王曉敏，王趙改 ,*，史冠瑩 ，楊 慧 ，張 樂，趙守渙，李 軍

（1. 河南省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所，河南 鄭州 450008；2. 湖南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，湖南 長沙 410007）

香椿（Toona sinensis），又名椿芽樹、椿樹等，屬楝科香椿屬落葉喬木[1]，原產(chǎn)于中國，現(xiàn)已有兩千多年的栽培歷史[2]。香椿風味獨特，富含氨基酸、維生素、黃酮、多酚等物質(zhì)，具有較高的食用價值和保健功能[3]。然而新鮮香椿含水量較高，不耐貯藏，多以鮮銷為主[4]，因此香椿加工正受到人們的密切關注。目前香椿加工大多停留在傳統(tǒng)粗加工水平上，如腌制、制罐頭等，大大降低了香椿的營養(yǎng)價值，而且香椿在腌制過程會產(chǎn)生較多的亞硝酸鹽，長期食用會危害人們的健康。

香椿制粉是一種新型的深加工方式，其不僅能克服腌制香椿安全性較差這一缺陷，還能解決香椿的儲存和運輸問題，減少損失，同時豐富香椿制品市場。香椿粉既能單獨食用，也可用作輔料添加到其他食品中，提高其營養(yǎng)價值，用途十分廣泛[5]。香椿制粉不僅對原料大小、形狀沒有嚴格要求，不會產(chǎn)生殘渣造成環(huán)境污染[6]，且能充分利用原料中的營養(yǎng)成分和膳食纖維，實現(xiàn)原料的全效綜合利用。

干燥是香椿制粉的重要環(huán)節(jié)。干燥方法主要包括熱風干燥、噴霧干燥、真空冷凍干燥等。傳統(tǒng)熱風干燥成本低，但溫度高、時間長，產(chǎn)品褐變較嚴重，不能滿足人們對食品高品質(zhì)、原生態(tài)的需求[7]；噴霧干燥速度快，但高溫會對一些營養(yǎng)物質(zhì)有一定破壞[8]；真空冷凍干燥溫度低，能有效保持果蔬原有風味和營養(yǎng)成分，但干燥時間長，能耗高[9]。有關香椿干燥研究的報道比較少。李湘利等[10]比較了熱風干燥、微波干燥和熱風-微波聯(lián)合干燥3種方式對香椿芽干燥特性和營養(yǎng)品質(zhì)的影響；高海生等[11]研究了熱風干燥和微波干燥2種方式對香椿芽干品營養(yǎng)品質(zhì)和微觀結構的影響。但不同干燥方式對香椿粉的物理特性、基本成分、抗氧化活性、風味物質(zhì)和微觀結構的影響的系統(tǒng)研究目前尚未見報道。本文系統(tǒng)研究真空冷凍干燥和噴霧干燥2種干燥方式對香椿粉的物理特性和營養(yǎng)風味品質(zhì)的影響，以期為香椿粉的加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

香椿：2017年4月份采自南陽市桐柏縣城關鎮(zhèn)。

考馬斯亮藍G-250，天津市登科化學試劑有限公司產(chǎn)品；抗壞血酸標準品、鐵氰化鉀，天津市德恩化學試劑有限公司產(chǎn)品；葡萄糖標準品，煙臺市雙雙化工有限公司產(chǎn)品；人參皂苷（Rb1）、鹽酸小檗堿（BE）、蘆?。≧E）、牛血清白蛋白（BSA）、水溶性維生素 E（6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid，Trolox），北京索萊寶生物科技有限公司產(chǎn)品；DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)，東京化成工業(yè)株式會社產(chǎn)品；其他試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

VFD-2000A冷凍干燥機：上海比朗儀器制造有限公司；YC-015A實驗室有機溶劑噴霧干燥機：上海雅程儀器設備有限公司；GJJ-0.03/100型高壓均質(zhì)機：上海諾尼輕工機械有限公司；MA 150型紅外水分儀：德國sarorius公司；Color Quest XE色差儀：美國HunterLab公司；SB-5200DTD型超聲波清洗機：寧波新芝生物科技股份有限公司；H1650R/H1850R臺式高速離心機：湖南湘儀實驗儀器開發(fā)有限公司；QL-901型漩渦混合器：海門市其林貝爾儀器制造有限公司；GENSY 10S型UV-VIS分光光度計：美國Thermo公司；Agilent 7890A-5975C GC-MS（HP-5MS 毛細管色譜柱(30 m×0.25 μm×0.25 μm)）、頂空固相微萃取裝置（包括手持式手柄、50/30μm DVB/CAR/PDMS和15 mL頂空瓶）：美國安捷倫公司；JSM-6010LA型掃描電子顯微鏡、JFC-1600型離子濺射儀：日本JEOL公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 干燥前處理

稱取1 kg新鮮香椿，加入1 000 mL蒸餾水，于打漿機中打漿，重復數(shù)次，取漿液稀釋到一定程度后于均質(zhì)機中均質(zhì)（壓力40 Pa）。均質(zhì)前要先將空氣排出，且控制好均質(zhì)機壓力，否則，由于壓力香椿漿會噴出。反復均質(zhì)3次。

1.2.2 制粉

每次取1 000 mL制備好的香椿漿進行干燥，各干燥方式的干燥條件在預實驗基礎上確定。（1）噴霧干燥：進風溫度140℃，出風溫度74.4℃，冷凝溫度26.8℃，風機頻率 40 Hz，蠕動速度 20 r/min。（2）真空冷凍干燥：預凍溫度-45℃，預凍時間2 h，干燥時間36 h，物料厚度1 cm，真空度＜50 Pa，冷阱溫度＜-70℃。

兩種干燥方式所得香椿粉含水量均低于5%。

1.2.3 物理特性測定

1.2.3.1 制粉得率

參照張鐘等[12]的方法，制粉得率以干粉重量占干燥前新鮮香椿重量的百分比計算，公式如下：

式中：D為干粉質(zhì)量，g；W為新鮮香椿質(zhì)量，g。

1.2.3.2 含水量

采用紅外水分儀測定，每個樣品平行測定3次。

1.2.3.3 溶解度

參照王磊等[13]的方法，稱取樣品1 g，置于小燒杯中，加入去離子水100 mL，超聲20 min，使其充分溶解。取5 mL該溶液，離心10 min，取上清液，將其完全轉入稱量皿中，于105℃干燥箱烘干至恒重。計算公式為：

式中：m為樣品質(zhì)量，g；m1為稱量皿質(zhì)量，g；m2為稱量皿和上清液溶解物干燥后質(zhì)量，g；B為樣品水分含量，%。

1.2.3.4 吸油性

參照Singh等[14]的方法，取50 mL離心管并稱重，加入1g樣品和20mL色拉油，充分混合，再4000r/min離心15 min，棄去上清液，將離心管倒置5 min后稱重。吸油指數(shù)的計算公式為：

式中：m1為加油前離心管質(zhì)量，g；m2為離心后離心管質(zhì)量，g；m為樣品質(zhì)量，g。

1.2.3.5 堆積密度

參照Zhao等[15]的方法，將香椿粉裝入10 mL容量瓶中，振實，填充至刻度。香椿粉的堆積密度表示為10 mL單位體積香椿粉的質(zhì)量，計算方式為：

式中：m1為容量瓶的質(zhì)量，g；m2為香椿粉和容量瓶的總質(zhì)量，g。

1.2.3.6 復水性

參照薛妍君[16]的方法，略有修改。取500 mL燒杯2只，1只燒杯裝200 mL 80℃的蒸餾水，1只燒杯裝200 mL 30℃的蒸餾水，用恒溫水浴鍋保溫。稱取樣品1 g，用濕紗布包扎，迅速放入各燒杯中浸泡，每隔5 min撈出來瀝水2min，用濾紙吸干水分，稱重，45min后結束。計算方式為：

式中：m1為樣品復水前的質(zhì)量，g；m2為樣品復水后的質(zhì)量，g。

1.2.4 色澤

采用色差儀直接測定[17]，每個樣品平行測定5次。其中，L*值表示明暗度，a*值表示紅綠程度，b*值表示黃藍程度。

1.2.5 基本成分測定

VC含量的測定：采用紫外快速測定法[18]，以抗壞血酸為標準品，繪制標準曲線方程為y=0.053 6x-0.013 3（R2=0.998 9）；蛋白質(zhì)含量的測定：采用考馬斯亮藍G-250法[19]，以牛血清白蛋白（BSA）為標準品，繪制標準曲線方程為：y=0.008 0x+0.193 5（R2=0.994 7）；總黃酮的測定：采用硝酸鋁顯色法[20-21]，以蘆?。≧E）為標準品，繪制標準曲線方程為y=5.18x-0.026（R2=0.994 9）；粗多糖的測定：依據(jù) NY/T 1676—2008《紫外分光光度法》[22]，以葡萄糖（Glc）為標準品，繪制標準曲線方程為y=37.68x-0.073 8（R2=0.993 3）；總皂苷的測定：采用香草醛-冰乙酸比色法[23]，以人參皂苷（Rb1）為標準品，繪制標準曲線方程為y=13.125x+0.038 6(R2=0.992 6)；總生物堿的測定：采用分光光度法[24]，以鹽酸小檗堿（BE）為標準品，繪制標準曲線方程為y=71.057x+0.009（R2=0.994 9）。

1.2.6 抗氧化能力測定

還原力的測定采用高鐵鹽-鐵氰化鉀比色法[25]。分別精確配制1 mg·mL-1的香椿粉母液，然后稀釋至0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg·mL-1，4 ℃靜置 2 h，5 000 r/min離心30 min。取2.5 mL上清液，依次加入2.5 mL磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L,pH 6.6）和2.5 mL 1%的鐵氰化鉀，混勻，50℃水浴反應20 min。水浴后加入2.5 mL 10%三氯乙酸?；靹蚝笕∩锨逡?.5 mL，加入2.5 mL去離子水、0.5 mL 0.1%氯化鐵，混合均勻，靜置10 min。以空白為參比，在700 nm波長處測定吸光度值，每個樣品平行測定2次。

DPPH·清除率的測定參考Sun等[26]方法，略有修改。分別精確配制10 mg·mL-1的香椿粉母液，然后稀釋至 0.2、0.4、0.36、0.8、1.0 mg·mL-1，取 2.0 mL 稀釋液，加入2.0 mL濃度為2×10-4mol/L的DPPH-乙醇溶液，混合搖勻，室溫反應30 min后在517 nm處測定吸光度A。

以上2種測定抗氧化能力的方法，均以Trolox溶液為標準品繪制標準曲線，抗氧化能力以每克干基樣品質(zhì)量的Trolox當量表示，單位為μmolTE/g。

1.2.7 風味物質(zhì)分析

頂空固相微萃?。悍Q取0.5 g樣品于15 mL頂空瓶里，密封后于40℃水浴中平衡15min，插入50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，萃取30 min后取出萃取頭，插入GC-MS解析5 min。

GC 條件：HP-5MS石英毛細管柱(30 m×0.25 μm×0.25 μm)；升溫程序：初溫 40℃，保持 3 min，以 5℃/min的速率升溫至150℃，保持2 min，以8℃/min的速率升至230℃，保持5 min結束；載氣He，進樣口溫度250℃，無分流比，柱流速1 mL/min。

MS條件：四級桿150℃；離子源230℃；輔助加熱器250℃；電子轟擊電離(EI)；掃描方式為全掃描；質(zhì)量掃描范圍40～800(m/z)；檢索圖庫為NIST08.LIB。

1.2.8 微觀結構

將樣品用雙面膠固定在樣品臺上，電鍍噴金，然后置于掃描電鏡中，觀察并拍攝具有代表性的微觀顆粒結構[27]。

1.2.9 數(shù)據(jù)處理

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和Origin Pro 8軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，用Tukey多重比較法檢驗差異顯著性，5%為顯著水平。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式對香椿粉物理特性的影響

由表1可知，真空冷凍干燥香椿粉的得率和含水量均高于噴霧干燥，且均具有顯著差異（P＜0.05）。真空冷凍干燥比噴霧干燥的制粉得率高，是由于真空冷凍干燥收集物料比較完全，而噴霧干燥物料容易粘壁，使得干燥后的粉末在壁上不易收集完全，造成噴霧干燥后的香椿粉損失率較大。含水量是檢驗干燥效果的重要指標，直接影響產(chǎn)品的儲存條件和保質(zhì)期限。蔬菜粉貯藏安全水分含量一般要求低于5%，而真空冷凍干燥和噴霧干燥后香椿粉的含水量分別為4.57%和1.15%，均達到了安全貯藏要求。

不同干燥方式的香椿粉溶解性無顯著差異，噴霧干燥的香椿粉比真空冷凍干燥有較好的溶解性，其主要原因可能是因為噴霧干燥的顆粒細小，接觸面大，更容易分散在水中。而不同干燥方式的香椿粉吸油性差異顯著（P＜0.05），真空冷凍干燥后的產(chǎn)品具有較強的吸油性，這可能與蛋白質(zhì)變性程度較低及形成大量微孔有關。

就商業(yè)角度而言，堆積密度存在一定的經(jīng)濟價值，堆積密度越大，包裝和運輸成本越低。干燥時間和干燥溫度對堆積密度有較大影響。兩種干燥方式所得香椿粉堆積密度存在顯著差異（P＜0.05），噴霧干燥大于真空冷凍干燥。原因可能是真空冷凍干燥先經(jīng)凍結形成了穩(wěn)定的固體骨架，升華脫水時其基架結構維持不變，使得凍干粉表面疏松多孔且顆粒間空隙較大，堆積密度較小。

表1 不同干燥方式對香椿粉物理特性的影響Table 1 Effects of different drying methods on the physical properties of Toona sinensis powder

復水性是測定干燥產(chǎn)品最為重要的指標之一，產(chǎn)品的復水性主要取決于物料細胞和結構的破壞程度。由圖1可知，不同干燥方式的復水性存在明顯差異。不同干燥樣品的復水比隨時間的延長逐漸上升，最后達到平衡。在不同復水溫度下（30、80℃），噴霧干燥和真空冷凍干燥香椿粉的最終復水比分別為1.38、1.45、3.19、3.30。真空冷凍干燥由于質(zhì)地疏松多孔，便于水分重新結合，所以復水比高。同時，由圖可知，復水溫度越高，產(chǎn)品復水速率越快，如真空冷凍干燥的香椿粉復水5 min內(nèi)在不同復水溫度下（30、80℃）的復水速率分別為0.278、0.318 g/min，噴霧干燥分別為0.038、0.048 g/min。在復水初期復水速率增加較快，而后復水速率趨于平緩。干品復水后均不能完全恢復至新鮮狀態(tài)的含水量，這可能與香椿干燥中不可逆的細胞破壞和錯位有關[28]。

圖1 不同干燥方式對香椿粉復水比的影響Fig.1 Effect of different drying methods on rehydration ratio of Toona sinensis powder

2.2 不同干燥方式對香椿粉色澤的影響

色澤是影響綠色蔬菜及其加工制品質(zhì)量及市場價值的重要指標。干燥方式不同對產(chǎn)品色澤影響很大，噴霧干燥和真空冷凍干燥的香椿粉色差L*、a*、b*值見表2。如表2可知，噴霧干燥香椿粉和真空冷凍干燥香椿粉的L*、b*值有顯著性差異（P＜0.05），a*值沒有顯著性差異。真空冷凍干燥香椿粉的L*、a*、b*值較小，即色澤濃綠，而經(jīng)噴霧干燥香椿粉的L*、a*、b*值較大，色澤鮮綠，偏黃色，這可能與香椿在干燥過程葉綠素分解褐變有關。噴霧干燥溫度高，葉綠素分解褐變程度大，而真空冷凍干燥低溫低氧，褐變程度小。

表2 不同干燥方式對香椿粉色差的影響Table 2 Effect of different drying methods on the color difference of Toona sinensis powder

2.3 不同干燥方式對香椿粉基本成分的影響

對兩種不同干燥方式得到的香椿粉進行VC、蛋白質(zhì)、黃酮、多糖、皂苷及生物堿含量的測定，結果如表3所示。VC性質(zhì)不穩(wěn)定，對光、熱和空氣敏感，易被氧化。兩種干燥方式所得香椿粉VC含量無顯著性差異。真空冷凍干燥過程的低氧低溫環(huán)境有利于VC的保持，但干燥時間相對較長，容易造成一定損失；噴霧干燥雖然縮短了干燥時間，但干燥過程中物料溫度過高，也易造成VC大量氧化降解。

表3 不同干燥方式對香椿粉基本成分的影響Table 3 Effects of different drying methods on basic ingredients of Toona sinensis powder

兩種干燥方式所得香椿粉中黃酮和多糖含量也無顯著性差異。在黃酮方面，真空冷凍干燥的預凍處理會破壞細胞膜，造成細胞內(nèi)容物流出，黃酮類物質(zhì)羥基基團多，在酶作用下易發(fā)生氧化；而噴霧干燥在一定程度上也會導致黃酮類物質(zhì)分解。在多糖方面，噴霧干燥的高溫處理過程及真空冷凍干燥的長時間干燥均導致多糖發(fā)生美拉德反應，消耗掉較多糖類物質(zhì)。

蛋白質(zhì)、皂苷、生物堿含量在兩種干燥方式中具有顯著性差異（P＜0.05），真空冷凍干燥均高于噴霧干燥，這可能與噴霧干燥高溫條件導致蛋白質(zhì)變性及皂苷、生物堿等物質(zhì)降解有關，而真空冷凍干燥可以降低生化反應、抑制氧化腐敗，能夠保留相對較多的蛋白質(zhì)和皂苷、生物堿等物質(zhì)。

2.4 不同干燥方式對香椿粉抗氧化活性的影響

由圖2可知，對于DPPH·清除力和還原力兩項指標，真空冷凍干燥香椿粉的值均最高，分別為（467.50±3.54）μmol TE/g和（1 447.26±33.51）μmol TE/g，噴霧干燥香椿粉的值分別為（397.50±19.09）μmol TE/g和（1 152.80±47.87）μmol TE/g。 方差分析表明， 兩種干燥方式香椿粉的以上兩項抗氧化指標之間均有顯著性差異（P＜0.05）。綜合考慮DPPH自由基清除力和還原力2項指標，真空冷凍干燥香椿粉的抗氧化活性高于噴霧干燥香椿粉的抗氧化活性。

圖2 不同干燥方式對香椿粉DPPH自由基清除力和還原力的影響Fig.2 DPPH·scavenging capacity and reducing power of Toona sinensis powder prepared by different drying method

2.5 不同干燥方式對香椿粉風味物質(zhì)的影響

不同干燥方式得到的香椿粉揮發(fā)性成分離子流色譜圖如圖3所示，單體物質(zhì)及其含量如表4所示。由表4可知，共檢測出72種物質(zhì)，包括含硫類4種、萜烯類14種、烷烴類13種、酯類8種、醇類10種、醛類8種、酮類6種、酸類4種及其他類5種。真空冷凍干燥和噴霧干燥風味物質(zhì)種類分別為49和41種。

圖3 不同干燥方式香椿粉揮發(fā)性成分總離子流色譜圖（A.噴霧干燥；B.真空冷凍干燥）Fig.3 Total ion current chromatograms of Toona sinensis powder prepared by different drying methods（A:Spray drying；B:Vacuum freeze drying）

表4 不同干燥方式對香椿粉香氣成分的影響Table 4 Effects of different drying methods on volatile compounds of Toona sinensis powder

Liu等[29]研究表明香椿特征性風味物質(zhì)為2-巰基-3,4-二甲基-2,3-二氫噻吩，它是一種含硫類化合物，其閾值較低，多存在于牛肉[30]、洋蔥[31]、韭菜[32]等食物中，呈現(xiàn)出辛辣以及其他刺激性氣味。通過對比兩種干燥方式香椿粉揮發(fā)性成分可知，真空冷凍干燥香椿粉中檢測到該特征風味物質(zhì)2-巰基-3,4-二甲基-2,3-二氫噻吩，相對含量為17.46%，而噴霧干燥未檢測到，可能是由于該物質(zhì)性質(zhì)活潑，在高溫條件下發(fā)生反應而轉化為其他物質(zhì)。兩種干燥方式中均檢測到2,4-二甲基噻吩、丙基丙烯基硫醚等含硫化合物，推測是由2-巰基-2,3-二氫-3,4-二甲基噻吩在干燥過程中轉化得到的。

除香椿特征風味物質(zhì)外，萜烯類物質(zhì)也是其主要的揮發(fā)性成分，對香椿風味起著重要作用，主要形成甜香、花香和水果香[33]，其中真空冷凍干燥香椿粉中含量較高的萜烯類物質(zhì)有石竹烯、古巴烯、β-欖香烯，這與李聚英等[34]對香椿香氣成分的研究結果基本一致，而噴霧干燥香椿粉中僅檢測到石竹烯。因此，真空冷凍干燥能更好的保留香椿的特征風味。

續(xù)表4 不同干燥方式對香椿粉香氣成分的影響Continue table 4 Effects of different drying methods on volatile compounds of Toona sinensis powder

2.6 不同干燥方式對香椿粉微觀結構的影響

圖4為不同干燥方式的香椿粉微觀結構形態(tài)。由圖可以看出，真空冷凍干燥香椿粉為蜂窩狀松散結構，空隙較大，表面組織破碎；噴霧干燥香椿粉的粒度小，大多呈現(xiàn)出干癟的圓球體狀。分析原因為：真空冷凍干燥是先把料液預凍，而后使其中的水分由冰晶狀態(tài)直接升華為氣態(tài)，干燥所得的產(chǎn)品可形成類似海綿狀疏松多孔架構，加水后溶解迅速而完全，在復水的過程中可以最大程度地恢復顆粒組織結構；噴霧干燥是將干燥室中的料液霧化，物料在與熱空氣的接觸中，水分迅速氣化，達到瞬間干燥，由于干燥過程中水分要迅速從物料中溢出氣化，故經(jīng)噴霧干燥后物料多形成顆粒狀。

圖4 不同干燥方式對香椿粉微觀結構的影響（×500）Fig.4 Effects of different drying methods on microstructure of Toona sinensis powder(×500)

3 結論

本文研究比較真空冷凍干燥和噴霧干燥對香椿粉的物理特性、基本成分、抗氧化活性、風味物質(zhì)和微觀結構的影響，為香椿粉的干燥工藝提供數(shù)據(jù)支持。

（1）真空冷凍干燥香椿粉的得率較高，色澤濃綠，復水性、吸油性好，能較好的保留基本成分和風味物質(zhì)，抗氧化活性較高，綜合品質(zhì)優(yōu)于噴霧干燥。但是真空冷凍干燥耗能大，成本高。因此，真空冷凍干燥可以生產(chǎn)高品質(zhì)香椿粉，但不適合企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）噴霧干燥香椿粉的溶解度高，堆積密度大，平均粒徑小，粉末細膩。雖然噴霧干燥香椿粉品質(zhì)相對不及真空冷凍干燥，但仍能保留較高含量的基本成分和相對較強的DPPH自由基清除力、還原力。噴霧干燥工藝連續(xù)性好、生產(chǎn)規(guī)模大，因而噴霧干燥適合大規(guī)模企業(yè)化生產(chǎn)香椿粉。