霍山石斛(Dendrobium huoshanense),又称米斛,是一种兰科石斛属的草本植物[1]。其花卉富含多种生物活性成分、矿物质及氨基酸等,具有良好的营养价值[2-3],但花期较短,水分含量较高,不易保存,需要适宜的保存技术以提高其商业价值。
目前,干燥处理是延长花卉产品保存期的常用方法[4],其中热风干燥具有干燥速度快、成本低等优势,适合大多数花卉的干燥加工,但热风干燥温度过高易导致产品外观色泽不佳和营养价值降低[5-7]。此外,适宜的热风干燥温度也有助于保护干制品的营养价值[8-9]。
热风干燥过程中,采用适宜的护色技术将有助于提升石斛花干制品色泽品质。将金钗石斛花浸入含有乳酸链球菌素、维生素C、纤维素酶、葡萄氧化酶和植酸的浸泡液中进行护色处理,干制后的产品更接近石斛花的外观、色泽,且长期保存过程中不易氧化变色[10];利用硒酸钠和乳酸钙等制成的护色剂对霍山石斛花进行雾化处理,经冷冻烘干得到的霍山石斛花茶色泽自然[11],但有关霍山石斛花热风干燥的护色工艺尚未见研究。
为延长霍山石斛花贮藏期,本研究探索了不同热风干燥温度下,霍山石斛花在干燥过程中水分变化的规律,分析干燥温度对霍山石斛花干制品主要生物活性成分的影响,在此基础上,进一步探讨护色剂对霍山石斛花热风干制品色泽和活性成分的影响,最终确定霍山石斛花的最佳热风干燥工艺。
霍山石斛鲜花,平均初始含水率(92.03±0.54)%(湿基),九仙尊霍山石斛股份有限公司;抗坏血酸、异抗坏血酸钠(食品级),市售;葡萄糖标准品、没食子酸标准品、芦丁标准品,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;盐酸、浓H2SO4、苯酚、乙醇、甲醇、福林酚、Na2CO3、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH等试剂,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。
FXB101-1干燥箱,上海树立仪器有限公司;UV-5200紫外-可见分光光度计,上海元析有限公司;ADCI-60-C色差仪,北京辰泰克仪器技术有限责任公司;150-T多功能粉碎机,铂欧五金厂;ALC210.2电子天平(精度为0.01 g)、BP210S 分析天平(精度为0.000 1 g),赛多利斯有限公司。
1.2.1 样品的热风干燥
将新鲜霍山石斛花于4 ℃冷藏条件下运至实验室,去除机械损坏、腐烂的花,人工筛选出颜色均一、大小一致的霍山石斛花。
取霍山石斛鲜花,均匀平铺于托盘(40 cm×30 cm),放入鼓风干燥机,装载量约4.15 g/dm3,设置每组干燥温度分别为50、60、70、80 ℃,每隔0.5 h测定样品质量,直至物料湿基含水率≤12%,即停止干燥。
1.2.2 样品的护色干燥
分别配制0.3、0.5、0.7 g/L的抗坏血酸护色液和异抗坏血酸钠护色液,均匀少量喷洒在霍山石斛鲜花表面,沥干水分后放入鼓风干燥机,使用热风干燥试验确定的最佳干燥温度,进行护色干燥。
1.2.3 水分比、干燥速率的测定
参考文献[12-13]的方法计算霍山石斛花干燥过程中水分比(moisture ratio,MR)和干燥速率(drying rate,Rd)。水分比按公式(1)计算:
(1)
式中:ωt,t时刻的干基水分含量,g/g;ω0,初始干基水分含量,g/g。
干燥速率按公式(2)计算:
(2)
式中:ω1、ω2分别为t1、t2时刻的干基水分含量,g/g;t1、t2,干燥时间,h;Rd,干燥速率,g/(g·h)。
1.2.4 黄酮的测定
采用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠比色法[14]测定干制品中黄酮含量。
将干燥后的霍山石斛花磨粉,过40目筛,准确称取0.20 g样品,加入10 mL体积分数70%的乙醇溶液,于60 ℃水浴浸提3 h后过滤,收集滤液,并用体积分数70%的乙醇溶液定容至25 mL待测。
取3.0 mL待测液于试管中,按6 min间隔依次加入0.3 mL 0.05 g/mL的NaNO2溶液、0.3 mL 0.10 g/mL的Al(NO3)3溶液、2.0 mL 0.04 g/mL的NaOH溶液,于室温下反应15 min,测定A510 nm值。以芦丁为标准品绘制标准曲线,并计算样品黄酮含量。
1.2.5 多糖的测定
采用苯酚-硫酸法[15]测定干制品中多糖含量。
将干燥后的霍山石斛花磨粉,过40目筛,准确称取0.10 g样品,加入10 mL体积分数80%的乙醇溶液于25 ℃下浸提6 h后抽滤,并用体积分数80%的乙醇溶液洗涤,收集沉淀备用。向沉淀中加入20 mL蒸馏水,超声30 min后过滤,收集滤液,并将滤渣再次溶于蒸馏水中重复超声处理,共计3次,合并滤液待测。
取1.0 mL待测液于试管中,再加入5.0 g/mL苯酚溶液1.0 mL、浓H2SO4 7.0 mL,沸水浴中反应10 min。逐级冷却后测定A490 nm值。以葡萄糖为标准品绘制标准曲线,并计算样品多糖含量。
1.2.6 总酚的测定
采用福林酚法[16]测定干制品中总酚含量。
将干燥后的霍山石斛花磨粉,过40目筛,准确称取0.10 g样品,用10 mL 体积分数80%的甲醇溶液室温浸提2 h后过滤,5 000 r/min离心10 min,取上清液用体积分数80%的甲醇溶液定容至25 mL待测。
取3.0 mL待测液于试管中,按顺序加入5.0 mL去离子水,3.5 mL 75 g/L的Na2CO3溶液,1.0 mL体积分数10%的福林-酚溶液,充分摇匀后于暗处静置1 h,测定A760 nm值。以没食子酸为标准品绘制标准曲线,并计算样品总酚含量。
1.2.7 色度的测定
参照LI等[17]的方法测定干制品的色度值,以冻干的霍山石斛花作为对照品。
将干燥后的霍山石斛花磨粉,过40目筛,使用色差仪记录其颜色参数L*、a*、b*值,其中L*表示明度值,a*表示红绿度值,b*表示黄蓝度值,总色差按公式(3)计算:
(3)
式中:L*、a*、b*,热风干燥样品的颜色参数;冻干霍山石斛花的颜色参数[17]。
使用SPSS 24.0软件对数据进行方差分析并利用Duncan进行事后多重比较,P<0.05表示存在显著差异,使用Origin 2018绘图。
图1为霍山石斛花在热风干燥过程中失水情况及干燥速率动态变化曲线。
图1 霍山石斛花干燥特性曲线
Fig.1 Drying characteristic curve of D.huoshanense flower
由图1-a可知,随着干燥时间的增加,霍山石斛花中的水分含量逐渐降低,最终趋于平衡,热风干燥温度越高,干燥时间越短。50 ℃热风干燥条件下,达到水分平衡的时间为9.5 h,80 ℃干燥条件下,干燥时间为2 h。图1-b显示,霍山石斛花的干燥过程主要为降速干燥,在80 ℃热风干燥条件下,干燥速率曲线最陡峭,且干燥温度越高,水分流失越快,这与娄正等[18]研究发现一致。其原因可能是干燥介质温度越高,材料内部的温度越高,加快了内部水分向外传递速度,从而提升了水分扩散速率[17,19]。此外,伴随干燥时间的增加,内部的自由水大量减少,此时霍山石斛花中水分存在的形式主要是结合水,从而导致内部水分传递速率变缓,最终含水量趋于平衡。因此,提高干燥温度有利于提高干燥速率。
图2为不同热风干燥温度下霍山石斛花干品中黄酮、多糖和总酚含量对比。由图2-a可知,不同干燥温度下所得干制品中黄酮含量差异显著(P<0.05),其中50 ℃热风干燥组的黄酮含量最高,为(12.44±0.28) mg/g;与之相比,60、70和80 ℃烘干后的干制品中黄酮含量分别下降了12.00%、5.94%和20.92%。这可能是由于干燥温度升高,干燥时间缩短,从而降低了对黄酮的破坏,但80 ℃高温对黄酮类化合物破坏严重,导致干制品中黄酮含量显著下降[20]。图2-b显示多糖含量在不同干燥温度下无显著差异。图2-c显示70 ℃热风干燥较其他干燥温度,总酚含量最低。其他各干燥温度组的总酚含量无显著差异(P>0.05)。
a-黄酮;b-多糖;c-总酚
图2 不同热风温度的霍山石斛花干制品主要活性成分含量
Fig.2 Content of main active components in D.huoshanense flower under different hot-air temperatures 注:对于同一指标,字母不同表示差异显著(P<0.05)
综上可知,霍山石斛花干制品中活性成分受温度影响的差异程度:黄酮>总酚>多糖。其中,50 ℃热风干燥条件下黄酮含量最高,但干燥时间最长,不适用于工厂规模化生产。相比之下,70 ℃热风干燥条件下,干燥时间缩短至2.5 h,黄酮含量为(11.70±0.04) mg/g,但总酚含量显著下降(P<0.05)。60 ℃热风干燥条件下,干燥时间为4.5 h,干制品的黄酮含量为(10.94±0.10) mg/g,多糖和总酚含量分别为(16.80±2.69)、(28.06±0.14) mg/g,均处于较高水平,仅黄酮含量比50 ℃干燥组下降12.00%。综合考虑干燥速率、干燥温度和干制品生物活性成分,最终确定60 ℃为霍山石斛花的最佳干燥温度。
本研究在60 ℃热风干燥基础上,进一步探讨食品级护色剂L-抗坏血酸和异抗坏血酸钠对淡黄色的霍山石斛花护色效果,结果如表1 所示。与未使用护色剂相比,添加L-抗坏血酸和异抗坏血酸钠护色烘干的石斛花L*、a*值下降,b*值上升,说明使用护色剂烘干后的石斛花色泽较未使用护色剂的石斛花明度、红度下降,黄度有所增加。ΔE值越小,说明色泽品质差异越小[21],在使用护色剂预处理后,干制品的总色差ΔE有所降低,表明护色剂的使用对干制品色泽有所改善。其中,采用0.5 g/L异抗坏血酸钠预处理与真空冷冻干燥样品的色泽差异最小,表明该护色剂的使用对热风干燥后产品的色泽保护作用最佳。此外,0.7 g/L异抗坏血酸钠的护色效果低于0.5 g/L异抗坏血酸钠,这可能是由于护色剂浓度过高,体系发生非酶褐变所致,黄梅桂等[22]发现,在大豆肽-木糖美拉德体系中添加高浓度抗坏血酸同样会使其体系颜色加深。
表1 不同种类及浓度的护色剂对干制品色泽的影响
Table 1 Effect of different color protectors and concentrations on product color
工艺L∗a∗b∗ΔE无护色剂175.04±0.41a15.92±0.22a114.55±0.03e37.79±0.21a0.3 g/L抗坏血酸153.67±0.72de8.91±0.12b122.63±0.28a26.33±0.21b0.5 g/L抗坏血酸155.08±0.15c7.89±0.41c121.94±0.22a25.76±0.14b0.7 g/L抗坏血酸156.47±0.47b5.60±0.37d120.63±0.37b24.31±0.30c0.3 g/L异抗坏血酸钠155.40±1.05c8.00±0.13c118.93±1.09c23.56±1.23cd0.5 g/L异抗坏血酸钠152.86±0.41e8.65±0.40b117.01±0.32d21.48±0.59e0.7 g/L异抗坏血酸钠154.39±0.20cd8.76±0.17b118.34±0.68c23.09±0.59d
注:计算ΔE时,为冷冻干燥条件下所测数值,分别为145.72±0.16、-3.61±0.40、100.88±0.61
采用质量浓度为0.5 g/L异抗坏血酸钠的护色剂预处理,60 ℃干燥制品主要活性成分变化情况如图3所示。
图3 霍山石斛花干品的主要活性成分
Fig.3 Content of main active components in D.huoshanense flower 注:对于同一指标,P<0.05为*,P<0.01为**
经护色处理后,干制品多糖含量显著增加,黄酮和总酚含量无显著差异。护色后干制品多糖含量增加,其原因可能与异抗坏血酸钠(又称D-抗坏血酸钠)是L-抗坏血酸钠的旋光异构体有关,体系中部分存在的抗坏血酸构型自发氧化,其产物可介入羰基与氨基之间的反应,从而降低了对霍山石斛花中多糖的破坏[23]。
在热风干燥过程中,霍山石斛花中水分流失的速度与干燥的温度有关,适当提高干燥温度有助于提升干燥效率,但温度过高会严重破坏霍山石斛花干制品色泽品质。干燥温度对霍山石斛花干制品多糖含量无显著影响(P>0.05),但80 ℃高温会破坏霍山石斛花中黄酮类化合物,70 ℃干燥会降低霍山石斛花干制品总酚含量。
采用质量浓度0.5 g/L的异抗坏血酸钠护色有助于改善热风干燥后的霍山石斛花色泽品质,但护色剂浓度过高可能诱导非酶褐变。
霍山石斛花的热风干燥工艺为:使用0.5 g/L异抗坏血酸钠对霍山石斛鲜花预先护色处理,热风干燥温度为60 ℃,最终干燥时间为4.5 h。
[1] ZHAO Y,LI B T,WANG G Y,et al.Dendrobium officinale polysaccharides inhibit 1-Methyl-2-Nitro-1-Nitrosoguanidine induced precancerous lesions of gastric cancer in rats through regulating Wnt/β-Catenin pathway and altering serum endogenous metabolites[J].Molecules,2019,24(14):2 660.
[2] 刘莉. 花草茶的主要成分及功效[J].现代食品,2019,8(16):102-104.
LIU L.The main components and effects of herbal tea[J].Modern Food,2019,8(16):102-104.
[3] 黄秀红, 王再花,李杰,等.不同花期石斛花主要营养成分分析与品质比较[J].热带作物学报,2017,38(1):45-52.
HUANG X H,WANG Z H,LI J,et al.Comparative analysis of quality properties and main nutrients in Dendrobium flowers during different flowering phases[J].Chinese Journal of Tropical Crops,2017,38(1):45-52.
[4] 张珍林, 殷智超.石斛花鼓风干燥机理和感官品质变化规律[J].食品与机械,2019,35(2):129-133.
ZHANG Z L,YIN Z C.Study on mechanisms of draught drying and sensory quality change of Dendrobium flower[J].Food & Machinery,2019,35(2):129-133.
[5] VITO V,YLENIA R,MARIA C M,et al.Influence of drying temperatures on the quality of pasta formulated with different egg products[J].European Food Research and Technology,2017,243(5):817-825.
[6] ORAK H H,AKTAS T,YAGAR H,et al.Effects of hot air and freeze drying methods on antioxidant activity,colour and some nutritional characteristics of strawberry tree (Arbutus unedo L.) fruit[J].Food Science and Technology International,2012,18(4):391-402.
[7] 戴源德, 韩祥涛,杜海存,等.热泵干燥菊花特性实验研究[J].热科学与技术,2017,16(6):478-484.
DAI Y D,HAN X T,DU H C,et al.Experimental study on characteristics of Chrysanthemum dried by heat pump[J].Journal of Thermal Science and Technology,2017,16(6):478-484.
[8] SHI L Z,GU Y J,WU D,et al.Hot air drying of tea flowers:Effect of experimental temperatures on drying kinetics,bioactive compounds and quality attributes[J].International Journal of Food Science & Technology,2019,54(2):526-535.
[9] YUAN J,HAO L J,WU G,et al.Effects of drying methods on the phytochemicals contents and antioxidant properties of chrysanthemum flower heads harvested at two developmental stages[J].Journal of Functional Foods,2015,19:786-795.
[10] 赤水芝绿金钗石斛生态园开发有限公司.一种金钗石斛花的加工方法:中国,CN201910379837.4[P].2019-11-12.
Chishui Zhilü Jinchai Shihu Ecological Park Development Co.,Ltd.Method for processing Dendrobium nobile Lindl.flowers:China,CN201910379837.4[P].2019-11-12.
[11] 安徽山珍藏生态农业有限公司.一种霍山石斛花茶的加工工艺:中国,CN201710727847.3[P].2017-12-15.
Anhui Shanzhencang Ecological Agriculture Co.,Ltd.A processing technology of Dendrobium huoshanense flower tea:China,CN201710727847.3[P].2017-12-15.
[12] 韩姝葶, 王婉馨,袁国强,等.干燥方式对铁皮石斛品质的影响[J].食品科学,2019,40(3):142-148.
HAN S T,WANG W X,YUAN G Q,et al.Effect of different drying methods on quality of Dendrobium officinale stems[J].Food Science,2019,40(3):142-148.
[13] 周伟, 李汴生,阮征,等.不同干燥方式对铁皮石斛失水特性及品质的影响[J].食品与发酵工业,2016,42(2):135-139.
ZHOU W,LI B S,R Z,et al.Effects of different drying methods on drying properties and quality of Dendrobium officinale[J]. Food and Fermentation Industries,2016,42(2):135-139.
[14] 唐静月, 颜美秋,齐芳芳,等.铁皮石斛花总黄酮提取工艺优化及体外抗氧化活性研究[J].浙江中医药大学学报,2017,41(3):235-242.
TANG J Y,YAN M Q,QI F F,et al.Study on optimum extraction of total flavones in Dendrobium officinale flower and its antioxidant activity in vitro[J].Journal of Zhejiang Chinese Medical University,2017,41(3):235-242.
[15] 黄晓君, 聂少平,王玉婷,等.铁皮石斛多糖提取工艺优化及其成分分析[J].食品科学,2013,34(22):21-26.
HUANG X J,NIE S P,WANG Y T,et al.Optimized extraction and compositional analysis of polysaccharides from dried stems of Dendrobium officinale[J].Food Science,2013,34(22):21-26.
[16] 李娟, 麻晓雪,李顺祥,等.铁皮石斛中总酚的含量测定[J].中国实验方剂学杂志,2013,19(24):60-62.
LI J,MA X X,LI S X,et al.Determination of total phenols in Dendrobii officinalis Caulis[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2013,19(24):60-62.
[17] LI B R,LIN J Y,ZHENG Z A,et al.Effects of different drying methods on drying kinetics and physicochemical properties of Chrysanthemum morifolium Ramat[J].International Journal of Agricultural & Biological Engineering.2019,12(3):187-193.
[18] 娄正, 刘清,徐恒,等.金银花热风干燥品质变化及工艺优化[J].山西农业大学学报(自然科学版),2018,38(1):61-68.
LOU Z,LIU Q,XU H,et al.Quality variation and process optimization of hot air drying of Honeysuckle[J].Journal of Shanxi Agricultural University(Natural Science Edition),2018,38(1):61-68.
[19] URIBE E,VEGA-GLVEZ A,DISCALA K,et al.Characteristics of convective drying of pepino fruit (Solanum muricatum Ait.):Application of Weibull distribution[J].Food & Bioprocess Technology,2011,4(8):1 349-1 356.
[20] 陈菡, 罗能镇,沈剑,等.野菊花总黄酮的提取及萃取精制研究[J].高校化学工程学报,2013,27(3):393-398.
CHEN H,LUO N Z,SHEN J,et al.Process for leaching and extracting total flavonoids from buds of the Chrysanthemum indicum L[J].Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities,2013,27(3):393-398.
[21] GAO G,REN P Y,CAO X M,et al.Comparing quality changes of cupped strawberry treated by high hydrostatic pressure and thermal processing during storage[J].Food and Bioproducts Processing.Transactions of the Institution of Chemical Engineers,Part C,2016,100(Pt.A):221-229.
[22] 黄梅桂, 刘平,张晓鸣.L-抗坏血酸对大豆肽美拉德反应体系色香味的影响[J].食品与发酵工业,2011,37(8):16-21.
HUANG M G,LIU P,ZHANG X M.Effect of L-ascorbic acid on color and flavor of maillard reaction products of soybean peptide[J].Food and Fermentation Industries,2011,37(8):16-21.
[23] ECHAVARRA A P,PAGN J,IBARZ A.Melanoidins formed by Maillard reaction in food and their biological activity[J].Food Engineering Reviews,2012,4(4):203-223.