彭林，王建勝，梅曉飛，闞建全,2,3，陳厚榮,2,3*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715) 2(農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(重慶)，重慶，400715) 3(食品科學(xué)與工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(西南大學(xué))，重慶，400715)

花椒是蕓香科花椒屬(ZanthoxylumL.)植物，原產(chǎn)我國(guó)，現(xiàn)遍布全球，約有250種[1]?；ń肪哂袦缦x(chóng)止癢、溫中止痛及祛風(fēng)除濕等功效[2]?；ń仿槲段镔|(zhì)具有麻醉、鎮(zhèn)痛、降血脂、胃腸道保護(hù)等作用[3-8]，同時(shí)具有抗癌、抗氧化、除皺等生理活性[9-11]。但青花椒的采收具有季節(jié)性且其不耐儲(chǔ)藏，而干青花椒對(duì)于延長(zhǎng)儲(chǔ)藏期具有積極影響[12]。因此，花椒干燥在花椒工業(yè)中具有重要作用。目前，花椒干燥主要有自然干燥等干燥方式，自然干燥不需投資、費(fèi)用低廉、不受場(chǎng)地局限，但易受天氣情況影響[13-16]?；ń犯稍锏难芯糠矫嬗袩犸L(fēng)干燥、微波干燥、微波真空干燥等，微波干燥具有加熱均勻、速度快、效率高且便于工業(yè)化推廣應(yīng)用等特點(diǎn)，在花椒工業(yè)化干燥生產(chǎn)上有應(yīng)用價(jià)值，且在逐步應(yīng)用中。在花椒微波干燥研究方面，主要集中在數(shù)學(xué)模型及微波干燥特性，在品質(zhì)方面主要是外在品質(zhì)和葉綠素含量的影響[17-24]，花椒麻味物質(zhì)含量在微波干燥條件下的影響研究尚未見(jiàn)報(bào)道，而花椒的麻味物質(zhì)含量是干花椒的重要品質(zhì)指標(biāo)。因此，對(duì)青花椒進(jìn)行微波干燥試驗(yàn)研究，研究不同微波干燥條件對(duì)花椒麻味物質(zhì)含量的影響，并進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，這對(duì)于提高干花椒品質(zhì)具有十分重要的意義，同時(shí)為花椒微波干燥技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮“九葉青”青花椒(蒸汽滅酶、真空包裝、冷凍保藏)，重慶市江津區(qū)；甲醇(分析純)，成都市科峰化學(xué)品有限公司；麻味物質(zhì)標(biāo)樣，實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；HC-CB20002電子天平，慈溪市華徐衡器實(shí)業(yè)有限公司；RWB-08S實(shí)驗(yàn)用小型微波干燥設(shè)備(800W)，南京蘇恩瑞實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；Agilent technologies1260高效液相色譜儀，安捷倫科技有限公司；MJ-BL25B2花椒粉碎機(jī)，廣東美的生活電器制造有限公司；KQ-600KDE高功率數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；Centrifuge 5810離心機(jī)，進(jìn)口；DL-1萬(wàn)用電爐，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；40目標(biāo)準(zhǔn)樣篩，江彬篩具廠；100目標(biāo)準(zhǔn)樣篩(干燥盤(pán))，江彬篩具廠。

1.3 方法

1.3.1 微波干燥的工藝流程

實(shí)驗(yàn)流程：原材料→解凍→去除霉?fàn)€、病蟲(chóng)害青花椒→稱(chēng)重→裝盤(pán)→微波干燥→指標(biāo)測(cè)定

操作要點(diǎn)：取經(jīng)蒸汽滅酶、真空包裝、冷凍后的保鮮青花椒，在常溫水中解凍1 h，稱(chēng)重平鋪于100目標(biāo)準(zhǔn)樣篩(干燥盤(pán))中，將干燥設(shè)備設(shè)置參數(shù)后，置樣品于干燥設(shè)備中干燥，按規(guī)定的微波連續(xù)加熱時(shí)間進(jìn)行干燥操作，達(dá)到微波連續(xù)加熱時(shí)間后拿出稱(chēng)量，記錄數(shù)據(jù)并觀察花椒干燥情況，待花椒冷卻后再次放入微波干燥設(shè)備進(jìn)行干燥操作。如此反復(fù)，直至達(dá)到安全含水率11%，停止干燥，然后測(cè)定干燥樣品麻味物質(zhì)含量。

1.3.2 麻味物質(zhì)含量的測(cè)定[25]

根據(jù)DB50/T 321—2009花椒麻味物質(zhì)檢測(cè)方法-高效液相色譜法稍作改動(dòng)。

花椒麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品使用液的制備：準(zhǔn)確稱(chēng)取100 mg花椒麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇在1 000 mL容量瓶中定容，定容后的溶液成為儲(chǔ)備液。分別吸取花椒麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品貯備液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL，用甲醇定容至10 mL，分別配制成5、10、15、20、25 μg/mL 濃度的花椒麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品使用液。

用粉碎機(jī)將干燥后的花椒樣品粉碎，通過(guò)40目標(biāo)準(zhǔn)樣篩篩分，將通過(guò)40目篩的花椒粉樣品儲(chǔ)存于食品級(jí)自封袋，并置于干燥器中備用。

稱(chēng)取1.000 0 g粉碎過(guò)篩的花椒粉樣品于100 mL離心管中，向其中加入50 mL分析純甲醇，混勻后在離心管口覆保鮮膜，50 ℃、300 W條件下超聲提取40 min后進(jìn)行配平，在轉(zhuǎn)速4 000 r/min條件下離心10 min后，取上清液于100 mL容量瓶中。剩余沉淀中加入30 mL分析純甲醇進(jìn)行復(fù)提。復(fù)提條件：在50 ℃、300 W條件下超聲提取20 min后放入離心機(jī)以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min。復(fù)提后取上清液于該容量瓶中，用分析純甲醇進(jìn)行定容、搖勻，并用0.45 μm孔徑濾膜過(guò)濾。濾液待測(cè)。

色譜參考條件：色譜柱，DIKMA Platisil(鉑金) ODS (250 mm×4.6 mm)；流動(dòng)相，水-甲醇；進(jìn)樣量，20μL；流速，0.8 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)，254 nm。

表1 液相色譜梯度洗脫條件Table 1 Liquid chromatography gradient elution conditions

取待測(cè)液注入高效液相色譜儀，在上述條件下測(cè)定待測(cè)液的響應(yīng)值，即峰面積。通過(guò)峰面積在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得待測(cè)液中麻味物質(zhì)的濃度。標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示，可得出標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=26.392x-13.009，R2=0.999 9。麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖如圖2所示；樣品麻味物質(zhì)典型色譜圖如圖3所示。

圖1 麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The standard curve of the content of alkylamides

圖2 麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖Fig.2 The standard chromatogram of the content of alkylamides

圖3 樣品麻味物質(zhì)典型色譜圖Fig.3 The typical chromatogram for sample of the content of alkylamides

1.3.3 麻味物質(zhì)含量計(jì)算

麻味物質(zhì)含量按下式計(jì)算。

(1)

式中：x，待測(cè)液中花椒麻味物質(zhì)的含量，mg/g；c，在工作曲線上查出或回歸方程求出的花椒麻味物質(zhì)的含量，mg/mL；m，樣品的質(zhì)量，g；V，待測(cè)液的定容體積，mL。

1.3.4 微波干燥單因素試驗(yàn)

稱(chēng)取一定量青花椒進(jìn)行微波干燥，分別研究不同微波功率(210、280、350、420、490 W)、不同鋪放量(100、150、200、250、300 g)、不同微波時(shí)間(微波時(shí)間即微波連續(xù)加熱時(shí)間，取40、50、60、70、80 s)對(duì)花椒麻味物質(zhì)含量的影響。

1.3.5 微波干燥響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)Box-Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)3因素3水平試驗(yàn)；以微波功率、鋪放量、微波時(shí)間為自變量，麻味物質(zhì)含量為響應(yīng)值，對(duì)青花椒的微波干燥條件進(jìn)行優(yōu)化。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Origin軟件(Version 8.6)對(duì)單因素試驗(yàn)做折線圖，進(jìn)行趨勢(shì)分析，利用Design-Expert軟件(Version 8.06)對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)進(jìn)行線性回歸和方差分析(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 微波功率對(duì)微波干燥花椒麻味物質(zhì)含量影響

在微波時(shí)間50 s、鋪放量150 g的條件下，研究不同微波功率(210、280、350、420、490 W)對(duì)麻味物質(zhì)含量的影響。

由圖4可知，在一定范圍內(nèi)，花椒微波干燥麻味物質(zhì)含量隨微波功率的升高先升高再降低，在微波功率為350 W時(shí)，麻味物質(zhì)含量最高，這可能是因?yàn)殡S著微波功率的升高，干燥總時(shí)間縮短，干燥中麻味物質(zhì)的損耗減少，當(dāng)微波功率上升到一定程度后，干燥設(shè)備內(nèi)溫度較高，對(duì)花椒麻味物質(zhì)有一定的破壞作用，故而導(dǎo)致最終測(cè)得的麻味物質(zhì)含量較小。

圖4 微波功率對(duì)麻味物質(zhì)含量的影響Fig.4 The effect of microwave power on the content of alkylamides

2.1.2 鋪放量對(duì)微波干燥花椒麻味物質(zhì)含量的影響

在微波時(shí)間50 s、微波功率350 W的條件下，研究不同鋪放量(100、150、200、250、300 g)對(duì)麻味物質(zhì)含量的影響。

由圖5可知，在鋪放量較低時(shí)，麻味物質(zhì)含量隨鋪放量增大而增加，而在鋪放量較高時(shí)，隨鋪放量的增加，麻味物質(zhì)含量減少。在200 g的鋪放量時(shí)，麻味物質(zhì)含量較高。這可能是因?yàn)殇伔帕枯^低時(shí)，隨著鋪放量的增加，雖然干燥時(shí)間有所增長(zhǎng)，但差別不大；單位物料吸收微波功率減少，溫度降低，對(duì)麻味物質(zhì)的損害較小。隨著鋪放量的增加，干燥時(shí)間加長(zhǎng)明顯，微波持續(xù)作用總時(shí)間較長(zhǎng)，增加了麻味物質(zhì)在干燥過(guò)程中的損耗。

圖5 鋪放量對(duì)麻味物質(zhì)含量的影響Fig.5 The effect of spreading quantity on the content of alkylamides

2.1.3 微波時(shí)間對(duì)微波干燥花椒麻味物質(zhì)含量的影響

在鋪放量150 g、微波功率350 W的條件下，研究不同微波時(shí)間(40、50、60、70、80 s)對(duì)麻味物質(zhì)含量的影響。

由圖6可知，在一定范圍內(nèi)，麻味物質(zhì)含量隨微波時(shí)間的增加先升高再降低。這可能是因?yàn)樵谖⒉〞r(shí)間較低時(shí)，隨著微波時(shí)間的增加，干燥總時(shí)間減少，減少了麻味物質(zhì)在干燥過(guò)程的損耗。當(dāng)微波時(shí)間上升到一定程度時(shí)，干燥溫度峰值升高，對(duì)麻味物質(zhì)造成了破壞，導(dǎo)致麻味物質(zhì)含量減少。

圖6 微波時(shí)間對(duì)麻味物質(zhì)含量的影響Fig.6 The effect of microwave time on the content of alkylamides

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮各因素對(duì)花椒麻味物質(zhì)含量的影響，選取各因素的水平見(jiàn)表2。利用Design-Expert分析軟件，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以微波功率、鋪放量、微波時(shí)間為自變量，以麻味物質(zhì)含量為響應(yīng)值對(duì)微波干燥青花椒的工藝進(jìn)行優(yōu)化.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 2 Response surface test factor level table

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 3 Response surface test plan and results

2.2.1 麻味物質(zhì)含量的回歸方程及方差分析

軟件分析結(jié)果得到二次多項(xiàng)式回歸方程為:

麻味物質(zhì)含量=24.26+0.60A+0.47B-0.56C+0.66AB-1.83AC-0.57BC-3.58A2-4.36B2-4.65C2。

表4 麻味物質(zhì)含量回歸方程模型分析Table 4 Analysis of the regression equation model of alkylamides

2.2.2 響應(yīng)面結(jié)果分析

由圖7-A可知，在一定范圍內(nèi)，當(dāng)鋪放量一定時(shí)，麻味物質(zhì)含量隨微波功率的增加先增加后減?。划?dāng)微波功率一定時(shí)，麻味物質(zhì)含量隨鋪放量的增加先升高后減小。曲面較為陡峭，說(shuō)明微波功率和鋪放量對(duì)微波干燥后青花椒的麻味物質(zhì)含量影響較大。由圖7-B可知，等高線為橢圓形，說(shuō)明微波功率與鋪放量的交互作用顯著，與表4結(jié)果一致。

圖7 微波功率及鋪放量對(duì)麻味物質(zhì)的影響Fig.7 The influence of microwave power and spreading quantity on the content of alkylamides

由圖8-A可知，在一定范圍內(nèi)，當(dāng)微波時(shí)間一定時(shí)，麻味物質(zhì)含量隨微波功率的升高先升高再降低；當(dāng)微波功率一定時(shí)，麻味物質(zhì)含量隨微波時(shí)間的升高先升高再降低。曲面較為陡峭，說(shuō)明微波功率和微波時(shí)間對(duì)微波干燥后青花椒的麻味物質(zhì)含量影響較大。由圖8-B可知，等高線為橢圓形，說(shuō)明微波功率與微波時(shí)間的交互作用顯著，與表4結(jié)果一致。

圖8 微波功率及微波時(shí)間對(duì)麻味物質(zhì)含量的影響Fig.8 The influence of microwave power and microwave time on the content of alkylamides

由圖9-A可知，在一定范圍內(nèi)，當(dāng)微波時(shí)間一定時(shí)，麻味物質(zhì)含量隨鋪放量的升高先升高再降低；當(dāng)鋪放量一定時(shí)，麻味物質(zhì)含量隨微波時(shí)間的升高先升高再降低。曲面較為陡峭，說(shuō)明鋪放量和微波時(shí)間對(duì)微波干燥后青花椒的麻味物質(zhì)含量影響較大。由圖9-B可知，等高線為橢圓形，說(shuō)明鋪放量與微波時(shí)間的交互作用顯著，與表4結(jié)果一致。

圖9 鋪放量及微波時(shí)間對(duì)麻味物質(zhì)含量的影響Fig.9 The influence of spreading quantity and microwave time on the content of alkylamides

2.3 微波干燥青花椒工藝的指標(biāo)優(yōu)化及驗(yàn)證

用Design-Expert.V8.0.6軟件，通過(guò)設(shè)定麻味物質(zhì)含量取最大值，對(duì)微波干燥青花椒工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到在微波功率357.78 W、鋪放量203.38 g、微波時(shí)間49.14 s的條件下，有麻味物質(zhì)含量24.328 7 mg/g。

為進(jìn)一步驗(yàn)證回歸方程的準(zhǔn)確性和有效性，根據(jù)最佳工藝條件設(shè)置設(shè)備參數(shù)，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(微波功率355 W、鋪放量203.38 g、微波時(shí)間49 s)，得到麻味物質(zhì)含量24.040 9 mg/g，與預(yù)測(cè)值相近，驗(yàn)證結(jié)果與優(yōu)化結(jié)果的誤差為1.18%，可見(jiàn)回歸模型能很好地預(yù)測(cè)干制青花椒麻味物質(zhì)含量，優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié)論

采用單因素試驗(yàn)分析了微波干燥條件對(duì)各指標(biāo)的影響情況，并確定了各指標(biāo)的適宜范圍。在此基礎(chǔ)上，利用Design-Expert.V 8.0.6軟件對(duì)花椒微波干燥的優(yōu)化工藝進(jìn)行指標(biāo)優(yōu)化；得到指標(biāo)的優(yōu)化條件為微波功率357.78 W、鋪放量203.38 g、微波時(shí)間49.14 s，在此條件下，麻味物質(zhì)含量24.328 7 mg/g。