紫淮山面条、紫淮山面包、紫淮山馒头等，还可以直接作为紫淮山冲调粉使用，市场发展前景十分广阔。将紫淮山干制成粉已成为当前紫淮山加工利用最有效的途径之一。

热风干制、喷雾干燥、真空冷冻干燥等是目前淮山粉加工的主要方法，不同干制方法和干燥工艺参数对淮山脱水速率和干制效果影响已经有诸多文献报道[4-6]，但是对加工中营养成分变化方面的研究却比较少。与普通淮山相比，紫淮山含有丰富的花色苷和其它酚类物质，具有很好的抗氧化功能[7]，然而，这些物质一般具有较强的热敏性，在干制过程中容易受到损失。研究显示，干制方式对葛根[8]、牛蒡片[9]抗氧化物质含量和清除自由基能力具有较大影响，但不同干制方式对紫淮山粉的花色苷、总酚的含量变化及抗氧化能力影响，目前还未见到相关报道。本研究拟比较喷雾冷冻干燥、热风干燥、真空冷冻干燥、喷雾干燥4种干制方式对紫淮山粉物理性质、花色苷、总酚含量及抗氧化性能力的影响，以期为紫淮山全粉制备及干制工艺选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫淮山（Dioscoreaalata L.，CV.Ziyu）：产于湖南省新邵县，由湖南新邵县紫满园紫淮山种植专业合作社提供。

碘化钾、碘、3，5-二硝基水杨酸、水杨酸、硫酸钾、硫酸铜、硫酸亚铁、碳酸钠、亚硫酸氢钠（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；硫酸、硼酸 、过氧化氢、溴甲酚绿指示剂（均为分析纯）：长沙唐华化工贸易有限公司；无水葡萄糖、DPPH（均为分析纯）：sigma公司；四水合酒石酸钾钠（分析纯）：广东省化学试剂工程技术研究开发中心；福林-酚试剂（分析纯）：南京奥多福尼生物科技有限公司；没食子酸（分析纯）：贵州迪大生物科技有限责任公司。

1.2 仪器与设备

色彩色差计（CR-400）：日本柯尼卡美能达株式会社；pH计（PHS-3C）：上海精密科学仪器有限公司；分光光度计（WFJ7200）：上海尤尼柯试验有限公司；电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9246A）：上海精宏实验设备有限公司；真空冷冻干燥器（YB-FD-18S）：上海亿倍实业有限公司；喷雾冷冻干燥机（YC-300）：上海雅程仪器设备有限公司；喷雾干燥机（FH-150）：上海高机生物公司有限公司。

1.3 方法

1.3.1 紫淮山全粉制备方法

1）喷雾冷冻干燥法制备紫淮山粉工艺

新鲜紫淮山→清洗→去皮→切片→打浆 [液料比1 ∶1（mL/g）]→喷雾冷冻干燥（进料流量 20 mL/min，冻结温度-30℃）→成品

2）喷雾干燥法制备紫淮山粉工艺[10]

新鲜紫淮山→清洗→去皮→切片→打浆 [液料比1 ∶1.5（mL/g）]→喷雾干燥（进料流量 15 mL/min，进风温度170℃）→粉碎→成品

3）真空冷冻干燥法制备紫淮山粉工艺

新鲜紫淮山→清洗→去皮→切片→超低温冰箱预冻（-80℃，4 h）→真空冷冻干燥（-55℃，8 h）→粉碎→成品

4）热风干燥法制备紫淮山粉工艺

新鲜紫淮山→清洗→去皮→切片→热风干燥（60℃，10 h）→粉碎→成品

1.3.2 紫淮山全粉的提取液的制备

参考刘水英等[11]的方法，准确称取5 g紫淮山全粉于圆底烧瓶中，按液料比15∶1（mL/g）加入盐酸质量分数为1.8%、乙醇体积分数为70%的盐酸乙醇溶液75 mL，避光提取 3.5 h，以转速3 000 r/min，时间10 min的条件离心，取上清液，置于4℃冰箱中备用。

1.3.3 紫淮山全粉水溶性指数的测定

在Heny Kusumayanti等[12]的方法上稍作改变。准确称取紫淮山全粉0.5 g（m1）于25 mL烧杯中，加入10 mL蒸馏水，于60℃恒温水浴中无搅拌加热30 min，使其溶解，然后样品以3 000 r/min的转速离心10 min。取上清液放入105℃的电热恒温鼓风干燥箱干燥至恒重，称得溶解物的质量（m2）。根据公式（1）计算各待测样品的水溶性指数：

1.3.4 紫淮山全粉碘蓝值的测定

准确称取紫淮山全粉0.25 g于50 mL烧杯中，倒入65.5℃50 mL蒸馏水，在65.5℃水浴中搅拌5 min，静置1 min后过滤。滤液保持于恒温65.5℃水浴中，并及时吸取1 mL于50 mL显色管中，加1 mL 0.02 mol/L的碘标准溶液，定容：同时吸取1 mL 0.02 mol/L碘标准溶液，定容至50 mL作空白对照，以试剂空白调零点，测定样品在波长650 nm下的吸光度E[13]。根据公式（2）计算各待测样品的碘蓝值：

1.3.5 紫淮山全粉色差的测定

采用CR-400色差计测定。以仪器白板为标准，测量紫淮山全粉的明度指数L*、彩度指数a*和b*。L*称为明度指数，反映白度和亮度的综合值，该值越大表明被测物越白亮；L*=0表示黑色，L*=100表示白色。a*和b*代表一个直角坐标的两个方向，+a*越大，颜色越接近纯红色；a*=0时为灰色；-a*的绝对值越大，颜色越接近纯绿色。+b*值越大，颜色越接近纯黄色；b*=0时为灰色；-b*的绝对值越大，颜色越接近纯蓝色。L*、a*、b*表色系还可以表示两种色调之间的差值，即色差，用ΔE表示，表示所测物体的L、a和b值与标准白板之间色差值[14]。根据公式（3）计算各待测样品的色差：

1.3.6 紫淮山全粉花色苷含量的测定

花色苷含量的测定采用pH示差法[15]。将1.3.2所得紫淮山提取液稀释1倍，吸取2.0 mL，分别用pH 1.0的盐酸-氯化钾缓冲液（0.025 mol/L）和pH 4.5的醋酸-醋酸钠缓冲液（0.1 mol/L）定容到10 mL，两种溶液分别测定在520 nm和700 nm处的吸光度值，每个样品平行3次。根据公式（4）计算各待测样品的花色苷含量：

式中：ε为矢车菊-3-葡萄糖苷的摩尔消光系数（26 900）；MW为矢车菊-3-葡萄糖苷的摩尔质量（449.2）；DF为稀释倍数；V为最后定容的体积，mL；Wt为样品质量，mg；L 为比色皿的宽度（1 cm）。

1.3.7 紫淮山全粉总酚的测定

采用福林-酚比色法测定[16]紫淮山全粉总酚。

1.3.8 紫淮山全粉DPPH自由基清除率测定

参考裴斐等的方法并略作修改[17]。配制6.5×10-5mol/L DPPH和无水乙醇溶液。样品溶液为稀释十倍的紫淮山提取液。按表1加入试剂后，避光在室温下反应1 h，在517 nm波长下测定吸光度，根据公式（5）计算各待测样品的DPPH自由基清除率。

表1 DPPH加样表Table 1 DPPH sample table

式中：A1为不同样品液测定的吸光度值；A2为等体积的无水乙醇代替DPPH溶液测定的吸光度值；A0为等体积的无水乙醇代替样品溶液测定的吸光度值。

1.3.9 紫淮山全粉·OH清除能力测定

参考吴琼等[8]的方法。配制9.0 mmol/L硫酸亚铁溶液，9.0 mmol/L水杨酸-乙醇溶液和8.8 mmol/LH2O2溶液。样品溶液为稀释10倍的紫淮山提取液。按表2加入试剂后，避光置于37℃水浴10 min，于波长510 nm处测定吸光度。根据公式（6）计算各待测样品的·OH清除能力：

式中：A0为等体积的蒸馏水代替样品溶液测定的吸光度值；AX为不同样品液测定的吸光度值；AX0为等体积的蒸馏水代替H2O2溶液测定的吸光度值。

1.3.10 统计方法

所有试验均重复3次，结果以平均值±标准差表示，数据采用SPSS 22.0软件进行分析，以p＜0.05表示试验结果具有显著性差异。

表2 ·OH加样表Table 2·OH sample table

2 结果与分析

2.1 不同干制方式对紫淮山全粉水溶性指数、碘蓝值及色差的影响

不同干燥工艺对紫淮山全粉水溶性指数、碘蓝值及色差的影响见表3。

表3 不同干燥工艺对紫淮山全粉水溶性指数、碘蓝值及色差的影响Table 3 Effect of different drying methods on the water solubility index，starch-iodine value and numerical total color difference of purple yam flour

水溶性指数直接反映了粉末是否能够迅速完全地溶解，是紫淮山全粉重要的品质指标。由表3可知，采用喷雾的方法制粉（喷雾冷冻干燥和喷雾干燥）所制成的紫淮山全粉的水溶性指数显著高于非喷雾方法所制粉（热风干燥和真空干燥），其原因可能与喷雾法所获得的全粉颗粒结构比较疏松，比表面积大，更容易吸水有关。

碘蓝值反映淀粉与碘结合能力的大小，碘蓝值越大，游离直链淀粉含量多，表明紫淮山的细胞破坏程度越大[18]。由表3可知，4种不同干燥方式对紫淮山全粉碘蓝值高低具有显著影响（p＜0.05），喷雾法制粉所得全粉的碘蓝值显著高于干制之后再粉碎制得的紫淮山全粉的碘蓝值，这可能与喷雾干燥和喷雾冷冻干燥前的打浆这一工艺流程有关，由于打浆所产生机械作用对紫淮山细胞结构的破坏有关，便使得紫淮山原料组织中细胞壁受到了挤压、剪切作用而破坏[13]，导致更多的淀粉游离出来，碘蓝值较大，而干燥后再进行粉碎，对淮山细胞破坏相对较小，可以更好地保留紫淮山细胞结构的完整性，游离淀粉更少。

紫淮山在干燥过程中极易发生褐变，4种干制方式对紫淮山全粉色泽影响差异显著（p＜0.05）。4种干制方法中，喷雾冷冻干制制得紫淮山全粉色差值最小，真空冷冻次之，再次是喷雾干燥，对紫淮山全粉色差值影响最大的热风干燥。长时间受热导致了紫淮山粉的颜色褐变。由于热风干燥温度较高，干制时间长，与空气接触面积大，加速了紫淮山中花色苷的氧化。喷雾干燥需要在较高温度下进行，也直接影响到紫淮山粉的色泽。真空冷冻干燥和喷雾冷冻干燥制备的紫淮山粉由于没有经过高温加热，与热风干制和喷雾干燥相比，颜色更鲜艳，色差值更小。

2.2 不同干燥工艺对紫淮山全粉花色苷和总酚的影响

花色苷具有延缓衰老，改善血液循环，抗癌防癌等保健功能[19]。多酚类物质同样在抗氧化和增强抵抗力等很多方面具有良好的作用[20]。不同干燥工艺对紫淮山全粉花色苷和总酚含量的影响见表4。

表4 不同干燥工艺对紫淮山全粉花色苷和总酚含量的影响Table 4 Effect of different drying methods on total anthocyanin and total phenolics contents of purple yam flour

如表4所示，4种干制方法所制备的紫淮山全粉的花色苷和总酚含量差异显著（p＜0.05）。4种干制方法比较，经过喷雾冷冻干燥所制备的紫淮山全粉花色苷和总酚含量最高，花色苷达到14.17 mg/100 g，总酚达到288.39 mg/100 g，其次为真空冷冻干燥和喷雾干燥，热风干燥的紫淮山全粉花色苷和总酚最低。喷雾冷冻干燥和真空冷冻干燥是在低温下进行，有利于保留抗氧化成份。热风干燥和喷雾干燥在高温过程中会致使其所含的抗氧化物质进行分解，而热风干燥比喷雾干燥的时间较长，造成花色苷和总酚含量显著低于喷雾干燥（p＜0.05）。这与李伟等[21]研究干燥方式对杨梅果粉品质的结果具有相似的规律，由于花色苷和总酚结构不稳定，在热加工过程中容易发生降解，低温有利于保持样品中的总酚和花色苷。

2.3 不同干燥工艺对紫淮山全粉DPPH自由基和OH自由基的清除率的影响

DPPH自由基和OH自由基的清除率常作为评价化合物抗氧化能力的两项指标[22]。不同干燥工艺对紫淮山全粉自由基清除能力的影响见图1。

图1 不同干燥工艺对紫淮山全粉自由基清除能力的影响Fig.1 Effect on free radicals clearance of purple yam flour as treated by different drying methods

从图1可知，不同干燥方式对紫淮山全粉紫淮山提取液抗氧化活性影响显著（p＜0.05），4种干制方法制备的紫淮山全粉的抗氧化性能力为喷雾冷冻干燥＞真空冷冻干燥＞喷雾干燥＞热风干燥。热风干燥方式下紫淮山全粉的DPPH自由基、OH自由基消除能力最低，分别为35.68%和24.56%，显著低于喷雾冷冻（p＜0.05），这可能与热风干燥温度高，时间较长且没有隔绝空气，高温和氧气加速了具有抗氧化能力的花色苷和总酚等物质的分解有关。

2.4 总酚和花色苷含量与清除自由基能力的关系

紫淮山全粉的抗氧化能力与其中所含的总酚和花色苷含量关系密切，总酚和花色苷的含量越高，紫淮山的抗氧化能力越强。花色苷和总酚含量与清除自由基清除能力的相关性分析见表5。

表5 花色苷和总酚含量与清除自由基清除能力的相关性分析Table 5 Correlation between free radicals clearance and the contents of total anthocyanins and total phenolics in purple yam flour

由表5可知，紫淮山全粉中花色苷含量和总酚含量均与全粉的清除自由基能力存在显著正相关（p＜0.01）。

3 结论

1）喷雾干燥法和喷雾冷冻干燥法制取的紫淮山全粉比热风干制和真空冷冻干制所得产品具有更高的水溶性指数和碘蓝值，湿法破碎对紫淮山组织结构破坏比干制后再粉碎造成的组织结构破坏更大，淀粉更容易游离出来。长时间受热会导致紫淮山粉的颜色褐变。真空冷冻干燥和喷雾冷冻干燥制备的紫淮山粉由于没有经过高温加热，与热风干制和喷雾干燥相比，颜色更鲜艳，干制前后色差值更小。

2）干制温度和干制时间对紫淮山全粉中花色苷和总酚的含量具有显著性影响。真空冷冻干制法和喷雾冷冻干制法制备的紫淮山全粉由于没有经过高温，花色苷和总酚保留率显著高于热风干制和喷雾干制所得产品。

3）紫淮山全粉中花色苷和总酚含量均与清除自由基能力（DPPH自由基和OH自由基）存在显著的正相关关系，花色苷和总酚是紫淮山全粉中起抗氧化作用重要成分，选择真空冷冻干制和冷冻喷雾干制法制备紫淮山全粉比热风干制和喷雾干燥所得产品具有更好的清除自由基的能力。